[9] 전자·에너지 기술혁신의, 나노융합 신소재
21세기의 양대 화두는 정보기술(IT)과 에너지다. 때문에 디스플레이, 반도체, 이차전지, 태양전지 등 전자·에너지 분야의 기술혁신이 가속화되고 있으며 산업적 파급력 또한 날로 커지고 있다.
한국과학기술정보연구원(KISTI)은 최근 마켓리포트를 통해 이 같은 시대적 트렌드가 앞으로도 지속될 것이라며 신성장동력 창출에 목마른 중소기업들의 미래 캐시카우로
나노융합 신소재를 지목했다. 나노융합 신소재는 나노기술(NT)을 접목하여 기존에는 지니지 못했던 기능적·기술적 효용성을 제공하는 신소재를 지칭하는데 초소형화나 초경량화의 구현은 물론 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 컴퓨터, 손목시계 스마트폰 등 혁신 제품개발의 단초가 된다는 이유에서다.
실제로 글로벌 리서치기업 프리도니아 그룹이 내놓은 분석보고서에 따르면 전 세계 나노융합 신소재 시장규모는 지난 2008년 14억 달러에서 올해 35억 달러로 급성장할 전망이다. 또한 2018년 90억 3,500만 달러 시장을 형성한 뒤 2025년에 이르러 이보다 4배 가까이 늘어난 343억 달러를 돌파할 것으로 내다봤다. 가히 비약적인 성장을 거듭할 것이라는 얘기다.
그러나 국내는 소재 산업의 괄목할 만한 외형적 성장에도 불구하고 나노융합 신소재에서 만큼은 여전히 높은 해외의존도를 보이고 있다. 장기간의 연구와 막대한 투자비가 요구되는 반면 성공 가능성은 매우 낮은 것이 그 핵심 요인으로 분석된다.
유선희 KISTI 산업시장분석실 연구원은 “나노입자는 우주항공, 자동차, 코팅, 위생, 복합체, 건설, 화장품, 에너지, 환경·수처리, 의료, 바이오, 섬유 등 사실상 거의 전 산업분야에 응용될 수 있다”며 “이중 가장 성장성이 높은 영역은 에너지 분야”라고 설명했다.
유 연구원은 이어 “에너지 분야에 국한하면 앞으로 4~5년은 나노입자 기반 리튬이온 배터리가 시장을 주도할 것”이라며 “연료전지와 태양전지 분야 역시 향후 10년간 상업성을 갖추면서 나노 촉매제 등의 시장이 고도성장을 구가한다는 게 지배적 시각”이라고 전했다.
구체적으로 KISTI는 신재생에너지와 관련해 태양전지, 메탄 연소, 폐기물의 연료 변환 같은 기술에 나노 소재의 적용이 가능하다고 밝혔다. 이미 이산화티타늄(TiO₂) 나노입자가 염료 감응형 태양전지의 핵심 소재로 활용되고 있으며, 연잎과 유사한 자가 세정(self-cleaning) 기능을 갖는 나노 코팅 기술을 태양전지에 채용하기 위한 연구도 전 세계적으로 활발한 상태다.
리튬이온 배터리의 경우 나노결정 재료와 탄소나노튜브를 이용함으로써 전력밀도, 수명, 충·방전 속도를 월등히 개선할 수 있다. 또 하이브리드카 대중화의 최대 난제 중 하나인 고효율 저비용 배터리팩 개발도 나노 소재를 통해서 실현될 과제로 손꼽힌다.
유 연구원은 “나노입자 기반 리튬이온 배터리가 지속적으로 시장을 점유함에 따라 나노소재의 주요 적용 분야는 배터리가 될 것으로 예상된다”며 “향후 10년에 걸쳐서는 연료전지와 태양전지 기술이 상업적으로 부각되면 나노소재를 사용하는 촉매제와 다른 성분에 대한 시장이 열릴 것”이라고 말했다.
[10] 차세대 미래에너지, 셰일가스
전세계는 지금 석유, 천연가스, 석탄과 같은 전통적인 에너지 자원의 고갈과 이들 화석연료가 만들어낸 온실가스 문제를 해결할 대체에너지 발굴에 골몰하고 있다.
그 유력후보로 거론되고 있는 것은 태양광, 풍력, 바이오매스, 수소 등으로 대변되는 친환경 신재생에너지. 이에 우리나라를 포함한 대다수 국가들은 오래전부터 이들의 개발과 육성에 범국가적 차원의 대규모 투자를 단행하고 있다. 하지만 그간의 투자에도 불구하고 경제성은 여전히 답보 상태에 빠져 있는 실정이다.
이런 가운데 한국과학기술정보연구원(KISTI)은 최근 마켓리포트를 통해 셰일가스가 화석연료 시대와 신재생에너지 시대를 잇는 가교이자 미래 에너지원으로서 무한한 잠재력을 보유하고 있다며, 중소기업들을 위한 최적의 퍼플오션이 될 가능성이 높다고 밝혔다.
셰일가스는 퇴적암의 일종인 혈암(shale)에 함유된 천연가스다. 수압파쇄공법 등을 통해 지하 심층부의 혈암을 부수는 방식으로 추출이 이뤄지는데, KISTI에 의하면 전 세계가 125년간 소비할 수 있는 방대한 양이 매장돼 있는 것으로 추정된다. 특히 천연가스가 중동, 러시아 등지에 집중 매장돼 있는 것과 달리 셰일가스는 중국, 북미, 남미, 아프리카 등 세계 여러 지역에 고르게 분포한다. 때문에 에너지 빈국인 우리나라에게는 에너지 안보 측면에서 더욱 매력적이다. 아킬레스건으로 지목됐던 경제성 역시 수압패쇄공법, 수평시추기술, 가스분리기술 등의 발전에 힘입어 이미 확보된 지 오래다. 개발단가가 일반 천연가스보다 15달러 이상 낮다. 현재도 미국산 셰일가스의 국내 도입가격이 아시아 국가에서 도입한 천연가스 가격보다 25%나 저렴하다.
유영복 KISTI 산업시장분석실 연구원은 “셰일가스는 많은 에너지를 사용하는 화학, 철강산업계의 경쟁력을 끌어올린 일등공신”이라며 “향후 기업들이 본격 진출하고 기술혁신이 탄력을 받게 되면 생산비용의 추가 하락과 생산량 증가로 이어질 것이 확실하다”고 설명했다.
이 같은 글로벌 트렌드에 발맞춰 우리나라도 오는 2020년까지 국내 LNG 도입량의 20%를 셰일가스로 확보한다는 목표를 제시하는 등 발빠른 대처를 하고 있다. 또한 국내 5개 기업이 미주지역의 8개 광구에서 셰일가스를 개발·생산 중에 있다.
얼마 전 박근혜 대통령이 미국을 방문했을 때에도 셰일가스를 포함해 에너지 분야에서 양국의 협력 사업을 더욱 공고히 확대한다는 공동 성명을 발표한 바 있다. 이번 성명으로 국내 기업들이 셰일가스 시추와 관련한 최신 기술을 확보하고, 미국시장에 진출할 수 있는 교두보가 마련됐다는 게 전문가들의 평가다. 한편 KISTI는 세계 최대 셰일가스 부존국인 중국과 지리적으로 인접해 있다는 사실이 우리나라에게는 큰 기회이자 위협이 될 수 있다고 분석했다.
유 연구원은 “중국과의 셰일가스 공동개발 플랫폼 조성 사업이 진행되면 우리나라는 저렴한 공급원을 안정적으로 확보할 수 있음은 물론 중공업, 플랜트, 건설분야의 기업들이 재도약할 기회를 가질 수 있다”면서 “그러나 중국도 에너지 비용 절감에 의한 제조업 경쟁력이 향상돼 국내 석유화학, 철강, 조선, 자동차 산업에 부정적 영향이 나타날 수 있다”고 전했다.
유 연구원은 이어 “국내 업체들도 현지생산과 고부가가치 제품생산, 첨단 공정기술 개발, 원료 발굴, 개발 참여 등으로 시장에서의 지위를 견고하게 다져나가야 할 것”이라고 강조했다.
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