KISTI MARKET REPORT Vol.2 Issue 12

Sol

Vol. 2 Issue12 December 2012

contents

2012 KISTI MARKET REPORT

Vol. 2 Issue 12 December 2012

세계적으로 인정받는 온실가스 감축 방안, 이산화탄소

포집•저장 기술(CCS)과 그 문제점

이산화탄소(CO2)의 포집·저장 기술(Carbon capture and

storage, CCS)은 산업 및 발전소 부문에서 배출되는 이산 화탄소를 포집, 수송(파이프라인, 전용 수송선 이용)하여 지 층에 저장(고갈된 가스전 및 유전, 석탄층, 대염수층 등)하 는 것으로 정의되며, 비용 대비 효과적인 온실가스 감축 방 안의 하나로 인정받고 있다. 이론적으로 CCS는 대기 중 이 산화탄소 방출을 줄이면서 화석 연료의 지속적인 사용을 가능하게 한다. CCS는 에너지 및 기후 정책적 관점에서 온 실가스 배출량을 실질적으로 감축하는 수단을 제공하지만,

이산화탄소의

포집

•

저장

•

활용 기술

온실가스 배출 저감과 함께

이산화탄소를 고부가 가치 자원으로 활용

이산화탄소 포집·저장 시장이 창출될 것으로 기대된다(환율 1,200원/달러 적용).

이산화탄소를 포집해 상업성 있는 제품으로 전환하는

이산화탄소 포집•활용 기술(CCU)

CCS와 병행 실행할 수 있으며 이산화탄소를 부가 가치 적으로 응용할 수 있는 CCU

이산화탄소 포집·활용 기술(Carbon Capture and Utilization, CCU)은 배출원에서 이산화탄소를 포집해 상업 성 있는 유용한 제품으로 전환하는 기술로 CCS와 더불어 이산화탄소 배출을 추가 삭감할 수 있는 방법이다. 현재 연 구되는 CCU 기술의 예로는, 이산화탄소를 이용한 화학 원 료 합성, 조류(microalgae) 바이오 연료 생산, 미네랄(광물) 탄산염 변환(mineral carbonation) 등이 있다. 이러한 방법은 현재 대부분 R&D 단계에 있지만, CCU는 CCS와 병행해 실 행될 수 있으며 산업 설비 또는 발전소에서 포집된 이산화 탄소를 부가 가치적으로 응용할 수 있는 잠재력을 제공한 다. 아울러 폐기물 처리에 대한 대중의 인식을 향상시킬 수 있다. 기본적으로 이산화탄소를 이용하는 데는 이산화탄소 를 연료로 변환하는 것, 이산화탄소를 화학 원료로 이용하 CCS는 그 자체로 이산화탄소 저감에 상당히 기여할 수 있지만, CCS 프로젝트가 설치되는 속도와 이로 인해 달성 되는 배출 가스 감축은 전 세계적으로 2050년까지 1990 년 대비 80%의 감축 목표를 달성하는데 효과적으로 기여 하기에는 불충분하다. 최근 CCS의 부분적인 대안으로 이 산화탄소의 포집·활용 기술(Carbon capture and utilization, CCU)이 제안되고 있다. 이 기술은 이산화탄소의 지층 저장 능력에 대한 부담을 줄일 뿐 아니라, 포집된 이산화탄소를 변환 공정을 통해 건축 재료, 연료, 화학 산업 원료로도 활 용할 수 있어 이산화탄소를 부가 가치화할 수 있다.

CCS 시장 규모는 2021년에 세계 243억 달러, 국내

6,120억 원 규모에 이를 것으로 전망

Visiongain에 따르면 세계 CCS 시장은 2011년 119억 달 러, 2021년 243억 달러에 달할 것으로 전망된다. 2011~2021 년 전 기간 연평균 성장률(CAGR)은 7.4%이며, 그중 유럽의 성장률이 8.6%로 가장 높다. 국내 CCS 시장은 2011년 2.45 억 달러(2,940억 원), 2021년 5.10억 달러(6,120억 원)로 전 망되며, 2011~2021년간 총 39.92억 달러(4조 7,900억 원)의 ▶이산화탄소를 이용하는 여러 가지 경로 ▶

자료: DNV(Det Norske Veritas), Carbon Dioxide Utilization, 2011

Water

Non-conversion

Conversion

Solar Wind Geothermal Tidal

Hydro Waste heat Nuclear

Other chemicals Hydrogen

Solvent Super critical CO2 Geothermal fluid

Beverages & microcapsules

Carboxylates & lactones Carbamates

Urea, isocyanates

이산화탄소의 포집•저장•활용 기술 고 친환경적인 대안이라 볼 수 있다. ■조류(algae)로부터 바이오 재생 연료 및 유용 물질 생산 이산화탄소의 생물학적 고정(fixation)은 녹색 식물이나 조류(algae)의 광합성에 기반을 둔다. 조류는 육상 농작물 에 비해 높은 바이오매스 생산성을 나타내며 비경작지에서 도 재배될 수 있다. 또 많은 종이 염수나 폐수에서도 잘 자 랄 수 있다. 이러한 특성으로 조류 바이오매스는 화석 연 료 기반의 제품을 대체해 바이오 오일, 단백질, 고부가 화학 제품, 식품 및 사료, 비료 및 연료 같은 제품을 지속적으로 제조할 수 있다. 조류는 에너지원으로서 태양광, 이산화탄 소 및 무기 영양물질(주로 N-화합물(NO3 -_{, NH} 4 +_{)과 인산염} (phosphate))을 사용한다. 이산화탄소 공급원으로서 고농도 배가스를 이용할 수 있으며, 조류 바이오매스 1톤당 약 0.5 톤의 탄소(흡수된 이산화탄소 1.8톤당)가 고정될 수 있다. 실 용적인 대규모 조류 재배를 위해서는 비용 및 소요 에너지 저감, 상당한 R&D 투자가 필요하다. ■광물의 탄산염화 광물 탄산염화(mineral carbonation)는 미네랄(대부분 칼 슘 또는 마그네슘 실리케이트)과 이산화탄소의 반응으로 비 활성인 칼슘 또는 마그네슘 탄산염을 만드는 것을 의미한 다. 생성된 탄산염은 안정하여 물에 잘 녹지 않으며, 대기 중 이산화탄소 방출이 불가능해 환경적으로도 해가 없는 는 것, 이산화탄소를 변환 없이 그대로 이용하는 것 등 3가 지 방법이 있다. 이 다양한 이용 기술을 모두 사용하면 직 접 및 화석 연료 사용 절감으로 이산화탄소 배출을 적어 도 3.7 gigatons/year(현재 연간 이산화탄소 총 배출량의 약 10%에 해당)를 감축할 잠재력이 생긴다고 한다.

『CCU의 예로는 이산화탄소를 이용한 화학 원료

합성, 조류(microalgae) 바이오 연료 생산,

미네랄(광물) 탄산염 변환 등이 있다』

■화학 원료 및 연료로 이용 이산화탄소는 표준 상태에서 열역학적 화학적으로 안정 한 분자이므로 대기 중에 오랫동안 존재한다. 이산화탄소의 화학적 변환에 의해 경제적으로 유용한 화학제품(메탄, 메 탄올, 요소, 포름산, 무기·유기 카보네이트, polycarbonate, CO2 폴리머, 카복실산, 카바메이트 등)을 얻을 수 있는데, 이를 위해서는 이산화탄소의 낮은 반응성을 고려한 외부 에너지 공급이나 고활성 촉매를 사용한 반응 활성화 에너지 의 감소가 필요하다. 이에 필요한 에너지를 풍력이나 태양 광 등 재생 에너지원을 이용해 해결하려는 노력이 진행 중 이다. 이산화탄소 활용에 대한 투자의 추동력은 전통적으로 석유 화학 원료에 의존해온 연료와 화학제품의 공급 안정 성을 확보할 수 있다는 것이다. 따라서 CCU는 이산화탄소 배출을 저감하고 석유 사용량 또한 줄일 수 있는 경제적이 국명 기관명 연구 내용 독일

Bayer · 독일 정부의 지원으로 RWE Power, Siemens와 공동으로 ‘Dream production’ 프로젝트를 추진 중이며, 2011년 2월 석탄 화력 발전소의 이산화탄소를 포집해 직접 폴리우레탄을 제조하는 파일럿 플랜트 건설, 2015년 상업화를 목표 Cyano Biofuels · 이산화탄소와 햇빛을 공급하여 직접 바이오에탄올을 생성할 수 있는 cyanobacteria(blue-green algae)를 개발하고, 미국 Algenol과 협력하여 10만 m2 _{규모의 조류 바이오 연료 생산 시설을 텍사스에 건설할 예정} BASF · 독일 연방교육연구부의 지원을 받아 EnBW, 하이델베르크 대학, 칼스루에 공대와 공동으로 광촉매 공정을 활용해 태양 에 너지로 이산화탄소와 물을 반응시켜 메탄올을 생산하는 ‘Solar2Fuel’ 프로젝트를 추진 미국 Sandia

National Lab. · 태양광과 이산화탄소를 이용해 석유 대체 합성 연료를 제조하는 S2P(Sunshine to Petrol) 프로젝트를 진행 중 Lawrence Berkley National Lab. · 2011년 미 에너지부의 지원을 받아 Caltech와 함께 인공광합성공동연구센터를 설립하고 물, 이산화탄소, 햇빛으로부터 가 솔린 대체 연료를 제조하는 기술을 연구 중, 2015년까지 프로토타입 개발 완료, 2020년 상용화를 목표 호주 Global CCS Institute

· CCS 연구와 함께 이산화탄소 활용을 연구. 호주 정부는 Calera mineralisation project에 4천만 호주 달러를 투자하여 Yallourn 발전소에서 포집된 이산화탄소를 사용해 시멘트와 골재를 제조할 예정

미래 유망 기술 중 하나, 대지진 피해를 최소화하는 면

진 기술

그렇다면 궁극적으로 지진에 안전한 건물을 지을 수는 없을까? 1995년 1월 17일 일본 고베 지진이 발생할 당시, 지 진이 발생한 진앙에서 20km 떨어진 곳에 2동의 건물이 거 의 손상을 입지 않고 남아 있었다. 이 건물은 지진을 피하 도록 면진 기술을 적용하여 지은 건물이었다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서는 전 세계에서 발표 되는 최근 10년간의 논문 약 2,000만 건의 빅데이터 자료 를 분석하여 미래 유망 기술의 하나로 ‘스마트 면진 시스템’ 을 선정하였다. 면진 기술은 아직 초기 단계의 기술로 전 세 계적으로 다양한 연구와 기술 개발이 진행되고 있다. 최근 일본 대지진을 통해서 면진의 중요성이 증가하여, 앞으로 시장 확대 가능성이 매우 크다고 보여진다. 면진 기술은 지진이 일어났을 때 지진으로부터 구조물

인류를 위협하는 대지진, 우리나라도 지진 발생 빈도 꾸

준히 증가

2011년 일본 후쿠시마에서 발생한 진도 9.0의 대지진은 아직도 우리에게 충격으로 남아 있다. 지진이 발생한 장소 에는 건축물 대부분이 파괴되고 폐허로 남은 것을 볼 수 있 었다. 전 세계적으로 지진의 위험성이 계속 증가하고 있으며, 최근 들어 수만 명의 인명 피해를 동반하는 지진이 빈번하 게 발생하고 있다. 더욱 우려스러운 것은 지진 안전지대로 여겨지던 우리나라도 최근 10년간 연평균 43.6건의 지진이 감지될 정도로 지진 발생 빈도가 꾸준히 증가하고 있다. 전 문가들은 우리나라 서울에 진도 6.0 이상의 강진이 발생할 확률은 57% 이상이라고 말한다. 만약 지금 우리나라에 일 본처럼 8.0 이상의 지진이 일어나면 우리나라는 그야말로 쑥대밭이 될 것이다. 쓰촨 성 대지진(2008) 이와테 미야기 지진(2008) 아이티 지진(2010) 칠레 지진(2010) · 규모: 7.8 · 사망, 실종: 8만여 명 이상 · 부상: 25만여 명 이상 · 건물 피해: 2,500만 채 · 피해 면적: 10만 ㎢ · 규모: 7.2 · 사망: 3명 · 실종 및 부상: 다수 · 규모: 7.0 · 사망: 10만여 명 이상 · 부상: 300만여 명 이상 · 규모: 8.8 · 사망: 700명 이상 · 부상: 200명 이상 · 경제적 피해: 300억 달러

스마트 면진 기술

인류의 대재앙을 피하는

스마트 면진 기술

기존 기술과 융합해 혁신 기술을 창출하는

미래 성장 산업, 나노융합기술

나노융합기술은 나노기술을 기존 기술에 접 목하여 기존 제품의 성능을 개선·혁신하거나 전혀 새로운 나노기능에 의존하는 제품을 창 출하는 기술을 의미한다. 또한 나노융합기술에 의한 산업은 마이크로 수준의 기술을 대체하 여 모든 산업에 혁신을 유발하는 고부가 가치 산업으로, 전통 산업과 첨단 산업의 연결 고리 역할을 하면서 IT, BT, ET, ST, CT 등 모든 기술 과 융합하여 새로운 혁신 기술을 창출하는 미래 성장 산업 이라 할 수 있다. 고난도 제조 기술에 의한 임계 성능 구현 및 초고효율 에너지 산업 등을 실현할 수 있게 하는 미래 핵심 소재에서 도 나노기술의 융합은 나노소재로 대표되면서 더욱 중요성 이 커지고 있는데, 그중에서도 그 영향력과 가능성이 큰 분 야는 건강 치료 분야라 할 수 있다. 나노소재 기술의 건강 치료 분야 융합은 크게 칩상의 실 험실(lab-on-a-chip)로 대표되는 나노소자(nanodevides) 분야와 나노의약품(nanomedicine) 분야로 나눌 수 있고, 소재 측면에서 보면 나노소자에는 나노물질, 나노현탁액 (nanosuspensions) 등이, 나노의약품에는 금 나노입자나 은 나노입자 등의 나노입자가 주로 사용된다고 할 수 있다.1) 특히, 나노의약품은 다양한 의료 분야에서 중요성이 1) “Trends in Chemicals and Materials-Healthcare and Personal Care”, Frost &

Sullivan Analysis, 2012

나노융합 신소재

건강 치료용 나노입자 분야의

신제품 개발 및 가시화 시장 전망

산업정보분석실 책임연구원 유선희 | Tel 02-3299-6054 e-mail sunny@kisti.re.kr

신소재·나노융합_ 신소재 나노융합

인정되고 있는데, 주요 특성은 생물학적 장애(biological hurdles)를 통과하고, 종양 사이트(sites)에 응집하여 약물의 용해도를 증가시키는 나노입자의 능력(예, 은 나노입자)에 있다. 또한 자기 치료 세포 응답을 유도하거나 임플란트의 적응성(acceptability)을 현저히 개선하기도 하고, 특정한 작 은 분자량 약물의 용해도를 높이기 위해 나노현탁액을 사 용할 수 있다는 점도 특징이다.

『기존 기술에 나노기술을 접목해 성능을

개선·혁신하거나 새로운 제품을 창출하는

나노융합기술은 나노소재로 대표되면서 더욱

중요성이 커지고 있다. 그중에서도 영향력과

가능성이 큰 분야는 건강 치료 분야이다』

이러한 나노의약품 중에서도 상용화 가능성이 매우 크 고 시장이 가시화되는 분야가 나노입자를 기반으로 하는 나노소재 건강 치료용 나노소자용 나노의약품용 약물 전달 (암 치료용 나노입자) 활성 임플란트, 의약품, 치료제, 바이오 물질, 이미징, 생체외 진단 전자용, 건설용, 에너지용, 기타 ▶건강 치료용 나노소재의 범위: 응용에 따른 분류 ▶

나노융합 신소재 공이 강하게 나타날 것으로 보인다. 대형 제약 산업은 다양한 시장에서 나노소재에 대한 장 기적 수요를 보여주고 있다. 그러나 미국, 유럽, 일본 등과 같은 국가의 약효 성분에 대한 엄격하고 장기적인 규제 승 인 절차는 어느 정도 상용화 단계를 지연시킬 수 있다. 반면 에 규제 환경이 엄격하지 않은 지역의 제약 분야에서 나노 소재의 사용이 조기에 이루어질 수 있다. 미국은 시장 규모가 상대적으로 작은데도 불구하고 나노 기술에 기반을 둔 건강 치료 제품을 상용화하는데 주도적 인 역할을 하였다. 시장 성장은 미국에서 강하게 유지될 것 으로 전망되고, 2025년경에 건강 치료 나노소재 세계 시장 의 절반을 상회할 것으로 예측된다. 물론 서유럽, 일본과 호 주에서도 고수익 시장이 형성될 것이고, 중국, 대만, 인도, 기타 제약 산업이 상대적으로 강한 국가에서 잠재 수요가 증가할 것으로 예상된다. 지역별 나노소재 건강 치료 분야 시장 규모 전망은 위 표와 같다.

『나노 기술 건강 치료 제품 시장 성장은

미국이 주도할 것으로 예상되며, 서유럽, 호주와

일본에서도 고수익 시장이 형성될 것으로 예상된다.

한편, 제약 생산과 약물 전달 분야에서 세계 수요는

2025년, 약 11조 원으로 추산된다』

암 치료제이다. 나노입자는 실험실적 진단 과 표적지향 의약품(drug targeting) 등과 같은 다양한 바이오 의학적 응용 분야에 활용할 수 있으며, 나노입자의 표적암 치 료(targeted cancer therapies)는 펩타이드, 단백질 또는 항체와 같이 암 바이오 치료 제를 함유한 콘주게이트(conjugates) 형태 로 사용된다. 차세대 암 치료용 나노입자로는 초 상자성 나노입자(superparamagnetic n a n o p a r t i c l e s), 금 나노입 자 (g o l d n a n o p a r t i c l e s), 상 호활성 나노입자 (interactive nanoparticles: 금 나노로드 (gold nanorod)와 산화철 나노결정의 결합 체(conjugates)로 구성) 등이 부각되고 있 다. 2016년에는 제1상 임상 시험이 완료될 예정이어서 상용화가 가시화되고 있다. 작은 분자를 사용하는 화학 치료나, 항 체를 사용하는 표적지향 치료(targeted therapy) 등과 같은 기존의 암 치료는 암세포를 표적하는데 있어서 정밀도가 높지 않았다. 그러나 나노입자들은 건강 한 세포의 손상을 주지 않으면서 특정 암세포를 확인하고, 표적하여 죽일 수 있는 특징을 가지면서 표적지향 암 의약 품(targeted cancer drugs)인 나노입자 결합체(conjugates) 는 기존의 표적지향 치료와 비교하여 탁월한 치료 효능 (efficacy), 특정성 및 선택성을 나타낸다.2)

건강 치료 분야 나노소재 세계 시장 규모는 2025년 약

120억 달러에 달할 것으로 추정

건강 치료 분야에 사용될 수 있는 나노소재 세계 시장 규모는 매년 22%의 성장을 지속하여 2013년에 약 13억 달 러에 이를 것이고, 나노소재 시장에서 두 번째로 큰 시장이 될 것으로 추정된다. 성장 추세를 고려하면 2025년까지 건 강 치료용 나노소재 세계 시장은 약 120억 달러에 이를 것 이고, 나노소재 시장에서 전자 산업 분야를 상회하여 가장 큰 시장이 될 것으로 예측된다. 건강 치료 산업에서 나노소 재는 활성 성분(active ingredients), 약물 전달 시스템(drug delivery system)과 같은 제약 분야에서 초기에 상업적 성 2) “Top Technology Trends in Health and Wellness-Nanoparticle-based

Tehrapies--Cancer Tehrapeutics”, June 2012, Frost & Sullivan

구분 2003 2008 2013 2018 2025 United States 71 242 705 1,695 6,055 Other Americas 2 10 33 105 420 Western Europe 54 172 412 1,005 3,435 China - 4 16 72 530 Japan 7 21 60 155 560 Other Asia/ Pacific 3 15 43 128 595 Eastern Europe 2 9 27 72 340 Africa/ Mideast 2 3 9 28 115 Total 141 476 1,305 3,260 12,050

자료: The Freedonia Group Inc, 2010

▶지역별 건강 치료용 나노소재 시장 규모 예측 ▶

신소재 나노융합 건강 치료용 나노소재 수요에서 미국과 서유럽이 전체 시장의 80% 이상을 점유하 면서 지속적으로 시장을 주도할 것으로 예 측된다. 특히, 중국은 2013년에 시장 점유율 1%에서 2025년 4%로 상승할 것으로 예측되 고 있다. 기타 아시아/태평양 지역에서도 3% 에서 5%로 확대될 것으로 전망된다. 제약 생산과 약물 전달 분야에서 나노소 재 세계 수요는 2013년을 지나면서 급격히 상승할 것으로 예측된다. 2025년까지 나노 소재의 제약 시장은 많은 나라의 제약 화학 생산량을 고려하면 약 100억 달러(약 11조 원) 정도로 추산된다. 약물 전달 및 생체 이용률을 향상시키기 위한 노력으로 성장이 주도될 것인데, 특히, 물 용해도가 낮은 약물, 상당한 부작용을 가 진 약물 등과 같은 경우가 이에 해당한다. 더불어 나노소재 는 암 퇴치, HIV, 다른 중질환에 대한 신약 개발에 적용될 수 있다.

나노의약품의 연구와 응용 활동은 국가 핵심 발전 분야

로서 미국, 유럽, 한국, 일본, 호주 등에서 활발히 진행

건강 치료용 나노소재의 주된 응용 분야는 나노의약품 이라 할 수 있는데, 이 분야는 기존에 사용되는 의약품에 나노기술을 융합하여 개발하므로 개발 및 상용화가 단기 간에 가능한 것이 특징이다. 나노의약품은 선진국에서도 2000년대 이후 연구 개발이 본격적으로 시작돼 우리나라 와 기술 격차가 크지 않다고 판단되고 있으며, 전 세계적으 로는 미국, 유럽, 일본, 한국, 호주 등이 이 분야에서 연구 및 응용 활동을 활발히 진행하고 있다. 미국은 기초 및 응용 연구 분야 모두 활동적이며, MIT 와 캘리포니아 공대(California Institute of Technology)가 선 구자적으로 리피드(lipid)계 양이온 입자에서 금 나노로드에 이르기까지 몇 가지 다양한 형태의 나노입자들을 사용하고 있다.

Cytimmune, Tempo Pharmaceuticals 및 Carigent Therapeutics와 같은 회사들은 이미 암 약물 전달을 위한 나노규모의 시스템을 개발하고 있다. Ortho Biotech(죤슨앤 죤슨 자회사)는 이미 리포좀(Liposome) 나노입자인 독실 (Doxil)을 사용하여 이와 같은 시스템을 제조하기 시작하였다.

유럽에서는 Turku Center for Biotechnology(핀란드), 런 던 대학(영국) 및 Karolinska Institut(스웨덴)가 선도적인 연 구를 하고 있으며, 전립선, 췌장 및 대세포 폐 종양(non-small cell lung tumors)과 같은 암 치료에 금, 다공성 실리카 및 탄소계 나노입자 등을 사용하고 있다. 또한 Nanobiotix 와 Ensemble Therapeutics(프랑스) 및 Magnamedics(독일) 은 나노입자계 암 치료제를 개발하고 있는 유명한 회사이 다. 그리고 유럽 연합은 2020년까지 로드맵을 구축하여, 나 노입자 기반 약물 전달에 대해 단계별 개발 계획을 추진하 고 있다.

아시아에서 일본은 동경 의약품 연구소(Tokyo Institute of Medicine)와 리켄 연구소(Riken Institute)에서 백금과 실리카 나노입자를 표적지향형 암 치료에 적용하는 것을 연구해왔 다. 그리고 한국의 한국과학기술연구원(KIST)에서는 종양 표적지향용(targeting tumors) 키토산계 나노입자 개발을 선 도하고 있다. 또한 대만의 국립건강연구소(National Health Research Institute)는 진단 조형제와 항암 약물을 결합함으 로써 암에 나노입자의 사용을 최적화하고 있다.

호주에서는 남호주 암협의회(Cancer Council SA)가 왕 립 애들레이드 병원(Royal Adelaide Hospital)에 있는 한 슨 연구소(Hanson Institute)와 남호주대학(South Australia University)에 있는 와크 연구소(Wark Institute)에 자금을 지 원하여 의료용 나노입자를 개발하도록 하고 있다.

나노의약품은 미국, 유럽, 한국, 대만 및 일본 등과 같은 3) “Top Technology Trends in Health and Wellness-Nanoparticle-based

Tehrapies-Cancer Tehrapeutics”, Frost & Sullivan, June 2012

▶국가별 나노의약품 연구개발 투자(2011-2012)3) ▶

Amount(in million USD)

자료: NIH, EC, KIST, ITRI

25 20 15 10 5 0 NIH Common

나노융합 신소재 수많은 국가에서 기술 혁신의 주요 핵심 발전 분야로 여겨 져 왔다. 특히, 유럽 연합 집행위원회(EC)는 6차 프레임 워 크 계획 이래로 나노의약품을 주요 핵심 연구로 집중해 오고 있는데, 2004년 이래 지금까지 이 분야에 이미 3억 6,700만 달러(한화 약 4,000억 원)4)를 집행해왔다. 나노의약품에서 여러 응용 분야, 즉, 활성 임플란트, 약 품/치료제, 바이오 물질, 이미징, 생체외(in vitro) 진단 및 약 물 전달 중에서 표적지향 암 치료를 포함하는 약물 전달 분야가 유럽과 미국에서는 나노의약품 관련 연구 자금의 59%가 지원될 정도로 우선순위가 가장 높아, 향후 관련 시 장 비중도 클 것으로 예상된다.

진단 치료용 나노소재는 나노입자 분야에서 시장이 가

시화될 것으로 예상

나노의약품 중에서 특히 시장의 가시화(2015년경)가 예상 되는 나노입자 개발 및 응용 전망을 살펴보면 다음과 같다. 리피드계/리포좀 나노입자는 Tekmira Pharmaceuticals 및 Encapsula Nanoscience와 같은 기업에서 이미 제약용 리피드 나노입자를 개발하고 있고, Merck, AstraZeneca 및 Novartis 같은 제약회사와 정부가 공동 개발 및 라이선싱 프로젝트를 수행할 전망이다. 탄소 나노튜브계 나노입자는 McGill, 랭커셔 대학(Univ. of 4) 1달러당 한화 1,100원을 적용함

태양광 발전 모듈을 장착해 자체적으로 전기를 생산·활

용하는 BIPV 시스템

태양광 발전은 아직까지는 화석 에너지에 비해 경제성 이 떨어져, 자력으로 경쟁력을 갖고 시장에서 성장하기는 미흡하다. 따라서 보조금 지원과 같은 각 국가의 정책적 인 지원이 필요하고 태양광 발전소 설립을 위한 금융권의 PF(Project Financing)도 요구된다. 이 분야에서 아직까지는 시장을 견인할 수 있는 대표적인 킬러 애플리케이션(killer application)이 등장하지 못한 상황인데, 그중 BIPV 시스템 (Building Integrated Photovoltaic System)이 그 역할을 할 수 있는 잠재적인 후보의 하나로 주목받고 있다. 국내에서는 2005년 발코니 확장 법안이 통과되어 발코 니를 없애고 실내를 확장하면서 BIPV 시스템을 설치할 수 있는 근거가 마련되는 등 상업용 건물뿐만 아니라 아파트 나 공동 주택에도 확대될 수 있는 환경이 되었다. 최근 들 어 건축물의 지붕이나 벽면에 설치대 등을 세워 PV 시스템 을 설치하는 초기 방식에서 PV 모듈을 건물 외부의 건축재 로 사용하여 건물에 통합시키는 일체화 방식으로 발전하는 추세가 두드러진다. PV 모듈 건축 일체화 건물 구성 요소 는 커튼월, 천창, 차양, PV 지붕 타일, 투명 PV 창호 등으로 매우 다양한데, 일반적인 태양광 발전 시스템과 달리 설치 공간을 위한 별도의 부지가 필요 없고, 단순히 발전뿐만 아 니라 건물 외부 건축재 기능까지 하게 되어 추가로 경제성 을 확보할 수 있게 되었다. 그리고 건물의 시공 초기에 건물 의 한 부분으로 디자인되어 전체 건물과 조화를 이뤄 건물 미관을 더 아름답게 만드는 디자인 요소로도 활용될 수 있

BIPV 시스템

BIPV에서 앞으로 어떤 기술이

시장을 주도해 나갈 것인가?

BIPV 시스템

국가들의 BIPV 인센티브 정책 확장으로 2020년에는

8,459.9MW까지 규모가 확대될 것으로 전망

2012년 세계 태양광 신규 시장은 모듈 가격 하락, 보조 금 지원 삭감, 치열해진 경쟁 체제로 인한 공급 초과 현상 으로 성장률이 둔화되어 전년 대비 15% 성장한 26.7GW에 이를 것으로 예상된다. 그러나 유럽 이외의 주요 국가들은 정부의 지속적인 지원으로 설치량이 증가하여 전 세계적으 로 연평균 20% 이상의 지속적인 성장세를 보여 2015년에 48.6GW, 2020년엔 94.3GW의 시장으로 성장할 것으로 예 상된다. 세계 BIPV 설치 시장은 2009년 181.6MW에서 2010 년은 270.1MW로 전년 기준 48.7% 증가하였다. 프랑스, 이 탈리아 등에서 BIPV을 위한 FIT 지원 정책을 2011년 본격적 으로 시행하였으나 시장에서의 공급 과잉으로 증가율의 추 세가 주춤하여 378.9MW 규모에 머물렀다. 그러나 여러 국 가들에서 BIPV 확대를 위한 인센티브 정책들을 확대하고, 과거 주택과 일반 건물 위주에서 대형 창고, 공장 지붕, 주 차장 지붕, 대형 철도 역사 및 공항 건물, 초고층 빌딩, 고속 도로 방음벽 등에 적용하면서 대형화와 응용 분야의 확대 가 이루어져 향후 2020년에는 8,459.9MW까지 규모가 확 대될 것으로 전망된다.

『세계 BIPV 설치 시장은 2009년 181.6MW에서

2010년은 270.1MW로 전년 기준 48.7% 증가하였

고 국내에서는 정부 주도로 공공건물에 적용되면서

시장의 지속 성장이 예상된다』

BIPV 제품 중에서 Glass type(c-Si) 모듈 제품은 제조 기 술이 용이하여 모듈 제조 업체 대부분 이러한 제품으로 대 규모 양산 체제를 구축하여 현재 BIPV 시스템 시장의 70% 이상을 점유하고 있다. 그러나 최근 들어서 다양한 형태의 건물 외벽 적용성과 설치 용이성이 요구되면서 Flexible type 와 Tile & Panel type 제품(Thin Film)들의 시장성이 커지고 있으며 이러한 추세는 향후에도 지속될 것으로 보인다. 국내 BIPV 시스템 시장은 43MW 규모 수준으로 보고 있 는데 정부 주도로 공공건물에 적용한 것이 대부분이고 향 후에도 당분간 공공건물이 국내 BIPV 시스템 시장을 주도 할 것으로 보인다. BIPV 시스템이 채용된 대표적인 건축물 로는 서울시청 신청사, 충남도청 신청사, 송파구 동남권 유 통단지, 인천문학경기장, 분당 SK케미칼 연구소, 신성CS 음 ▶BIPV 시스템 적용 사례 ▶ Roofs Facdes

Vatican ‘Paolo VI’ hall

Ferdinand-Braun Institute in Berlin Lehrter train station in Berlin Academy and building multi-use Mont-Cenis, Herne, Germany Windows and Semitransparent Fac¸ ades

Skylights and shading systems

Norway’s Trondheim University of Science and Technology

태양전지 성공장, 영진 전문대학교 칠곡 캠퍼스, 안산 상록구청사, 문 경커뮤니티센터 등이 있다.

국내외 다양한 업체가 BIPV 상용화 경쟁력을 높이고자

기술 개발을 활발히 진행

현재 BIPV 시스템 분야에 연구 개발을 추진 중인 업체로 는 국외 업체 Sharp, Schott Solar, Suntech, Wurth Solar, Sunpower, Solarmer Energy, SRS Energy, Konarka/Arch Alumium & Glass, Ascent Solar, Dyesol, Dow Solar, Eagle Roofing, Lumeta, Heliatek GmbH, Swiss Solar System, Atlantis Energy System, Kyocera, Solarcentury, Canadian Solar, Aide Solar, Uni-Solar, Dow Solar Solution, Solar Power가 있다. 국내 업체로는 S-Energy, Solartech, 비봉 이앤지, 이건창호, LG하우시스 등이 있다. 아직 해당 시장을 특정 업체가 선도하기보다는 초기 시장에서 상용화 경쟁력 을 높이기 위해 활발한 기술 개발이 진행되고 있다.

향후 BIPV 시장은 대형화와 응용 분야 확대가 이루어질

것으로 전망

태양전지 시장은 2009년 폴리실리콘의 가격 폭락과 타 유형의 태양전지에 비해 높은 효율로 결정질 실리콘 태양 전지(C-Si)가 전체 태양전지 시장을 주도할 것으로 전망 된다. 결정질 실리콘 태양광 모듈의 효율이 일반적인 경우 14~15%, 고효율인 경우 18~20%인 반면, 박막 태양전지의 경우 결정질 실리콘 태양광 모듈의 1/2~2/3 수준의 효율에 머물러 높은 출력을 위해서 대면적이 필요하기 때문에 건 축물과 같은 제한적인 면적에 적용하기 용이하지 않다. 이 에 따라 2011년 기준 세계 태양전지 시장에서 결정질 실리 콘 태양전지가 85% 이상의 높은 점유율을 나타내었고 박 막형 태양전지는 상대적으로 낮은 시장 점유율을 차지하였 는데 향후 2020년까지도 결정질 태양전지가 70~75% 이상 의 시장을 점유할 것으로 전망되고 있다. 그러나 BIPV의 설 치 시장에서는 2011년 기준 결정질 실리콘 태양광 모듈이 75.6%의 시장을 점유하였으나 향후 BIPV 시장이 대형화와 다양한 응용분야 확대가 이루어질 것으로 보인다. 그 결과 박막 태양전지(a-Si, CIGS, CdTe, DSSC/OPV)의 시장 점유 율이 확대되어 2020년에는 박막 태양전지의 시장 점유율이 46.2%까지 늘어날 것으로 기대된다.

『2011년 기준 실리콘 태양광 모듈이 시장의

75.6%를 차지했으나 향후 박막 태양전지의 시장

점유율이 늘어날 것으로 기대되며, 박막 태양전지

중에서도 a-Si, CIGS, CdTe, DSSC/OPV 등

소재 별로 향후 BIPV 시스템의 점유율과

세부 기술 전개 양상이 달라질 것으로 보인다』

2010 63.4 2011 92.6 286.3 2012F 407.2 157.6 2013F 277.3 597.2 2014F 548.8 2015F 969.3 1,132.20 2016F 1,444.20 1,617.60 2017F 2,021.20 2,197.3 2018F 2,611.40 2,888.50 2019F 3,268.30 3,677.30 2020F 3,904.50 4,555.00 206.8 823.4

자료: “전 세계 BIPV 기술 및 시장 전망”, Solar & Energy, 2012, KISTI 재작성

BIPV 시스템 와 세부 기술별 전개 양상의 변화를 주목할 필요가 있으며, 이는 연구개발 및 사업화의 중요한 핵심 성공 요인이 될 것 이다. 세부적으로 보면 박막 태양전지 가운데 a-Si, CIGS, CdTe, DSSC/OPV 소재별로 기술 개발 및 상용화 전개에 대한 전망과 기대도 다르다. 향후 BIPV 시스템의 적용 확대 구 분 현 황 전 망 기 대 a-Si ·‌‌가격 경쟁력 저하와 낮은 효율로 인해 어 려운 상황 ·‌‌효율 향상을 위한 텐덤(Tandem: 다접합형) 제조 Line으로 전환하면서 생산 능력을 꾸 준히 확장할 전망임 ·‌‌박막 태양전지 중 BIPV 시장에서는 CIGS 와 함께 가장 큰 점유율이 기대됨 CIGS ·‌‌박막 태양전지 중 가장 효율이 높고 외관 이 아름다우나 양산 기술이 미흡 ·‌‌특정 기업 이외에 대량 생산 체제를 구축 하지 못하고 있음 ·‌‌2010 ~ 2011년에 거쳐 Solar Frontier(구 Showa Shell Sekiyu)，Solibro, Avancis, 현대중공업 등이 대규모 투자 ·‌‌2011 ~ 2012년 말부터 점차 체계적인 양 산이 가능할 전망 ·‌‌양산 체제를 확보하면서 점차 점유율을 높 일 것으로 보임 CdTe ·‌‌제조 원가가 가장 낮은 장점을 갖고 있는 First Solar의 CdTe는 2009년 전 세계 경 기 침체 중에도 30~40%의 높은 영업 이 익률 달성

·‌‌카드뮴의 인체 유해성 문제로 대부분 Ground Mounted Utility System에 제한 적 용되고 있음

·‌‌최근 미국 캘리포리아에서 소규모로 Rooftop용으로 채용되고 있음

·‌‌First Solar의 CdTe도 Rooftop용으로 사용 될 수 있다는 인식 전환에 시간이 소요될 것으로 보임 ·‌‌소량으로 BIPV에 채용되어 2020년까지 10% 미만의 낮은 점유율이 기대됨 DSSC/OPV · 연구소, 기업체에서 연구 개발 중 ·‌‌태양전지 효율성을 높이기 위한 재료 개발 과 제품의 신뢰성 문제를 극복하기 위한 연구 개발 요구 ·‌‌본격적인 BIPV에 채용은 2015년 이후 될 것임 자료: KISTI 작성 ▶타입별 BIPV 시스템 전망과 기대 ▶ 2020(F) c-Si 53.8% CIGS 16.6% a-Si 16.4% CdTe 7.5% OPV/DSSC 5.7%

자료: Solar & Energy, 2012

위치 정보에 실시간 웹, 증강 현실을 결합해 제작하는

위치 기반 콘텐츠 & 서비스

위치 기반 콘텐츠 & 서비스란 소비자의 위치 정보와 위 치 기반으로 활용할 수 있는 정보, 실시간 웹 기술, 증강 현 실 기술 등을 결합하여 소비자에게 의미 있는 콘텐츠를 제 작, 서비스하는 것을 의미한다. 위치 기반 콘텐츠 & 서비스 는 초기에 이동 통신 사업자가 제공하는 서비스 중 하나로 인식되었으나, 현재는 위치 정보에 근거해 제공하는 다양한 연관 산업을 포괄하는 개념으로 확장되었다. 이를 견인한 가장 주요한 원동력인 스마트폰은 모바일 상의 정보 서비 스에 대한 요구의 필요성을 증대시키고 신규 비즈니스 모델 을 창출하며, 그 중 위치 정보를 이용한 콘텐츠/애플리케이 션은 모바일 환경의 기술 및 서비스 시장에 일대 혁신의 선 도적인 역할을 수행하고 있다.

위치 기반 콘텐츠 &

서비스

위치 기반 서비스의 현황과

발전 방향

산업정보분석실 선임연구원 박도형 | Tel 02-3299-6045 e-mail dohyung.park@kisti.re.kr

콘텐츠·SW_위치 기반 서비스

『이동 통신 사업자가 제공하는 서비스 중 하나로

인식되던 위치 기반 콘텐츠 & 서비스는

위치 정보를 활용한 다양한 산업을 포괄하는

개념으로 확장되었다. 현재 제공되는

대표 콘텐츠로는 길 안내, 지역 기반 정보,

위치 기반 SNS, 위치 추적, 위치 기반 광고,

증강 현실 지역 정보 등이 있다』

위치 기반 콘텐츠 & 서비스는 크게, 실시간 위치 기반 서 비스, 위치 기반 광고, 증강 현실을 이용한 콘텐츠로 구분 할 수 있는데, 실시간 위치 기반 서비스에서 제공하는 대 표적인 콘텐츠는 Navigation(길 안내), Location Search(지 역 기반 정보 획득), Social Networking/Friend Finder(위 치 기반 소셜 네트워킹), Family Locator(자녀, 노인 등 가 족 위치 추적) 등을 포함하고 있고, 위치 기반 광고는

Geo-위치 기반 서비스 위치 기반 광고 위치 기반 증강 현실

foursquare SnipSnap acrossair SnapShop

위치 기반 콘텐츠 & 서비스 비스는 플랫폼적인 성격이 강하므로 각각의 서비스에 대한 시장 규모를 산정하는데 어려움이 있고, 시장 전체에 대해 서 산정할 수 있다. 위치 기반 서비스의 세계 시장 규모는 2010년 27.4억 달러에서 CAGR 34.8%의 성장률로 2016년 에는 164.7억 달러로 지속적인 성장을 할 것으로 보이며, 국 내 시장은 세계 시장과 동일한 성장률을 가정했을 때, 2010 년 3,519.5억 원에서 2016년 2조 1,116.5억 원까지 성장할 것 으로 전망된다.

시장 니즈, 주변 환경, 기술 관점에 따른 위치 기반 콘텐

츠 & 서비스 촉진과 저해 요인

시장 니즈 차원에서 위치 기반 콘텐츠 & 서비스의 촉진 요인으로는 이동형 스마트 기기 확산 및 고도화로 다양한 부문에서 활용 가능한 위치 기반 콘텐츠, 서비스, 애플리케 이션이 증가되고 있는 점과 사용자 위치 기반 맞춤형 콘텐 츠와 지역 사업자와의 연계 기반 신규 비즈니스 사례가 많 아지는 점, 컴퓨터 기반 영상, 소리, 정보 등의 디지털 가상 세계와 실제 환경과의 융합을 기반으로 한 애플리케이션 개발이 증가되는 점을 뽑을 수 있다. 반면, 저해 요인으로는 이동 통신 업체, 단말 제조 업체, 인터넷 포털 업체 등 독자 적인 서비스를 제공하는 업체들에 의해 주도되는 점과 초 기 대규모 투자 비용과 유지/보수 비용 부담으로 시장 진입 장벽이 존재하는 점, 소비자 요구 수준이 높아짐에 따라, 연 구 개발 비용이 증대되고 제품 주기가 짧아지고 있는 점을 뽑을 수 있다. 위치 기반 콘텐츠 & 서비스의 주변 환경을 살펴보면, 촉 fence(기 설정된 지역에 들어갔을때 광고 메시지 제공),

Context-aware Sponsored Search Results(지역에서 검색 시 주변 광고 스폰서 우선 제시), Check-ins(특정 지역에 서 사용자가 check-in했을 때, 관련 광고 제시), Near Field Communication(NFC가 지원되는 기기를 단말기에 접속 시 광고 제공) 등을 포함한다. 마지막으로, 위치 기반 증강 현 실 콘텐츠는 모바일 단말기에 장착된 GPS와 기지국 카메 라 영상을 이용하여 사용자 주변 생활 정보를 분석 및 인 지한 후 사용자가 필요한 정보를 스마트 단말기 상에 증강 현실 영상 형태로 제공하는 콘텐츠로서, 주로 증강 현실 게 임, 증강 현실 러닝, 증강 현실 지역 정보를 포함한다. 공급망 관점에서 위치 기반 콘텐츠 & 서비스는 위치 정 보 사업자(GPS 칩세트/단말기 제조 업체, 통신망 기반 위 치 추적 제공 업체 등), 콘텐츠 사업자(디지털 지도 제작 업 체, GIS 제공 업체, SNS, SW 사업자 등), 단말기 사업자(스 마트폰, 내비게이터, LBS 전용 단말 등) 및 통신 사업자(이 동 통신, 무선 통신 등) 등으로 가치 사슬(Value Chain)을 형성하고 있다.

세계 시장 규모 지속 성장해 2016년 164.7억 달러에 이

를 것으로 전망

스마트 기기의 보급과 IT 기술의 진화로 인해, 위치 기반 콘텐츠 & 서비스 산업은 큰 폭으로 성장하고 있다. 위치 기 반 서비스는 과거 내비게이션 서비스로 시장이 성장했으 나, 현재 소셜 네트워킹 서비스와 위치 기반 검색, 위치 기 반 광고 등의 서비스가 성장을 주도하고 있다. 위치 기반 서 구분 위치 정보 사업자 콘텐츠 사업자 단말기 사업자 통신 사업자 주요 제품/기술 실내외 연동 위치 추적 기술, 사용자 위치 정보 관리 아키텍 처, 위치 기반 소셜 네트워크 서비스 프레임 워크, 기지국 DB 구축 지도 기반 생활 정보 콘텐츠, 모바일 광고 콘텐츠, LBS+SNS 연계 콘텐츠, 2차원 마커 및 영 상 인식, 3차원 물체 인식, 증강 현실 콘텐츠 표현 프레임 워크 중력/관성 센서 탑재, 스마트폰 특화 인터페이스 개발, 카메라 사물 인식 기술, 지도 서비스 기지국 구축 및 통신망 운영, 내비게이션 서비스, 실시간 교 통 정보 서비스, 모바일 광고 플랫폼, 분실 휴대폰 위치 추적 외국 기업 Google, Apple, NTT Communication, KDDI, GPS, Sprint, Nextel & Verizon Wireless, Galileo, Sony, Skyhook

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