KISTI MARKET REPORT Vol.4 Issue 7

Vol. 4 Issue 7 July 2014

발행일 2014년 7월(통권41호) │ ISSN 2233-8756│ 발행인 박영서 │ 편집인 김기일 │ 기획의원 손종구, 서진이, 최윤정, 나도백, 김기일, 김지희 발행처 한국과학기술정보연구원 │ 분원 130-741 서울특별시 동대문구 회기로 66 정보분석연구소 산업정보분석센터 산업시장분석실

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Contents

Vol. 4 Issue 7 July 2014

전 호 (Vol.4 Issue 6) 안내 그린수송시스템 해양플랜트분야 안전계장 국산화를 통한 시장경쟁력 강화 시급 IT융합시스템 전자종이(E-paper) 디스플레이 고 선명, 저 전력, 저 비용으로 미래 디스플레이 시장 선도 제조기반 선박용 페인트 국내 페인트 기술 선진화로 차세대 도료 개발의 견인차 역할 기대 신소재나노융합 전기전자용 나노소재 고성능 전자제품 및 반도체의 수요와 더불어 지속적인 시장성장 예상 콘텐츠 & SW 기능성 게임 차세대 콘텐츠와 기술을 선도하는 기능성 게임 다음 호 (Vol.4 Issue 8) 안내 신소재, 나노융합 고용량 하이브리드 슈퍼커패시터 에너지 저장 장치 녹색화의 유망주 콘텐츠 & SW 동영상 콘텐츠 DRM OTT서비스 증가와 UltraHD의 성장에 따른 재도약 가능성 IT융합시스템 HMI(인간-기계 인터페이스) 사물인터넷(IoT) 환경 하에서 급격한 시장 기대 기타: 농산업 유기농식품 똑똑한 소비자, 안전한 먹거리를 찾다. 콘텐츠 & SW 스틱형 미디어 스트리밍 기기: 크롬캐스트 시장경쟁력 계속 이어갈 것인가?

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그린수송시스템

/ 전기 자동차(고연비 그린 자동차)

누가 연비 경쟁을 시키고 있을까?

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로봇응용

/ 복지로봇

성큼 다가선 고령화사회의 시장개화기에 대한 기대감

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신재생에너지

/ 태양전지

미래 시장의 유망 선두주자, 3세대 태양전지 DSSC

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IT융합시스템

/ 스마트그리드(Smart Grid)

스마트그리드 확산사업으로 관련 시장 활성화 기대

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LED 응용

/ 질화알루미늄(AlN) 분말

특허만료와 관련, 질화알루미늄(AlN) 분말 국산화 전략 요망

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소비자의 사랑을 받는 그린 자동차

그린 자동차(Green Vehicle)는 친환경 자동차(Environmentally Friendly Vehicle)로 불리기도 하는데, 대체연료를 포함해 하이브 리드 자동차(이하 HEV), 전기 동력 자동차(PHEV(플러그인 하이 브리드 자동차) 또는 BEV(배터리 전기 자동차)), 천연가스 자동 차, 클린 디젤 자동차와 같이 기존 엔진보다 친환경적으로 발전 된 기술이 적용된 자동차를 말한다. 이런 그린 자동차 중에서 하 이브리드 자동차나 클린 디젤 자동차는 엄밀하게 말하면 청정 에너지 자동차가 아니지만, 유해 배출가스와 연료소모를 최소로 하는 기술이고, 다른 대체에너지 기술에 비해 시장으로의 접근 이 용이해서 그린 자동차 중에서도 각광받아 왔다. 그런데 하이브리드 자동차나 클린 디젤 자동차의 시장 확대 가 친환경이나 고연비를 원하는 시장 즉 소비자의 요구 때문인 가 하는 것을 우리는 짚어볼 필요가 있다. 만약 소비자의 요구 와 관련이 크다면 시장의 확대도 기대해 볼 수 있겠지만, 다른 요인에 따른 것이라면 그린 자동차의 시장 확대는 그 요인에 의해 지배받을 수밖에 없다. 최근 빅데이터를 분석한 논문에 따르면, 소비자는 면대면 설 문에서는 자동차의 친환경성(예. 배기가스 배출 등)이 그린 자 동차 구입 시 중요한 선택 항목이라고 답했으나, 그린 자동차 에 대한 정보를 검색할 때조차도 차량과 관련된 친환경성을 거 의 검색하지 않는 것으로 나타났으며, 가격과 연비와 같이 경 제적 요소를 주로 검색했다고 한다(Jun et al. 2014). 그렇다면 소비자의 그린 자동차 선택에서 연비가 매우 중요한 요인일 까? 실제로 우측의 그래프를 보면, 유가가 폭등했던 2008년 상반기에는 미국과 한국에서 연비를 검색하는 경우가 많았지 만, 최근 들어 연비에 대한 관심이 상대적으로 감소하고 있다 는 것을 확인할 수 있다. 이는 유가의 변동폭이 안정화된 시기 에서 연비가 소비자의 선택에 결정적인 요인이 되지 못한다는 점을 방증하고 있다(Jun et al. 2014). 그래서 여기서는 고연비 그린 자동차 시장을 견인하는 다 른 요인으로서 연비 규제인 CAFE(Corporate Average Fuel Economy) 기준을 대표적인 것으로 주목하였다. 미국 자동차 시장에서 CAFE 기준이 어떻게 그린 자동차(전기 자동차)의 보 급을 높이는데 기여했는지 살펴보고, 오바마 정부가 제시한 CAFE 기준의 계획에 따라 전기 자동차가 얼마나 확대될 수 있 을지 가늠해 본다.

산업정보분석실 책임연구원 전승표 Tel: 02-3299-6095 e-mail: spjun@kisti.re.kr

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전기 자동차(고연비 그린 자동차)

누가 연비 경쟁을

시키고 있을까?

그린수송시스템

한국과 미국 소비자의 연비 관심도(2007~2014년 5월) 80 70 60 50 40 30 20 10

2007 Jan 2007 May 2007 Sep 2008 Jan 2008 May 2008 Sep 2009 Jan 2009 May 2009 Sep 2010 Jan 2010 May 2010 Sep 2011 Jan 2011 May 2011 Sep 2012 Jan 2012 May 2012 Sep 2013 Jan 2013 May 2013 Sep 2014 Jan 2014 May

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검색강도

그린수송시스템

연비 기준 강화와 전기 자동차 점유율 확대

1975년 미국 하원과 포드 대통령이 통과시킨 EPCA(Energy Policy and Conservation Act) 법안을 통해 미국 내 환경 정책 이 새로운 패러다임을 맞이하게 되었다. 특히, 자동차에서 배

출되는 CO2에 대한 정책을 대폭 강화하였는데, 이것이 바로

현행까지 시행되고 있는 CAFE 기준이다. CAFE 기준은 자동 차 배기가스를 직접 규제하기보다 자동차의 연비(mpg, mile per gallon)를 이용하는 것이 특징이다. 당시 EPCA는 EPA에 게 기준에 사용될 연비 측정 의무를, NHTSA(도로교통안전국, National Highway Traffic Safety Administration)에게 EPA가 측 정한 연비를 이용하여 CAFE 기준 설정과 페널티 부과 의무를 주었다. 1975년 처음 제정된 CAFE 기준은 자동차 업체들이 10년 이내에 점진적으로 평균 목표연비 27.5mpg를 충족시킬 것을 가이드라인으로 제시했다. 이는 당시 자동차 업체들에게 상당 히 공격적인 목표였다(한국투자증권 2010). 하지만, 아래 그래 프에서 보면 1990년대에는 미국에 수입되는 승용차는 물론 미 국에서 생산되는 승용차와 경트럭(Light Truck)도 모두 기준을 충족했으며, 더 나아가 2013년까지 기준에 미리 대응해 발전해 나간 모습을 보여주고 있다. 이런 연비 증가는 기존 차량에 대 한 연비 효율 향상의 노력도 컸지만, 특히 2000년대 들어서서는 아래 그래프에 나타나듯이 무엇보다 HEV, PHEV, BEV와 같은 전기 자동차(이하 EV) 점유율의 확대가 크게 이바지했다. 아래의 그래프를 보면 2000년대 들어서 기업평균연비가 기 준을 상회하여 발전하기 시작했는데, 이 시기에는 그래프에 서 설명하듯이 미국에서 HEV(하이브리드 자동차)가 본격적으 로 판매를 시작한 시기와 일치한다. 실제로 이 시기의 HEV나 EV(전기 자동차)의 점유율은 기업평균연비와 통계적으로 매우 유의미한 관계를 보였으며, 변수의 설명력도 크게 나타났다(결 정계수 87.7%). 물론 CAFE 기준도 기업평균연비나 EV의 신차 점유율과 통계적으로 유의미한 관계로 나타났다. 따라서 세계 그린 자동차 시장을 주도하는 미국 자동차 시장에서 연비 향 상은 소비자의 니즈라는 구매자의 힘 보다는 CAFE 기준이라 는 정부 규제가 좀 더 강한 동인이었다는 결론을 유추해 볼 수 있다. 결론적으로 자동차 생산 기업 입장에서는 기준을 따르지

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최근 하이브리드 자동차를 중심으로 한 연비 경쟁은

소비자의 니즈보다는 오히려 연비 규제(CAFE)가

더 영향을 주는 것으로 나타났다.

자동차를 구입하는 소비자의 정보

검색 활동을 보면 미국 소비자는 연비에 대한

관심이 낮아지고 있고, 한국 소비자는 이미

2008년 이후 연비에 대한 관심이 줄고 있다.

미국 연비 기준(CAFE) 변화(1980~2013년) 판매차량의 평균 연비 및 신차 점유율의 추이 비교(1999~2013년)

자료: U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration 및 Hybridcars.com, 2014, KISTI 재작성

45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 15.0

Average Fuel Efficiency

1980 1985 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 20.0

신차연비(승용차·미국생산)

CAFE기준(승용차) CAFE기준(경트럭)

신차연비(승용차·수입) 신차연비(경트럭) 신차연비(승용차) EV(HEV, PHEV, BEV) 점유율 CAFE기준(승용차)

HEV 점유율

신차 중 HEV(또는 HEV) 점유율

Average Fuel Efficiency

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 36.5 35.5 34.5 33.5 32.5 31.5 30.5 29.5 28.5 27.5 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5% 4.0% 4.5% 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 15.0

Average Fuel Efficiency

1980 1985 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 20.0

신차연비(승용차·미국생산)

CAFE기준(승용차) CAFE기준(경트럭)

신차연비(승용차·수입) 신차연비(경트럭) 신차연비(승용차) EV(HEV, PHEV, BEV) 점유율 CAFE기준(승용차)

HEV 점유율

신차 중 HEV(또는 HEV) 점유율

Average Fuel Efficiency

전기 자동차(고연비 그린 자동차)

않으면 벌금 등 불이익을 당하기 때문에 타의로 연비를 높여야 했고, 어쩔 수 없이 높인 연비를 다른 기업과 차별화하기 위한 홍보 요소로 활용했다고 주장할 수 있다.

향후 연비 기준의 변화에 따른 전기 자동차

점유율 추정

현재 전기 자동차를 포함한 그린 자동차 시장의 진검승부 는 미국과 일본 시장을 중심으로 진행되고 있는데, 일본 시장 은 자국산 차량 위주의 경쟁이라는 측면에서 볼 때, 미국 시장 이 그린 자동차의 성장 가능성을 판단하는데 보다 객관적이라 고 할 수 있다. 미국 시장에서 그린 자동차에 영향을 크게 주 는 요인이 연비 규제라면, 규제의 향후 계획을 통해 그린 자동 차 시장의 확대 가능성을 점쳐볼 수 있을 것이다. 아래의 그래 프에서 보면 최근 오바마 행정부는 연비 기준(CAFE)을 2016년 의 갤런당 35.5마일에서 2025년에는 54.5마일로 급격히 높이 는 계획을 승인했다(차량의 크기(Footprint)별로 상이). 비록 이 런 연비 규제가 생산업체 입장에서는 값비싼 전기자동차의 활 성화보다는 손쉬운 기존 차량의 소형화와 경량화를 가속할 것 이며, 이런 노력은 오히려 소비자의 안전을 위협할 것이라는 부정적인 의견도 있지만, 당분간 연비 규제가 강화될 것이라는 데는 이견이 없다. 실제로 연비가 갤런당 1마일 증가할 때마다 사망자가 7,700명 더 늘어난다는 사실을 유에스에이투데이가 보도한 적도 있다(Nationalreview 2012). 오바마 정부가 공격적으로 제시한 연비 기준이 계획대로 진 행된다면, 전기 자동차의 점유율은 크게 영향 받을 수밖에 없 다. 앞서 언급된 바와 같이 연비 기준과 전기 자동차의 점유율 이 통계적으로 유의미한 관계를 보였다는 점에 착안하면 아래 그래프와 같이 미국 시장에서 전기 자동차 점유율을 추정해 볼 수 있다. 추정 방법은 선도지표(유사제품) 방법을 활용했는데, 연비 기준과 전기 자동차의 인과관계를 규명한 후 미래의 연 비 기준을 원인변수(독립변수)로 보고 회귀분석하여 시장을 추 정한 결과다. 분석결과에 따르면 연비 기준이 높아짐에 따라 현재 신차 중 전기 자동차가 차지하는 비중이 4% 수준이지만, 2025년에는 12.7%까지 높아질 것으로 추정되었다.

국내외 전기 자동차 시장의 기회와 한계

앞서 살펴본 바와 같이 전기 자동차를 중심으로 한 고연비 그 린 자동차의 성장에는 아직까지 소비자의 니즈보다는 규제 당 국의 적극적인 개입이 중요한 역할을 하고 있다. 그런데, 보다

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CAFE 기준의 계획 미국 시장의 전기 자동차(EV) 점유율 추정

자료: www.gpo.gov 및 KISTI 지능형 산업시장 정보분석 시스템(SMART2

) 활용 KISTI 작성, 2014 70 60 50 40 30 10 0

Average Fuel Efficiency 20

소형승용차 대형승용차 EV점유율(실적)

EV점유율(예상) CAFE기준(승용차)

2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

Average Fuel Efficiency

60 55 50 45 40 35 30 25 EV(전기자동차)신차 점유율 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 70 60 50 40 30 10 0 Average Fuel Efficiency 20

소형승용차 대형승용차 EV점유율(실적)

EV점유율(예상) CAFE기준(승용차)

2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

Average Fuel Efficiency

그린수송시스템

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Vol. 4 Issue7 KISTI MARKET REPORT

국내 시장은 현재 시행 예정인 제도

(예. 저탄소차협력금제도)도 국내 기업 보호를 위해

완화가 검토되고 있기 때문에 HEV나 PHEV의

점유율 확대가 쉽지 않을 전망이다.

공격적인 규제가 계획된 미국의 연비 기준 계획을 고려해도 미 국 전기 자동차의 점유율은 향후 10년간 현재 3배 수준의 규모 확대가 기대되었을 뿐이다. 최근 10년간 미국에서 전체 신차 시 장 규모가 0.5%로 거의 성장하지 못한 점을 감안하면, 향후 10 년 후 전기 자동차 시장 규모는 현재의 3배로 성장한다고 볼 수 있고, 향후 10년 후 미국 전기 자동차의 시장규모는 180만 대 수 준으로 예상된다. 그러나 이런 더딘 성장에도 불구하고 전기 자 동차 시장에서 주목해야할 변화가 있는데, 바로 PHEV나 BEV의 점유율 확대 경향이다. PHEV는 플러그로 충전한다는 측면에서 BEV와 같지만, 충전 가능한 배터리로 주행하다 방전되면 기존 HEV처럼 엔진과 전기를 함께 사용한다. BEV는 전기 외 별도 동 력이 없는 순수 전기 자동차다. 이들 차종은 아래 그래프에 나타 난 것과 같이 2010년 미국 신차 중 EV 시장이 차지하는 비중은 0.1%에 지나지 않아 HEV에 크게 밀렸지만, 2014년 5월 현재는 18%까지 EV 시장이 확대되었다. EV 시장에서 HEV 시장을 점차 대체해 나아가고 있는 것이다. 최근 BEV와 PHEV의 성장세를 고려, 향후 미국 EV 시장에서 두 차종이 차지하게 될 비중을 추정한 결과가 위의 그래프에 제 시되었다. 먼저 최근 3년간의 추세를 그대로 반영한 선형 추세 모형에 따르면 2025년에는 EV 시장의 60% 가까이를 BEV와 PHEV가 차지할 것으로 예상되었다. 그러나 최근 BEV의 성장세 가 다소 주춤한 경향을 고려해 로그 추세 모형으로 분석한 결과 에 따르면 2025년에는 30%를 상회하는 수준까지 시장이 확대 될 것으로 예상되었다. 두 모형에 따라 예측 결과는 차이가 있 지만 HEV 시장의 상당 부분이 PHEV나 BEV로 대체될 것으로 예상된다. 기업 입장에서는 높은 연비 규제에 대응하기 위해서 PHEV나 BEV가 HEV보다 유리하는 점도 기억할 필요가 있다.

물론 연비 기준 향상에 따른 EV 시장의 성장은 외부적인 도 전을 받게 될 수 있다. 1980년대 미국에서는 경기 활성화를 위 한 자동차 산업 육성 정책이 힘을 받으면서 CAFE의 기준이 27.5mpg에서 26mpg로 하향 조정된 경험도 있었다. 미래에도 미국 자동차 산업의 경쟁력과 시장의 변화에 따라서 앞서 제시 된 기준이 변화될 수도 있다. 그러나 미국의 환경규제가 전방 위로 확대되고 있기 때문에 현재 단계에서 갑작스런 완화를 기 대하기는 힘들다. 오히려 국내 시장에서 국내 생산 기업의 반 발로 저탄소차협력금제도 도입의 재검토가 공론화되는 등 미 국 시장보다는 국내 시장에서 EV 시장 활성화를 위한 제도 도 입이 늦어지고 있기 때문에 국내 시장에서 HEV나 PHEV의 점 유율 확대는 쉽지 않은 상황이다. 다른 여러 가지 영향 요인을 검토해야겠지만 국내 시장의 EV 시장 활성화를 위해서는 미국과 같은 친환경(고연비) 국가 정책에 의한 노력이 절실하다. 미국 신차 시장에서 BEV와 국내 하이브리드 자동차 시장 예측(2013~2025년) 추정점유율(선행추세) 추청점유율(로그추세) BEV&PHEV점유율(실적) BEV&PHEV 시장점유율 201020112012 20132014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 70.0% 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0% 0.0%

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차세대 IT 융합 전력망, 스마트그리드

스마트그리드(Smart Grid)란 전력공급자와 소비자 간의 양 방향 커뮤니케이션을 통해 발생하는 빅데이터를 이용함으로 써 전력 사용 및 효율을 극대화하는 차세대 IT 융합 전력망 기 술이다. 불규칙적인 전력 수요를 예측해 에너지 활용도를 높 인다는 측면에서 스마트그리드 기술이 각광받고 있다. Frost & Sullivan(2013)에서는 한국의 현재 전력 사용요금이 원가 대비 약 87% 정도인 점을 감안할 때, 향후 스마트그리드 기술로 인 해 매년 약 10조 원 가량의 비용 절감이 가능할 것으로 예측하 고 있다.

스마트그리드 기술은 크게 AMI(Advanced Meter Infrastructure), 수요대응(Demand Response), 배전 시스템 관리(Distribution Grid Management), 고전압 전송(High-Voltage Transmission)기술 등 네 가지로 구분된다. AMI기술은 소비자에게 전력사용 내역 및 요금 정보 등을 실 시간으로 제공하는 기반 시설을 의미한다. AMI는 스마트홈 기 기들의 네트워킹을 통해 전력 효율을 극대화하는 전력관리 장 치로써 스마트그리드 실현에 있어서 가장 기본적인 인프라 역 할을 한다. 수요대응 기술은 양방향 커뮤니케이션을 통해 축적된 빅데 이터를 바탕으로 안정적인 전력망을 유지·관리하는 것이다.

스마트그리드(Smart grid)

스마트그리드 확산사업으로

관련 시장 활성화 기대

기술사업화분석실 연구원 김현우 Tel: 02-3299-6071 e-mail: hwkim@kisti.re.kr

IT융합시스템

스마트그리드 시장 점유율 AMI(26%) 배전시스템(34%) 수요대응(6%) 고전압전송(34%) 스마트그리드 기술별 주요 세부 분야

자료: Global Smart Grid Market(2011), Frost & Sullivan을 기반으로 KISTI 재작성 자료: Global Smart Grid Market(2011), Frost & Sullivan

구 분 주요 분야

AMI 기술 •Smart Meters

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Vol. 4 Issue7 KISTI MARKET REPORT 소비자의 전기사용 패턴을 분석하여 정확한 수요를 예측하는 기술로, 동태적 가격 정책(Dynamic Pricing)의 근거가 된다. 배전 시스템 관리 기술은 스마트그리드 관련 장비 및 시스 템을 전사적으로 관리하는 시스템으로 변전소 자동화를 위한 센서와 구동기 등을 주요 관련 장비로 꼽을 수 있으며, 계량, 조정, 보전, 전달 등 기지국 수준에서의 모든 전자 장치와 관련 된 기술을 포함한다. 고전압 전송 기술은 전력 통제 능력과 송전 능력 강화를 위 해 고압의 전력을 송전하는 총체적 기술들을 일컫는다. 유연송 전시스템(FACTS, Flexible AC Transmission System)과 고압직 류송전(HVDC, High Voltage Direct Current) 등의 기술이 이에 해당한다.

세계 전력 시장의 패러다임을 바꿀 기대주

미래에너지 시스템으로 각광받고 있는 스마트그리드는 세계 전력 시장의 패러다임을 바꿀 기대주로 주목받고 있다. 스마트 그리드 시장은 에너지 관리 및 저장, 전기자동차, 스마트홈기 기, 건설 등 산업 전반에 미치는 영향이 크기 때문에 범세계적 으로 뚜렷한 성장세를 보이고 있다. Frost & Sullivan에 의하면, 세계 스마트그리드 시장은 2012년 413.4억 달러에서 연평균 약 19.6% 성장해 2018년 1,212.3억 달러에 이를 것으로 전망된다. 이 중, 배전시스템 관리 분야가 연평균 26.3%로 가장 높은 성 장률을 보이고 있으며, AMI 관련 분야가 11.2%, 수요 대응 분야 가 7.8% 성장을 보이고 있다. 국내에서는 2012년부터 제주도 전역에 대한 스마트그리드 예비 실증사업을 시작으로 2030년까지 약 27조 5,000억 원을 투입하는 범국가적인 스마트그리드 시스템 구축 사업을 계획 하고 있다. 제주실증사업(2009~2013), 지능형전력망 특별법 제정(2011.5), 지능형전력망 기본계획 수립(2012.6), 2012년부 터 주요기기 보급사업 등 지속적인 정책 시행과 기본적인 인프 라 확충을 위한 노력을 통해 스마트그리드의 외형적 기반이 어 느 정도 마련된 상태이며, 2015년 스마트그리드 확산사업이 본 격적으로 시행될 경우 스마트그리드 시장 성장이 탄력을 받을 것으로 예상된다. 이에 따라 스마트그리드 국내 시장규모 또 한 2012년 10.3억 달러에서 2018년 15.4억 달러로 지속적으로 증가할 전망이다. 한국전력공사가 스마트미터기의 보급률을 2018년 50%, 2020년에는 100% 달성할 계획을 수립하고 있어 국내 스마트그리드 시장의 성장은 가속화될 것으로 기대된다.

글로벌 대기업의 점유율이 높은 세계 시장 상황

스마트그리드 세계 시장은 ABB, Siemens, GE, Itron 등이 전 체 시장의 50% 이상을 점유하고 있으며, 특히 ABB는 배전 시 스템 장비 및 서비스 부분에서 축적된 노하우와 기술을 바탕으 로 세계 시장을 선도하고 있다.

아시아 시장에서도 Siemens, GE, Toshiba, ABB, Schneider, IBM, Osaki Electric 등 글로벌 대기업의 점유율이 70% 이상을

IT융합시스템

세계 스마트그리드 시장은 2012년 413.4억 달러에서

2018년 1,212.3억 달러로 급성장이 예상되고,

국내 시장 또한 2012년 10.3억 달러에서 2018년

15.4억 달러로 지속적인 성장이 전망된다.

자료: Frost & Sullivan, Global Smart Grid Market(2011), Asia-Pacific Smart Grid Market(2013)을 기반으로 KISTI 재작성

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스마트그리드(Smart Grid)

차지하는 등 후발주자와의 격차가 점차 커지고 있는 추세다. Siemens는 AMI, 배전 시스템, 수요 대응 기술 등을 주력사업으 로 2012년 스마트 미터기 제조회사인 eMeter를 인수한 이후 아 시아 시장에서의 영역을 확대해나가고 있다. ABB 또한 2012년 무선 네트워크 전문 기업인 Tropos를 인수한 이래로 배전 자 동화 부문과 AMI 부문에 집중하고 있다. GE는 Fuji사와 조인트 벤처 기업 GE Fuji Meter Co.를 설립해 일본 기타큐슈 지역에 스마트 미터기를 공급하고 있으며, 특히 IBM은 한국의 제주 실 증사업과 일본의 기타큐슈 스마트 커뮤니티 프로젝트 등에 참 여하여 AMI와 EMS solution을 공급하는 등 아시아 지역에서의 점유율을 빠르게 확장해 나가고 있다.

국내 기업의 성장으로 세계 시장의 지각변동 예상

2013년 8월 산업통상자원부가 발표한 ‘스마트그리드 확산사 업 추진계획’에 따르면 스마트그리드사업은 국가 로드맵과 지 능형 전력망법, 기본계획 수립 등으로 법적, 제도적 기반이 마 련됐으며, 제주도 실증사업을 통해 기술 검증과 사업 모델 발 굴이 끝난 상황이다. 2014년 7월까지 예비타당성을 심의·확정 한 뒤 2015년부터 본격적인 확산사업을 민간주도로 시행할 예 정으로 2015년 약 4,470억 원, 2016년 약 2,860억 원, 2017년 약 1,420억 원 등 향후 3년간 총합 8,760억 원을 투자할 계획이 며 이후에도 지속적인 투자가 예상되고 있다. 스마트그리드 확 산사업이 시행됨으로써 국내 스마트그리드 산업의 고속성장이 기대되는 이유이다. 국내 기업들 또한 제주 실증 사업에 참여했던 삼성, LG, 한국 전력, LS산전, KT, SKT 등 대기업을 중심으로 이러한 변화에 발 빠르게 대처하고 있다. KT와 한국전력은 2014년 5월 스마트그 리드 사업 MOU를 체결하고 스마트그리드 시장 활성화 및 일자 리 창출을 위한 협력을 강화했으며 삼성과 LG는 스마트홈 기기 및 에너지 저장 장치 부분에 집중 투자하고 있다. 이와 같은 국 내 기업들의 적극적인 시장 확대 정책으로 인해 글로벌 대기업 중심의 스마트그리드 시장의 지각변동이 예상되고 있다. 스마트그리드 확산사업 정책은 관련 중소기업들에게도 긍정

전 세계적으로 스마트그리드 시장은

ABB, Siemens, GE, Itron 등이 50% 이상을

점유하고 있으며, IBM은 국내 제주 실증사업과

일본 프로젝트에 참여하는 등 아시아 지역에서의

점유율을 확장하고 있다.

국내에서는 정부 차원에서의 스마트그리드

확산사업 정책 시행으로 KT, SKT 등 통신 관련

대기업의 진출이 활발하며, 이를 기반으로

세계 시장의 지각변동이 예상되고 있다.

스마트그리드 업체별 세계 시장 점유율 Schneider(1%) S&C(1%) ABB(33%)

Cooper Power Systems(2%) Landis&Gyr(4%) Elster (5%) Siemens (7%) GE(7%) Itron (6%) Other(34%)

자료: Frost & Sullivan, Global Smart Grid Market(2011) 참조

스마트그리드 그룹별 시장 점유율

자료: Frost & Sullivan, Asia-Pacific Smart Grid Market(2013) 참조

주요회사 시장

점유율(%) Tier 1

(선두그룹)

Siemens, GE Electric, Toshiba, ABB,

Schneider Electric, IBM, Osaki Electric 75~80

Tier 2

(후발그룹)

Fuji Electric, Samsung Electronics,

Accenture, Elster metering, Hitachi 15~20

Tier 3

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3세대 태양전지로 주목받는 DSSC

DSSC(Dye-Sensitized Solar Cell, 이하 DSSC)는 금속산화물

인 TiO2 표면에 특수한 염료를 흡착시키고, 흡착된 특수염료가 태양빛을 흡수해 광전기화학적 반응을 일으키는 전지이다. 이 는 시장침투(Market Penetration)와 시간을 기준으로 볼 때, 유기 태양전지(Organic PV), 하이브리드 태양전지 등과 함께 3세대 태양전지로 분류되며 그중 DSSC가 상업화에 한걸음 앞서 있 다고 평가되고 있다. DSSC 기술은 햇빛을 받으면 전자를 방출하는 특정 염료와 전해질을 이용해 전기를 만들어 내는 방식으로, 두 장의 투명 전도성 전극 사이에 나노입자로 구성된 다공질,TiO2 표면, 흡착 된 염료, 백금 박막, 두 전극 사이에 채워진 전해질을 포함하고 있다. DSSC는 비정질 실리콘 태양전지에 버금가는 에너지 변환 효율과 낮은 제조 단가로 높은 관심을 모으고 있으며, 컬러 및 투명한 특성으로 건물 외장 BIPV용 태양전지로 활용이 기대되 고 있다. DSSC는 가격경쟁력, 가볍고 높은 광투과성, 다양한 용 도에 사용되는 장점이 있으나, 효율이 낮고 아직 상용화가 되지 않아 장기 안정성이 부족한 단점이 있다. 최근의 주요 기술개발 트렌드는 DSSC의 장점을 이용하여 산업적으로 활용하기 위한 고효율화 및 상용화를 위한 대면적화가 중요한 이슈이다.

미래 시장의 성장 및 가속화 전망

DSSC는 아직까지 본격적인 양산화를 이룬 업체가 눈에 띄 지 않고, R&D 또는 Pilot Line 규모의 생산체제에서 소량으로 생산하고 있는 상황이다. 그러나 DSSC의 상용화가 늦어질 경 우, 기존 결정질 및 CIGS, CdTe 박막 태양전지가 시장을 선점 할 가능성이 있고, 작동원리가 유사한 유기 태양전지에게 시장 을 빼앗길 수 있기 때문에 가능한 빠른 상용화를 추진해야 하 는 필요성이 있다. DSSC의 초기 진입 시기인 2012∼2013년은 소형 사이즈의 Mobile Phone 및 휴대용 전자기기에 대한 충전기 부문의 점유

태양전지

미래 시장의 유망 선두주자,

3세대 태양전지 DSSC

기술사업화분석실 책임연구원 박창걸 Tel: 02-3299-6036 e-mail: cgpark@kisti.re.kr

신재생에너지

태양광발전 유형별 기술개발 및 상업화 단계

자료: Frost & Sullivan analysis(2013), 위 그래프는 2010년 유럽기준 적용

M

ar

ket P

enetration

Development Growth Maturity Decline First Generation PV(crystalline based) Second Generation PV(thin-film based)

Third Generation PV

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태양전지

상업화를 위해 활발한 연구가 진행 중인 세계적 추이

DSSC는 일본의 Sharp, Sony, Toyota, Fujikura 등의 기업들 과, 국내의 삼성 SDI, 동진세미켐, 이건창호, TG에너지, 상보 등 에서 꾸준히 연구개발하고 있으나, 아직 시장에 본격적인 진출

은 이루어지지 않고 있다. 미국의 경우에는 DOE의 지원 아래 National Renewable Energy laboratory(NREL) 등과 같은 국가 연구기관 및 대학에서 차세대 에너지원으로써 염료감응 태양 전지의 개발 및 상용화를 추진 중이며, 대표적인 상용화 추진 기업으로는 Konarka 등이 있다. 유럽에서는 국가의 환경친화적 에너지 보급 정책 아래 상 용화를 위한 많은 연구와 개발이 진행되고 있는데, 대표적 인 연구기관 및 기업으로는 INAP(Gelsenkirchen, Germany), ECN(Patten, Netherlands), Solaronix(Aubonne, Swiss), IMRA-Europe(France) 등이 있다. 일본의 경우에는, Osaka 대학 등 46개 대학 및 Toyota, Sharp, Fujikura 등을 포함한 약 50개

세계 DSSC 용도별 점유율 추이 전망(2011~2020년) Mobile Electronic Charger(56.1%) Mobile Electronic Charger(56.1%) Outdoor Power

Plant(9.8%) Outdoor Power_Plant(14.4%)

Others(4.9%) Others(3.4%) BIPV(29.3%) BIPV(60.7%) 2011년 (100%) 2020년 (100%)

자료: Solar & Energy(2012), KISTI 재작성

DSSC는 2011년 기준 휴대용 전자기기의

충전기 분야를 중심으로 4.1MW수준의 초기시장

단계에 머물러 있으나, 2020년 기준 1.3GW 9억 달러

규모의 시장으로 확대될 것으로 전망된다.

세계 DSSC 용도별 생산규모 추이 전망(2011~2020F)

자료: Solar & Energy(2012)

용 도 단 위 2011년 2015년(F) 2020년(F)

Mobile Electronic Charger MW 2.3 45.6 280

M$ - 77.5 196

BIPV MW 1.2 100.3 787.5

M$ - 170.5 551.3

Outdoor Power Plant MW 0.4 22.3 186.5

M$ - 37.9 130.6

Others MW 0.2 6.2 44

M$ - 10.5 30.8

Total MW 4.1 174.4 1,298

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Vol. 4 Issue7 KISTI MARKET REPORT

신재생에너지

Vol. 4 Issue7 KISTI MARKET REPORT

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차세대 물질로 각광받는 질화알루미늄(AlN)

질화알루미늄(AlN: Aluminum Nitride, 이하 AlN)은 알루미나 와 같이 절연 특성을 갖는 세라믹이면서도 금속과 유사한 열전 도 특성을 갖는 비산화물계 세라믹이다. 일명 알루미늄 나이트 라이드라고도 불린다. 질화알루미늄은 고열 전도율, 우수한 전 기절연성, 낮은 열팽창 계수, 고강도 등의 특성으로 인해 주목 받고 있는 소재다. 이 소재는 알루미늄 금속이나 산화알루미 늄 분말을 화학 처리해 만든 것으로 고열전도세라믹스의 반도 체 기판이나 부품에 응용되고 있다. 구체적으로는 반도체장치 용 질화알루미늄 부품, 금속박막접착 질화알루미늄기판, LED용 방열판, 고출력 Si장치용 방열판, 화합물반도체용 레이저소자 용 기판, 하이브리드자동차 전원제어용 기판, 각종 수지 바인더 의 방열 필러 등에 폭넓게 활용되고 있다. 특히 반도체 제조장 치용 부품에서는 열전도성, 열팽창성 및 내플라즈마성이 우수 해 히터, 정전척(Electrostatic Chuck), 세라믹 챔버 부품 등에 사 용되고 있다. 200W/m·K 이상의 열전도 질화알루미늄은 레이저 다이오드나 백색 LED용 방열판으로 사용이 기대되고 있다. 또 한, 질화알루미늄은 수지 재료의 수십 배 이상의 열전도율을 가 지고 있고, 전기절연성이 높기 때문에, 유효한 필러로 기대되고 있다. 그렇지만 고열전도율 질화알루미늄 필러는 아직 초기 개 발 단계에 머물러 있다.

질화알루미늄(AlN) 분말

특허만료와 관련, 질화알루미늄(AlN)

분말 국산화 전략 요망

기술사업화분석실 선임연구원 노현숙 Tel: 02-3299-6093 e-mail: hsroh@kisti.re.kr

LED 응용

질화알루미늄 Heater & DBC 기판

Fiber I/O AIN Heater Aluminum Frame

Thermal Insulator

질화알루미늄의 디바이스 기판 및 반도체 공정장비 응용사례

자료: 한국세라믹기술원

LED 방열기판 반도체 디바이스에 응용되는 고방열 질화알루미늄 기판

Tan thin film resistor on AIN

TaN/Ti/Pd/Au thin film on AIN (LD. PD submount)

RuO2 thick film resistor on AIN

1.8-2.2GHz power amplifier on AIN substrate over Cu flange

Fesin BaseWiring Substrate

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질화알루미늄(AlN) 분말

질화알루미늄 분말의 세계 기술개발 동향

질화알루미늄에 대한 연구 및 생산은 일본이 거의 독점체제를 구축하고 있는 실정이다. 일본에서의 주요 연구개발 동향을 보 면, 일본의 AIST(산업기술종합연구소)에서는 고열전도 질화알루 미늄 세라믹스의 미세 구조와 특성, 열전도 메커니즘에 관해 장 기적·체계적인 연구를 통해 열전도율과 소결공정 및 미세구조 와의 관계를 규명했다. NGK에서는 반도체공정 히터소재의 고열 전도화, 내플라즈마성 고온저항소재 개발을 통해 소결 조성제어, 소결조건 최적화, 입자크기 최적화 등을 연구했고, AlN-AlN접합 에 대한 연구를 추진하였다. 정전척 소재 분야에서는 소결공정 기술을 개발했고, 내플라즈마성 증가 기술을 검토하고 있다. 국내에서 질화알루미늄은 초기에는 디바이스용 기판으로의 응용을 목표로 연구를 진행했지만, 최근에는 반도체와 디스플 레이 산업에 사용되는 공정장비용 치구로서의 활용성 및 시급 성이 증대함에 따라 열전도율은 물론 내플라즈마성을 동시에 평가하는 경향을 보이고 있다. 특히 공정장비가 대형이고, 이에 필요한 소재의 부가가치가 높다는 요인에 따라 연구기관보다는 기업을 중심으로 생산기술 및 가공기술개발이 추진되고 있다. 일본과는 달리 반도체 공정장비용 소재에 대한 국내 연구 는 최근 10년 전에야 본격적으로 시작됐다. 특히 비산화물계인 AlN·SiC에 대한 연구가 본격적으로 시작된 것은 약 10년 정도 밖에 되지 않아 연구의 진척이 미흡하며, 최근에 이르러서 비로 소 양산에 성공해 매출이 발생한 것으로 알려져 있다. 질화알루미늄 분말에 대한 개발은 주로 공공기관 및 대학에 서 수행하고 있고 한국세라믹기술원에서는 기상합성법에 의한 평균입도 60nm, 비표면적 30m²/g 분말을 합성했으며, 질화알 루미늄 나노 분말 내에 나노기공을 형성하는데 성공했다. 또한, 대한세라믹스는 SHS법에 의한 99%급 평균입도 1㎛급 질화알루 미늄 분말을 합성해 월평균 10톤의 생산설비를 구축하였다. 질화알루미늄 기술개발 동향 자료: Fuji Chimera(2013)

구 분 2010년 2011년 2012년 2013년(E) CAGR(%) 2014년(F) 2015년(F) 2016년(F) 2017년(F) CAGR(%)

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복지로봇의 개발과 실용화 필요성

전 세계적으로 노인 인구가 증가하면서 노인 간호·복지 현 장의 담당자 부족 현상이 심화되고 있다. 복지로봇(간호·복지 로봇 또는 개호로봇)은 노약자용 간병로봇으로서, 노약자·장애 인·환자의 보행지원, 승하차지원, 배변·배뇨지원, 식사지원, 목욕지원, 치매노인 모니터링, 재활지원 등에 적용되고 있다. 특히 핵가족화와 개인주의가 팽배해짐에 따라 거동이 불편 한 노인들과 장애인들의 수발을 들어줄 사람을 찾기가 어려워 지면서, 부족한 간병인을 대신할 복지로봇의 개발과 실용화가 이루어지고 있다. 복지로봇은 세계적으로 일본이 산업화가 가장 앞서 있으며, 일본은 현재 실용화 전기 단계에 있다. 급속한 고령화의 진행으 로 노인서비스에 대한 필요성 증가 상황을 타개하기 위해 일본 정부는 복지로봇의 개발과 보급에 노력하고 있다. 일본은 2005년 아이치현 만국박람회에 복지로봇을 출품한 것을 계기로, 다수의 대학 및 기업이 개발을 추진하였고 일부는 판매되기도 했다. 그러나 복지로봇은 특정 기능 및 용도에 맞춰 제품화된 것이 대부분으로 판매사례는 많지 않고, 용도가 한정되어 사용 장소 와 필요로 하는 사람에게는 효과가 크지만, 용도와 목적이 한정 된 만큼 잠재 수요량은 크지 않았다. 일본의 간호·복지용 로봇 시장규모는 2005년 1.4억 엔, 2006년 0.9억 엔이었다. 그러나 그 후에도 특정 기업에서 개발은 계속되었으나 시장규모 확대 또는 눈에 띄는 화제 없이 현재에 이르고 있다. 일본에서 2005년경 복지로봇 개발 및 시장진입의 붐이 일었 으나, 그 후 리먼사태(글로벌금융위기), 불경기, 디플레이션 등 으로 침체 국면에 접어들었다. 또한, 당시의 복지로봇 개발의 특징은 고기능을 추구하여, 가격 및 사용자 편의 등을 많이 고 려하지 못했다.

복지로봇

성큼 다가선 고령화사회의

시장개화기에 대한 기대감

산업정보분석센터 책임연구원 손종구 Tel: 02-3299-6037 e-mail: jkson@kisti.re.kr

로봇응용

복지로봇 사례

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향후 생활친화형 복지로봇 개발의 필요성

간호·복지 현장에서도 적극적으로 복지로봇을 활용하고자 하는 움직임이 일지 않은 것이 현재의 상황이므로, 우선 먼저 사회적으로 복지로봇에 대한 안심감과 기대감을 제고시키고, 복지로봇을 고령자를 보살필 수 있는 하나의 수단으로써 확립 시켜 나갈 필요가 있다. 보살핌이 요구되는 고령자 증가와 개호자 부족 현상 속에서, 이러한 상황에 대응하기 위해서는 어느 정도의 기계화를 받아 들여야 한다는 의식이 사회 전체에 요구되고 있다. 또한, 기대 하는 효과와 기능을 발휘할 수 있는 제품 개발과, 도입하기 쉬 운 가격 달성(저가격화)이 제조업체측에 요구되고 있다. 그리고 복지로봇 이용에 대한 개호보험의 도입 및 재택개호에도 적용 되어야 할 것으로 생각된다. 한편, 우리나라의 복지로봇 산업은 아직 걸음마 단계에 있 지만, 현대중공업, 로보스타, 동부로봇, SMEC 등 산업용 로봇 분야에서 강점을 보이고 있는 회사들이 다수 존재한다. 그래 서 향후 복지로봇 분야의 시장규모가 커지게 되는 경우 시장 진입 가능성이 높고, 앞으로 의료용, 노인간호·복지용, 생활 친화형 로봇이 일상의 전자제품처럼 보급될 날이 멀지 않아서 이 분야에 대한 국내 기업들의 기술개발 및 상품화 노력이 요 구된다.

복지로봇

회 사 제품명 용 도 실 적 세콤 My spoon 식사지원 2002년 판매개시, 누적 300대 출하 지능시스템 파로(PARO) Therapy(치료요법) 2005년 판매개시, 누적 3,000대 출하 CYBERDYNE HAL 보행지원 2008년부터 다이와하우스를 판매원으로하여 리스판매 개시, 160개소에 리스중 히다치제작소/유니참 휴머니 배변·배뇨지원 2009년 판매개시, 누적 6,000대 출하, 개호보험 적용대상 스마일개호기기판매 Smilet安寝 배변·배뇨지원 2009년 판매개시, 2012년부터 개호보험 대상 후지소프트 PALRO 커뮤니케이션 2010년 판매개시

㈜Artplan Aijou Kun(愛移乗君) 승하차지원 2011년 제품화

코와제작소/

무라타제작소 KeePace 보행지원 2012년 9월 컨셉모델 발표

NWIC Minelet상(爽) 배변·배뇨지원 2012년 9월부터 다이와하우스를 판매원으로 하여 판매, _{개호보험 적용}

아스카 WPAL 보행지원 2013년 1월 판매개시

TOTO Bed Side 수세 Toilet 배변·배뇨지원 2013년 9월 판매개시

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