특허전쟁 승리 위한 r&d 전략

ISSN 2234-3873

VOL 14-62014.06

FOCUSING ISSUE

특허전쟁 승리 위한 R&D전략

PD 기술 이슈

ISSUE 1 빅데이터 분석의 현황과 발전 전략

ISSUE 2 국내 타이타늄 산업생태계 현황 및 발전 전략

ISSUE 3 JEC Europe 2014 전시회를 통해 본 탄소섬유강화 복합재료 기술개발 동향

ISSUE 4 선박안전 및 해양환경보호를 위한 IMO(국제해사기구)의 동향

ISSUE 5 무선전력전송 기술동향 및 전망

특집

웨어러블 전자기기 시대가 도래하다

➊ [ FOCUSING ISSUE ] 인류 편익을 높이는 컴퓨팅 07

➋ [ PD 기술 이슈 1 ] PACS(Picture Archiving and Communication System) 13

기술 및 산업 동향

➌ [ PD 기술 이슈 2 ] 고령친화형 정보서비스의 현황과 시사점 39

➍ [ PD 기술 이슈 3 ] 유동안정성 확보 기술 및 발전 전망 57

➎ [ PD 기술 이슈 4 ] 북극항로 개방현황 및 관련 조선 산업 기술동향 73

➏ [ PD 기술 이슈 5 ] 스마트홈 미들웨어 기술 동향 및 산업 융합 전략 85

➏ [ PD 기술 이슈 5 ] 건축물의 안전관리를 위한 IT융합 기술동향 131

➑ [ 특집 1 ] 2013년도 정보통신 기술진흥 투자방향 및 계획 145

➑ [ 특집 2 ] 전문가-논문-특허-시장 관점에서 바라본 S/W, 165

시스템반도체 분야 기술수준

VOL 14-6 2014.6KEIT PD ISSUE REPORT

➊ [ FOCUSING ISSUE ] 특허전쟁 승리 위한 R&D전략 07

➋ [ PD 기술 이슈 1 ] 빅데이터 분석의 현황과 발전 전략 13

➌ [ PD 기술 이슈 2 ] 국내 타이타늄 산업생태계 현황 및 발전 전략 29

➍ [ PD 기술 이슈 3 ] JEC Europe 2014 전시회를 통해 본 탄소섬유강화

복합재료 기술개발 동향 47

➎ [ PD 기술 이슈 4 ] 선박안전 및 해양환경보호를 위한

IMO(국제해사기구)의 동향 69

➏ [ PD 기술 이슈 4 ] 무선전력전송 기술동향 및 전망 81

➐ [ 특집 ] 웨어러블 전자기기 시대가 도래하다 105

ISSN 2234-3873

VOL 14-6

2014.06

FOCUSING ISSUE


PD 기술 이슈



ISSUE 3 JEC Europe 2014 전시회를 통해 본 탄소섬유강화 복합재료

기술개발 동향



특집


▶ KEIT PD ISSUE REPORT VOL 14-6

FOCUSING ISSUE특허전쟁 승리 위한 R&D전략

/ 전기억 한국산업기술평가관리원 특허PD

ㅣ저 자ㅣ전기억 / 한국산업기술평가관리원 특허PD


Focusing Issue 특허전쟁 승리 위한 R&D전략KEIT PD Issue Report

한국산업기술평가관리원008

PD ISSUE REPORT JUNE VOL 14-6KEIT PD Issue Report


세계는 지금 특허전쟁 중이다. 국가 간 자유무역이 확대되면서 특허를

앞세워 경쟁기업을 견제하고 시장을 지키려는 싸움이 갈수록 치열해지는

양상을 보이고 있다. 넓어진 경제영토 만큼이나 특허분쟁에 연루될 위험도

크게 증가했다.

애플과 삼성전자는 스마트폰 시장을 두고 몇 년째 사활을 건 특허

전쟁을 이어오고 있다. 특허괴물로 알려진 NPE는 지난해만 3,134건의

특허소송을 제기했고 그 중 334건이 우리 기업을 대상으로 한 것이라고

한다. 자칫 R&D를 성공적으로 완료하고도 시장에 제품을 내놓는 순간

특허소송에 휘말릴 위험이 어느 때보다 높아졌다는 것을 의미한다.

앞으로 글로벌 기업들은 촘촘한 특허망을 이용하여 경쟁기업의

시장진출을 저지하는데 총력을 다 할 것이다. 또한 한발 앞선 아이디어와

특허로 무장한 사냥꾼들은 우리기업의 발목을 잡아 큰 수익을 내겠다고

벼르고 있을 것이다. 새로운 시장을 확보하기 위한 기업들은 점차 치열해

지는 특허전쟁을 피해 가기 어려울 것으로 전망된다.

경쟁사와 NPE의 먹잇감이 되지 않도록 철저한 R&D 특허전략을 수립

해야한다. 특허전략 수립이란 동일한 기술적 과제를 대상으로 하는 특허

중에서 미래에 문제가 될 만한 장벽특허를 찾아내고 이에 대한 대응방안을

모색하는 행위를 말한다. 그럼 특허전략은 언제 수립하는 것이 최선일까?

특허전략은 R&D를 기획하고 마무리하는 단계에서도 필요하지만, R&D를

수행하는 단계에서 짜는 것이 더욱 효과적이다. 왜냐하면 장벽특허에 대한

대응전략을 R&D를 수행하면서 다각적으로 모색할 수 있기 때문이다.

Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 009

장벽특허 피하려면

독자적인 문제 해결 위한

R&D 를 수행해야

그런데 모든 장벽특허를 찾아내기란 모래밭에서 바늘 찾기와 같다. 특허문헌은

이미 2억3천만 건 이상이 축적되어 있고 해마다 100만 건 이상이 새로 세상에

공개되는 말 그대로 ‘빅데이터’이기 때문이다. 장차 특허소송의 빌미가 될 수 있는

모든 장벽특허를 찾아 대비하는 것이 최선이겠지만, 시간과 비용을 줄이기 위해

최소한 경쟁사와 NPE가 보유한 특허만이라도 검색하는 것이 좋다.

장벽특허를 모두 회피할 수 있다면 다행이다. 그러나 하나라도 회피하기가

곤란하다면, 장벽특허가 놓치고 있는 공백 기술을 찾아내거나 독자적인

문제해결을 위한 R&D를 수행해야 한다. 또한 장벽특허를 매입하거나

크로스라이선스(교차 사용계약)를 체결할 수 있을지 알아보는 것도 중요하다.

왜냐하면 사업계획이 수립된 후엔 더 많은 비용을 지불해야 할 지 모르기

때문이다.

지피지기면 백전백승이라고 했다. 사전에 R&D 전략을 잘 짜면 특허전쟁에서

승리할 수 있다. 그러나 장벽특허가 있다는 사실조차 모른 채 R&D를 수행하게

되면, 특허를 출원하더라도 특허 소송에서 이기기가 쉽지 않다. 심사 단계부터

장벽특허로 인하여 등록이 거절되거나, 비록 등록된다 하더라도 특허 품질이

떨어질 가능성이 높다. 대규모 시설투자가 이루어진 후엔, 장벽특허로 인해

침해소송에 휘말리거나 고액의 특허실시료를 물게 될 수도 있다.

Focusing Issue 특허전쟁 승리 위한 R&D전략

PD ISSUE REPORT JUNE VOL 14-6

한국산업기술평가관리원010

R&D에서 특허전략의 중요성은 국내 LED 기업인 서울반도체의 사례에서도

엿볼 수 있다. 이 기업은 경쟁 기업들의 특허를 파악한 후, 유망한 해외 특허를

매입하는 한편 자사의 R&D 수행을 통해 독자적인 기술로 재탄생시켰다. 특허

매입과 독자적인 문제해결 전략으로 글로벌 기업들과 협상할 수 있는 새로운

원천기술을 확보하게 된 것이다. 실제로 원천 특허를 보유한 업계 1위의 글로벌

기업이 국내외에서 침해소송을 제기했을 때, 이 기업은 맞소송으로 대응할 수

있었다.

결국 두 기업은 크로스라이선스를 맺고 소송을 끝내게 되었지만, 사실상

국내 중소기업이 완벽한 승리를 거둔 것이나 마찬가지였다. 만약 서울반도체가

이 소송에서 졌다면, LED 제품의 생산과 판매는 금지되고 이미 판매한 제품에

대해서도 손해를 배상해야 할 처지였기 때문이다. 현재 이 기업은 세계적인

기업들과 당당히 어깨를 나란히 하는 글로벌 기업으로 지위를 굳건히 하고 있다.

남들의 이야기가 아니다. 최근 한 실태조사에 따르면, 국내 중소ㆍ중견 기업들

중 특허 전담부서를 두고 있는 기업은 10%도 되지 않는다고 한다. 이들조차도

대부분 특허 출원과 등록업무만 수행할 뿐 장차 벌어질 분쟁에 대비하여

특허전략을 짜는 것은 아니라고 하니, 이 기업의 성공사례는 R&D 특허전략의

귀감이 될 만하다.

다른 전략이 그렇듯 R&D 특허전략도 때가 있다. R&D를 기획할 때 특허동향을

조사하고, R&D를 끝낼 때 특허를 출원하는 것만으로는 부족하다. 특허전략은

R&D를 수행할 때가 더욱 중요하다. 이 시기를 놓치면 장벽특허를 회피하기도

어렵게 될 뿐 아니라 대체기술과 독자적인 원천특허를 확보할 기회도 놓쳐

버리기 때문이다. 우리 기업들이 특허전략과 함께 하는 R&D로 글로벌 기업들과

당당히 맞설 수 있게 되기를 기대해 본다.

디지털 타임스 2014.05.01

KEIT PD Issue Report

대체기술 확보와

원천특허 보호 위해

R&D전략 재정비할 때


PD 기술 이슈

ISSUE 1

빅데이터 분석의 현황과 발전 전략

- KEIT 지식서비스 PD실

ISSUE 2

국내 타이타늄 산업생태계 현황 및 발전 전략

- KEIT 금속재료 PD실

ISSUE 3

JEC Europe 2014 전시회를 통해 본

탄소섬유강화 복합재료 기술개발 동향

- KEIT 섬유의류 PD실

ISSUE 4

선박안전 및 해양환경보호를 위한

IMO(국제해사기구)의 동향

- KEIT 조선 PD실

ISSUE 5

무선전력전송 기술동향 및 전망

- KEIT 홈/정보가전 PD실

SUMMARY

목적

빅데이터의 개념에 대한 정확한 이해를 돕기 위하여 관련 기술의 내용과 한계, 그리고 국내외 연구 동향 소개

국내 여건을 감안한 빅데이터 발전 전략의 방향성 제시

주요현황

경영, 경제, 정치 등 인문-사회과학 부문에서 먼저 활용이 시작되었으나 의료, 바이오, 설비 등 과학기술계로 확산

미국을 중심으로 EU, 일본, 중국 등의 나라들이 국가차원의 중요한 전략기술로 인식하고 경쟁적으로 관련 기술의 연구개발 및 전문인력 양성

시사점 및 정책제안

빅데이터 시대의 선도를 위해 주목해야 할 미래 인프라 및 소프트 기술은 클라우드(Cloud), 모바일(Mobile), 소셜(Social), 보안(Security) 및 분석(Analytics)으로 대별됨.

우리나라가 선택하고 집중해야 할 영역으로 단연 분석을 꼽을 수 있음. 데이터 분석은 적합한 방법론의 선택이 필요하며 이에는 경험축적이 중요함.

빅데이터 육성도 선택과 집중에 의한 전략적인 접근 방법이 필요한 바, 단기적으로는 솔루션 및 플랫폼 개발보다는 서비스 육성 및 정착에 주력하고 동시에 분석 전문인력 양성을 위한 학제적 준비가 필요함.

ｌ저자ｌ 한형상 PD / KEIT 지식서비스 PD실

이창호 시니어 매니징 컨설턴트 / 한국 IBM

빅데이터 분석의 현황과 발전 전략

014 한국산업기술평가관리원 015Korea Evaluation Institute of Industrial Technology

PD ISSUE REPORT JUNE 2014 VOL 14-6KEIT PD Issue Report

1. 빅데이터의 개념

개요

근래 과학기술계 뿐 아니라 정치, 경제, 사회, 문화 등 분야와 관계없이 사회 전반적으로 ‘빅데이터’에 대한 관심이 높음. 정확히 말하면 ‘빅데이터 분석’이라고 불러야 할 빅데이터 기술이란 과연 어떤 것인가? 이전부터 전산화, 정보화가 진행되면서 사회 각지에서 방대한 규모의 데이터들이 일상적으로 양산되고 축적되어 왔음. 과거 정보화는 데이터의 생성과 축적에 치중한 나머지 정작 활용은 일부 데이터를 가공해서 가시화하는 수준에 머물렀음. 그런데 인터넷을 통해 많은 고객 데이터를 확보하고 있는 구글, 아마존 등이 이를 선도적으로 마케팅에 활용하여 효과를 보면서 널리 알려지게 되었음.

거의 모든 자연 및 사회 현상에는 이를 유발한 원인이 있게 마련임. 자동차의 시동이 꺼지는 데는 연료에 이물질이 섞였던가, 연료가 없다던가 등 여러 가지 원인을 생각해 볼 수 있음. 사업이 잘 되는 기업은 고객의 호응을 얻는 장점이 있고, 부진한 기업은 고객의 외면을 받는 단점이 있을 것임. 암에 걸리는 경우는 가계에 유전적으로 암에 취약한 요인이 있거나 발암물질에 자주 노출되었거나 같은 요인이 작용함.

빅데이터 분석은 이같이 자연, 사회, 인간, 기계시스템에서 발생하는 여러 현상에 대한 데이터 분석을 통해 그 원인을 밝혀 대비할 수 있도록 함. 과거에는 상상도 할 수 없었던 인과관계도 밝혀냄으로써 사업에 큰 도움을 줄 수도 있고 예기치 않은 사고를 예방할 수도 있음. 빅데이터는 정확히 활용하면 지식화 사회의 발전에 필수적인 지식생성의 근간이 될 수 있는 중요한 기술이지만 개념적으로 새로운 기술은 아님. 기존의 통계이론에 기반한 분석 기법이 근래 비약적으로 발전한 데이터 저장 및 처리, 비정형 데이터 인식, 그리고 컴퓨팅 기술과 결합하여 이전에는 상상할 수 없었던 지식생성의 새로운 지평을 열고 있음.

데이터 증가의 원인

(빅데이터의 생성) 각종 사회, 기계 시스템들은 일상적으로 방대한 규모의 데이터를 양산해 내고 있음. 활용되지 않는 데이터들은 실상 저장매체를 낭비하는 전자 쓰레기와 같음. 인류가 쏟아낸 데이터의 총량은 2012년까지 2조 7천억 기가에서 2020년까지 35조 기가로 기하급수적으로 증가할 전망임(빅데이터 경영을 바꾸다, 삼성경제연구원, 2012).

(기업 환경의 변화) HW 기업들은 표준화, 모듈화에 의한 품질 평준화로, SW 기업들은 오픈 소스 SW 등장에 의한 범용화로 갈수록 차별화의 한계에 직면하고 있음. HW 기업들의 도태가 진행되고 거대 사용자 플랫폼을 확보한 기업의 득세가 심화되면서 고객성향 분석에 의한 맞춤형 서비스의 중요성이 갈수록 부각되고 있음. 이에 따라 HW와 SW의 범용품화가 가속화되며 빅데이터가 가치 창출의 가장 중요한 원천으로 인식이 바뀌고 있음.

(빅데이터 분석의 여건 성숙) 저장매체의 발달로 데이터 저장비용이 감소하면서 데이터 생성 속도는 가속화되고 있음. 통신기술의 발달은 M2M, M2MC, MC2MC 인터랙션을 증가시켜 유용한 비정형 데이터의 생성도 증가하고 있음. 또한 데이터 관리 및 분석 기술의 진보로 비정형 데이터의 분석, 처리가 가능해지면서 이들로부터 새로운 가치의 창출이 가능해 지고 있음.



(빅데이터의 가치에 대한 주목) 빅데이터의 활용가치가 주목받게 되면서 2012년 세계경제포럼은 빅데이터를 국제개발의 새로운 가능성을 여는 중요 기술의 하나로 지목한 바 있음. 미국은 국방부, 국토안보부, 에너지부, 보훈부, 보건인적서비스부, 항공우주국, 국립인문기금(NEH), 국가과학재단(NSF) 등의 기관들이 공공안전, 안보, 보건 등 국가차원의 중요기술로 인식하고 관련 기술개발을 진행하고 있음.

- 조사에 의하면, 전세계가 현재 보유하고 있는 데이터의 90%는 지난 2년간 생성된 것이며, 매일 250경(2.5 quintillion) 바이트에 달하는 데이터가 새롭게 생성되고 있고, 새로운 데이터 소스가 지속적으로 만들어지고 있음. 향후 데이터의 증가량은 더욱 많아져서 향후 10년간 약 44배 이상 폭증할 것으로 예측되며, 이러한 데이터의 80%는 구조화 되어있지 않은(Unstructured) 데이터로 판단됨.(빅데이터 경영을 바꾸다, 삼성경제연구소, 2012)

빅데이터소스 현황

RF-ID Tag 2005년 13억 개에서 2010년 300억 개에 달함

Smart Phone 전세계에 46억 대의 Smart Phone

Internet Users 2011년부터 2013년까지 전세계 20억 인터넷 사용자의 연간 트랜잭션 수는 667 엑사바이트 수준

Google 구글은 하루에 24 페타바이트 이상의 데이터 처리

Facebook 페이스북은 매일 10 테라바이트의 데이터 처리

Twitter 트위터는 매일 25억 트윗, 7 테라바이트의 데이터 처리

CERN CERN의 하드론 입자가속기는 초당 40 테라바이트의 데이터 생성

NYSE 뉴욕증권 거래소는 매일 1 테라바이트의 거래 정보 보관

※ CERN : 유럽원자핵공동연구소의 불어명 약자

| 그림 1-1 모바일 및 SNS 기술의 발달에 따라 시공 제약없이 연결된 세상 |

* 자료 : IBM



빅데이터의 의미

빅데이터에서 크다는 뜻인 ‘빅(Big)’의 의미는 데이터의 양이 많다, 데이터의 종류가 많다, 데이터의 생성ㆍ유통 및 이용 속도가 빠르다의 세가지 의미가 있음. 정설은 없지만 정량적으로 다음과 같이 분류하기도 함(빅데이터 경영을 바꾸다, 삼성경제연구소, 2012).

- 양(Volume) : 수십 테라바이트 이상

- 종류(Variety) : 형식을 갖추고 정리된 구조적 데이터보다 다양한 비정형 데이터를 포함한 비정형 데이터가 90% 이상

- 속도(Velocity) : 데이터의 생성, 처리, 유통, 소비되는 속도가 수 초에서 수 시간 단위

(그림 1-2)에서 보는 바와 같이 IBM은 최근 빅데이터의 특징으로 모호함을 의미하는 Veracity(진실성)의 “V”를 추가하여 4가지 “V4”로 규정하고 있음.

- 진실성(Veracity) : 데이터의 모호성, 불완전성 및 데이터간의 불일치 등으로 인한 데이터의 불확실성(Uncertainty)

| 그림 1-2 IBM의 Big Data 정의 : V4(Volume,Velocity,Variety,Veracity) |

데이터의 종류

데이터가 어디에서 어떻게 생성되는지의 관점에서 보면 데이터의 종류는 거래 데이터와 상호작용 데이터의 두 가지로 대별할 수 있음(빅데이터 경영을 바꾸다, 삼성경제연구소, 2012).

1) 거래 데이터

- 온라인 거래처리(OLTP : On-Line Transaction Processing) 데이터 : 기업경영 및 거래 관계에서 1차 생성된 정보시스템 내 데이터



- 데이터 웨어하우스(DW : Data Warehouse) : OLTP 데이터를 시장/고객 분석 등의 목적으로 분석해서 정리, 보관된 2차 데이터

* 참고로 DB 데이터를 의사결정 목적에 맞게 분석하는 보편적 기법을 온라인 분석처리(OLAP : On-Line Analytical Processing) 라고 부름.

2) 상호작용 데이터

- 기술혁신으로 등장한 M2M, M2MC, MC2MC 간 인터랙션의 결과물 : 클릭스트림, 이미지/텍스트, 과학자료, 각종 센서, RFID 데이터 등

* 이러한 거래데이터는 ERP 등의 전통적인 기업용 정보시스템(Systems of Record)에서 발생하는 데이터들이며, 상호작용 데이터는 최근에 급증하고 있는 사내 그룹웨어나 모바일, SNS 등을 처리하는 참여시스템(Systems of Engagement)에서 발생하고 있음. [Geoffrey Moore, 2011]

2. 국내외 빅데이터 활용 현황

빅데이터의 활용

(빅데이터의 유용성) 빅데이터가 다루는 데이터의 양적 방대함, 종류의 다양함, 그리고 빠른 생성속도는 분석의 정확성은 물론 분석 범위와 결과 활용에 이르기까지 매우 큰 유용성을 제공하고 있음.

- 수량의 유용성 : 분석하는 데이터의 양이 늘어나면 일부 오염된 데이터가 있어도 그에 따른 정보 왜곡의 여지가 줄어들게 됨. 또한 표현 및 언어 간의 미묘한 차이를 나타내는 맥락(context)의 연결고리를 이용할 수도 있게 됨.

- 다양성의 유용성 : 이전에는 분석할 수 없었던 다양한 비정형 데이터의 분석이 가능해지면서 수치화 되지 않은 집단군의 습관, 거동, 행동 패턴의 감지도 가능해짐.

- 속도의 유용성 : 실시간으로 광범위한 상황 파악이 가능해져 유사시 신속한 대응으로 경제적, 사회적 비용을 절감할 수 있음.

(빅데이터의 활용 분야) 빅데이터의 효용가치에 먼저 주목한 것은 경제, 경영, 정치 등 사회과학 부문이지만 점차 의료, 바이오 등 과학기술계로 확산되고 있음.

- 경제, 경영 : 마케팅, 광고 분야, 금융사 고객 맞춤형 서비스 개발, 신용평가 모형 개발

- 정치, 사회 : 여론 분석, 투표성향 분석

- 보건, 의료 : 임상 및 기초의학 데이터 분석

빅데이터 분석에 의한 경영혁신

① 기존 데이터 및 정보기술 활용수준을 진일보 시켜 업무 생산성 제고

· 인력/사물의 추적관리 : 실시간 실물 데이터 포착, 관리로 인건비, 물류비, 재고비 절감



· 가치사슬 최적화 : 가치사슬상 불필요한 업무를 찾아내어 업무 프로세스 재설계

② 기업환경 곳곳에 산재한 문제를 찾아 해결 : 고객감성, 예측, 시각화, 고객맞춤형 대응

③ 고객-시장에 대한 정확한 정보를 추출, 경영자의 의사결정 능력 향상

④ 파생 서비스업 등 새로운 고객 가치를 창출하는 신사업 창출 가능

* 종합적으로 기업에게는 소비자 맞춤형 마케팅이 가능해져 비즈니스 기회를 확대할 수 있고 정부 등 공공기관은 국민의 의사를 정확히 이해하고 올바른 정책 결정을 통해 행정 서비스에 대한 만족도를 높일 수 있음. (빅데이터 경영을 바꾸다, 삼성경제연구소, 2012)

빅데이터에 의한 새로운 패러다임

- 전통 경제학이 말하는 국부창출의 요소인 토지, 인구, 자본의 기여도가 한계에 직면한 상황에서 빅데이터는 새로운 투입없이 축적된 데이터 자산의 분석을 통해 새로운 가치 창출의 원천이 될 수 있음.

- 또한 디지털 공간과 스마트 환경의 발달로 전개된 막대한 데이터의 홍수 속에서 컴퓨터는 효과적, 효율적 발견의 주체가 되고 인간은 발견된 내용의 검증 및 활용의 주체로 역할을 분담하게 되면서 빅데이터는 발견의 가치를 새로이 부각하는 시대를 열고 있음

국내 현황

환경

- 장점 : 국민들의 신기술 수용력이 높고, IT 인프라가 잘 구축되어 데이터 생산과 1차 활용은 활발. 사회 정보화를 추진하면서 데이터 축적 기반이 잘 조성되어 있음.

- 단점 : 방대한 공공 데이터의 공개가 선진국 대비 상대적으로 늦은 편이고 실제 활용을 위한 인력과 인프라(SW, HW), 전문성 축적이 부족함. 데이터 활용에 대한 인식도 크게 부족함. 빅데이터 시대에 대비하여 빅데이터 활용을 저해할 소지가 있는 법/제도의 정비 및 촉진하는 법/제도 준비도 미진함.

시장

- 2015년 263백만 달러 2020년 893백만 달러로 성장하고, 국내 ICT산업 중에서 차지하는 비중도 2013년 0.6% 2020년 2.6%로 성장 전망(KISTI, 2013)

활용

- 2011년에 신설된 개인정보보호법 및 보안에 대한 우려로 금융, 보험, 신용카드 부문에서 시장분석, 사기 예방, 마케팅 등에 제한적으로만 활용되고 있음. 보건, 의료, 바이오 부문에서는 임상 데이터 분석을 통한 질환정보 DB 공유, 질환 예보, 의약품 안전성 경보 서비스 제공 등으로 확산되고 있음. 유전체, RNA, 단백질 등의 생물학 빅데이터 수집 및 환경구축은 더딘 편이나 근래 들어 보건복지부 주도로 관련 투자가 시작됨.

- 한편 빅데이터 명칭에 걸맞는 규모의 데이터를 보유한 기업은 10개사 미만으로 추정됨. (빅데이터 경영을 바꾸다, 삼성경제연구소, 2012). 주로 활용하는 데이터는 재무 데이터와 사내 보고서이며 고객 소셜미디어 활동, 웹사이트 이용기록 등 본격적인 빅데이터 활용은 미흡함(SERICEO 설문조사, 2012). 아울러 정부 행정/공공 부문 데이터의 공개 및 공유 수준 미흡으로 활용도가 저조함.



기술수준

- 데이터 처리 및 분석 기술 : 구글, 오라클, IBM 등 글로벌 기업 대비 2~6년 격차가 있는 것으로 추정되며 산학연 공통으로 핵심기술 확보를 위한 노력이 진행되고 있음. 서울대, LGCNS 등의 주도로 기존의 통계, 컴퓨터공학 분야에서 활용되던 대규모 데이터 처리용 소프트웨어를 빅데이터 처리용으로 전환하는 시도도 진행되고 있음.

- 초고속 컴퓨팅 기술 : 미국대비 70% 수준으로 추정됨. 대규모 복합 미디어정보 처리기술은 높은 편(84.7%)이나 고성능 컴퓨팅 활용기술은 낮음(60.7%) (국가 빅데이터센터 설립에 관한 연구, 한국과학기술한림원, 2013)

(인력양성) 2012년 기준 국내 빅데이터 관련 전문인력은 100여명 수준으로 추정되어 매우 부족함. 특히 데이터 처리기술 전문인력 부족이 가장 심각. 2017년까지 빅데이터 관리인력 수요는 1.4만명에 달할 전망(빅데이터 경영을 바꾸다, 삼성경제연구소, 2012)

- KAIST, 연세대, UNIST 등 일부 대학 주도로 석사학위 과정 개설, 운영

- 정부 공인 빅데이터 관련 자격증 제도 2015년에 시범도입 예정

- 빅데이터 관련 HW, SW 인프라 기술, 처리 및 분석기술의 연구개발 및 인력양성 시급

미국

빅데이터의 안보, 에너지, 자원, 과학기술, 조세, 범죄예방, 질병예방 분야에의 활용가치에 주목하여 범정부 차원의 전략을 수립하고 관련 연구개발을 선도해 왔음.

활용

- 2012년 빅데이터 연구개발 이니셔티브 : 국립보건원, 국방부, 국립과학재단, 에너지부, 국립보건원 등 주요 기관이 참여하여 2억달러 규모의 빅데이터 기술개발 계획 추진

- FDA는 약물 이상반응 추적 및 사고예방, 국립보건원의 암 및 유전체 염기서열 분석정보공유, 기타 뇌신경 활동경로 및 기능에 관한 데이터 정비 및 공유, 유전자 데이터 공유를 통한 질병치료 체계 구축, 단백질 구조 데이터 저장 및 유통 등 다양한 영역으로 확산

- 민간 기업들은 재고분석, 최적 생산스케쥴링, 고객불만 대응, 불량 방지, 환자 맞춤형 진료, 맞춤형 고객관리/마케팅에 활용 활발

(기술수준) 클라우드 컴퓨팅 및 대용량 자료처리를 위한 기술개발 활성화로 하둡 및 맵 리듀스 외에도 R, Cascading, Scribe, Apache 등 다양한 오픈소스 기반의 빅데이터 처리기술들을 개발하고 있음. 원천기술을 보유한 업체로는,

- IBM : 금융, 사회, 보건, 의료분야에서 시작해서 자연어 처리, 기계학습, 예측모델 등으로 범위를 확대해 왔음. 대용량 스트리밍 데이터 처리, 고성능 데이터 웨어하우스 Appliance, 데이터 관리, HW, SW 등 다양한 서비스 및 솔루션을 제공

- 오라클 : 하드웨어와 자체 소프트웨어를 내장한 통합형 솔루션을 출시하며 시장을 선점. 하둡과의 연동을 지원하는 다양한 연결모듈과 R, Data Mining, Text Mining, 맵리유스 등의 애플리케이션을 제공

- 기타 Dell, HP, SAS, EMC 등 기업용 솔루션을 제공하는 글로벌 IT 기업들도 자체 솔루션 개발, M&A 등을 통해 시장에 참여



인력양성

- 2018년까지 14만 명 이상의 분석 전문가 수요가 있고, 데이터 기반 의사결정자도 150만 명의 수요가 발생할 전망(McKinsey, 2011)

- 미국 및 유럽지역 수백 개 대학이 빅데이터 전문인력 양성을 위한 실무형 전문 석사과정을 운용. 주로 산업공학, 통계학, 컴퓨터공학 등 관련 학부 간 협력에 의한 교육 프로그램이 진행. 이밖에 IBM, SAS, SAP 등 IT 솔루션 업체의 주도로 자체 전문인력 교육 및 양성을 추진

- 학제 간 융합연구를 통해 Data Analytics 알고리즘, 사람의 역할, 기계학습, 인간기반 계산, 복잡 시스템의 모델링, 수리적 시뮬레이션 기법, 평형 프로그래밍, 통섭 SW 등 다양한 연구가 진행되고 있음. 또한 산학연구를 통하여 Cybersecurity, Financial Analytics, Health Analytics, New Media, Smart Cities, 도시계획, 맞춤 의학 등 다양한 응용 연구도 진행

유럽

데이터 기반의 미래연구를 통해 미래 사회의 이슈를 예측하고 사전 대응책 모색을 위하여 FuturICT 및 iKnow 프로젝트를 병행해서 추진하고 있음.

- FuturICT : 기존의 데이터 마이닝 및 시뮬레이션에 기반한 예측방법론의 경험론적 한계를 극복하기 위하여 데이터를 기반으로 복잡한 사회 시스템의 이해와 사회 복원력 및 기회 창출 연구

- iKnow : 미래 예측의 불확실성 극복과 다양성 확보를 위하여 유럽과 전세계 과학, 기술, 혁신 분야의 미래를 변화시키고, 설계하기 위한 이슈와 지식의 공유 목표

- 네덜란드, 영국, 덴마크, 이탈리아 등에서 약물유해반응 조기발견, 뇌공학 연구, 질병예방 프로젝트 등을 시행

일본

대규모 에너지 활용 및 스마트 교통안내 시스템 부문에의 응용에 주력. 수집된 실시간 자동차 주행 스피드정보를 분석하여 지진 발생 시 교통피해 최소화, 최적 교통안내 서비스를 제공

중국

국제 게놈 프로젝트에 적극적으로 참여한 것을 계기로 질, 양의 양 측면에서 국제적인 인지도를 높이고 있음. 중국인 중심으로 한 인간 게놈 관련 빅데이터와 동식물 및 미생물 등 다양한 유전체 빅데이터를 구축하고 운영



2. 빅데이터 분석의 접근방법

개요

‘데이터 분석’이란 통계이론에 근거한 데이터 분석을 의미. 따라서 빅데이터 분석이란 물리적으로 데이터의 양과 종류가 많아 처리와 분석에 오랜 시간이 걸릴 뿐, 본질적으로는 통계분석의 개념과 다르지 않음. ‘빅데이터 분석’이란 자연계의 모든 현상에 내재하는 인과관계, 즉 현상과 이를 유발한 요인 간의 관계를 통계나 데이터마이닝 등의 분석 기법으로 찾아내는 작업임. 그러나 (그림 1-3)에서 보는 바와 같이 데이터 분석을 통해 얻고자 하는 가치가 달라지고 있고 이를 위한 데이터 분석 도구나 기법에 대한 상대적 중요도는 달라지고 있음. 빅데이터 전체를 가시화(Visualization)해주는 도구가 가장 중요하게 인식되고 있으며, 단순 예측(Forecasting)이나 정형화된 리포트의 중요도는 상대적으로 덜 중요한 것으로 인식

| 그림 1-3 데이터 분석 기법의 상대적 중요도 – MIT Sloan Management Review 2010 |



빅데이터 분석의 정의

사전적 정의는 ‘방대한 규모의 각종 정형, 비정형 데이터를 대상으로, 데이터 간의 광범위한 연관관계와 영향 모형을 추출하고, 정확도를 높이는 분석기법을 적용한 예측 모형을 개발하여, 개인별로 맞춤화된 정확한 진단을 제시함으로써 의사결정을 지원하는 일련의 과정’ 으로 정리됨.

| 그림 1- 4 빅데이터 분석 – IBM Big Data Today 2011 |

(그림 1-4)는 기존의 분석을 위한 접근방법과 빅데이터 분석 접근방법의 차별적 특징을 보여주고 있음. 기존의 분석은 미리 정의된 보고서나 질의에 기반하여 데이터를 구조화하고 주기적으로 보고서를 생성하는 데에 주력했다면, 빅데이터 분석은 다양한 비즈니스 질의를 탐색적으로 분석할 수 있도록 플랫폼을 갖추는 데 주력함. 즉, 빅데이터 분석의 새로운 접근방법은 전통적인 통계분석을 시행하기 전에 앞서 살펴본 빅데이터의 V4(Volume, Variety, Velocity &Veracity) 특징을 고려하여 데이터 관리의 효율을 높이기 위하여 새로운 데이터 저장 및 처리, 비정형 데이터의 획득 및 처리를 지원하는 새로운 관리 언어, 그리고 컴퓨팅 속도를 높이는 컴퓨팅 기술을 결합한 것임. 여기에는 방대한 양의 데이터(Volume) 처리 기술, 초 단위 이상 빠른 속도로 발생하는 데이터(Velocity)를 실시간으로 처리하며 분석하는 기술과, 숫자, 문자, 이미지, 음성 등이 복잡하게 연결된 비정형 데이터(Variety)의 처리 기술, 그리고 불확실한 정보를 포함한 데이터(Veracity)를 처리하는 기술 등이 포함됨.

빅데이터 플랫폼

빅데이터의 관리와 처리를 위해서는 기존의 구조화된 데이터 기반의 데이터 웨어하우스 보다는 빅데이터의 V4특징인 통합적인 관리와 처리가 가능한 빅데이터 플랫폼이 필수적임. 이러한 빅데이터 플랫폼은 분석을 지원하는 다양한 기능을 탑재할 뿐만 아니라, 데이터의 부분 집합이 아닌 전체 데이터를 대상으로 한 가시화와 데이터의 전처리 과정이 없는 고급 분석기능, 정보의 라이프사이클 관리 등에 대한 기능을 제공해야 함. 아울러 대용량 데이터의 처리를 위한 성능 최적화 기술과 다양한 정보에 대한 보안 이슈에 대응할 수 있어야 함.



빅데이터 플랫폼의 처리 및 분석 기술

비구조적 데이터의 처리(획득 및 조직화)

① 데이터 서버의 성능 upgrade : 횡적 확장을 통한 구축 및 유지비용 절감

② 데이터 file의 효율적 분산처리 : 데이터 분산 저장 및 종합관리를 통해 신뢰성 높은 서비스 제공

③ 데이터 처리 프로그래밍 모델 :

· 스트림 처리 기술 : 실시간 동적 데이터 분석 처리 기술

· 맵 리듀스 : 다수의 노드에서 동시에 같은 계산을 분산 처리함으로써 처리 속도를 높이고 결과를 적절히 재분배하는 기반 제공

· 하둡(Hadoop) : 맵 리듀스 알고리즘을 이용한 SW 프레임워크의 오픈소스

④ DB관리시스템의 새로운 지평 : 비정형 데이터의 처리와 급속 처리가 필요한 데이터의 양적 거대화에 대응하여 기존의 관계형 DB의 한계를 극복하는 새로운 기술(NoSQL)

새로운 분석 기술

① 감성 분석 : 관심사항 추출, 카테고리화, 관계연결, 감성분석

· 감성 분석을 통해 관심사항의 긍정/부정 여부 판별과, 혼재 시 가중평균 의견 추출

· Text Analytics 기술을 이용한 감성분석 SW는 소셜미디어, 뉴스, 내부문서, DB 등의 Text로부터 의미를 추출

② 결함 또는 사기 적발 : 일반적인 상황 대비 예외적인 상황에 대한 인지를 바탕으로 룰 기반의 결함 또는 각종 사기 적발

③ 이미지 분석 : 얼굴 인식, 이미지 인식 기반의 이벤트 추출

④ 비디오 분석 : 동작 인식을 통한 자동 감시 및 알람 기술

⑤ 기타 : 생의학 분야, 지진 분석, 날씨 예측, 게놈 분석 등

시각화

- 직관적인 시각화 : (그림 1-5)와 같이 데이터 분석 결과를 알기 쉽게 일목요연하게 보여주는 기술

- 시각화를 이용한 데이터 발견 도구

① 사용자와 인터랙티브하게 정보 제시 : 특정 공간 내 정보 흐름을 보여 주거나, 비교대상의 가치/동향을 지도 크기로 표시, 데이터를 각 클러스터에 할당하고 그 과정을 시각화

② 검색하는 것처럼 정보를 찾아 시각적으로 정보 제시 : 단어의 수 등을 세어 군집으로 표시



| 그림 1-5 Big Data 가시화 예시 |



빅데이터 분석 과정

전통적 데이터 분석 접근방법은 관계형 데이터베이스와 그 관리언어인 SQL, 그리고 통계분석 기법을 결합한 접근방법이 주류임. 빅데이터의 새로운 접근방법은 전통적 통계분석 기법에 데이터 관리의 효율을 높이기 위한 새로운 데이터 저장 및 처리 기술과 비정형 데이터의 획득 및 처리를 지원하는 새로운 관리언어, 그리고 컴퓨팅 속도를 높이는 컴퓨팅 기술을 결합한 것임.

빅데이터 분석 과정은 데이터 수집 전처리 데이터 분석 컴퓨팅의 4단계로 구성됨. 전체 소요 시간에서 차지하는 비중은 데이터 수집 및 전처리 과정이 약 20%, 데이터 분석이 65%, 컴퓨팅이 15% 정도임.

데이터 수집 및 컴퓨팅 과정은 컴퓨터 사이언스 영역이며, 데이터 전처리 및 데이터 분석 과정은 컴퓨터 사이언스 외에도 수학, 통계, 물리, 인지과학, 경영학, 공학, 심리학, 언어학, 인류학 등의 융합이 필요함.

데이터 수집

- 알고자 하는 현상과 이에 영향을 미치는 요인들 간의 관계를 나타내는 데이터의 수집이 필요함. 중요한 요인이 있음에도 모르고 있거나 기술적으로 데이터 수집이 어려워 누락이 되었다면 분석의 효과는 떨어질 수밖에 없음. 반면 실제 빅데이터 분석은 중요한 데이터를 파악해서 새로 수집해가며 하기보다는 주어진 데이터 셋에 대해 시행되는 경우가 많아 분석 결과가 놓칠 수 있는 한계도 있음을 인식해야 함.

- 빅데이터의 분석대상이 되는 데이터는 정량적 수치뿐 아니라 그림, 사진, 소리, 신호, 소비자 행동패턴 등 다양한 비정형 데이터를 망라하고 있음. 이러한 데이터들은 특히 상시 운영되는 포털, 인터넷, SNS 등에 많이 축적되므로 이러한 시스템의 운영자들은 데이터 수집에 유리함.

데이터 전처리

- 빅데이터가 처리하는 다양한 종류의 정형적, 비정형적 데이터의 이해와 분석을 위해서는 각종 정형, 비정형 데이터를 컴퓨터가 이해할 수 있는 구조로 변환해야 함. 또한 규모가 방대한 데이터의 신속, 용이한 처리를 위하여 데이터의 분산저장 및 조직을 위한 장치와 알고리즘이 필요함.

- 아울러 빅데이터에 내포된 오류(Noise), 불필요한 데이터, 중복 데이터 등을 사전에 걸러내어 처리 효율을 높이고, 사실을 오도할 수 있는 편향성이 분석결과에 반영되지 않도록 사전에 정비하는 작업이 필요함. 경우에 따라서는 이 과정에서 필요한 데이터의 양을 1/100 이하의 수준으로 줄여 분석 소요시간을 크게 단축할 수도 있음.

데이터 분석

- 데이터 분석 과정은 데이터 내 변수와 관계를 도출하고, 변수 간 상관관계를 분석하는 두 가지 과정으로 대별.

① 변수 간 관계 도출 : 나타나는 현상(종속변수)과 이에 영향을 미치는 요인들(독립 변수)을 도출해내는 작업으로 데이터가 생성된 환경(도메인)에 대한 이해와 경험이 필수적으로 요구됨. 특정 현상에 영향을 미치는 요인들이 무엇인지 이해가 부족한 경우가 많고, 알아도 현상과 해당 요인 간의 관계를 반영한 데이터가 없으면 상관관계 분석이 불가능함. 예컨대 자동차 급가속 현상에 대해 이를 유발하는 요인에 대한 이해가 없어 원인을 밝혀내지 못하고 있는 것을 들수 있음. 특히 도메인에 대한 지식은 분야마다 다르기 때문에 빅데이터 분석가가 스스로 해결하는 데는 한계가 있음. 도메인 업무에 종사하는 전문가와의 협력이 필수적임.



② 상관관계 분석 : 현상과 요인의 도출 및 관련 데이터가 준비된 상황에서 변수 간 상관관계의 분석에는 통계분석 기법이 적용됨. 통계분석 기법으로는 수학적으로 잘 정립된 다양한 방법론이 존재함. 나아가 예측 모형을 만들려면 종속변수와 독립변수간의 관계를 설명하는 수학적 모형이 필요함. 복수의 독립변수가 있는 경우에는 일부 변수가 연합해서 영향을 미치는 경우도 흔히 발견됨. 어떤 분석 방법과 모형을 적용할 것인지는 분석자의 선택 문제로서 가능한 경우의 수가 매우 많음. 변수간 산포도를 그려보고 관계 모형을 추정하는 방식이 흔히 사용되고 있으나 다변수 관계에서는 한계가 있어 기본적으로 시행착오(Trial and Error) 방식을 벗어날 수는 없음. 모델을 선정하면 SAS, SPSS 등 전문화된 글로벌 통계분석 패키지를 이용하여 결과를 도출하는 게 일반적임.

· 결과적으로 데이터 정비 및 분석 방법에 오류가 없어도 분석자에 따라 각기 다른 상관관계 분석결과가 나올 가능성이 높음. 따라서 도출된 상관관계는 유일한 절대적 진실이 아니라 주어진 데이터와 선택된 모델에 기초한 부분적인 사실관계를 반영하는 결과로 인식하는 게 옳을 것임.

컴퓨팅

- 통계 모형을 선정하고 데이터를 대입하여 분석하는 작업은 데이터의 양이 방대하면 과거에는 수 일이 소요되는 경우도 드물지 않았음. 근래 컴퓨터 클러스터링, 데이터 파일 분산관리 및 데이터 처리 알고리즘 등 컴퓨터의 계산 속도를 획기적으로 높이는 컴퓨팅 스킬의 발전으로 연산 소요 시간을 수 일에서 수십 분 단위로까지 단축이 가능해지고 있음.

4. 빅데이터 활용 활성화 추진 전략

빅데이터 연구개발 접근방법

국내여건

- 시장 규모 : IT 인프라는 세계 최고수준이나 내수 시장규모가 협소하여 데이터 트래픽의 규모도 미약

- 언어의 한계 : 언어 기술적 측면에서 한국어가 글로벌 언어가 아니기 때문에 관련 솔루션이나 서비스가 글로벌한 메가트렌드를 선도하기에는 한계

- 기술적/인적 인프라 : HW, SW, 컴퓨터공학, 인지공학, 뇌과학, 언어학 등 온갖 기술이 망라되어야 하는 특성상 원천기술이 부족하고, 협력기반이 취약하며, 빅데이터 활용경험도 부족

- 구조적 한계 : 데이터 축적 업무 활용 관련기술 성숙 데이터 축적의 선순환 구조의 구축이 필요하나 데이터의 체계적인 축적 미약, 단기 성과에 대한 집착으로 낮은 수준의 피상적 데이터 분석, 성공사례 부족에 따른 추가 투자와 인력 유입 부진의 역행적 구조

- 까다로운 규제 : 국내법상 프라이버시 보호가 필요 이상으로 강력하여 소비자 정보의 활용이 제한적

- 정보 활용에 대한 인식 : 정보 보호에 대한 과민함으로 정보 공개 및 공유, 확산보다는 이를 최소화하려는 사회적 분위기 팽배

- 전문인력 양성을 위한 학제적 제도 : 빅데이터 분석을 위해서는 기본적으로 데이터 저장 및 처리, 컴퓨팅 스킬 등의



컴퓨터 공학과 통계분석 이론에 대한 이해가 필요하고, 다양한 유형의 비정형 데이터 처리를 위한 언어학, 심리학, 인지과학, 그리고 사회 여러 부문에 대한 이해를 위한 공학, 의학, 법률, 회계 등 다양한 전문 지식이 필요하나 국내 대학은 학제 간 융합교육을 지원하는 교육체계 준비가 부족(국가 빅데이터 연구센터 설립에 관한 연구, 한국과학기술한림원, 2013)

(빅데이터 추진 전략) 빅데이터 관련 연구개발 노력이 새로운 관련 서비스 산업을 창출하고 원천기술 개발과 서비스의 균형된 발전이 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 선진국 추종형 원천기술 및 솔루션 개발보다 빅데이터 서비스 개발에 우선 주력하는 게 바람직함. 이를 통해 데이터의 수집, 이해, 처리, 분석의 실무경험을 축적한 전문기업을 육성하고 성공사례를 확산시킴으로써 시장 확대와 관련 기술의 진보라는 선순환 구조의 구축을 기대할 수 있음. 이를 위해,

- 정부는 개인정보 보호와 산업 혁신간의 균형을 맞출 수 있도록 관련 법규 및 제도를 정비하고,

- IT 기업과 교육, 의료, 공공, 복지 등의 서비스 주체들 간 노하우 협력이 촉진되어야 하며,

- 의료, 금융, 교육 등 다분야 정보 데이터의 통합과 표준화된 정보축적 체계 구축을 통하여 한정된 데이터로 인한 규모의 한계를 극복하고,

- 전문적인 노하우를 축적한 선도기업의 육성과 부문별 요소기술 및 전문인력을 보유한 대학, 연구소, 정부 간 협력체계 구축이 필요하며,

- 의료/법무/회계 등의 전문 지식과 통계지식, 컴퓨터 공학과 전문적인 서비스 지식을 보유한 융합형 인재를 양성할 수 있는 학제의 구축이 필요함.

결론

빅데이터가 지식사회가 요구하는 지식 생성의 새로운 지평을 열어줄 중요한 열쇠임에는 틀림없지만 빅데이터가 마법상자가 아닌 이상 그 한계에 대한 정확한 이해가 중요함. 빅데이터 시대에 우리가 가진 가장 큰 장점은 초고속 인터넷 환경과 높은 스마트폰 보급률에 기인한 데이터의 생성과 보유에 있음. 천연 자원이 부족했던 개발시대를 어렵게 헤쳐 나온 우리에게 정보자원 강국으로서의 입지를 다질 수 있는 큰 장점으로 판단됨. 그러나 정보 자원은 가치 창출을 위한 가공과 유통 및 분석을 통한 의미 부여와 활용이 전제되지 않으면 아무런 소용이 없음.

빅데이터 시대를 선도하기 위해 주목해야 할 미래 인프라 및 소프트 기술은 클라우드(Cloud), 모바일(Mobile), 소셜(Social), 보안(Security) 및 분석(Analytics)으로 대별할 수 있음. 클라우드를 위한 하드웨어 인프라보다는 클라우드의 응용과 서비스 기술, 모바일 플랫폼에 탑재될 응용 Application, 소셜을 통한 정보의 생성과 유통, 정보의 활용과 유통 증진을 위한 모바일 보안, 그리고 정보 분석을 통한 가치가 중요함. 이 중에서 우리나라가 상대적으로 취약하고, 선택과 집중이 필요한 영역으로 단연 분석을 꼽을 수 있음.

분석은 데이터를 어떻게 분석하느냐에 따라 결과도 상이하게 나타날 수밖에 없음. 분석은 컴퓨터가 하지만 의미를 찾고 가치를 부여하는 것은 결국 사람의 역할임. 빅데이터 육성도 우리가 가진 환경의 장점과 불리한 조건을 인식하고, 선택과 집중의 전략적인 접근 방법이 필요. 단기적으로는 솔루션 및 플랫폼 개발보다는 서비스 육성 및 정착에 주력하고 동시에 분석을 위해 전문인력 양성을 위한 학제적 준비가 필요함.

* 참고 : 본 보고서 작성에는 참고문헌 중 자료 1,2의 내용을 많이 참고하였음을 밝힙니다.



(참고문헌)

1. 빅데이터 경영을 바꾸다, 함유근, 채승병, 삼성경제연구소, 2012

2. 국가 빅데이터 연구센터 설립에 관한 연구, 이영조, 김형주, 이동수, 손소영, 조광현, 이재진, 한국과학기술한림원, 2013

3. Understanding Big Data, IBM, 2011

4. Systems of Engagement and The Future of Enterprise IT, Geoffrey Moore, 2011

5. Analytics : The New Path to Value, MIT Sloan Management Review, 2010


SUMMARY

목적

4만 달러 시대 진입을 위한 미래산업용 기초소재의 공급과 이를 통한 강건한 고부가가치 타이타늄 소재ㆍ부품 산업생태계 구축을 위해 발전 전략 필요

주요현황

타이타늄 소재는 우주항공, 국방, 의료, 에너지ㆍ환경, 레저스포츠 등 미래산업 기초소재로 활용되어 4만 불 시대 진입을 위한 생태계 구축이 시급한 소재

타이타늄 소재는 대표적인 군사강국인 미국, 러시아 주도로 생산되어 왔고 산업용 소재 분야는 중국, 일본의 비중이 높아지고 있으며, 현재 선진국은 정부주도하에 타이타늄 저가화 기술 확보에 총력을 기울이고 있음

주력산업 고도화와 미래산업 창출의 핵심전략소재인 타이타늄의 종합소재화를 위해 원천기술을 확보하고 원료에서 완제품 인증까지 전주기 산업생태계 구축을 통한 창조경제 구현 가능


타이타늄 소재는 우주ㆍ항공, 국방, 의료, 에너지ㆍ환경, 레저스포츠 등 미래 산업용 기초소재 및 전략 소재로서 차별화된 기술로 전주기 산업생태계 구축

1차 소재-소재ㆍ부품가공-시스템산업 간 연계 고도화 실현, 대중소 협업을 통해 글로벌 중견기업 육성과 글로벌 Top 브랜드 개발로 수입 대체 및 신시장 창출

ｌ저자ｌ 장웅성 PD / KEIT 금속재료PD실

정창용 선임 / KEIT 금속재료PD실

국내 타이타늄 산업생태계 현황 및 발전 전략



1. 개요

금속소재는 국가 핵심 기반 소재

우리나라 철강ㆍ비철금속산업은 ‘산업의 쌀’로서 자동차, 조선, 기계, 전자산업 등 기초소재를 제공하여 주력산업의 성장과 국민소득 2만 불 달성에 결정적 기여

그러나 2000년대 이후 중국의 대규모 투자로 인해 우리 철강ㆍ비철 금속산업은 성장의 한계에 봉착하고, 우리 주력산업도 국민소득 4만 불 달성을 위한 신성장동력을 차지하지 못하고 있는 상태

* 우리나라 조강생산은 8천만 톤인 반면, 중국은 초과 공급 능력만 2.5억 톤인 상황

타이타늄은 원소재로부터 응용소재(부품)에 이르는 전주기 공급사슬의 구축없이 응용제품 개발이 진행되어 전반적 경쟁력 확보 미비

- 세계시장에서 한국의 소재 대기업은 규모 및 투자여력에서 소기업 수준에 해당

- 포스코, 동부제철, 고려아연, LS-Nikko, OCI 조차도 Dupont과 같은 글로벌기업에 비하면 기술수준 및 투자여력 미비

- 글로벌 소재시장에서 국내 기업들이 성장할 수 있도록 대중소 기업 간 동반성장 생태계 조성 필요

금속 소재산업의 특성상 제련 공정의 경우 대규모 장치산업으로 제련기업이 독과점인 경우가 다수로 대다수가 중소중견인 국내 중간재 산업의 경쟁력 확보를 위해서는 타이타늄과 같은 고부가가치 중간소재의 기술개발이 필수

- 제련 산업은 독점적인 시장지배력에 의해 원료가 상승에 따른 판매단가 전이가 가능해 원소재 가격과 연동해서 가격 변동

- 중간재 소재의 경우는 다수의 군소업체로 구성되어 경쟁자들이 많기 때문에 가격 협상력이 낮아 가격 변동에 대한 방어 여력 부족

철강ㆍ비철 금속 분야의 성장경험을 바탕으로 타이타늄 신기술 개발을 통해 선진국들이 독점하고 있는 항공ㆍ플랜트ㆍ 방위산업 등 전략산업의 생태계 조성의 필요성이 시급한 상황

- 타이타늄 소재는 30대 중점 국가 전략기술 중 ‘우주발사체 개발기술, 고부가가치 선박기술, 오염물질 제어 및 처리기술’ 등에 활용되는 핵심소재이며 미래 산업의 핵심기반인 ‘첨단소재기술’ 중 대표적인 소재에 해당

- 타이타늄과 같은 첨단산업 적용 소재의 경우 기존의 철강 산업생태계와 달리 소량 다품종의 중간 가공을 통한 중소중견기업에 대한 고부가가치 생태계 구성에 적절

2. 타이타늄 산업 패러다임의 변화

타이타늄의 특성

타이타늄은 경량, 내식성, 고강도, 인체 친화성 등의 다양한 특성을 지니며, 타이타늄의 밀도는 철이나 구리의 2/3수준이지만 강도는 훨씬 높음



- 융점은 철보다 높고 열팽창 열전도가 낮아 구조물 제작 시 변형이 적음

- 지각을 구성하고 있는 원소 가운데 9번째로 풍부한 원소이며 타 소재 대비 내식성이 우수, 이는 타이타늄 표면에 형성되는 산화 타이타늄 피막이 견고하여 재료 내부로 부식억제효과가 클뿐 아니라 피막이 파괴되더라도 즉시 재생이 되기 때문임

| 티탄철광 | | 금홍석 | | 예추석 |

| 브루카이트 | | 페로브스카이트 | | 파이로파나이트 |

| 그림 2-1 타이타늄 광물 종류 |

중국을 제외한 국가들의 타이타늄광 연간 생산량은 TiO2로 약 620만 톤인데, 그 중 티탄철광 정광 생산량이 약 1천만 톤, 천연 금홍석 생산량이 60만 톤임

- 호주의 티탄광 생산량은 세계 1위이며, 2007년 기준 티탄철광 정광은 230만 톤으로 전 세계의 22%를 차지하며 천연 금홍석은 약 31만 톤으로 전 세계의 53%를 차지

- 남아프리카의 티탄광 생산량은 세계 2위이며, 2007년 티탄철광 정광 생산량은 190만 톤으로 전 세계의 19%이며 천연 금홍석 생산량은 12만톤으로 전 세계의 20%를 차지

전 세계적으로 티탄광의 90%가 티탄백을 생산하는데 응용되고 약 5.5%가 스펀지 타이타늄을 생산하는데 응용됨

- 티탄백 생산량이 해마다 증가하고 광산 채굴량이 줄어들면서 신규 광산 개발이 시급(호주, 남아프리카, 인도, 모잠비크 등에서는 거액의 자금을 들여 새로운 광산을 개발 중)



타이타늄 산업의 응용분야

타이타늄 소재는 1948년에 개발되어 대표적 군사강국인 미국, 러시아 주도로 생산

- 그 후 산업용 소재 분야는 중국, 일본의 비중이 높아지고 있으며, 생산을 주도하는 각 국에서는 정부 주도하에 타이타늄 저가화 기술 확보에 총력을 기울이고 있음

타이타늄 소재는 해양담수설비, 해양플랜트, 자동차 등 주력 산업용 핵심소재로 사용 중이며, 우주ㆍ항공, 국방, 의료, 에너지ㆍ환경, 레저스포츠 등 미래산업 줄기로 활용되어 4만 불 시대 진입을 위한 생태계 구축이 반드시 필요한 소재

- 타이타늄은 생체친화적이어서 몸에 닿거나 심지어 몸속에 들어가도 알레르기나 거부반응이 없기 때문에, 뼈 대체물, 임플란트 등의 의학용으로 사용

- 스포츠분야에서 골프채와 등산용품에, 우주항공분야에서 헬리콥터나 항공기엔진에 타이타늄이 많이 사용

- 타이타늄의 긴 수명은 알루미늄이나 스테인리스를 대체하는 분야에서 인기

| 표 2-1 타이타늄의 주요 응용분야 |

응용분야 사용제품

의료 인공뼈, 수술용구, 핀셋, 고정나사

정밀기계 시계, 카메라, 컴퓨터 등

우주항공 기계구조물, 엔진부품

해양관련 해수담수화장치, LNG 해수쿨러용 튜브

선박 선회기 부품, 샤프트

화학공업 전해용 전극, 각종 제조장치

발전소 화력, 원자력 발전기기

자동차 콘로드, 밸브, 프레임

원자력 폐기물 수송용기

스포츠용품 골프채, 테니스라켓, 자전거

액세서리 안경프레임, 넥타이핀, 목걸이 등

타이타늄 소재는 3D 프린팅용 분말/와이어 형태로 다양한 분야에 활용이 가능한 소재이며 특히 국방부품이나 항공부품에 적용 가능

- 3D 프린팅을 사용할 경우 다품종 소량 생산에 적합하며, 환자 맞춤형 의료 부품 적용이 가능

- 기존 생산방식 대비 50% 정도의 에너지 절감이 가능하며, 사용 후 분말의 재사용이 가능하므로 원소재의 최대 90%까지 절감이 가능

- 3D 프린터 적용을 위한 저가 타이타늄 분말을 개발하기 위한 ITP 공정에 대한 연구가 진행 중이며, 저가 고순도 분말제조 기술이 금속 소재의 고부가가치 핵심기술로 요구됨



| Fuel Injector | |LPT blade | | Leading Edge | | Repair for blade |

| 그림 2-2 3D프린팅을 이용한 국방ㆍ항공분야 타이타늄 합금부품 예시 |

타이타늄 소재 및 기술 확보 경쟁 심화

전 세계 타이타늄 소재 및 부품산업 규모는 현재 150조 원 수준으로 2025년에는 약 600조 원으로 성장 예상(CAGR 10%-세계, 12%-국내)

- 한국은 세계 5위 타이타늄 소재 수입국으로 대외의존도 91% 수준이나 Bargaining Power가 약함

| 그림 2-3 국내 타이타늄 수입시장 상황 |

타이타늄 소재는 선진국일수록 1인당 사용량이 증가하나 가격 및 공급 문제로 생산 및 공급이 제한적이어서 내수 시장 확대 및 적용에 제약이 있으며 전략소재로 수입이 제한적임

- 우주항공 민수용 타이타늄 소재는 주로 일본으로부터 전량 수입에 의존

- 자국 내수시장 우선 공급정책과 안정된 다량의 수요가 있는 국가(미국)나 산업(항공)에 우선 지원하는 정책에 따라 우리나라 수요기업은 가격을 2배 이상 지불해도 구매하기 어려운 실정

- 2011년 이후 국내 타이타늄 수입/수출량의 폭발적 증가 및 국내 시장에서의 고가 소재 수입과 저가 스크랩 수출로 무역역조 심화



- ECA(Emission Cintrol Area) 배기가스 규제법(2016년 발효) 대응 선박엔진용 SCR촉매(TiO2) 개발 필요

| 그림 2-4 연도별 Ti 수입규모 |

한국은 타이타늄 산업 경쟁력이 15위로 G7국가로의 도약과 국민소득 4만 불, 무역규모 2조 달러 시대를 열기 위해서는 타이타늄 산업의 경쟁력 확보가 필수

- 타이타늄 산업 관련 투자가 시급히 이루어지지 않으면 소재 공급의 종속에 따른 후방산업의 고부가가치화와 주력산업의 경쟁력 확보, 국가 방위산업의 독립이 어려움

| 그림 2-5 세계 타이타늄 수요 국가순위 |



3. 국내외 타이타늄 산업 현황

각 국의 타이타늄 산업 지원 현황

(미국) 정부 주도로 연구개발하며 국방성은 DARPA 프로젝트를 통해 연속공정에 의한 저원가 공정개발, 에너지성은 자동차, 특히 트럭 적용 목적의 범용 소재화 사업 추진

(EU) 영국, 독일을 중심으로 타이타늄 스폰지/분말의 경제적 생산을 위한 신환원공정(Imperial College, Cambridge Univ.)을 개발한 단계로 광석에서 직접 Ti 금속을 확보하려는 노력이 활발

(일본) 정부주도 METI & JTS National Program은 영국이 주도하는 FFC 공정을 대체하려는 저원가 타이타늄 금속제조 연구 및 고성형성/초탄성/저영률/고강고 등의 다기능 특성을 구현하는 고기능성 타이타늄 부품화 연구사업 진행

(중국) 최근까지 타이타늄 생산량이 급격히 증가하여 스폰지와 잉고트 생산량이 세계 2위를 차지

- 타이타늄 산업 품질 고도화 ‘제12차 5개년 발전계획‘ 등 1954년 이후 지속적 투자와 우주항공 산업에서의 수요에 힘입어 타이타늄 강국으로 부상

- 산업체(BAOJI), 연구소(IMR) 등에서 많은 연구 인력이 타이타늄 관련 산업과 연구에 종사

(러시아) 세계 최대 타이타늄 스폰지 생산국가인 CIS(러시아, 우크라이나, 카자흐스탄)에서 서방 세계와 단절된 타이타늄 합금개발이 수행 중이며, 고강도 항공우주용 합금과 해양 내식용 합금 등을 개발 중

선도국 중심의 타이타늄 산업 현황

군사용 항공기 및 민간 항공 분야에서 타이타늄 수요의 폭발적 증가

- 항공기의 경우 타이타늄 적용 비율이 기존 대비 45% 이상 증가

- 전투기 F-15(26%), F-22(39%), F-35(39%), 민항기(보잉787-15%)

| 그림 2-6 선도국 중심의 타이타늄 산업 현황 |



전 세계적으로 복합발전(전력), 해수담수화(물), 친환경선박 등 플랜트 수요 급증

- 담수화 설비의 핵심튜브소재로 Ti 및 Cu계 합금이 경쟁적으로 활용(전체 튜브재의 30% 활용)

- 산업플랜트용 Ti 원자재 세계 수요 2009년 47억 불 규모

- TiO2 담체 SCR 촉매: 49억 불(’13) 110억 불(’20)

| 그림 2-7 해수담수설비 증가추세 및 전망 |

의료기술 발달 및 노령화로 인한 임플란트 시술의 증가

- 세계 임플란트 시장 규모는 매년 8.9% 정도로 지속적 성장

- 타이타늄은 임플란트 핵심금속으로 원자재는 연 3억 불 규모 수요

| 그림 2-8 생체소재 시장규모 |



타이타늄 산업 및 시장 현황

대표적인 타이타늄 적용 시장으로 우주항공소재, 국방용 소재, 의료용 소재, 에너지환경 소재 시장이 있으며 해당분야의 2020년 세계 시장은 3,306억 달러로 연 15%의 성장 기대

- 국내 시장의 경우 ’13년 25억 달러에서 ’20년 66억 달러로 예상

| 표 2-2 세계 타이타늄 시장규모 예상 |

세계시장 규모(억원) ’12 ’15 ’18 ’21 ’25연평균

성장률

빌렛, 봉재, 튜브재 및 판재

금액 2조 9,380억 3조 5,579억 3조 9,986억 4조 8,383억 6조 3,420억(6.26)%

성장률(%) 5% 5% 5% 7% 7%

Ti 스폰지/잉곳금액 1조 7,500억 2조 1,438억 2조 6,262억 3조 2,173억 4조 2,172억

(6.26)%성장률(%) 5% 5% 5% 7% 7%

그 외금액 1조 2,592억 1조 5,249억 1조 7,138억 2조 737억 2조 7,182억

(6.26)%성장률(%) 5% 5% 5% 7% 7%

금액 합계 5조 9,472억 7조 2,266억 8조 3,386억 10조 1,293억 13조 2,774억 (6.26)%

* 참조 : Titanium Metal(Market Outlook to 2015, Roskill Information Services)

| 표 2-3 국내 타이타늄 시장규모 예상 |

국내시장 규모(억원) ’12 ’15 ’18 ’21 ’25연평균

성장률

빌렛, 봉재, 튜브재 및 판재

금액 2,298억 2,718억 3,139억 3,798억 4,978억6.67%

성장률(%) 6.1% 6.1% 6.1% 7% 7%

Ti 스폰지/잉곳금액 1,750억 2,143억 2,626억 3,217억 4,217억

6.26%성장률(%) 5% 5% 5% 7% 7%

그 외금액 984억 1,165억 1,345억 1,627억 2,133억

6.67%성장률(%) 6.1% 6.1% 6.1% 7% 7%

금액 합계 5,032억 6,026억 7,110억 8,822억 1조 328억 6.67%

* 참조 : Titanium Metal(Market Outlook to 2015, Roskill Information Services)

* 시장 규모는 타이타늄 Mill Product만 고려함.

- 세계시장은 중국, 미국, EU, 일본, 러시아 시장 통합하여 계산

- 빌렛, 봉재, 튜브재 및 판재가 Mill Product의 77% 차지

- 스폰지/잉곳 연평균 5% 증가, 가격 평균 1만원/kg 으로 산정

- 국내 Ti 스폰지/잉곳시장은 세계시장의 10%로 추정하여 계산



타이타늄의 수요는 미국 주도의 항공, 군수 산업 중심으로 초기 시장이 형성되었으며, 일본 주도로 산업용 소재재로 확대

- 분야별 타이타늄 사용은 산업이 48.8%로 가장 많이 사용되고 있으며, 이어서 항공분야에서 39.0%로 사용되고 있음

- 국가별 타이타늄 사용은 미국, 서유럽, 일본 순으로 사용되고 있으며, 단일 국가로는 미국 다음으로 일본에서 가장 많이 사용하고 있음

| 그림 2-9 산업별 및 국가별 타이타늄 사용 현황 |

우리나라의 타이타늄 산업 경쟁력 및 현황

국내에서는 산업과 연구역량이 타이타늄 하공정 기술에 응집되어 있어, 저원가 광물 활용 통합생산 상공정 기술 개발을 통한 타이타늄 소재의 전주기 자력생산 체제를 확보할 필요가 있음

- 중간재, 부품, 완제품의 하공정 기술분야는 선도국 대비 70~90%에 이르는 기술수준을 보여주고 있으나 고부가가치화에 필수적인 원료-소재화 및 인증 부문의 경쟁력은 60% 수준

- 타이타늄 관련 정부 R&D에 참여하는 국내 연구기관은 지속적으로 증가하고 있어 산업생태계 완성을 위한 연구역량과 하공정 경쟁력은 일부 보유하고 있는 것으로 판단



(선도국 대비 국내 산업 현황)

Ti가치사슬 원료 소재 중각재 부품 완제품 인증

기술수준

연구인력

인프라

선도국 대비 90% 선도국 대비 70% 선도국 대비 60%

| 그림 2-10 국내 타이타늄 기술수준 및 연구기관 수 현황 |

한국은 중간재를 수입하여 2차 가공하는 산업생태계를 보여주고 있으며 광석의 정련, 중간재 제조, 폐기 등에서 취약함

| 그림 2-11 국내 타이타늄 관련 산업 가치사슬 개략도 |

타이타늄은 원료로 수입하느냐 잉고트로 수입하느냐에 따라서 완제품에 대한 부가가치성이 크게 변화됨

- 현재 국내 타이타늄 소재 수입은 주로 잉고트 또는 판재 형태로 이루어지고 있으며, 절삭가공에 의한 2차 가공이 주를 이루고 있어 다량의 스크랩이 발생하고, 정련/제련 및 재활용 기술 부족으로 스크랩을 낮은 가격으로 외국에 재수출하고 있는 실정임

- 이러한 이유로 국내 수출입 동향을 보면 2012년 수입량은 264,365톤(10억 불), 수출량은 225,452톤(2.3억 불)으로 중량차이는 38,913톤에 불과하지만 금액으로는 약 7.8억 불의 적자가 발생하고 있음



204,880 234,721

| 그림 2-12 국내 타이타늄 수출입 동향(중량, 단가) |

* 출처 : 한국희소금속산업기술센터 정보서비스, www.kiram.re.kr

이를 극복하기 위해서는 부가가치를 극대화하는 방안 및 고부가가치 제품 개발이 우선적으로 요구되고 있으며 부가가치 극대화를 위한 새로운 패러다임이 요구됨

- 국내 타이타늄 산업은 고가의 잉고트를 수입하여 2차 가공(절삭가공) 위주로 제품화하고 있어 소재의 손실이 50% 이상 발생하며, 부가가치는 3.2배로 원재료를 개발하는 가치사슬에 비해 부가가치율이 1/2에 불과

- 원료를 제련/정련을 통해 잉고트를 자체 공급하고, 광물에서 스폰지 타이타늄으로 제조하게 되면 부가가치는 6.7배로, 잉고트를 제조하게 되면 2.3배로 부가가치가 증가하기 때문에 가치사슬 관점에서 원재료-중간재-최종제품단을 병행 개발해야 부가가치를 극대화시킬 수 있음

| 표 2-4 Ti 산업의 공정에 따른 부가가치 증가율 |

Product Stage:Steel

(Units: $/ton)

Aluminum Titanium

(Units: $/ton)Factor to

steel(Units: $/ton)

Factor to steel

Factor to aluminum

Ore extraction 9.07 45.36 5 136.08 15 3Metal refining 45.36 308.44 7 907.18 20 3

Ingot formation 68.04 317.51 5 2041.51 30 6Sheet formation 204.12 1360.78 7 14741.75 72 11

* 출처 : Misc, Aruvian’s R’search



| 그림 2-13 세계 타이타늄 산업의 가치사슬 단계별 부가가치 증가율 |

4. 국내 타이타늄 산업생태계 발전 전략

타이타늄 산업생태계 구축을 위한 방향 제시

타이타늄 합금소재는 미래산업 기간소재로 전략적 산업생태계 확보가 필수

- 타이타늄 합금 소재는 현재 국내 제조기반 미확보로 국방차원에서는 돈이 있어도 구할 수 없는 EL(Export License)품목으로 전략소재로 지정되어 있는 상황

- 최근 담수설비용 기초 산업소재로 수입이 급증하고 있는 민수소재이며, TiO2 소재는 대형 선박 SCR 촉매로 개발되어야 하는 배기가스 규제법에 대응하는 환경소재이기도 함

전주기 R&D의 결과가 최종 산업수요로 연결될 수 있도록 수요산업 연계 강화가 필요

- 타이타늄 소재가 사용되는 우주ㆍ항공소재, 국방용 소재, 의료용 소재, 에너지ㆍ환경 소재 시장 등은 극한물성이 요구되는 산업군으로 상용화를 위해서는 인증, 표준화, 사용실적 확보 등에 대한 지원 강화가 필요함

- 우주항공, 국방산업 및 에너지 산업 등 첨단 미래산업의 수요에 적용하기 위해서는 장기간에 걸쳐 인증절차가 필요

고부가가치 타이타늄 산업생태계 완성을 위한 원료부터 출발하는 전주기 스트림형 R&D 지원 필요

- 원료-소재-제품화에 따른 부가가치 증가가 철강은 약 2배이나 타이타늄은 수십~수백 배로 고부가가치 획득을 위해서는 원료부터 출발하는 산업생태계 구성이 필수

- 타이타늄과 같은 특수산업소재의 민간기업 자체능력만으로는 기술장벽, 경제적 위험도 및 빠른 정책적 상황변동에



따른 어려움이 많아 신사업 도전을 어렵게 여기고 있음

- 원료와 연계된 소재 R&D는 상용화까지의 소요기간이 긴 위험성이 높은 R&D로, 공정엔지니어링이 중요 R&D가 되므로 기존 단순소재 R&D에 비해 정부지원의 확대가 필요

- 현재까지 국내에서 타이타늄 관련 정부지원 사업은 분산된 소규모 연구지원의 연속이었고 연구기간이 종료됨과 동시에 대부분 연구 인력 분산과 장비, 노하우는 민간으로 전수되지 못하는 상황이 반복됨에 따라 이를 극복하기 위해서 대형 장기과제를 유도하여 연구 인력과 관련시설의 장기적인 보존 및 연구 파급력 향상 도모 필요

국내 부존원료 활용의 극대화 및 해외자원의 안정적 공급체계 구축 필요

- (소재 공급전망) 고순도 타이타늄 광석의 희소성에 의한 공급 불안은 이미 지난 2005년도에 한차례 있었으며, 2008년 리만사태의 수요 급감에도 불구하고 2012년 타이타늄 금속 스폰지 수요는 2005년(약 11만 톤) 대비 2배 이상인 24만 톤을 창출

- 그러나 국내 광석의 대부분은 TiO2 성분이 20% 이내인 티탄철광 또는 타탄자철광이므로 그 경제성이 낮아 저순도 광물활용 기술 개발을 통한 경제성 확보가 필요하며 국내에서 그 활용은 매우 제한적임(일부 제철소의 용광로 노벽 보호재 등으로 활용됨)

전주기에 걸친 CO2 감축에 따른 CO2 배출권 부여 및 세제 혜택 부여

- 상공정에서는 실제 철강생산과 유사한 수준의 CO2가 발생하지만 경량화 효과 등 전주기 CO2 발생량은 철강대비 약 30~40%의 저감효과가 있어 이에 대한 CO2 배출권, 세제 감면 등 에너지 저감으로 인한 혜택 제공 필요

- TiCO2 톤 당 CO2 배출량 1.34톤* (※ 철강 톤당 CO2 1.38톤 발생)

* Default Emission Factor

타이타늄 종합소재화를 통한 전주기 가치사슬(Value Chain) 완성

미래산업용 타이타늄 종합소재화를 통한 전주기 가치사슬 완성으로 주력산업 고도화 및 미래산업 견인

- 타이타늄 종합소재화의 정의 : 저가ㆍ저순도광(1/4가격, 20배 매장량)을 직접 활용하여 금속, 세라믹, 화학소재의 통합 생산과 광석에서 소재-부품-완제품 인증까지 전주기 산업생태계를 구축하여 부가가치를 극대화하는 First Mover형 사업

- 저순도광을 활용한 Ti 원천소재 연속제조기술 확보를 통한 전주기 가치사슬 완성과 가격 경쟁력 확보와 이를 통한 하공정의 금속, 세라믹, 화학소재 및 응용부품 제조의 경쟁력을 동시에 강화

차별화된 타이타늄 소재 기술(저가원료 단순공정 고급제품)개발로 선도국 대비 소재ㆍ제품의 원가 및 성능 확보

미래핵심소재 조기 상용화를 위한 타이타늄 Biz. Platform 운용을 통해 소재부품 시장에서의 글로벌 리딩 실현과 대중소 동반성장형 창조경제 구현

* 우주ㆍ국방ㆍ항공ㆍ에너지 산업용 전략소재, 국민 삶의 질과 직결된 의료·환경용 고신뢰도 부품 및 ITㆍ자동차ㆍ 플랜트 등 주력산업 저원가 고성능 소재·부품 등

원료에서 중간재를 만드는 상공정 기술 확보로 전체 밸류 체인 연결하여 선순환 산업생태계 조성 및 발전 방향을 수립



타이타늄 산업 글로벌 선도국 진입

World First 소재-부품-완제품 전주기 사업화

- 전주기 저가화 기술 확보를 통한 미래 산업(의료, 우주항공, 에너지, 환경 등) 신시장 창출 선도

- 국가 안보 및 국민 삶의 질 향상을 위한 전략소재 자립화 및 국내 수요 산업의 경쟁력 강화

신규 시장 진입자로서 차별화된 산업 육성 전략을 통해 저가ㆍ고성능 소재 기술 확보 필수

- 선도국들의 고가 고순도 루타일 광석을 이용한 스폰지 타이타늄 제조 기술과 차별화된 기술 개발 필요

타이타늄 소재/부품 관련 원천소재 상용화를 통한 주력산업 고도화 및 미래산업 생태계 확보

- 국민소득 4만 달러 시대를 위한 고부가가치 산업생태계 실현

- 글로벌 선도 중소중견기업 육성(응용제품 전문업체)

- 글로벌 Top Brand 제품 창출

| 그림 2-14 국민소득 4만불 시대 미래산업의 쌀의 역할을 하는 타이타늄 소재 |



5. 맺음말

국내 금속소재의 제련 및 제품화 기술은 부가가치가 낮은 범용 철강재를 중심으로 개발되어 경쟁이 심화되고 있는 현 상황에서는 생존이 어려우며, 미래 산업의 기초소재인 극한성능 비철소재 관련 기술은 매우 낮은 수준으로 고부가가치화 전략을 통해 소재 산업의 경쟁력 강화 필요

- 미국, 유럽 중국 등 각 국은 비철 분말소재 기반의 고부가가치 기술을 신소재와 신제조 기술을 결합한 항공, 의료 등 첨단 부품 제조에 적용함으로써 고부가가치화에 노력 중

타이타늄 소재는 우주ㆍ항공, 국방, 의료, 에너지ㆍ환경, 레저스포츠 등 미래 산업 줄기로 활용되어 4만 불 시대 진입을 위한 생태계 구축이 반드시 필요한 소재

- 타이타늄은 해양담수설비, 조선, 해양플랜트, 수송기기 등 주력산업용 핵심소재로 사용 중이나 전략 수입에 의존

* Ti 금속소재는 전량수입, TiO2는 90% 수입

4만 불 시대 창조경제의 핵심 산업인 항공, 국방 및 의료산업용 기간 소재ㆍ부품의 기술 확보를 통한 시장 진입 장벽 해소

중소기업 주도의 금속가공산업 진화를 통한 1차 소재-소재ㆍ부품가공-시스템산업 간 연계 고도화 실현 및 대중소 상생 생태계 확산

극한 성능의 비철소재 개발과 연계하여 소재 가공 및 제품화 기술을 동시에 확보하여 항공, 국방, 의료 등 미래 산업 소재-부품-시스템 협업 생태계 구축

| 그림 2-15 국내 타이타늄 관련 산업 가치사슬 변화 |



오늘날 대한민국의 눈부신 경제 성장 과정에서 국내 철강 산업이 경쟁력 있는 철강소재를 자급화하고 안정적으로 공급함으로써 2만 불 시대를 견인했다는데 이견이 없을 것이다. 우리나라가 향후 2만 불 시대를 넘어 4만 불 시대를 개척하기 위해서는 주력산업의 고도화와 함께 창조경제에 기반한 신산업의 창출이 절실하며 이러한 미래 산업의 기간 소재는 타이타늄이 될 것이다. 따라서 타이타늄의 전주기 산업 생태계 완성을 통해 국가 안보 및 국민 삶의 질 향상을 위한 전략소재 자립화와 국내 첨단수요 산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있을 것이다.

(참고문헌)

1. 중국의 타이타늄 개발 정책과 산업동향 (2013, 한중과학기술협력센터)

SUMMARY

목적

JEC Europe 2014 전시회에서 탄소섬유강화 복합재료의 시장동향을 살펴보고 기술개발 방향을 제시

주요현황

Key issue인 수요-공급 가격 차이에 대응한 탄소섬유와 성형공법의 Cost Down 기술개발이 활발하게 진행 중

풍력발전기 블레이드, 항공기와 차량의 경량부품, 고압가스 탱크, 기계장비 부품 분야에서 EU와 일본기업들이 신제품 개발을 주도

경주용 차 및 수퍼카에만 사용되던 탄소섬유강화 복합재료가 양산차인 BMW i3와 폭스바겐 XL1에 채용되면서 향후 자동차 주요 부품들에 본격적으로 적용될 것으로 예측


차량 연비규제에 따라 탄소섬유강화 복합재료 경량부품 시장이 크게 성장할 것으로 예상되며 이러한 변화는 미래 신성장 동력산업을 육성하는데 절호의 기회

시장변화를 산업성장의 기회로 만들기 위해서는 탄소섬유 제조원가 혁신기술 개발, 세계에서 가장 효율적인 복합재료 고속성형기술 개발, 차량 경량화 소재부품 공급망(생태계) 구축이 시급

이러한 목표를 달성하기 위해서는 디자인, 기계, 화학, 섬유 분야를 융합한 산ㆍ학ㆍ연ㆍ관이 참여하는 한시적인 연구개발기구가 필요

ｌ저자ｌ 김익수 PD / KEIT 섬유의류 PD실

JEC Europe 2014 전시회를 통해 본 탄소섬유강화 복합재료 기술개발 동향



1. JEC Europe Composites Show 2014

섬유강화 복합재료의 세계 최대 전시회

JEC그룹(www.jeccomposites.com)이 2014년 3월 11일~13일 파리에서 개최하였으며 1,239개 기업이 출품 전시하였고 71%는 유럽, 19%는 아시아, 10%는 북미의 기업들이 참여

- 제조장비와 S/W, 원부자재, 복합재료와 부품분야의 기업 등 모든 벨류체인의 기업들이 참가

- 자동차, 항공우주, 선박해양, 풍력발전, 건축토목, 생산장비 등 제품의 용도가 매우 다양하고 빠르게 확장되고 있음

- 한국에서는 ㈜효성에서만 참가하였고 탄소섬유 및 토우프리프레그를 전시

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| 그림 3-1 전시회 참여기업들의 구성 |

ISSUE 3 JEC Europe 2014 전시회를 통해 본 탄소섬유간화 복합재료 기술개발 동향


88개국에서 35,727명이 참관하였으며 이 가운데 58%는 수요기업, 42%는 제조관련 산ㆍ학ㆍ연 관계자임

- 참관자 가운데 82%는 유럽, 5%는 아메리카, 13%는 아시아 및 중동

- 한국에서도 약 300여명이 넘게 참여하였고 특히 JEC그룹과 정보교류 MOU를 체결한 한국탄소융합기술원과 관련기업 임직원 50여명이 참가하여 제품과 기술동향을 조사

| 그림 3-2 전시회 참관자들의 구성 |

탄소섬유강화 복합재료(CFRP)산업의 기술개발 방향

CFRP산업의 Key Issue는 ① Cost Down, ② 새로운 물성과 용도의 소재와 제품, ③ Recycle 및 Repair Solution개발임

Cost Down은 산업성장의 가장 큰 장애요인으로서 이를 해결하는 기술개발 흐름은 아래와 같음

- 탄소섬유의 원가혁신 기술, 고속성형용 열경화성 및 열가소성 수지 등의 소재 개발

- 수요산업의 부품 수를 줄여 조립생산 원가를 절감시킬 수 있는 복잡형상의 모듈화된 부품, 최종 소비자의 연료비와 유지보수 비용을 절감시킬 수 있는 경량화 부품 등 Total Cost 측면에서 저렴한 제품 개발

- 3D 패브릭, 고속성형법, 제조 및 검사 자동화 장비 등 생산공법과 장비 개발

새로운 물성과 용도의 제품개발이 활발히 이루어지고 있으며 특히, 최대 수요시장으로 기대되는 자동차부품을 타깃으로 다양한 신제품들과 신기술들이 제시되었으며 전시장 분위기도 첨단산업과 같이 활기가 충만

- 기존의 수퍼카에 채용되어 성능이 검증된 Passenger Cell, 동력전달 샤프트, 범퍼백빔, 프론트앤드모듈 등의 부품들이 양산차량으로 확대

- 양산 컴펙트카인 BMW i3 전기차에 Passenger Cell 등 약 300kg의 CFRP부품이 사용되었고 폭스바겐 XL1 등 친환경차량에 속속 채용되고 있음

- 항공우주, 대형 해상풍력 발전기의 블레이드, 선박해양, 토목, 태블릿이나 스마트폰의 하우징 등 주요 용도시장에서 성능과 편의성이 향상된 제품이 등장



지속가능한 산업으로 발전하기 위해 필요한 Recycle기술은 개발단계이고 Repair기술은 항공분야에서 작업표준, 유지보수자재, 교육프로그램들이 제시되고 있음

- CFRP폐기물이 산업폐기물로 분류되어 처리비용이 부과되고 있으며 특히, 자동차부품으로 적용되기 위해서는 EU에서 규정한 85% Recycle율을 달성해야함

- CFRP폐기물을 태워서 탄소섬유만 회수하거나 화학처리법으로 탄소섬유와 함께 수지 분해물을 얻는 공법, 열가소성 CFRP를 분쇄하여 재활용하는 방법 등이 제시되었으며 특히, 열분해법에 의한 탄소섬유 재활용 기술은 상업성을 확보

CFRP산업의 시장동향

2013년 탄소섬유 시장규모는 약 5만 5천 톤, 25억$로 총 수량의 95%가 CFRP로 사용되었고 나머지는 탄소-탄소, 탄소-세라믹, 탄소-금속 복합재료에 소비됨

- 탄소섬유 시장은 Toray가 주도하는 가운데 Teijin, Mitsubishi, SGL이 추격하는 구도

- 수요기업과 콜라보레이션에 의한 리스크 분담, CFRP 성형사업 진출과 같은 Value Chain의 수직통합 등이 활발히 이루어지고 있음

2012년 CFRP 시장규모는 약 6만 5천 톤, 103~146억$로 2020년까지 연평균 성장률은 13~17%로 추정

- 성장률이 높은 용도시장은 자동차, 항공, 풍력블레이드, 고압가스 탱크이고 CFRP의 80%는 프리프레그를 사용하여 제조

- 세분시장 개발, 수요기업과의 콜라보레이션에 의한 사업 안정성 확보, 기술개발투자가 경쟁적으로 추진되고 있음

2. 탄소섬유

UHT Unitech

대만의 UHT Unitech사는 Toray T800, T1000과 유사한 물성의 제품을 15~30% 저렴하게 제조

- 일반품목의 탄소섬유를 사용하여 Microwave 탄화공법으로 고품위 제품 생산

- 통상의 기술에서 벗어난 부분이 있으나 Microwave 탄화기술은 미국과 일본에서 R&D투자가 집중되고 있는 가운데 상업화 제품이 등장

Microwave 탄화기술과 설비를 판매할 수 있다고 함



Designation Fiber TypeNumber of Filament

TensileStrength

TensileModulus

ElongationMass per

unit lengthPrice

difference

(MPa) (GPa) (%)Tex

(g/1000m)- %

UHT U30S 12K/24K 5300 295 1.8 760/150015-30%

(Toray T800H)

UHT UT1000 12K 6300 310 2.0 41015-20%

(Toray T1000)

Toray T700 12K/24K 4900 230 2.1 750/1650

Toray T800 6K/12K 5490 294 1.9 223/445

Toray T1000 12K 6370 295 2.2 485

| 그림 3-3 UHT Unitech의 고성능 탄소섬유 |

Toray

고성능 탄소섬유 ToraycaⓇ T1100G

- 나노 크기로 섬유구조를 제어하는 공정기술개발로 인장강도 6.6 GPa, 인장탄성률 324 GPa의 PAN계 탄소섬유로는 세계 최고의 물성을 달성

- T1100G에 적합한 고강도 고탄성 프리프레그용 수지도 함께 개발

- 항공기 1차 구조재, 로켓 부품, 스포츠용품 등 용도개발 진행 중

項目 T1100G T1000G T800S

引張强度(GPa) 6.6 6.4 5.9

引張彈性率(GPa) 324 294 294

| 그림 3-4 Toray의 고성능 탄소섬유의 물성 |



세계 1위의 탄소섬유사업을 유지하기 위해 기술개발과 사업투자 확대

- 한국 4,700 톤, 프랑스 5,200 톤, 미국 7,900 톤, 일본 9,300 톤 총계 27,000 톤으로 탄소섬유 생산Capa. 확장

- 연산Capa. 8,200 톤의 세계 최대 라지토우 탄소섬유기업인 미국 Zoltek 주식 100%를 인수 합병하였고, 미국, 프랑스, 독일에 자회사 또는 현지 수요기업과의 J/V를 설립하여 시장 주도권을 강화

CFRP Value chain에서 압도적인 우위를 확보하기 위해 소재에서 제품까지 모든 영역에서 연구개발과 사업투자 확대

- CFRP 고속성형을 위한 수지, 성형공법, 장비개발과 아울러 일본 NEDO의 혁신탄소섬유기반 기술개발에 참여하는 등 Connect&Development에 전향적으로 투자

- 항공우주, 자동차부품, 고압가스탱크, 풍력블레이드 등 주요 CFRP 제품개발을 수요기업과 공동으로 개발

2014년 3월 회기의 탄소섬유 및 탄소섬유강화 복합재료사업 실적

- 매출액이 전년대비 18% 증가한 1,133 억 엔에 영업이익률 15%이며 전사 영업이익률은 5.7%

- 제품구성은 섬유, 직물, 프리프레그, 펠렛, 매트, Chopped and Milled fiber, Braid, Paper, CFRP성형품

- 항공기 분야에서 B737, 777, 787, A320, 380 부품의 매출신장, 스포츠 분야에서 고부가가치 제품으로의 상품구조 개선, 일반산업 분야에서 CNG탱크와 노트북 케이스의 판매증가로 인해 탁월한 사업실적 실현

| 그림 3-5 Toray의 탄소섬유 제품구성과 용도 |



2. 수지 및 Hybrid 섬유

열경화성 수지

Huntsman, Henkel, DSM, DIC, BASF, DOW, Evonik 등 대표적인 화학기업들이 다양한 CFRP 부품에 적용할 수 있는 물성의 고속성형용 열경화성 수지 제품들을 출시

- 주로 Epoxy계 및 PU계 수지

- 경화시간 30초 이상, 성형시간 1분~7분의 RTM(Resin Transfer Moulding) 또는 Compression Moulding용 수지

| 표 3-1 Huntsman의 HP-RTM용 수지의 성형시간 |

STANDARD RTMFASTEST HP RTM SOLUTIONS

(reference)XB 3585/XB 3458

NEWXB 3585/Aradur®3475

Preform set 1~5min 0.5min

Mould Temperature 30~120°C 100°C 110°C

Injection 2~15minup to 0.5min

(small to medium part)up to 1 min

(small to large part)

Cure 10~60min 5min 2min

Demolding 1~5min 0.5min

Part production time(minimum)

14~85min 6.5min 4min

DMA Tg onset 100~190°C 93~103°C 105~115°C

핵심기술은 반응속도, 기계적 물성, 성형점도, 경화공정의 치수 안정성, 탈형성, 친환경성 등을 제어할 수 있는 반응기구 설계, 모노머와 경화제, 촉매, 탈형제, 점도 조절 기술

- CFRP의 용도와 사용 환경에 따라 수지조성이 상이

- 급격한 충격에 CFRP가 파괴되지 않도록 순간 인성이 높은 수지가 바람직

기술개발 방향은 고속성형, 함침성과 기계적 물성 향상, 로하스 기준의 잔류 할로겐 원소 농도 관리, 반응성 용제 시스템, 취급ㆍ보관 안정성 향상, 130℃이상의 Tg, 재작업 및 Recycle성 향상

- Hexel의 고압RTM용 수지 M77: 성형시간 2.5분, Tg 130℃

- M77로 제조한 탄소섬유 프리프레그는 23℃ 6주의 보관안정성과 고속성형에서도 기존 Autoclave방식의 수지보다 양호한 접착력을 구현



| 그림 3-6 Hexel M77수지의 고압RTM 성형 |

| 표 3-2 Hexel M77Ⓡ프리프레그 허니컴의 접착력 |

Nomex honeycomb A1-48-3 12.5 mm (접착력 : MPa)

Product Cure cycle average min max

M77/56%/200T2/CHS-3k20 minutes at 120°C; 3 bar autoclave 57.8 52 65

3 minutes at 150°C; 3 bar under press 49.1 42.1 55

Ref: 1458/50%/220T2/3K 180 minutes at 160°C; 3 bar autoclave 50 36 75

Aluminium honeycomb 5052-3/16-12.5mm

Product Cure cycle average min max

M77/56%/200T2/CHS-3k20 minutes at 120°C; 3 bar autoclave 37.1 34.4 42

3 minutes at 150°C; 3 bar under press 32.3 28.7 36.5

Ref: 1454/54%/193P/3K 90 minutes at 125°C; 3 bar autoclave 33 28 38



구조용 발포수지

풍력블레이드, 선박, 항공, 철도, 자동차, 레이돔 등 성형부품의 Core재료로서 Closed Cell구조의 발포수지를 적용하여 강성을 보완

- BASF의 Polyester계 KerdynⓇ, Evonik의 Poly(methacrylimide)계 ROHACELLⓇ 등이 대표적

- 하니컴에 비해 디자인 자유도가 높아 다양한 성형부품에 적용

Evonik의 Poly(methacrylimide)계 ROHACELLⓇ

- 다른 수지와의 상용성이 우수하고, 220℃의 내열성과 0.7 MPa의 내압성과 함께 기계가공이 용이

- Class A 수준의 표면 조도로 성형이 가능하여 샌딩과 같은 마감공정이 필요하지 않음

- 산업용 부품, 항공우주, X-ray기기, 선박이나 철도용 부품, 풍력블레이드 등에 적용

| 표 3-3 Evonik ROHACELLⓇ의 헬리콥터 로터 및 항공기 구조재로서의 적용성 |

Constructionconcept

Sketch Rigidity Weight Layup cost Jointing cost

Full sandwich design ++ + ++ ++

Skin sandwich + ++ + 0

Profilereinforcement

+ + 0 +

• ROHACELL®, • Cover layer, e.g. CFRP, ++very good, +good, 0 satisfactory



열가소성 수지

금번 JEC 2014 전시회에서는 열가소성 프리프레그 및 복합재료 고속성형 기술이 크게 주목을 받았음

- 열가소성 복합재료의 장점: 높은 Toughness, 고속성형, 단순한 제조공정, 재작업과 재활용이 용이, 다양한 물성의 Matrix 수지

- 단점 : 낮은 Tg, 낮은 크리이프 저항성

탄소섬유 제조사는 수요에 따라 다양한 열가소성 Tow-preg, Chopped-preg, 사출용 LFT chip, Tape-preg, UD 프리프레그를 판매

- 주로 PP, PA, PE, PET, ABS, PC 등이 범용부품에 사용됨

- 수지의 내열성(Tg)에 따라 용도를 구분(그림 3-7참조)

캐나다의 Aonix사는 태블릿의 바디와 샤시에 적합한 고속 Stamping성형공법, 열가소성 수지, 성형기를 개발하여 판매

- CFRP 태블릿 바디의 두께는 기존 Aluminum에 비해 50% 얇은 0.7mm이고 중량은 65%가 가벼움

- 랩탑과 태블릿 케이스뿐만 아니라 자동차 분야에 적용할 수 있는 수지와 성형기를 개발 중

항공기용 CFRP 부품에는 Tg가 높은 PPS, PEI, PEEK, PAEK 등 내열성 수지들이 적용

- Fokker Aerostructures는 Cytec의 탄소섬유-PEEK 프리프레그를 사용하여 Airbus의 동체 패널을 개발

- Dutch Thermoplastic Composites는 Airbus 동체용 Stringer를 프레스법으로 개발하였으며 총 성형가공시간은 15분

- Victrex는 PAEK 열가소성 복합재료를 사용하여 Bracket, Clamp, Window Frame, 동체용 Stringer 등의 부품을 개발

| 그림 3-7 열가소성 수지의 Tg에 따른 CFRP의 용도 |



| 그림 3-8 상업용 항공기 분야에서의 열가소성 CFRP의 수지 적용 추이 |



CFRP용 Hybrid 섬유

탄소섬유와 고강력 PP섬유(Innegra Tech사)를 혼용하여 만든 평직물과 Epoxy수지로 열경화성 복합재료 판을 제조

- 기존 CFRP와 비교하여 내충격성이 100% 향상되고 경량화 및 Cost Down 실현

CFRP의 물성을 보완하거나 원가절감을 위해 초고분자량PE섬유, 폴리아릴레이트섬유, 파라-아라미드섬유, 유리섬유, 현무암섬유, 카본나노튜브, 나노셀룰로오스섬유 등 다양한 섬유소재를 탄소섬유와 혼용

| 그림 3-9 고강력 PP섬유와 탄소섬유 복합사로 만든 열경화성 복합재료 및 내충격 강도 |



4. 성형공법과 CFRP 부품

3D Preform

CFRP 부품을 성형함에 있어 평면 모양의 직편물 또는 프리프레그를 자르고 적층하는 공정을 생략하면 최대 50%의 공정비가 절감

- 3차원 직조기술로 3D Preform을 만들어 바로 금형에 투입하면 절단, 적층 공정비 절감과 함께 절단에 따른 원재료 손실도 줄일 수 있음

- 3D Preform으로 생략할 수 있는 단위공정은 5개이며 공정비를 약 50% 절감

| 그림 3-10 3D Preform에 의한 CFRP 성형공정 (Technische Universität Dresden) |



핵심기술은 3D 패브릭 설계와 3차원 직기제작 기술

- Dornier, Riba, Karl Mayer, MAGEBA 등이 3차원 직기를 판매

- Vom Baur, Sigmatex, A&P Teehnology, Sakase Adtech, TK Industries, Shikibo, Eurocarbon, Profiling Performance, DJP 등이 3D Preform을 전시

- 일부 3D 패브릭기업은 직기, 패브릭설계 및 생산기술에 대한 Know How 판매 의향이 있음

열경화성 CFRP의 고속성형; Wet Compression Moulding

단순형상 부품의 대량생산에 적합하며 성형시간이 짧고 설비투자비가 RTM 대비 낮음

- 150~160℃에서 45~60초 경화

- 탈형에 의한 부품 손상이 적음

- 대형 크기의 부품을 간단히 제조

금형에 수지를 넣고 탄소섬유 Preform을 배치한 뒤 성형

- 일체형 구조 , Foam 및 샌드위치 구조의 제품 성형이 가능

- 마감 필름을 적층 성형하면 Class A 수준의 외장재를 제조할 수 있음

- 신도가 높은 수지 또는 발포수지를 사용할 수 있어 내충격성이 높은 CFRP부품 제조가 가능

| 그림 3-11 Wet Compression Moulding의 공정 및 제품 |



| 표 3-4 Huntsman의 HP-RTM 및 Wet Compression Moulding용 수지의 성형시간 |

Fastest HP-RTM solutions Fastest wet compression molding solutions

Araldite® LY 3585/Aradur® 3475

Araldite® LY 3585/Hardener XB 3458

(reference)

Araldite® LY 3585/Aradur 3475

Araldite® LY 3585/Hardener XB 3458

(reference)

Preform/fabriclay-up set(1) 0.5min 0.5min 0.5min 0.5min

Mould Temperature

110~115°C 100°C 120~140°C 120~140°C

Injectionup to 1min

(small to large part)up to 0.5min

(small to medium part)- -

Cure 2min 5min 1min 2min

Demolding 0.5min 0.5min 0.5min 0.5min

Part production time(minimum)

4min 6.5min 2min 3min

열경화성 CFRP의 고속성형; HP-RTM

복잡한 형상의 부품을 대량 생산하는데 적합하며 성형시간이 짧고 설비투자비가 높음

- 110~120℃에서 120초 경화

- 수지 조성물들을 고압으로 배합하여 주입하므로 단시간에 균일하게 혼합됨

- 탄소섬유 Preform에 대한 수지 침투성이 우수하므로 성형 후 부품내부의 Void 결점이 최소화

성형기는 Krauss Maffei 등이 공급

- 1대의 HP-RTM 성형기로 BMW i3차량 7만 대에 소요되는 CFRP 부품을 제조

- 탄소섬유 분율(Vf)이 70%까지 가능

- 탈형제의 배합이 가능하므로 탈형에 따른 손상을 최소화할 수 있음

- 공정 : 탄소섬유 Preform 투입 금형을 닫고 배기 고압으로 배합한 저점도의 수지조성물을 주입 가압 승온 경화 냉각 탈형



| 그림 3-12 생산성과 부품의 복잡성으로 구분한 성형공법 |

BMW i3의 CFRP 부품(SGL ACF가 전시)

- CFRP로 만든 Passenger Cell과 Roof는 접착제로 조립

- 생산속도를 올리기 위해 열가소성 수지를 사용하는 CFRP 성형기술을 연구 중

Mubea Carbo Tech의 CFRP Passenger Cell

- 1리터 카인 폭스바겐 XL1의 Passenger Cell(2m X 1.8m X 1m, 75kg)을 2대의 표준 RTM기로 하루에 20시간을 작업하여 10개를 생산

- McLaren자동차로부터 2018년까지 25,000개의 Passenger Cell 수주

| 그림 3-13 CFRP로 만든 BMW i3 전기자동차의 Passenger Cell |



차량 외장재용 열경화성 CFRP의 고속성형; Surface RTM

연마, 프라이머 도포, 하도, 중도 등의 전처리공정을 생략할 수 있는 Class A급의 CFRP 외장재를 성형하는 공법

- HP-RTM 금형에서 CFRP 1차 부품을 제조한 후 곧바로 금형을 들어서 틈을 만든 뒤 표면 코팅용 수지를 주입하고 경화(Over-moulding Step)하여 총 성형시간 6분 이내에 외장재를 제조

- 필름 인서트 방식의 Compression Moulding법에 비해 원가경쟁력이 있음

제품은 라지토우 탄소섬유 능직물을 Preform으로 사용하여 PU수지로 1, 2차 성형한 뒤 도장 및 보호 코팅하여 차량 외장재 제작

- Zoltek의 탄소섬유를 사용하여 Chomarat사가 탄소섬유 직물을 제조

- Henkel이 RTM용 PU수지, Ruhl사가 표면 코팅용 PU수지를 공급

- Krauss Maffei가 장비개발, Zoltek이 CFRP 외장재 제조공정 및 제품개발

- BMW와 AUDI가 도장 및 Clear 코팅하여 완성품 제작

Zoltek의 저렴한 라지토우 탄소섬유 Panex 35를 사용하여 연마~중도까지의 공정을 생략할 수 있는 차량용 외장재를 개발하여 CFRP부품의 가격부담을 완화

| 그림 3-14 Surface RTM법으로 만든 CFRP 차량 외장재 |



프리프레그를 사용하는 Stamping성형; PCM

미쓰비시레이온의 PCM(Prepreg Compression Moulding) 공법은 상대적으로 단순한 부품의 고속성형에 적합

오토클레이브를 사용하지 않는 열경화성 복합재료 성형공법과 열가소성 복합재료의 Stamping공법을 복합하여 공정을 단순화

- 열경화성 프리프레그의 우수한 물성을 구현하면서 고속성형을 실현

- 열가소성 SMC(Sheet Moulding Compound) 시트와 프리프레그를 혼용하여 제품 다양성을 향상

| 그림 3-15 PCM 및 열경화성과 열가소성 혼성 Compression Moulding |

열가소성 CFRP의 성형공법과 부품

열가소성 프리프레그 Tape 또는 토우를 자동으로 적층하는 장비, Compression Moulding기술, 사출성형기, 접합기술 등 기본적인 요소기술과 장비는 개발됨



- 열경화성 대비 내열성과 크리이프 저항성이 떨어지고 고성능 수지의 가격이 높으며 점도가 높아 탄소섬유 패브릭에 대한 함침성이 열경화성 수지에 비해 떨어지는 단점이 있음

- 반면에 신속하고 간편한 성형공정, 열접합이 가능하며, 수리보수 및 Recycle이 용이한 장점으로 인해 향후 수량이 크게 증가할 것으로 기대됨

Tencate사는 열가소성 CFRP의 구조재용 부품의 성형공법으로 Tape 적층법과 Laminate Moulding이 유망할 것으로 제시

- 프랑스의 Coriolus Composites는 열가소성 Tape-preg로 Airbus 하부동체의 외장재를 제작할 수 있는 자동 Tape Placement 장비를 개발하여 전시

- Tencate사는 자동차부품 중 열가소성 CFRP로 Car Seat Frame, Side Beam, Wheel Rim, Suspension, Front Beam, Passenger Cell의 Bottom Plate, 항공기용 Clamp가 유망할 것으로 제시

- Victrex는 PAEK 열가소성 복합재료에 일반 플라스틱을 사출 성형하는 Over Moulding 공법으로 항공기의 Bracket, Clamp, Window Frame, Stringer를 개발

- Dutch Thermoplastic Composites는 프레스법으로 Airbus 동체용 Stringer를 개발

Hexel사는 승용차의 바디와 샤시부품 가운데 80%를 CFRP로 대체할 수 있을 것으로 예상(그림 3-16)

| 그림 3-16 금속부품을 대체할 것으로 기대되는 승용차용 CFRP 부품(Hexel사) |



5. CFRP의 Recycle

사업개발의 Driver는 탄소섬유 회수사업의 수익성과 자동차 부품의 Recycle율 규제

아헨공대 섬유연구소의 CFRP 폐기물의 Recycle

열분해 및 용매분해법으로 탄소섬유를 분리한 후 절단하여 부직포(Airlaid 또는 Wetlaid)로 만들어 CFRP 플레이트를 제작

탄소섬유 제조공정 및 CFRP 폐기물을 원료로 Recycle한 탄소섬유의 물성은 초기 탄소섬유와 유사하면서 원가는 50%로 사업성이 확보됨(그림 3-17, 표 3-5)

| 그림 3-17 탄소섬유 폐기물의 Recycle 과정(아헨공대 섬유연구소) |



| 표 3-5 Recycle 탄소섬유의 물성(아헨공대 섬유연구소) |

Material value: New figres Recycled figres(pyrolysed)

Flexural modulus 100% 130%

Tensile strength 100% 101%

Elongation at fracture 100% 110%

Costs 100% 51%

Carbon footprint 100% 33%

6. 결론

탄소섬유강화 복합재료의 2012년 시장규모는 6만 5천 톤의 103~146억$로 추산되며 2020년까지 연평균 성장률 13~17%로 성장기에 진입한 유망산업임에도 우리나라의 산업역량은 크게 뒤처져 있으므로 체계적인 육성전략의 수립과 기술개발 투자가 시급함

탄소섬유강화 복합재료 기술개발 방향은 Cost Down, 용도개발, Recycle과 Repair

Cost Down을 위한 핵심과제는 저가의 탄소섬유, 3D 패브릭과 고속 성형공법, 자동화 장비 개발임

자동차, 철도, 항공기의 경량화 부품개발이 활발히 추진되고 있으며 케이블, 토목, 전기전자, 에너지자원 개발 등의 분야에서도 새로운 용도제품들이 속속 등장

일본과 독일에서는 자동차산업에서 요구하는 부품 Recycle율을 충족시키면서 수익성을 확보할 수 있는 기술개발 성과가 나타나고 있음

연비규제에 따라 자동차용 경량부품 시장이 크게 성장할 것으로 예상되며 이에 따라 탄소섬유강화 복합재료 부품 수요도 증가

시장변화를 산업성장의 기회로 만들기 위해서는 탄소섬유 제조원가 혁신, 세계에서 가장 효율적인 복합재료 고속성형기술과 수지개발, 차량 경량화 소재부품 공급망(생태계) 구축이 시급



(국내 주요 기술개발 현황)

연구기관명 프로젝트명 개 요 연구 기간

㈜티포엘• 탄소섬유 복합재료 자전거 프레임

제조기술개발

• 탄소섬유 프리프레그(fabric&UD) 및 브레이딩 (biaxial&triaxial) 프리폼을 이용하여 초경량 고강도 내부식성 고내구성의 탄소소재 자전거 프레임을 개발

2010.06~2012.05

현대자동차(주)• 탄소섬유기반 고성능 중간재 및

복합재 차체부품개발

• 탄소섬유기반 고성능 중간재 및 경량 복합재 차체 부품 개발

- Steel 대비 경량화율 50% 이상

- 부품성형 cycle time 5분 이내

2011.09~2016.08

㈜일진• 탄소복합소재를 이용한 경량

knuckle 및 Roof ASS’Y개발

• CFRP Knuke용 Prepreg Lay-up 및 제품설계 기술개발

• CAE해석을 통한 CFRP 물성 예측기술 개발

• CFRP Knuke 제조공법 및 신뢰성 평가기술 개발

2012.06~2015.04

㈜일진테크• 탄소섬유를 이용한 그린카용 경량

외판부품 개발

• 탄소섬유강화 복합재료 특성을 고려한 차체 설계기술 개발

• 고속 성형기술 및 자동화 장비 개발

• 탄소섬유강화 복합재료의 그린카용 경량 외판부품 (Hood) 개발

2012.08~2015.04

㈜우남마린

• Resin film 진공성형 공법 및 구조보강재 일체화 성형기술을 적용한 13인승 제트보트 개발

• CFRP소재를 적용한 드라이프레그 성형기술 개발과 13인승 제트보트 제작

• 드라이프레그용 수지 및 필름 제조기술 개발

2013.09~2015.08

현대성우

오토모티브

코리아(주)

• 열경화성 탄소섬유 복합재를 이용한 50% 이상 경량화 모노타입 판스프링 개발

• 기존 금속부품 경량화율 50% 이상의 탄소섬유강화 복합재료 판스프링 개발

• 고속 열경화성 프리프레그 중간재 및 고속성형 공정개발 2013.09~2016.08

㈜라지

• 고성능 탄소섬유 열가소성 복합 재료 기반 고효율 맞춤형 프리폼 및 이를 활용한 자동차 구조부품의 고생산성 하이브리드 성형기술개발

• 열가소성 복합재료 공정 개발 및 다른 소재와의 결합을 위한 설계기술 개발

• 자동차 경량화 부품 개발

2013.09~2016.08

㈜티포엘• 초경량 일체형 CFRP 프로펠러

샤프트용 3차원 프리폼 소재개발

• 프로펠러 샤프트용 3차원 프리폼 개발을 위한 3차원 Braiding (Interlock Layer to Layer Braiding)개발

• 시편 물성 평가 및 기초 성형 기술 확립

2013.09~2016.08


SUMMARY

목적

IMO는 12번째로 탄생한 UN의 전문 기구로서 선박안전ㆍ보안 및 선박으로부터의 해양오염 방지를 책임짐

조선관련 산업 및 해운산업은 모두 선박에 그 산업의 기초를 두고 있으며, 이 산업이 갖고 있는 국제 교류/무역의 특성에 따라 특정 국가의 법령이 아닌 국제적으로 통용되는 국제 협약에 의존하며 이러한 협약의 제ㆍ개정은 IMO의 주도/주관으로 이루어짐

주요 현황

외국 조선/해운 강국의 IMO 활동은 기반 기술 연구개발 결과를 활용하여 상당히 구체적이고 전문적이며 이러한 활동은 각국 정부의 주도와 민간기구 등의 기술적 기반이 적절하게 조화되어 나타나고 있음

우리나라의 조선, 기자재 및 해운산업은 선진국(EU, 일본 등)에 비해 비교적 역사가 짧고 관련 산업의 경쟁력 향상에 주력해온 산업정책으로 인해 IMO 국제협약에 대한 대응이 수동적/후속 대응으로 이루어져 왔음

시사점 및 정책 제안

우리나라 단독으로 기술 개발의 당위성 및 의제를 개발하는 것은 한계가 있을 수 있으며 IMO 회원국에 공감대를 이루기 어려우므로 기술 개발 단계에서 주도적인 국제공동연구를 통하여 외국과의 기술 교류 및 기술개발 주도 필요

선박 설계 규칙 개발이 선급별 개발에서, IACS(International Association Classification Society)가 공통규칙을 개발하고 IMO의 승인을 받아 시행하는 one set of rule의 체제로 변환되었으므로 이에 대한 우리나라 조선해양산업 보호를 위한 체계적 연구 필요

※ 예 : 선종별 최적화 기술 개발, 선종별 특화된 기자재 기술 개발 등

연구개발이 자체 기술 개발 및 사업화에만 머무르지 않고 정책과 연계되는 즉, R&BD and 정책개발(policy development)로 발전 모델 필요

ｌ저자ｌ 김종현 PD / KEIT 조선 PD실

김대헌 팀장 / (사)한국선급

선박안전 및 해양환경보호를 위한 IMO(국제해사기구)의 동향



1. IMO(International Maritime Organization; 국제해사기구)의 개요

설립 목적 및 업무

IMO는 1958년에 설립된 UN의 12번째 전문 기구로서 선박안전ㆍ보안 및 선박으로부터의 해양오염 방지를 책임짐

우리나라는 1962년에 IMO에 가입함

주요 목적은 국제교역에 종사하는 해운업에 영향을 미치는 모든 형태의 기술적 문제에 관해 정부가 수행하는 규정/지침에 있어서 정부 간 상호협력 촉진을 위한 장치를 제공하는 것임

국제적인 해운문제를 다룰 국제기구의 필요성을 인식하고 1948년 3월에 전문기구 설립을 위한 협약이 채택되고 10년 후에 발효되어 1959년 1월에 1차 총회가 런던에서 개최됨

국제해사기구(IMO)는 각종 협약과 권고안 등을 통하여 아래와 같이 네 가지의 큰 업무를 수행하고 있음

• 안전과 보안의 확보

• 해양오염방지

• Response & Reaction• 책임과 보상

| 그림 4-1 IMO 본부 건물(런던, 영국) |



IMO 조직은 5개의 위원회와 7개의 전문위원회로 구성

FAL

| 그림 4-2 IMO 회의 조직 |

회원국의 활동

외국 해운 강국의 IMO 활동은 기반 기술 연구개발 결과를 활용하여 상당히 구체적이며 전문적임. 이러한 활동은 각국 정부의 주도하에 민간기구 등의 기술적 기반이 적절하게 조화되어 나타나고 있음

특히 영국, 미국, 일본, EU 및 해운 강국 등의 IMO 활동은 중장기 계획 아래 치밀하게 이루어짐으로써 해상 안전을 화두로 각국의 해운산업 및 관련 산업의 선도를 계획하고 있음

우리나라의 경우 외교부 및 해수부를 중심으로 IMO 회의에 참여하고 있으며, 민간조직이 기술적인 기여를 하고 있음. 해수부의 해사산업기술과는 IMO 업무 전반을 총괄하고 있으며 IMO 총회, 이사회 및 각종 위원회의 의제 검토 및 회의 참가를 지원하고 있음

우리나라에서 IMO 대응 업무에 민간조직의 참여는 한국선급이 거의 모든 IMO 회의에 한국대표단의 기술 자문으로 참석하고 있으며, 의제에 대한 기술적 검토를 지원하고 지속적인 회의 참여로 인하여 전문성 축적 및 타국과의 유대감을 형성하고 있음. 그밖에 선박안전기술공단, 한국해양수산연수원, 한국조선해양플랜트협회에서도 회의에 참여하여 자문 활동을 하고 있음



IMO의 영향력

조선관련 산업 및 해운산업은 모두 선박에 그 산업의 기초를 두고 있으며, 이 산업이 갖고 있는 국제 교류/무역의 특성에 따라 특정 국가의 법령이 아닌 국제적으로 통용되는 국제 협약에 의존하며 이러한 협약의 제·개정은 IMO의 주도/주관으로 이루어짐

IMO에서 다루는 국제협약은 기술적인 사항을 다루고 있으며 전 세계 모든 선박에 적용되므로 IMO 국제협약의 파급효과는 조선, 기자재 및 해운산업에 상당히 크다고 할 수 있음

우리나라의 조선, 기자재 및 해운산업은 선진국(EU, 일본 등)에 비해 비교적 역사가 짧고 관련 산업의 경쟁력 향상에 주력해온 산업정책으로 인해 IMO 국제협약에 대한 대응이 수동적/후속 대응으로 이뤄져 왔음

국제 공동연구를 통한 기술개발과 관련기술의 법제화의 공감대 형성을 통하여 공동 IMO 의제 개발이 빈번해지고 있으며, 각국의 기반기술 개발을 통한 공격적 의제 개발 및 상품화 연계 동향이 있음

실 예로 선진국(EU, 미국, 일본 등)은 새로운 기술을 개발하고, 이를 바탕으로 IMO의 국제협약 제·개정에 큰 역할을 담당하고, 나아가서 세계시장을 선도하는 전략을 오랜 기간 동안 구사하여 왔으며, 실제로 조선 산업의 약 60%를 차지하는 고부가가치 기자재 시장을 장악하고 있는 실정임

2. IMO 및 주요국 해사기술 관련 동향

2.1 기술 동향

EU, 선박안전 강화 및 환경변화 대응 전략 강화

EU 교통장관은 2012. 4. 24, 지난 2년간의 정책연구 결과를 바탕으로 수립된 여객선 안전 강화를 위한 3대 우선적 조치(priority actions)를 발표함

(3대 우선적 조치)

1. 산업계의 자발적 참여 증진(promoting industry voluntary measures)

- 안전한 항행계획 수립

- 선교진입 보안 강화

- 구명조끼로의 쉬운 접근성 확보

2. 현장점검 강화(intensifying enforcement and implementation)

- 유럽해사안전청(EMSA)의 현장 점검 강화

- 중점관리 대상 여객선을 선정하여 집중점검



3. 제도적 조치(regulatory measures)

- 여객선 안전강화 EU 법안 마련

- IMO에 여객선 손상복원성 기준 강화에 관한 연구결과 제출

- 여객선 안전에 관한 IMO 규정 강화 추진

(2012년 IMO 연간활동 백서)

유럽 항만국 통제 협력체 2011년 연차보고서에 따르면 2011년 총 PSC(항만국통제) 점검 횟수는 전년 대비 26.2% 감소한 19,058회이나 개별점검척수(1회 이상 점검 선박도 1척으로 간주)는 3.4% 증가한 15,268척에 달해 선택과 집중을 통한 효율적인 점검이 수행된 것으로 평가됨

Black List, Grey List 및 White List에 등재된 국가에 등록된 선박들의 2011년 평균 출항정지율은 각각 11.45%, 7.11% 및 2.65%에 달함

◈ 새로운점검제도 (New Inspection Regime, NIR)

선박의 종류, 선령, 기국, 선급, 관리회사, 출항정지여부 등에 따라 선박의 위험도를 분석하여 고위험선박에는 점검빈도와 강도를 강화해서 적용하고 일정기간 내 일정횟수 이상 출항정지 조치를 받은 선박은 입항 자체를 불허하는 제도

CO2 배출통제해역 지정 비공식 논의 중(2012)

현재까지 해운분야 CO2 저감조치는 IMO에서 채택될 국제기준을 따른다는 기본입장을 유지하고 있으나 IMO에서 기준 도출이 여의치 않을 경우에는 EU배출권 거래 제도에 해운분야를 포함할 수 있음을 경고

미국, 대기오염 관련 규제 및 해양환경보호 규정 강화

배출통제해역(Emission Control Area, ECA)으로 지정된 북미해역에서 2012.8.1부터 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 배출 규제 시행

※ IMO 해양환경보호위원회는 2010.3, 북미와 하와이 연안을 배출통제해역으로 지정하는 해양오염방지 협약 개정안을 채택함

북미배출통제해역을 항해하는 선박은 황 함유량 1.00% m/m 미만의 연료유를 사용하여야 하고, ’15년부터는 황 함유량 0.1% m/m 미만을 사용하여야 함



| 그림 4-3 북미 배출통제해역(실선 안쪽 해역) |

미국 환경보호청은 선박허가총칙을 개정하여 자국 수역 내 선박의 배출 허가 규정을 강화하였으며, 선박평형수 처리, 윤활유 사용, 선체도장 및 배출가스집진기의 배출 등을 규제함

일본, 가스연료 추진 선박 기술 개발

LNG를 선박연료로 사용하는 추세와 관련하여 일본선급(NK)은 “LNG 연료 사용선박의 설계에 관한 지침서”를 발간

MOL(Mitsui O.S.K. Lines)은 2016년 시행되는 NOx 배출을 감소하기 위해 새로운 시스템인 선택적 촉매감소시스템을 자사선에 탑재된 발전기 3대에 설치할 계획임(나무라조선소와 공동 개발)

호주, 해사안전ㆍ환경법 강화(2013)

호주는 해사안전·환경법령(The Navigation Act 2012 및 해사안전법)을 전면개정하고 2013년 7월 1일부터 시행



2.2 정책동향

유럽연합(EU)

2010년 EU는 세계 금융위기로 초래된 저성장 경제와 실업률 증가 등을 해결하기 위해 3대 목표와 7대 전략을 주요 내용으로 한 신성장동력 정책인 ‘유럽2020전략’을 발표함

FrameworkProgram

FrameworkProgram

* 자료 : EU Horizon 2020 정책분석, 신성장동력 webzine(34호) (EU Commission, 2012, Insight Plus 재구성, 2013)

Horizon 2020은 ‘유럽전략 2020’내 7대 전략 중 ‘혁신연합’에서 수행되고 있는 과학기술 R&D 투자 전략임

‘Horizon 2020’의 프로그램은 2014년부터 2020년까지 총 약 786억 유로를 투자하여 ‘우수과학’ 경쟁력 강화, ‘산업 리더십’ 강화, ‘사회적 과제’ 등의 해결을 주요 전략 목표로 갖고 움직이고 있으며, 이 가운데 해양관련 연구가 포함된 ‘사회적 과제’의 예산 규모는 297억 유로로 전체 예산의 약 38%를 차지함

유럽위원회(European Commission)는 2009년 Maritime Transport Strategy(MTS) 2018 전략을 발표하고 해상운송 안전과 환경오염 절감을 목표로 하는 중장기적 전략과 목표를 제시함

◈ MTS 2018의 핵심 행동목표

- 글로벌 시장에서 유럽의 해운 경쟁력 확보 - 인적자원에 있어서 해운 전문성 확보

- 해운서비스의 질적 향상 - 국제사회에서의 공동 노력

- 근해 해운의 잠재성 강화 - 연구 및 혁신



해사안전청(EMSA, European Maritime Safety Agency)을 중심으로 해상안전 유지, 해상보안 확보, 선박해양오염 방지 및 예방 등 4대 전략목표를 설정

해사안전정책 4대 중점 추진방향은 선박교통 모니터링 강화, LRIT 강화, 해상지원 서비스 강화, 항만국통제 정보시스템(THETIS) 활용도 강화

미국

미국은 2009년도에 통합해양정책의 목표 및 3대 정책 방향을 설정하고 이에 따른 정책을 추진 중(아래 표 참조)

| 표 4-1 미국 통합해양정책의 목표와 정책 방향 |

구분 주요내용

목표 해양, 연안, 5대호의 건강과 복원력, 안전, 생산성 향상을 통한 현재와 미래세대의 복지, 번영, 안전을 증진

3대

정책방향

① 해양, 연안, 5대호의 건강과 복원력

· 해양, 연안, 5대호 생태계와 자원의 건강성 및 생명 다양성을 보호, 유지, 회복

· 해양, 연안, 5대호 생태계, 지역사회, 경제의 복원력 향상

· 해양, 연안, 5대호 생태계의 건강을 향상시키는 방식으로 육지의 보전과 지속가능한 이용 추진

· 해양, 연안, 5대호에 관한 정책 결정에 가장 유용하고, 인류의 글로벌 환경 변화에 대한 이해, 반응, 적응 능력을 향상시키는 과학과 지식 기반의 정보 활용

② 해양, 연안, 5대호의 안전과 생산력

· 해양, 연안, 5대호의 지속가능, 안전, 보호, 생산적인 사용

· 사회적, 문화적, 역사적 가치를 포함한 국가적 해양유산의 존경과 보존

· 세계경제, 국제적 평화 및 안전에 필수적인 항해의 권리와 자유를 보존하고 존중하는 것을 포함한 국제법에 부합하는 의무의 이행

③ 해양, 연안, 5대호에 대한 이해 증진과 가치 인식

· 인간과 인간 활동 간의 상호관계를 포함하여 대기, 육지, 수자원과 상호 연계된 시스템으로서 해양, 연안, 5대호에 대한 과학적 이해의 증가

· 해양, 연안, 5대호에서 벌어지는 인간의 활동이 해양환경의 상태와 경향, 원인을 어떻게 변화시키는지에 대한 이해와 지식 향상

· 향상된 책무의 기초를 수립하기 위해 해양, 연안, 5대호의 가치에 대한 공공의 이해 촉진

* 자료 : The White House Council on Environment Quality, Interim Report Of The Interagency Ocean Policy Task Force, 2009. 9. 10.

극지해역 선박운항기술, e-navigation, 친환경선박기술 등에 지속적인 연구개발을 추진하고 있음

미국의 육군 극지 연구소(CRREL)는 북극해 항로를 운항하는 쇄빙선 운항시기별 항행시간, 속도, 거리 등과 같은 사항을 예측하여 최적운항 항로를 선정하는 북극해 항로 항행 모델(Northern Sea Route Transit Model)을 개발함

해양과학기술소위원회에서는 2007년 해양과학기술 전략을 담은 보고서를 발간하였으며 이 보고서에는 향후 10년 내 미국이 가장 시급하게 해결해야 할 국가 연구과제의 우선순위를 제시하고 있는데, 특히 사회와 해양 간의 상호작용에 초점을 두었음



| 표 4-2 미국 해양과학기술 20대 우선 연구과제 |

구분 주요내용

자연적ㆍ문화적 해양자원의 관리

• 자원 현황

• 종간, 서식지/종 관련성

• 인간의 자원 사용 양태

• 신지식의 적용

연안생태계의 복원력 증대

• 재해사고 예측

• 연안-해양시스템 반응

• 재해경감용 모델, 정책, 전략의 개발

해양운용의 증진

• 해양운용-환경 상호작용

• 환경인자의 적용

• 환경 영향과 해양 운용

기후에서 해양의 역할

• 해양-기후 상호작용

• 생지화학적, 생태계 연루

• 미래 기후 변화 및 영향

생태계 건전성

• 자연적, 인위적 영향

• 사회경제적 평가모델 개발

• 지표와 규준 개발

인간 건강의 증진

• 해양기인위험 근원과 과정

• 해양자원의 잠재적 혜택

• 해양자원-건강 위협-인간활동 관계

• 제품과 생물학적 모델의 개발

* 자료 : NSTC Joint Subcommittee on Ocean Science and Technology, Charting the Course for Ocean Science in the United States for the Next Decade, 2007. 1. 26.

2012년 항행안전과 국가안보 등을 목적으로 e-navigation 전략 행동 강령을 채택하고 항행정보 통합을 개선한 새로운 체계 개발과 국제적인 e-navigation 규범 개발, 이행 노력에 적극 동참하여 주도권을 행사하기 위한 28전략을 수립함

일본

종합해양정책본부, 해양산업 및 해양정보 등의 분야 정책 관리

총괄분석PT, 신해양산업 진흥ㆍ창출 PT, 해양조사 및 해양정보 일원화 공개 PT, EEZ등 해역관리PT 4개의 조직으로 정책 실시상황 등의 정기적 점검 및 평가

일본의 2012년 해양 R&D 규모는 약 1,911억 엔으로 정부 과학기술 관련 예산 대비 5.2%를 차지, 이중 해사안전 R&D 투자는 ’07년 1억 4,700만 엔에서 ’13년 1억 1,200만 엔으로 감소하였고, 해양환경(’12년, 178억), 해양연구인프라(’12년, 62억), 극지해양 (’12년, 17억), 해양공학(’12년, 60억) 분야의 R&D 투자는 대폭 확대

특히 북극기후변동에 대한 연구프로젝트를 진행하여 극지관련 연구를 지속적으로 진행하면서 국제사회에서의 극지운항 선박에 대한 기술기준 등을 선도해가려는 움직임을 보이고 있음



또한 NGHP(Natural Gas Hydrate Pellet) 선박에 대한 건조, 설계 기준 등에 대한 연구를 수행하여 IMO 의제문서 등으로 제출하고 있으며, LNG연료 추진선박 등 친환경선박에 대한 연구도 지속적으로 추진하고 있음

우리나라

우리나라는 「해사안전법」의 시행에 따라 해사안전 정책의 연속성과 실효성을 확보하기 위해 국가차원의 해사안전 기본계획을 수립함

미래 해양자원 개발을 통한 국가 성장동력 확보, 해양산업 핵심기술 개발을 통한 산업 성장기반 확충, 해양환경 이용·보전 욕구를 충족시켜 지속적 녹색성장 실현, 해양과학 발전을 위한 기초기반 강화

• 대규모 온실가스 감축기술 CO2 포집ㆍ저장 기술 개발 및 국내 보급을 위한 해양환경 안전관리체계 구축

• 신개념 선박 개발 : 특수 추진기, 빙해선박 조종성능 추정기법 개발, 전기 추진체계 기술 개발, 선박성능 모니터링 등 기술 개발

• 다목적용 무인수상선체 및 지능형 자동운항 제어 시스템 개발

• 지능형 운항지원시스템 구축, 다이나믹 전자해도 시스템 개발, 첨단 IT기술을 이용한 고현실감 3차원 선박 운항 시뮬레이터 개발, e-navigation 기반의 사고 예방 기술 개발

• 북극항로 안전운항을 위한 기술개발

• 육상기인 오염물질의 해양배출 및 해양사고 대응을 위한 종합 관리방안 구축

새 정부 출범 후 해양수산부가 부활하고 실용화 기반의 효율적 투자, R&D성과 창출 극대화, R&D 추진체계 전문화·고도화를 정책목표로 하는 해양수산 R&D 발전전략을 2013년 8월에 수립함

해양수산 R&D의 4대 추진전략과 10대 추진과제는 다음과 같음

• 창조형 R&D 사업 추진방향 정립 : 해양수산 R&D 중장기 추진계획 수립, 해양수산 R&D 사업체계 개편

• 해양수산 R&D 추진역량 강화 : 총괄조직 신설 및 기능 강화, R&D 기획 프로세스 개선, 관계기관 R&D 협업체계 강화, 전문기관 역할과 기능 정립

• 산업계 지원 및 성과 활용 촉진 : 해양수산 기업 지원 체계 강화, 성과활용 촉진 및 시스템 구축

• 수요자 중심 관리체계 구축 : R&D 과제관리 전문화, 창의적 연구 환경 조성



3. 해사산업의 변화 방향

IMO의 규정 제정의 변화 기조

2000년 초반 IMO에서는 선박의 구조결함으로 인한 해양사고를 줄이고자 근본적인 접근시도로 선박의 안전성을 보다 확보할 수 있는 새로운 개념의 설계 및 건조 철학을 제시하는 신개념 선박건조기준(Goal-Based New Ship Construction Standards, GBS)을 IMO의 장기전략 항목과제로 결의하고 해사안전위원회(MSC)에서 본격적으로 GBS를 개발하기로 하였음

IMO에서는 MSC 77차(2003년)부터 GBS 개발 작업을 착수하여 현재까지 두 가지 GBS, 즉 유조선과 산적화물선에 적용하는 결정론적 기반의 GBS와 모든 선박에 적용이 가능한 안전수준 접근법*(Safety Level Approach, SLA) 기반의 GBS를 개발하여 왔음.

이 중 결정론적 기반의 GBS인 유조선과 산적화물선에 대한 GBS 기준 및 검증절차를 먼저 제정하여 2010년 MSC 87차에 승인 및 채택(SOLAS)하고, 2016년 7월 1일 이후 건조 계약되는 선박에 대하여 GBS를 시행하기로 하였음

결국 유조선 및 산적화물선에 대한 규칙은 전 세계가 한가지의 규칙(Common Structural Rule, 이하 CSR)으로 통합될 예정이며, 현재 IMO에서는 모든 선종과 선박의 모든 측면에 적용할 수 있는 안전수준 접근법 기반의 GBS를 개발하고 있음

사고기반의 기존 규칙개발의 트렌드가 사전대응(Proactive) 방식인 위험도 기반 규정 개발로 변화된 것이며 따라서 향후 IMO 내의 규정 개발은 GBS개념에 따라서 제정 및 개정될 것임

이는 IMO가 기술적 자문 및 소극적인 정책 자문에서 적극적인 기술적 참여 및 적극적인 규제로 변화되고 있음을 시사함

사고 및 환경오염의 예방에서 보다 적극적으로 사고 및 환경오염의 원인 자체를 용납하지 않는 방향으로 변화

국내 해사안전 산업이 직면한 현실

화석연료의 고갈 및 가격 상승

도시화, 산업화로 인한 대량운송 수요의 증가와 이에 대응한 효율적이고 지속가능한 해상운송 및 항만서비스 필요

해양사고, 자연재해 및 유류 오염과 같은 사건의 사회적, 환경적 영향 증가

기후변화로 인한 기상이변 및 해수면 상승

캘리포니아주, 지중해, 발틱해와 같은 지역별 규제 강화

경기 침체로 인한 투자 지연 및 부족

글로벌 경쟁의 심화

현실적인 문제와 해결책

해양사고의 예방을 위해 SOLAS를 비롯한 각종 규범이 도입되었으나 여전히 사고는 줄지 않고 발생



규제 기준의 전통적인 접근은 사고 예방을 위한 최소한의 기준을 정한 경제 4장 해사 주요 전략기술 도출 우가 대부분이어서 나름의 효용은 있으나 여전히 불완전한 상태

선박안전을 위한 새로운 접근이 필요, 선박의 전 생애(Life-cycle)에 걸친 안전관리가 중요

선박의 디자인 및 건조단계, 선박의 운항단계 및 비상상황 등 모든 단계에서 위기관리가 가능하도록 관리할 필요

해양 기술의 발전 방향

1947년부터 1994년까지는 주로 장비표준화 및 관련기술 개발

1994년부터 2001년까지는 시스템 표준화 및 관련 기술 개발

2002년부터는 선박안전, 보안, 환경, 정보, 인터모달, 해사안전기술 등으로 발전

4. 정책적 제언

각국의 항만국통제(Port State Control, 이하 PSC) 강화 및 해상사고를 사전에 방지하고자하는 GBS 기반 선박의 안전 설계에 따른 연계 기술 개발 및 초기 대응 체계 구축이 필요함

우리나라 단독으로 기술 개발의 당위성 및 의제를 개발하는 것은 한계가 있을 수 있으며 IMO 회원국에 공감대를 이루기 어려우므로 기술 개발 단계에서 주도적인 국제공동연구를 통하여 외국과의 기술 교류 및 기술개발 주도

선박 설계 규칙 개발이 선급별 개발에서, IACS(International Association Classification Society)가 공통규칙을 개발하고 IMO의 승인을 받아 시행하는 one set of rule의 체제로 변환되었으므로 이에 대한 아국 조선해양산업 보호를 위한 체계적 연구가 필요함

※ 예 : 선종별 최적화 기술 개발, 선종별 특화된 기자재 기술 개발 등

연구개발이 자체 기술 개발 및 사업화에만 머무르지 않고 정책과 연계하는 즉, R&BD and 정책개발(policy development)로 발전 모델 필요

IMO의 각종 규제에 대응 가능한 최적 기술 개발의 차원에서 정책반영 및 연구개발 기능 강화가 필요함

※ 국제해운 탄소배출규제(2013년 시행, “국제해운 탄소배출 헙약”)에 대응하여 우리 정부는 2013년에 한국선급, 선박안전기술공단 등과 협력하여 IMO의 국제해운 탄소배출 규제 협약을 국내 해양환경관리법에 도입하였으며 이러한 선제적 조치를 통해 선박에서 발생하는 대표적인 온실가스인 이산화탄소의 배출을 최소화함으로써 지구온난화 방지에 많은 기여를 할 것으로 예측됨

글로벌 시장 진출을 위한 국제수준의 테스트·인증 지원체계 구축/연구개발-표준화 지원사업 간 연계 강화 등을 통하여 원천기술의 조속한 표준화 지원/국제표준기구에의 참여 확대, 주요국과의 기술교류 활성화 등을 통한 국내표준의 국제표준화 추진이 시급함


SUMMARY

목적

전자기기는 전원공급과 데이터 통신을 위하여 전원선과 통신용선이 기기와 연결되어 사용되었으며, 무선통신의 발전으로 통신용배선은 사라지고 있으나 전원은 전원용 배선에 연결되어야 하므로 이용과 이동의 편리함이 제한되어 있으며, 소형전자기기는 배터리를 이용하여 이동성을 확보하고 있으나 배터리 소모에 따른 별도의 충전이 필요한 불편을 감수하면서 기기를 사용하고 있음

전자기기의 완전한 코드리스 사용 환경을 제공하기 위한 무선전력전송의 기술개발 현황과 동향을 살펴보고 무선전력전송과 에너지 하베스팅 기술의 발전방향을 제안함

주요현황

모바일기기, 스마트가전, IoT(Internet of Things) 등 Battery 사용기기의 확대로 충전수요가 증가하고, 유선충전방식 대비『훨씬 편리한』무선충전 및 Batteryless 시장 급부상

정보가전, 소형가전, 로봇등을 위한 중ㆍ대용량 전력의 무선전송기술 연구는 국내외에서 활발하게 진행되고 있으며, WPC(Wireless Power Consortium), A4WP 등 국제 표준 협회가 설립되어 중전력 무선전력전송 표준을 연구 중

사물인터넷에 대한 관심이 높아짐에 따라 스마트기기에 필요한 에너지공급과 자가생존을 위한 연구가 필요하나 상용화를 위한 기술개발은 초기단계임


모바일기기의 근거리 무선충전시장을 중심으로 상용화되고 있는 무선전력전송기술은 IoT시장 활성화에 따른 저전력 스마트기기의 전원공급을 위한 원거리 전송 및 에너지 하베스팅 기술분야와 스마트가전, 로봇, 전기자동차등을 위한 중급전력 전송을 위한 전력용량확대 기술분야로 연구가 진행될 전망이며 원천기술확보를 위한 연구개발이 필요한 분야임

기술개발과 병행하여 전자기파의 인체 안전성에 대한 연구와 안전기준을 정하고 검증하기 위한 국제협력활동이 필요함

ｌ저자ｌ 윤기권 PD / KEIT 홈/정보가전 PD실

장동현 수석 / KEIT 홈/정보가전 PD실

임용석 팀장 / KETI 네트워크융합연구센터

무선전력전송 기술동향 및 전망



1. 개요

무선전력전송 소개

(무선전력전송) 전자기기에 필요한 전력을『전선 없이 무선』으로 공급하는 기술로 에너지송신부와 수신부로 구성 (개념적으로는 100년 전에 등장 - 테슬라)

RF Generator BandpassFilter

RectifyingCircuit

“No Cord” “No Battery”

| 그림 5-1 무선 전력(에너지) 공급시스템 소개 |

(에너지 하베스팅) 바람, 파도, 태양광, 온도변화, 진동 등 주변 환경으로부터 자체적으로 에너지를 확보하는 것을 의미함. 자연적으로 흩어져 사라지는 에너지를 취한다는 의미에서 Energy Scavenging 이라고도 불림. 센서 등에서 사용할 수 있는 에너지 하베스팅은 주로 Radio Wave/Microwave를 통한 방식이며 무선전력전송과 기술적 근간이 동일함

Generation

Conversion Transmission

ElectrochemicalReaction

AC-CDGenerator

EnergyHarvesting

DevicesInduction coil

& Magnet

PiezoelectricConverter

CapacitiveTransducer

ThermoelectricConversion

RF-DCConversion

InductionCoil

PhotovoltaicCell

MPG Storage

ImpactShock

MechanicalVibration

ThermalGradient

Water Flow

Compressedgas

Wind

AlternatingB field

Radio Wave

MicrowaveRadiation

SolarRadiation

ArtificialLighting

Fuel Cell

| 그림 5-2 에너지 하베스팅의 구성 |



(관심도확대) 모바일기기,스마트가전, IoT(Internet of Things)등의 확대로 Battery를 사용하는 기기의 증가와 Battery 충전 수요증가로 , 유선 충전대비『훨씬 편리한』 무선충전(WPT) 및 Batteryless 시장이 급부상하고 있으며, 에너지 하베스팅의 경우는 IoT산업의 확산으로 기대감이 상승되고 있음

‘ ’

‘

’

’09’07 ’10 ’11 ’12 ’13 ’14 ’15 (yr)

| 그림 5-3 국내 무선전력전송 관심도 현황 |

(무선전력전송 방식) 자기유도ㆍ자기공진ㆍRF방식 등 다양한 기술이 개발 중

- 현재는 스마트폰을 중심으로 자기유도방식 시장이 주류

- 수년 내 자기공진ㆍRF방식으로 모바일기기는 물론 센서, 가전기기 등 일상 속으로 급속한 확대 예상

- 특히, 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)기술은 최근의 배터리가 필요 없는 IoT 환경에서 주목을 받고 있으며 RF방식의 원격형 전송방식을 통하여 효율 개선과 인체안전성 검증을 거쳐서 향후 시장이 크게 형성될 것으로 예상됨.



| 표 5-1 무선전력전송 기술 유형 분석 |

기술 유형 분류 동작 원리 주요 특징 및 장점

자기유도방식

(초근접형)

• 코일 간 전자기유도 현상

• 수 mm ∼ 수 cm 근거리

• 수 W ∼ 수 kW 전송전력

• 고효율 전송(70%)• WPC1)ㆍPMA2) 표준

• 모바일 디바이스, 주방기기 등

자기공진방식

(근접형)

• 코일간 공명(resonance)현상

• ∼수 m 원거리

• 수 W∼수 kW 전송전력

• 고효율 전송(50~70%)• A4WP3) 표준

• 모바일 디바이스, 정보가전 등

RF방식

(원격형)

• 안테나 방사원리(전계)• 수 mm ∼ 수 m 원거리

• 1W이하

• 스마트 센서등

에너지 하베스팅

• 전자기, 진동, 열, 빛(광)• 저효율 에너지 수집

• 인체안전성

• 모바일디바이스, 스마트센서 등

1)2)3)

1) WPC(Wireless Power Consortium) : ’08.12 설립, 노키아, 필립스, LG전자, 에너자이저, Fulton(Armway 자회사) 주도, 212여 멤버, 자기유도 방식

2) PMA(Power Matters Alliance) : ’12.01 설립, 듀라셀(P&G자회사), 파워매트(P&G자회사), FCC(미정부산하기관), IEEE등 71여 멤버, 자기유도방식

3) A4WP(Alliance for Wireless Power) : ’12.05 설립, 삼성, 퀄컴, SKT등 92멤버 참여, 자기공진방식 　



(시장) 무선전력전송 시장은 초기형성단계로 약 16조 원(’14) 20조 8천억 원(’15) 26조 2천억 원(’16)으로 전망, 연평균 87% 성장(’11~’16)

| 표 5-2 세계 무선충전 시장 전망, GBI Research. 2012, $1=1100원 적용 |

응용별 점유율 전망

(2012-2018)세계 시장규모 전망

(2009-2016)세계 제품수요 전망

(2009-2016)

’18년 가전, 전기차, 산업기기가 시장의 60% ’16년 약 26조 예상 ’16년 약 4억 9천만 대 예상

(적용분야) 무선전력전송 기술은 무선단말기의 충전에서부터, 홈 내 가전기기, 사무실, 자동차, 철도 등 산업 전반으로 적용이 확대되고 있음

| 그림 5-4 이용 상황에 따른 무선전력전송 적용 분야 |



시나리오 상정하는 상황 구체적인 적용(예) 그 이용 상황의 사양, 기능 등

1

가정내, 옥외(정보 KIOSK 등)의 디지털

가전의 소전력 무선전력전송

• 휴대기기

• 노트북

• 벽걸이 TV, 휴대용 TV• 디지털 카메라, 비디오 카메라

• 휴대용 플레이어

• 음악기기(스피커, 헤드폰 등)• 조명기기

• 의료기기

• 게임기(리모컨 포함) 등의 무선전원 공급 무선충전

• 주파수 : 10kHz~10MHz, ISM 대역

• 송신전력 : ~50W• 송전거리 : 1 m 이내

2디지털 가전의

비접촉 전력전송

• 휴대기기

• 노트북(탁상충전, 공공충전), 그 외 디지털 가전기기의 충전

• 주파수 : 10kHz~10MHz, ISM 대역

• 송신전력 : ~50W• 송전거리 : 10cm이내

3극소전력

무선전력전송

• 스마트 센서

• 웨어러블 디바이스

• 주파수 : 900MHz, 2.4GHz, 5.8GHz ISM 대역

• 송신전력 : ~mW• 송전거리 : 수 m까지

4가전의 중전력 무선전력전송

• 거치형 가전(냉장고, 세탁기, 에어컨 등)• 발열계 가전(드라이어, 다리미, 밥솥, 핫 플레이트)• 대형TV등 AV 가전기기 등의 무선전원 공급 ,

무선충전

• 주파수 : 10kHz~100kHz• 송신전력 : 50~3.3kW• 송전거리 : 10cm 정도까지

5대전력 무선전력전송

및 특수용도

• 홈내 특수 목적

• 홈 이외의 전기자동차, 트럼(노면전차) 등의 무선전원 공급, 무선충전

• 주파수 : 10kHz~10MHz, ISM대역

• 송신전력 : 1kW~수십kW 이상

• 송전거리 : 30cm까지

* 출처 : 닛케이BP 비즈니스 총서 01<무선전력ㆍ무선충전>을 기반으로 편집자 수정



2. 기술개발 동향

무선전력전송 영역 확장

(중출력 무선전력전송) 현재 무선전력전송은 소전력(5 Watt 이하) 휴대단말기 위주의 충전기술로 상용화되어있으나, 홈 내에서 정보기기, 주방기기 등으로 활용범위를 넓히고 있음, 이에 따라 수백 W급 중전력 무선전송 시장을 선점하기 위하여 각 표준 단체에서는 워킹그룹을 만들어 표준을 정립하고 있음

- 스마트 홈의 무선전력전송 기술은 주방 가전의 무선전력전송 요구가 증가하면서, WPC 내에 워킹그룹으로 Cordless Kitchen Appliances를 2013년 3월에 설립

(극소전력 에너지 하베스팅) 사물인터넷 기반의 Cordless 스마트 홈 구축을 위해서는 다양한 스마트 센서와 정보가전을 무선 네트워크로 연결하고, 스마트 센서와 정보가전의 동작을 위해 필요한 전력은 무선으로 전달하는 것이 필요함

- 최근 웨어러블 디바이스(스마트 와치, 스마트 밴드 등)의 산업이 활성화되면서 배터리의 생존성을 늘리기 위하여 에너지 하베스팅 기술이 각광을 받고 있음

- 스마트 홈(Smart Home)은 방범, 조명제어, 실시간 홈 모니터링, 출입문 제어 등에 사용되고 있으며, 스마트 센서와 가전기기에 전력을 무선으로 전달함으로써 Cordless 스마트 홈을 구축할 수 있음

| 그림 5-5 에너지 하베스팅 개념도 |

* 출처 : 닛케이BP 비즈니스 총서 01



Seiko watch(손목시계, ~5uW)

[Solar, Piezo]

1uW 10uW 100uW 1mW 10mW 100mW 1W+

Holst Center(In-body 의료용

패치 및 모듈, ~40uW)[Piezo, RF, Thermal]

IMEC(웨어러블 EEG,

~1mW)[RF, Thermal]

AdaptivEnergy(무선전력공급 센서,

~10mW)[RF, Piezo]

InStep Nanopower(Elastometer 신발,

~800mW)[Piezo]

Galaxy Series(Samsung~1W+)

[무선충전]

| 그림 5-6 에너지 하베스팅 제품군 |

(에너지 기술의 융합) 무선전력전송(WPT) 및 에너지 하베스팅 기술은 진정한 Wireless 스마트 홈 구현을 할 수 있는 기술로 두 분야의 기술융합이 확대될 것으로 전망됨

정보가전에 대한 무선전력전송(WPT) 개발 현황

[국내 개발 현황]

전자부품연구원(KETI)에서는 자기공진방식에 기반을 둔 LF/MF 듀얼 밴드 무선충선 시스템과 in-band 자기장 채널을 이용한 통신 시스템을 융합한 기술을 연구 완료하였으며, 다수의 디바이스에 능동적으로 에너지 전송이 가능함

| 1m 원거리 충전, 동시 충전 | | kW급 무선에너지 전송(상전) | | 유효전달 거리 2m의 능동, 수동형 리피터 기술 |

| 그림 5-7 전자부품연구원의 무선전력전송 관련 개발 |

또한, 자기에너지 빔포밍 기술을 이용하여 자기 에너지 음영지역을 제거하는 것과 동시에 원하는 방향에 에너지를 집중시켜 전력 송신기의 Power 부담을 줄이기 위한 연구를 완료하였으며, 더 나아가 수 m 거리에서 수십 W급의 전력을 무선으로 디바이스에 전달함

카이스트는 고주파 자성체 다이폴 코일 공진방식(DCRS : Dipole Coil Resonance System)을 개발하여 세계 최장 거리인 5미터에 209W 전력을 무선으로 전송하는 기술을 선보였음. 이는 스마트폰 40대를 동시에 충전하거나 초대형 LED TV를 구동할 수 있는 전력량임(2014년 4월)



ETRI는 자기공진방식의 무선전력전송 기술을 이용하여 1.8 MHz 대역을 사용해 고효율을 갖는 송수신 회로를 개발하였으며 자기 공명기를 기존보다 10배 이상 축소하여 40W급 데스크탑 컴퓨터와 LED 전광판을 구동하였고, 와인잔 밑면이나 기타 둥근형태의 인테리어 조명에 수전부 모듈을 내장한 후 패드위에 오려두면 발광하는 형태의 무선 OLED 조명을 개발

| 크기를 10배 축소한 자기 공명기 이용 LED 전광판 |

| 자기공진 무선전력 전송을 이용 40W급 데스크탑 구동 |

| ETRI 무선 OLED 조명 (한국 전자전, 2012년) |

| 그림 5-11 ETRI의 무선전력전송 관련 개발 |

SPS에서는 자석의 특성을 이용해 기기 간 동전만한 크기의 맥컨(Magconn)이라는 부착형 접점을 통해 충전 및 데이터 전송이 가능한 마그네틱 프로젝트 및 제품을 발표함. 맥컨은 적용하려는 기기의 형태에 맞춰 다양한 모습으로 설계 및 구성을 할 수 있기 때문에, 스마트폰, 태블릿, 카메라, 홈프로젝터, 노트북 등 스탠드형, 패드형 뿐만 아니라 휴대가 가능한 형태의 다양한 제품을 발표함

| 마그네틱 성질을 활용한 무선전력전송 송신단 |

| 무선전력전송이 가능한 차량용 거치대 | | 맥컨을 활용한 무선전력전송 패드 |

| 그림 5-12 국내 기업인 SPS에서 제안한 마그네틱 프로젝트 제품 |

[국외 현황]

WPC에서는 2013년 4월에 Cordless Kitchen Appliances 백서를 발간하였으며, 백서에서는 Cordless Kitchen Appliances의 개념과 Cordless Kitchen Appliances의 이점 및 표준의 필요성에 대하여 나타내었음

WPC의 Cordless Appliances는 자기유도방식에 의하여 100W∼1.5kW or 2.4kW까지 전력 전송이 가능함(100 Volt 전원의 경우 최대 1.5kW, 240Volt 전원의 2.4kW까지 전력전송이 가능함)



| Haier의 Cordless 믹서기와 전기밥솥, Wuwei |

| Haier의 Inductive Power Source Cordless 믹서기 |

| Fulton의 Cordless Smart Pan |

| 그림 5-13 가정 내에서 사용하는 Cordless Appliances |

최근 미국에서는 언제, 어디서나 도시의 기물을 통해서 전기자동차의 배터리를 충전할 수 있는 Publiquitous 충전 방식을 제안하였으며, 사회 인프라인 도로를 충전소로 한번 더 활용하기 때문에 공공재 활용의 또 다른 측면을 부각함

| 공공 인프라를 활용하여 충전을 공급받는 아이디어 |

| Hevo Power의 맨홀형 전기자동차 무선 충전 장치 |

| 뉴욕시에 실제 설치된 맨홀 뚜껑 충전방식 HEVO |

| 그림 5-14 Publiquitous 충전 방식 개념도 및 맨홀 뚜껑 충전 HEVO |

미국 Dell은 45W급 노트북에 자기유도방식의 코일을 탑재하여 무선 전력으로 충전하는 시스템을 시판

| 그림 5-15 Dell의 자기 유도식 무선전력전송 노트북 패드 |



일본의 Sony에서는 2009년에 No Cable TV를 시연하였고, 2010년에 중국의 Haier는 Witricity와 제휴하여 자기공명에 의한 “No Tail” TV를 공개하였음

| Sony ‘No Cables’ TV 공개(2009) | | Haier의 ‘No-Tail’ TV 공개(2010) |

| 그림 5-16 무선전력전송을 이용한 TV시연 |

에너지 하베스팅

에너지 하베스팅은 태양광, 열, 진동, 전자기파(RF) 등 다양한 형태의 에너지에서 미사용 에너지를 수확하여 전기 에너지로 재활용하는 기술임. 현재 홈 내 및 실생활 서비스에 적용하여 모바일 기기의 배터리 생존성을 향상시키고, 자가 발전 스마트 센서 전원 충전부에 대한 연구개발이 진행 중에 있음

현재 RF/Microwave를 이용한 무선전력전송 방식은 태양열 에너지를 하베스팅하여 전력을 생산하고, 고출력 전파로 지상에 전송하는 방식과 주변에 사용하지 않는 RF 신호를 하베스팅하거나 ISM 밴드에서의 RF 송출 전력을 수신하여 모바일 기기 및 스마트 센서를 충전하는 방식에 적용하고 있음

Linear Technology :LTC3330최대 출력 전류 50mA

Maxim : MAX17710출력 전류 1µA~100mA

TI : BQ25504출력 전류 1µA~200mA

STMicroelectronics :SPV1050출력 전류 1µA~70mA

| 그림 5-17 에너지 하베스팅 제품 |

기본적인 원리는 100 MHz 이상의 주파수 대역에서 반사계수가 낮은 공진 송수신 안테나를 통해서 에너지를 수집하고, uW~mW 전력으로 변환하여 충전하는 방식임. 송수신 안테나가 공명 상태일 시, 이론상으로 주파수 대역에 따라서 80 % 이상의 전송 효율을 확보할 수 있음



100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 1 2 3 4 50

Freq. : 2.45GHzTx, RX Size : 40cm, 1m

Freq. : 2.45GHzTx, RX Size : 1m, 1m

Freq. : 5.8GHzTx, RX Size : 1m, 1m

Freq. : 10MHz

Freq. : 120kHz

100

80

60

40

20

0-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70

900MHz

2.4GHz

5.8GHz

Above 5.8GHz

| 거리에 따른 RF/Microwave 전력 수신 효율 |(참고: 무선전력·무선충전, 닛케이 일렉트로닉스, 2012)

| 주파수별 입력 파워 대비 Rectenna 효율 |(참고: Harvesting Wireless Power, IEEE microwave

magazine, 2014)

| 그림 5-18 에너지 하베스팅 효율 분석 |

RF/Microwave 무선전력전송을 위한 수신부의 에너지 수집단 구조는 공진 안테나와 정류기가 하나의 공진체로 구성되어있으며, 현재 입력 파워가 10~50uW가 인가되더라도 무선전력을 변환하는 회로 기술들이 개발되고 상용화를 위한 연구가 진행되고 있음

IoT 및 스마트 홈 분야에서도 에너지 하베스팅 기술을 이용해서 무선 에너지 커넥티비티(connectivity)를 실현하고 클라우드 에코 시스템을 구축하려고 함. 하지만 저전력 구동과 미소 에너지 수집을 위한 고효율 정류 회로에 대한 성능 향상이 필요한 상태임

| 표 5-3 에너지 하베스팅을 위한 에너지원 비교 |

에너지 소스 적용 특성 효율 하베스팅 전력

태양광 Outdoor Indoor 10~24%100mW/cm2

100µW/cm2

열Human Industrial

~0.1%~3%

60µW/cm2

~1-10mW/cm2

진동~Hz-human~kHz-machines

25~50%~4µW/cm3

~800µW/cm3

전자기파 이동통신 주파수 WiFi ~50%0.1µW/cm2

0.001µW/cm2

* 참고 : Energy Harvesting for No-Power Embedded Systems, TI, 2008



3. 해외 동향

각국의 무선전력전송 산업 현황

(미국) 대학 연구소를 중심으로 무선전력전송 원천기술 확보, 기업을 중심으로 관련 산업 육성

- ’07년 MIT에서 원거리 무선충전 원천 기술 확보, Intel, Qualcomm, Witricity등에서 가전, 전기차 등에 적용 가능한 응용기술 개발

- 모바일기기의 경우 Fulton(Armway 자회사), Powermat(P&G 자회사)에서 사실상 표준화(WPC, PMA 등) 주도

- 델타항공, 스타벅스 등에 무선 충전 시범사업 및 무선전력전송 인프라 구축을 통한 서비스 산업육성

| 그림 5-19 국가별 무선전력전송 산업 동향 |

(일본) 초기 자기공진방식 대응에 뒤진 일본은 총무성 주도하에 자동차, 가전 기업 위주의 적극적 행보

- ’10년 총무성에서는 자기공진방식 실용화를 ’15년 무렵으로 보고 가이드라인 책정

- 도요타는 Witricity와 제휴하여 전기차용 공진방식 충전 기술 개발(’11년), 국토 교통성 ’12년 무선충전기능 탑재 차량 기술기준 마련

(중국) 정부지원을 중심으로 무선전력전송 기술 개발 및 산업화 추진

- 무선전력전송 연구개발 및 관련기술을 2011~2015년 실행되는 칭다오市 12차 5개년 계획의 중점 목표로 선정하여 육성

- 선행기술연구센터의 약 200명에 달하는 전문가들이 공동연구를 통해 산업기술 로드맵 완성



(EU) 주로 전기차 무선충전 기술을 기업ㆍ정부기관 중심으로 개발 진행

- (독일) CE4A(Consumer Electronics for Automotive)에서 자동차 전자제어 유닛(ECU)과 휴대단말기 사이의 무선 충전 인터페이스 표준을 주도함

- (영국) 영국정부는 런던에서 사용 가능한 최초의 무선 전기자동차 충전(Wireless Electric Vehicle Charging, WEVC)를 발표(’11년)

무선전력전송 국제 표준 현황

국제 표준화 기구로는 대표적으로 ITU, ISO, IEC가 있으며 해당 기구들을 비롯한 여러 단체에서 무선전력전송 관련 표준을 제정하기 위한 그룹을 신설하여 표준화를 진행하고 있으며, 대부분 포럼 또는 컨소시엄의 형태로 존재함

무선전력전송 기술에 대한 표준화는 무선전력전송 방식에 따라서 표준화 단체들이 설립되어 표준 개정과 인증 제도를 마련하여 시행하고 있으며, 이들 그룹 내에서도 무선전력전송량이나, 애플리케이션에 따라 단계적으로 표준 제정을 준비 중임

- WPC(Wireless Power Consortium)는 자기유도방식의 무선전력전송 컨소시엄으로 2008년도에 설립되어, 현재 213개 업체가 참여하고 있으며, 2010년도에 Qi 인증을 발표하고, 전 세계적으로 500여 개 상용화된 제품들에 표준이 적용되어 사용됨. WPC의 kitchen working group 에서는 100 W ~ 1.5 kW or 2.4 kW 까지 전력 전송이 가능한 Cordless Appliances 표준 정립 중

Steering Group

IEEE-ISTO(administration)

Low PowerWork Group

Medium PowerWork Group

Compliance&Compatibility Test Group

RegulatoryWork Group

Logo LicensingWork Group

AutomotiveApplication

Group

Kitchen WorkGroup

| 그림 5-20 WPC 산업 표준 조직도 |

- PMA(Power Matters Alliance) 역시 자기유도방식의 무선전력전송 컨소시엄으로, 미국의 Powermat사의 주도하에 2012년도에 설립되어, 현재 74개 업체가 참여하고 있으며, 표준 준비단계임

- A4WP(Alliance for Wireless Power)는 자기공진방식의 무선전력전송 컨소시엄으로, 삼성, Qualcomm의 주도로 2012년도에 설립되어, 현재 92개 업체가 참여하고 있으며, 올해 초 Rezence 표준을 발표하고, 상용화 준비 단계임



| 그림 5-21 국제 표준 비교 |

A4WP와 PMA는 올해 2월 무선충전시장의 성장 가속화 및 두 표준 간 글로벌 상호 운용성 확립을 위해 두 기술 표준의 통합을 위한 동맹을 체결하였음

무선전력전송 기술의 표준 선점은 차세대 무선전력전송 기술이라는 인식 및 실제 기업의 관련 시장 점유율 등 경제적 파급력 등을 고려하여 각 컨소시엄 간 표준 선점을 위한 경쟁이 치열함

에너지 하베스팅 분야 연구 현황

PSMA(Power Sources Manufacturers Association)에서는 2009년에 Energy Harvesting Forum을 설립하였으며, 2011년에 APEC(The Applied Power Electronics Conference and Exposition)에서 특별 세션으로 Energy Harvesting&Power Electronics을 만들어서 기술교류를 하고 있으며, 2011년부터 APEC에서 Energy Harvesting Committee meeting을 하고 있음(PSMA는 켈리포니아에 설립된 Power Sources에 관련된 비영리기관임)

EnOcean Alliance은 홈과 빌딩의 자동화를 위한 Energy Harvesting 기술 표준화를 위한 단체로, 2012년 3월에 EnOcean Wireless Standard는 ISO/IEC 14543-3-10로 비준되었음



무선전력전송기술 개발 이슈

| 표 5-4 주요 이슈 |

주요이슈 세부내용

상호 호환성• 모바일기기부터 가전, 센서까지 무선충전 기술의 표준화 체제 정비

• 기업주도의 독자적 표준 추진에 따른 상호 호환성 여부가 대중화 관건

효율• 현재 WPT의 무선 충전 효율 70%에서 80%이상으로 끌어올려야 함• 소형화에 따른 이론적 효율을 극복, 현재는 200 mW급 이하 수준

수m 원거리 활성화• IoT 스마트 센서에 무선으로 전력을 전송하기 위해서는 센서의 위치와 상관없이 전력을 전달할 수 있어야

함. 그러기 위해서는 무선충전 유효거리가 수 m 이상 되어야 함

애플리케이션 다양화

• 모바일기기 중심의 소출력 전자기기 시장에서 벗어나 2014년 노트북, 모니터, HDTC등의 중출력, 2019년 가정 및 공공장소에 이용 가능한 소ㆍ중ㆍ대출력 예상

’12 ’13 ’14 ’15 ’16 ’17 ’18 ’19 ’20 ’21 ’22

Units(M)

20 30 42 56 72 92 117 147 197 410 800

대상

스마트폰 등 소출력

전자기기

노트북, 모니터, HDTV 등 중출력 전자기기

가정 및 공공장소에 이용 가능한 소ㆍ중ㆍ대출력 전자기기

전자파 인체 안전성 • 무선전력전송 기기는 전자파를 이용하여 전력을 전달하므로, 전자파 인체보호기준을 만족해야 함

4. 국내의 무선전력전송기술 관련 법규 및 기준 동향

국내 관련 법규 및 기준 동향

2011년 5월에 방통위 고시 제2011-32호『대한민국 주파수 분배표』를 개정하고, 19~21kHz, 59~61kHz 대역을 전파응용설비 사용 조건으로 신설함

- 온라인 전기자동차(OLEV, On-Line Electric Vehicle) 개발 활성화에 기여함

2013년 6월에 가정용 무선전력전송기기의 출현에 따른 전자파 환경 보호를 위하여, 국립전파연구원 고시 제2013-3호 『전자파 장해 방지 기준』을 개정하여, 가정용 무선전력전송기기의 전자파 장해 방지기준을 신설함

『전자파 장해 방지 기준』개정에 따라 『전자파 장해 방지 시험 방법』도 개정함

- 무선전력전송 기기의 전자파 장해 방지 측정 방법 및 기준 마련으로,『무선전력전송기기의 전자파 장해 방지 측정 및 기준 적용』이 가능해짐



| 표 5-5 30MHz 이하 대역 가정용 무선전력전송기기 방사성 방해 기준치 |

주파수 범위(MHz) 준첨두값 허용기준치(dBµV/m) 측정거리(m)

0.000 ~ 0.45 47~20log(f)3

0.45 ~ 30 54

2013년 12월에 국립전파연구원 고시 제2013-19호 『전파 응용 설비 기술 기준』을 개정하여 무선전력전송기기를 전파응용설비로 포함시키고, 무선전력전송기기의 이용 주파수와 기술방식별 전계강도의 최대 허용기준을 마련함

- 무선전력전송 이용주파수 : 19~21 kHz, 59~61 kHz, 100~205 kHz, 6,765~6,795 kHz

| 표 5-6 무선전력전송기기에서 방사되는 기본파 및 불요발사에 의한 전계강도 최대허용치 |

사용 주파수(kHz) 기본파 허용기준치 측정거리(m) 비고

19~21, 59~61 100 [µV/m] 100

100 ~ 205 500 [µV/m] 3* 측정값에 6π/λ를 곱하여 적용

* 불요파는 기본파의 전계강도보다 낮을 것

6,765 ~ 6,79578.5~10log(f/9)

[㏈㎶/m]10

* f는 ㎑를 단위로 한 주파수임.* 분해 대역폭은 9kHz를 적용하고, 검출모드는 준 첨두치 모드를

이용

무선전력전송 기기의『전자파 인체안전성평가 방법 및 측정방법에 대한 기준』을 2014년 말까지 마련하기 위하여, 국립전파연구원 등에서 전문가 협의체를 구성하여 연구하고 있음

| 그림 5-22 국내의 무선전력전송 시장 활성화 관련 법규 및 기준 동향 |



국외 관련 법규 및 기준 동향

일본의 브로드밴드 무선포럼에서는 2011년 4월에 『무선전력전송 기술의 이용에 관한 지침 Ver. 1.0』을 발표하였고, 2013년 4월에는『Ver. 2.0』을 발표하였음

- 지침의 범위는 50 W이하의 전력을 10 kHz ~ 10 MHz, ISM Band(13.56, 27.12, 40.6 MHz)의 주파수를 사용하고, 수 m 이내의 거리에 전력 전송하는 경우에 적용이 가능함

IEC TC 69(61980) 『Electric road vehicles and electric industrial trucks』: 일본 주도로 전기자동차 무선전력전송 표준 초안 개발 중(주파수는 85 kHz 또는 140 kHz 고려 중)

SAE TIR J2954 『Wireless Charging of Electric and Plug-in Hybrid Vehicles』: 경량자동차의 무선전력전송 주파수를 85 kHz(81.38 ~ 90 kHz)로 설정함(미국주도)

| 표 5-7 SAE의 경량자동차 최대 전송 전력 |

ClassificationSAE TIR J2954 WPT Power Class

WPT1WPT2

(Private/Public Parking)WPT3

(L.D. Fast Charge)

Maximum Input WPT Power Rating

3.8kW 7.7kW 22kW

5. 시사점과 정책제안

무선으로 전력을 전송하는 무선전력전송에 관한 기술과 제품이 급증하고 있으며 특히 IoT, 웨어러블 디바이스 산업의 활성화에 따라 극소전력 전송 및 충전 분야까지 그 응용범위가 광범위하게 확대될 것으로 예상됨

기술적 동일한 근간을 갖는 저전력 전원공급을 위한 에너지 하베스팅 분야와 전력의 중장거리 전송을 위한 기술은 고효율 전송에 대한 새로운 기술이 요구되는 분야로 연구를 통한 기술적 이슈사항에 대한 솔루션 제시가 필요함

특히, 저전력 에너지 하베스팅 분야의 기술은 미약전계 활용에 따른 저효율 특성개선에 대한 기술적 장벽이 매우 높은 분야로, 향후 IoT 및 웨어러블 디바이스 산업의 핵심요소기술로 집중적 연구가 필요함

현재의 무선전력전송 시장은 대부분이 소·중전력의 휴대기기 충전에 머물러 있었으나 가전, 주방기기 등 홈에서 활용할 수 있는 중전력급 이상의 다양한 전자기기로 응용확대가 필요하며 전기자동차나 로봇 등과 같은 특수 분야로 확대가 전망되는 분야로 응용분야의 다양성을 극복하는 연구가 필요함

기술개발과 병행하여 전자파의 인체 안전성평가에 대한 연구와 기준을 정립하고 전자기파 노출에 대한 인체 안전성을 확인하고 검증할 수 있는 기준 수립과 국제적인 협력활동이 필요함



(참고문헌)

1. 닛케이BP 비즈니스 총서 01<무선전력ㆍ무선충전>

2. WPC Withe Paper “Cordless kitchen appliances - A powerful new kitchen concept”, 2013. 4.

3. 국내외 사물인터넷 정책 및 시장동향과 주요서비스 사례, 동향과 전망 : 방송ㆍ통신ㆍ전파 통권 제64호, 2013. 07.

4. 스마트 홈 시장의 실태와 사업전략. 2014. 04

5. 산업통상자원부 전자부품연구원 기본연구사업 무선전력전송 특허동향조사 보고서, 2013. 12

6. IDTechEx “Wireless Power Transmission for Consumer Electronics and Electric Vehicles 2014-2024”

(국내외 주요 기술개발 현황)

연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간

전자부품연구원

• 휴대단말용 Dual Band 멀 티 모 드 인 터 렉 티 브 무선충전 융합기술 개발

• 자기공진방식 기술 및 인밴드 통신 기술을 융합한 듀얼 밴드 무선 충전 기술 개발

• 1m 원거리 휴대단말기 무선충전 기술개발

2010.03∼

2013.02

• 자기에너지 포밍기반의 대면적 고출력 무선전력 그리드 시스템 기술 개발

• 대용량 가전 제품에 응용 가능한 자기에너지포밍(Energy-forming) 기반의 고출력(1kW급), 원거리 무선전력 기술

2012.06∼

2013.05

한국전기연구원

• 공 진 형 무 선 전 력 전 송 기반의 무선 통신 융합 시스템 원천 기술개발

• 자기 공진 방식의 무선전력전송 제어 융합 시스템 최적화 및 표준화 기술 개발

2011.01∼

2012.12

한국전자통신연구원

• 인체활동 기반 그린 에너지 하베스팅 및 고효율 전력 전송 시스템 개발

• 인체활동 및 주변의 에너지를 활용하여 휴대용 및 착용형 IT 기기의 구동 동력으로 활용하기 위한 하이브리드 방식의 IT 융합형 초소형 고효율 에너지 하베스팅 시스템 구현

2010.12∼

2015.11

한국과학기술원

• 댁내 무선기기를 위한 무선 전력 전송/충전 이동성 지원 원천기술 연구

• 댁내 중소전력 사용 무선기기의 배터리 사용 절감 및 사용성 향상을 위해 무선기기의 위치변화에 상관없이 무선으로 전력을 전송할 수 있는 이동성 지원 원천 기술 개발

2010.01∼

2010.12



년도 내용

1864 맥스웰 전자기 법칙 발견

1891 테슬라, 헤르츠파 무선전송기 RF 전력공급기 개선

1904 테슬라에 의한 무선전력전송 실험

1961 William C. Brown, 마이크로파 전력전송의 가능성 재기

1965헬리콥터용 송전실험 (미국)수직으로 설치된 흔들림 방지용 와이어를 따라 상하하는 헬리콥터용 송전실험}

1968마이크로파 송전을 이용한 우주 태양 발전소 SPS 구상 제안 (미국)

1975 30KW 전력의 지상 2정점 간 무전 전력 전송 실험 (미국)

1983 전리층에서의 마이크로파 송전 로켓 실험 MINIX (일본)

1987마이크로파 충전(1KW)에 의한 비행기 실험 SHARP (일본)

1998 전자기 방식으로 수 피트 거리에서 HF RFID 태그 충전

1999

Herbert L. Becker 박사, 램프와 휴대용 선풍기 30피트 거리에서 구동

홍콩시립대학 교수, Shu Yuen Hui와 S.C.Tang이 공진방식 회로를 사용한 Coreless PCB 변압기 관련 특허 신청 (홍콩); 평면을 사용한 충전방식 기여

2000Shu Yuen Hui, 가전제품 충전패드 발명 (홍콩)

경북대 최병호 교수와 연구진에서 평면타입의 휴대기기용 충전기에 관한 논문 발표 (한국)

2000 우주태양 발전소 발송 수전 시스템 SPORTS 2.45 (일본)

20015.8기가 우주 태양발전 무선전력전송 시스템 SPORTS 5.8 (일본)

2006 MIT에 의한 공명 송전 방식 제창 (미국)

년도 내용

2008 1500Km 마이크로파 송전 실험(미국,일본)

2008 Bombardier사에서 전기차 및 전기열차용 충전 솔루션인 PRIMOVE 출시(캐나다)

John Boys 교수와 연구팀, 75% 효율의 전구 무선충전 (뉴질랜드)

Nevada Lighting Laboratory의 Greg Leyh와 Mike Kennan이 테슬라가 제안했던 방식과 비슷한 고효율 무선전력전송에 관한 논문 발표(미국)

2009 비행선에서의 마이크로파 송전 실험(미국)

2009 WPC(Wireless Power Consortium)에서 저전력 자기유도방식의 무선충전 표준 완성

Palm사에서 무선충전기능의 스마트폰,Palm Pre와 Palm Touchstone 무선충전기 출시(미국)

Wireless Power&Communication에서 무선 손전등과 충전기 출시(노르웨이)

LaserMotive사가 다이오드 레이저를 사용하여 수백미터 거리에서 1KW의 전력전송에 성공하며 세계신기록 수립 및 나사의 우주 엘리베이터 제작 경연대회 우승(미국)

소니사 전자기유도방식의 60W TV 세트 50cm 거리에서 구현(일본)

2010 H a i e r 그룹에서 세계최초로 C E S 2 0 1 0 에서 전자기유도방식의 무선 LCD TV를 선보임

브리티시콜롬비아 대학의 SOC 그룹에서 다중코일의 고효율 무선전력전송 시스템 최적화 툴 개발(캐나다)

2011 카이스트대에서 보스턴 로간 공항의 전기차 및 영국 Drayson 레이싱카의 HaloIPT을 위한 무선충전 개발 시작

듀크대의 Yaroslav Urzhumov와 David Smith가 메타물질 렌즈로 RF 무선충전의 효율을 높이는 이론적인 근거를 발표(미국)

2012 Haier America Digital Product Group에서 무선충전 텔레비전 양산 추진 중(미국)

부록 : 무선전력전송 연구의 역사


특집웨어러블 전자기기 시대가 도래하다

- 프로스트 앤 설리번

SUMMARY

목적

다양한 종류의 웨어러블 기기와 그 활용도에 대해 소개하기 위함.

주요현황

향상된 무선 센서와 통신 기술의 결합으로 웨어러블 전자기기 시장이 형성됨.

의료 및 증강현실에 대한 관심도가 높아지면서 웨어러블 기기의 수요가 증가하고 있음.


배터리 수명 및 디자인 등 개선해야 할 사항들이 존재함.

웨어러블 기기 도입으로 인한 사생활 침해에 관한 사회적 정책 마련이 필요함.

ｌ저자ｌ 최재호 팀장 / 프로스트 앤 설리번 ([email protected], 02)6710-2035)이미옥 대리 / 프로스트 앤 설리번 ([email protected], 02)6710-2033)




1. 개요

무선 센서 및 첨단 통신 기술과 결합된 모바일 기기가 웨어러블 전자 시장의 초석이 됨.

최근 몇 년간, 웨어러블 시장은 특히 의료 및 휘트니스 부문에서 괄목할만한 성장을 이뤄냄.

대부분 팔찌 형태로, 사람의 활동을 관찰하는 용도로 사용되는 부문에서 높은 성장이 나타남.

웨어러블 전자기기들은 몸에 착용하거나 몸 가까이에 두는 소형 전자 기기들을 뜻함.

웨어러블 전자기기에는 착용하는 하드웨어와 임베디드 소프트웨어, 디지털 신호 시스템이 포함됨.

웨어러블 전자기기의 예로는 생리적 징후를 감지하는 셔츠, 증강 현실을 체험하고 상황 인식을 감지하는데 사용하는 스마트 안경을 들 수 있음.

2. 웨어러블 기기의 종류

2-1. 휘트니스 밴드

휘트니스 밴드는 시장에서 가장 쉽게 찾아볼 수 있는 웨어러블 전자기기로, 웨어러블 센서와 모바일 폰, 무선 기술의 성공적인 융합으로 개인용 휘트니스 밴드 부문에서 성장을 이뤄냄.

웨어러블 센서는 모바일 애플리케이션을 통해 가공이나 분석된 건강 데이터를 수집하고, 그 결과들은 그래프와 차트를 통해 사용자에게 전달되어 건강상태를 확인할 수 있음.

휘트니스 트랙킹 밴드는 가속도계를 활용해 칼로리 소모량이나 보행거리 등의 데이터를 수집함.

2-2. 스마트 텍스타일

스마트 자재들과 전자기기의 융합으로 지능형 스마트 텍스타일의 개발이 가능해짐.

스마트 텍스타일은 내장 센서를 통해 정보 전송, 분석, 보관이 가능함.

지능형 의복은 착용자의 감각이나 시야를 확장시키고 언제 어디서나 유용한 정보를 제공함.

스마트 텍스타일은 주로 의료(건강 파라미터 원격 모니터링)부문과 보안(위험 감지 및 구조요청) 목적으로 활용되며 인터넷에서 이의 유용한 데이터를 확인할 수 있음.

따라서 웨어러블 전자기기들을 스포츠웨어나 응급상황 또는 공공안전 장비, 군사, 패션 산업 등에서 활용 가능함.

2-3. 스마트 안경

스마트 안경은 착용 가능한 작은 컴퓨터로 핸즈프리 시각 디스플레이를 통해 웹, 문서작성, 메시지 전송, 사진촬영 등의

특집 웨어러블 전자기기 시대가 도래하다


기능을 가지고 있음.

현재 개인용 투시 장비같은 스마트 안경 기기에 컴퓨터로 만든 시각 정보를 반영시키는 방식으로, 실시간 정보를 받을 수 있음.

미래에는 간소해진 LED 콘택트렌즈를 통해 증강현실을 보여주는 핸즈프리 정보 스트리밍이 가능함.

이러한 생체공학적 콘택트렌즈는 스마트 안경을 넘어선 차세대 혁신 제품으로, 구글은 스마트 콘택트렌즈를 통해 눈물의 포도당 수치를 측정하는 기술을 테스트 중임. 렌즈 두 층 사이에 포도당 센서가 내장된 작은 무선 칩과 미세한 LED 조명이 렌즈에 설치되어 포도당 수치의 증감을 빛으로 표시할 수 있으며, 이는 사전 정의된 임계치를 넘어선 기술임.

또한 스마트 안경에는 게임용 헤드업 디스플레이도 포함되어 있음.

마이크로소프트사는 스마트 글라스 기술의 특허 신청서를 제출함.

스마트 안경은 인포테인먼트(Information + Entertainment)와 게임, 내비게이션, 응급상황 조치, 원격의료, 수술 등의 목적으로 활용이 가능함.

2-4. 전자 스킨/스마트 문신

스마트 문신 또는 전자 스킨(e-skin)은 착용자의 생리, 근육, 신경 활동을 모니터할 수 있음. 스마트 문신은 피부에 바로 프린트할 수 있으며, 가볍고 얇아 착용에 불편함이 없는 것이 특징임.

스마트 문신을 통해 원격으로 수술 부위의 회복 정도를 모니터링할 수 있으며, 집이나 외부 장소에서도 만성 질환을 앓고 있는 고령 인구들의 상태 파악 및 태아 감시와 진단이 가능함.

구글이 인수한 모토로라 모빌리티는 스마트 문신을 스마트폰의 보조 제어 장치로 접목시킨 기술을 특허 출원함. 이 특허 기술은 ‘목 부위에 적용할 수 있는 전자 피부’로 구성된 시스템을 포함하고 있음.

2-5. 스마트 시계

스마트 시계 시장은 애플, 삼성 등 대기업들이 시장을 주도하여 최첨단 기술과 세련된 디자인을 결합하여 많은 소비자층을 확보할 것으로 기대됨.

애플은 2014년 iWatch를 발매할 예정이며, 구글, 마이크로소프트 기업들도 1~2년 내에 자사의 스마트 시계를 공개할 것으로 보임.

삼성과 소니, 모토로라 등 일부 기업들은 이미 스마트 시계를 출시했지만, 제한된 성능과 중복기능, 기대에 못 미친 디자인으로 소비자 주목을 끄는데 실패함.

하지만 이들의 제품 출시로 스마트폰과 연동되는 스마트 시계를 원하는 소비자층이 존재한다는 것을 인지하게 됨.

MEMS(microelectromechanical systems)와 나노기술 발전에 힘입어 하드웨어 성능을 향상시켜, 이를 스마트 시계에도 적용할 수 있을 것으로 보임.

향후에는 의료 데이터, 음성 제어 기술, 근거리 자기장 통신(NFC) 칩이 스마트 시계와 접목시켜, 스마트 시계 활용 범위가 더욱 확대될 것으로 보임.



스마트 시계 사용자는 이를 통해 휴대전화를 사용하지 않고도 모바일 결제가 가능해짐.

또한 스마트 시계는 TV나 뮤직 플레이어를 위한 리모컨 기능도 갖추게 될 것임.

3. 웨어러블 전자기기 응용 분야

3-1. 의료

웨어러블 전자기기는 의료 분야에 획기적인 변화를 가져오며 개개인의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 잠재력을 지님.

병원이나 의료 전문의를 찾아가지 않고도 자신의 건강 정보를 꾸준히 체크하는 데에 대한 관심도가 높아지고 있음.

의료 분야에는 두 가지 종류의 웨어러블 기기들을 적용할 수 있는데, 착용자의 활동만을 측정하는 건강 트랙커와 같은 활동 모니터링 기능을 지닌 것과 의료 진찰 기기로 착용자의 심박 수, 체온 등의 활력증상을 모니터링하여 원격 건강 모니터링이나 원격 진료에 활용할 수 있는 것을 들 수 있는데 후자인 경우에는 FDA나 유사기관의 승인이 필요함.

3-2. 인포테인먼트 및 게임

스마트 안경과 스마트 시계는 인포테인먼트와 게임 환경을 한 단계 진보시킴. 스마트 안경은 음성 인식이나 눈을 깜박여 사진을 촬영하는 핸즈프리 인터페이스를 구현하여 인포테인먼트를 더욱 쉽게 즐길 수 있도록 함.

더 나아진 인포테인먼트를 통해 모바일 폰의 효율성을 높히고 스마트 안경으로 보다 현실감 넘치는 비디오 게임을 즐길 수 있음.

스마트 시계는 엔터테인먼트 및 생활 관련 정보들을 실시간으로 송수신할 수 있음.

3-3. 산업 및 군사

스마트 텍스타일로 독성물질을 감지하고 생리 파라미터를 전송하는 등 산업 및 군사용으로 활용 가능함.

스마트 안경은 핸즈프리 디스플레이를 통해 지도나 경로 정보를 제공하여 처해진 상황을 보다 긴밀히 인식할 수 있어 군사용으로 활용하기에 적합함.

4. 웨어러블 전자기기 시장의 성장 동인요소

정교한 기기를 선호하는 소비자 성향과 컨넥티비티(Connectivity) 트렌드의 급부상에 힘입어 웨어러블 전자기기 시장이 빠르게 성장하고 있음.



자가측정(Quantified Self)에 대한 관심이 높아지면서 휘트니스 밴드 수요가 늘어나고 있음. 게다가 재료과학 분야의 발전으로 새로 개발된 재료들을 통해 섬유에 센서나 컴퓨팅 기술을 도입할 수 있게 됨.

블루투스 4.0과 주변 에너지 창출 시스템의 발전이 웨어러블 전자기기 발전의 주된 동인요인으로 꼽힘.

블루투스 4.0은 전력 소모량이 적고 기기와의 빠른 연결이 가능함. 웨어러블 기기에서 충전은 주요 과제인 만큼 낮은 전력 소비량이 아주 매력적인 요인으로 다가옴.

주변 에너지 창출 시스템은 웨어러블 기기를 충전에 활용할 수 있어, 웨어러블 기기의 성장에 영향을 미침.

5. 웨어러블 전자기기 시장의 성장 저해요소

웨어러블 전자기기가 많은 관심을 끄는 것은 사실이지만, 이를 보급시키는 데에는 몇가지 해결해야 할 문제들이 있음.

웨어러블 기기는 착용자에게 불편함을 주지 않고 다양한 기능을 제공해야 하기 때문에 현재 출시된 웨어러블 기기들은 디스플레이에 많은 제한을 두고 있음. 이에 새로운 디자인 패턴이나 솔루션 아키테처 도입이 시급함.

스마트 시계의 경우, 시계 자체의 배터리 뿐 아니라 이와 연결된 스마트폰의 배터리 역시 빠르게 소모시키기 때문에 배터리 수명 연장에 대한 문제 역시 과제로 남아 있음.

최신 스마트폰의 뛰어난 성능으로 스마트 시계나 휘트니스 밴드 등 웨어러블 기기가 가진 기능이 제대로 주목받지 못하고 있음.

웨어러블 기기는 사용자 주위의 데이터를 빠르게 수집하기 때문에 사생활 침해와 관련하여 사회적으로 적합한지의 문제가 남아 있어, 이에 대한 대책마련이 필요함.

6. 웨어러블 전자기기 보급형 제품

6-1. 구글 글라스

구글 글라스(Google Glass)는 옵티칼 헤드마운트 디스플레이(Optical head-mounted display)로 구성된 착용할 수 있는 컴퓨터임.

구글 글라스는 핸즈프리 방식으로, 스마트폰과 동일한 형식의 정보를 송출하며 음성 명령을 통한 인터넷 커뮤니케이션이 가능함

6-2. M100

미국 뉴욕에 본사를 두고 있는 Vuzix사는 ‘M100’이라 불리는 스마트 아이웨어(eyewear)를 출시함.



M100은 단안 디스플레이(monocular display)와 컴퓨터, 무선 접속, 녹화 기능을 지닌 착용 가능한 안드로이드 기반의 장치로, 소매업이나 의료 부문, 일반 산업에서 활용하기에 적합한 제품임.

M100은 핸즈프리로 데이터 접속이 가능하며, 레그-프리(lag-free) 증강현실 응용을 위해 저장된 데이터를 직접 처리할 수 있음.

또한 통합 헤드 트랙킹(head tracking)과 GPS(Global Positioning System)를 통해 정확한 위치 정보를 사용자에게 제공하여 고도의 상황 인식 기능 역시 제공해줌.

6-3. MYO

캐나다에서 시작된 Thalmic Labs은 몸짓 인식 기능과 웨어러블 전자기기를 통합한 새로운 기술을 도입시켜, 사용자가 자연스러운 손동작으로 컴퓨터나 스마트 폰과 같은 기기들을 제어할 수 있는 MYO를 개발함.

근전도기반 기술(EMG)을 통해 사용자들이 PC로 부터 멀리 떨어져 있어도 손동작을 통해 PC의 기능을 제어할 수 있음.

MYO는 사용자의 팔부터 손동작(손가락의 작은 움직임을 포함)까지 탐지하기 위한 근육의 전기적 활동을 측정함. 측정 후에는 이의 데이터를 해석하고 컴퓨터나 디지털 장치로 전송함.

6-4. Electronic Skin

일본 도쿄 대학 연구원들은 세계에서 가장 가볍고 얇은 오가닉 트랜지스터(organic transistor)와 회로를 통합시켜 전자 피부(Electronic Skin)를 개발함.

이는 초경량에 신축성이 좋은 복합 회로로, 두께는 2 마이크로미터, 무게는 미터당 3g임.

전자 피부를 착용하여 신체 온도, 습도, 압력을 원활히 측정할 수 있으며 심박동수 등의 건강 상태 모니터링에도 활용할 수 있음.

이 연구 프로젝트는 도쿄 대학교와 오스트리아 Linz의 Johannes Kepler 대학교의 공동 작업으로 수행되었고, 일본과학기술진흥기구(Japan Science and Technology Agency), ERATO(Exploratory Research for Advanced Technology)이 지원함.

이 기술은 웨어러블 전자기기에 활용할 수 있도록 더 많은 연구가 진행될 것으로 보임. 앞으로 2-3년 후에는 의료제품으로 상업화될 것으로 예상 됨.

6-5. Instabeat

레바논에서 처음 시작된 Instabeat사는 ‘Instabeat’이라는 수영 모니터링 기능이 탑재된 혁신적인 고글을 개발함.

기존의 심박동수 측정 기기와는 다르게 착용이 자유롭고 실시간으로 제공되며 시각적 피드백이 가능해 별도의 사용 교육이 필요 없음.

Instabeat은 수영하고 있는 사람의 심박동수를 트랙킹하여 고글에 바로 결과를 보여줌.



6-6. 콘택트렌즈

워싱턴대학교와 마이크로소프트사는 보철 기기(prosthetic device)로 만들어진 콘택트렌즈를 개발함.

이 렌즈는 LED 렌즈로, 당뇨 환자들을 위한 포도당 수치를 트랙킹함.

현재 기술에 비해 상대적으로 적은 침습성을 가지고 있으며 착용자의 상태 자가진단을 도움.

6-7. SmartLife

영국의 SmartLife사는 착용자의 신체적 신호를 감독하는 의복 시스템(garment system)을 개발함.

조끼에는 데이터 정리 및 수집을 위한 수행 플랫폼과 ECG(electrocardiography) 전극(electrodes), 호흡 센서가 내장되어 있음.

이 기업은 심장 관리 및 휘트니스, 군사(military), 위험 환경(dangerous environment)에 중점을 두고 있음.

6-8. Urbana-Champaign

일리노이 대학의 연구팀(Urbana-Champaign)은 굉장히 얇고 펼칠 수 있는 패치와 피부에 올려놓는 형식의 표피 전자 장치(epidermal electronic device)를 개발함.

장치 및 전자회로는 피부에 일시적으로 유지되는 타투 모양과 유사하며 몸의 전기 활동을 측정함.

이 표피 전자 장치는 전기망으로 구성되어 있으며, 센서, 콘덴서, 무선동력, 커뮤니케이션 시스템을 갖춤.

6-9. Basis B1 Band

캘리포니아 샌프란시스코에 본사를 둔 BASIS Science사는 최근 Basis B1 Band를 출시함.

Basis B1 Band는 손목 시계처럼 생긴 기기로, LCD(Liquid Crystal Display)와 블루투스 지원을 받으며 꾸준히 사용자 건강상태에 대해 고유한 인사이트를 제시하고 심박동수를 측정함.

BASIS Science사는 Basis B1 Band를 개발하기 위해 Doll Capital Management(Menlo Park, 캘리포니아)와 Northwest Venture Partners(Palo Alto, 캘리포니아)에서 9백 만 달러의 기금을 조달받음.

최근 인텔(Intel)사가 웨어러블 전자기기 시장을 선도하기 위해 이 기업을 인수함.

6-10. Fitbit

Fitbit는 미국에서 시작된 휘트니스 기술로 각 사용자들의 요구들을 트랙킹하는 디지털 건강 트랙킹 제품을 개발함.

Fitbit One과 Fitbit Zip은 사용자 옷이나 주머니에 달아 사용할 수 있으며, Fitbit Flex 기기는 사용자의 움직임에 방해를 최소화시키기 위해 손목 밴드로도 착용이 가능함.

이 기기들은 사용자의 보행거리, 그리고 걷거나 뛰는 동안 소모된 칼로리 등에 관한 활동 메트릭스를 제공함.



Fitbit의 하드웨어는 모바일 애플리케이션과 웹 계기판(dashboard)으로 구성된 에코 시스템이 수반되어 있음. 이 에코 시스템은 지능적인 건강 정보를 제공하는 매개가 되며, 이것이 Fitbit 제품들의 핵심 부가가치로 꼽힘.

Fitbit의 외부 장치에 의해 포착된 모든 활동 데이터는 무선으로 웹사이트에 업로드가 가능함.

6-11. UP

캘리포니아 샌프란시스코에 본사를 둔 Jawbone사는 “UP”을 개발함.

“UP”은 손목밴드 형식으로 착용자의 활동을 트랙킹하여 이들의 라이프 스타일을 모니터링 함.

UP은 원래 보행거리 수를 재는 계보기로써, 여기에 몇 개의 동작 센서를 더 탑재한 것이 핵심임.

이 동작센서는 발걸음을 기준으로 사용자 활동 정보를 수집함. 이 손목밴드는 또한 사용자 독점 알고리즘을 통한 사용자의 수면 패턴 추적 기능도 있음.

사용자 스마트폰 화면으로 수집된 모든 데이터들을 보여주기 위해 iOS나 안드로이드용 애플리케이션이 제공됨.

또한 사용자는 장치의 세팅, 휘트니스 목표 설정, 다른 사용자의 UP 장치와의 교류가 가능함.

6-12. GPS

미국에 본사를 둔 나이키사의 최첨단 과학 기술분야 전문가들은 운동선수들이 취한 루트 등, 실시간 정보를 수집하기 위해 GPS 기술을 활용한 새로운 운동 모니터링 시스템을 개발함.

이 시스템은 멀티센서 기반의 모니터링을 구성하는 non-GPS 기술 역시 수반하고 있음.

이 센서는 압력센서, 고도센서, 속도센서, 동작센서와 같은 다양한 형식의 센서들로 구성할 수 있음.

GPS와 non-GPS로부터 받은 자료들은 선수들의 훈련에 맞게 완벽한 데이터베이스 정보를 구축하기 위해 지속적으로 상관관계를 이어감.

이 데이터들은 선수들의 훈련 중에 또는 훈련 후에 추가 분석에 사용할 수 있음.

수집된 데이터와 분석 자료들은 통합되고 저장되기 때문에, 사용자는 추후 훈련계획에 이를 활용할 수 있음.

6-13. MC10

Reebok과 MC10은 어린 운동 선수들의 머리 충격을 모니터하기 위한 목적으로 충격감지 스컬캡(impact sensing skullcap)을 도입하는데 협력함.

Reebok의 센서가 탑재된 그물망 모자는 충격의 정도에 따라 판독옵션을 제공하여 헤드 블로우(head blow)에 즉각적인 정보를 전달함.

매사추세츠 케임브리지에 위치한 MC10은 제조업에 혁신적인 프로세스를 개발함. 이 프로세스는 유연성 있고 신축성 있는 전자 시스템임. MC10 전문기술의 영향력을 유연한 전자기기로 확대하면서, 유연한 센서로 채워진 플라스틱이 개발됨.



이 작은 마이크로컨트롤러 모듈은3개의 지표로 구성된 LED와 micro-USB port로 구성됨. 스컬캡에 사용된 센서는 본질적으로 가속도계와 자이로스코프로서 착용자의 움직임을 측정하고, Proprietary 알고리즘은 센서들에 의해 수집된 데이터를 평가하는데 사용됨.

또한 이 알고리즘은 충격으로부터의 영향(심각함, 보통, 경미함)을 평가함.

7. 결론

MEMS 칩의 진화와 배터리 및 센서, 재료과학의 진보에 힘입어 웨어러블 전자기기의 급속한 성장 잠재력이 커짐.

웨어러블 전자기기 시장은 이미 건강 및 휘트니스 시장에 깊숙이 침투해 있으며, 일반 산업이나 신진 교육 및 오락 프로그램, 패션 산업과 같은 분야들에도 진입 가능성이 높음.

웨어러블 전자기기 시장에 있어 Google이나 Apple, Microsoft, Intel사들의 투자 및 특허권 신청이 늘어나고 있다는 점이 웨어러블 전자기기가 멀티 애플리케이션(multitude application) 기술 분야에서 주류가 될 것임을 입증하고 있음.

Jawbone사는 최근 BodyMedia사를 인수했으며, BodyMedia사의 상품과 소프트웨어 서비스를 판매할 계획임.

또한 Jawbone사는 BodyMedia사의 특허권 포트폴리오를 획득함. BodyMedia사는 의료 모니터링 시스템으로 미국 FDA로부터 승인을 받은 유일한 의료 트랙킹(health tracking) 기업임.

휘트니스 트랙킹 밴드, 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 문신과 같은 웨어러블 기기들은 이미 시장에 출시된 상태이며, 2016년에는 10억 달러 규모의 시장이 형성될 것으로 전망됨.

현재까지의 스마트 텍스타일인 경우, 크게 두드러진 혁신은 나타나지 않고 관련 제품들도 많지는 않지만, 향후 6~7년 사이에 시장이 크게 형성될 것으로 보임.

이는 스마트 텍스타일이 웨어러블 전자기기들 중 가장 용이하게 기술과의 융합이 가능하며, 가장 불편함이 적은 착용 기술로 꼽히고 있기 때문임.

단기적으로 의료 및 휘트니스 시장이 웨어러블 전자기기에 있어 가장 비중이 큰 수익 창출 분야가 될 것임.

스마트 시계는 스마트폰 특징들과 유사해 논란의 여지가 있음.

이러한 웨어러블 기기들의 크기가 더 작아지고, 착용에 있어 불편함이 없어진다면, 이들의 발전 가능성은 매우 높아질 것으로 기대됨.

웨어러블 전자기기의 성공에 가장 주요한 요인은 비침입성, 작은 사이즈, 실시간 피드백 제공, 다중 파라미터(multiple parameters) 측정을 꼽을 수 있음.

보다 더 활동적인 센서 데이터를 개발하는 것 역시 중요하나, 사생활 침해등 사회적 문제를 야기할 수 있음을 염두해 두어야 함.

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PD이슈리포트 발간목록

발간호 발간분야 이슈제목

10-1호

SW 모바일 산업 환경에서의 SW발전 및 육성 방향

로봇 웨어러블 로봇의 개발현황 및 전망

IT융합 차량용 S/W 플랫폼 표준화 동향

10-2호BcN Mobile Backhaul 장비의 시장동향 및 기술개발 전략

RFID·USN 화물컨테이너용 보안장치 기술동향 및 국제 표준화 이슈

10-3호

DTV 방송용 카메라시장 및 연구개발 동향

차세대컴퓨팅 모바일 클라우드 기술현황 및 전망

지식정보보안 스마트폰 보안 및 모바일 산업 활성화

홈/정보가전 홈네트워크 상호운용성 확보를 위한 한국형 표준 플랫폼

10-4호로봇 수술로봇의 개발 현황 및 전망

이동통신 모바일 산업 동향 및 분석

10-5호

IT융합 조선산업의 e-Navigation 현황 및 대응방안

BcN 패킷-광 통합 전달망 장비 기술동향 및 시장전망

DTV 국내 모바일방송 기술의 해외진출 현황 및 추진전략

홈·정보가전 실감·감성형정보가전기기의 현재와 미래

기획총괄 특허정보를 활용한 IT기술수준조사

10-6호

SW 모바일 인텔리전스 현황 및 발전방향

차세대컴퓨팅 감성 ICT산업 현황 및 전망

지식정보보안 국가안전관리를 위한 홈랜드 시큐리티 현황 및 대응방안

10-7호

로봇 로봇 SW 플랫폼의 현황과 발전 방향

RFID·USN 국내ㆍ외 USN용 센서산업 동향 및 활성화 전략

표준PD 표준 특허 분쟁과 대응방안

10-8호

DTV·방송 스마트TV 현황 및 발전전략

IT융합 IT와 주력산업의 융합 사례

이동통신 차세대 이동통신 현황 및 발전방향

기획총괄 2009년도 IT산업원천 기술수준조사 방법론 및 결과


10-9호

SW 가상제조 기술의 현황 및 발전방향

차세대컴퓨팅 CPS(Cyber-Physical Systems) 기술현황 및 전망

지식정보보안 금융 IC카드 위협, 부채널 공격 현황 및 대응방안

10-10호

IT융합 인체기반 에너지 하베스팅 기술 현황 및 전망

RFID·USN USN과 M2M(Machine to Machine)

기획총괄 Backcasting을 활용한 기술예측방법론

10-11호

이동통신 국내 융 ·복합 모바일 통신기기 종합시험 현황 및 시사점

DTV·방송 디지털 라디오방송 기술 및 정책 동향

BcN 서비스 전달 플랫폼 기술현황 및 시장전망

홈·정보가전 제로 에너지 하우스 현황 및 전망

10-12호

SW 동향분석 및 예측 기술 현황과 발전방향

차세대컴퓨팅 매니코어 시스템 기술 현황 및 전망

지식정보보안 프라이버시보호 및 사이버보안 이슈와 대책 방안

11-1호기획총괄 2011년 IT 핵심이슈 및 트랜드 분석

IT분야 PD 전체 IT 기술 분야별 2010년 주요성과 및 2011년 연구계획

11-특집호

기획총괄 2011년도 IT기술진흥시행계획

기획총괄 2010년도 IT기술수준 조사 결과

기획총괄 2010년도 IT특허경쟁력 분석 결과

기획총괄 IT융합 미래기술예측조사 2025

11-3호

로봇 재난대응 로봇의 개발 현황 및 전망

RFID·USN NFC 국내ㆍ외 동향 및 발전 방향

홈/정보가전 Digital Holography 기술 동향 및 전망

IT융합 X-ray 검사 시스템 기술 현황 및 전망

IT분야 PD 전체 [부록] IT분야 주요 이슈 및 타산업간 융·복합 필요 사항



11-4호

나노융합 탄소나노튜브(CNT)의 상용화 현황 및 시장 전망

디스플레이 OLED 조명 기술 동향 및 전망

반도체 차세대 반도체 공정/소자 개발 동향

LED·광 LED 시스템 조명 기술의 전망

11-5호

차세대컴퓨팅 그린 IDC 기술 동향과 인증제 추진 방안

SW 빅 데이터 산업현황 및 대응방안

BcN 캐리어 이더넷(Carrier Ethernet) 기술동향 및 시장 전망

지식정보보안 지능형 영상보안 기술 현황 및 전망

차세대이동통신 한·중·일 차세대 이동통신 정례 표준협력 회의

11-6호

DTV·방송 UHDTV 기술동향과 산업 전망

바이오 바이오화학산업의 현황과 전망

의료기기 초음파 의료기기의 기술 및 산업동향

생산기반 제조업의 원천, 뿌리산업의 현황과 발전전략

플랜트엔지니어링 플랜트안전설계 기술개발 현황 및 전망

IT기획운영PD·IT분야 2012년 산업융합원천기술개발사업 정보통신분야 R&D 기획방향

11-7호

반도체 차세대 TV 칩셋 개발 동향

디스플레이 3D 디스플레이 기술 동향 및 전망

LED·광 가시광 통신(VLC) 기술 및 산업전망

나노융합 차세대 나노바이오의료융합기술의 개발 동향

SW 다국어 자동통번역 기술 현황 및 대응 방안

표준 산업융합기술 분야 표준화 동향

11-8호

로봇 인간로봇상호작용(HRI) 기술의 현황과 발전 방향

IT 융합 농업·IT 융합 기술의 동향 및 전망

RFID·USN RFID기반 물류정보 동기화 기술 및 산업전망

차세대이동통신 이동통신 트래픽 증가와 주파수 확보 방안

BcN 광대역 가입자망을 위한 차세대 Optic 액세스 및 부품 기술현황 및 전망


11-9호

SW 공개SW 기반 국가 R&D 추진 및 글로벌 R&D 능력향상 전략

홈·정보가전 WPAN기술 표준화 동향

로봇 클라우드 기반 로보틱스의 현황과 발전방향

DTV/방송 스포츠와 방송기술 동향

바이오 유전자치료제 개발의 현황 및 전망

의료기기 X선 의료영상기기 기술 및 산업동향

기획총괄 특허분석을 통한 지식정보보안분야 메가트랜드

11-10호

플랜트엔지니어링 해양 시추시스템 기술현황 및 전망

차세대컴퓨팅 클라우드 컴퓨팅 이슈 및 현황

SW 국가 SW R&D 품질관리 적용 현황 및 향후 추진방향

지식정보보안 인터넷 트래픽 분석의 기술동향 및 발전방향

생산기반 주요 제품서비스화 사업에 대한 성장가능성 평가와 시사점

12-특집호 18대 분야 2011년 연구개발 주요성과 및 2012년 추진계획

12-2호

기획총괄 2011, 25대 기술 분야 기술수준조사 결과

신산업 IT 융합 섬유패션·IT 융합 기술의 현황 및 확산 발전 전략

시스템 반도체 SSD(Solid-state Drive) 기술 및 시장동향

반도체 공정·장비 반도체 웨이퍼 450mm 대구경화 동향

기획총괄 IT 미래기술예측 2025

12-3호

FOCUSING ISSUE 지식기반 서비스 산업으로의 발전, 플랜트 - IT 융합

나노융합 그래핀 응용 기술 연구개발 동향 및 사업화 전망

스마트카 지능형 자동차 연구 동향 및 지식경제부 R&D 지원현황

그린카 그린카 기술의 현재와 미래

디스플레이 동북아 디스플레이 산업현황

주력산업 IT 융합 조선·IT 융합 기술의 현황과 발전방향



12-4호

FOCUSING ISSUE 굴뚝 없는 황금 시장, 줄기세포치료제의 미래

의료기기 재활의료기기 기술 동향 및 전망

로봇 로봇 콘텐츠 저작환경 기술의 현황과 발전방향

조선 선박 수중소음 기술동향과 산업전망

생산기반 자연에서 얻은 지혜, 자연모사기술(Nature Inspired Technology)의 현재와 미래

금속재료 에너지 산업 전망에 따른 4G 금속소재 개발 전략

DTV·방송 디지털라디오 기술 동향

홈네트워크·정보가전 스마트가전 현황 및 발전방향

LED·광 초강력 레이저 기반 펨토과학기술의 동향과 발전 전망

12-5호

FOCUSING ISSUE 의료기기 강국으로 도약하는 대한민국

표준기술 FTA 시대의 국가 R&D와 표준화 전략

지식서비스 지식서비스 시대의 인재상과 교육지식서비스

화학공정 석유화학 산업의 현황과 발전방안

BcN 네트워크 운영체제에 대한 국내ㆍ외 기술동향과 R&BD 성공전략

RFID·USN 유통정보 공유를 위한 공통 표준플랫폼 기술 동향

특집 융합기술 R&BD 활성화 추진전략

12-6호

FOCUSING ISSUE 동반성장의 시금석, 나노융합산업

산업용기계 친환경 난삭재 가공기술 개발동향

차세대이동통신 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향

시스템반도체 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망

SW 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향

차세대컴퓨팅 터치기반 스마트 단말 UX 기술

지식정보보안 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망

특집 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획


12-7호

FOCUSING ISSUE 시스템 반도체 연구개발 패러다임 변화해야

생산기반 지식경제 R&D PD가 바라보는 유망 뿌리기술과 정책제언

섬유의류 고성능 섬유소재의 시장현황과 발전방안

디스플레이 터치 산업 기술 현황 및 전망

LEDㆍ광 특수 광섬유의 연구동향 및 발전 전망

신산업 IT 융합 촉감(햅틱, haptic) 기술 현황과 IT로의 응용 전망

특집 1 u-Healthcare 융합기술 활성화 방안

특집 2 그간의 지식경제 R&D 정책 추진현황 및 전략

12-8호

FOCUSING ISSUE 우리는 미디어 생태계의 퍼스트 무버

나노융합 나노코리아2012를 통하여 본 나노기술 R&D 및 산업 동향

로봇 로봇 자율주행기술의 현황과 발전방향

플랜트엔지니어링 비전통 자원 개발 기술 및 발전 전망

스마트카 지능형 자동차 주요 안전시스템 기술 개발 현황

그린카 전력기반 그린카 표준화 동향 및 과제

홈네트워크·정보가전 가전제품 접근성 향상기술 동향

주력산업 IT 융합 섬유IT 융합 기술의 현황과 발전방향

특집 중국의 12.5(十二五) 통신업 중장기 발전계획 조사

12-9호

FOCUSING ISSUE 대형 OLED 성패 가격�성능에 달려

바이오 개량신약 개발 현황 및 전망

의료기기 레이저광의료기기 기술 및 산업동향

차세대이동통신 한국의 ETRI와 대만의 ITRI

네트워크 엔터프라이즈망과 클라우드 연결형 가상사설클라우드(VPC) 기술 현황 및 전망

반도체 공정·장비 반도체산업 구조혁신을 위한 파운드리산업 현황 및 현안

특집 최근 4년간(2009-2012)의 지식경제 R&D 추진성과



FOCUSING ISSUE 융합기술 강국이 되는 선결 조건

12-10호

지식서비스 불확실성을 고려한 물류네트워크 최적화를 위한 Stochastic Capacity ptimization기술 개발동향

산업용기계 굴착용 천공장비의 기술개발동향 및 건설기계산업의 발전방향

조선 조선산업에서의 클린쉽 기술 현황

금속재료 한국 금속산업의 현황분석과 대응전략

화학공정 디스플레이 소재의 발전동향

섬유의류 섬유·의류 산업의 표준화 전략

DTV·방송 클라우드 방송 기술 동향

SW 가상 데스크톱 인프라 기술의 현황과 전망

차세대컴퓨팅 클라우드 컴퓨팅 기술 스택 및 산업 현황

지식정보보안 사용이 편리한 모바일 인증 기술 동향

RFID·USN 개방형 IoT 플랫폼 기술 동향

특집 국가 R&D와 표준연계 정책

13-특집호 28대 분야 2012년 연구개발 주요성과 및 2013년 추진 계획

13-2호

FOCUSING ISSUE 지식정보보안 산업에 대한 단상

그린카 주요 국가별(미·일·독) 그린카 분야 R&D 지원 정책

생산기반 청정생산 3.0, 진화하는 청정생산의 미래

화학공정 셰일가스와 화학산업의 대응 방안

시스템반도체 실감 멀티미디어 UI/UX와 고성능 컴퓨팅을 위한 GPU 기술 및 산업 동향

신산업 IT 융합 건축물의 안전관리를 위한 IT융합 기술동향

특집 1 2013년도 정보통신 기술진흥 투자방향 및 추진계획

특집 2 전문가-논문-특허-시장 관점에서 바라본 S/W, 시스템반도체 분야 기술수준



13-3호

FOCUSING ISSUE 반도체산업 견인하는 스타 팹리스 기업 더욱 육성해야

바이오 바이오기반 작물보호제의 개발 현황과 전망

스마트카 2013 CES를 통해 살펴본 스마트카 기술 개발 동향

디스플레이 OLED 주조명 신산업화 전략

반도체 공정ㆍ장비 극자외선 리소그라피기술의 현황

주력산업 IT 융합 조선 해양산업에서의 IT융합을 위한 국제표준의 통합 데이터 모델

특집 1 고위험(High Risk)에 대한 R&D 투자 활성화 방안

특집 2 산업별 산업융합원천 R&D전략(2013-2017)

13-4호

FOCUSING ISSUE 소재부품 키워야 무역적자 던다.

로봇 생체신호 인터페이스 및 재활보행로봇에의 적용기술

나노융합 나노기업의 기술혁신역량 조사분석 결과

DTV·방송 스마트 실감미디어 산업동향

네트워크 PD 세이프네트워크 (Safe-Network) 기술

특집 기획단계 R&D과제 경제성분석 방법론 및 사례

13-5호

FOCUSING ISSUE 스마트카가 달린다

의료기기 PACS(Picture Archiving and Communication System) 기술 및 산업 동향

지식서비스 고령친화형 정보서비스의 현황과 시사점

플랜트엔지니어링 유동안정성 확보 기술 및 발전 전망

조선 북극항로 개방현황 및 관련 조선 산업 기술동향

홈네트워크·정보가전 스마트홈 미들웨어 기술 동향 및 산업 융합 전략

LED·광 레이저산업의 부활 (I. 통신용 레이저)


13-6호

FOCUSING ISSUE 인류 편익을 높이는 컴퓨팅

산업용기계 원심 및 사류펌프 설계기술 개발동향

금속재료 3D 프린팅 제조혁명에 대한 한국 금속산업의 대응전략

차세대컴퓨팅 웨어러블 컴퓨터의 현황과 전망

지식정보보안 산업 제어시스템 보안기술 동향과 산업전망

RFID·USN 개방형 시맨틱 USN 서비스 플랫폼 기술 동향

특집1 국가표준코디네이터 분야 R&D 연계 표준화 트렌드

특집2 세계 LED 시장 전망 분석

13-7호

FOCUSING ISSUE 새로운 패러다임, 지식서비스

섬유의류 Techtextil 2013 전시회를 통해 본 고성능·고기능성 섬유 기술개발 동향

그린카 차량용 배터리 기술개발 및 시장 전망

차세대이동통신 통신사별 주파수 할당과 LTE 주파수 재분배

SW 진화형 지식처리 인공지능 기술의 동향과 산업전망

신산업IT융합 농식품 위해인자 관리를 위한 IT융합 기술동향

13-8호

FOCUSING ISSUE 창조경제, '서비스R&D'가 견인한다

바이오 개인 맞춤형 암유전체 연구 동향 및 전망

스마트카 “교통사고 제로”를 위한 자율주행 자동차의 기술 개발 동향

시스템반도체 자동차용 시스템 반도체 기술 및 산업 동향

산업융합 2014년 산업핵심기술개발사업 과제기획 추진계획

특집1 농식품 위해인자 관리를 위한 IT융합 기술동향

특집2 모바일 기기와 의료산업:What's New, What Fits, and How Do You Decide?

13-9호

FOCUSING ISSUE 창조기술 새롭게 디자인 하자

나노 거시적 관점에서 본 나노물질 및 제품의 관리 동향

생산기반 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술

화학공정 국내 세라믹원료산업 동향과 전망

홈/정보가전 스마트홈기기 표준화 현황 및 KAS인증제 운영방안



13-10호

FOCUSING ISSUE R&D는 지속가능한 성장동력

지식서비스 인간친화형 모빌리티 서비스 육성 추진방안

로봇 원격조종로봇 및 원격제어기술과 응용분야

조선 조선기자재산업의 특성 및 현황분석

디스플레이 플렉서블 디스플레이 기술 현황 및 전망

임베디드SW IFA’2013 및 IBC’2013으로 본 ICT융복합 동향

특집 1 R&D Portfolio Management

특집 2 미래의 자동차 주차

13-11호

FOCUSING ISSUE 생산장비 산업은 제조업의 토대

바이오바이오테크니카 2013 : 의약바이오 패러다임 전환, 개인맞춤의료 지속가능한

바이오경제, 바이오화학산업

디자인 창조경제 시대 新시장 창출형 R&D혁신의 핵심조건 「디자인 중심의 미래가치 예측」

LED/광 레이저산업의 부활(II. 산업용 레이저)

의료기기 개인건강기록(PHR) 서비스 기술 및 산업 동향

섬유의류 코스메틱섬유(입는 화장품)

특집 반도체장비산업 현황 및 발전 방안

13-12호

FOCUSING ISSUE R&D와 히든챔피언

디자인 소비자 관점의 3D 프린팅의 활용

플랜트 해저생산 플랜트 산업현황 및 전망

산업용기계 메탈 적층 제조기술 및 응용제품 동향

LED/광 LED 융합 산업(두바이 국제건축기자재전 참가기)

금속재료 국내외 철강산업 동향과 향후 대응전략

임베디드SW 자동차 안전지능주행 전장시스템의 동작신뢰성 향상을 위한 SW-SoC 기술 동향

특집 전기차 및 하이브리드 차량의 리튬이온 배터리 활용 부상(리튬을 공급하는 남미 국가들의 역할이 중요해짐)

14-특집호FOCUSING ISSUE 2020년 세계시장을 선도할 대한민국 이차전지 산업

22대 분야 2013년 연구개발 주요성과 및 2014년 추진 계획



14-2호

FOCUSING ISSUE 철강산업의 지속성장을 위한 R&D전략

지식서비스 가상훈련 시스템 현황과 전망

로봇 국방로봇 기술의 현황과 발전방향

홈정보가전 CES'2014, 콘텐츠와 기기의 만남

의료기기 치과의료기기의 기술 및 산업동향

특집1 중국의 한국 추격, 기술수준에서 드러났다

특집2 특허전략과 접목된 R&D가 답이다

특집3 새로부상하는 스마트 펌프 산업

14-3호

FOCUSING ISSUE 블루오션 창출하는 퍼스트 무버로 가는 길

바이오 바이오센서 신기술 소개

산업융합 해양플랜트 통합 운영 및 유지보수를 위한 IT융합기반 예지보전 시스템

생산기반 특허관점에서 바라본 미래 유망 청정생산기술

그린카 수소연료전지차 기술 현황 및 전망

산업용기계 프리프레그(Prepreg) 생산시스템 기술동향

특집 한국형 선도전략 수립을 위한 탐색( I ) - 일본의 선도전략 벤치마킹

14-4호

FOCUSING ISSUE 스마트카 산업, 계속 손놓고 있다면…

나노 광결정 소재의 다양한 응용분야 및 상용화 가능성

반도체공정장비 실리콘 광 인터커넥트 (Optical Interconnect) 기술의 현황

시스템반도체 모바일 CPU코어 기술개발 동향

플랜트 극한환경 해양플랜트 기술개발 현황 및 전망

특집1 R&D와 함께하는 특허 성공스토리

특집2 Big Data 및 N-S Chain 분석을 활용한 기술예측조사 방법론(바이오분야 적용사례)

특집3 3D 프린팅의 도약


14-5호

FOCUSING ISSUE 소재·부품 산업 육성해야 경제 도약

디자인 기술개발-디자인 융합 프레임워크의 이해

화학공정 화학산업 동향 및 선진기업들의 대응 전략 사례

디스플레이 스트레쳐블 디스플레이 기술개발 동향

LED/광 레이저산업의 부활 (III. IT 컨슈머용 레이저)

특집 한국형 선도전략 수립을 위한 탐색(Ⅱ) - 새로운 기회의 창 그린 패러다임

14-6호

FOCUSING ISSUE 특허전쟁 승리 위한 R&D전략

지식서비스 빅데이터 분석의 현황과 발전 전략

금속재료 국내 타이타늄 산업생태계 현황 및 발전 전략

섬유의류 JEC Europe 2014 전시회를 통해 본 탄소섬유강화 복합재료 기술개발 동향

조선 선박안전 및 해양환경보호를 위한 IMO(국제해사기구)의 동향

홈/정보가전 무선전력전송 기술동향 및 전망


| 발 행 일 | 2014년 6월

| 발 행 처 | 한국산업기술평가관리원(KEIT)

| 주 소 | (서울본원) 135-080 서울특별시 강남구 테헤란로 305 한국기술센터 8~13층 TEL. 02-6009-8114

(대전분원) 305-348 대전광역시 유성구 엑스포로 567 TEL. 042-715-2114

| 홈페이지 | www.keit.re.kr

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ISSN 2234-3873

KEIT PD Issue Report

특허전쟁 승리 위한 r&d 전략

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