나노기술 혁명 화살표 (
방향).
의 경우는 기존의 응용분야에 나노소재를 활용하는 것으로 특별한 공정의
‘Nano-enabled’
도입이나 새로운 디자인을 필요로 하지 않기 때문에 기술발전의 장벽이 거의 없다.
의 경우는 새로운 기능을 이용한 신산업의 창출을 의미하며 이러한 신
‘Nano-dominated’
산업들이 전반적으로 확산되면 나노기술 혁명이 될 전망이다.
현재의 나노소재 기술 산업화 수준은 대략 ‘nano-enabled’ 영역의 기술 개선 의 단계에‘ ’ 있으며 일부 기술은 기술 혁신 의 단계에 있다 앞서 예로 든 거대자기저항‘ ’ . (GMR)의 경 우는 기술 혁신의 예에 속한다. Lux Research (2005)에 따르면 기술 개선의 단계에서 나 노소재 기술을 채택하였을 때 대략 15% 정도의 부가가치가 증가한다.
다 나노소재의 산업화 동향 및 전망 다 나노소재의 산업화 동향 및 전망다 나노소재의 산업화 동향 및 전망 다 나노소재의 산업화 동향 및 전망....
일반적으로 나노기술의 산업화는 나노소재 기술로부터 출발하여 제품을 개발하고 표준 화 규격화 단계를 거쳐 안전성 평가를 거친 다음 상업적 활용단계에 접어든다 그림, ( 11).
나노소재의 상업화 과정에는 지적소유권을 위시한 기술 투자자 제품 수명 등의 기술적, , 이슈와 규제 보험 소송 자원 등의 사회적 이슈가 연계되어 있다, , , .
그림 44 미국 . NNI 에 나타난 나노기술의 산업화 과정 및 지원 전략.
나노소재의 위해성에 관한 우려 등 부정적인 요인에도 불구하고 나노소재가 갖고 있는 산업적 가치는 대단히 크다 따라서 각국은 한편으로 부정적 요인에 대한 관심을 기울이. 면서 산업화에도 박차를 가하고 있다. 일예로 미국은 Pennsylvania Nanomaterials
를 설립하고 이를 통하여 국방 혹은 상업적 활용에 유망한 나 Commercialization Center
노소재 연구와 상업화를 위하여 지원과 자금을 제공하고 있다.
다음의 그림 12는 나노소재 기술을 포함하고 있는 응용군 최종 제품군 을 표시한 그래프( ) 이다(BCC Report, 2005). 2005년 현재 나노소재를 가장 많이 사용하고 있는 제품은 승용 차이며 그 다음은 음식 음료( ), 가정용 화학물질 전기 전자 순이다, / . 2010년 역시 승용차가 나노소재를 가장 많이 사용하게 될 것이며 전기 전자에의 응용이 빠르게 확대될 전망이/ 다 (BCC Report, 2005).
그림 45 나노소재를 활용하고 있는 제품 영역 . .
그림 13은 그림 12에 나타난 여러 제품영역이 사용하고 있는 나노소재의 형태를 나타낸 것이다. 2004년 현재 나노소재 기반의 상품을 제조하기 위하여 투입하는 나노소재의 92%
이상이 나노분말 소재이다 그 다음을 차지하는 것이 나노구조화된 나노소재 복합구조 박. ( 막 또는 유기 무기 나노복합재 이며- ) 2010년경에는 나노분말의 비중이 약간 감소하는 반면 나노튜브 소재가 크게 약진할 것이다 나노구조화된 소재는 거의 배 이상 시장규모가 커. 질 전망이다.
그림 46 나노소재 응용제품 제조에 투입되는 나노소재의 형태별 비중. .
그림 14는 RNCOS 사(The World Nanotechnology Market, 2006)가 예측한 나노소재 종 류별 세계시장 규모이다 기초나노소재에 해당하는. ‘NanoMater’의 경우 2007년 현재 약 억 달러 규모의 시장을 형성하고 있고 지속적으로 성장할 전망이다 나노소재는 고무
16 .
충진제용 카본 블랙 자동차 배기가스 정화용 촉매 사진 필름 및 인화용 은 나노입자 등, , 이 대규모 시장을 형성해왔다. 2005년 131억 달러 시장에서 가장 큰 비중을 차지한 것은 나노분말이었다 가장 빠른 성장을 보이고 있는 부분은 나노튜브. (2010년까지 연평균 성장 률 173% 예상 와 나노복합재) (nanocomposites)(2010년까지 연평균 성장률 76% 예상 이다) . 나노자성체 시장은 현재 약 8억 달러 규모이며 비교적 빠르게 성장할 것으로 예측되었 다 나노촉매 무기계 나노기공체는 현재의 시장규모를 거의 유지할 것이며 나노복합재나. , 나노박막은 매우 느리게 시장을 형성해갈 것으로 예측되었다.
그림 47 나노소재군별 세계시장 전망 .
(RNCOS, The World Nanotechnology Market, 2006).
라 나노소재 기술 산업화의 주요 영역 라 나노소재 기술 산업화의 주요 영역라 나노소재 기술 산업화의 주요 영역 라 나노소재 기술 산업화의 주요 영역....
나노소재 기술의 산업화를 고려할 때 기본이 되는 것은 그림 6에 나타낸 산업화 과정이 다 나노소자 또는 나노시스템을 제작하는 과정 동정 에서 사용되는 나노소재는 독립적인. ( ) 산업화를 고려할 필요가 없으므로 여기서는 그 자체로 독립적인 제품화가 가능한 기술들 을 중심으로 기술한다.
표 2는 나노소재의 산업화 과정 기술단계 별로 핵심이 되는 이슈를 정리한 표이다 각 산( ) . 업화 단계에서 가장 핵심적인 요소를 추출하면 기초 나노소재 단계에서는 물성의 독창‘ ’ 성 신뢰성 재현성 등이 포함된/ / ‘양산제조양산제조양산제조양산제조’ 기술이 될 것이다. ‘나노중간재’ 단계에서는 여러 가지 핵심기술들이 개발될 것인데 이들의 공통점은 기초 나노소재의 차원을 확장하 거나 복합차원화할 때 필요한 계면을 제어하는 기술을 개발하는 것이다 이는 결국 서로. 접촉하는 이종( )계면을 제어하는 것이므로 공통요소를 ‘하이브리드화하이브리드화하이브리드화 기술로 할 수하이브리드화’ 있을 것이다 나노소재가 대단히 넓은 영역에 활용될 것이므로 나노소재 응용 단계에서. ‘ ’ 는 공통적인 기술요소를 추출하기는 어렵다 다만 주요. , ‘응용영역별응용영역별응용영역별응용영역별 로 구분하여 산업화’ 를 고려할 수 있을 것이며 환경산업 에너지산업 전자산업 바이오산업 등이 포함될 수, , , 있을 것이다.
기술 단계 핵심 이슈 산업화 관점( ) 특기 사항 로 산업화를 고려할 만한 나노소재는 많지 않다. Nanotechnology Industries Association 의 발표에 따르면 나노소재 주로 나노분말 는 개발이 시작된 후 약 년까지는 시
(2006) ( ) 10
장이 매우 느리게 성장하다가 약 12~13년 이후 급격히 성장하여 약 35년 후에는 포화되 고 축소된다 그림( 15). 그림 15에 따르면 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)는 아직 개척단계 를 지나고 있으며 양자점(QDots)은 성장기에 근접하고 있다 알루미늄. (Al) 나노분말은 기 술적으로 확대됨과 동시에 기업 간 조정이 심한 단계(shake-out)이며 산화아연, (ZnO2) 나 노분말은 기업 간 인수 합병/ (acquisition/mergers)이 활발하다 백금 나노분말은 인수 합. / 병 단계를 지나 주류를 형성하는 단계로 발전하고 있다 이산화티탄늄 티타니아. ( , TiO2) 나노분말은 주류를 형성하는 단계에 근접하고 있다 산화철. (Fe2O3), 실리카(SiO2), 카본블 랙(C black) 나노분말은 주류단계를 지나 통합 합병 단계를 지나고 있다/ .
그림 48 나노소재 시장의 발달 이력 . .
그림 15에서 양산제조 단계에 접어든 기술은 산화아연 나노분말 소재 이후의 백금 이산, 화티타늄 나노분말이라고 할 수 있다 탄소나노튜브. (CNT)를 포함한 탄소나노소재의 경우 엄격한 공정제어를 필요로 하는 수율이 낮은 단일벽 CNT 소재를 제외하고 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT, multi-wall carbon nanotube), 탄소나노섬유(CNF, carbon nanofiber) 등은 양산제조 단계에 접어들고 있다.
우리나라의 경우 CNT 소재 외에 IT 산업은 물론 일반생활 용품에 적용되는 은 나노분말 소재에 대한 관심이 높아 은 나노분말 소재가 양산제조 초기단계에 있다.
산업화 사례 산업화 사례 산업화 사례 산업화 사례 (3)
(3)(3) (3)
철 구리 알루미늄 니켈 등 기존의 소재와 달리 나노소재 자체를 생산하기 위하여 양산, , , 규모로 발전하는 예는 많지 않다 산업적으로 많은 수요가 이미 존재하는 나노분말 혹은.
나노선의 경우가 대부분이다 표. 3은 최근 상업적으로 나노소재를 생산하고 있거나 상업 Hyperion Catalysis HiPCO 공정 CNT * 양산제조 Showa Denko 가스 열분해법 CNF (VGCF) 40톤 (20억엔)*
Hitachi Metals - 나노자성재료
(FINEMET) 575톤 (26억엔)*
* Nanotechnology-based product market and business opportunity, Fuji-Keizai (2006).
산업화 전망
기술개선 내지 기술혁신 관련 나노소재들이 주된 대상들이다.
외국의 경우 여러 업체들이 나노소재를 상업적으로 제조하여 판매하고 있다 표( 3). 형태 로 보면 나노분말 내지 나노입자가 대부분을 차지하고 있고 소재별로는 탄소 나노소재, 가 가장 큰 비중을 차지하고 있다 우리나라는 선진국과 약간의 시차가 있다 현재 고강. . 도 복합소재 고분자 및 금속 기지( ), 대전방지 코팅제 첨가물 이차전지 전극소재 등의 응, 용을 염두에 둔 탄소나노튜브(CNT) 제조기술이 양산단계에 접근하고 있다.
백색가전을 포함한 기존의 은 나노분말 시장과 함께 인쇄전자 분야가 각광을 받으면서 배선 제작에 필요한 은 나노분말 시장 및 이를 이용한 잉크시장이 확대될 전망이므로 양 산제조의 필요성이 커질 것이다. (기존 은 나노분말 제조기술의 확장일수도 있고 응용분 야가 필요로 하는 조건에 따라 새로운 제조방법이 양산제조 단계까지 이를 가능성도 있 다.)
에너지 환경 문제에 대한 사회적 관심이 높아짐에 따라 필수 핵심소재의 하나인 티타 니아(TiO2) 나노분말의 제조 및 활용에 관한 연구가 활발하다 고급 티타니아 나노분말은. 전량 수입에 의존하고 있는 실정이므로 성능이 우수한 티타니아 나노분말의 양산제조가 가능한 합성기술이 개발될 경우 양산제조 단계로 진입할 가능성이 크다 이미 외국에는. 대형 화학제품 회사들이 주축을 이루는 기존업체들이 있으며 범용의 티타니아 도료 이외 에 고부가가치의 티타니아 나노분말로 제품을 다양화하고 있다.
국내에서의 연구는 활발하지 않지만 나노분말의 큰 수요 중의 하나가 고성능 내마모 공 구 시장이다 절삭공구 드릴공구 등의 내마모 공구는 매우 높은 경도와 인성을 요구한. , 다 특히 드릴공구의 경우 구멍직경이. 100미크론( )㎛보다 작은 경우가 있어 이 미크론 드( 릴; micron drill)를 제조하는데 필요한 탄화텅스텐(WC) 분말입경이 현재 200㎚ 이하로 내려가 있다. WC 나노분말을 이용하여 제조한 미크론 드릴은 성능 수명 면에서 개선효,
국내에서의 연구는 활발하지 않지만 나노분말의 큰 수요 중의 하나가 고성능 내마모 공 구 시장이다 절삭공구 드릴공구 등의 내마모 공구는 매우 높은 경도와 인성을 요구한. , 다 특히 드릴공구의 경우 구멍직경이. 100미크론( )㎛보다 작은 경우가 있어 이 미크론 드( 릴; micron drill)를 제조하는데 필요한 탄화텅스텐(WC) 분말입경이 현재 200㎚ 이하로 내려가 있다. WC 나노분말을 이용하여 제조한 미크론 드릴은 성능 수명 면에서 개선효,