KISTI MARKET REPORT Vol.5 Issue 2

Vol. 5 Issue 2 February 2015

CONTENTS

KISTI Market Report 주제 제안 및 구독 신청을 해주세요.

미래기술로 각광받고 있는 무선충전기

스마트폰 보급이 대중적으로 확대됨에 따라 개인이 사용하는 전력량이 크게 증가하면서 언제 어디서나 자유롭게 배터리를 충 전할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 이에 따라 무선충전 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 또한 친환경 전기자동차 및 하이브리 드 자동차에 대한 연구가 진행됨에 따라 전기자동차 배터리 충전 의 자유도를 제공함과 동시에 단락, 단선으로부터 안전한 무선충 전 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 같은 무선충전 기술은 최근 미국 정부가 선정한 100대 미래기술 가운데 1위를 차지하기도 했다. 최근 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 가전 전시회 ‘2015 인터내셔널 CES’에서 다양한 무선충전 솔루션들이 선보여졌다. 대표적으로 삼성전기는 커피숍 등 매장 내에서 사용 가능한 무선 충전 솔루션이 내장된 테이블을 공개하였다. 이는 디스플레이 기술과 무선통신 기술이 적용된 융복합 무선 충전 시스템으로서 충전하는 동안 테이블에 내장되어 있는 디스 플레이로 주문과 함께 멀티미디어 콘텐츠를 이용할 수 있다. 이뿐 만 아니라 와이파이를 통해 무선으로 매장 내 서버와 연동될 수 있 기 때문에 무선충전 사용자의 취향에 따라 맞춤 정보를 제공할 수 있다는 특징이 있다. 또한 BMW는 i8 스포츠유틸리티 플러그인 하이브리드 모델에 적용 가능한 무선충전 기술을 내놓았다. 이 기술은 스마트폰에 적용된 기존 무선충전방식으로 스마트폰처럼 충전 패드 위에 자 동차를 2시간 정도 세우기만 해도 완전히 충전되므로 기존 충전 시간이 오래 걸리는 충전 효율의 문제점을 대폭 개선하였다. 특히, 2001년 처음으로 매장에 와이파이를 설치해 와이파이 확산에 크게 기여했던 스타벅스는 무선충전 전문업체 듀라셀 파 워매트와 협력해 2015년부터 샌프란시스코와 보스턴을 시작으 로 미국 전체 직영점에 핫스팟을 구축하고, 총 8,000개 매장에 무 선충전기 ‘파워매트 스팟(Powermat Spot)’을 약 10만 개 설치할 예정이라고 발표하였다. 또 맥도날드는 영국 50개 매장에 모바일 기기를 위한 600개의 무선충전 핫스팟을 설치한다고 밝혔다. 스 마트폰을 넘어 스마트워치, 스마트글래스 등 웨어러블 기기가 많 아지고 사물인터넷 시대가 도래하면서 무선충전에 대한 욕구는 더 커지게 되었다. 한편 미국 뉴욕 시는 무선 충전 전극이 설치된 맨홀 뚜껑 위에 주차만 하면 자동으로 충전되는 무선 충전기를 이미 도입하여 뉴 욕대학-헤보파워, 워싱턴 스퀘어 공원에서 무선충전 기술의 실용 성과 효율성을 시험하고 있다. 일본 도요타는 세계 최고의 무선 전원공급 기술을 보유한 미국 와이트리시티(Witricity)의 특허를 도입하여 전기자동차에 접목시키는 기술을 개발 중에 있다. 이와 같이 스마트폰과 전기자동차 중심으로 적용이 확대되는 계기를 통해 무선충전기 시장이 획기적으로 성장하고 있다. 한편 노트북, 각종 로봇, 청소기, 생체의료기기 등으로 적용 범위가 넓혀질 수 있을지에 대해 관심도 집중되고 있다.

무선충전 기술 방식별 세계 시장 현황

무선충전 기술은 크게 자기유도(Magnetic Induction)방식, 자기공명(Resonant Magnetic Coupling)방식 및 전자기파(Micro- wave)방식이 있다. 현재 상용화 되고 있는 자기유도방식은 전력 송신부 코일에서 자기장을 발생시키면 그 자기장의 영향으로 수신

산업정보분석실 유영복 (Tel: 02-3299-6050 e-mail: yybokl@kisti.re.kr)

부 코일에서 전기가 유도되는 기술로서 1831년 마이클 패러데이 가 그 원리를 규명하였다. 1800년대 후반부터 전기모터, 변압기 에 채택되었으며, 현재 RFID(교통카드), 전동칫솔 등에 널리 사용 되고 있다. 이 방식은 전기가 엉뚱한 곳으로 새지 않도록 자기장이 선의 역할을 대신하기 때문에 원 전력의 90% 이상을 수신 받을 수 있을 만큼 전력 손실이 매우 적다. 반면 낮은 주파수를 활용하 기 때문에 전기를 송신할 수 있는 거리가 1cm 내외로 매우 짧다는 단점도 있다. 한편 자기유도방식의 기술표준화는 2008년 WPC가 제정한 Qi 진영과 2012년 미국의 듀라셀과 이스라엘의 파워매트 테크놀로 지의 연합으로 발족한 PMA 진영이 있다. Qi 표준은 모든 업체들 에게 기술이 공개되어 있어 스마트폰 업체들의 적극적인 참여로 현재 가장 널리 보급되어 있는 기술이다. 맥도날드에 설치된 에어 차지 무선 충전 핫스팟은 Qi 표준을 채택하고 있고, 구글의 넥서스 4와 5, 2세대 넥서스 7 태블릿, 여기에 노키아 루미아 제품군의 상당수도 Qi 표준을 지원한다. IHS에 따르면 2013년에 출하된 약 2,000만 대의 무선 충전 지원 디바이스는 거의 대부분은 Qi 표준 을 내장하고 있다고 한다. 후발주자인 PMA는 인정받은 모든 기기들을 테이블 탑 위에 올 려놓는 것만으로 쉽게 충전되기 때문에 가장 빠르게 성장할 것으 로 기대되는 표준이다. 특히, 스타벅스가 올해 매장에 설치하기로 한 무선충전 시스템이 PMA 표준을 채택하고 있다. 최근에는 그 동안 문제시되었던 충전효율이 높아져서 블랙베리, HTC, LG, 삼 성, ZTE 등 많은 스마트폰 업체들이 참여하고 있다. 2012년 이후 주목받고 있는 자기공명방식은 송신부 코일에서 공진 주파수로 진동하는 자기장을 생성하고 동일한 공진 주파수 를 가진 수신부 코일에만 전기가 집중적으로 전달되도록 한 기술 로서 MIT 마린 솔랴사치 교수가 2007년에 고안하였다. 이 방식 은 자기유도방식과 거의 유사한 주파수 대역을 사용하고, 전기를 2~3m까지 전달할 수 있으며, 원 전력의 60%까지 수신 받을 수 있다. 현재 삼성전자, SK텔레콤, 퀼컴 등을 중심으로 80여 개의 회원 사가 가입되어 있는 A4WP가 자기공명방식을 주도하고 있다. 삼 성전자는 2012년 ‘갤럭시S3’에 세계 최초로 자기공명방식 무선 충전 솔루션을 탑재하였으며, 삼성전기는 미국 라스베이거스에서 열린 ‘2014 CES’에서 세계 첫 인증 제품을 공개한 바 있다. 한편, A4WP와 PMA가 각각의 무선충전 기술 표준을 통합 하겠다는 계획을 발표함에 따라, 앞으로 시장을 선점하고 있는 WPC진영과의 표준 경쟁이 한층 뜨거워질 것으로 예상된다. 현재 전자기파에 의한 인체 유해성으로 연구가 주춤되고 있는 전자기파방식은 송신부에서 전기를 전자기파로 바꾼 후 이를 송 신하면 수신부의 여러 렉테나(정류기와 안테나를 조합한 구조로 전자기파를 전력으로 변환하는 소자)를 활용해 전자기파를 수신 한 다음 이를 다시 전기로 변환하는 기술이다. 높은 주파수를 활 용하기 때문에 최대 수십 킬로미터까지 전력을 송신할 수 있지만, Vo l.5 Is su e 2 무 선 충 전 기

04

무선충전 기술은 자기유도방식과 자기공명방식

등으로 구분되며 다양한 제품으로 활용되고 있다.

특히, 삼성전자, SK텔레콤 등이 가입되어 있는

A4WP는 자기공명방식을 활용하고 있다.

자료: 연구성과실용화진흥원(2014) KISTI 재작성 구분 근거리 무선충전 원거리 무선충전 자기유도방식 자기공명방식 수 km 내외 전송거리 수 mm 내외 수 m 내외 수 km 내외 동작원리 송·수신 코일 간의 전자기유도 이용 송·수신 공명기 간의 자기공진 이용 송·수신 안테나 간의 방사특성 이용 개념도 주파수 125kHz, 13.56MHz 수십kHz~수MHz 2.45GHz, 5.8GHz 전송전력 저출력(수 W) 저출력(수십 W) 고출력(수 MW) 전송효율 90%(이론적) 60% 이내 15% 이내 특징 대전력 전송 유리 다수, 근거리 전송 유리 장거리 전송 유리 인체 유해성 거의 무해 거의 무해 유해

주요단체 WPC, PMA A4WP ITU-R SG1

얼굴 표정인식 및

학습 소프트웨어

감성 ICT 융합산업과 더불어

성장 기대

콘텐츠·SW

산업정보분석실 이윤희 (Tel: 02-3299-6045 e-mail: yunilee@kisti.re.kr)

감정 훈련을 위해 제품화된 얼굴 표정인식 및

학습 소프트웨어(SW)

표정인식 기술을 기반으로 하는 얼굴 표정인식 및 학습 소프트 웨어란, 소프트웨어를 통해서 사람의 대표적인 감정이 드러나는 표정의 패턴을 읽어내어 바른 표정을 짓도록 돕거나 또는 다른 사 람들의 표정을 읽어 내는 훈련을 지원하는 교육용 응용 소프트웨 어이다. 이 제품은 디지털 이미지나 영상으로부터 사람의 얼굴을 자동으로 구분하고 확인해 내는 얼굴인식(Face Recognition) 기술 중 하나이다. 얼굴인식 기술은 최근 웹캠, 스마트폰 카메라, 웹서비 스, SNS 등에서 다양한 분야에서 활용되고 있다. 얼굴표정 인식 기 술은 얼굴인식 기술 연구 분야 중 하나로 주로 얼굴에 나타나는 감 정 표현의 특징과 패턴을 추출하고 자동으로 인식하는 기술이다. 최근 국내에서 방영되어 인기를 끈 미국 TV 드라마, ‘라이 투 미(Lie to me)’1)_{와 일본의 TV 드라마 ‘라이어 게임(Liar Game)’}2)

광범위하게 적용 가능하며 급성장률을 보이는

한국과 중국 시장

얼굴 표정인식 및 학습 소프트웨어는 게임이나 재활치료 분야 에서도 활용될 수 있다. 특히, 감정인식 학습프로그램, 사회지능향 상 프로그램, 에코지능(Ecological Intelligence)4) _{측정 등과 같은} 사회성이나 비즈니스 스킬을 향상시키는 데 필요한 교육용 소프 트웨어와 결합된 제품으로 상용화 되고 있다. 사물인터넷 시대에 서 음성이나, 얼굴인식 기술 등의 신체 정보를 활용하는 감성인식 소프트웨어 구현에 있어서도 다양한 목적으로 적용될 수 있다. 이미 해외에서 상용화되어 시장을 형성하고 있는 얼굴 표정인 식 및 학습 소프트웨어의 주적용 분야는 비즈니스 기술 교육, 광 고, 마케팅, 고객서비스 등으로 다양하며, 주로 원활하고 효과적 인 의사소통 기술을 습득하거나 훈련해야 하는 기업이나 일반인 들에게 활용되고 있다. 그 외에도 수사기관 등에서도 특수 목적 으로 이용되고 있다. 앞으로 주목해야 할 주요 시장은 얼굴 표정으로 사회적 관계와 의사소통 역량 강화를 위한 감성지능(Emotional Quotient, EQ) 이나 사회지능(Social Quotient, SQ) 또는 에코지능 교육(Eco logical Intelligence Education) 서비스 시장으로 광범위하게 적 용 가능하다. 초·중·고등학교를 포함한 정규 교육 기관과 취업상 담 및 직업 교육, 기업 직원 교육 등을 필요로 하는 공공 또는 사 설 교육 기관 등이 이에 포함된다. 더욱이 고객의 요구가 더욱 복 잡해지고 다양해질수록 서비스 제공 기업이나 서비스 담당 직원 들의 의사소통 능력 향상을 위한 훈련과 교육은 더욱 요구되며 기 업의 마케팅, 영업 부서의 직원들은 얼굴표정 인식 및 학습 소프 트웨어의 주요 고객이 된다. 얼굴 표정인식 및 학습 소프트웨어가 웹 기반의 온라인 교육 서비스 시장에서 사회성이나 비즈니스 기술 훈련의 특수 목적으 로 서비스를 제공하여 시장 점유를 하는 경우, 2013년까지 연 평 균 20% 이상의 성장률을 보이고 있는 중국5) _{온라인 교육 시장에} 서는 2015년에 571백만 위안에서 2019년 5,917백만 위안으로 연평균 79.42%의 급성장률을 보일 것으로 기대된다. 반면, 국내 에서는 학령기 인구의 감소로 초·중·고등학교와 대학교육 기관의 감소가 예상되어 전체 교육 시장의 성장률은 둔화되거나 감소할 것으로 예상된다. 따라서 얼굴 표정인식 및 학습 소프트웨어의 시장 규모는 정규 교육 기관보다는 기업이나 직업 및 취업 교육을 위한 공공, 사설 교육기관 중심으로 연평균 66.76%로 성장하여 2016년 593백 만 원에서 2019년 2,750백만 원에 이를 것으로 전망된다.

차별화된 기술로 상용화를 준비 중인 국내 시장

앞서 언급한 심리학자 폴 에크만이 설립한 PEG는 해외 시장에서 얼굴 표정인식 및 학습 프로그램 기술을 보유한 대표적인 기업이 다. 이곳에서는 미세표정 학습(Micro Expression Learning)을 통 해 감정지능을 향상시킬 수 있고, 감정이입 능력이 발달되며, 타인 을 보다 더 잘 이해할 수 있으며 인간관계가 향상된다고 주장한다. 그리고 이를 통해 최종적으로 사회성 향상을 목표로 기업이나 일 반 이용자를 대상으로 다양한 학습 프로그램을 상용화하여 제공 Vo l.5 Is su e 2 얼 굴 표 정 인 식 및 학 습 소 프 트 웨 어

08

4) 데니얼 골먼에 의해 주장된 에코지능이론이란 뇌신경학과 산업생태학의 통섭으로 탄생한 개념으로, 인간과 자연의 상호 영향을 이해하는 인식 능력을 의미. 즉, 자신의 소비와 생산 활동이 지구 환경에 미칠 영향 전반을 파악할 줄 아는, 예민하고 현명한 통찰력을 말함(출처: http://www.danielgoleman.info/topics/ecological-intelligence). 5) 타인종 효과를 고려하여 동양인의 얼굴표정 인식 데이터베이스를 활용할 경우 목표 시장으로 가장 큰 세계 시장은 중국 시장임

해외에서는 얼굴 표정인식 및 학습 소프트웨어가 교육

목적으로도 상용화되어 주로 서비스 제공 기업과

일반인을 대상으로 한 감정표현 인식과 학습을 웹 기반의

온라인 교육 서비스를 제공하고 있다.

(단위: 백만 위안*, 백만 원) 구분 시장 규모(매출액) CAGR(%)

2015(E) 2016(E) 2017(E) 2018(E) 2019(E)

중국 시장 571* 2,055* 4,109* 1,931* 5,917* 79.42

국내 시장 - 593 1,736 2,823 2,750 66.76

*2015년 3월 현재 1 위안은 0.16 달러임(KEB 외한은행 제공)

자료: 중국시장, 칭커연구센터(www.pedata.cn), KOTRA & globalwindow.org 기반 KISTI 작성

얼굴 표정인식 학습프로그램의 중국 및 국내 시장 전망

중이다. 독일 CBL(Center for Body Language)에서는 사회성 학습 프로그램을, 그리고 Humintell 사는 감정 학습프로그램을 위한 얼굴 표정인식 및 학습 프로그램을 제공하고 있다. CBL의 제품인 METV(Micro Expressions Training Videos)에서는 일 련의 영상을 통해 감정의 변화를 인지하는 것을 목표로 학습 프 로그램을 제공하고 있는데, 감정 학습(Emotion Training)은 특정 감정만을 학습하는 것이 아니라 전반적인 감정의 변화를 학습할 수 있도록 일련의 영상 연속(Video Sequence)을 제공한다. 그리 고 감정인지 수준에 맞게 학습할 수 있도록 3단계로 나눠 학습 프 로그램을 제공한다. 또한 감정뿐만 아니라 다양한 행동이나 음성 에서 상대방의 상태를 파악하는 다양한 훈련을 제공하여 비즈니 스 기술을 향상시키는 데 목적을 두고 있다. CBL은 현재 감정인 식을 포함하여 다양한 보디랭귀지 학습으로 영역을 확장하였고 비즈니스기술 향상을 위한 감정학습센터로 그 규모가 확대되고 있다. 이들과 유사한 연구를 진행 중인 미국의 Humintell 사는 감정 학습 솔루션 제공 기업으로 미세한 감정 표현에 초점을 맞추고 상대방의 감정의 변화를 얼굴 표정을 통해 파악하는 훈련을 제공 한다. 얼굴의 전체적인 영역을 이용해 감정을 파악하는 학습방법 과 얼굴의 영역 중 일부만을 통해 감정을 파악하는 두 가지의 훈 련방식을 제공한다. 감정의 학습뿐만 아니라 화상회의 시에 사용 되는 각종 몸짓에 대한 학습 프로그램도 제공되고 있다. 이들 상용화된 얼굴표정 인식 소프트웨어 가격은 제조사에 따 라 차이가 있지만 대부분 감정학습용 교육프로그램과 결합하여 제공되어 60~100달러 사이의 가격대를 형성하고 있다. 일반적 으로 웹 기반으로 구현되어 제공되고 있는데 기본적인 학습 프로 그램부터 전문가용 학습 프로그램까지 차별화된 프로그램을 제 공하고 있다. 얼굴 표정인식 프로그램은 다른 사람들의 감정을 읽고, 자신의 감정을 바르게 표현함으로써 의사소통 향상을 돕는 학습이나 교 육 목적 이외에도, 영국의 ‘리얼아이즈(Realeyes)’와 같이 시청 자의 표정 분석을 통해 감정을 판독하여 맞춤형 광고를 제공하는 곳에도 사용되고 있다. 이 프로그램은 시청자들의 얼굴 표정의 변화를 행복, 놀람, 슬픔, 혐오, 공포, 혼란스러움 등의 7가지 감 정 상태에 따라 점수를 부여하고 실시간으로 측정한다. MIT 미 디어랩의 ‘어펙티바(Affectiva)’도 이와 유사하게 광고에 활용하 고 있는데 이들의 핵심 경쟁력은 표정의 정교한 분석과 방대한 데 이터베이스이며 이를 통해 상품 매출의 증가와 감소를 예측할 수 있다6)_. 국내에서 미세표정 연구와 얼굴 표정인식 기술에 기반하는 학 Vo l.5 Is su e 2 얼 굴 표 정 인 식 및 학 습 소 프 트 웨 어

09

해외 시장은 얼굴 표정인식 및 학습 프로그램의 영역이

다양한 훈련방식으로 제공되어 그 규모가 점차 확대되고

있다. 국내 시장은 초기 시장 형성 단계인데 한국인만의

얼굴 표정 인식이 가능하도록 데이터베이스를 구현하여

해외 제품에 비해 정교하고 정확하다.

6) MIT Technology Review(2013)

얼굴표정 인식 프로그램을 이용한 감정 학습용 상용 소프트웨어 가격

제공업체 수준

Ekman Group CBL(METV) Humintell

습용 응용 소프트웨어는 초기 시장 형성 단계이며 국내에서 유 일하게 상명대학교 감성공학과(황민철 교수) 연구팀이 “사회지능 향상을 위한 얼굴표정 훈련 기술”을 연구개발 하여 상용화 준비 중에 있다. 국내 시장을 선도하게 될 이 제품의 특징은 우선, 한국 일반인 의 표준 영상 이미지를 기반으로 하여 타인종 효과를 배제한 한 국인만의 얼굴 표정 인식이 가능하도록 데이터베이스를 구현하 였다는 데 있다. 그 결과 한국인 대상의 얼굴 표정 인식이 해외 제 품에 비해 정교하고 정확하다. 해외 제품과 차별화되는 또 다른 특징은 트롬소의 사회지능 지수 측정(Tromso Social Intelligent

Scale, TSIS)7)_{의 주관적인 지수 측정 방식에 얼굴 표정인식 정확} 률이라는 객관적인 측정 방법을 보완하여 사회지능 역량을 정량 적으로 평가하고 제시함과 동시에 향상하도록 하는 점이다. 그럼 으로써 단순히 감정표현 인식과 정확률만 제시해온 기존의 해외 제품들과 차별화된다.

감성 ICT 융합 산업의 성장과 더불어 괄목할 만한 성장 기대

앞으로 사람의 감정과 감성을 기반으로 신체 정보를 수집하고 분별하고 분석하여 여러 산업에 걸쳐서 활용할 수 있는 감성 기반 기술과 제품들은 보다 정교해지고 다양해질 것이다. 그래서 얼 굴 표정인식 및 학습 소프트웨어는 이러한 감성 ICT 융합 산업의 성장과 더불어 교육, 의료, 게임, 보안, 로봇 산업 등에서 광범위 하게 활용될 수 있다. 특히, 사회적 관계와 의사소통 능력을 중요 시 하는 서비스 업종 종사자들이나 기업, 기관에서 얼굴표정 인 식 및 학습 소프트웨어를 교육 도구로 이용하거나 취업, 직업 교 육 과정에서 단기간 교육 도구로 활용할 경우 시각적인 교정 훈련 과 객관적이고 정량적인 평가가 가능하여 사회적 관계 교육에 있 어 보다 효율적인 교육 성과가 기대된다 특히, 이미 미주, 유럽 중심의 시장이 형성되어 있는 이 시점에 서 타인종 효과를 고려하여 동양인 얼굴 표정에 대한 특징과 감 정 표현 인식 기술과 데이터베이스가 개발되어 제품 상용화가 이 루어진다면 일본과 중국시장을 비롯한 아시아 시장을 주도할 것 으로 기대한다.

얼굴표정 인식 및 학습 소프트웨어가 사회적 유대 관계를

중요시 하는 감성 ICT 융합 산업을 주도적으로 이끌기

위한 전략으로는 다양한 사람들의 얼굴 특징을 인식하고

추출해낼 수 있도록 정교한 영상 특징추출 기술이 요구

되며, 감정과 얼굴 특징을 담을 수 있는 방대한 데이터베

이스의 구축과 데이터 축적이 필요하다.

Vo l.5 Is su e 2 얼 굴 표 정 인 식 및 학 습 소 프 트 웨 어

10

7) Silvera, D., Martinussen, M., & Dahl, T. I. (2001). The Tromsø Social Intelligence Scale, a self-report measure of social intelligence. Scandinavian Journal of Psychology, 42(4), 313-319.

자료: 상명대학교 제공

자동차용 수소연료전지

불소계 강화막

전문 강소 및 강견기업 육성 시급

신재생에너지

산업정보분석실 김기일 (Tel: 02-3299-6033 e-mail: kimkiil@kisti.re.kr)

다양한 기술 개발이 이루어지고 있는

자동차용 수소연료전지 불소계 강화막

자동차용 수소연료전지 불소계 강화막은 연료전지의 전기화학 반응을 위해 수소이온만을 선택적으로 통과시키는 과불소계 술 폰화(PFSA, 대표소재: 美 듀폰 사의 Nafion) 이오노머를 물리적 지지체인 다양한 소재(예. 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE)) 기반 의 다공성 보강막에 함침시켜 제조하는 강화막이다. 일반적으로 PFSA 이오노머는 PTFE와 퍼플루오로비닐에테르 술폰산 공중합체 고분자로, 1960년대 염수전기분해를 통해 염소 및 가성소다(NaOH)를 얻기 위한 클로알칼리(CA) 공정에서 사용 되는 전해질로 처음 개발되었다. 그러나 비교적 반응조건이 Steady State에 가까운 가정용 연 료전지 분야와는 달리, on/off cycle 및 온도 및 습도변화가 지속 적으로 이루어지는 자동차용 연료전지 분야에 적용시켰을 경우 에는, 앞서 언급한 우수한 성능특성을 갖는 PFSA 순수막에서조 차 물의 증발/흡수를 반복함에 따라 전극의 탈리(Delamination) 및 수소투과로 인한 열화(Degradation)가 발생하여 연료전지 수 명 특성이 현저히 떨어지게 된다. Vo l.5 Is su e 2 자 동 차 용 수 소 연 료 전 지 불 소 계 강 화 막

11

1) 3M Ionomer, 3M Advanced Materials Division(2014)

2) A pore-filling electrolyte membrane-electrode integrated system for a direct methanol fuel cell applications, J. Electrochem. Soc.(2012)

이를 해결하기 위한 유일한 현실적 방법은 PFSA를 뛰어난 기 계적/화학적 내구성을 갖는 다공성 지지체에 함침시켜 두 소재의 상용성을 최적화한 함침형 강화막을 제조하는 것이다. 강화막 제 조에서의 핵심기술로는 고성능 PFSA 소재기술, 기공 제어된 다 공성 지지체 기술, 두 소재의 계면탈리를 일으키는 Defect 제거 기술, 연속적 Roll-to-Roll 기술 등이 있다. 불소계 강화막의 수소연료전지 자동차 이외 대표적인 응용분 야는 휴대용, 가정용 고분자전해질연료전지, 클로-알칼리 플랜 트(CA), 대용량에너지저장(Energy Storage System, ESS), 특 히 산화-환원흐름전지(Redox-Flow Battery, RFB) 및 이차전지 용 전해질, 농도차발전(Pressure-Retarded Osmosis, PRO 또 는 Reverse ElectroDialysis, RED) 및 이차전지용 전해질, 수 처리 (Desalination, Forward Osmosis, FO, ElectroDialysis, ED, Capacitive DeIonization, CDI)용 분리막, 인공근육을 위한 actuator 등이며, 그 응용분야는 점차 확대되고 있다.

국내외 기술 개발 현황

불소계 강화막의 핵심부품인 PFSA소재는 듀폰, 3M, Dow, Solvay, Asahi Kasei E-Materials Co., Asahi Glass, Sumitomo

3M 등 다국적 기업들이 독자적으로 기술개발 및 생산, 판매를 하 고 있다. 현재 듀폰사의 Nafion이 안정적인 양산체계구축에 따른 가장 높은 시장점유율을 가지고 있으며, Aciplex(Asahi Kasei사), Flemion(Asahi Glass사), 3M ionomer(3M사) 등이 개발된 상태 이다. PFSA소재는 제조공정의 복잡성과 어려움, 기업 간 생산능 력편차 등으로 인해 비교적 높은 생산단가($400/m2_{, Nafion212)} 가 형성되어 있다. 국내의 경우, 1990년대 중반 한화석유화학 및 화학연구원이 불소계 수지를 독자적으로 개발하는 것에 실패한 이후, 불소화학 에 대한 산업적 기반부족과 연구 인프라의 한계로 인해 전량 수입 에 의존하고 있다. 최근 자동차용 연료전지 불소계 소재의 대체 소재로 LG화학, 코오롱인더스트리, 동진세미켐 등에서 개발한

미국 Gore사가 불소계 강화막의 세계 시장을

거의 독점하고 있는 선도기업이며, 국내에서는

코멤텍과 코오롱인더스트리 등이 활발히 시장에

참여하고 있다.

Vo l.5 Is su e 2 자 동 차 용 수 소 연 료 전 지 불 소 계 강 화 막

12

수소연료전지 자동차의 연간 생산량 대비 핵심부품소재 비율3) 연도 연간 수소연료전지 자동차 생산량 (대/년) 핵심부품소재 1,000대/년 30,000대/년 80,000대/년 500,000대/년 [%] [%] [%] [%] 2010년 전해질막 45 24 19 10 촉매 11 19 23 32 분리판 14 12 15 19 MEA 프레임/가스켓 4 8 10 14 가스확산층(GDL) 18 29 23 11 기타 8 8 10 14 2015년 전해질막 44 25 19 11 촉매 11 17 22 30 분리판 15 12 15 20 MEA 프레임/가스켓 4 8 10 13 가스확산층(GDL) 18 28 22 10 기타 8 10 12 16

탄화수소계 전해질막의 경우 내구성 및 불소계 전극과의 계면접 합성문제로 그 한계가 드러나, 보다 높은 기능성이 요구되는 자동 차 시장에서는 불소계 소재 이외에는 큰 대안을 찾기가 어렵다고 평가되고 있다. 자동차용 고내구성 불소계 강화막의 경우, 전 세계적으로 PTFE 다공성막을 생산하는 Gore사가 시장을 독점적으로 주도하고 있으 며, 불소계 강화막 그 자체를 제품화한다기보다는 수소차단층을 포함한 전극층이 도포된 막-전극어셈블리(Membrane-Electrode Assembly, MEA)의 형태로 제품화하여 한정적으로 시판하고 있 다. 국내에서는 기공 제어된 다공성 PTFE 보강막을 생산하는 코멤 텍이 자동차탑재를 목표로 단국대학교, 자동차부품연구원과 Roll-to-Roll공정을 개발하고 있다. 또한 코오롱인더스트리의 경우, 자 체 개발한 polyimide 전기방사 지지체 등을 활용한 불소계 강화막 을 개발하고 있다.

국내외 시장 동향

불소계 강화막은 현재 주로 고분자전해질연료전지(76%), CA 공정용 전해질(23%)로 응용되고 있으며, 각 시스템의 성능 및 수명특성을 좌우하는 핵심소재로의 역할을 수행하고 있다. Pike Research(2012년)에 따르면, 수소연료전지 자동차 초기시장은 2015년 수소연료전지 자동차 상용화 이후 유럽과 미국에서 시장 이 먼저 형성되고, 한국과 일본의 완성차가 그 시장을 주도할 것 으로 전망된다. 앞의 표에 따르면, 2010년 대비 2015년의 수소연료전지 자동 차 연간 생산량에 따른 연료전지스택 대비 핵심부품들의 가격비 율은 유동적이며, 그중 수소이온전도성 전해질막의 비율은 자동 차 생산량에 반비례하여 전체 연료전지스택 가격에서 점점 감소 하여 연간 수십 만 대의 수소연료전지 자동차가 생산되는 경우, 자동차 가격에서 전해질막의 가격 비율은 최저 10% 내외 수준 까지 그 가격 비율이 떨어질 수 있다고 추정되었다. 현재 자동차용 수소연료전지 전해질막으로는 불소계 강화막 이외의 별다른 대안이 없다는 기술적 현실을 고려하면, 수소이온 전도성 전해질막 시장의 대부분은 불소계 강화막의 전해질막 시 장이라 볼 수 있다. Frost&Sullivan(2014년) 발표 자료에 따르면, 다음과 같이, 2022년 수소연료전지 자동차 생산량은 전 세계 자동차 시장의 2%인 연간 25만 대로 전망된다. 2022년 Frost&Sullivan 예측치 기반으로, 80kW급 수소연료전지 자동차(5천만 원/대-2012년 판 매가)가 연간 25만 대가 생산될 경우, 연료전지스택은 전체 자동 차가격의 60%를 차지하며, 그 연료전지스택 가격 중 15%가 불 소계 강화막 가격비율이며, 결과적으로 자동차 한 대당 불소계 강화막의 가격 비중은 9%(60%X15%)이고, 차량 한 대당 가격 이 평균 5천만 원으로 가정 할 경우 수소연료전지 자동차 내 불소 계 강화막의 가격은 1대당 450만 원으로 추산된다. 이러한 불소 계 강화막을 면적으로 살펴보면, 2011년 Directed Technologies Inc. 자료에 보고된 바와 같이, 수소연료전지 자동차에 사용되는

2015년 수소연료전지 자동차 상용화 이후 시장

규모 상승이 예측되며, 2022년 세계 시장은

1.1조 원 규모로 추산된다.

Vo l.5 Is su e 2 자 동 차 용 수 소 연 료 전 지 불 소 계 강 화 막

13

4) Global Powertrain Outlook, Frost&Sullivan(2014)

전기자동차 및 수소연료전지 수요 전망4)

Fuel Cell Vehicles

Hybrid Vehicles Mild Hybrids Full Hybrids Electric Vehicles BEV eREV PHEV NEV/QC FCEV 0 10,000 12,000 14,000 4,000 8,000 6,000 2,000 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 FCEV (2.0%) EV (50.0%) HEW (48.0%) Hybrid

sales>1M _{More clarity} on propulsion adoption=mH New energy vehicle policy showing results Series production of FCEV

Shift from full hybrid to PHEVs in the West

Witness EVs growth increase and HEV growth shrink

}

환경오염 및 중국발 황사로 인해 점차 증가하는

공기청정기 수요

인간은 평균적으로 하루에 섭취하는 음식물과 물보다 10배 이 상 많은 양의 공기를 마시며 살고 있다. 산업화 이전에는 실내외 공기에 대한 문제가 거론되지 않았으나 1960년경부터 실내공기 의 질이 국제적 이슈로 대두되면서, 오염원으로 라돈, 주택 진드 기, 빌딩 증후군, 관련 알레르기 등이 거론되었다. 2000년 이후 에는 바이오매스 연소에 대한 폐해가 나타나면서 세계보건기구 (WHO)는 다양한 문제 해결을 위한 방법들을 발표하고 있다. 이 렇듯 잘 먹고 잘 자는 것만큼 중요한 것이 우리가 온종일 들이쉬 고 내쉬는 공기의 질이다. 깨끗한 공기를 호흡하는 것이 건강 유지의 필수 조건으로 떠오 르면서 공기청정기의 수요가 점차 증가하고 있다. 그러나 실내에서 환기를 하자니 스모그와 미세먼지가 문제가 되고, 그대로 두자니 실내의 박테리아와 집 진드기, 곰팡이 등에 대한 문제가 있다. 그래 서 공기청정기는 이러한 문제 해결의 적절한 대안이 되고 있다. 특히, 최근 그린피스(NGO 환경단체)와 베이징 대학교 연구팀 은 지난 1년간(2014년) 중국 31개 대도시에서 “초미세먼지 농도 와 조기 사망에 대한 연관관계” 연구에서 매년 25만 명이 초미세 먼지(PM2.51)_{)로 인해 조기 사망하는 것으로 보고하였다. 이는 허} 베이 성을 중심으로 한 대부분의 도시가 연구 대상에 포함되어 있 Vo l.5 Is su e 2 공 기 청 정 기

15

공기청정기

보급률 낮은 중국 시장이

세계 시장을 선도

제조기반

산업정보분석실 나도백 (Tel: 02-3299-6111 e-mail: nahdb@kisti.re.kr)

깨끗한 공기는 삶의 질을 높이는 데 있어서 필수 조건으로

실내 공기의 질을 높이기 위한 공기청정기의 수요는 점차

증가하고 있다. 또한 이런 성장 배경에는 중국발 황사를

비롯해 환경오염 문제, 계절을 가리지 않는 미세먼지

문제가 크게 작용하였다.

자료 : 공기청정협회 공기청정기 방식별 분류 기계식 필터식(건식) 집진필터식: 전처리 및 헤파필터 이용 분진 제거 흡착필터식: 활성탄 이용 유해가스 흡착 전기식 물 이용 분진 및 유해가스 제거 습식 전기집진식 고전압 이용 분진을 하전, 집전판에 부착하여 제거 음이온식 고전압으로 음이온 생성, 공기 중으로 공급 플라즈마식 플라즈마로 양/음이온 생성, 유해가스 제거

고 우리나라는 겨울철 북동풍이 불면 직접 미세먼지의 영향을 받 게 된다는 점에서 심각성을 말해 주고 있다. 이러한 연구 결과를 통해 앞으로 우리나라 공기청정기 수요와 더불어 중국 또한 폭발 적인 수요를 가져다 줄 것임을 전망할 수 있다. 공기청정기는 공기 중의 오염물질을 제거하는 방식에 따라 기 계식, 전기식, 복합식으로 분류하며, 세부적으로는 적용원리에 따 라 앞에 표와 같이 상세 분류되고 있다. 공기청정기 기술의 핵심은 필터 시스템에 있으며 각 방식에 따라 다른 원리가 적용되고 있다. 위 그림은 대표적 기계식 필터 시스템을 보여주고 있다. 국내 환경부 조사에 따르면 필터식 제품에서는 오존이 거의 발 생하지 않았으며, 복합식 제품도 국내외적으로 적용되는 기준치 이내로 오존이 검출된 것으로 조사되었다. 그러나 다수의 음이온 식 제품에서는 오존이 기준치 이상 발생할 가능성이 높은 것으로 파악되고 있다. 오존은 다양하게 사람에게 영향을 미치는데 주로 호흡기계에 영향을 주는 것으로 나타나고 있다.

향후 폭발적인 성장세가 예상되는 국내외 시장

세계보건기구(WHO) 자료에 따르면, 전 세계에서 한 해 200 만 명이 실내 공기오염으로 인해 조기 사망에 이르고 있다고 보 고하였다. 그중 대부분은 개발도상국에서 발생하고, 절반 이상은 5세 미만의 아동이 폐렴에 의한 사망이라고 밝혀지고 있다. 또한 실외 공기오염으로 인한 사망은 매년 130만 명에 이른다고 보고 되고 있다. 세계적으로 볼 때 공기청정기 보급률은 유럽(42%)을 제외한 미국 27%. 일본과 한국 17%, 중국 1% 미만으로 아직도 공기청정기 시장은 시작 단계이지만 중국의 심각한 스모그는 향 후 시장 성장에 가장 큰 요인으로 등장할 전망이다. 최근 공기청정기의 세계 시장은 2014년을 기준으로 약 41억 달러(약 4조 4,000억 원)에 이르는 것으로 추정된다. 국가별 비 중은 일본 26%, 중국 22%, 미국 22%, 캐나다 10%, 한국 9%, 기타(유럽 등) 11%를 보이고 있다. Vo l.5 Is su e 2 공 기 청 정 기

16

(단위 : 억 달러, 억 원, %)

구 분 2013 2014 2015(E) 2016(E) 2017(E) 2018(E) 2019(E) CAGR(%)

세계 시장 38 41 48 57 67 78 92 16.1

국내 시장 3,000 5,000 5,600 6,272 7,025 7,868 8,812 12.0

주) 2013년 기준 미국-9%, 한국-12.0%, 중국-34% 등 각국 평균성장률을 기준으로 17.5% 추정 자료: Euromonitor Internaional, TechScience, 업계 추정 기초로 KISTI 재작성

공기청정기 세계 및 국내 시장 전망

자료 : 공기청정협회

기계식 공기청정기 필터(기본) 시스템

Pre filter

Activated carbon filter

Anti microbil filter 3M Polypropylene filter

Optional sterilization filter

현재 각국의 시장 성장률은 10% 정도를 예측하고 있으나 아 시아 지역, 특히, 중국과 한국 등을 포함한 아시아 지역은 향후 5년 동안 훨씬 더 높은 성장률을 보일 것으로 전망되고 있다. 2013년 중국의 경우 전년 동기 138% 성장을 기록하는 등 폭발 적인 성장세를 보이고 있는 가운데 세계 시장 규모에 적지 않은 영향을 줄 것으로 보인다. 향후 공기청정기 시장은 보급률이 낮은 중국과 지속적인 수요를 이끌어 온 미국이 계속적으로 수요시장 을 이끌어 갈 것으로 전망된다.

치열한 경쟁이 예상되는 중국과 미국, 국내 시장 전망

중국의 리서치기업인 아이리서치의 통계에 따르면 2013년 기 준 공기청정기 보급률은 0.2%로 미국 27%, 유럽 42%, 한국과 일본 17%와 비교하면 현저히 낮은 수준이다. 앞으로 5년 동안 연평균 34% 성장이 예상되며 시장 규모 역시 폭발적으로 증가할 것으로 전망된 바 있으며, 오비드컨설팅(AVC)에 따르면 2014년 중국 공기청정기 시장은 200억 위안(약 3조 2,708억 원) 규모를 돌파할 것으로 예측하고 있다. 향후 3년간 공기청정기 판매량이 큰 폭으로 증가할 것이라는 데 같은 전망을 하고 있다. 2012년에는 56개 업체에 불과했지만, 2013년에는 중국 내 생 산기업이 242개로 급증하였고 판매량 증가가 이를 뒷받침해 주 고 있다. 중국 시장에서는 자국 브랜드 야두(YADU), 위안다(遠 大), 카이셔러(KASRROW), 징메이셔(Mfresh), 메이더(Midea), 샤오미(Xiaomi) 등과 해외 브랜드 필립스, 샤프, 파나소닉, 다 이킨, 블루에어 등의 업체가 치열한 경쟁을 하고 있다. 2013년 에는 필립스(Philips, 飛利浦), 샤프(SHARP, 夏普), 파나소닉 (Panasonic, 松下)이 각각 35.7%, 20.8%, 16.2%의 높은 시장 점유를 보이고 있으며, 야두(YADU,亞都)와 위안다(遠大)의 시

아시아 지역은 한국과 중국을 중심으로 수요가

지속적으로 증가할 것으로 보이며, 특히 중국의 경우

세계 시장 규모에 큰 영향을 미칠 정도로 폭발적인

성장세를 기록할 것이다.

Vo l.5 Is su e 2 공 기 청 정 기

17

(단위 : 억 위안, %)

구 분 2013 2014 2015(E) 2016(E) 2017(E) 2018(E) 2019(E) 2020(E) CAGR(%)

장 점유율은 각각 12.6%, 4.3%를 차지하고 있어, 해외 업체들 이 시장을 주도하고 있지만 최근 점차 자국 브랜드에 대한 시장 점유율이 늘어가고 있다. 향후 중국 시장은 현지생산 방식의 일본 기업 및 수출판매 방식 의 한국 기업 진출, 중국 업체 간의 경쟁으로 치열한 시장이 될 것 으로 보인다. 현재 중국의 공기청정기 관련법으로는 2013년 4월 부터 APIAC/LM01-2013 ‘공기청정기 정화기능 평가요구’의 시 행법이 운용되고 있다. 시장의 진입장벽이 비교적 낮기 때문에 세 계의 많은 대형 브랜드와 함께 국내외 중소기업들이 속속 진출하 면서 다양한 제품을 쏟아낼 것으로 보고 있다. 2014년부터 2020년까지 연평균 시장 성장률(CAGR)은 약 40%에 달하는 긍정적 예측 속에서 삶의 질을 위협하는 미세먼지 발현 횟수가 증가하면서 수요 촉진을 불러 오고 있다. 소득 증가와 보급률과의 관계에 따라 다소 차이는 보일 수 있으나 보급률 포화 인 50~60%까지는 시장이 성장할 것으로 전망된다. 또한 산업 및 상업 시설용 제품이 시장수요의 핵심이지만, 고소득층을 중심으 로 주택용 수요도 빠르게 확대되고 있고 인도를 비롯한 해외 신흥 시장의 수요도 영향을 미칠 것으로 보인다. 현재는 고성능 미립자 제거(HEPA) 필터가 시장 대부분을 차지하고 있지만 접합 필터 부 착 HEPA와 활성탄 필터 수요도 점차 확대되고 있다. 미국의 경우, 2014년 TechSci Research사에 따르면 공기오 염이 심화되어 호흡기 질환(천식, 만성 폐식성 폐질환 등) 발생률 이 증가하면서 안전한 실내 환경 조성에 대한 인식 확산으로 공 기청정기 판매가 증가했다고 보고 있다. 현재 미국 내에서 시장

주도권을 장악하고 있는 HEPA(High Efficiency Particular Air) 필터를 사용하는 공기청정기가 향후에도 시장을 주도할 것으 로 전망되지만 활성탄 여과기, 이온 발생기 등의 수요도 점차 높 아질 전망이다. 최근 HEPA 필터와 활성탄 여과기가 조합된 제 품이 미국 내에서 큰 호응을 얻고 있는 가운데 향후 5년 동안 연 9% 연평균 성장률을 보일 것으로 전망되고 있다. Euromonitor International에서는 미국 공기청정기 판매액이 약 15%에 이를 것이라는 다소 높은 전망치를 내놓고 있다. 국내 공기청정기 시장은 과거 6년간(2005~2010년) 12.2% 의 높은 성장률을 기록했다. 국내 시장 규모는 2013년 3천억 원 에서 2014년 5천억 원 이상으로 커지고, 국내 보급률은 2010년 12.1%, 2012년 17.2%, 2014년에는 20%를 넘길 것으로 예상 되면서 향후 성장 잠재력은 높은 것으로 전망되고 있다. 국내 시장의 선두 주자는 코웨이이고 LG전자, 삼성전자, 대유 위니아, 청호나이스, 위닉스, 캐리어에어컨 등을 주요 업체로 꼽 을 수 있다. 최근 샤프를 비롯한 블루에어, 일렉트로룩스 등 외국 기업들이 속속 진출하고 있는 국내 공기청정기 시장은 주요 중 소기업의 주력 판매방식인 방문판매를 통한 렌탈 위주의 시장으 로 전개되고 있으며 삼성전자, LG전자 등이 판매시장을 점유하 고 있다. 다양한 해외 기업들이 한국 공기청정기 시장에 진출하 고 있기 때문에 시장 경쟁은 치열해질 전망이다. 2013년 판매종 류 점유율을 보면 자연기화식이 48%, 초음파식이 36%, 복합식 이 10%, 가열식이 6%를 보이고 있다. 앞으로 공기청정기는 단 순 청정기능의 제품에서 가습, 제습 등의 복합적 기능이 탑재된 제품이 시장을 주도해 갈 것으로 보인다.

성숙기에 접어든 국내 시장,

복합과 고급 기능을 담은 품질 전략 예고

현대사회가 산업화, 공업화, 도시화, 기후변화 등에 따른 환경 오염의 가속화로 미세먼지의 위협이 현실화되면서 공기의 질이 사회적 이슈로 조명을 받고 있다. 따라서 공기청정기, 마스크 등 관련 제품에 대한 수요도 최근 폭발적으로 증가하고 있다. 우리나라는 중국 몽골 건조 지역에서 발생하는 황사와 자동차, Vo l.5 Is su e 2 공 기 청 정 기

18

판매량 증가와 함께 자국 브랜드의 시장 점유율이

늘어가는 중국 시장, 지속적인 증가세를 보이는

미국 시장과 더불어 국내 시장 역시 코웨이, LG전자,

삼성전자를 비롯한 대기업 주도 하에 방문 판매에

주력하는 중소기업 및 해외 기업들의 진출로 인해

경쟁이 치열해질 것으로 예상되고 있다.

(단위 : 억 달러, %)

구 분 2013 2014(E) 2015(E) 2016(E) 2017(E) 2018(E) 2019(E) CAGR(%)

세계 시장 7.7 8.4 9.1 9.9 10.8 11.8 12.9

9.0

성장률 15.9 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0

자료 : Euromonitor Internaional(2013), TechSic Research 참조 KISTI 재작성

본원 305-806 대전광역시 유성구 대학로 245 Tel 042) 869-1004 Fax 042) 869-0969

분원 130-741 서울특별시 동대문구 회기로 66 Tel 02) 3299-6019 Fax 02) 3299-6041