제 2장 기술 및 시장 동향
글로벌 멤브레인 크로마토그래피 시장은 바이오 의약품에 대한 수요가 증가함에 따 라 향후 높은 성장을 보일 것으로 전망된다. 특히 멤브레인 크로마토그래피 시장은 바이오 의약품 산업에 대한 다국적 기업들과 중국, 인도를 비롯한 신흥 아시아 국가 들, 미국과 유럽의 선진국들의 연구 개발에 대한 대규모 투자로 더욱 시장의 성장이 돋보이는 분야이다. 바이오 의약품 산업은 EvaluatePharma 2020년 자료1)에 의하면 2,660억 달러에서 2026년에는 5,050억 달러로 연간 9.6%씩 성장하는 것으로 전망하 고 있는데, 오늘날 바이오 의약품 산업에서 분리정제 공정의 중요성이 점점 부각되고 있어 새로운 기술로서 기존 컬럼 크로마토그래피를 대체할 수 있는 멤브레인 크로마 토그래피가 점점 시장의 관심을 받고 있다. 이는 멤브레인 크로마토그래피가 기존 컬 럼 크로마토그래피가 갖지 못한 다양한 잇점, 즉, 짧은 운전시간, 높은 생산성, 사용 하고자 하는 물질의 분자량에 거의 제한이 없는 점 등을 보유하고 있어 연구개발 과 정에서 채택이 늘어날 수 있는 요인이 있기 때문이다. 이와 함께 다운스트림 정제공 정의 세척 검증에 대한 규제의 강화, 공정 오염에 대한 불안감은 일회용으로 사용되 는 멤브레인 크로마토그래피 시장을 더욱 촉진하는 요인이 될 것이다.
2.1. 글로벌 시장 전망
멤브레인 크로마토그래피 시장에 대한 전망치는 보고서마다 큰 차이를 보이고 있 다. Markets and Markets 2020년 자료에 의하면 2019년 기준 1.98억 달러로서 연 간 15.5%씩 성장하여 2025년에는 4.02억 달러에 이를 것으로 전망하고 있다.
Market Research Future에서 2021년 2월 발간한 자료에 의하면 멤브레인 크로마 토그래피 시장은 연간 17.5%씩 성장하여 2027년 6억 3,500만 달러에 이를 것으로 예상하고 있으며, Verified Market Research(2021.2)는 2019년 1.6억 달러의 시장 에서 연간 16.5% 씩 성장하여 2027년에는 5억 4천만 달러에 이를 것으로 전망하고 있다. 이 밖에도 Market Watch 2021년 1월 보고서에서는 2019년 1억 7,140만 달러 로 2027년까지 연간 15.5%씩 성장할 것으로 전망하고 있는 등 Forencis Research 의 연간 성장률 전망치를 제외하면 대체로 15~18%의 연간 성장률은 예측하고 있다.
[그림 2.1]에 이들 시장 조사기관에서 전망하고 있는 연간 성장률 예측치를 나타내었
1) EvaluatePharma, World Preview 2020, Outlook to 2026, 2020.7.
다.
[그림2.1] 글로벌 멤브레인 크로마토그래피 시장 연간 성장률 예측치2)3)4)5)6)7)8)9)10)11)
[그림2.1]에서 보듯 많은 시장조사기관들이 멤브레인 크로마토그래피에 대한 시장 전망치를 보고서로 제시하고 있으며, 높은 시장 성장률을 제시하고 있는 것은 최근 바이오의약품 산업의 성장과 함께 주목받는 주요 분리정제기술이 아닌가 한다. 그럼 에도 불구하고 이들 시장 조사기관에서 보여주고 있듯이 글로벌 시장 규모는 그리 크 지 않은데 이는 2001년에 본격적인 상업공정에 투입되어 아직 시장 도입기에 불과하 기 때문이다12). 이들 11개 시장조사기관들의 전망치를 바탕으로 시장 규모를 예측하 여 [그림 2.2]에 나타내었다. 본 자료에 의하면 글로벌 멤브레인 크로마토그래피 시장 규모는 2019년 1.66억 달러에서 2025년에는 4.08억 달러로 성장하고 2030년에는
2) Research and Markets, Global Membrane Chromatography Market(2020 to 2025), 2018.3, 2020.6; 2021.3
3) Market Watch, Global Membrane Chromatography Market Size and Set to Register 15.5%
CAGR by 2027, 2021.1
4) Market Research Future, Global Membrane Chromatography Market Research Report, 2021.2
5) Vertified Market Research, Global Membrane Chromatography Market Size by Product, by Applocation, by Geographic Scope and Forecast, 2021.2
6) ReportLinker, Global Membrane Chromatography Market by Product, Technique, Operation mode, End Use, 2020.4
7) Forencis Research, Global Membrane Chromatography Market, 2020.
8) Market Industry Reports, Membrane Chromatography Market by Product, Type, 2020.4 9) Pharmiweb.com, 2021.2.18
10) DataIntelo, Global Membrane Chromatography Market,2021.
11) Markets and Markets, Membrane Chromatography Market, 2020.6.
12) Data Bridge Market Research, Global Membrane Chromatography Market, 2021.
8.93억 달러로 원화 기준 약 1조 시장에 도달할 것으로 예상되었다.
[그림2.2] 멤브레인 크로마토그래피 시장 전망13)
지역별로는 북미지역이 38.3%로 가장 큰 비중을 차지하고, 아시아 시장의 연간 성장률이 19.3%로 가장 높게 나타났다. 국내의 경우 관련 시장이 아직 전개되지 못 하고 있는 것으로 보인다. 필자가 몇몇 바이오 산업 관련 지원 단체를 방문한 결과 아직 멤브레인 크로마토그래피에 대해 잘 알지 못하고 있었으며, 국내 대형 제약사에 서도 대략 제품이 있는 정도로 알고 있는 경우도 있었다. 또한 중견 CMO 업체에서는 대략 생산 의뢰가 들어오는 전체 100개 중 5~6개 정도가 멤브레인 크로마토그래피 공정이라는 얘기를 듣기도 하였다. 국내에서는 1990년대 2000년대 충북대 염경호 교 수와 인하대 노경호 교수를 중심으로 일부 연구가 진행된 정도였으며, 최근 한국화학 연구원 박유인 박사팀에서 관련 연구를 수행하기 시작하였다. 최근 산업자원부에서는 관련 연구를 지원하기 위한 정부 연구기획을 완료하고 2021년 3월 현재 사업을 공고 중이다.
2.2. 기술별 시장 전망
13) 본 시장 전망치는 [그림2.1]에 나타낸 11개 시장조사기관의 전망치 평균을 나타낸 것임
멤브레인 크로마토그래피는 이온교환 멤브레인 크로마토그래피(Ion Exchange Membrane Chromatography; IEMC), 친화성 멤브레인 크로마토그래피(Affinity Membrane Chromatography; AMC), 소수성 멤브레인 크로마토그래피 (Hydrophobic Interaction Membrane Chromatography; HIMC) 로 구분할 수 있 다. 이들 기술의 세부 내용은 다음 장에서 논의하기로 하고 여기서는 시장 현황만을 제시하기로 하겠다. IEMC는 양이온교환(Cation Exchange MC; CEMC)과 음이온 교 환(Anionic Exchange MC; AEMC)으로 구분되는데, 2019년 기준 AEMC 시장은 5,790만 달러로 2025년까지 연간 16.9%씩 성장할 것으로 전망되고 있으며, CEMC를 포함한 전체 IEMC 시장이 65.5%로 가장 많이 사용되고 있으며 연간 성장률은 17.7%로 전망된다. AMC 시장은 2,630만 달러로 IEMC에 못미치지만 연간 성장률은 20.2%로 매우 높게 나타나고 있다. [그림 2.2]에 관련 기술별 시장 현황 및 전망치를 나타내었다.
[그림 2.2] 멤브레인 크로마토그래피 기술별 시장 현황 및 전망14)
MC의 운전방식은 흐름-통과 모드(Flow-Through mode)와 결합-용리 모드 (bind-elute mode)로 구분되며, 66.4%가 흐름-통과 모드로 사용하고 있으며, 나머지 는 결합-용리 모드로 사용하고 있으나 결합-용리 모드의 경우 19.2%의 연간 성장률 을 나타낸 반면, 흐름-통과 모드는 16.6%의 연간성장률로 결합-용리 모드가 앞서고 있다.
14) Markets and Markets, Membrane Chromatography Market, 2020.6.
2.3. 주요 기업
글로벌 MC 시장은 2020년 현재 Danaher, Sartorius AG, Merck Millipore 3개 기업이 독점하는 구조이다. Markets and Markets 2020년 자료에 따르면, 이들 3개 사의 시장 점유율은 92~94%에 달한다. 특히 Danaher는 2020년 3월 GE Healthcare를 인수함으로써 2위 시장 점유율에서 단숨에 1위로 뛰어올랐다. 그림 2.3]에 주요 기업별 시장 현황을 나타내었다.
[그림 2.3] 주요 기업별 시장 점유율15)
이들 기업 외에도 시장 진입을 위해 기존 바이오 분리정제용 멤브레인 제조사들과 스 타트업 기업을 중심으로 MC 분야에 진출하거나 진출을 모색하기 위해 기업합병 또는 기술개발을 하고 있는데, 대표적으로 Cole-Parmer Instrument Company, Asahi Kasei Corporation, Thermo Fisher Scientific Inc., 3M Company, Purilogics, GVS Group, Membrane Solutions LLC, Regis Technologies Inc, GL Sciences Inc, Restek Corporation, Starlab Scientific 등이 있다.16)
Danaher Pall사의 대표적인 MC 라인업을 [그림 2.4]에 나타내었다. 소규모 연구용 유닛에서 5L의 대용량까지 제품을 보유하고 있다. 앞에서 언급한 바와 같이 Danaher는 Pall의 인수합병, GE Healthcare 인수합병을 통해 사업영역과 규모를 확 장하고 있다. 시장에서도 경쟁사 대비 고가이나 잘 구성된 제품 포트폴리오와 함께
15) Markets and Markets, Membrane Chromatography Market, 2020.6.
16) 위 11개 시장 조사기관에서 제시한 기업들을 망라한 것이다.
기술적 차별성으로 이를 상쇄하고 있다.
[그림 2.4] Danaher (Pall)사의 MC 제품 라인업17)
[표 2.1]에는 글로벌 주요 3사의 시판되는 제품 리스트와 특성을 개략적으로 나타내 었다. Danaher Pall사는 Mustang 시리즈를, Sartorius사는 Sartobind 제품을 Merck Millipore사는 Natrix 라는 브랜드 명으로 각각 출시하고 있다. 음이온 교환 과 양이온 교환, 친화성 및 소수성 MC 제품을 각사에서 출시하고 있으나 동적 결합 능력의 차이가 있으며, 기공크기는 대체로 0.2~5㎛까지 다양하게 존재하고 있으나 큰 기공은 멤브레인으로서의 체거름 역할 없이 리간드 지지체의 역할만 할 것으로 판단 된다. Merck Millipore의 Natrix의 동적결합능력(Dynamic binding capacity)은 Danaher Pall사 Mustang에 비해 매우 높게 나타나고 있는데, 이는 2013년 논문 자 료를 인용한 것으로 확인을 위해서는 추가 검토가 필요한 부분이다. 멤브레인 소재는 대체로 Modified Polyethersulfone(PES)나 Regenerated Cellulose Acetate (CA)이 며, 이는 이들 고분자가 물성이 상대적으로 좋은 반면 상대적으로 친수성이 높기 때 문이다. 그러나 최근에는 PES나 CA 외에도 개질 Polyethylene (PE)이나 Polyvinylidendifluoride (PVDF), Polytetrafluoroethylene (PTFE) 등 물성이 뛰어 난 소재를 활용한 개발도 이루어지고 있다.
17) Pall 홈페이지
[표 2.1] 3사의 시판되는 주요 멤브레인 크로마토그래피 및 특성18)19)
18) V.Orr, L.Zhong, M. Moo-Young, C.P.Chou, Recent advances in bioprocessing application of membrane chromatography, Biotechnology Advances, 31 450(2013).
19) 각사 홈페이지 자료 참조
