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4차 산업혁명시대 유망 소재와 발전전략

글쓴이 : Riushop 날짜 : 2019-02-27 (수) 08:36 조회 : 123

4차 산업혁명시대 유망 소재와 발전전략

 

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최근 글로벌 경제 및 산업 영역에서 가장 뜨거운 화두는 4차 산업혁명이다. 소재산업 관점에서 4차 산업혁명의 흐름은 소재산업의 수요와 공급 양 측면, 다시 말해 수요창출 및 기술진보의 양 경로에서 혁신을 견인할 수 있다. 소재산업이 국가적 관심사로 떠오른 2001년 이후 우리 소재산업은 외형적으로 크게 성장하였으나 아직 고부가가치 핵심소재 분야는 여전히 수입에 의존하고 있다. 소위 넛크래커 상태에 직면해 있는 우리 제조업이 차별적인 비교우위를 확보하는데 첨단소재 산업의 육성은 산업 생태계 전략 측면에서 매우 중요하다.

 

4차 산업혁명시대 도래와 소재산업

 

4차 산업혁명으로 인한 지능정보기술의 확산은 생산과 소비 사이의 시공간적 거리를 최소화하며 제조업과 서비스업 등 기존 산업생태계를 이전과 다른 형태로 진화시킨다. 기존의 전통적인 상품생산 과정은 최근 ICT 발전에 따라 그 순환 속도가 빨라지기는 했지만 ‘소비자 선호인지’ → ‘R&D’ → ‘상품 생산’ → ‘마케팅·판매’ 후 다시 환류되어 ‘소비자 선호 정보 획득’의 정형화된 순서와 과정으로 진행된다. 이는 유무형의 모든 재화에 유사하게 적용된다.
그러나 4차 산업혁명시대에서는 지능정보기술 즉 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등이 동시에 작동하면서 소비자 기호가 생산활동에 실시간 반영되고 또 반영된 결과가 다시 소비로 이어지면서 생산과 소비가 상호 간에 효율적으로 연결된다. 4차 산업혁명시대의 제조업과 서비스업 혁신은 이를 선도하는 기술발전을 토대로 크게 ‘제조의 스마트화’, ‘제조업의 서비스화’ 그리고‘서비스산업의 고도화’를 촉진한다.

 

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<새로운 조류에 따라 부상하는 제품 및 서비스>

 

4차 산업혁명시대의 생산 시스템 총아인 사이버물리시스템 역시 새로운 스마트한 생산시스템에 기반하는데, 이를 구현하기 위해서는 인간과 협업을 할 수 있는 로봇 등 새로운 설비 및 장비 등을 필요로 한다. 친환경적인 생산과 소비 또한 새로운 소재를 요구한다.
예를 들어, 에너지 생산 측면에서 신재생에너지의 대표인 태양광 발전의 경우 기존 에너지 생산 효율보다 더 높은 효율, 즉 광전환 효율 제고를 위한 새로운 소재를 필요로 한다. 또한 에너지 저장 측면에서도 에너지저장시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)의 효율 및 안정성을 높이기 위한 소재도 필요하다.
에너지 생산 및 저장에서의 소재 이슈와 더불어 친환경성은 생산되는 제품에도 영향을 미치며 새로운 소재를 요구한다. 자동차, 조선, 항공 등 화석연료를 다량 소비하는 이동체들은 화석연료 사용 감소를 위해 경량화가 경쟁력 확보에 중대한 요소이며, 이는 기존 소재의 대체가 필요하다. 즉, 가볍고 그러나 기존의 소재가 가지고 있는 강성을 유지하고 있는 새로운 소재를 개발하는 것이 중요하다.

 

4차 산업혁명시대 대비 에너지 분야 국내 현황

 

에너지저장장치 및 태양전지 부문의 최고 기술보유국은 현재 일본으로 평가되고 있으며, 이어서 미국, 독일, 한국, 중국 순으로 조사되었다. 우리나라와 일본 간 에너지신산업 분야의 기술격차는 약 2년 정도이며, 우리나라와 중국은 1년 정도의 기술격차를 보이는 것으로 나타났다. 세부적으로 실리콘계 광활성층 소재(독일), 페로브스카이트 소재(한국)를 제외한 대부분의 에너지신산업 부문 소재는 일본의 기술 수준이 가장 높은 것으로 평가되었다.
에너지신산업 분야 유망소재의 낮은 경쟁력은 원천기술 미보유, 낮은 수익성 및 높은 글로벌 경쟁 강도 등에 주로 기인하는 것으로 나타났다. 이차전지 주요 소재인 양극재, 음극재, 전해질 부문은 관련 소재의 원천기술 미보유와 더불어 중국을 중심으로 한 글로벌 시장의 심화된 경쟁환경이 우리나라 이차전지 소재 산업의 경쟁력 열위에 영향을 미친 것으로 평가되고 있다.
특히, 이차전지는 향후 액체 기반 전지에서 고체 기반 전지로의 전환이 예상되는데 전고체전지 관련 원천기술 확보가 긴요한 상황이다. 태양전지는 원천기술 미보유와 더불어 낮은 수익성이 경쟁력에 부정적인 영향을 끼친 것으로 조사되었다. 이는 실리콘계 태양전지의 주원료인 폴리실리콘의 공급과잉으로 태양전지 가격이 폭락하면서 기존에 실리콘계 태양전지 대비 가격경쟁력 측면에서 우위를 점할 것으로 예상되었던 유망 대체 소재들에 대한 개발 유인이 사라지면서 차세대 소재 개발이 더디게 진행되고 있는 상황임을 시사한다.
에너지신산업 분야에서 우리 소재산업이 상대적으로 높은 경쟁력을 갖춘 요인으로 원천기술 확보, 풍부한 국내 수요 그리고 생산기술 확보로 분석되었다. 세부적으로 이차전지의 양극재, 음극재 그리고 페로브스카이트 태양전지 소재 등에서 이러한 경향이 높게 나타났다. 이는 신재생에너지의 분산전원 역할 강화에 따른 국내 에너지 저장장치 수요확대 정책이 시장을 견인하며 산업계의 제품개발 및 생산을 촉진했음을 시사한다.

 

미래형 첨단소재산업 발전 위한 전략

 

우선적으로 반도체, 디스플레이 등 IT산업과 이차전지 및 태양광 등 에너지신산업의 경우 수요기업의 경쟁력이 글로벌 최고 수준이며 관련 소재산업 생태계도 비교적 강건한 편이다. 이 경우 철저히 수요기업 중심의 개발전략을 추진할 필요가 있다. 수요기업이 글로벌 초격차 전략을 추진하고 있으므로 우리 소재 및 장비기업의 기술 경쟁력 수준도 최고 수준을 유지해야 하는데, 수요기업의 국내 가치사슬 구축 유인을 높이어 연관 국내 후방산업의 생태계 경쟁력을 높일 필요가 있다.
다음으로 수요기업의 국제 경쟁력이 상위수준에 근접해 있으나 관련 제품의 핵심소재에 대한 해외 의존도가 높고 국내 소재산업 생태계의 경쟁력이 미약한 경우, 첨단소재 국산화를 위해 네트워크형 소재기술 개발 사업을 추진할 필요가 있다. 플랜트, 기계, 중전기기 등의 분야는 세계시장에서 상위권의 경쟁력을 갖추고 있으나 핵심 소재에 대한 해외 의존도가 높은 분야로 첨단소재의 국산화를 위해서는 네트워크형 혁신이 필요하다. 한편, 미래형 자동차, 스마트 시티 등 여러 부처가 연관된 분야는 기술적 지원뿐만 아니라 제도적 지원도 필요하다.
중앙정부와 지자체 간 R&D의 역할과 범위 분담을 통해 중앙과 지역의 수요 특성에 맞는 R&D 체계를 구축할 필요가 있다. 중앙정부는 미래 패러다임 대비, 미래 선도, 혁신형, 주력산업 구조고도화, 미래 신산업 창출 등 장기적 관점에서 도전적·장기적 관점의 소재 분야 R&D에 집중할 필요가 있다.
반면, 지자체는 지역 내 기업 현안을 바로 포착할 수 있는 장점을 최대한 살려 단기 현장 중심의 ‘문제해결형 R&D’에 집중할 필요가 있다. 예를 들어, 전북 군산, 경남 창원, 울산 등의 산업위기 지역의 경우 ‘위기 돌파형 R&D’를 기획하여 지역의 소재·부품 중소·중견기업의 기술 및 제품을 고도화할 수 있는 단기 현장 중심의 R&D를 지자체 중심으로 추진할 필요가 있다. 이는 단순 현금지원 중심 방식보다는 기술 및 제품 혁신을 유도하여 산업 생태계의 경쟁력 제고에 도움이 되는 지원방식이라 할 수 있다. 지역에서 추진하는 R&D는 지역 내 기업의 수요를 빠르게 포착하여 시행할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 무분별하고 방만한 사업 추진을 방지하기 위한 최소한의 평가 및 감시 장치는 필요하다. 지자체 중심의 현장 중심형 R&D를 위해 현재 과학기술정보통신부에서 기획하고 있는 블록펀딩형 지역 R&D 계획을 적극적으로 활용할 필요가 있다.

본고는 [4차 산업혁명시대 유망소재와 발전전략, 산업연구원 연구보고서, 이준 외] 보고서 일부를 요약, 정리한 것이다.


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