4차 산업혁명과 사회적 변화에 대응하기 위한 세라믹, 화학, 바이오 및 탄소자원화 등 첨단 핵심 소재와 기술의 개발 현황 및 미래 전망 doc_id PCY_201808091030000601_34

또한, 새로운 제련 공장의 설립 및 가동이 추진되고 있고 환경친화형 제련공정이 개발됨에 따라 원소재 수급의 다양성 및 안정성이 확보될 것으로 전망된다. 세라믹 소재는 인공지능(AI), 빅데이터, 사물인터넷(IoT), 로봇, 3D 프린팅 등의 4차 산업혁명 대응을 위한 핵심소재이며, 미래형 산업인 반도체, 첨단바이오, 스마트 그리드, 감성로봇, 우주항공 등 신산업 실현을 위한 필수 소재산업으로서 다자기술간 융･복합화를 통한 최첨단 기술 개발 및 핵심 성능 개선을 위한 새롭고 다양한 기능구현의 소재개발이 꾸준히 진행될 것으로 전망된다. 탄소복합소재 고속성형공정의 개발과 관련 수지의 개발이 가속화되어 자동차 부품에 활용하기 위한 적극적인 검토가 이루어질 것으로 예상된다. 나노탄소의 경우, 4차 산업혁명과 관련하여 에너지 생산 및 저장을 위한 새로운 개념의 소자개발 및 텍스타일 센서의 개발도 심화될 것으로 전망된다. 엔지니어링 세라믹 분야에서는 차세대 반도체/디스플레이 공정용 내플라즈마 소재 및 오염 방지 코팅 소재, 친환경 다공질 소재, 구조･환경･기능용 코팅 소재, 국방용 소재, 핵분열･핵융합 소재 등이 주목 받고 있다. 극한환경용 구조세라믹 분야에서는 현재 연 10조원 규모인 항공기 엔진용 고온 소재가 세라믹 섬유강화 복합재료(CMC)로 빠르게 바뀌고 있다. 에너지 및 환경 세라믹 분야에서는 신재생에너지, 에너지 변환 및 저장소재에 대한 수요 증가에 따라 중대형 이차전지용 소재 개발이 활발히 진행 중이다. 특히 안전에 대한 사회적 관심이 높아짐에 따라서 안전한 차세대 이차전지 소재의 개발이 요구되고 있다. 향후 물 부족 문제 해결방안의 일환으로 오폐수, 생활폐수, 산업폐수 등을 고도 처리하여 물을 재활용하기 위한 세라믹 분리막 소재(SiC, Al2O3) 관련 연구가 진행되고 있다. 전자세라믹 기술은 에너지 절감, 삶의 질 향상, 사물인터넷(IoT) 확대, 보안요구 증가 등 기술 패러다임의 변화와 함께 사물인터넷(IoT) 센서, 스마트 빌딩, 차세대 디스플레이, 에너지 하베스팅 등 산업 전반에 응용됨에 따라 향후 급속하게 시장이 확대될 전망이다. 화학공학 및 화학공업(산업) 분야는 제조공정의 주요 부분에 화학적 변화가 이용되는 공업과 그 공학을 총칭한다. 또한, 다른 산업으로 분류되었던 제품 분야도 제조법에 화학적 반응이 이용된다면 화학공업으로 정의한다. 화학공업은 전기･전자, 자동차, 기계, 조선, 항공, 건설, 미래섬유 등 산업 전반에 핵심 소재 및 기술을 제공하고 IT 등 신성장동력 산업 발전을 견인하는 핵심 기간산업이자 주력 수출 산업으로 인식되고 있다. 화학공업은 원료, 중간재료, 부산물, 최종제품 등의 제조공정이 각각 분할됨과 동시에 서로 밀접하게 연결되어 있어서 하나의 기준으로 명확히 분류하기에는 어려움이 있다. 그간 정부 ･ 출연연구기관 ･ 산학연 연합체 등에서는 주로 한국표준산업 분류를 기준으로 화학공업을 분류하였으나, 여기에서는 한국화학연구원의 주요 연구개발 분야를 중심으로 화학공학 및 화학공업의 현황을 살펴본다. 화학산업 경쟁력 강화와 국가 신성장 산업 창출에 필수적인 융합기술 기반 환경･에너지, 정보･전자 화학소재의 원천･응용기술 개발이 추진되고 있다. 고부가가치 화학소재 원천기술은 국가 주력 산업 및 미래 IT･ET 산업에 필수적인 에너지･ 환경, 정보･전자 산업용 핵심소재 원천기술을 개발하는 것이 목적이다. 이를 통해 국가 경쟁력 강화와 사회 문제 해결에 기여하고자 한다. 주요 연구개발 분야로는 광에너지 융합소재 모듈화 원천기술, 고효율 해수담수화용 핵심 분리막 소재, 비금속 칼코겐(chalcogen) 원소 기반 고에너지밀도 소재 및 리튬이차전지 응용기술, 모바일산업용 고내열 핵심 화학소재, IT･ ET 융복합 산업 유기금속화합물 및 소자화 공정, 불소계 고분자 소재 친환경 제조기술 등이 있다. 우리나라 주력 산업에서 핵심적으로 사용되는 일부 정밀화학소재의 제조기술(원천기술), 미래 지속가능한 원료로 기대되고 있는 바이오매스 유래의 친환경 바이오소재 제조기술(원천 기술), 그리고 그 실용화 기술이 추진되고 있다. 기술개발의 목적은 일본을 포함한 일부 선진국에 대한 심각한 무역불균형을 해소하는 데 있다. 2017년 현재 친환경 자동차용 소재 원천기술, 바이오매스 기반의 고부가가치 정밀 화학소재 기술, 외부자극 응답 카멜레온 소재 및 응용기술 분야에서 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 2017년 주요 성과로는 유리전이온도(Tg) 120℃ 이상의 고내열 바이오 플리에스터 등 고강도의 바이오플라스틱 제조기술, 기존 상품 대비 1.5배 이상 물성이 향상된 자동차용 고급 엘라스토머(elastomer) 소재, 경제성이 우수하고 상용화 가능한 바이오 모노머 제조기술, 자동차 경량화를 위한 저온 경화형 코팅소재(저온 경화형 반응제어형 TRI 합성 기술) 개발 등을 들 수 있다 탄소자원화는 공장 등에서 발생하는 기체 중 메탄(CH4 )･일산화탄소(CO)와 같이 탄소원자 1개를 포함하는 C1 가스와 이산화탄소(CO2 )를 포집하여, 이를 분리･정제･전환하는 기술을 이용하여 최종 제품인 석유화학 기초소재 및 수송･발전용 연료를 생산하는 개념의 기술이다. 최근 우리나라가 파리협정 등 기후변화 감축 목표를 달성하기 위해 중요해지고 있는 연구개 발 사업이다. 2017년 현재 연구개발 되고 있는 기술들로는 부생가스 내 화학 원료 가스의 막분리･정제 기술, C1 가스로부터 석유화학 기초유분 및 청정액체연료 제조기술, 미활용 탄소원 활용 CCU 융합기술, 지속가능원료 기반의 탄성복합소재 친환경 제조공정 기술, 전기화학기반 CCU 융합기술, 고부가 화학제품 제조용 태양광 화학공장 원천기술, 그린탄소원 활용 기초 화학 원료 제조기술이 있다. 저출산 및 고령화에 따른 기대수명 증가는 고령사회로 진입을 촉진하는 요인으로 작용하고 있으며, 고령사회로의 진입은 만성질환 증가, 기대수명과 건강수명 격차 확대 등 여러 사회 이슈를 야기하고 있다. 이러한 현상은 국민들의 건강한 삶에 대한 욕구 증가와 함께 보건의료에 대한 관심 확대로 이어지고 있다. 또한, 제4차 산업혁명이 불러온 변화는 건강에 대한 정의와 접근 방식을 변화시키고 있으며 디지털 기술과 보건의료 기술의 융합으로 보건의료 분야에도 중대한 변화를 야기하고 있다. 인공지능(AI), 빅데이터, 3D 프린팅, 가상･증강현실 등에 대한 의료 현장 도입･활용 확대를 위한 기술개발이 진행 중이며, 정밀의료 적용에 필요한 연구자원･수집･분석･활용 기술이 부각되고 있으며, 줄기세포, 유전자 편집 등 바이오 기술을 활용한 세포･유전자 치료제 기술개발도 활발히 진행되고 있는 것이 그 방증이다.