나노기술 및 정책 정보

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I. 서론
   전 세계적으로 환경을 지속하기 위해서 사용해야 하는 에너지 문제를 해결하기 위해서 기존화석연료를 대체하는 신생 에너지 및 재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있으며, 또한 발생하는 탄소를 최소화 또는 자원화하고자 하는 노력이 중요 이슈로 대두되고 있다. 이러한 일환으로 정부에서는 2009년 이후로 지속가능한성장과‘고용 없는 성장’문제해결을 위하여 환경보호와 경제성장이 선순환되는 전략적 구심점으로서 저탄소 녹색성장 정책을 공표했다. 또한, 환경문제와 저성장문제에 대한 대책으로서환경보호와 경제성장을 동시에 추구하는 지속가능한 성장의 개념이 대두되었으며, 이 개념이발전한 것이 이른바‘녹색성장’이다. 녹색성장은 저탄소화 및 녹색산업화에 기반을 두고 경제성장력 또한 배가시킨다는 개념으로, 이의 실현을 위한‘녹색기술’의 필요성이 대두되고 있으며, 기존의 성장 전략으로 인해 환경 파괴와 에너지 고갈 등 환경에 대한 부하가 전 세계적으로 한계상태에 달해 있다는 우려가 제기되고 있으나 일부의 선진국을 제외하고는 경제성장에대한 필요성 또한 여전히 높은 상황이다.
  녹색기술의 기본 개념은 경제활동 과정에서에너지 사용 효율성을 제고하고 발생하는 환경저해물질의 배출량을 감축시킴으로써 환경친화성을 증가시키며, 친환경적 비즈니스 모델을 통해 새로운 시장을 창출함으로써 경제성장까지견인하여 그 결과 녹색성장을 이룩하는 기술로정의될 수 있다.
  즉, 녹색기술은 저탄소화, 녹색산업화 등의 요소를 포함하는 녹색성장을 실현하기 위한 기술이며, 경제성장을 지원하면서동시에 환경지속성을 고려하는 광의의 기술적트렌드로 정의된다. 이러한 개념적 정의 아래 현재 국가적 또는 부처별로 녹색기술을 통하여다음과 같은 목표를 지향하고 있다.
  ① 산업 활동에 투입되는 기존의 에너지·자원 대체하여 기후변화, 환경파괴를 초래하는 환경오염 물질의 발생을 사전에 처리하고, 에너지·자원의 고갈을 방지할 수 있는 기술을 개발
  ② 산업 활동의 공정개선 및 효율향상을 통해동일한 생산량을 얻는데 필요한 에너지·자원의 소비를 감소시킴으로써 한정된 자원을 효율적으로 활용하는 기술을 개발
  ③ 산업 활동을 통해 발생한 환경오염물질의생태계 배출·확산을 억제하고, 배출된 환경오염물질에 의해 변화된 생태계의 복원·처리 기술을 개발이러한 녹색기술은 ET(EnvironmentTechnology), NT(Nano Technology), BT(Bio Technology), IT(Information Technology)등 다양한 기술을 기반으로 기술 간 또는 이들과 기존 제품 및 산업 간의 상승적 융합을 통해기술의 혁신적 변화와 고부가가치 산업을 창출할 수 있는 특성을 가지고 있어 정부에서도 다양한 녹색산업을 창출하기 위해 녹색산업 성장전략으로『녹색기술 연구개발 종합대책(안)』(범부처·국가과학기술위원회, 2009.1) 및『신성장동력 비전 및 발전전략』(국가과학기술위원회·미래기획위원회, 2009.1)을 통하여 다음과같은 기술개발 전략을 제시했다.
  ① 신재생에너지, 탄소저감에너지, LED 응용등을 신성장동력으로 선정
  ② 27대 중점육성기술 개발 필요성 제시
  ③ 미래 녹색성장의 기반이 되는 녹색 원천기술 및 IT·BT·NT 융합형 원천기술 확보에 주력정부에서는 녹색기술의 연구개발을 확대하기위하여 경제성장과 저탄소/환경지속성에 직접적으로 영향을 미치는 녹색기술에 대한 R&D투자를 2012년까지 2조원을 투입해 2008년 대비 2배 이상으로 확대해 가고 있으며, 중점 육성해 나갈 27개 기술을 선정했다.
  27대 중점육성기술은 2012년까지 시장여건·기술의 공공성 등을 고려, 단기적 집중투자형·중장기적시장창출형·장기적 공공투자형으로 분류하여단계적 투자 전략을 수립하여 추진할 수 있는기술이다.교육과학기술부는 목적·기능·활용 중심의전통적 녹색기술과 NT가 직접적으로 융합되고, IT, BT, ET 등이 간접적으로 융합되어 신기술간 또는 기존 제품·산업간 융합을 지향하는 융합녹색기술로 영역을 확장하여 기존 기술의 한계 극복 또는 새로운 시장 창출이 가능한 그린나노기술(GNT : Green NanoTechnology)또는 나노기반 녹색기술(Nano-enhancedGreen Technology)의 개발전략인『나노기초·원천 중기전략』(2009.8)을 수립하여 743Initiative 전략을 활용한 2014년 3대 선진 그린나노강국 실현을 목표로, 나노기술을 활용한신시장 영역 발굴을 통해 녹색 신성장동력 육성및 녹색기술 개발에 기여하고, 에너지 효율 극대화 및 친환경기술로 활용될 수 있는 기반기술을 확보하는 전략을 도출했다.본 기획연구에서는 녹색기술 (GreenTechnology)은 미래 인류의 지속가능한 발전을 위하여 필수불가결한 기술로서 전 세계적인이슈가 되고 있고 있으며, 기존의 에너지·환경기술과 NT, BT, IT 등이 융합함으로써 기존기술의 한계를 극복하고, 새로운 시장을 창출할수 있는 국가 그린나노기술의 개발전략을 도출하고자 했다. 이러한 목표를 달성하기 위하여 국내외에서 개발되고 있는 나노기술의 현황 분석과 나노기술의 응용분야의 현황을 분석하고,미국, 일본, 유럽을 중심으로 진행되고 있는 그린 나노기술 (GNT : Green NanoTechnology)의 정책 및 전략을 조사·분석하고, 이를 통해국내에서 개발된 나노기술을 기반으로 세계적으로 이슈가 되고 있는 자원 및 에너지효율을높일 수 있으며, 또한 미국, 일본, 유럽 및 한국의 그린나노기술과 관련된 연구현황을 분석함으로써 미래 우리나라의 신성장동력을 창출할수 있는 녹색나노기술을 개발하기 위한 기술개발 전략을 도출했다.

II. 그린나노기술의 주요이슈
  전 세계적으로 환경을 지속하기 위해서 사용해야 하는 에너지 문제를 해결하기 위해서 기존 화석연료를 대체하는 신생 에너지 및 재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있으며, 또한 발생하는 탄소를 최소화 또는 자원화하고자 하는 노력이 중요 이슈로 대두되고 있다. 또한, 최근 대기 온도의 상승, 지구표면 온도의 상승 등 화석연료의 사용량이 급증하면서 지구 환경변화 문제가 대두되고 있으며, 오일가격의 급상승으로 에너지 문제가 중요 이슈로 대두되고 있다.
- 대기 표면온도 0.2℃/5년 상승
- 오일가격이 35$/배럴(2000)에서 135$/배럴(2009) 증가 (Dow Jones & Company)
  현재의 에너지 기술 및 인프라는 20세기 기술과 19세기 발견에 근거하고 있으며(예- 내연기관, 전기 조명, 교류 전력), 현재의 화석연료자원, 에너지 생성기술은 우리가 직면한 에너지 도전을 만족시키지 못한다. 따라서 21세기 핵심기술인 분자, 원자, 퀀텀 수준의 제어와 같은 나노기술에 근거한 차세대 에너지 기술의 개발은 필연적이다 (미국 DOE). 최근 석유자원 고갈로 인한 국제 원유가 상승세 지속 및 중국·인도 등 개발도상국의 경제성장에 따른 세계 에너지 소비량의 증가로 인한 국가에너지 안보 위기에 직면하면서 석유자원을 대체할 수 있는신·재생에너지 개발의 필요성이 절실히 요구되고 있다. 이러한 상황에서 정부에서는 2009년 이후로 지속가능한 성장과‘고용 없는 성장’ 문제해결을 위하여 환경보호와 경제성장이 선순환되는 전략적 구심점으로서 저탄소 녹색성장 정책을 공표했다.
  미국, 유럽, 일본 등에서는 이러한 환경문제 및 에너지 문제를 인식하고, 기존의 환경·에너지 기술만으로는 에너지 효율 향상, 새로운 에너지원 창출 등의 한계를 극복할 수 없음을 인식, 나노기술이 융합된 나노기반 녹색기술(Nano-enhanced Green Technology)을 개발하기 위해 미래 과학기술, 미래원천기술에 집중적인 투자를 하고 있다.
  미국 DOE는 2010년에 핵 관련 분야를 제외한 과학기술 분야에서 가장 많은 투자를 하는 분야로 기초과학분야에 49.4억 달러의 예산을 배정했고, 신재생에너지 분야인 태양광, 풍력, 바이오매스 등 응용기술분야 및 에너지 효율향상에 23.2억 달러를 배정했으며, NSF는 2009년에 NNI (National Nanotechnology Initiative)에 1.08억 달러를 투자했으나 2010년에는 4.2억 달러를 배정하여 연구를 추진하고 있다. 미국 National Science Foundation(NSF)에 의하면 2015년에 나노기술 세계시장은 1조 달러, 고용 2백만 명이 가능할 것이며, 환경친화 제품 및 서비스는 2015년 1조 3,700억 달러에서 2020년에 2조 7,400억 달러로 2배 증가할 것으로 예측, 이 두 기술의 융합기술인 그린나노기술의 시대가도래할 것으로 예측하고 있다. 이러한 배경에서 그린나노기술의 개발은 환경문제와 미래 에너지문제를 해결하는데 있어 중요한 이슈 중에 하나로서 매우 중요하다.

III. 주요국 그린나노기술 정책 동향
  1) 미국의 그린나노기술 정책
  미국의 나노기술수정법안 2009 (National Nanotechnology Initiative Amendments Act of 2009)에서는 나노전자공학, 에너지효율, 보건, 수질개선 및 수질정화 분야를 국가 중요 연구 분야로 다루고 있으며, NNI(National Nanotechnology Initiative)의 2009년 예산기준, EHS(Environmental, health and safety) 분야는 나노물질의 노출에 대한 모니터링, 안전성 평가, 위험성 분석 등에 대한 내용으로서 전체 예산의 5%에 불과하나 전년대비 증가한 수치이며, DOE(Department of Energy)는 매년 약 300억 달러의 예산 중 약 100억 달러는 에너지 및 환경 분야를, 약 50억 달러는 기초과학 분야를 지원하고 있다.
  DOE는 미국의 1) 화석 및 신재생 에너지, 2)핵에너지, 3) 에너지 분야 기초과학, 4) 에너지 및 환경 분야의 관리를 담당하는 행정부서를 두어 그린나노기술 개발을 전담하고 있으며, 2009년도 DOE의 일반예산은 337억 달러로, 에너지 및 환경 분야에 112억 달러를, 기초과학분야에 47억 달러를 배정했으며, 특히, 경제회복 법안(Recovery Act)에 의해 387억 달러의 추경예산을 에너지·환경 분야에 지원했고, 2010년도 DOE의 예산(안)은 264억 달러이며, 전체예산 중 전년과 유사한 규모의 49억 달러를 나노기술이 포함된 기초과학 연구에 투자할 예정이다.
  DOE에서 나노과학 분야의 지원은 5개의 나노센터 (National Lab.-Center for Nanotechnology)를 통해 중점적으로 지원하는 프로그램을 운영하고 있으며, Office of Basic Energy Sciences에서 제시된 자료에 의하면 5 개 나노 센터에서 연구하는 기초과학은 궁극적으로 다음과 같은 응용기술 분야에 활용될 것으로 전망된다.
① 수송기계의 연료효율 향상과 안전성을 높이는 재료개발
② 전기모터의 효율을 높이는 고성능 전자석재료
③ 고효율 저가형 LED 제조공정 개발
④ 제조공정 효율을 높이는 합금 및 세라믹 공구
⑤ 연비를 높일 수 있는 윤활관련 표면기술
⑥ 에너지 효율을 높일 수 있는 건축재료 및 페인트 기술
⑦ 나노구조를 갖는 촉매 원유정제, 배터리,연료전지, 화학공정 응용
⑧ 태양 에너지를 획기적으로 포집 및 저장할수 있는 혁신적인 시스템

2) 유럽의 그린나노기술 정책
FP7(Seventh Framework for Research and Technology Development)은 유럽에서 진행되는 모든 연구 관련 활동들을 하나의 틀에 집대성한 프로그램으로, FP7은 FP6에 이어 2007년부터 2013년까지 진행되며 총 예산은 27억 유로 (약 44,000억 원)이며, 구체적 연구 프로그램외에 지역 연구 센터, 고용 및 훈련을 위한 프로그램을 모두 포함하고 있다. 또한, 유럽이 주도하는 기술개발과 신기술 선점을 위한 연구 전략에 의해 지속가능한 미래 사회를 위한 유망 기술분야 및 협력 방안에 대한 정의를 제시하고 있다. FP7 프로그램의 특징은 다음과 같다.
- 혁신적 지식을 통한 경쟁력 추구
- 신기술 발굴 위한 기초 과학 개별 연구에 많은 투자 (15%)
- 협력과 융합을 통한 경쟁력 강화 : 지역cluster, joint call, joint center 등을 통한 network 및 cooperation 강조
- 나노 기초 기술 발굴, 에너지 고효율화, 환경 친화적 공정, 고기능 부품 소재 등을 주제로 시스템 및 에너지 고효율화를 위한 다양한 분야의 연구를 수행

3) 일본의 그린나노기술 정책
  일본에서는 주요산업에 대한 전략을 METI(경제산업성) 및 NEDO(신에너지산업기술종합개발기구)를 중심으로 하여 각 부분의 기술을 분류하고, 각 기술에 대한 기술전략맵을 작성하여 정책을 추진하고 있다.
- 기술전략맵은 도입시나리오, 기술맵, 기술로드맵으로 구성
- 기술전략맵의 대상기술로서 그린나노와 관련이 있는 나노테크놀로지 소재, 바이오테
크놀로지, 환경 및 에너지 등이 포함

IV. 주요국 그린나노기술 R&D 동향
  1) 미국의 그린나노기술 R&D 동향
  미국은 미래 에너지원으로 신재생에너지의 비율이 점차 증가할 것으로 예상하고 있으나 여전히 석탄, 천연가스, 원자력 등 기존 에너지가 대부분을 차지할 것으로 예상하고 있으며, 이에따라 전체 에너지원 규모를 고려할 때 태양광발전 효율의 수% 향상에 의한 신재생에너지의 효율 증대보다는 기존 에너지의 효율 향상에 높은 기대를 하고 있다.
  미국의 신재생 에너지 관련 R&D 동향을 요약하면 아래와 같다.
- 안정성 확보, 안정적인 공급, 경제성 및 친환경성이 모두 고려된 신재생 에너지에 대
한 필요성이 제시되고 있고, 에너지 수요가 2002년 대비 2030년에는 약 60% 수요 증가, 이 중 신재생 에너지 비율은 14% 수준 유지할 것으로 예상하고 있음
- 태양광 에너지는 현재 450MW 규모로 18~23cents/kWh 수준에서 2015년에는5~10cents/kWh로 내려갈 것으로 예상
- 태양광 에너지의 최대 과제는 장비개발, 신규 나노물질 응용, 제조기술 개발 등임
- 풍력에너지는 2006년 기준 10,000MW급까지 개발되었으며, 6~9cents/kWh의 가격대를 형성하고 있으나 2012년에는 3.6cents/kWh까지 하락 전망하며 장기적으로 미국 에너지원의 20%까지 점유 예상됨
- 풍력에너지의 최대 과제는 LWST(Low wind speed technology), 신형 rotor(현재 93m 수준)의 개발, floating structure를 가지는 설비(현재 수심 30m 수준으로 터빈 설치 가능) 등임
- 바이오 에너지는 2005년 기준 7,500만 갤런을 생산, 공급하고 있으며 corn ethanol의 경우 약 $1.3/gge(gallon of gasoline equivalent)이며, cellulose ethanol은 약 $3/gge 수준이며, 바이오 에너지는 2012년에 운송연료의 30%를 차지할 것으로 전망됨
- 바이오 에너지의 최대 과제는 곡물 수확, 유용한 다당류 함량 증가, 리그닌과 같이 분해가 쉽지 않은 성분 감소, 새로운 효소 개발등임
- 미래의 신재생 에너지 개발을 위해 반드시 필요한 기술은 supercomputer, genomics, nanoscience, applications, hydrogen 등임
  2010년도 DOE 예산을 보면, 화석연료를 중심으로 하는 기존 에너지 산업을 신재생에너지 및 저탄소에너지 산업으로 전환하는데 있어서 과학기술의 역할이 매우 중요함을 인식하고 기초과학 연구 분야를 지원하는 Office of Science의 예산규모는 응용기술 분야의 예산규모를 2배가 넘는 49.4억 달러를 배정함으로써 기초과학에 집중적인 투자를 하고 있다. DOE에서 집중적인 예산이 투입되고 있는 분야는 다음과 같다.
① 신재생에너지원(Clean, renewable energy source) : 태양광 및 열, 풍력, 지열
② 에너지 효율 (Energy Efficiency) : 건물교통 및 산업
③ 전력망 개선 (Grid Modernization) : 인프라 개선 및 신재생에너지의 효율적인 활용
④ 저 탄 소 에 너 지 기 술 (Other LowEmission Technologies) : 저탄소 배출 자동차 (Plug-in 자동차, 대체연료, 엔진효율 향상 등), 청정석탄 (석탄 화력발전 청정화, 신뢰성 향상, 탄소포집 및 저장), 안전한 핵에너지


2) 유럽의 그린나노기술 R&D 동향
  FP7 은 Cooperation, Idea, People, Capacities와 같이 4영역에 대한 종합적인 연구지원 프로그램이며, 영역별 기능은 다음과 같다.
① Cooperation : 구체적 연구 주제들에 대한 연구 지원 프로그램
② Idea : European Research Council(ERC) 주도로 개별 연구자들에 대한 혁신적인 연구 주제들을 지원하는 Frontier 프로그램 운영
③ People : 인력 개발, 경력 개발을 위한 지원 프로그램 운영
④ Capacities : 연구 인프라 구축, 중소 규모기업 지원, 정책개발 지원 Cooperation 분야에는 1) Health,
2) Food,
3) Agriculture and Fisheries,
4) Biotechnology,
5) Information and Communication Technologies,
6) Nanosciences,
7) Energy,
8) Environment,
9) Transport,
10) Socio-economic sciences and Humanities 등이며, FP7 의 연구 주제들중 나노 기술 응용을 통한 에너지 고효율화, 친환경적 기술 개발, 자원 활용 제고 등의 효과를 가져 올 수 있는 영역의 기술을 개발하고 있다.