세계시장 선점할 10대 핵심소재 면면은

[아시아경제 이경호 기자] 선진국에 비해 취약한 소재산업 육성을 위한 10대 핵심소재가 확정돼 오는 2018년까지 총 1조원을 투입된다.

4일 지식경제부에 따르면 미래 산업경쟁력을 좌우할 10대 핵심소재(WPM)를 선정하고 세계 최고수준의 고유브랜드로 육성하는 '고유브랜드 핵심소재개발사업(WPM Program)'을 추진키로 했다. WPM(World Premier Material)은 세계시장 10억 달러 이상, 점유율 30% 이상 소재를 의미한다. 2018년까지 총 1조원의 정부예산이 투입되는 이 사업을 위해, 10대 소재별로 관련기업과 학계, 연구기관이 참여하는 '기업형 사업단'을 구성하고, 각 사업단장(PM)에게 프로젝트 기획 및 R&D에 대한 전권을 부여하는 등 과거와는 다른 기업경영 방식의 추진체제를 도입할 계획이다.

2개월의 과제 세부기획을 거쳐 6월초 공고, 7월말까지 사업단을 선정할 예정이다. 이에 따라 향후 한국경제의 미래 먹거리를 창출할 이들 10대 소재의 향후 기술개발방향과 경제적 파급효과에 관심이 높아지고 있다.

10대 핵심소재 중 최고의 평가를 받은 소재는 친환경 스마트표면처리강판기술이다. 이는 냉연 강판 표면에 기존보다 얇은 고기능성 박막을 진공 중에서 전자기 유도가열에 의한 부양 및 고속증발(EML-PVD)기술로 코팅한 차세대 철강소재이다. 오염물질 배출이 없고 기존보다 기능성을 강화한 독자적 핵심기술을 이미 확보한 상태여서 강력한 진입장벽을 형성할 수 있다. 특히 세계 1위의 철강사인 유럽 아르셀로미탈사가 유사기술을 개발하기 시작하면서 시장경쟁이 치열해지고 있다. 오는 2018년 세계시장 224조원, 국내 8조2000억원에 이른다. 마그네슘합금(Zn-Mg, Zn free Al-Mg)계 코팅강판의 기술개발이 핵심이다. 두께를 얼마나 얇게 코팅처리하고 복잡한 화학작용에 의해 금속의 표면이 침식되는 현상 즉 발청시간을 얼마나 길게 유지하느냐가 관건이다. 세계 최고수준은 현재 발청시간은 500시간이며 코팅두께는 10마이크로미터(1마이크로미터는 100만분의 1m)로 국내수준은 150시간과 20마이크로미터다. 정부는 오는 2018년가지 이를 1000시간, 5마이크로미터수준까지 끌어올릴 계획이다. 2018년경에는 전체 시장(8조2000억원)가운데 7조2000억원을 국내 기술이 차지하고 고용효과는 2015년 2000명에서 2018년 3600명으로 늘어나게 된다.

수송기기용 초경량 마그네슘소재는 가장 가벼운 금속소재로서 특성과 공정비용을 제어하는 고효율 공정기술을 활용, 수송기기의 경량화로 획기적인 탄소배출 저감 및 에너지 효율을 제고하는 녹색소재이다. 이기술이 선정된 것은 그린수송기기 핵심소재로 연평균 12% 이상 고속성장을 지속하기 때문이다. 국내서는 신합금 및 가공용 중간재 제조 관련 세계최고 수준 기술력을 확보하고 있으며, 세계시장 선점이 가능하다. 2018년 세계시장은 2조7000억원, 국내시장은 1900억원이다. 영국 MEL社 등 세계 각국이 시장선점을 위한 경쟁단계에 돌입해 있다. 핵심기술은 고강도 형재 고속 압출기술, 고성형성 판재 고효율화 기술, 고내식 합금 설계기술 등이다. 세계최고 수준과 비교시 현재 강도는 355MPa(세계 340MPa)이며 압출속도는 분당 10m로 동일한 수준. 이를 2018년에는 강도는 450MPa로 압출속도는 분당 20m로 높일 계획이다. MPa는 메가파스칼로서 1Mpa는 단위 면적 1제곱센티당 10kg의 하중을 견딜수 있는 강도다. 정부는 오는 2018년 세계시장의 15%인 4000억원을 점유하고 고용창출은 2015년 1100명, 2018년 2600명을 예상하고있다. 이 기술이 업그레이드되면 경량소재 분야 선점을 통한 그린수송기기 성장동력을 확보하고 온실가스 저감에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

에너지절감/변환용 다기능성 나노복합소재는 금속, 고분자, 세라믹 기지 내에 탄소나노튜브, 그래핀 등 나노 구조체를 분산시켜 기능을 혁신적으로 개선하고 신기능을 창출하는 다기능성 나노복합소재를 말한다. 국내서는 선진국 동등 수준의 나노복합소재 관련 원천기술을 이미 확보한 상태로 세계적으로 관련 제품 제조의 초기단계이다. 신기능성 구현으로 향후 10년 이내 시장 성장성이 매우 높은 첨단 신소재다. 2018년 세계 시장은 40조원, 국내시장은 6조원에 이를 정도로 융합 신산업을 견인할 대표적인 플랫폼 소재다. 개발되는 주요 기술은 복합/융합소재 기능 부여 설계기술, 나노구조체 균일 분산 및 분산제어기술, 나노복합소재 대용량 제조기술 등이다. 열전도도는 세계수준(150W/Mk)과 국내수준(100M/Mk)이 비슷하고 인장강도도 원재료대비 200으로 동일하다. 정부는 이를 오는 2018년에는 열전도도는 200W/Mk로 인장강고는 300으로 높일 계획이다. 열전도도는 어떤물질의 열전달을 나타내는 수치다. 통상 k로 나타내며, W/(mK)와 동의하다. 예를 들면, 공기의 열전도율은 0.025 W/(mK)로 낮으며, 구리의 열전도율은 약 401 W/(mK)이다. 2018년에는 새로운 시장 창출로 세계시장의 10%인 4조원을 점유하고 고용창출은 2015년 1200명,2018년 2500명으로서 세계 4대 나노복합소재 강국에 진입한다는 목표다.

다기능성 고분자 멤브레인 소재는 친환경 수처리 및 고성능 연료전지에 사용될 수 있는 다기능 분리특성 고분자 소재를 말한다. 2018년 세계시장은 20조원으로 확대되고 한계의 특성을 돌파한다면 국내서는 이 시장의 30%를 점유할 수 있다. 향후 사회적 문제로 대두되는 물산업용 소재로 유망하고 그린에너지 생산, 환경부하 저감, 수자원 확보 등 다양하게 활용 가능하다. 이 기술의 핵심은 수처리, 기체분리, 이온교환막 소재로서 ▲내파울링성 분리막 제조기술 ▲선택성, 저압고투과성 향상 기술 ▲박막화, 복합화 기술 ▲내구성 향상 기술 등을 개발하게 된다. 세계수준(국내 수준)과 비교시 역삼투압용 처리기술은 99.8%(99.7%), 내염소성은 7000시간(5000시간), 연료전지용 내구성은 1500시간(1000시간)이다. 이를 오는 2018년에는 각 각 99.9%와 3만5000시간, 6500시간으로 대폭 끌어올린다는 계획이다. 이를 통해 오는 2018년 20조원의 세계시장에서 매출 6조원, 30%를 점유하고 2100명의 신규고용창출을 거둘 계획이다. 멤브레인소재분야에서는 세계 1위 기술을 달성한다는 목표다.

플렉서블 디스플레이용 플라스틱 기판 소재는 평판 디스플레이의 유리기판을 대체해 휘거나 구부릴 수 있는 디스플레이를 구현할 수 있는 핵심 소재로서 저가/대면적 공정에 필수적이다. 플렉시블 기판소재는 고분자 소재, 필름, 배리어(Barrier) 코팅소재 및 투명전극 등 통합개발이 요구되는 소재다. 디스플레이, 차세대 전자부품 등 IT산업 전반에 활용가능한 핵심 소재로서 롤투롤 연속공정을 통해 저가/대면적화가 가능해 제조원가를 획기적으로 낮출 수 있다. 롤투롤(Roll To Roll)은 최근 인쇄회로기판(PCB)를 비롯한 주요 부품 생산라인에 확산, 도입되고 있는 차세대 기법. 그동안 동박적층판(FCCL)을 길이에 맞게 자른 다음 가공하는 시트(sheet) 방식을 주로 사용해 왔으나 최근들어 FCCL을 재단하지 않고 그대로 회전롤에 감아 사용하는 롤투롤 공법이 새로운 기술표준으로 자리잡아 가고 있다. 핵심기술은 필름 제막 기술(압출, 용액캐스트), 유/무기 다층 배리어(Barrier) 코팅 기술, 광학코팅 및 COP계 수지/필름 기술, 투명전극 성막 기술 등이다. 이 기술의 핵심은 열팽창계수(ppm/℃)다. ppm/℃은 20℃ 기준으로 1℃증가할 때 100만분의 1m가 증가하는 것). 현재 세계수준은 14 ppm/℃이며 국내는 4 ppm/℃0. 정부는 이를 2018년 9 ppm/℃까지 낮출 계획이다. 이 기술이 개발되면 2018년 세계 8조원 시장에서 국내는 2조7000억 매출로 34%를 점유하고 1100명의 고용을 창출해 플렉시블 디스플레이 소재 분야 세계 1위 달성을 통한 디스플레이 최강국을 지속할 것으로 기대된다.

고에너지 이차전지용 전극(양극, 음극) 소재는 전자제품, 전기자동차, 로봇 등에 적용되는 이차전지용 필수 소재로서 양극 및 음극소재. 기존 소재 대비 고용량, 경량화, 고수명화, 고안정성 및 저가 구현이 가능한 소재다. 다성분 층상계 화합물 양극소재 및 Si(실리콘)계 음극소재 등 전지핵심소재로서 국내 전지 제조업체의 시장점유율 높아 전극소재 개발시 지속적인 시장지배가 가능하다. 미국의 DOE社와의 개방형 기술협력으로 세계 최고의 기술확보와 시장지배가 가능해 이번에 선정됐다.

바이오 메디컬 소재는 단백질, 아미노산 등 생체친화 화학소재와 생분해성 금속, 고청정 정밀 금속소재를 융합한 소재. 성장인자/생리활성 단백질 소재, 아미노펩타이드 소재, 생분해성/고청정 금속소재 등을 말한다. 2018년에는 2조3000억원의 시장점유가 가능하다. 소재융합화 및 기술력 선점을 통해 신규 응용 시장을 개척하면 장기적인 시장지배력 유지가 가능하고 인구 고령화에 따른 헬스케어 수요 급증에도 대비할 수 있다. 2018년 세계시장은 11조원으로서 국내서는 뇌질환, 골수복, 아미노산, 임플란트 등을 중심으로 2조2000억원의 매출을 달성해 시장점유율 20%를 달성할 전망이다. 고용도 7000명을 신규로 창출할 전망이다.

초고순도실리콘카바이드(SiC)소재는 신재생에너지 및 전기자동차에 사용되는 고효율 전력 변환용 SiC 에너지 반도체, 그리고 반도체/LED 공정에 적용되는 초고순도 SiC 미래소재다. 초고순도 SiC소재는 전세계적으로 초기단계이며, 2018년 세계시장은 3조7000억원 규모로 급 성장하게 된다. 기존 소재(Si 반도체, 저순도 SiC)대비 뛰어난 전기에너지 효율, 대전력, 고집적화 가능한 초고순도 SiC이다.특히 반도체, 자동차, LED산업이 세계 최고수준으로 지속성장하기 위해서는 이 소재가 확보가 핵심이다. 기술개발이 이루어지면 2018년 세계시장(3조7000억원)의 35%, 매출 1조3000억원을 점유하고 5000명의 신규고용을 창출하게 된다.

LED용 사파이어 단결정 소재는 고효율, 고휘도백색 질화갈륨(GaN) LED에 사용되는 사파이어 단결정 기판소재다. 세계시장은 2조4000억원(2018년)으로 세계시장 선도를 위해서는 대구경 및 잉곳 사용효율이 높은 사파이어 단결정 육성기술이 필수다. 국내서는 이 기술을 세계 최초로 양산화하는데 성공했다. 현재 세계적으로는 웨이퍼 4인치의 잉곳효율 25%를 달성했고 국내는 웨이퍼 2인치에 잉곳효율 25% 수준. 이를 2015년에는 웨이퍼 8인치에 잉곳효율은 50%로 높인다는 계획이다. 2018년 매출 7200억원을 달성해 세계시장의 30%를 점유하고 3000명의 신규고용을 창출할 계획이다.

탄소저감형 케톤계 프리미엄 섬유는 고강력, 고탄성율과 함께 우수한 계면적합성을 가지는 새로운 산업용 섬유소재. 탄소 저감형 합성공정에 의한 카르보닐기와 탄소사슬이 결합된 폴리케톤 산업용 섬유소재를 말한다. 이미 일본에서 세계최초로 폴리케톤 섬유 상업화에 성공했으며 미국 주도의 아라미드 섬유 시장을 대체하고 가격경쟁력도 아라미드 섬유 대비 70%수준으로 우수한 것으로 평가된다. 국내서는 세계 최초의 고성능 폴리케톤 섬유를 개발해 오는 2018년 4조9000억원 시장에서 1조4700억원의 매출을 올려 30%시장점유율을 달성하고 3700명의 신규고용을 창출한다는 구상이다. 이 소재는 자동차, 전기전자, 항공기, 산업용 부품 소재에 수요를 창출하고 산업용 섬유 소재 분야의 세계시장을 선점하고 세계 원천 기술을 획득하게 된다.

[아시아경제 증권방송] - 3개월 연속 100% 수익 초과 달성!