산업경제정보

요 약

소재는 모든 산업의 생산기반 역할을 수행하며, 궁극적으로 미래산업의 원천경 쟁력 확보를 위해서는 미래 신소재의 사업화가 필수 요소임.

● 탄소소재는 넓은 활용범위를 가진 미래 소재로 기대를 받고 있으며, 특히 탄소 나노튜브(CNT)는 특성 및 응용범위 등에서 잠재력이 높음.

● CNT는 나노미터 단위 수준의 제어를 통해 구조재료 및 기능재료로 활용 가능하며 기 존 소재 대비 우수한 물리·전기적 성질 보유

CNT는 선진국 중심으로 활발한 R&D가 추진 중이며, 최근 상용화를 위한 대량 생산 기술개발이 이루어지고 있음.

● 미국, 독일, 일본 등 선진국은 2000년대 초 나노기술종합전략을 마련한 이후, 투자규모를 지속적으로 확대하며 꾸준한 R&D 추진 중

● 우리나라는 CNT를 포함한 나노분야에 2000년 초반부터 적극적 R&D를 추진하 였으나, 장기적 관점의 일관된 투자가 미흡

CNT를 활용한 제품혁신 및 관련 시장 확대가 기대되고 있으나, 우리나라는 사 업화 및 시장규모 확대에 지속적 어려움을 겪고 있음.

● 국내 CNT 기술수준은 선진국에 근접한 수준이지만 가치사슬 구조 미흡, 유기적 협력 부재, 기업의 영세성, 이해관계자 간 갈등, 이에 대한 정부 지원책 한계 등은 사업화의 걸림돌이 되고 있음.

CNT는 높은 성장잠재력 및 넓은 파급효과를 가지나, 국내 업체의 사업화 제고 를 위해선 여러 개선방안 마련이 시급함.

● 핵심 적용 분야 발굴 미흡, 사업화 기술의 미성숙, 기술표준화 미흡, 안전규제 강화 등의 문제해결과 연구개발 과제의 일관성 유지 및 업계의 시너지 창출을 위한 이해관계자 간 협력 네트워크 구축 등이 필요

제

590

^호

( 2 0 1 4 - 1 5 ) 2 0 1 4 . 5 . 2 6

미래 소재 : 탄소나노재료 1 (탄소나노튜브)

산업경제정보

INSIGHT

ndustry nsight

utures

탄소소재는 오래전부터 다양한 응용 및 활용 범위를 가진 미래 소재로 주목

미래산업의 원천경쟁력 및 지속적 성장잠재력 확보를 위해 신소재의 사업화는 필수 요소

●  신소재는 그 활용분야와 범위가 다양하여, 광범위한 산업에 영향을 미치는 분야임.

탄소소재는 현재 널리 사용되는 금속소재 대비 물리·기계·화학적 성질이 우수하고 원 재료가 풍부하며 광범위한 분야에 응용이 가능해 오래전부터 미래 소재로 주목

최근 탄소섬유의 항공기 적용 확대, 탄소나노튜브 가격의 현실화, 그래핀 관련 성공적 연 구 성과 등이 맞물려 탄소소재는 높은 부가가치 창출이 가능한 미래 소재로 재부각

●  탄소소재는  원유,  가스,  석탄  등  탄소  원료로  만들어지며  탄소섬유,  탄소나노튜브

(CNT, Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene) 등 다양한 형태로 합성 가능

●  이들 소재는 특성이 우수하고 구조재, 기능재 등 모든 용도로 활용 가능하며 항공기, 

자동차, 디스플레이 등 다양한 고부가가치 제품에 적용 가능

CNT는 기존 재료 대비 다양한 특징과 장점을 가진 미래 유망 신소재

CNT는 그물 모양의 그래핀 판(graphene sheet)이 긴 원통형으로 말려진 형태로, 1991년 일본 NEC 연구소의 이지마(Iijima) 박사가 최초 발견

●CNT의 합성방법, 튜브의 구조(너비, 벽 수 등)에 따라 서로 다른 물리적 특성을 가지며 

높은 기계적 물성, 높은 전기전도 및 열전도도 등을 가져 소재로서 잠재력이 매우 높음.

CNT는 기존 탄소소재와 달리 나노미터 단위 수준의 제어를 통해 보다 광범위한 분야에 응용 가능한 우수한 특성 보유

탄소소재의 특징

그림 1 | 탄소소재 주요 제품의 부가가치 비교(1㎏ 기준)

석유

탄화수소가스 (에틸렌 등) 970원

( - )

2,000원 ( - )

MWCNT

50,000원 (25배)

Al-CNT

복합재 ↗

↗

항공기 부품

반도체 정밀테스트 장비용 부품 80,000원

(40배)

3,000,000원 (1,500배) 520,000원

(260배) 석탄

141원 ( - )

침상 코크스

224원 (1.6배) PAN

섬유

2,293원 (2.4배)

탄소 섬유

22,400원 (23.1배)

인조 흑연

1,479원 (10.5배)

리튬전지 음극

4,615원 (32.7배) 항공기

동체

224,000원 (230.9배)

자료 : “C-산업 발전전략”(지식경제부, 2012), 업계 정보 참고하여 산업연구원 수정.

●  CNT는 복합소재, 박막소재, 반도체소자 등을 비롯한 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 

현재는 복합소재 용도로 가장 많이 활용되고 있음.

●  CNT는 기존 금속재료 대비 기계적, 전기적 성질 모두에서 우수한 특성을 보임(표 1 참조).

●  최근 CNT는 전도성 소재로 전자파 차폐 및 터치패널용 코팅 재료 등으로 부각되어, 

기존 전기전도성 고분자 복합소재를 대체하는 등 빠른 속도로 시장 진입 중(표 2 참조)¹⁾

●  CNT의 고유한 물성은 다양한 응용분야의 혁신에 영향을 끼칠 수 있는 잠재력을 보유

하고 있으며, 이들 분야에서 향후 CNT를 활용한 다양한 제품혁신이 나타날 것으로 예상 됨(표 3 참조).

1) 등방성이란 모든 방향에 대해 균일한 특성을 갖는 것을 말하며, 대조적으로 이방성은 방향에 따라 성질이 다른 것을 의미.

연구개발 동향 및 사업화 추세

표 1 | 탄소나노튜브의 특징

 

물성 SWCNT MWCNT 비교 대상

기계적 성질 탄성률 약 10배 약 2~7배

강철 기준 인장강도 약 70~700배 약 20~100배

전기적 성질 비저항 약 1000배 약 1000배

구리선 기준

열전도도 약 10배 약 10배

자료 : “나노탄소 고분자 복합재료”(최철림, 2013).

표 3 | CNT 특성과 이를 기반으로 한 광범위한 응용분야 시장

에너지 전자제품 자동차 구조재 기타

배터리 풍력 반도체터치패널 코팅재

대전방지 페인팅

연료 시스템

항공 우주

스포츠 용품

열

관리 난연제

CNT 속성

높은 전도성 ○ ○ ○ ○ ○ ○

높은 열전도 ○ ○ ○ ○

높은 인장강도 ○ ○ ○ ○

높은 탄성 ○ ○ ○

높은 흡수성 ○ ○ ○ ○

높은 종횡비 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

낮은 무게 ○ ○ ○ ○ ○

자료 : Cnano社 홈페이지(http://www.cnanotechnology.com/en/markets.html).

표 2 | 전기전도를 위한 첨가 재료 종류에 따른 복합소재 특성 비교 금속섬유 금속 코팅

탄소섬유 탄소섬유 카본 블랙 CNT

용도 전자파 차폐 전자파 차폐

정전 분산

전자파 차폐

정전 분산 정전 분산 전자파 차폐 정전 분산

표면 정전기 큼 큼 큼 적음 거의 없음

표면 거칠기 거침 거침 거침 매끄러움 매끄러움

소재 등방성¹⁾ 등방적 비등방적 비등방적 등방적 등방적

자료 : “CNT 사업화 촉진 전략 워크숍 자료집”(지식경제부, 2013).

선진국 중심으로 CNT 원천기술 개발 및 상용화를 위한 R&D가 꾸준히 추진 중

CNT가 복합소재, 전기전자, 에너지, 디스플레이 등 각 응용분야에 적합한 물성을 갖도 록 선택적으로 합성 및 제어하는 연구가 활발하게 추진 중²⁾³⁾

●  CNT는 형태에 따라 크게 SWCNT(Single-Walled CNT)와 MWCNT(Multi-Walled CNT)

로 구분되며, 제조공정 방법에 따라 CNT의 형태 및 물성이 달라짐(그림 2 참조).

새로운 CNT 공정의 개발은 CNT 생산단가 절감에 기여하였고, 이에 따라 CNT의 대량생 산이 가능해져 2016년 전 세계 CNT 연간 생산량은 1만 2,000톤을 초과할 것으로 전망

●  최근 CVD 공정을 활용한 CNT 생산방법이 개선되면서 CNT 생산량이 크게 증가함.

 * 다만 CVD 공정을 활용한 CNT 대량생산은 MWCNT 분야에 국한되며, SWCNT 분야는 아직 대량 생산에 어려움이 있고, 생산단가 또한 매우 높은 수준을 유지(MWCNT : 5만~8만원/kg, SWCNT :  1억~3.5억원/kg)(그림 3 참조)

2) 레이저 증착법과 아크방전법은 촉매금속과 강력한 레이저/아크방전으로 탄소과녁물질을 순간 가열하는 방법이며, 화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition : CVD)은 형성하려는 대상의 구성 성분을 가진 기체 가스를 반응시켜 원하는 표면에 증착 시키는 방법인바, 특히 CVD는 기존 반도체 공정의 증착기술과 호환성이 있고, 원하는 기판과 원하는 위치에 나노튜브를 제조 할 수 있는 장점이 있어, 특히 전자소자 응용을 위한 중요한 제조방법을 제공.

3) “Nanotechnology”(Rogers et al., 2011), “New Method for Continuous Production of Carbon Nanotubes”(Science Daily,  2012.4.10.), “Carbon Nanotubes: present and future commercial applications”(Science, 2013) 참고.

그림 2 | CNT의 형태

 

SWCNT

우수한 성능, 대량생산에 한계

MWCNT

SWCNT 대비 성능 열위, 대량생산 용이

그림 3 | CNT 공정혁신과 이에 따른 단가 추이

 

1,000

100

10

0

15 12 9 6 3 0 1996 1997 1998 1999200020012002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

가격(달러/g) 생산규모(천 톤/연)

시장수요 증가 생산규모 증가 가격 하락

① ② ③ ④

추정 규모 확정 규모 자료 : 산업연구원 재구성.

CNT  제조에는  강력한  에너지 가  필요하기  때문에,  개발  초창 기  (그림의  ①,  1990년대  초중 반)에는  레이저  증착법,  아크방 전법, 화학증착법 등이 시도되었 으며,  이들의  개선  공정이  지속 적으로 이루어짐. 예를 들어, 화 학증착법의 개선 공정인 HiPCo  (②), CoMoCAT (③), Continuous  Rotation Reactor (④) 등은 양산 재현성  및  생산규모  증가를  통 한 가격 하락에 기여²⁾

3)

우리나라는 2000년 초반부터 CNT 등을 포함한 나노분야 기초 R&D 지원을 적극 추진

CNT를 포함한 나노기술에 대한 R&D는 2000년대 초반 선진국을 중심으로 크게 확대되기 시작하였으며 미국, 러시아, 중국, 일본, 독일 등이 가장 활발한 연구개발 활동을 추진 중

●  미국, 독일, 일본 등 선진국은 2000년대 초 나노기술 종합전략을 마련하고 나노기술 

사업화를 위한 연구개발 활동을 꾸준히 추진하고 있으며 투자규모를 지속적으로 확대

●  우리나라 또한 2000년대 초반부터 나노분야에 대한 지원을 확대하였으나 2000년대 

후반 이후 그 증가율이 정체되어 있는 실정으로, 장기적 관점의 체계적이고 일관된 투자 가 미흡하고 대부분의 투자가 기초 연구개발에 치우쳐 R&D의 사업화 연계는 미흡한 실정

●  동 분야 최고 선진국인 미국의 경우에는 SBIR/STTR

⁴⁾ 등의 프로그램을 도입하여, 중소 기업에 대한 혁신역량을 최대한 도모하고 있음.

 * 미국은 2004년에서 2010년 사이 중소기업의 나노기술 기술혁신 및 사업화 지원을 위해 SBIR/

STTR에 6억 5,000만 달러 이상을 투자

4) SBIR : Small Business Innovation Research, STTR : Small Business Technology Transfer.

표 4 | 우리나라 연도별 나노기술 투자 실적

 

단위 : 억원

  

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

(계획) 연구개발 955 1,589 1,644 1,631 1,700 1,938 2,044 1,764 2,303 2,075 2,178 2,623 2,679 인프라 30 456 626 702 840 688 609 526 110 224 225 181 232 인력양성 67 76 105 147 136 162 159 139 130 121 131 30 18 합계 1,052 2,121 2,375 2,480 2,676 2,788 2,814 2,429 2,543 2,420 2,534 2,834 2,929 자료 : “나노기술연감2012”(국가나노기술정책센터, 2012).

그림 4 | 국가별 나노기술 R&D 투자규모 추이

 

일본 중국EC

한국 대만인도 영국 독일

미국

기타 국가 러시아

Funding in USD milions

3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500

02000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

자료 : “Global funding of nanotechnologies & its impact”(Cientifica, 2011).

이와 같은 경향은 우리나라의 나노기술 분야 3극 특허 영향력지수(PCI)에서도 나타남.⁵⁾

●  동 분야에서는 미국이 압도적으로 큰 영향력을 발휘하고 있으며, 우리나라를 포함한 

일본, 독일 등은 최근 비교적 비슷한 영향력 수준을 나타냄. 

●  다른 국가는 꾸준한 영향력지수를 유지한 반면, 한국은 2000년대 초반에만 다른 국가 

대비 높은 수치를 보였고 2000년대 후반부터는 영향력이 급격하게 감소하는 추세

5) ‘3극 특허’란 미국 특허청에 등록된 특허 중 일본, 유럽 특허청에 동시 출원된 특허를 가리키는 것으로 주로 특허의 질적 분 석 지표로 사용되며, ‘영향력지수(PCI, Patent Citation Index)’는 특정 국가의 특허가 향후 발생하는 특허에 얼마나 응용되고 있 는가를 파악하는 지표로, 특허의 질적 수준을 파악할 수 있는 대표적 지표.

표 5 | 미국의 나노기술 분야 SBIR/STTR 투자규모 추이

단위 : 백만 달러

2006 2007 2008 2009 2010

SBIR 74.0 71.3 81.9 104.6 110.6

STTR 12.6 11.4 15.1 22.0 22.4

계 86.6 82.7 97.0 126.6 133.0

자료 : “2012년 미국의 나노기술 정책 동향”(국가나노기술정책센터, 2012).

표 6 | 나노기술 3극 특허 영향력지수(PCI)

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 미국 1.24 1.21 1.25 1.23 1.20 1.26 1.20 1.19 1.22 1.25 1.34 1.41 1.42 캐나다 0.46 0.79 0.62 0.65 0.72 0.48 0.57 0.34 0.65 0.82 0.71 0.37 0.38 한국 0.13 1.30 1.26 0.52 0.76 0.88 0.90 0.46 0.63 0.42 0.32 0.38 0.37 일본 0.48 0.63 0.46 0.61 0.52 0.47 0.41 0.60 0.44 0.44 0.42 0.32 0.32 독일 0.42 0.35 0.40 0.33 0.65 0.49 0.53 0.40 0.38 0.44 0.47 0.36 0.26 프랑스 0.28 0.23 0.27 0.27 0.40 0.24 0.51 0.34 0.37 0.22 0.31 0.28 0.28 자료 : “나노 특허 동향”(국가나노기술정책센터, 2013).

그림 5 | 3극 특허 영향력지수 변화 추이(미국 제외)

 

1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

0.0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

캐나다 한국 일본 독일 프랑스

최근에는 그간 R&D 성과와 가격하락 추세 등으로 실질적 시장 확대에 대한 기대감 증폭

지난 수년간 CNT에 대한 많은 연구개발 및 투자가 이루어졌고, 최근 MWCNT 가격하락 및 적용분야 확대 등이 맞물리면서 상용화 움직임이 활발하게 나타나고 있음.⁶⁾

●  MWCNT 가격은 2005년 사업화 가능 가격(2억원/톤)이 제시되었는데, 2013년 현재 약 

0.6억원/톤 수준까지 하락하여 향후 응용분야 확대 가능성이 높아지고 있으며, 특히 가격 경쟁력이 최우선 과제인 정전방지용 복합소재 등에서 우선적으로 시장 확대가 전망됨.

▣ 나노기술 및 CNT의 경제적 효과⁶⁾

- 나노기술은 자동차, 항공, 의학, 전자제품, 에너지, 신소재, 식료품 및 포장 등 다양한 분야에 직간접적으 로 경제적 영향을 끼치고 있음(OECD/NNI, 2013).

- CNT 활용이 민간항공 운송산업에 미치는 영향을 나타낸 한 가지 사례로, 보잉747 항공기의 동체를  SWCNT 복합재료로 구성했을 때의 경제적 효과를 추산한 결과가 있음. S.E. O’Donnell et al.,(2004)은 동  비행기가 LA-인천 왕복 노선을 운항한다고 가정했을 때 1회 편도 비행마다 약 1만 달러의 유류비 절감효 과가 있는 것으로 분석하였으며, 이는 운항사가 동 구간을 1일 2회 왕복할 때 하루에 약 4만 달러의 비용  절감효과를 거둘 수 있음을 의미

6)  “Symposium  on  Assessing  the  Economic  Impact  of  Nanotechnology”(OECD/NNI,  2013),  “Potential  Impact  of  Carbon  Nanotube Reinforced Polymer Composite on Commercial Aircraft Performance and Economics”(S.E. O’Donnell et al., 2004)  참고.

2 1.5 1 0.5

1991 2000 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 가격

(억원)

연구중심 소재개발

대량 생산 공정 및 설비 연구

응용 연구 및 응용 소재 연구

융복합화 소재 연구

그림 6 | MWCNT 가격 추이(억원/톤)

 

자료 : “CNT 사업화 촉진 전략 워크숍 자료집”(지식경제부, 2013).

시장 동향

CNT 생산규모 CNT 품질

(순도, 배향성 등)

CNT 양산 가능 조건

섬유/와이어 직물 CNT 사업화

→ 벌크(bulk) 나노기술

~$200/g

~$50/g

~$1,500/g

~$50/kg 전자방출원/메모리

단자

투명 전도체

배터리 복합재 (대전방지) 트랜지스터

그림 7 | CNT 품질/가격과 응용분야

900 800 700 600 500 400 300 200 100

0 2010 2012 2014 2016 2018 2020

항공 자동차 배터리

금속 복합재 내연플라스틱 고무타이어

2,500

2,000

1,500

1,000

500

0 2010 2012 2014 2016 2018 2020

구조 기능

(백만 달러) (백만 달러)

그림 8 | MWCNT 주요 응용분야별 시장 전망

자료 :  Lux Research(2012), “CNT 사업화 촉진 전략 워크숍 자료집”(지식경제부, 2013)을 참고하여 산업연구 원 재구성.

세계 CNT 시장(2013년 현재)은 약 5억 달러 규모로 추산되며, MWCNT를 활용한 복합 소재 중심으로 시장을 형성하고 있음.⁷⁾

●  전체 CNT 시장의 약 70%가 복합소재이며, 전자부품(10%), 에너지(9%) 분야 등이 나

머지를 차지하고 있음.

●  복합소재 분야는 차량용 플라스틱 내외장재, 연료탱크 등 자동차산업에서 일부 제품

화되었고 대전방지 코팅, 투명전극 등에 대한 상용화도 진행 중

●  현재 CNT 시장의 대부분을 차지하는 MWCNT는 배터리, 자동차 분야 중심으로 활용

되고 있으나 항공, 금속 복합재, 내연플라스틱, 고무타이어 등 다양한 분야에서 시장이  활성화될 것으로 전망

* SWCNT 시장은 향후 3~5년 동안 MWCNT 시장의 10% 이하 수준을 형성할 전망 

국내외 업체들은 양산설비 구축 및 상용화 위한 응용연구를 추진 중

국내에서 MWCNT 분야는 가격경쟁력이 상승하면서 대기업의 참여가 활발하게 이루어지 고 있는 반면, SWCNT 분야는 중소·중견기업 중심의 연구개발 및 제품 상용화 초기 단계

●  MWCNT 양산기술이 개발되면서 화학업종 기반 대기업의 진입이 활발하게 시작되었

고, 이에 따라 사업화 초기부터 경쟁이 과열되고 있음.

●  MWCNT의 사업화 가능성 향상과 생산단가 하락 등으로 한화, 효성, 금호 등의 대기업

이 소재 생산과 응용제품 동시 개발 등을 추진 중

●  SWCNT는 대량생산이 어렵고 단가가 비싸 시장 내 경쟁이 높지 않아, 규모의 경제가 

중요하지 않은 중소 및 중견기업 수준에서 주로 생산하여 시장에 공급

7)  “Carbon  Nanotubes(CNT)  for  Electronics  &  Electrics  2013~2023:  Forecasts,  Applications,  Technologies”(IDTechEx,   2013). 지식경제부(2013)에서 재인용.

미국, 프랑스, 독일 등 선진국 CNT 업체들은 CNT 양산설비 구축을 통해 MWCNT의 생산 단가 인하를 꾀하고 있으며, 국내 업체들과 경쟁구도 형성⁸⁾

8) Bayer는 당초 저가격 공급을 목표로 CNT 대량생산 기술을 개발하였으나, 수요자 품질 수준에 부합하지 못해 2013년 5월  CNT사업에서 철수함.

표 7 | 국내 주요 CNT 제조업체 현황

업체명 특 징 비 고

H사

MWCNT 대량생산(-50톤/연)

CNT 복합소재 기반 다양한 응용제품 개발 중 (자동차 경량소재, 휴대폰 터치패널, 타이어 블라더 등)

H′사 흡수합병 (2012)

K사

MWCNT 대량생산(Capa. -80톤/연) S사(CVD 합성 장비업체) 인수(2011) CNT-Elastomer 복합체 개발 주력

S사 CNT 사업부 인수 H′사 MWCNT 생산(Capa. -15톤/연)

CNT 복합재 개발 ATM기 부품용

C사 고분자 및 금속 복합재용 MWCNT 생산(Capa. -40톤/연) 미 보잉사 신형 전투기 날개부품용 MWCNT 공급

A사와 협력 (CNT 복합재) J사 고분자 복합재용 MWCNT 생산 (Capa. -100톤/연)

전자제품 마스크, 복합소재, 대전방지, 방열 소재 등에 응용

L사와 협력 (CNT 복합재) K′사

SWCNT 생산(Capa. -1톤/연)

투명전극용 CNT 분산액 및 코팅액 개발 TV용 고투명성 정전기 방지 필름 개발

독일 F연구소 협력

X사

MWCNT 생산(Capa. 소량으로 추정) CNT 발열체 관련 선도 업체 터치패널용 CNT 투명전극 개발

N사 인수

자료 : 산업연구원 내부 세미나 자료.

표 8 | 해외 주요 CNT 제조업체 현황

업체명 국가 특 징 응용분야

Hyperion 미국 1982년 설립(상표명 : FIBRIL)

전자부품, 자동차 외장재 등 공동개발 업체 모색 중

전도성 복합체 CNT masterbath Carbolex 미국 1998년 설립(Kentucky 대학)

전기방전법 SWNT, MWNT 판매 전계방출

CNI 미국 Kellog가 흡수, customer 500기관 이상

라이스대학 Smalley(1996년 노벨상 수상) 공동설립

전계방출 기능성 복합재 Showa Denko 일본 2001.1월부터 양산 시작(Endo 교수)

응용시장주력(VGCNF) 2차 전지

CNRI 일본 Mitsui 자회사. 2~3년 내 생산량 확대 계획 기능성 복합재 Nikkiso 일본 2002.4월 Shizuoka에 플랜트 건설 2차 전지 응용 Mitsubishi 일본 Frontier Carbon을 자회사로 인수

주로 Fullerene 생산(2007년 1,500톤/연)

전계방출 기능성 복합재 GSI Creos 일본 Cup-Shaped MWCNT 대량 합성 연료전지, 전계방출,

세포배양 응용

Toray 일본 DWCNT 합성 투명전극 응용

Nanocyl 벨기에 SWCNT, DWCNT, MWCNT 대량 합성(업계 Top Player) Gas stream 방식

기능성 복합재 연료전지, 전계방출 Bayer⁸⁾ 독일 유동층 반응기를 이용한 MWCNT 대량 합성(사업 철수) 기능성 복합재 응용 Arkema 프랑스 2011년 연 400톤 수준 양산규모 증설 계획 고성능 복합재 Tomas Swan 영국 수직형 반응기에 의한 SWCNT, MWCNT 합성 고분자 masterbatch

Raymor 캐나다 SWCNT 양산(1kg/월 이상), Arc Plasma 방식 투명전극 Unidyme 미국 DWCNT, MWCNT 합성, 한국 Wisepower에 인수 투명전극 자료 : 산업연구원 내부 세미나 자료.

시사점 CNT의 국내 연구개발 수준은 선진국 수준이나, 사업화 및 시장규모 확 대는 상대적으로 미흡

우리나라의 CNT 기술력은 비교적 높은 편이지만 사업화 정도는 상대적으로 낮은 수준 에 머물러 있는 실정

●  CNT 분야 기술경쟁력은 미국과 일본이 세계 최고 수준(100%)이며, 우리나라는 세계 

최고 수준 대비 약 90%, 독일과 중국은 약 80% 수준을 보이고 있음.

●  사업화 부진의 원인은 관련 기술을 기반으로 한 사업화 전주기 과정에서 가치사슬 구

축 체계 미흡, 산업 단계별 유기적 협력 부재, 관련 기업의 영세성, 이해관계자 간 갈등  및 상호연계가 미흡한 연구개발협력 체계, 투자 편향적 정부 지원정책 한계 등에 기인  * 원료공급자-CNT중간재-1차 사용자-2차 사용자-소비자 등 가치사슬별 주요 주체 또는 대기업 과 중소기업 간 이해 상충이 존재하고, 정부 지원정책은 기술수준 제고를 위한 투자에만 편향되어  있어 기술 기반의 선순환적 생태계 구축에 한계가 있음.

●  또한 CNT의 규격화, 표준화 및 정량화된 분석방법 및 성능 평가방법 구축이 미흡한 

점도 안정된 시장 구조 형성에 큰 걸림돌로 작용

정부와 업계의 오랜 노력에도 불구하고 CNT 사업화는 내외부적으로 여러 과제가 산적

사업화 가치사슬별 단계에 해당하는 업계 간 수직-수평적 협력 및 소통 부족

●  정부는 업체 간 협력 부족 문제 해소를 위해 ‘CNT 기업 협의체’를 2013년 8월 조직하

여 사업화를 촉진하겠다고 발표하였으나, 업계에서의 만족도는 미흡한 실정

 * 기업 간 시너지 창출이 가능한 협력관계 구축, 소재기업-수요기업 네트워크 활성화를 통한 시 장 통로 마련 등 건강한 기업생태계 구축을 위한 정책지원이 필요

그림 9 | CNT 관련 산업 가치사슬 예시

원료공급자

중소/벤처/창업기업(재료/부품생산) 대기업(완제품 생산)

1. 대량공급 2. 최적 성능 확보 3. 설비 제작

안정된 원료/모듈 공급

CNT 중간재 1차 사용자 2차 사용자

가격경쟁력, 양산기술 확보를 통한 경쟁력 강화 및 안정적 고객확보 안정적 제품 공급

CNT

폴리머/올리고머 기판

분산용액(첨가제) Coater 특성분석기

CNT-고분자 복합재 - 박막 전극 - ESD/EMI 도료 - 점액형 중간재 - 매스터배치 생산

터치패널 업체 디스플레이 업체 투명전극 업체 자동차 부품 업체 건자재 업체 화학업체

LCD/PDP PC 자동차 주택 조선 LED IC 패키징 1. 고내구성 박막 확보

2. 고열전도/고방열성 확보 3. 친환경도료 확보

1. 터치패널 투명전극 가능성 최종판결 2. 방열특성 극대화한 고열전도성 제품 적용 3. 제품평가, 출하 및 안정적 제품 공급

최 종 소 비 자

Feedback Feedback

원료공급자

중소/벤처/창업기업(재료/부품생산) 대기업(완제품 생산)

1. 대량공급 2. 최적 성능확보 3. 설비 제작

안정된 원료/모듈 공급

CNT 중간재 1차 사용자 2차 사용자

가격경쟁력, 양산기술 확보를 통한 경쟁력 강화 및 안정적 고객확보 안정적 제품 공급

CNT

폴리머/올리고머 기판

분산용액(첨가제) Coater 특성분석기

CNT-고분자 복합재 - 박 막 전극 - ESD/EMI 도료 - 점액형 중간재 - 매스터배치 생산

터치패널 업체 디스플레이 업체 투명전극 업체 자동차 부품 업체 건자재 업체 화학업체

LCD/PDP PC 자동차 주택 조선 LED IC 패키징 1. 고내구성 박막 확보

2. 고열전도/고방열성 확보 3. 친환경도료 확보

1. 터치패널 투명전극 가능성 최종판결 2. 방열특성 극대화한 고열전도성 제품 적용 3. 제품평가, 출하 및 안정적 제품공급

최 종 소 비 자

Feedback Feedback 자료 : 산업연구원 내부 세미나 자료.

● 또한 CNT 제품 양산뿐 아니라 특성 평가에도 아직 표준이 마련되어 있지 않아, 가격

은 물론 원자재 수급, 생산 공정, CNT의 성능, 특성 평가, 친환경 이슈, 제품의 안정성 등  모든 단계에서 이해관계자 간 입장 차이를 좁히기 어려워 이를 해결하기 위한 기술표준 화, 정책적 구매 촉진책 등을 통합 연계한 제도 정비가 요구됨.

●  CNT는 장기적으로 다양한 분야에서 높은 시장 파급효과가 기대되나, CNT만의 차별

화된 ‘killer application’ 발굴이 부진한바, 관련 전방산업 및 이해관계자 등을 고려한 연구 개발 및 사업화 포트폴리오 구축이 요구됨.

 * MWCNT의 경우 가격 측면은 크게 개선되어 시장요구에 부합 가능하나 성능 개선 효과가 상대 적으로 낮은 단점이 존재하며 SWCNT 경우에는 지속적으로 출현하고 있는 대체재와의 경쟁 전략  수립이 부진하고 국내 주요 수요자가 일부 대기업에 국한되어 있어, 이들의 영향력이 비대해지는  악순환이 지속

●  CNT 소재 기술 등은 실험실 수준의 재료 특성과 상업화 가능 수준의 재료 특성 사이

에 큰 간극이 존재하나, 이의 극복을 위한 연구개발은 부족한 실정

 * 실험실 수준에서의 재료의 특성 구현에 성공하였다 하더라도, 이를 상용화하기 위해서는 대형 화, 대량화, 품질신뢰도 등 많은 분야에서 장기적으로 추가 연구개발이 필요

한편, 기술력을 가진 국내 기업도 투자자 확보, 마케팅, 연구개발 인력 확보, 수요기업과 접촉 및 네트워크 등의 어려움으로 사업화가 부진한 실정⁹⁾

●  CNT 연구개발에 혁신적 중소기업의 연구개발이 많은 기여를 하고 있으므로, 이들 기

업의 혁신역량을 최대화하는 것이 매우 중요한바, 별도의 지원 프로그램 운용 방안 모색 이 필요

 * 국내 나노재료 기업의 87.5%가 중소기업이며, 이들 중 61.2%가 선진국 대비 90% 이상의 기술 력을 보유하고 있으나 나노제품 상용화에 성공한 기업은 37.6%에 그침.

●  국내 금융업계의 단기자금 회수 관행과 우수 인력의 중소기업 기피 현상, 수요자가 특

정 대기업으로만 구성되어 있는 점 등이 시장 확대 부진의 원인으로 작용

선진국에서는 장기적 관점에서 CNT의 잠재력을 높이 평가하여 전략적 지원 및 투자를 지속하고 있는 반면, 국내에서는 이와 같은 장기적 일관성과 체계성이 부족

●  연구개발 과제의 계량화된 성과 압력, 트렌드에만 부합하는 이슈의 과제화 및 선택과 

집중 논리에 따른 과제 대형화는 특정 분야의 집중적 연구개발 추진을 가능케 하지만, 이 는 대규모 자원이 트렌드에 따라 그 대상을 바꾸는 결과는 물론 기존 투자와 지원 성과 를 원점으로 돌릴 수 있다는 점에서 장기적인 관점에서 위험요인으로 작용할 수 있음.

 * 이는 장기적 연구가 필요할 뿐 아니라 불확실성이 높은 소재 분야 연구 지원 포트폴리오에는 부 적절하며, 소규모 지원이라도 다양한 분야에 장기적으로 지원하는 방식을 통해 실패 시 발생할 수  있는 위험을 줄일 수 있는 연구개발 포트폴리오를 구축하는 것이 바람직

●  CNT 등 소재 분야는 다양한 방식의 구현 원리와 제조방법이 가능하여, 선택과 집중보

다는 여러 차원에서의 접근을 통한 아이디어 다양화와 지속적 지원이 투자규모보다 중요  * 소재산업 성공을 위해서는 단기적 이익보다는 장기적 안목과 기다림이 필수적임.¹⁰⁾

9) 자료 : “나노기업의 기술혁신역량 조사분석 결과”(KEIT, 2013).

10) 일본의 대표적 소재기업인 ‘도레이’사의 경우에도, 1960년 초반에 당시 최첨단 소재인 탄소섬유 개발에 착수하여 10년 이 상의 개발을 거쳐 1970년대에 양산화에 성공하였으나, 적용분야 발굴이 부진하여 사업화는 부진하였음. 그럼에도 불구하고  핵심기술 연구개발을 지속하여, 40년 이상의 축적된 기술을 바탕으로 최신형 민항기인 보잉 787의 구조물은 물론 자동차 등  기타 분야에도 활용되어, 세계 탄소섬유 시장의 40% 이상을 점유하고, 탄소섬유 소재의 세계 표준이 됨.

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발행인 김도훈 ^/ 편집인 유진근 ^/ 편집·교정 조계환 130-742 서울특별시 동대문구 회기로 66 Tel : 3299-3114  Fax : 963-8540  www.kiet.re.kr

김 상 훈

(연구위원·미래산업연구실)·

[email protected]  02-3299-3181

심 우 중

(연구원·미래산업연구실) [email protected]

02-3299-3024 CNT 등 나노재료 사용의 안전성 및 신뢰성 문제가 국제적으로 이슈가 된 바 있어, 이에 대한 제도적 기준 및 지원방안 마련 필요

● 나노소재의 안전성 및 신뢰성과 관련하여 많은 국가들이 나노물질을 유해물질로 간주

하고 나노물질의 사용에 대한 규제 및 관리를 확대하는 추세이나, 국내는 연구개발 대비  이와 같은 사회적 논의가 상대적으로 미흡¹¹⁾

 * 미국 환경보호청(EPA)은 2008년 10월부터 CNT에 대한 제조 전 유해성심사(PMN)를 실시하였 고, 2010년부터 중요 신규 사용규칙(SNUR)을 적용함에 따라 CNT 판매자는 CNT의 물리화학적 특 성, 독성, 노출 등에 관한 자료를 EPA에 제출해야 함.

 * EU는 RoHS(전기전자제품 내 특정 유해물질 사용금지), 화장품법 등에서 나노물질 규제

[전문가 대담] 중소 CNT 업체의 사업화 애로사항 CNT 제조 중소기업 N사 대표와의 대담

● CNT와 같은 신소재의 사업화는 기술구현, 대량생산을 통한 경제성 확보 등 여러 가지 어려움이 존재하 지만, 국내의 경우 특히 대기업-중소기업 또는 중소기업-중소기업 간 상생협력이 이루어지지 못하고 있 다는 문제가 크다. 일본의 경우 중소기업이 기술력과 기업 간 신뢰를 협상요소로 가지고 꾸준한 경쟁력을  확보하고 있지만 우리나라는 그렇지 못해 협상력이 낮고, 특히 대기업과 불리한 조건으로 협상을 하게 되 어 기업경쟁력 확보에 지속적인 어려움을 겪게 된다. 중소기업에 대한 단순한 금전적 지원보다는 중소기 업의 협상력을 강화할 수 있는 지원책이 마련되어야 한다. 2013년 초 정부에서 CNT 사업화 촉진을 위한 

‘CNT협의체’ 구성을 계획하였으나 일정대로 추진되지 못하였는데, 일관되지 못한 정부의 정책 추진 또한  아쉬운 부분이다.

11) “거시적 관점에서 본 나노물질 및 제품의 관리 동향”(KEIT, 2013) 참고.