나노기술 및 정책 정보

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소재는 개발이 어렵지만 성공할 경우 장기간의 진입장벽 구축이 가능하고, 제품의 기능이나 성능에 미치는 영향이 그 어느 분야보다 크다. 경쟁 가열로 차별적 경쟁원천을 발굴해야 하는 기업들의 압박감이 심화되는 상황 하에서, 소재 분야의 경쟁력 확보는 전체 사업의 경쟁력을 좌우한다 해도 과언이 아니다. 향후의 소재 개발 방식은 과거에 비해 훨씬 고객지향적이고 정교해질 것으로 예상된다. 고객이 원하는 용도에 최적화된 맞춤형 소재의 비중이 갈수록 증가할 전망이다. 유형별로는 환경 및 자원 이슈에 대응하기 위한 환경친화형 소재와 에너지 절약형 소재, IT기술의 진화에 따른 정보화 지원형 소재, 삶의 질 개선에 기여하는 첨단 기능형 소재가 유망할 것으로 예상된다. 유망 소재를 개발한다는 것은 말처럼 쉬운 일이 아니다. 경쟁우위를 확보하기 위해서는 소재 경쟁력을 강화해야 하는데, 그러기 위해서는 많은 돈과 시간이 소요된다. 딜레마적인 상황이다. 선진기업들의 사례를 통해 볼 때 첫째, 핵심역량을 활용하여 목표시장을 명확히 설정하고, 철저히 고객에 집중하며, 둘째, 수요기업과의 협업을 통해 리스크를 줄이고, 성공 확률을 높이는 방안이 바람직해 보인다. 장기적이고 일관성 있는 연구개발 정책 역시 필수적이다.
 
< 목 차 >
 
Ⅰ. 왜 소재인가
Ⅱ. 어떤 소재가 유망한가
Ⅲ. 어떻게 개발할 것인가
 
 
Ⅰ. 왜 소재인가  
  
소재가 상대적으로 빛을 발하지 못했던 데에는 이처럼 소재기술 진부화의 영향이 컸다고 할 수 있다. 혁신적인 소재기술 등장이 지연되면서 소재기업이 수요기업을 주도하지 못하게 되고, 따라서 소재 부문의 가치는 저하될 수밖에 없었다. 
 
21세기는 소재가 경쟁력을 지배하는 시대 
 
그러나 20세기 후반으로 들어서면서 소재산업은 획기적인 변화의 계기를 맞게 된다. 노벨물리학상 수상자인 리처드 파인만은 1959년 미국 물리학회 강연에서 ‘There is a plenty of room at the Bottom’이라는 유명한 말을 남긴다. 나노기술(NT)의 발전을 예견한 그의 말처럼 이후 NT는 비약적으로 발전하면서 분자 또는 더 나아가 원자 수준에서의 물질 조작을 현실로 만들고 있다. 물론 이전에도 용도에 따른 소재 설계가 가능했지만, NT의 등장으로 설계의 범위와 정확도가 비약적으로 향상된 것이다.  
 
 
Ⅱ. 어떤 소재가 유망한가  
  
 
앞으로의 소재 개발 방식은 과거에 비한다면 훨씬 고객지향적이고 정교해질 것으로 예상된다. 첨단소재를 중심으로 지속적으로 신용도를 창출해가는 소재의 유형도 분명히 존재하겠지만 원하는 용도에 최적화된 맞춤형 소재의 비중이 갈수록 증가할 것이다. 최근의 환경 변화와 주요 기관들의 미래 예측 결과를 반영하여, 본고에서는 미래 유망 소재의 유형을 4가지로 정리하였다.주 현재는 물론 향후에도 가장 큰 파괴력을 지니고 있는 환경 및 자원 이슈에 대응하기 위한 ①환경친화형 소재와 ②에너지 절약형 소재, IT기술의 진화에 따른 ③정보화 지원형 소재, 마지막으로 삶의 질 개선에 기여하는 ④첨단 기능형 소재 등이 그것이다(<표 1> 참조). 
 
1. 환경친화형 소재  

- 광촉매 
 
-기능성 멤브레인 
 
-재활용 소재 
 
 
2. 에너지 절약형 소재 
 
에너지 절약형 소재는 경량화에 기여함으로써 간접적으로 에너지를 절약하게 해주는 소재와 직접적으로 에너지 효율 향상에 기여하는 소재, 마지막으로 대체에너지 개발에 기여함으로써 화석연료 사용을 줄여주는 소재 등 크게 세 가지 세부 유형으로 다시 구분할 수 있다. 경량화 소재의 예로는 탄소섬유나 초경량 금속 등을 들 수 있고, 에너지 효율 향상 재료로는 LED 재료, 단열재 등이 유망할 것으로 예상된다. 이밖에 대체에너지 개발에 따라 리튬이온전지, 태양전지, 수소에너지 관련 재료 등도 고성장이 예상되는 분야이다. 
 
-탄소섬유 
 
-LED소재 및 고효율 단열재료 
 
-대체에너지 관련 소재 
 
 
3. 정보화 지원형 소재 
 
10년도 더 된 ‘정보화 시대’라는 말이 이제는 식상하기도 하지만 여전히 유효하다는 사실은 부인하기 어렵다. 10년 전에 1.44MB 저장용량의 3.5인치 디스켓을 가지고 다녔다면, 요즘은 8GB의 초소형 USB 메모리를 휴대폰 액세서리로 사용하고 있다. 그럼에도 불구하고 저장장치의 발전은 소비자의 욕구를 따라가기에 바쁜 실정이다. 유비퀴터스 세상이 열리면서 정보의 유통과 그에 따른 처리량이 급증하고 있다는 것이 하나의 요인일 것이다. 구태여 말하자면 요즘 세상은 ‘초고속, 초고밀도 정보화 시대’라고 정의할 수 있다. 정보의 저장과 처리, 표시를 담당하는 소재 역시 새로운 정보화 시대의 환경에 맞도록 발전해야 함은 당연한 사실이다. 
 
-투명 전도성 소재 
 

 4. 첨단 기능형 소재 
 
-자기치유 소재 
 
소재의 진화를 단적으로 보여주는 사례들이다. 하지만 공통적인 특징이 하나 있다. 혁신기술의 특성상 용도를 특정하기는 어렵지만 대부분의 연구가 사람들의 불편을 해소하기 위한 목적에서 출발했다는 것이다. 첨단 기능형 소재는 많지만 삶의 질 개선을 위한 소재가 상대적으로 유망할 것으로 보는 이유가 여기에 있다. 
 
-생체적합소재 
 
-생물기능 모방소재 
 
 
Ⅲ. 어떻게 개발할 것인가  
  
소재기업들, 개발 목표의 명확한 설정과 고객지향적 연구 강화 
 
소재기업들치고 유망 소재 발굴에 적극적이지 않은 기업은 없을 것이다. 그러나 수요산업의 급격한 환경 변화와 소재기업 간의 경쟁 가열은 연구개발 효율을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다. 이에 따라 기업 규모에 따라 차이가 있지만 개발 목표의 명확한 설정과 역량의 집중이 공통적으로 강조되는 추세이다. 
듀폰은 전세계 50개의 R&D 센터를 기반으로 2007년에만 약 2천 개의 특허를 출원하면서, 대표 소재기업으로서의 위상을 과시하고 있다. 이러한 기술 역량을 바탕으로 최근 5년 간 출시된 신제품 매출은 2003년 60억 달러에서 2007년에는 100억 달러 이상으로 증가하고 있다. 그렇다고 해서 듀폰의 R&D 영역이 규모에 비해 넓은 것은 아니다. 듀폰의 R&D 파이프라인을 Ⅱ장에서 제시한 유망 소재 유형으로 재 분류하면 <그림 1> 과 같다. 
 
대부분의 연구 과제가 환경, 에너지, 전자재료 분야에 집중되어 있고, 첨단 기능형 소재 역시 바이오, 안전 등 듀폰의 핵심역량에 기반하고 있다. 바스프의 경우는 BASF Future Business라는 독특한 조직 운영이 특징이다. 바스프의 자회사인 이 조직은 내부의 미래 연구 프로젝트, 정부 프로젝트, 합병 등을 통한 신사업·신기술 발굴 및 사업화의 역할을 담당한다. 또한 이 회사의 100% 자회사인 BASF Venture Capital은 파괴적인 혁신기술의 외부 발굴과 바스프의 5대 성장 클러스터에 부합되는 아이템을 발굴하는 역할을 맡는다. 즉 바스프는 5대 성장 클러스터 육성이라는 목표 달성을 위해 연구개발 아웃소싱을 효과적으로 활용하는 사례라 할 수 있다(<그림 2> 참조). 
 
 
마지막으로 소재기업에 있어서는 신공정 개발 또한 새로운 소재 개발로 비유할 수 있다. 에너지 및 환경 문제가 갈수록 심화되는 상황에서는 오히려 신공정 개발이 기업에게 보다 가치있는 활동이 될 수 있다. 유리 제조업체인 아사히글라스는 동양글라스 등과의 공동 연구를 통해 ‘기중용해법’이라는 새로운 유리 제조공정을 개발하였다. 거대한 용해로가 필요한 기존 공법에 비해 에너지 사용량을 무려 60% 감소시킬 수 있는 혁신적인 공정이다. 2010년 아사히글라스가 새로운 공정을 성공적으로 도입하게 되면, 이는 유리 제조공정 발명 150년 만에 최초의 신공정으로 기록될 것이다. 
 
갈수록 중요해지는 수요기업과의 공동연구 
 
소재의 중요성이 강조되면서 나타나는 중요한 특징 중 하나는 수요기업들의 소재에 대한 관심이 대폭 높아지고 있다는 점이다. 소재에 대한 이해 없이는 차별화된 제품 개발이 어렵고, 특히 혁신제품 시장을 선점하기 위해서는 소재의 이해가 필수적이다. 2003년 도요타자동차는 자동차기업 최초로 바이오매스기반 플라스틱을 인테리어 부품에 채용하였다. 이후 바이오매스기반 플라스틱의 채용은 점차 확대되어, 2009년에는 인테리어 부품의 60%를 생태 플라스틱(Ecological Plastics, 바이오매스기반과 석유기반의 혼합제품 포함)으로 채운다는 계획이다. 그러나 도요타가 이러한 계획을 위해 직접 바이오매스기반 플라스틱 원료를 제조했다는 사실을 아는 사람은 많지 않다. 지금은 다른 기업에게 넘겼지만 도요타는 새로운 제품의 생산기술을 획득하기 위해 직접 파일럿 플랜트를 건설하고 운영하기까지 하였다. 소니 역시 신사업 개척을 위해 첨단소재 기초 연구를 강화하고 있다. 전자재료를 주로 연구하던 기존의 ‘소재 연구소’를 ‘첨단소재 연구소’로 이름을 바꾸고, 연구 영역도 의료 일렉트로닉스, 환경관련 제품, 차세대 전지용 소재에 특화하도록 했다. 기존의 가전사업 실적 악화로 고전하고 있는 소니는 이를 통해 신사업을 창출하고 신규 제품에도 응용하겠다는 계획이다. 
 
수요기업의 소재에 대한 이해도가 높아지면서 혁신 제품을 중심으로 소재기업과 수요기업 간의 공동연구도 활성화되는 추세이다. 단순한 소재 조달과 공급 관계에서 벗어나 유기적인 협조체계 구축이 가능해지는 것이다. 수요기업은 제품의 성능을 높이고 개발기간을 단축해 시장을 선점할 수 있고, 소재기업은 품질 개선과 함께 안정적인 수요처를 확보할 수 있으니 상호간의 이해관계도 일치한다. 대표적인 사례는 LED 조명 분야에서 찾을 수 있다. 향후 LED 조명 시장의 주도권 확보를 위해 조명기기 업체와 소재기업 간의 합종연횡이 본격화되고 있다. 필립스, 오스람, CREE 등이 인수·합병 등을 통해 소재로부터 기기까지의 강력한 수직계열화 체제를 구축하자, GE와 줌토벨 등의 경쟁기업들은 소재기업과의 제휴를 통해 맞서고 있다. 2006년 GE의 자회사인 GE Lumination은 세계 1위의 LED 기업인 니치아화학과 전략적 제휴를 맺었으며, 이어서 오스트리아의 세계적 조명기업 줌토벨은 도요타고세이와 합작기업을 설립하였다. 이외에 유기박막태양전지에서 보쉬(모듈 및 시스템)와 바스프(소재)가, 항공기용 복합재료 분야에서 보잉과 도레이가 협력관계를 강화하고 있다. 이러한 사례는 곳곳에서 찾아 볼 수 있으며, 향후 더욱 활성화될 전망이다.