고부가가치 소재부품 산업 육성을 위한

선진국 탄소섬유 산업 육성 정책 연구

2018. 6.

목    차

<요   약>	1

I. 추진배경	5

1. 소재부품산업의 중요성	6

2. 한국의 부품소재 산업 현황	11

3. 탄소섬유산업의 중요성	22

II. 탄소섬유 시장 현황	25

1. 시장 특성	26

2. 전체 시장 규모	29

3. 분야별 시장규모	30

4. 분야별 주요 기업 및 지역	37

III. 각국의 정책	42

1. 미국	40

2. 독일	72

3. 일본	80

4. 중국	91

IV. 시사점 및 정책방향	96

1. 선진국 탄소섬유 정책의 특징	97

2. 정책 방향	101

참고 문헌	96

< 요      약 >

I. 추진배경

□ 소재부품 현황 및 탄소섬유 산업의 중요성

◦ 현재 한국의 소재부품 산업은 2010년 총 제조업 생산액에서 44.8%, 수출액에서 2012년 46.2%에 달하는 등 중요한 위치를 차지.

◦ 탄소섬유는 철보다 10배의 강도와 7배의 탄성이 가지면서도 25% 이상 가벼워서 다양한 산업분야에서 핵심소재로 각광

II 탄소섬유 시장 현황

□ 시장 특성

◦ 항공분야에 있어서 무거운 금속부품을 대체하고 신재생에너지 산업 분야 생산·운영 비용을 획기적으로 절감할 것으로 기대

◦ 그러나 현재 높은 생산비용, 너무 긴 제조공정, 재활용의 어려움 등 한계도 존재

□ 시장 규모

◦ 탄소섬유 시장규모는 2020년 38억불 규모가 될 것으로 예상되고 있으며 특히 북미지역에서 수요가 급증할 것으로 예상

◦ 분야별로는 우주항공산업의 경우 2020년에는 최대 23,170톤, 풍력에너지의 경우 2020년에는 약 35,000톤, 자동차 산업의 경우 2018년 최대 12,610톤 예상

□ 분야별 주요 기업 및 지역

◦ (우주항공) 도레이, 토호, 미츠비시 레이온 등 일본기업이 주요 기업이며 일본에 본사가 있으나 미국에도 다수의 생산거점과 연구시설이 존재

◦ (풍력) 미국의 Zoltek이 선도기업으로서 위상을 보유하고 있으며 그 외 대만의 Formosa, 일본의 MRG, 독일의 SGL 등이 주요기업.

◦ (자동차) 독일의 SGL이 BMW와 파트너쉽을 맺고 탄소섬유 소재를 연간 3천톤 규모로 공급중. 도레이는 GM, Ford 등 미국기업에 공급중

III 각국의 정책

□ 미국

부품소재산업 정책

◦ (첨단제조업 파트너쉽) 오바마 행정부가 발표한 첨단 부품소재 산업 육성 전략으로 공공부문과 민간부문의 산업, 대학, 연방 정부기관이 파트너쉽을 체결하여 공동 펀딩 등을 통해 새로운 첨단산업 분야 탐색 및 육성을 목적

◦ (미국 제조업 활성화 계획) 오바마 행정부의 제조업 육성 전략으로 ① 차세대 기술 개발을 통한 산업혁신 촉진, ② 투자유인을 위한 노동생산성 향상, ③ 지역사회 및 서플라이 체인의 강화, ④ 최고의 비즈니스 환경 조성을 통한 미국의 산업 경쟁력 강화, ⑤ 중견·중소 기업을 위한 비즈니스 환경 개선이 주요 내용

탄소산업 정책

◦ (에너지부) 저비용 운송기계 부품 개발 등 다수 R&D를 추진하고 있으며 오크리지 국립 연구소 등 R&D 기반 시설에 대한 투자도 확대중

◦ (오크 리지 국립 연구소) 미 탄소섬유 R&D의 거점기관으로 2011년 총 예산은 51.7 백만달러로서 다양한 R&D 프로그램을 추진

◦ (첨단 복합소재 제조 혁신기구) 2015년 설립된 정부 및 산학연이 참여하는 포괄적 협력기구로서 R&D 등 다양한 산학연 협력 사업을 지원

□ 독일

부품소재산업 정책

◦ (High-Tech Stragegy 2020) 독일의 전반적인 산업혁신 역량을 강화하기 위한 전략으로 5가지 전략을 제시

- ① 부가가치 창출과 양질의 삶을 위한 정책 우선 순위 전환, ② 혁신을 위한 네트워킹 및 기술 확산, ③ 산업 기술혁신 가속화, ④혁신 친화적 산업구조 구축, ⑤ 투명성 및 참여 제고

탄소산업 정책

◦ (R&D) 독일연방교육연구부 등 연방정부 차원에서 풍력, 자동차, 항공기 등 다양한 분야에 걸쳐 R&D 프로그램을 운영

◦ (MAI Carbon Cluster) 남독일의 뮌헨, 아우구스부르크, 잉골슈타트 및 북독일의 함부르크, 니더작센을 잇는 지역으로서 독일의 유수 기업(Audi, BMW, SGL Carbon 등) 및 뮌헨 공대 등 50여개 기관이 입주

◦ (CFK-Valley Stade) 니더작센 주정부의 주도하에 2002년 조성된 지역 탄소섬유 산단으로 100 여개 기업, 정부기관, 대학·연구기관 등이 참여

□ 일본

부품소재산업 정책

◦ (2013 신소형재 산업비전) 지역경제활성화지원기구 등을 통해 R&D 활동 등을 적극 지원하고 최고 경쟁력을 보유한 기업을 중심으로 산업 재편

탄소산업 정책

◦ (2005 전략기술지도) 탄소섬유를 포함하는 나노기술 및 소재 분야에 1400억원을 투입하여 미래시장 선점기술 개발을 지원

◦ (제4기 과학기술기본계획) ‘탄소섬유 탄소섬유 복합재로의 생산 공정 혁신을 통한 저가의 양산화 기술 확립’과 ‘나노 탄소 신재료의 다양한 분야로의 응용 및 상용 기술 개발’ 추진

◦ (탄소 클러스터) 이시카와 현에 위치하고 있으며 도레이, 코마츠 등의 기업과 카나자와 대학 및 여러 정부투자기관이 입주중이며 130억엔 규모의 산업창조 펀드를 조성하여 지원중

□ 중국

부품소재산업 정책

◦ (제12차 4개년 계획) 지역별 탄소섬유 연구 거점기관을 설립을 통해 탄소섬유 생산 1만톤, T-700 급 고기능 탄소섬유 원사의 상업화 및 탄소섬유 자급률 70% 달성 등을 목표로 제시

탄소산업 정책

◦ (지속가능하고 건강한 탄소산업 육성계획) 2015년까지 우선적으로 탄소섬유와 그 복합물을 생산할 수 있는 산업체계를 구축하고, 연구개발활동 지원, 탄소섬유 산업 육성을 위한 특별 재정지원 추진

IV 시사점과 정책 방향

◦ 선진국들의 부품소재정책을 포함한 탄소섬유 정책의 방향을 정리하면
① 거점 R&D 기관의 지정 또는 신설을 통한 선택과 집중 전략, ② 산학연 연계를 통한 연구 역량 극대화, ③ 클러스터 조성을 통한 네트워크 구축, ④ 전 밸류체인에 걸친 R&D의 추진 ⑤ 대기업 중심 육성을 통한 규모의 경제 실현 ⑥ 산업과 사회와 연계를 통한 파급효과 극대화 ⑦ 탄소섬유의 신소재 분야 개척 추진으로 요약할 수 있음

◦ 이러한 선진국들의 정책을 볼 때 다음과 같이 우리나라 정책방향을 도출할 수 있음
① 탄소섬유 중점 선도 기관의 지정 및 육성을 통한 육성정책의 효율화, ② 탄소섬유 기금 조성을 통한 안정적 예산 확보, ③ 효과적 산학연 연계를 위한 통합 기구 구성 및 클러스터와 연계, ④ 전 밸류체인에 걸친 포괄적 R&D 추진, ⑤ 파생 탄소섬유 제품 또는 탄소섬유 대체 소재 개발을 통한 기술적 우위 확보, ⑥ 탄소섬유 대기업의 육성 및 협력 추진, ⑦ 기술과 사회의 연계를 통한 국가 전반의 혁신역량 강화가 필요함

I. 추진 배경

1. 소재부품산업의 중요성

소재부품의 중요성은 우선 소재부품 산업이 제조업 제품 부가가치의 상당부분을 차지한다는 데서 찾을 수 있다. 제품의 생산단계를 소재의 생산, 소재를 통한 부품의 제조, 부품 조립을 통한 완제품의 완성 단계로 나눌 수 있다. 이중 소재의 생산과 부품제조를 담당하는 소재부품산업은 제품 부가가치의 60% 이상을 차지하는 제조업의 핵심 산업이다. 각 산업별로 소요되는 부품의 수를 살펴보면 항공기의 경우 10만 여개 자동차의 경우 약 2만여개, 디지털 TV의 경우 약 700여개의 부품이 소요되고 있다(조철 외, 2007). 기업의 수익성을 제고하고 글로벌 초우량 기업이 되기 위해서는 소재부품 분야 경쟁력 확보가 불가피한 이유이다.

부품소재산업의 높은 부가가치 창출 능력은 고용창출과 소득증대 측면에서도 중요한 의의를 지닌다. 노동생산성 측면에서 볼 때 경제성장에 따라 경제전반에서 인건비가 상승하면 높은 노동비용을 상쇄할 수 있는 고부가가치 산업의 육성이 불가피해 진다. 조립생산 단계는 창출하는 부가가치가 낮고 인건비의 비중의 높아 선진국의 글로벌 기업들은 오래 전에 조립단계 공정을 중국·태국 등 신흥시장으로 생산공정을 이전한 바 있으며, 최근에는 중국 등의 인건비 상승으로 다시 베트남을 거쳐 미얀마 등으로 조립생산 거점을 이전하고 있는 추세이다. 다만 글로벌 기업들은 우수 인력의 확보와 첨단산업기반의 활용 및 첨단기술시장과의 접근성이 중요한 R&D 및 부품소재 생산 등 핵심활동은 본국에서 추진하고 있다. 그 결과 선진국은 부품소재 신흥시장은 조립가공으로 분업화되어 있다. 이러한 이유로 국민소득 수준과 부품소재산업 경쟁력은 서로 높은 상관관계를 가지고 있다.

<부품소재산업 경쟁력과 국민소득 수준과의 상관관계(OECD)>

* “글로벌공급기지화를 위한 완결형 부품소재정책”(장석인, 조철, 이정동, 김윤명, 2007.6월)

또한 부품소재 산업은 노동생산성이 높아 양질의 고용이 가능하다고 알려져 있다. 따라서 동일 고용규모의 여타 산업분야의 사업장에 비해 훨씬 높은 수준의 급여를 제공할 수 있다.

<부품소재산업과 비부품소재 산업의 노동생산성 변화 추이>

* “글로벌공급기지화를 위한 완결형 부품소재정책”(장석인, 조철, 이정동, 김윤명, 2007.6월)

우리 나라도 인건비가 상승하고 기업들이 해외 생산기지를 확대하는 등 글로벌화됨에 따라 선진국과 같은 분업화 현상이 나타나고 있다. 이러한 상황에서 국내 양질의 일자리를 창출하고 국민소득 수준을 제고하기 위해서는 부품소재산업의 육성과 경쟁력 강화가 불가피한 시점이다. 이는 최근 정부가 경제정책 운용방향으로 추진하고 있는 ‘소득중심 성장’과도 일맥상통하고 있다.

앞서 언급한 바처럼 세계경제는 선진국에서 R&D 및 부품소재 생산이 이루어지고 신흥국에서 조립가공이 이루어지는 분업체계가 구축되어있다. 이러한 상황에서 산업에서 부품소재의 비중이 낮고 조립가공의 비중이 높을수록 국내 부가가치 창출비중이 낮고 외화 획득 수준이 낮은 현상을 보이고 있다. 따라서 부품소재산업 육성을 통해 선진국에서의 부품소재 수입을 줄이고 제품생산에서 부가가치가 해외로 유출되는 것을 완화하는 역할을 할 수 있다. 80~90년대에 부품소재 수입으로 인한 대일본 무역 적자 현상이 심각했으나 최근 국내 부품소재 산업의 경쟁력이 강화되어 무역적자 현상이 완화되고 있는 것이 대표적인 사례이다(주원 외, 2011).

뿐만 아니라 부품소재 산업의 성장은 현재 한국의 대기업 편중 산업구조에서 대기업과 중소중견기업이 균형을 이루는 데 중요한 기여를 할 수 있다. 전체 부품소재 기업의 99%가 중소기업이 차지하고 있으며 고용규모가 50인 이하의 소기업이 전체 부품소재 기업의 90%를 차지하고 있는 것으로 알려져 있다(조철 외, 2007). 이러한 한국 부품소재 기업의 상황을 고려해 볼 때 부품소재 산업의 육성을 중소중견 기업의 성장을 이끌어 냄으로써 대기업과 중소중견기업이 균형 발전을 이루고 국내 산업구조를 탄탄히 하는 계기가 될 수 있다. 특히 우리나라의 경우 미국․일본 등 다른 선진국에 비해 중소중견기업이 창출하는 일자리가 전체 고용의 90%를 차지하는 등 고용에 큰 역할을 담당하고 있음을 고려할 때 부품소재 산업의 성장은 앞서 언급한 고용창출에도 큰 기여를 할 것으로 예측된다.

<부품소재산업의 생산 및 고용 추이>

* 부품소재통계종합정보망

<주요국 기업 규모별 고용비율>

* 한국중견기업연합회

또한 부품소재 산업은 현정부의 새로운 산업정책인 ‘5대 신산업 프로젝트’의 성공적인 추진을 위한 전제조건이라고 할 수 있다. 정부는 2017년 12월에 에너지신산업, 반도체․디스플레이, 바이오, 자동차, 섬유, 가전, 철강․화학․조선을 한국의 산업을 이끌 신산업으로 선정하고 2022년까지 30만개 이상의 일자리를 창출한다는 계획을 발표한 바 있다.

이를 위해 정부는 2020년까지 고속도록 자율 주행을 추진하고, 2022년까지 전기차 보급을 35만대까지 늘릴 계획임을 밝힌 바 있다. 또한 태양광․풍력 등 분산형 발전확대를 통해 에너지 신산업을 창출할 계획임을 설명한 바 있다. 또한 빅데이터와 인공지능을 연계한 IoT 가전기술 개발과 신약의료기기서비스 개발 등도 추진하여. 반도체․ 디스플레이 분야는 대규모 투자를 통해 후발국과 격차를 5년 이상 확보할 계획이다.

이와 같은 계획이 성공하기 위해서는 부품소재 산업이 경쟁력을 갖추어야 한다. 예를 들어 전기차 보급 확대를 위해서는 관련 부품산업 및 배터리 관련 소재산업 발전이 필수적이다. 신약개발을 위해서는 신물질 개발이 선행되어야 한다. 반도체․디스플레이 분야에 있어서도 발광체 등 관련 소재기술의 분야에서 경쟁국을 압도해야 한다. 이처럼 향후 대한민국 산업발전을 위해서 부품소재 산업의 육성은 필요불가결한 요소라고 할 수 있다.

또 한가지 소재부품산업의 육성이 시급한 이유 중의 하나는 세계경제가 글로벌화되면서 글로벌 소싱이 보편화되고 있으며 소재부품의 모듈화가 진행되고 있다는 점을 들 수 있다. 글로벌화 되면 부품소재 수요는 기술력이 낮지만 가까운 지역에 있는 부품소재 기업보다 해외에 있어 지리적으로 멀지만 최고의 기술력과 가격경쟁력을 갖출 기업으로 수요가 집중되게 된다. 즉 최고기술력을 갖춘 기업만 살아날 수 있는 것이다. 모듈화는 여러 부품을 기능단위로 하나로 통합한 부품다발로써 모듈화가 이루어지면 모듈에 들어가는 부품을 하나의 제조사가 모두 제조하게 되므로 모듈에 들어가는 부품을 우수한 성능으로 모두 제조할 수 있는 기술력과 규모를 갖춘 기업만 살아남게 된다. 따라서 기존 소규모 부품소재 기업은 종합 부품소재기업으로 성장하지 못하면 더 이상 생존할 수 없는 환경이 된 것이다. 실례로 인텔, 보쉬(Bosch) 등의 글로벌 기업들은 모듈화를 선도함으로써 글로벌 기업으로서 입지를 강화하고 높은 수익률을 달성하고 있다. 따라서 한국 부품소재기업이 향후 생존해나가기 위해서는 시장을 선도하는 기술력과 규모를 갖추어 부품소재산업의 글로벌화와 모듈화를 선도해야하는 상황이다.

<제품별 모듈화 현황>

* 일본 이코노미스트 2002.4.16

2. 한국의 부품소재 산업 현황

가. 부품소재산업 개관

1980~90년대에 부품소재 분야가 대일 무역적자의 주범으로 지적된 이후 이를 타개하기 위한 다양한 노력들이 정부와 기업 양측에서 이루어져 왔다. 그 결과 한국의 부품소재 산업은 지속적으로 성장하여 부품소재 산업의 총생산액이 2000년 219조원에서 20-10년에는 598조원으로 증가하였으며 총제조업 생산액에서 부품소재산업이 차지하는 비중은 2000년 38.7%에서 2010년에는 44.8%까지 증가한 바 있다. 또한 수출도 2000년 799억 달러에서 2012년에는 2012억 달러로 증가하였으며 그 결과 총 수출 대비 부품소재 제품의 비중은 2012년에 46.2%에 달한 바 있다(주원 외, 2013).

<제조업 대비 부품소재 생산비중(2000~2010)>

* 자료: 부품소재통계종합정보망, 한국무역협회

<총수출 대비 부품소재 수출 비중(2000~2010)>

* 자료: 부품소재통계종합정보망, 한국무역협회

그러나 이러한 우리나라 부품소재 산업의 성장은 2011년 이후에는 정체하거나 오히려 역성장하고 있는 추세를 보이고 있어 심각한 우려를 자아내고 있다. 2011년 총 584조원이던 부품소재 생산량은 2014년 659.6조원으로 정점에 도달한 이후 2015년 645조원, 2016년 638조원으로 지속 생산량이 감소하고 있는 추세이다. 이에 따라 부품소재 내수시장도 2013년 551조원으로 최고점에 도달한 이후 2015년 531조원, 2016년 523조원 등으로 지속 하락하고 있는 상황이다.

〈부품소재 생산량 추이〉

구분	2011	2012	2013	2014	2015	2016
총생산	584.0	642.2	658.2	659.6	649.9	638.4
내수	489.0	539.9	551.4	546.1	531.2	52.3

* 출처: e-나라지표, http://www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1159

수출 측면에서도 최근 한국 부품소재 산업이 직면하고 있는 위기가 극명하게 드러난다. 수출규모가 2011년 2,560억 달러를 달성하고 2014년에는 2,759억 달러로 최고치를 달성하였으나 이후 2015년 2,646억 달러 2016년 2,519억 달러로 2년 연속 수출액이 감소하고 있는 상황이다. 이에 따라 부품소재 분야 무역수지도 2014년 1078억 달러로 최대 흑자를 달성한 이후 2015년 1,050억 달러 2016년 993억 달러로 흑자규모가 지속 축소 중에 있다.

〈부품소재 수출․수입 추이〉

구분	2011	2012	2013	2014	2015	2016
수출	2,560	2,543	2,630	2,759	2,646	2,519
수입	1,686	1,625	1,655	1,682	1,596	1,526
무역수지	874	910	975	1078	1050	993

* 출처: e-나라지표, http://www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1159

이러한 원인의 하나로 미국․독일․일본 등 선진국 대비 여전한 기술 격차를 들 수 있다. 한국 부품소재 산업과 선진국 부품소재 산업간 경쟁력을 비교해 볼 수 있는 대표적인 지표중의 하나가 선진국 시장에서 한국산의 시장점유율이다. 선진국 시장에서 한국산 부품소재의 점유율은 높아지지 못하고 오히려 하락하고 있는 실정이다. 2007년 3%에서 2010년 4%대로 증가한 EU 시장을 제외하고는 미국․일본 등에서는 시장점유율이 하락하는 경향을 보인 바 있다. 미국의 경우 부품소재 수입품중에서 한국산 부품소재가 차지하는 비율은 2000년 5%를 초과 하였으나 2010년에는 4%이하로 하락한 바 있으며, 일본의 전체 소재부품 수입액에서 차지하는 비율도 2000년 8%수준에서 10년간 정체 상태에 머물러 있다(주원 외, 2013).

〈한국 OECD부품소재수출/총부품소재수출〉

* 한국부품소재 산업경쟁력의 허와 실(2011, 산업연구원)

〈한국 OECD부품소재수출/총부품소재수출〉

* 한국부품소재 산업경쟁력의 허와 실(2011, 산업연구원)

선진국대비 한국 부품소재산업 경쟁력의 취약성은 대표적인 부품소재 강국인 독일․일본과 비교할 때 더욱 두드러진다. 한국의 독일에 대한 부품소재 적자규모는 2000년에서 2010년 동안 3억 달러에서 35억 달러로 증가하였다. 일본의 경우에는 부품소재 분야 적자규모가 더욱 심각한 데 적자규모가 2000년 117억 달러였으나 2010년에는 243억 달러로 200% 이상 증가한 바 있다. 부품소재 분야에서 향후 독일일본과 경쟁이 심화될 것임을 고려해 볼 때 이러한 상황이 조속히 반전되지 않는 다면 한국 부품소재 산업은 더욱 큰 어려움을 겪을 수 있다.

〈한국의 독일․일본에 대한 부품소재 무역수지 변화〉

* 부품소재통계 종합정보망

이러한 한국 부품소재산업의 편중현상은 부품과 소재산업간 뿐만 아니라 부품․소재산업내 품목간 수출액 비교에서도 나타나고 있다. 한국의 품목별 부품소재 제품 수출비중을 살펴보면 반도체, 영상, 음향, 전자, 통신기기 부품에 치중되어 있음을 알 수 있다. 고부가가치를 창출할 수 있는 화학, 금속, 수송기계, 일반기계 분야에서는 수출 기여도가 낮은 것으로 나타나고 있다. 반면에 일본의 경우 부품소재 전분야에 걸쳐 고른 수출분포를 나타내고 있어 한국의 편중현상과는 대조를 보이고 있다.

〈한국과 일본의 부품소재 품목별 수출비중(2010)〉

* 한국부품소재 산업경쟁력의 허와 실(2011, 산업연구원)

〈한국과 일본의 부품소재 품목별 수출비중 변화추이(2000~2010)〉

* 한국부품소재 산업경쟁력의 허와 실(2011, 산업연구원)

나. 한국 소재산업의 그간 현황과 문제점

1) 현황

한국 소재산업은 수출규모 기준으로 세계 10위권 내에 드는 소재산업 대국으로 성장하였다. 수출 규모를 볼 때 2000년에는 287억 달러로 세계 8위의 규모를 달성한 바 있으며 2011년에는 931억 달러 규모의 소재 제품을 수출하여 세계 6위를 달성하였다. 세계수출 시장 규모를 기준으로 볼 때에에도 같은 기간에 3.9%의 시장점유율에서 4.2%로 점진적인 시장점유율 확대를 달성하였다. 동 기간 동안 중국의 소재 산업이 급속도로 발전하면서 세계 시장을 잠식함에 따라 독일일본 등 주요 소재 선진국의 시장점유율이 하락하였음에도 불구하고 한국은 오히려 점유율이 상승하는 성과를 거둔 바 있다.

〈주요 국가별 소재 수출규모 변화(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

〈주요 국가별 소재수출 연평균 변화율(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

뿐만 아니라 해당기간에는 소재수출 품목의 수도 증가하였다. 기존에는 가성비를 앞세운 가격경쟁력 비교 우위 품목을 중심으로 소재부품 수출이 이루어 졌으나 2010년 이후에는 높은 기술수준을 요구하는 고부가가치 품목에 대한 수출도 확대되었다. 이러한 결과 한국과 독일간, 한국과 일본간 수출 경합도도 해당기간 빠르게 증가하였다.

〈한국 비교우위 유형별 수출품목의 변화(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

〈한국과 독일․일본간 기술 비교우위형 소재의 수출경합도 추세(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

그러나 2000년대 개선되고 있던 소재분야 경쟁력은 최근 들어 악화되고 있는 현상을 보이고 있다. 2016년 소재 제품의 수출액은 747억달러로 전년 대비 3.2%가 감소했다. 반면 소재제품의 수지는 206억불 흑자로 전년대비 12.3% 증가하였는 데 이는 소재 수출의 감소에도 불구하고 소재 수입이 더 크게 감소했기 때문에다. 2016년 소재 수입액은 540억 달러로 전년 대비 6.4% 감소했다. 이는 국내 소재산업 기반이 약화됨에 따라 소재 관련 기업의 활동 자체가 매우 저조 했거나 해외 이전으로 인해 수출과 수입 모두 감소했다고 추측해 볼 수 있다. 다만 17년의 경우 1~9월 동안 수출액이 634억 달러로써 전년동기 대비 14.6% 증가함으로써 다소 긍정적인 현상을 보여주고 있는 데 이는 전년도 기저효과와 함께 세계경제의 완만한 회복이 영향을 미치고 있는 것으로 추정된다.

〈소재 및 부품 산업 수출입 동향(2016~2017 3분기)〉

* e-나라 부품소재 산업 동향

지역적으로는 중국이 최대 지역이었으나 최근 아세안 및 유럽 지역 수출이 지속증가하면서 대중국 수출 의존도가 지속 완화되고 있는 추세이다. 대미국 수출은 10% 수준을 유지하고 있다.

〈지역별 부품소재 수출입 동향(2015~2017 3분기)〉

* e-나라 부품소재 산업 동향

2) 문제점

한국 소재산업의 큰 문제점은 선진국 대비 취약한 기술경쟁력으로 인해 첨단 소재 보다는 적당한 성능의 낮은 가격을 무기로한 제품 수출이 주를 이루고 있다는 점이다. 2011년의 경우 총소재 수출액중 첨단소재 수출액 비중은 22%에 불과한 반면 범용소재 수출 비중을 574억 달러로 60% 이상을 차지한 바 있다. 낮은 가격을 활용한 범용소재 수출은 부가가치 창출력이 낮으므로 수출액은 많아도 무역흑자에서 비중은 낮게 나타나고 있다. 반면에 같은 기간 독일의 경우 첨단 소재 수출 비중이 44%를 초과하고 있으며 무역흑자 비중도 27%로 높은 수준이다. 일본의 경우도 첨단소재 수출 비중이 40%에 육박하고 있으며 무역흑자 비중은 40%를 초과하고 있다. 이러한 가격경쟁력 위주의 수출은 낮은 부가가치 창출로 인해 이윤율이 낮아지고 R&D에 투자할 여력이 부족해짐에 따라 다시 기술력 격차가 벌어지는 악순환의 원인이 되고 있다.

〈한국․독일․일본 소재산업 유형별 수출비중(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

〈한국독일일본 소재산업 유형별 교역액 대비 무역수지 비중(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

뿐만 아니라 중국 소재산업의 추격은 한국 소재산업에 상당한 위협이 되고 있다. 중국의 경우 소재산업 총수출액이 2000년 274억 달러였으나 10년 후에는 2176억 달러로 8배 가까이 상승하였다. 뿐만아니라 첨단소재 부분 무역적자 비중이 동 기간 동안 40% 수준에서 절반수준으로 감소하는 등 중국의 소재분야 기술력이 급격히 제고되고 있는 상황이다. 한편으로 범용소재 품목 비중은 동기간 동안 20% 중반 수준에서 10% 중반 수준으로 감소하고 있어 중국 소재산업 경쟁력이 제고하고 있음을 반증하고 있다.  중국 소재산업의 급부상으로 인해 중국과 한국 소재산업간 해외 수출시장에서의 경쟁도 격화되고 있다.

〈중국소재의 품목별 수출 규모(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

〈중국 소재의 유형별 평균 교역액 대비 무역수지 비중(2000~2011)〉

* 한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점 (2013, 현대경제연구원)

또 다른 문제점은 부품산업 대비 빈약한 한국의 부품소재 산업 위상이다. 부품대비 소재 제품의 수출 비중은 2000년 35%대였으나 2010년에는 32% 수준으로 떨어진 바 있다. 이 기간 전체 부품소재 산업 무역수지에서 소재 분야가 차지하는 비중을 볼 때 이러한 현상은 더욱 극명하게 드러난다. 소재부품 무역수지가 2000년에 93억 달러에서 2010년 779억 달러로 크게 증가하였으나 이중 소재 부분에서 발생한 무역수지는 121억 달러에 불과하여 15.5%정도에 불과한 상황이다. 특히 소재부분의 취약한 경쟁력은 OECD 국가와 비 OECD국가를 비교할 때 더욱 극명하게 나타난다. 2010년을 예로 들면 2000년에 비교하여 OECD 국가에 대한 소재분야 무역 수지 적자가 더욱 커지고 있는 현상을 보인 바 있다. 이러한 부품산업 대비 소재산업의 취약한 국제경쟁력은 최근에도 크게 개선되지 못하고 있는 상황이다.

〈부품 산업의 OECD 및 비OECD별 무역수지 추이〉

* 한국부품소재 산업경쟁력의 허와 실(2011, 산업연구원)

〈소재 산업의 OECD 및 비OECD별 무역수지 추이〉

* 한국부품소재 산업경쟁력의 허와 실(2011, 산업연구원)

3. 탄소섬유산업의 중요성

1) 탄소섬유의 개념

탄소산업은 “다양한 원료로부터 제조된 탄소소재들을 이용하여 석탄, 석유화학, 철강, 비철금속, 세라믹, 자동차, 우주항공, 건축토목, 전자 및 전력, 지속가능 에너지, 환경산업 등에 사용되는 중요 소재들을 제공하는 기반산업을 말한다”(화학연구원, 2012). 탄소산업은 석유석탄 등으로부터 변환된 탄소섬유, 탄소나노튜브 등을 통해 열 및 표면처리, 성형 등을 통해 자동차, 기계부품, 복합부품, 에너지저장장치 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 특히 자동차 경량화 및 각종 친환경 에너지 및 관련 기기에 활용됨으로써 환경 및 에너지 문제 해결을 위한 미래산업으로 각광받고 있다.

〈탄소산업 밸류체인〉

* 화학연구원, 2012

탄소섬유는 이러한 탄소산업의 하위산업으로서 “90% 이상의 탄소원자로 구성된 무기섬유로서 미세한 흑연 결정구조를 가진 섬유상의 탄소물질을 말한다”(한국과학기술기획평가원, 2017.2) 탄소섬유는 다시 제조방법과 원료종류에 따라 PAN계, Pitch계, Rayon계 탄소섬유로 구별된다. PAN계 섬유는 고강도의 소재 제작이 가능하며 다양한 방법으로 미세섬유 형태로 제작이 가능하다. Pitch계 섬유는 스포츠 및 다양한 산업에서 사용할 수 있는 범용섬유이다. Rayon계 섬유는 높은 고강도 소재 제작이 어려워 상대적으로 널리 상용화되지 못하고 있다.

〈탄소섬유 제조 공정〉

* 김융암(2003)

2). 탄소섬유의 특성

탄소섬유는 가장 대표적인 금속 재료인 철보다 훨씬 우수한 강도와 탄성을 갖추고 있으면서 반면에 보다 가볍다는 특성을 가지고 있다. 철에 비해 10배 높은 강도와 7배 높은 탄성을 가지고 있으면서도 25% 가볍다. 이러한 이유로 높은 강도와 함께 경량화가 중요한 항공산업이나 최근 환경규제로 인해 높은 에너지 효율의 중요성이 강조되고 있는 자동차 산업 등을 중심으로 차세대 소재로 부각되고 있다.

〈탄소섬유의 특성〉

구분	특성
형태적 성질	․길고 가늘며 잘 구부러짐 ․가공성이 우수함 ․매트릭스와 조합한 섬유 보강재 제작이 가능함
화학․물리적 성질	․대부분 탄소원소로 구성됨 ․불연성 ․산과 염기 용매에 강함 ․고온하에 금속 탄화물 형성 ․다공성이며 표면 활성화에 의해 흡탈착 성능을 나타냄
기계적 성질	․밀도가 금속보다 작음 ․인장 감도, 탄성률이 큼 ․내마모성, 윤활성이 우수함
열적 성질	․고온 하에서도 기계적 특성이 저하되지 않음 ․선 팽창률 계수가 작고 치수 안정성이 우수함
전기․전자적 성질	․전도성이 우수함 ․X 선 투과성이 양호함

* 서만강 외 (2010), “탄소섬유 제조방법 및 응용분야”, Polymer Science and Technology Vol. 21, No. 2, 2010.4

그러나 탄소섬유를 생산하는 과정은 매우 비싸고 시간이 많이 소요되어 충분히 상업화되기에는 상당한 난관이 놓여 있다. 하지만 이러한 기술적 난관들도 10년 정도 이후에는 극복될 것으로 보이며 이후에는 탄소섬유의 시대가 도래 할 것으로 예측되고 있다

3) 탄소섬유의 용도

앞서 언급한 바처럼 탄소섬유의 고강도, 고경도, 저중량의 특성은 항공․자동차 등의 고성능 운송기기 개발 분야에서 특히 주목을 받고 있는 원인이 되고 있다. 뿐만 아니라 탄소섬유는 해양플랜트 등 해양 관련 산업 그리고 대체 에너지 분야에서도 그 특유의 강도와 경도로 인해 수요가 급증할 것으로 예측되고 있다.

구체적으로 보면 탄소섬유는 향우 다음과 같은 분야에서 사용이 더욱 확대될 것으로 예상되고 있다. 대체 에너지 분야에서는 풍차 터빈, 압축 천연가스 저장소 및 운송기기, 연료셀 등의 분야에 탄소섬유의 적용이 확대되고 있다. 고효율 자동차 분야의 경우 현재 고효율 자동차 소량 생산에만 사용되고 있으나 향후 일반 상업용 대량생산 모델에도 적용이 확대될 것으로 예측되고 있다. 건축 및 인프라 스트럭쳐 분야에 있어서는 경량 콘크리트. 내진설계 등에 사용되고 있다. 석유 탐사 분야도 탄소섬유에 대한 관심이 증가하고 있다. 심해 석유 시추 플랫폼, 부유체, 엄비리컬, 쵸크, 킬라인,. 드릴 파이프 등에 사용이 확대될 것으로 예상 되고 있다. 따라서 소재산업에서 탄소섬유산업의 시장성장 가능성이 매우 큰 것으로 평가되고 있으며 새로운 기술 개발 경쟁이 심화되고 있는 분야이다. 따라서 소재분야의 기술 열세를 만회하기 위해서는 새롭게 성장하고 있는 탄소섬유 분야에서 집중적인 투자가 필요한 시점이다.

http://zoltek.com/carbonfiber/the-future-of-carbon-fiber/

II. 탄소섬유시장 현황

1. 시장 특성

1) 게임체인져로서 탄소섬유 시장의 성장 잠재력

탄소섬유는 동일 부피의 금속에 비해 탁월한 경량성으로 인해 기존 금속부품의 대체 물질로 각광을 받고 있다. 특히 상업항공기 분야에서는 연료가격 상승으로 인해 경량물질에 대한 관심도는 더욱 커지고 있는 상황이다.

에어버스의 경우 격벽이나 날개보 등 다양한 부품에 대해 탄소섬유 제품을 적용하면서 점진적으로 금속 부품을 탄소섬유 부품으로 대체하는 전략을 추진하고 있다. 1985년도 에 A310에 적용된 수직 안정화장치 (Vertical Stablizer)를 시작으로 최근 생산된 A350에는 가로 32미터 세로 6미터에 이르는 외부 윙 박스(Wing Box)같은 대형 부품에도 탄소섬유가 사용되고 있다. 에어버스는 이러한 탄소섬유 대체정책 및 엔진개량 등을 통해 총 25%의 연료효율 개선을 이룬 바 있다. 보잉사의 드림라이너의 경우 최근 기술개발을 통해 연료효율을 27% 개선하는 데 성공했는데 이중 3%는 탄소섬유 대체를 통해 이루어진 것으로 파악하고 있다. 에어버스의 경우도 탄소섬유의 직접적인 기여도는 보잉과 비슷할 것으로 추정하고 있다.

https://www.scientificamerican.com/article/us-looks-to-regain-lead-in-making-carbon-fiber/

이러한 탄소섬유로 인한 항공기가 경량화되면 더 이상 항공기가 커다란 날개를 가지고 있을 필요가 없어지므로 항공기 디자인에도 영향을 미치게 된다. 이처럼 탄소섬유 산업은 항공기 산업을 전반적으로 바꾸는 게임 체인져가 될 수 있을 것으로 전망하고 있다.

탄소섬유의 경량성은 자동차산업에서도 큰 의미를 지닌다고 할 수 있다. 자동차는 차체 무게와 연료효율이 밀접하게 연계되어 있는 산업의 하나인데 자동차 무게를 10% 줄일 경우 연료효율을 약 6~8% 개선할 수 있다고 알려져 있다. 자동차 산업이 수많은 부품산업과 에너지, 및 부품소재 산업과 연계되어 있음을 고려할 때 자동차산업에서 탄소섬유를 적극적으로 활용할 경우 그 파급효과는 상당할 것으로 예상된다.

탄소섬유의 우수한 내구성 또한 탄소섬유 시장전망을 밝게하는 요소이다. 탄소섬유는 금속물질에 비해 쉽게 부식하거나 피로현상이 발생하지 않는다. 따라서  항공기 전 생애주기 동안 부품교체비 등 유지관리 비용을 절감할 수 있다. 보잉 767이나 에어버스 A330 같은 전통적인 금속부품 위주의 항공기의 경우 30년의 생애주기 동안 12년마다 한번씩 총 2번의 전면적인 구조안전점검을 받아야 한다. 그러나 탄소섬유 기술이 대폭적으로 적용된 보잉 787의 경우 24년에 도달할 때 까지 1번의 구조안전점검을 받으면 되며, 따라서 구조안전점검으로 인한 비용을 절감할 수 있다.

신재생에너지 분야도 탄소섬유에 대한 수요가 급증하고 있는 분야이다. 풍력터빈의 경우 탄소섬유가 높은 경직성을 가지고 있어 탄소섬유를 통해 기존 재료에 비해 더 길고 더 큰 날개를 생산할 수 있다. 탄소섬유로 만들어진 터빈 날개는 같은 무게의 금속 날개보다 강도는 10개 경직도는 4배 높은 특성을 가지고 있다. 큰 날개를 가진 풍력발전기는 더 높은 생산효율을 가지게 되므로 시장가치가 높다고 할 수 있다. 이러한 특성으로 인해 탄소섬유는 상업용 항공기, 신재생에너지 분야뿐만 아니라 미니밴과 같은 상업용 자동차, 경주용 자동차 그리고 전투기 등에서도 관심과 수요가 급증하고 있다.

2) 한계

여러 탄소섬유의 강점과 긍정적인 전망에도 불구하고 몇가지 탄소섬유의 단점은 극복되어야할 점으로 지적되고 있다. 탄소섬유의 한계로 대표적으로 지적되는 것들로서 너무 높은 생산비용, 너무 긴 제조공정 그리고 재활용의 어려움을 들 수 있다.

현재 탄소섬유 산업은 중소규모 생산자들로 구성된 산업으로서 대량생산을 통한 규모의 경제와 이를 통한 생산단가 절감이 구현되고 있지 못하고 있다는 점이다. 반면에 앞서 언급한 바처럼 기술적 한계로 인한 공급제약에도 불구하고 탄소섬유에 대한 수요는 급증하고 있다. 70년대 오일 쇼크로 인해 성능을 유지하면서도 연료효율을 개선할 수 있는 항공기술이 급속히 발전한 바 있다. 만약 탄소섬유 대량생산 기술이 개발된다면 이는 시장 규모를 비약적으로 확대하고 원천기술 보유 기업은 막대한 이익을 얻을 수 있을 것으로 예상되고 있다. 그러나 현재 이러한 단점이 극복되지 못하고 있다.

이러한 문제점이 가장 극명하게 드러나는 분야가 자동차 산업이다. 자동차 산업의 경우 가격에 대한 수요 탄력도가 높은 대표적인 산업이다. 특히 트럭, 버스의 경우 가격경쟁력이 시장에서 성패를 좌우하는 요소로 작용하고 있다. 따라서 높은 생산비용을 낮추지 않는 경우 자동차 산업과 같은 가격탄력도가 높은 산업에서는 치명적인 단점이 될 수 있다.

또 한가지 자동차 산업의 특징은 항공기 등의 산업과 비교하여 제품교체 수명이 매우 짧다는 점이다. 짧은 제품 수명주기에 맞추기 위해서는 탄소섬유 산업이 자주 제품을 재설계하여 부품을 교체 생산해야 하는데 생산기간이 긴 탄소섬유 산업의 특성상 이러한 수요를 충족해주기 어렵다. 그렇다고 탄소섬유 산업의 특성에 맞추어 자동차의 교체주기를 늦출 경우 빠르게 변하는 시장변화에 대응하기 어려워 시장에서 도태될 위험이 있다.

또 하나의 문제점은 탄소섬유는 재활용이 어렵다는 점이다. 탄소섬유는 다른 금속과 달리 융용 및 재성형을 통한 재활용이 상당이 어려워서 사용이 완료된 탄소섬유의 대부분이 재활용되지 못하고 매립되고 있는 실정이다. 이와 반대로 융용 및 재성형이 용이한 알루미늄의 경우는 자동차에 사용되는 알루미늄의 약 95%가 재활용되고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 BMW와 보잉은 협정을 체결하고 재활용이 용이한 탄소섬유 개발을 추진하기로 한 바 있으나 아직 구체적인 성과는 나오지 않고 있다.

마지막 문제점은 금속 중심의 자동차 산업구조를 들 수 있다. 매우 오랜 기간 동안 금속 가공중심으로 자동차 산업 생태계가 형성되어 왔다. 이 때문에 기존 산업의 변형 및 적응이 아닌 완전히 새로운 대체가 요구되는 탄소산업의 경우 다른 소재와는 달리 기존 자동차 산업에 진입하여 새로운 산업으로 성장하는 데 한계로 작용하고 있다. 미국의 오크리지 연구소에 의하면 탄소섬유 사용이 자동차 산업에서 본격화되기 위해서는 약 10년 이상의 기간이 걸릴 것으로 예상을 하고 있다.

2. 전체 시장 규모

탄소섬유 시장규모는 현재 25억불 수준에서 2020년에는 38억불로 급성정할 것으로 예측되고 있다 2013년 전세계 탄소섬유 수요는 46,500 톤이었다. 이 규모는 2012년에 예측했던 규모보다는 다소 작았으나 2012년보다 6.9% 증가한 것이며 2008년과 비교해서는 무려 47.6%가 증가한 규모이다. 이는 연평균 8.1% 성장했음을 의미한다. 만약 세계 금융위기가 일어났던 2009년을 기준으로 하는 경우에는 연평균  15.1% 성장한 셈이 된다.

http://www.engineering.com/AdvancedManufacturing/ArticleID/13848/Carbon-Fiber-May-Be-the-Future-of-Automotive-and-Aerospace-Manufacturing.aspx

이런 탄소섬유 시장규모는 2018년에는 92,802톤에 이를 것으로 예상되고 있다. 이 수치는 2012년과 2013년의 시장규모를 바탕으로 연평균 성장률 12.5%가 유지된다는 예측에 기반하고 있다. (Sujit Das, Josh Warren, Devin West, 2016). 이러한 시장규모는 예측기관에 따라 다소 다르나 최대 2020년에 142,000 톤까지 성장할 것으로 예상되고 있다 (Industry Expert, 2013).

지역적으로는 유럽지역이 탄소섬유 시장을 리드하고 있드나 최근 북미지역에서의 수요가 급증하여 아시아 지역을 제치고 유럽지역과 수위를 다툴 것으로 전망되고 있다. 특히 최근에는 풍력, 자동차 부품 분야에서 탄소섬유에 대한 수요가 증가하고 있는 데 이 분야는 북미 지역 산업의 탄소섬유 수요확대에 크게 기여할 것으로 예측되고 있다

3. 분야별 시장규모

1) 우주항공산업

2012년 우주항공산업에 사용된 탄소섬유의 규모는 약 평가기관에 따라 7,800~12,000톤에 해당할 것으로 추측되고 있다. 이 규모는 18년에는 16,000~21,000톤 2020년에는 최대 23,170톤에 이를 것으로 예상되고 있다.

〈주요 기관별 우주항공 산업 탄소섬유 사용 추정치〉

기관(연구자)명	2012년	2018년	2012-2018년 평균 성장률
루시텔	12000	21000	10%
레드 앤드 짐	7800	16000	13%
인더스트리 엑스퍼츠	8100	19000	16%

특히 항공기 산업은 우주항공산업에서 사용한 탄소섬유 수요의 약 70%를 차지하는 것으로 파악되고 있다. 이 탄소섬유는 주로 에어버스 A380, 보잉 787 그리고 에어버스 A350 제작에 주로 사용되었다.

(보잉, 에어버스에서의 탄소섬유를 사용한 복합소재 사용 비중)

* 출처: Carbon Reinforced Composites: User Sectors (Continued),” July 29, 2013, accessed January 21, 2014, http://www.pluscomposites.eu/content/6-carbon-reinforced-composites-user-sectors-continued

우주․항공 산업의 주요 수요기업은 보잉과 에어버스로서 전체 항공기 생산의 27%를 차지하고 있다. (Zimm 2012). 따라서 지역으로 볼 때 미국, 캐나다가 항공기 관련 탄소섬유 수요의 32%, EU가 46%를 차지하고 있다.

2) 풍력에너지

탄소섬유는 풍력터빈의 날개를 제조하는 데 사용되고 있다. 탄소섬유는 지금까지 사용되어 오던 유리섬유보다 강도와 내성이 높으면서도 가벼워서 향후 유리섬유를 대체할 것으로 예상되고 있다. 풍력에너지 분야는 우주항공산업에 이어 두 번째로 수요가 큰 분야로서 주로 large-tow 탄소섬유가 사용되고 있다. 2012년 풍력에너지 분야 탄소섬유 수요는 기관에 따라 7,770~15,070톤에 이를 것으로 추정되고 있으며 2018년에는 최대 28,280톤, 연평균 성장률은 최대 14.4% 성장할 것으로 예측되고 있다.

〈주요 기관별 풍력에너지 산업 탄소섬유 사용 추정치〉

기관(연구자)명	2012년	2018년	2012-2018년 평균 성장률
루시텔	7,770톤	19,190톤	12%
크리스 레드	15,070톤	28,280톤	8.2%
인더스트리 엑스퍼츠	9,470톤	27,740톤	14.4%

지역별로 볼 때, EU는 탄소배출 감소를 위한 강력한 정책을 시행하고 있으며, EU 회원국들은 2020년까지 탄소배출 감소 목표를 달성해야 하는 의무를 부여받고 있다. 이러한 상황은 풍력에너지 개발 활성화로 이어져 유럽지역이 풍력에너지 분야 탄소섬유 수요를 견인하고 있는 상황이다. 이러한 경향은 2020년까지 지속될 것으로 예측된다. 그 외에 북미지역과 아시아 지역순으로 풍력에너지 관련 탄소섬유 시장이 성장할 것으로 예측되고 있다.

〈지역별 풍력에너지 탄소섬유 수요 예측(단위: 톤)〉

지역	2012	2020
EU	7,040	24,855
북미	1,380	5,780
아시아	1,010	5,470
기타	30	130

* 출처: Industry Experts, 2013

3) 자동차 산업

자동차산업은 오랬동안 탄소섬유의 채택에 관심을 가져왔으나 지금까지 상용화하는 데는 한계가 있었다. 그 이유는 탄소섬유는 아직까지 고가이고 생산주기가 너무 길어 공급 요구에 적시에 대응하기 어려울 뿐만 아니라 생산수량을 안정적으로 유지하기 힘들었기 때문이다. 이러한 이유로 자동차 산업에서는 소량 생산되고 소비자에게 생산비용을 전가하기 쉬운 슈퍼카 부분에서 주요 탄소섬유가 사용되고 있다. 다만 2013년 BMW가 i3 전기차에 탄소섬유를 사용하기 시작하면서 양산형 상용차에 탄소섬유가 사용된 최초의 사례가 되었다. 앞으로 전기차가 보편화되고 연료효율에 대한 규제가 강화되면 향후 탄소섬유 사용도 확대될 것으로 예측되고 있다.

현재 자동차산업에서 생산되고 있는 1500여개 모델중 탄소섬유가 사용되고 있는 모델은 100여개에 불과하다. 그러나 10년 전에 비해 5배가 증가한 수치로서 향후 자동차 산업에서 탄소섬유 수요가 크게증가할 것이라는 것을 예측해볼 수 있다. 기관과 연구자에 따라 다르나 2012년 자동차산업에서 탄소섬유 수요는 2700~4808톤에 이를 것으로 추측되고 있으며 2018년에는 최대 12,610톤까지 증가할 것으로 예측되고 있다.

“CFRP Automotive Market Revving Up…But Still in Second Gear,” Composites Forecasts and Consulting, LLC, accessed November 12, 2013, http://compositesforecasts.com/automotive-market-revving-upbut-still-in-second-gear/

〈기관(연구자별) 자동차 산업 탄소섬유 수요 추정(예측)〉

기관(연구자)	2012	2014	2017	2018	연평균 성장률
레드 엔드 짐	2,700톤	3,600톤	4,600톤	5,000톤	10.8%
인더스트리 엑스퍼츠(2013)	2,150톤	3,560톤	8,740톤	11,980톤	33.2%
루신텔(2012)	4,808톤			12,610톤	17.24%
평균	3,219톤			9,863톤	20.5%

지역별로는 슈퍼카의 주요 메이커를 보유하고 있는 유럽이 자동차용 탄소섬유 산업을 주도하고 있으며 다음으로 북미와 일본이 뒤를 따르고 있다. 이러한 자동차용 탄소섬유 주요 소비처로서 유럽의 위상은 향후에도 더욱 강화될 것으로 예측되고 있다(인더스트리 엑스퍼츠, 2013)

〈지역별 자동차산업 탄소섬유 수요〉

년도	북미	유럽	일본	아시아	기타
2012	550톤	1,200톤	290톤	80톤	30톤
2020	5,960톤	14,100톤	1,970톤	410톤	180톤

* 출처: Industry Experts, 2013

4) 압력용기

압력용기는 일반적 대기 상태에서 보다 더 많은 유체를 담을 수 있도록  높은 압력으로 액체를 담은 밀폐용기를 의미한다. 대표적인 예시가 스킨스쿠버용 산소탱크이다. 압력용기 분야 탄소섬유 수요는 기관에 따라 추정치가 차이가 큰 편인데 2012년 기준으로 탄소섬유 수요의 6~7%를 차지하고 있을 것으로 예측되고 있으며 2022년에는 9%까지 증가할 것으로 추측하고 있다. 2018년 총수요는 7,000~8,500톤에 이를 것으로 추정되고 있으며 연평균 성장률은 연구기관에 따라 2012년부터 2018년 동안 17~30%에 이를 것으로 추정되고 있다.

〈기관(연구자별) 압력용기 분야 탄소섬유 수요 추정(예측)〉

기관(연구자)	2012	2014	2017	2018	연평균 성장률
레드 엔드 짐	1780톤	3860톤	6010톤	8560톤	30%
인더스트리 엑스퍼츠(2013)	2560톤	3670톤	6320톤	7490톤	19.1%
루신텔(2012)	2268톤	-	-	7310톤	17%
평균	2203톤	-	-	7,225톤	21.9%

지역적으로 볼 때 전체적인 압력용기용 탄소섬유 수요는 미국, 캐나다가 대다수를 점유하고 있다. 그 위를 이어 아시아, 유럽, 일본순으로 탄소섬유 수요가 큰 것으로 나타나고 있다. 2012년 1,530톤이었던 북미지역 탄소섬유 수요는 2020년에는 5,590톤으로 3배 가까이 증가할 것으로 예측되고 있다. 아시아 지역도 2012년 430톤이었던 수요가 2020년에는 570톤인 일본을 제치고 2,070톤으로 급증할 것으로 예측되고 있다.

〈지역별 압력용기 탄소섬유 수요 예측(단위: 톤)〉

지역	2012	2020
EU	310	920
북미	1530	5590
일본	270	570
아시아	430	2070
기타	20	190

* 출처: Industry Experts, 2013

압력용기는 7개 기업이 공급을 담당하고 있는 데 이중 미국기업이 4개 캐나다기업이 2개 이탈리아가 1개 기업을 보유하고 있다.

〈압력용기 주요 생산기업 및 지역〉

기업명	위치
Dynetek Industries	캐나다(캘거리 앨버타)
Faber Industries	이탈리아
Lincoln Composites	미국(링컨, 네바다)
Luxfer Gas Cylinders	미국(리버사이드, 캘리포니아)
Quantum Technologies	미국(어빙, 캘리포니아)
Sleegers Machining and Fabricating	캐나다(런던, 온타리오)
Worthington Industries	미국(콜럼버스, 오하이오)

아시아지역의 수요가 급증하고 있는 이유는 아시아 지역에서 NGV에 대한 수요가 크기 때문이다. 압력용기는 주로 천연가스 자동차(NGV)와 연료전지 자동차(FCV)용 연료 저장장치에 주로 사용되고 있는 데 이중에서 천연가스 자동차에서의 수요가 압도적이다 탄소섬유 탱크는 2012년에 천연가스 자동차용으로 99000개가 생산된 반면에 연료전지용 자동차용으로는 500대 수량분만 생산되었다.

〈지역별 NGV 분포 비중〉

지 역	2012년 NGV 시장점유율	평균 성장률(2003~2012)
아시아-태평양	58.5%	35.7%
유럽	10.4%	14.4%
북미	0.8%	-0.9%
라틴 아메리카	29.2%	14.5%
아프리카	1.1%	16.3%

* 출처: NGV Global 2013

이러한 천연가스 자동차 사용 상위 10개 국가가 이탈리아를 제외하고 모두 이란, 파키스탄 등 개발도상국이다. 전체 천연가스 자동차 사용량중 아시아-태평양 지역이 약 60%를 차지하고 있다. 이에 비해 북미지역이 0.8%의 매우 작은 비중만 차지하고 있다. 따라서 아시아지역의 잠재수요는 매우 크다고 할 수 있다.

〈NGV 사용 상위 10개국〉

순위	국가	2012년 NGV 개수	전세계 대비 NGV 비중
1	이란	3000,000	17.9%
2	파키스탄	2900,000	17.3%
3	아르헨티나	2140,000	12.8%
4	브라질	1739,676	10.4%
5	인도	1577,000	9.4%
6	인도	1250,000	7.5%
7	이탈리아	746,470	4.5%
8	우크라이나	390,000	2.3%
9	콜럼비아	380,000	2.3%
10	타이랜드	358,000	2.1%

* 출처: NGV Global 2013

4. 분야별 주요 기업 및 지역

1) 우주항공산업

우주항공 산업에 주로 사용되는 small-tow 탄소섬유는 6개 기업에 의해 이루어지고 있다. 현재 최대 공급자는 Toray로서 2012년 18900톤을 생산한 바 있으며 그 다음이 Toho Tenax(2012년 15,100 톤), Mitsubishi Rayon(10600 톤, 2012년), Hexcel(7250 톤, 2012), Cytec(2400 톤, 2012년), Fomosa Plastic(8750 톤, 2012년) 순이다. 특히 Toray의 경우 2020년에는 생산규모가 50000톤으로 대폭 확대됨에 따라 다른 경쟁자들을 제치고 small-tow 탄소섬유에서 시장지배자로서 지위를 더욱 강화할 것으로 예측되고 있다.

지역적으로 볼 때 상위 4개 기업이 모두 일본기업으로 일본이 우주항공분야 주요 small-tow 탄소섬유 공급국가로서 위상을 보유하고 있다.

〈주요 small-tow 탄소섬유 생산기업 및 주요 거점 현황〉

기업명	생산규모 2012/2020	제품별 생산거점			주요 공급처
		precursor	fiber	prepreg
Toray	18900 /50000	Ehime, Japan; Decatur, AL,US; Abidos, France	AL, US; Abidos, France; Ehime, Japan; Gumi, S.Korea	Tacoma, WA, US Japan	Boeing 787, Airbus
Toho Tenax	15100 /18900	Shizuoka, Japan	Shizuoka, Japan; Oberbruch, Germany	Shizuoka, Japan	Bombardier CSeries, A380
Mitsubishi Rayon	10600 14300	Otake, Japan	Otake, Japan; Toyohashi, Japan; CA, US	Irvine, CA, US	A380
Hexcel	7250 /10000	Decatur, AL, US	UT, US; Illescas, Spain	US; Europe; Tianjin, China	Airbus A350, A380
Cytec	2400 /6000	Piedmont, SC, US	SC, US	AZ, US; TX, US	Bombardier, F-35,COMAC C919
Formosa Plastics	8750 /8750	Mailiao, Taiwan	Mailiao, Taiwan	Unknown	Limited

* 출처: Sujit Das, Josh Warren, Devin West, 2016

2) 풍력 에너지

5개의 large-tow 탄소섬유 기업이 풍력에너지 분야 탄소섬유 공급을 주도하고 있다. 그중에서 미국의 Zoltek이 2012년 기준으로 Zoltek 은 44.1백만 파운드를 공급하여 이 분야 선도 기업으로써 위상을 보유하고 있다 (Suit et al., 2016). 이외에 대만의 Formosa Plastics, 일본의 MRC, 독일의 SGL이 주요 기업으로서 풍력에너지 탄소섬유를 공급하고 있다.

지역적으로는 Zolteck은 미국을 주요 거점으로 헝가리, 멕시코, 브라질 등에 생산거점을 구축하고 있으며, Formosa Plastics과 MRC는 본국인 대만과 일본 외에 영국, 미국, 브라질 등에 생산거점을 가지고 있으며, SGL은 독일과 기타 유럽지역에 생산 거점을 가지고 있다. 입지선정을 볼 때 각 기업들은 핵심공정이라 할 수 있는 선공정은 본국에 후공정은 수요기업 주위에 입지하는 전략을 취하고 있다(Suit et al., 2016).

〈주요 풍력발전용 탄소섬유 제조기업 및 생산거점 현황〉

	기업명
제품 및 수요처	Zolteck	Formosa Plastics	MRC	SGL Rotec
Acrylonitrile	헝가리, 멕시코, 미국	대만	일본	독일
Precursor	헝가리, 멕시코, 미국	대만	일본	독일
Carbon Fiber	헝가리, 멕시코, 미국	대만	일본	독일
Prepreg	미국	영국	영국	독일
Blade	미국, 브라질	미국, 브라질	미국, 브라질	유럽
Customer	GE, Vestas, Gamesa	GE	GE	Vestas, Gamesa

* 출처: Sujit Das, Josh Warren, Devin West, 2016

현재 유리섬유를 대체하는데 가장 큰 걸림돌을 비용문제이다. 유리섬유에 비해 탄소섬유가 같은 날개를 제작하는 데 10~20배 더 비싼 것으로 알려져 있다. 탄소섬유 제작비용에 있어서 가장 큰 비중을 차지하는 것이 재료이다. 전체 비용중 재료가 75%를 차지하는 데 반해, 장비와 인건비는 각각 13%와 12%를 차지하는 데 불과하다(Griffin, Johnanns, 2013). 이러한 이유로 인건비가 싼 중국, 일본보다 재료조달 및 기타 경제조건이 유리한 미국 서부지역이 풍력발전용 탄소섬유 보다 더 유리한 지역으로 거론되고 있다(Suit et al., 2016).

3) 자동차 산업

자동차 관련 탄소섬유로 대표적인 기업은 BMW에 공급하고 있는 SGL과 북미 메이커인 GM, Ford, Chrysler 등에 공급하고 있는 Toray를 들 수 있다. 영업기밀에 해당하는 사항이라 정확한 수치는 파악하기 힘드나 BMW의 I3 생산 대수 등을 고려할 때 SGL은 2013년에 총 2,460~3,070톤에 해당하는 탄소섬유를 생산하여 BMW에 공급했을 것으로 추정된다. 그 다음 Toray의 경우 Chevrolet의 Corvet Stingray, Ford의 Mustang Shelby GT500KR과 Viper SRT 모델의 생산에 탄소섬유를 공급하고 있으며 연간 약 250톤 정도에 이를 것으로 추정되고 있다. 이외에도 Toho Tenax, Dow AkSA, Cytec 등이 자동차 메이커들과 파트너쉽을 구축하고 탄소섬유를 공급하고 있다.

〈자동차용 탄소섬유 주요 생산기업 및 공급 내용〉

기업명	수요처	공급 내용
SGL	BMW	i3, i8의 life cabin
Toray-Plasan	GM	Corvette body panels
Toray-Plasan	Ford	Mustang body panels
Toray-Plasan	Chrysler	Viper body panels
SGL	Volkswagen	람보르기니, 포르셰, 부가티, 두카티 등의 슈퍼카 또는 럭셔리 카를 위한 탄소섬유 공급
Toho Tenax	GM	자동차용 탄소섬유 대량생산을 위한 연구용 탄소섬유 공급
Toray	Daimler	자동차용 탄소섬유 대량생산을 위한 연구용 탄소섬유 공급
Toho Tenax	Toyota	Lexus life cabin
Cytec	Jaguar Land Rover	대량생산형 복합소재 개발 추진

* 출처: Sujit Das, Josh Warren, Devin West, 2016

지역적으로는 일본과 미국이 선공정(polyacrylonitrile, precursor, Carbon Fiber)이 이루어지고 있는 대표적인 생산지역이며 후공정의 경우 수요처인 주요 자동차 메이커가 있는 지역(미국, 유럽 등)에서 주로 생산이 이루어지고 있다.

〈주요 기업의 탄소섬유 제품 생산지역〉

제품	기업명
	SGL	Toray
Polyacrylonitrile	일본 오타케	미국 앨러배마
Precursor	일본 오타케	미국 앨러배마
Carbon fiber	미국 워싱턴주	미국 워싱톤주
Auto part	독인 란트슈트	미국 미시간주, 버몬트주
Auto Assembly	독일 라이프찌히	미국 미시간주, 켄터키주

* 출처: Sujit Das, Josh Warren, Devin West, 2016

4) 압력 용기(pressure vessel)

압력용기용 탄소섬유는 Toray, Mitsubishi Rayon, Toho Tenex가 주로 공급하고 있다. Toray의 경우 Polyacrylonitrile 등 전공정은 미국, 프랑스, 일본에서 이루어지며 복합 탱크 생산 등은 수요처가 있는 미국에서 주로 이루어지고 있다. Mitubishi의 경우도 전공정은 일본에서 후공정은 수요기업이 있는 미국과 유럽 등지에서 이루어지고 있다.

〈주요 압력용기용 탄소섬유 제조기업 및 생산거점 현황〉

제품	기업명 및 생산거점
	Toray	Mitsubishi Rayon	Toho Tenax
Polyacrylonitrile	미국 앨러배마 프랑스 아비도 일본 에히메	일본 도요하시 일본 오타케	일본 미시마
Precursor	미국 앨러배마 프랑스 아비도 일본 에히메	일본 도요하시 일본 오타케	일본 미시마
Carbon Fiber	미국 앨러배마 프랑스 아비도 일본 에히메 한국 구미	일본 도요하시 일본 오타케 미국 캘리포니아 독일 위페르탈	일본 미시마 독일 오베르브루크 미국 테네시

* 출처: Sujit Das, Josh Warren, Devin West, 2016

III. 각국의 정책

1. 미국

1) 미국의 부품소재 정책 방향

□ ‘첨단제조업파트너쉽 (Advanced Manufacturing Partnership)

미국의 부품소재 정책을 대표하는 정책이 오바마 행정부가 2011년 발표한 ‘첨단제조업파트너쉽 (Advanced Manufacturing Partnership) 정책이다. 미국은 2008년 글로벌 금융위기 등을 거치면서 범용기술 분야뿐만 아니라 하이테크 분야에서도 제조업 분야 선도자로서의 위상을 상실하고 있다는 위기감을 느끼게 되었다. 다른 나라들의 경우 R&D와 혁신 시스템 구축에 막대한 투자를 하고 있는 반면 미국은 차세대 제조업에 필요한 숙련 기술자와 비즈니스 환경을 구축하는 데 있어 경쟁국들보다 뒤처지고 있다는 비판이 제기되었다. 차세대 제조업 분야는 미국의 안보를 보장하는 데 있어 핵심 분야일 뿐만 아니라 양질의 일자리 창출을 위한 잠재력이 크다는 점에서 육성이 시급하다는 인식이 확산되었다. 이에 따라 오바마 행정부는 첨단제조파트너쉽 정책을 추진하게 되었다.

추진경과를 보면 2011년 첨단제조파트너쉽 운영위원회를 신설하였으며 2013년 9월 첨단제조업파트너쉽 운영위원회 2.0 구성 및 제조혁신을 위한 국가 네트워크 설립을 거쳐 14년 오바마 대통령의 Revitalize American Manufacturing Act" 서명으로 법제화가 완료되었다.

〈추진 경과〉

시기	내용
2011년	첨단제조파트너쉽 운영위원회 구성
2012.7월	첨단제조업 장기 발전울 위한 제안서 의회 제출
2013.1월	제조업 혁신을 위한 국가 네트워크 보고서 의회 제출
2013.9월	첨단제조업파트너쉽 운영위원회 2.0 구성
2013.12월	제조업 혁신을 위한 국가 네트워크 설림

* 주요국의 제조업 육성정책과 시사점 (KOTRA, 2015)

해당 정책은 공공부문과 민간부문의 산업, 대학, 연방 정부기관이 파트너쉽을 체결하여 공동 펀딩 등을 통해 새로운 첨단산업 분야 탐색 및 육성을 목적으로 하고 있다. 이 정책은 특히 국가안보산업, 게놈 물질 연구, 차세대 로봇산업, 에너지절약형 제조업 및 국가 과학기술연구소의 연구 프로그램 등을 포함하고 있다. 해당 분야 들은 Lightweight Metal Manufacturing, Wide Bandgap Semiconductors, Revolutionary Fiber and Textiles 등과 같이 대부분 부품소재 분야에 중점을 두고 있다. 이를 통해 양질의 일자리를 창출하고 글로벌 시장에서 미국의 경쟁력을 강화하는 것을 목표로 하고 있다.

〈주요 육성분야〉

분야명

3D Printing

Digiral Manufacturing & Design

Lightweight Metal Manufacturing

Wide Bandgap Semiconductors

Advanced Composites Manufacturing

Flexible Hybrid Electronics

Integrated Photonics

Clean Energy

Revolutionary Fiber and Textiles

* 주요국의 제조업 육성정책과 시사점 (KOTRA, 2015)

이를 위해 Intel, Corning 등 10여개 미국의 대표적인 첨단기술 기업과 에너지부 등 8개 연방정부 기관, 그리고 MIT 등 6개의 미국 R&D를 선도하는 대학 등이 참여하고 있다

구 분	기관명
기 업	Allegheny Technologies, Caterpillar, Corning, Dow Chemical, Ford, Honeywell, Intel, Johnson & Johnson, Northrop Gruman, Procter & Gamble, Stryker
정 부	Department of Agriculture, Department of Commerce, Department of Defense, Department of Energy, Department of Homeland Security, National Aeronautics and Space Administration, National Institutes of Health, National Science Foundation
대 학	Massachusettes Institute of Technology, Carnegie Mellon University, Georgia Institute of Technology, Stanford University, University of California Berkeley, University of Michigan

〈참여 기업․기관〉

* Michael F. Molnar (2015)

이 프로젝트를 실행하기 위해 2016년 예산으로 약 6억 달러를 책정하고 있는 상태로 NNMI 1.5억 달러, Department of Defense 1.37억 달러, Department of Energy 2.4억달러, Department of Agriculture 0.8억 달러 등이 배정되어 추진되고 있다.

이 정책을 위한 추진 전략으로 6가지 접근법을 사용하고 있다. 우선 핵심 국가 보안 산업에 충분한 국내제조 역량을 구축하는 것이다. 이를 미국내 민간기업과 관련 방산 기관과의 합동 투자를 추진하는 것을 주요 전략으로 삼고 있다. 또한 1억불 이상의 투자를 통해 신소재 개발 및 생산 속도를 2배 이상 제고하는 것으로 목표로 제시하고 있다. 또한 차세대 로봇산업 투자를 위해 0.7억불을 투자할 계획이다. 이를 통해 공장노동자, 의료서비스 종사자들의 생산성 제고와 군인, 우주비행사 등의 임무수행 역량 강화를 도모할 계획이다. 또한 혁신적인 에너지 절약형 제조기술도 개발할 계획이다. 이는 에너지부를 중심으로 이루어질 예정으로 1.2억불 정도가 투자될 예정이다. 이를 통해 미국 제조업의 에너지 비용을 획기적으로 절감할 계획이다. 뿐만 아니라 국내 노동생산성 제고를 위한 투자도 확대할 계획이다. 첨단산업 종사자들의 생산성을 획기적으로 개선하기 위해 다양한 대학과 협력체계를 구축하여 교육훈련 프로그램을 운영할 계획이다.

미국 산업 전반의 혁신역량 강화를 위한 투자도 지속될 예정이다. 제조업 현장에서 제품의 디자인, 생산, 테스트에 필요한 시간을 20% 이상 절감할 수 있는 새로운 기술 개발을 추진할 계획이다. 새로운 기술 개척분야의 발견 및 연구를 위한 관련 기관간 협력체계 구축 및 로드맵 작성을 추진하고 있다. 중소기업이 Midwest Modeling 및 Simulation consortium을 통한 고부가가치 디지털 디자인 기술을 이용할 수 있도록 지원할 계획이다. 방산분야에서 투명 방탄조끼, 스텔스 기술, 타겟팅 시스템 기술 개발을 가속화할 계획이다. 국내 제조업 의 보안관련 산업에서 미국 기업의 생산역량 강화를 위한 온라인 시장을 더욱 성장시켜나갈 계획임. 이러한 기술 개발을 위한 최신 제조업 기술 콘소시엄을 구축할 계획이다.

□ 미국 제조업 활성화 계획 (Revitalizing American Manufacturing)

2016년에는 오바마 정부가 미국 제조업 활성화 계획 (Revitalizing American Manufacturing)을 발표하였다. 미국은 2008년 금융위기 이후 제조업 분야에서 80만개 이상의 직접적인 일자리를 창출하고 매력적인 투자처로서 미국에 대한 기업의 관심을 환기시키는 데 성공 했다. 그 결과 제조업 분야 평균 소득은 미국 소득 중위값보다 20%이상 높았으며 제조업 분야가 미국 GDP의 12%에 불과함에도 불구하고 전체 R&D의 75%, 연구개발인력의 60%를 차지하는 등 연구개발활동도 활발하게 전개되었다. 그러나 최근 미국의 제조업은 다양한 도전에 직면하게 되었으며 그 결과 미국의 경쟁력이 약화되고 있으며 그 결과 제조업이 쇠퇴하고 있다는 우려와 비판이 대두되었다. 이에 오바마 행정부는 세계 제조업 선도국가로서 지위를 지속 유지․강화하기 위한 미국 제조업 활성화 계획을 발표하였다.

〈미국의 제조업 생산 및 고용〉

* Bureau of Economic Analysis of Labour Statistics

〈산업별 평균 생산량 증가율(2014~2016)〉

* Bureau of Economic Analysis of Labour Statistics

이 계획은 크게 4가지 부분으로 이루어져 있는 데 첫 번째로 차세대 기술 개발을 통한 산업혁신 촉진, 두 번째로 투자유인을 위한 노동생산성, 지역사회 및 서플라이 체인의 강화, 세 번째로 최고의 비즈니스 환경 조성을 통한 미국의 산업 경쟁력 강화, 그리고 대기업과 중소중견기업이 국내 뿐만 아니라 국외에서도 비즈니스를 용이하게 전개할 수 있도록 시장접근성을 강화하고 관련 비즈니스 환경을 조성하는 것이다.

첫 번째 전략인 차세대 기술개발을 통한 산업혁신 촉진 전략은 미국이 첨단산업에서 주도권을 지속 유지하기 위해 필요한 기업의 선제적인 R&D 투자가 혁신적인 제품개발로 이어지도록 기업, 정부, 관련 연구기관간 R&D 생태계를 구축하는 것을 골자로 하고 있다. 이를 위한 하부 사업으로 Manufacturing USA, 연방 R&D 프로그램, Maker Movement 프로그램 등을 운영하고 있다.

•매뉴팩쳐링 유에스에이(Manufacturing USA): 차세대 기술개발에 공동투자하고 공동으로 연구개발을 할 수 있도록 기업, 연구기관, 정부기관을 상호 연계하는 네트워크이다. 이 조직은 제품디자인이 제품생산으로 조속히 이어질 수 있도록 지원하는 Technological Pre-eminence 프로그램, 다양한 지역과 공급망이 상호 효과적으로 연계될 수 있도록 지원하는 Colaborative Coinstituencies 프로그램, 고가의 장비의 상호 공유를 통해 중소중견기업의 연구개발과 생산활동을 촉진하는 Leveraged Investments 프로그램 등을 운영하고 있다.

- Technological Pre-eminence: 미국 제조업이 설계 중심에서 직접적인 생산 중심으로 확대될 수 있도록, 매뉴팩쳐링 유에스에이의 멤버 기관이 미국 기업의 최신 생산기술의 습득과 미국내 생산을 지원하는 프로그램이다.

- Collaborative Constituency: 관련 서플라이 체인을 중심으로 미국내 산재해 있는 각종 연구기설과 기관 및 기업간의 통합․조정을 통해 R&D 및 생산의 효율을 제고하기 위한 프로그램이다.

- Leverage Investment: 소규모 기업이 구입운영하기 어려운 고가의 장비를 임대하여 사용할 수 있도록 해당 장비를 소유하고 있는 연구소 기관과 수요 기업을 연계․지원하는 프로그램이다.

- Customized Training: 미 연구 기관 또는 생산시설이 관련 기술 종사자에 대한 교육 커리큘럼을 제공하여 “학습 공장(teaching factories)"로 기능할 수 있도록 교육하는 프로그램이다.

- Business Opportunity: 해당 산업분야의 서플라이 체인에 걸쳐 전문가 및 숙련노동자를 육성함으로써 미국 기업뿐만 아니라 해외 기업이 미국 내에 투자할 수 있는 환경을 조성하는 프로그램이다.

- Innovation Ecosystem: 기업이 새로운 비즈니스 기회를 창출할 수 있도록 서플라이 전 과정에 걸쳐 기술전문가들을 연계하여 새로운 기술을 개발할 수 있는 환경을 조성하는 프로그램이다. 대표적인 프로그램으로 창업기업을 위한 생산 및 사무공간을 제공하는 서비스를 들 수 있다.

- Rejuvenated Neighborhoods and Networked Expertise: 낙후된 지역 또는 지역산업 경쟁력 상실 등으로 인해 침체된 개발을 통해 지역산업의 재생을 지원하는 프로그램. 대표적으로 디트로이트 지역의 자동차 생산시설을 복합소재 생산시설로 전환하여 새로운 고용을 창출했던 프로그램을 들 수 있다.

•연방 R&D 프로그램: 2017년의 경우 2011년에 비해 연구개발비를 40% 확대하는 등 연구개발비에 대한 투자를 확대하고 있다. 또한 국가과학기술위원회 차세대 산업기술 소위원회를 통해 기관간 연구개발 활동의 조정, 기술의 제품화 지원, 비즈니스 환경 개선 등을 지원하고 있다

•Maker Movement: 미국의 기업․기관뿐만 아니라 학생 등 일반인들도 3D 프린터, 레이저 커터 등 새로운 생산기술을 활용할 수 있도록 관련 기술 및 장비에 대한 접근성을 제고하는 프로그램이다. 이 프로그램을 통해 제조된 제품을 전시하는 박람회도 개최하는 등 첨단기술에 대한 접근성을 제고하고 일반인들의 생산활동을 자극함으로써 첨단기술의 확산과 민간이 창의성이 제고되는 환경이 조성될 것으로 기대하고 있다.

두 번째 전략인 투자유인을 위한 노동생산성, 지역사회, 공급망 역량 강화 전략은 교육훈련 프로그램 재설계 및 투자확대 등을 통해 중소중견기업의 경쟁력을 강화하고 투자확대로 이어지도록 하고자 하는 것으로 Manufacturing Workforce Training, Manufacturing Extension Partnership (MEP), Investing in Manufacturing Communities Partnership (IMCP), Supply Chain Innovation, Manufacturing Day 프로그램 등으로 이루어져 있다.

•Manufacturing Workforce Training: 2000년 이후 미국 제조업분야에 있어서 노동력의 질을 향상하기 위한 대학과 직업학교에 대한 투자 확대에 대한 필요성이 대두되었다. 이에 따라 직업훈련 역량 강화를 위해 지역대학의 교육훈련 과정 지원 프로그램인 TAACCCT(Trade Adjustment Assistance Community College Career Training)에 20억불을 지원할 계획이다. 이를 통해 새로이 30만명의 교육생이 혜택을 받을 계획이다. 또한 미 정부는 산업훈련생 제도를 통한 양질의 일자리 창출과 노동생산성 제고를 위해 산업훈련생 프로그램에 265 백만달러를 투자할 계획이다. 이 투자는 ApprenticeUSA 프로그램을 통해 90백만달러가 지원될 계획이며 175 백만달러는 통합보조금 형태로 지원될 계획이다. 이 프로그램들은 주정부, 지역산업 파트너쉽 민관 파트너쉽에 대한 보조금 형태로 지원될 계획이다. 이러한 프로그램을 통해 현재 일정부분 성과도 거두었는데 약 30만명이 50개주에서 이 프로그램을 운영하는 대학을 통해 본 프로그램에 참여하였으며 2014년 본 프로그램의 실시이후 제조산업에서 2만명 이상의 산업훈련생이 증가하는 효과가 발생하였다.

•Manufacturing Extension Partnership: 23만개 이상의 소기업들이 미국 서플라이 체인의 근간을 이루고 있으며 전체 고용에서 차지하는 비중도 상승하고 있는 추세이다. 이러한 소기업에서의 고용창출 확대와 노동생산성 증대를 위해 미 정부는 제조역량 확대 파트너쉽 (Manufacturing Extension Partnership; MEP) 프로그램을 운영중에 있다. 이 프로그램은 미 50개주 및 푸에르토리코에서 활동하고 있는 중소기업에게 기술을 제공하고 엔지니어링 전문가를 지원하는 프로그램으로 소규모 기업이 첨단기술력을 갖출 수 있도록 기술 및 엔지니어링 전문가들과 수천 개의 소기업간 네트워크를 구축하는 사업이다. 1988년 이래로 이 프로그램은 86620개의 기업이 참여했으며 964억 달러의 매출 증대와 157억 달러의 비용절감 효과를 거두었으며 이를 통해 797994개의 일자리를 창출하는 성과를 거두었다.

•Investing in Manufacturing Communities Partnership: 제조업 육성 및 발전은 미국 정치 시스템의 관점에서 볼 때 주정부 및 지방정부의 주요 기능이며 따라서 이러한 지방정부의 기능을 연방정부 차원에서 지원하기 위한 프로그램이 지방 제조업 파트너쉽 투자 프로그램 (Investing in Manufacturing Communities Partnership; IMCP)이다. 이 프로그램은 지방정부중 효과적인 제조업 종합발전전략을 제시하는 지방정부를 선정하여 연방정부의 1조원 규모의 경제개발펀드를 지원함으로써 선정된 지방정부가 국내외 기업과 파트너쉽 형성 투자유치 등을 통해 제조업 중심지역으로 성장할 수 있도록  프로그램이다. 이 프로그램의 지원을 원하는 지방정부는 파트너쉽 지정을 신청할 수 있으며, 연방정부는 신청 지방정부의 제조업 육성 역량을 종합적으로 평가하여 선정한다. 선정된 지방정부는 연방정부의 연락사무소 개설과 함께 연방정부의 개발펀드를 우선적으로 사용할 수 있는 혜택이 주어진다. 아울러 선정된 지방정부에는 민간기업의 추가적인 투자를 유치에 유리하게 지역을 개발할 수 있는 연방정부의 각종 지원이 추진된다. 연방정부에 파트너로서 현재 12개 지방정부가 선정되었으며 24개 지방정부가 새로이 선정될 예정이다.

•Supply Chain Innovation: 미국 제품생산 서플라이 체인에 있어 중요한 연결고리 역할을 하고 있는 중소기업의 기술개발 속도를 제고하기 위해 최신 생산기술을 전파하고 성공사례를 공유하는 것을 주요내용으로 하는 프로그램이다. 이를 위해 기술개발을 위한 자금확보 관련 시간을 단축하고 금융비용을 낮춤으로서 중소기업의 기술개발 투자 의욕을 제고하는 것을 목표로 하고 있다.

•Manufacturing Day: 최근 미국 제조업 근로자의 80% 이상이 45~65세에 해당하는 것으로 알려져 새로운 노동인구 유입을 통한 생산력 향상이 시급한 것으로 지적되고 있다. 뿐만아니라 최근 제조업 경향은 더 이상 고등학교 학력과 성실성 만으로는 양질의 일자리를 보장할 수 없다는 것이 분명해지고 있다. 이 행사는 매년 미 전역을 대상으로 개최되는 행사로서 첨단분야 제조업 기업이 현재 생산기술과 생산과정이 어떠한지 일반 대중에게 보여주는 행사이며, 이를 통해 미국 대중의 제조업에 대한 인식전환, 첨단 기술의 필요성 및 첨단기술에 적합한 교육의 필요성에 대한 공감대 확대를 목표로 하고 있다.

〈제조업 분야 근로자 학력수준 비중〉

세 번째 전략인 미국 제조 경쟁력 강화전략(Making the United States More Competitive for Production) 은 미국이 기업의 투자, 고용 및 생산에 매력적인 지역이 될 수 있도록 조세 제도 등 비즈니스 환경을 개선하는 전략이다. 이 전략은 Business Tax Reform, U.S. Infrastructure 개선, The Energy Oppprtunity 확대, Regulatory $eform의 하부 전략으로 구성되어 있다.

•Business Tax Reform: 미국의 조세제도는 너무 많은 불필요한 예외조항 등으로 인해 투자결정을 왜곡하는 결과를 낳고 있다는 비판을 받아왔다. 이에 2012년에는 조세 베이스를 확대하고 불필요한 면세, 공제제도를 폐지하는 대신 법인세를 28%로 낮추었으며, 2015년에는 연구개발에 대한 영구적인 세액공제 제도를 실시하였다.

•U.S. Infrastructure: 2014년 28위에 랭크되는 등 낙후되고 있는 미국의 인프라스트럭쳐 개선을 위해 Fixing America`s Surface Transportation Act를 제정하고 2016년에서 2020년의 기간 동안 공공 교통 인프라를 개선하기 위해 3,050억불을 투자할 계획이다.

•Energy Oppoprtunity: 최근의 연구에 따르면 셰일 가스 개발로 인해 천연가스를 사용하는 기업과 가계가 가격 인하 등을 통해 220억 달러 정도의 혜택을 본 것으로 알려져 있다. 이처럼 미국 정부는 세일 가스에 대한 투자를 통해 산업의 생산성을 획기적으로 낮출 계획이다. 또한 태양 에너지, 풍력 에너지 등 청정에너지에 대한 투자도 확대할 계획이다. 이의 일환으로 탄소섬유 생산비용을 절반으로 줄일 수 있는 기술개발에 적극 지원하고 각종 경량 금속소재 개발을 위한 연구를 지속 지원함과 동시에 화석연료의 배기가스 배출을 절감하는 기술 개발에도 박차를 가할 예정이다. 또한 미 정부는 80억 달러를 투자하여 에너지 효율이 높은 자동차 생산과 관련된 제조공장을 지원하고 35000개의 일자리를 창출할 계획이다.

•Regulatory Reform: 미국은 공공의 안전과 건강을 지키고 환경을 보호하면서도 기업의 혁신역량과 경쟁력을 약화하지 않은 규제 체계 구축을 추진하고 있다. 이를 위해 800여개의 규제를 재검토하여 70여개의 규제를 철폐함으로써 370억불 규모의 규제비용을 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

마지막 전략은 시장확대 및 동등기회 부여(Opening Markets and Leveling the Playing Field) 전략이다. 미국 제조업이 세계시장에서 경쟁하기 위해서는 공정한 무역협정을 통해 대기업 뿐만 아니라 중소기업도 글로벌 시장에 쉽게 진출할 수 있어야 할 뿐만 아니라 해외의 기업도 미국국내에 쉽게 투자할 수 있어야 한다. 이를 위해 여러 국가와 국제 무역협정 체결과 함께 공정한 무역을 위한 글로벌 규범 제정을 추진하고 있다.

•The Trans-Pacific Partnership: 미국에서 수출은 6백만기의 일자리를 창출하고 있다. 따라서 무역장벽 제거는 미국 제조업이 세계에 진출함으로써 양질의 일자리를 창출하는 데 큰 역할을 할 수 있다. TPP는 전세계 경제의 40%를 커버하고 있으며 18000개의 관세 장벽을 제거하는 것으로 목표로하고 있다. 또한 TPP를 통해 우방국들과의 경제협력을 강화하고 우방국 등의 경제 안정을 통한 국가 안보확보의 효과가 있을 것으로 기대하고 있다.

•Trade Enforcement: 미국정부는 TPP와 같은 무역협정의 체결과 함께 체결된 협정의 성실한 이행을 담보하기 위한 각종 제제조치의 이행도 적극적으로 나서고 있다. 이를 위해 WTO를 적극 활용하고 있으며 무역 활성화 및 무역 이행조치에 관한 법을 제정하여 미국이 체결한 무역협정의 실효성을 확보하기 위한 제도적 기반을 마련한 바 있다. 이를 통해 덤핑 행위, 불공정 보조금 지급 등을 통해 미국의 관점에서 미국 제품의 글로벌 시장에서 공정한 경쟁을 저해하는 행위를 단속하고 있다.

〈공정무역 집행을 위한 노력 사례〉

2014년 오바마행정부는 미국내 90만명에 이르는 자동차 산업 근로자를 보호하기 위해 중국을 상대로 공정무역을 위한 조치를 취한 바 있다. 중국은 2013년 미국의 체로키 지프, 뷰익 등 차종에 대해 미국의 대중 전체 수출액의 21.5%에 해당하는 관세를 부과하였으며, 미국은 WTO에 중국이 미국 자동차를 상대로 부과한 반덤핑 및 상계관세 부과에 대해 제소하여 승소한 바 있다.

•Select USA: Select USA는 미국의 외국인투자유치 기관으로 2011년 설치하여 그동안 220 억불 이상의 투자를 유치한 바 있다. 또한 연례행사로 Select USA Investment Summit를 개회하여 70여개국 2500 명 이상의 기업 및 정부인사가 참여하였으며 이를 통해 50억불 이상의 투자를 유치하고 9,480개의 일자리를 창출하였다. 구체적인 투자유치 사례로 2015년 이탈리아 Sofidel 그룹이 오하이오에 259백만 달러를 투자하여 300명 이상의 일자리를 창출한 바 있다.

2) 미국의 탄소산업 현황

미국은 탄소섬유 기술이 최초로 개발되는 등 탄소섬유 산업을 리드하던 대표적인 국가였으나 최근에는 일본과 유럽 등에 주도권을 내주고 있는 상황을 보여주고 있다. 미국의 탄소섬유 생산량은 2006년 4만톤 (small tow 3만톤, large tow 1만톤) 에서 2011년 8.5만톤 (small tow 6만톤, large tow 2.5만톤) 이상으로 급증하였다.

〈미국의 연간 탄소섬유 생산량〉

* 출처: Low Cost Carbon Fiber Overview(Warren, 2011)

대표적인 미국의 탄소섬유 기업으로는 Zolteck을 들 수 있다. Zolteck 은 Toray, Toho, Mitsubishi에 이어 4번째 탄소섬유 제조업체로 약 15~20%정도의 시장점유율을 보유하고 있다.

〈기업별 탄소섬유 시장점유율(2011)〉

* 출처: Low Cost Carbon Fiber Overview(Warren, 2011)

다만 Toray, Toho, Mitsubishi 등 일본기업도 미국내에 생산거점을 보유하고 있어 미국은 동부에서 서부에 걸쳐 여러 지역에 탄소섬유 생산거점을 확보하고 있다.

〈미국내 주요 탄소섬유 생산거점 분포〉

* 출처: Low Cost Carbon Fiber Overview(Warren, 2011)

3) 미국 탄소섬유 정책 개요

미국은 50년대 중반에 Parma Technical Center에서 고기능 탄소섬유를 개발하는 등 탄소섬유 개발을 주도하던 국가였으나 현재는 생산과 기술 등에 있어 일본, 유럽 등에 밀리고 있는 상황이다. 처음 탄소섬유 강화 폴리머를 개발했던 기업은 미국 기업인 유니온 카바이드(Union Carbide)였으나 현재는 중국, 일본, 유럽 등의 기업이 대부분의 제품을 생산하고 있다. 이에 최근에는 에너지부를 중심으로 탄소섬유에서 주도권을 되찾기 위해 연구개발에 매진하는 등 정책적 노력을 전개하고 있다.

https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fibers

탄소섬유의 활용도는 다양한 분야에 적극 사용될 잠재력이 크나 저변 확대의 가장 큰 걸림돌 중의 하나가 높은 가격이었다. 이에 에너지부는 탄소섬유의 가격을 현재가격의 절반 이하(파운드 당 5$이하)로 줄이는 것을 목표로 다양한 연구 과제를 추진하고 있다. 이를 위해 기존의 석유 추출물이 아닌 바이오 매스 등 새로운 물질을 활용한 저비용 고성능 탄소섬유 개발, 탄소섬유 재생기술 개발을 통한 환경보호 및 비용절감 등을 추진하고 있다.

이러한 미 정부의 탄소섬유 기술개발을 위한 주요 연구소로 테네시주 오크 리지 국립연구소 (ORNL: Oak Ridge National Laboratory)를 들 수 있다. 이 연구소는 미 에너지부 등의 지원을 통해 저렴한 초기 재료를 활용하여 낮은 비용으로 탄소섬유를 생산할 수 있는 기술을 연구하고 있다. 오크 리지 연구소는 최근 에너지부의 예산 지원을 통해 신형 프로토타입 탄소섬유 생산시설을 구축한 바 있다. 미 정부는 이 연구소가 더 저렴하고 더 성능이 우수한 탄소섬유 물질 개발을 위한 테스트베드 역할을 할 것으로 기대하고 있다.

탄소섬유는 90% 이상이 PAN(petroleum-based precursor polyacrylonitrile)을 사용하는데 PAN을 탄소섬유로 전환하는 과정은 매우 제한적인 환경제어와 고온처리를 요구하는 매우 느리고 에너지를 다량 소비하는 과정이다. 오크리지 연구소는 보다 저렴한 재료인 폴리올레핀(Poliolefin)과 리그닌(Lignin)을 활용해 보다 저렴한 생산과정을 개발하는 데 역량을 집중할 계획이다. 폴리올레핀은 플라스틱 물병과 아기 기저귀 같은 재활용품을 통해 하루의 공정처리만으로도 추출할 수 있는 물질이며 리그닌은 바이오에너지 산업과 제지공장의 펄프 생산공정의 부산물로서 매우 저렴하게 획득이 가능하다.

Zoltek은 Polyacrylonitrile의 우수한 성능을 극대화하면서 탄소섬유 표준 precursor (Polyacrylonitrile)을 저가의 리그닌과 혼합할 수 있는 기술을 연구중에 있다. 이와 비슷하게 MIT(Material Innovation Technology, LLC)는 재활용된 탄소섬유를 활용한 저가의 탄소섬유 복합물 제조기술을 연구중에 있다. 미 에너지부는 MIT의 자동차 탄소섬유 적용 프로젝트를 지원하고 있다.

태평양-북서 국립 연구소(PNNL; Pacific Northwest National Laboratory)와 오크리지 국립 연구소는 공동으로 탄소섬유 화합물의 특성을 보다 잘 예측할 수 있는 계산 기법을 개발하고 있다. 이러한 기법들은 탄소섬유 산업이 탄소섬유 복합물 개발을 더욱 가속화하고 특정 특성에 최적화된 탄소섬유 틀을 개발하는 데 발생하는 불확실성을 제거하는 데 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.

또한 최근 오바마 행정부에 의해 2015년 야심차게 출발한 첨단 복합소재 제조 혁신 기구(IACMI; The Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation)이 새로운 탄소섬유 기술개발의 핵심 기구로 떠오르고 있다. 이 기관은 탄소섬유 관련 미국의 기업과, 연구소, 대학 및 정부기관을 상호 연계하여 각종 탄소섬유 R&D 관련 프로그램 운영 및 관련 활동 지원을 통해 미국의 탄소섬유 기술역량을 강화하고자 탄생한 기관으로 현재 10여개의 R&D 프로젝트를 운영하고 있으며, 다수의 산학연 네트워크 구축을 추진하고 있다.

4) 기관별 탄소섬유 정책 - 에너지부

□ 경량 운송기계 부품용 저비용 탄소섬유 복합소재 개발 프로그램

에너지부는 미 탄소섬유 정책의 핵심 부처로서 다양한 R&D 지원 프로그램을 운영하고 있다. 우선 2010년에는 “경량 운송기계 부품용 저비용 탄소섬유 복합소재 개발 프로그램(Low Cost Carbon Fiber Composites for Lightweight Vehicle Parts)”을 추진하였다. 이 프로젝트 기간은 2010~2013년이며 총 3백만불의 예산을 투입하였다. 이 프로젝트에는 Proterra, IAC, MFG 등의 기업이 참여했다 (Mark Mauhar, Jim Stike, 2012).

〈프로그램 개요〉

구 분	내 용
목 표	수송기계용 경량 부품을 위한 저비용 탄소섬유 복합소재 개발
예 산	- 에너지부 3,008,000달러(2011년 680,000달러, 2012년 1,000,000달러, 2013년 1,328,000) - 참여기관 1,500,000달러
참여기업․기관 (담당파트)	Proterra Bus (버스 외장 패널), International Automotive Components (자동차 내장재) Molded Fiber Glass (코르벳 차체), Innovative Composite Solutions (소재/프로세스 평가) Material Innovative Technologies LLC (프로젝트 주관기관)

□ 탄소섬유 기술 연구 시설 구축

2011년에는 탄소섬유 생산비용 감소를 위한 연구시설 투자계획을 발표한 바 있다. 에너지부는 총 35백만불의 예산을 투입하여 ORNL에 탄소섬유 기술 연구시설을 설립하였으며 해당 시설은 저비용 고성능의 탄소섬유 개발을 위한 테스트베드 역할을 하고 있다

https://www.scientificamerican.com/article/us-looks-to-regain-lead-in-making-carbon-fiber/

https://www.scientificamerican.com/article/us-looks-to-regain-lead-in-making-carbon-fiber/

〈CFTF 설립 계획〉

* 출처: Carbon Fiber Technology Facility (ORNL, 2017)

□ 신 폴리머 섬유 물질 개발 프로그램

2012년에는 신 폴리머 섬유 물질 개발을 위한 9백만불 규모의 민관합동 R&D 프로그램을 추진하였다. 이 프로그램은 저비용 자동차용 탄소섬유 개발과 함께 대량생산이 가능한 탄소섬유 생산기술을 개발하는 것을 목적으로 하고 있다. 이 프로그램에는 Dow Chemical, Ford Motor Company, ORNL이 참여했다. 이 프로젝트에서 Ford의 자동차 디자인, 엔지니어링 및 대량생산관련 경험, Dow의 소재 과학분야 연구개발 역량, ORNL의 탄소섬유 처리기술 관련 노하우를 접목하여 시너지 효과를 거둘 수 있도록 추진할 계획임.

□ 레이저를 활용한 알루미늄 및 탄소섬유 복합소재 결합 프로세스 개발 프로젝트

2013년에는 탄소섬유의 자동차 산업에서의 활용을 활성화하기 위해 “레이저를 활용한 알루미늄 및 탄소섬유 복합소재 결합 프로세스(Laser-Assisted Joining Process of Aluminum and Carbon Fiber Components” 개발 프로젝트를 추진하였다. 이 프로젝트의 예산 규모는 600,000불이며 개발기간은 2013년에서 2015년이다. 이 프로젝트를 위해 3M, Magna, Plasan Carnbon Composites, Clearwater Composites 등의 기업과 테네시 대학이 참여하였다 (Sabau, Warren,  2015).

〈프로그램 개요〉

구 분	내 용
목 표	레이저를 활용하여 알루미늄과 탄소소재를 결합한 소재를 개발
기 간	2013~2013년
예 산	- 에너지부 600,000달러(2014년 300,000달러, 2015년 300,000달러) - 참여기관 30,000달러
참여기업․기관 (담당파트)	기관: ORNL, 테네시 대학(녹스빌) 기업: Magna, 3M Company, Plasan Carbon Composites, Clearwater Composites Inc

미 에너지부는 현재 자동차 생산에서 탄소섬유 활용이 판넬과 벽면 등에 한정되어 있으나 이 연구를 통해 탄소섬유가 구조 연결 부분(Structural Joints)에도 사용되는 등 탄소섬유의 자동차 산업에 적용이 활성화 될 것으로 보고 있다. 뿐만 아니라 레이저를 활용한 대량 자동화 생산이 더욱 확대되는 성과를 거두었다.

□ 재생 가능한 고성능 탄소섬유 개발 프로젝트

2014년에는 재생 가능한 고성능 탄소섬유 개발을 위해 11.3백만불 규모의 연구 프로젝트 계획을 발표한 바 있다. 이 연구는 농업 폐기물 또는 목재 바이오매스와 같은 식량이 아닌 재활용 원료로부터 가격 경쟁력이 있는 고기능 탄소섬유 물질을 생산해 내는 것을 목표로 하고 있다. 이 프로젝트는 SRI(Southern Research Institute) 와 NREL(National Renewable Energy Laboratory)에서 추진하고 있으며  생산단가가 파운드당 1달러 아래의 비용으로 탄소섬유 생산의 필수 원료인 acrylonitrile을 생산할 수 있는 새로운 바이오매스 전환기술을 개발할 예정이다.

https://energy.gov/eere/articles/energy-department-announces-11-million-advance-renewable-carbon-fiber-production

https://energy.gov/eere/articles/energy-department-announces-11-million-advance-renewable-carbon-fiber-production

〈재생가능 탄소섬유 R&D 관련 예산〉

연구기관	연구내용	지원액
SRI (Southern Research Institute)	非식품 바이오매스에서 추출된 설탕을 acrylonitrile로 전환하는 다단계 결정 프로세스의 연구	5.9백만불
NREL (National Renewable Energy Laboratory)	bio-acrylonitrile을 생성하는 다중 경로를 최적화하는 방법을 연구	5.3백만불

□ 열가소성 탄소섬유 특성 예측 방법 개발 프로젝트

2014년에는 "주입방식으로 조형한 열가소성 탄소섬유의 특성예측을 위한 공학 기법 (Predictive Engineering Tool for Injection Molded Long Carbon Fiber Thermoplastic)" 개발 프로젝트를 추진하였다.

이 프로젝트의 목적은 자동차에 탄소섬유 제품을 적용시 에너지부가 제시한 기준에 부합하는지 사전에 예측할 수 있는 계산 기법을 개발하는 것이다. 이 프로젝트의 연구기간은 2014년~2016년이며 총 예산규모는 에너지부와 참여기관 매칭방식으로 총 2,045,820 달러이다. 참여기관으로는 ORNL, Ford, BASF 등이 참여했다(Kunc, Warren, 2017).

〈프로그램 개요〉

구 분	내 용
목 표	자동차용 탄소섬유 소재의 특성을 예측하는 기법 개발
기 간	2014년~2016년
예 산	에너지부, 참여기관 41:59 매칭 방식 에너지부: 847,842$, 참여기관: 1,198,000$
참여기업․기관(역할)	연구기관: ORNL(탄소섬유 길이/분포 측정) 기 업: Ford(부품선택, 몰딩흐름 분석) BASF(소재, 기기 공급) PlastiComp(펠렛 생산 및 몰딩 자재 공급) Moldex 3D(주입식 몰딩 시뮬레이션) 대 학: 일리노이대(섬유 파괴 모델 구축) 버지니아 테크(유변학 및 FOD 측정)

□ 거미줄을 활용한 탄소섬유 소재 개발 프로젝트

2014년 에너지부는 “탄소섬유 Precursor로 활용하기 위한 거미줄을 통한 E.Coli 추출 (E. Coli Derived Spider Silk MASP 1 and MASP 2 Protein as Carbon Fiber Precursors)”프로젝트를 추진하였다.

이 프로젝트는 거미줄의 단백질 섬유를 통해 탄소섬유를 추출함으로써 탄소섬유를 사용한 운송기계의 중량을 줄이는 것이 목표이다. 이 뿐만 아니라 이 프로젝트를 통해 온실가스 배출을 줄이고 해외에서 수입되는 석유에의 의존을 줄이는 것을 목적으로 하고 있다.

이 프로젝트는 에너지부가 1,490,744 억원을 지원하며 연구기간은 2014년에서 2016년까지 이다. 참여기관으로는 캘리포니아대 리버사이드 캠퍼스, 오크리지 연구소, 유타 주립대가 참여한다 (Lewis, 2016).

〈프로그램 개요〉

구 분	내 용
목 표	거미줄을 통해 탄소섬유를 추출함으로서 운송기계 경량화 달성
기 간	2014년~2016년
예 산	총규모: 1,988,042$ (에너지부: 1,490,744$, 참여기관: 497,298$) 연도별: 2015년 997,758, 2016년 990,284
참여기업․기관(역할)	연구기관: ORNL 대 학: 캘리포니아대(리버사이드 캠퍼스) 유타 주립대

□ 탄소섬유 강화 폴리머와 알루미늄 결합 기술 개발 프로그램

에너지부는 2017년 탄소섬유 강화 복합 열경화성 수지를 알루미늄에 적용하는 기술개발 프로그램(Friction Stir Scribe Joining of Carbon Fiber Reinforced Polymer to Aluminum) 을 추진하였다. 기존의 결합 방식은 대량의 열과 빛을 발생시켜 상당한 에너지 손실과 비용을 발생시켰다. 에너지부는 이러한 손실을 최소화하고 비용절감 효과를 거두기 위해 본 프로그램을 추진하였다.

이 프로그램은 2016년부터 2018년까지 총 2,218,160$의 규모로 추진되며 이중 609,473$은 에너지부의 지원을 통해 추진된다. 해당 프로그램의 추진을 위해 GM이 주관기관으로 선정되었으며 이외에 태평양-북서 국립연구소(Pacific Northwest National Lab; PNNL) 및 Kuka Systems North America 등의 기업․기관이 참여했다 (Carlson, 2017).

〈프로그램 개요〉

구 분	내 용
목 표	탄소섬유 강화 복합 열가소성 플라스틱과 알루미늄을 결합하는 기술 개발
기 간	2016년~2018년
예 산	총규모: 2,218,160$ (에너지부: 609,473$, 참여기관: 1,608,687$) 연도별: 2016년 119,458$, 2017년 313,289$, 2018년 176,726$
참여기업․기관(역할)	기 업: GM (CFRP fiber orientation, corrosion tseting & matiral property testing, Tooling design and build validation of process window) Kuka (Robotic friction stir scribe joining of proto-typical part) Arconic (AI sheet material & properties) Plasticomp (CFRP material, mold design, molding of parts) LSTC (LS Dyna Software & technical support) Autodesk (mold flow sftware, CFRP rheological property measurement) 연구기관: PNNL (Optimized scribe tool & process parameters, material characterization , model development) 대 학: 위스콘신대 (image analysis of fiber length measurements) Virginia Polytechnic institution (CFRP fiber length)

□ 폐기 탄소섬유 재활용 기술 개발 프로그램

2016년에는 폐기 탄소섬유 재활용 기술 개발 프로그램을 추진하였다. 현재 제품에 사용된 탄소섬유는 재활용되지 못하고 전량 폐기되고 있는 상황이다. 에너지부는 탄소섬유가 재활용된다면 환경오염 문제해결 뿐만 아니라 탄소섬유의 공급량 증가와 비용하락에 기여할 것으로 보고 있다. 워싱턴주의 경우 약 연간 2백만 파운드 가량의 탄소섬유 폐기물이 발생하고 있으며 만약 이 탄소섬유가 재활용된다면 그 가치는 약 50백만불에 이를 것으로 예측되고 있다.

에너지부는 이의 연구를 위해 2016년에  미 에너지부 산하의 고등 합성소재 제조 혁신원(IACMI; Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation)와 함께 합성소재 재활용 기술센터(CRCT; Composite Recycling Technology Center)와 MOU를 체결하였다. 이와 함께 미 의회는 “에너지정책 합리화 법(the Energy Policy and Modernization Act)”를 제정하고 에너지 부에 10백만불의 별도의 예산 배정과 함께 탄소섬유 재활용 기술개발을 위한 별도의 부서를 신설하는 것을 승인하였다.

□ 복합 중첩 압력용기 적용을 위한 저비용, 고강도 탐소섬유 Precursor 처리 기술 개발 프로젝트

2017년에는 탄소섬유 생산비용 절감 전략의 일환으로 “복합 중첩 압력용기 적용을 위한 저비용, 고강도 탐소섬유 Precursor 처리 기술 개발 프로젝트(Precursor Processing Development for Low Cost, High Strength Carbon Fiber for Composite Overwrapped Pressure Vessel Application)”를 추진하였다. 이 프로젝트의 추진기관으로 켄터키 대학의 응용 에너지 연구센터(CAER; Center for Applied Energy Research)를 선정하고 1백만불의 예산을 지원하였다. 이 프로젝트가 성공한다면 압력용기용 탄소섬유의 생산가격을 50% 정도 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

2) 오크 리지 국립연구소(Oak Ridge National Labarotary)

□ 연구 현황

현재 미 에너지부가 추진중인 탄소섬유 부흥 정책에 있어 테네시주 오크 리지 국립연구소 (ORNL: Oak Ridge National Laboratory)가 핵심연구기관으로서 역할을 하고 있고 할 수 있다. 특히 오크리지 연구소는 탄소섬유의 생산단가를 낮추는 생산기술 개발에 역량을 집중하고 있다.

예산 규모를 보면 해당 연구소는 탄소섬유 연구에 2010년 3,540,000달러 (Precursor 1,725,000$, Conversion 1,815,000$), 2011년에는 4,779,000달러 (Precursor 1,850,000, Conversion 2,929,000)를 투입하였다. (Warren, 2011)

〈ORNL 탄소섬유 관련 예산 2010~2011(단위: 달러)〉

분야(제품)	2010	2011
Precursors	1,725,000	1,850,000
Commercialization of Textile Presursors	-	-
Precursor & Fiber Evaluation	-	-
Polyolefin Precursors	-	-
Lignin Based Precursors	-	-
PAN-MA PreCursors	-	-
Conversion	1,815,000	2,929,000
Advanced Oxidation	-	-
Conventional Interfacial Adbersion	-	-
PilotLine Upgrade	-	-
합계	3,540,000	4,779,000

* 출처: Low Cost Carbon Fiber Overview (Warren, 2011)

이 연구소는 또한 2011년까지 모두 4개 기관 및 프로그램(에너지부, 고등국방과학연구소, 국제 에너지 기구, 미국 연구 및 재투자 프로그램) 에서 총 51,750,000불의 예산을 지원 받았다 (Warren, 2011).

〈ORNL 탄소섬유 관련 정부기관 지원예산 규모〉

분야	지원기관	지원액(달러)
합 계		51,750,000
Precursor		14,050,000
- Polyolefin Contituent Precursor	에너지부(DOE)	2,000,000
- Graphite electrodes for Arc Furnaces - Nanoporous CF for supercapacitors - Lignin - Composite Filters for HVAC Systems - Lignin	에너지부(DOE)	2,300,000
- Filters for HVAC - CO2 & VOC Capture - Lignin	에너지부(DOE)	450,000
- Advanced Structural Fibers	고등국방과학연구소(DARPA)	8,000,000
- Melt Spinnavble PAN for H2 Storage	에너지부(DOE)	1,300,000
Conversion		37,700,000
- Carbon Fiber Technology Center	미국 연구/재투자 프로그램(ARRA)	34,700,000
- Microwave Assisted Plasma Carbonization	에너지부(DOE)	3,000,000
- Carbon Fiber Test Standards	국제에너지기구(IEA)	TBD

* 출처: Low Cost Carbon Fiber Overview (Warren, 2011)

□ 탄소섬유 기술 연구기설 구축

2011년에는 ORNL에 탄소섬유 기술 연구시설을 설립했다. 이 연구시설의 운영을 위해 미 에너지부는 35백만 달러를 투입할 예정으로 이를 통해 보다 싼 고성능의 탄소섬유 개발을 위한 테스트베드 역할을 하고 있다.

https://www.scientificamerican.com/article/us-looks-to-regain-lead-in-making-carbon-fiber/

이 탄소섬유 연구시설(CFTF)은 총면적 이 42,000 평방피트 규모이고 390 피트 길이의 생산라인을 갖추고 있다. 생산라인은 Advanced Technology Conversion Line, Melt-Spun Precursor Fiber Production Line, Thermal Conversion Line으로 구성되어 있다. Advanced Technology Conversion Line은 마이크로웨이브와 플라스마 처리를 이용한 전환기술을 개발하고 있으며 Melt-Spun Precursor Fiber Production Line은 연간 65톤의 Polyethylene fiber를 생산하고 있다. Thermal Conversion Line은 연간 25톤의 Polyacrylonitrile을 생산하여 precursor로 전환할 수 있다.

https://www.ornl.gov/cftf

이러한 노력의 결과 2016년에는 기존의 방법보다 탄소섬유 생산이 소요되는 비용의 50% 소요되는 에너지의 60%를 절감할 수 있는 새로운 생산기술을 개발하는 데 성공하였다. ORNL은 이 기술을 테네시주에 위치하고 있는 르몽드 복합소재(LeMond Composites)사에 라이센스를 발급하였으며 해당 회사는 ORNL 근처에 신기술을 적용한 탄소섬유 생산을 추진하고 있다. 이러한 민관 협력사업을 통해 242개의 새로운 일자리 및 125백만불의 새로운 투자수요를 창출할 것으로 예측되고 있다.

3) 첨단 복합소재 제조 혁신 기구*

* IACMI(The Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation)

□ 기관 개요

이러한 2015년 오바마 행정부는 탄소섬유 등 복합소재 기술개발 및 혁신을 이끌 새로운 기관의 설립을 발표하였다. 첨단 복합소재 제조 혁신 기구는 University of Tennessee 부속기관으로서 산업계, 대학 및 연방 정부, 주정부 기초 지방정부를 포괄하는 협력기구로서 민관이 협력체계를 구축하여 민간 기업의 보다 빠르고 저렴하며 에너지 소비를 효과적으로 절감하는 새로운 복합소재 개발을 지원하는 기구이다. 이러한 복합소재의 개발은 새로운 탄소소재의 개발이 그 핵심을 이루고 있다. 이를 위해 탄소섬유 등 복합소재의 생산 비용을 25% 이상 절감하고, 탄소 소재의 재활용율을 80% 이상으로 제고하며 탄소섬유 생산에 소비되는 에너지는 50% 이상 절감 등을 통해 5천개 이상의 새로운 양질의 일자리를 창출한다는 목표를 제시하고 있다.

〈IACMI 목표〉

* 출처: IACMI 홈페이지: https://iacmi.org/about-us/

이 기구의 연구개발 활동을 위해 Department of Energy가 70백만 달러를 지원하고 민간에서 180백만 달러 이상을 출자하여 운영하고 있다. 아울러 122개 기관이 참여하여 컨소시엄을 구성․운영하고 있으며 6개의 핵심파트너 주를 지정하여 협력사업을 추진하고 있다.

〈IACMI의 예산 협력체계와 목표와 관계〉

* 출처: IACMI 홈페이지: https://iacmi.org/about-us/

□ 주요 프로젝트

① 경량 차량 부품의 대상생산에 최적화된 탄소섬유 생산 기술 개발

* Optimized Carbon fiber Production to Enable High Volume Manufacturing of Lightweight Automotive Components

탄소섬유, 레진, 복합 중간재, 몰딩 방법, 자동화, 모델링, 탄소섬유 폐기물 감축 분야 관련 공급망의 발전, 통합 및 적용을 위한 기술을 개발하는 것을 주요 내용으로 하고 있다. 주관기관으로는 포드 자동차가 선정되었으며 참여기관으로 DowAksa USA 등 기업, 대학, 연구소 등이 다수 참여하고 있다*.

* DowAksa USA, Purdue University, Oak Ridge National Laboratory, Vanderbilt University, Michigan State University, State of Kentucky, University of Tennessee

②  자동차 구조부품용 급속 탄소섬유 프리그레그 몰딩 기술 개발

* Rapid Carbon Fiber Prepreg Molding Technology for Automobile Structural Parts

이 프로젝트는 2016년 7월 시작된 프로젝트로 Toray 복합소재(TCA)를 주관기관으로 하여 Zoltek 등 기업 및 Composite Recycleing Technology Center 등 7개 기업, 연구소, 대학 등이 참여*하고 있다. 이 프로젝트는 재료선택 공정, 몰딩 방법, 디자인 패턴 수행 등을 폐기물 활용 단계와 통합함으로서 생산비용을 절감하고 재활용 주기를 단축하는 것을 주요 내용으로 하고 있다.

* TCA, Zoltek, Reichhold, Janicki Industries, Globe Machine Manufacturing Co., the Composite Recycling Technology Center (CRTC), American Composites Manufacturers Association (ACMA), Michigan State University

이 프로젝트를 통해 자동차 구조 부품용 탄소섬유의 생산비용을 15% 이상 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제품생산 속도 개선 및 자동차 부품의 재활용에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

③  열가소성 복합소재 부품 생산 기술 개발

* Thermoplastic Composite Parts Manufacturing Enabling High Volumes, Low Cost, Reduced Weight with Design Flexibility

2016년 8월부터 추진된 자동차 부품소재 탄력성 제로 및 생산비용 절감을 위한 프로젝트로 Dupon 사를 주관기관으로 하여 Fibrtec 등 5개 기업 및 대학이 참여하고 있다. 사이클링 기간의 획기적인 단축, 생산비용 및 폐기물의 절감을 위해 급속 섬유 형성 기술과 유연산 프리프레그과 결합이 가능한 신소재와 공정을 개발하는 것을 주요 내용으로 하고 있다.

* DuPont, Fibrtec, Purdue University, Oak Ridge National Laboratory, Michigan State University

④  OEM 조립라인을 통한 복합소재 처리 공정 개발

* Enabling Composite Processing through the OEM Assembly Line

저비용 복합소재와 호환이 가능하면서 저온에서 생산시 응집도와 전기 코팅 기준 등이 OEM 생산조건에 부합하는 기술을 개발하고 이를 실증하는 프로젝트이다. 현재 PPG Industries 와 Michigan State University가 참여하고 있다.

⑤  BAAM 물질 개발 및 첨단 복합소재를 통한 강화기술 개발

* BAAM Materials Development and Reinforcement with Advanced Composites

2017년 4월부터 추진된 프로젝트로 대규모 결합형 생산을 통한 첨단 복합소재를 이용한 강화 등을 포함한 새로운 물질 개발을 주요 내용으로 하고 있다. 이 프로젝트는 지역 자동차 생산기업들을 주관기관으로 하여 오크리지 국립 연구소와 University of Tennessee이 참여하고 있다. 이 프로그램은 미 에너지부의 생산 실증 시설에서 수행될 예정이다. 이를 통해 제품 디자인에서 생산에 이르는 공정 기간을 최대 50% 단축하고 미국내 핵심 첨단 복합소재 생산시설 투자의 확대를 가져올 것으로 기대하고 있다,

⑥  경량 차체 패널 개발을 통한 CO2 배출 감축 기술 개발

* Reduction of CO2 Emissions Through Lightweight Body Panels

2016년 8월부터 추진된 자동차 부품소재 탄력성 제로 및 생산비용 절감을 위한 프로젝트로 Dupon사를 주관기관으로 하여 Fibertec 등 5개 기업 및 대학이 참여하고 있다. 사이클링 기간의 획기적인 단축, 생산 비용 및 폐기물의 절감을 위해 급속 섬유 형성 기술과 유연산 프리프레그과 결합이 가능한 신소재와 공정을 개발하는 것을 주요 내용으로 하고 있다.

* DuPont, Fibrtec, Purdue University, Oak Ridge National Laboratory, Michigan State University

⑦  자동차 제조용 탄소소재 구조물의 대량 생산 및 신속 검사를 위한 NDE/NDT 기법 개발

* Development of NDE/NDT Tools for High Volume, High-Speed Inspection of CFRP Structures in Automotive Manufacturing

자동차 생산 환경에서 NDE/NDT 방법론과 향후 실증을 위한 테스트 시스템의 평가 및 순위를 정하기 위한 표준적인 평가방법을 개발하는 프로젝트이다. American Chemistry Council이 주관기관이며 Plasan Carbon Composites, Vanderbilt University가 참여하고 있다.

⑧  풍력 터빈 날개용 열가소성 플라스틱 복합소재 개발

* Thermoplastic Composite Development for Wind Turbine Blades

2017년 1월부터 추진된 프로젝트로 저비용의 재활용이 용이하고 다양한 부품으로 사용이 가능한 열가소성 풍력 터빈 날개용 탄소섬유 소재를 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이 프로젝트는 TPI Corporation을 주관기관으로 Colorado School of Mines 등 8개 대학, 연구소 및 기업이 참여하고 있으며 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능한 풍력 터빈 날개용 탄소섬유 개발을 통해 상당한 일자리 창출이 가능할 것으로 예상하고 있다.

* TPI Corporation, Colorado School of Mines, Arkema, Johns Manville, Purdue University, National Renewal Energy Laboratory (NREL), Vanderbilt University, University of Tennessee

⑨  압력 가스 저장 탱크용 열가소성 플라스틱 복합소재 개발

* Thermoplastic Composite Compressed Gas Storage (CGS) Tanks

2017년 1월부터 추진된 프로젝트로 새로운 자동화 태잎 레이다운 프로세스를 통한 압력 가스저장 탱크 생산을 위해 해당 요구기준에 맞는 폴리아미드 레진을 개발하는 프로젝트이다. 이를 통해 생산비용을 최대 20% 절감할 수 있을 뿐만 아니라 내구성이 뛰어나고 무게가 가벼우며 재활용이 용이한 탱크를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이 프로젝트는 Dupont을 주관기관으로 Steelhead Composite LLC. 등 4개 대학, 기업 등이 참여하고 있다.

* DuPont, Steelhead Composites LLC, University of Dayton Research Institute, Composites Prototyping Center

⑩  탄소섬유 복합소재 생산에 최적화된 레진 및 사이징 기술 개발

* Optimized Resins and Sizings for Vinyl Ester/Carbon Fiber Composites

2017년 3월부터 추진된 프로젝트로 탄소섬유 복합소재 생산을 위한 비닐 에스터 레진과 섬유 사이징을 최적화화는 기술을 개발하는 프로젝트이다. 이 프로젝트를 통해 스타이렌이 필요 없는 새로운 제조 방법을 찾아낼 것으로 예상하고 있다. 이를 통해 탄소섬유의 생산성을 높이고 재료 손실은 최소화함과 동시에 자동차 산업에서의 적용 가능성을 제고할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이 프로젝트는 Ashland Performance Materials를 주관기관으로 Zoltek 등 5개 대학, 연구소 및 기업이 참여하고 있다.

* Ashland Performance Materials, Michelman, Zoltek Corporation, University of Dayton Research Institute, Michigan State University

⑪  3-DEP 母型을 활용한 재활용 탄소섬유 강화 자동차 부품 개발 및 재활용 탄소섬유와 MDF 첨가형 생산 프로세스를 활용한 母型 기법 개발

* Reclaimed Carbon Fiber Reinforced Automotive Part using 3-DEP preforms and preform tooling using reclaimed carbon fiber and MDF’s Additive Manufacturing Process

2017년 5월부터 추진된 프로젝트로 저비용 3차원 공학 모형을 개발하기 위해 기존에 사용된 탄소섬유의 용도를 성공적으로 재조정할 수 있는 기술을 개발하는 것을 주요 내용으로 하고 있다. 이 프로젝트를 통해 제품 모델에서 모형 제작 및 최종 생산에 이르는 기간을 1주일 이내로 단축함으로서 약 50~70%에 해당하는 생산비용을 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이 프로젝트는 Materials Innovation Technology 를 주관기관으로 Oak Ridge National Laboratory, University of Tennessee가 참여하고 있다.

2. 독일

□ High-Tech Strategy 2020

독일의 부품소재 산업 경쟁력을 포함한 독일의 전반적인 산업혁신 역량을 강화하기 위한 대표적인 전략으로 High-Tech Strategy 2020을 들 수 있다. 이 전략은 글로벌 시장에서 새로운 경쟁자들의 등장으로 경쟁이 심화됨에 따라 독일의 시장 선도자로서 지위가 위협받고 있다는 위기 의식하에서 출발하였다. 이 전략의 특징은 단순히 산업계나 학계를 통한 기술혁신이 아닌 사회전반의 변화를 통한 혁신 역량 강화를 추구한다는 점에서 특징이 있다. 이를 위해 이 전략은 산학연 연계 및 유럽 각국과의 연계를 통한 기술 혁신과 함께 독일 사회를 경쟁적이면서도 혁신에 개방적인 사회로 변화시킬 뿐만 아니라 기술 혁신에 사회 혁신으로 이어지는 기술-사회 연계 체계 구축을 모델로 제시하고 있다.

이를 위한 구체적인 혁신전략으로 5가지 방향을 제시하고 있다. 첫 번째는 부가가치 창출과 양질의 삶을 위한 정책 우선 순위 전환(Priority challenges with regard to value creation and quality of life), 두 번째는 혁신을 위한 네트워킹 및 기술 확산(Networking and transfer), 세 번째는 산업 기술혁신 가속화(The pace of innovation in industry), 네 번째는 혁신 친화적 산업구조 구축(Innovation-friendly framework)이며 마지막은 투명성 및 참여 제고(Transparency and participation)를 주요 방향으로 제시하고 있다.

〈High-Tech Strategy 2020 5대 추진전략〉

* The Federal Government, Federal Ministry of Education and Research "The new High-Tech Strategy Innovation for Germany (2015)"

첫 번째 전략은 기술혁신을 통해 시민의 삷의 형태를 바꾸고 나아가 삶의 질을 높이는 것을 목표로 하고 있으며 이를 위해 디지털 경제 구축, 지속가능한 경제 및 에너지 체계구축, 혁신적인 업무시스템 구축, 건강한 삶을 영위할 수 있는 의료시스템 개혁, 혁신적인 운송시스템 구축, 시민의 안전 제고를 목표로 하고 있다. 이를 위해 Industry 4.0, 스마트 서비스, 클라우드 컴퓨팅 기술개발을 추진하고 있다. 또한 에너지 분야에 있어서는 에너지 저장 시스템 분야 개선, 전기 그리드 기술개발, 에너지 효율화 도시 건설 등을 추진하고 있다. 업무효율 개선을 위해 디지털형 업무 환경 관련 기술개발, Competency building, 미래형 시장 시스템 도입 등을 추진하고 있다.

두 번째 전략은 산학연간 네트워킹 및 기술이전 전략(Networking and transfer)으로 대학, 연구소 등의 연구결과가 다른 대학, 연구소, 및 기업으로 확산되고 혁신을 더욱 자극하는 스노우 볼 효과를 통해 독일의 기술 혁신 역량이 극대화되는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 과학 분야 혁신역량을 강화하고 대학의 기업 및 지역사회와의 전략적 협력을 확대하며 대학의 연구와 기업의 연구결과의 활용간 간극을 줄임으로서 연구결과가 산업 경쟁력으로 이어지도록 하기 위한 노력을 전개하고 있다. 뿐만아니라 혁신역량을 강화하기 위한 R&D 국제협력도 강화하고 있다.

세 번째 전략은 연방정부의 적극적인 R&D 지원을 통해 독일 중소중견 기업의 혁신속도를 가속화하는 전략이다. 독일 R&D 투자는 2012년 1,370억 유로에 이르는 등 지속적으로 증가해 왔으나 최근 들어서는 정체되고 있는 상황이다. 이러한 문제를 타개하기 위해 독일 경제의 강점인 히든 챔피온 기업과 중소시업의 핵심 기술의 잠재력을 최대한 활용하는 전략을 추진하고 있다. 독일의 주력산업인 발전, 전기 및 자동차 산업 분야는 마이크로 전기공학이 핵심 기술이라고 할 수 있다. 이에 따라 독일정부는 이 분야에 4억 유로 이상을 투자할 계획이다. 또한 세계시장에 진출하는 중소중견 기업을 위해 “Horizon 2020 Framework Programme for Research and Innovation" 펀드 활용 및 EUROSTARS 프로그램과 EUREKA 프로그램 등 국제 R&D 프로그램 참여를 적극 지원하고 있다.

세 번째 전략의 핵심 내용중의 하나는 스타트업 기업 지원이다. 스타트업 기업을 지원하기 위해 비기술 창업 기업 지원 펀드인 EXIST 펀드, 첨단 기술기업의 창업을 지원하기 위한 High-tech Grunderfonds 펀드를 조성하여 지원하고, 독일 창업기업과 해외 벤처기업 지원 기관과 연계를 통해 독일형 실리콘 밸리 조성을 위한 ”German Silicon Valley Accelerator"를 설립하여 창업기업을 지원할 계획이다. ICT분야 창업 기업 지원을 위해 “Grüunderwettbewerb IKT Innovativ“ 행사를 개최하여 우수한 아이디어를 지닌 창업기업에 재정지원을 할 예정이다. 이외에도 서부 지방 및 국경 인접 지역 등 기술혁신 역량이 부족한 지역에 대해 Federal-Läander Finance Commission 등을 통한 여러 R&D 프로그램 추진을 통해 독일 산업의 R&D 역량을 제고할 계획이다.

네 번째 전략은 혁신 친화적인 국내 및 국제질서 구축이다. 이를 위한 방안으로 기술혁신형 일자리를 위한 고급기술자 적시 공급 체계 구축을 추진하고 있다. 현재 운영하고 있는 “National Pact for Career Training and Skilled Manpower Development in Germany" 프로그램을 기업, 노동조합, 정부가 참여하는 ”Alliance for training and further training" 프로그램으로 확대 개편할 계획이다. 해외 스타트업 기업의 독일내 창업을 촉진하기 위해 국내 투자한 해외 창업기업에 대한 인센티브 제공 및 각종 조세 면제 등을 추진할 계획이다. 또한 크라우드 펀딩을 위한 제도 개선도 나설 계획이다. 이외에도 신기술 제품과 관련하여 고품질과 안전성을 담보하기 위한 표준화, 제품 성능 평가기준 등을 마련하고 지적재산권 보호제도 정비, 개방형 혁신 시스템 지원 및 혁신 제품에 대한 정부조달 강화 등 제도 개선을 지속 추진할 계획이다.

마지막 전략은 기술과 사회가 서로 긴밀히 연결되도록 국가 각 부분의 투명성을 제고하고 구성원들의 참여를 확대하여 아이디어가 기술혁신으로 구체화될 수 있는 체계를 구축하는 것이다. 이를 위해서 “real-world laboratories" 프로그램을 통해 시민이 참여하는 R&D을 추진하고, 환경과 조화를 이루면서도 지역사회의 수요 맞춤형 R&D를 하는 ”innovation and technology analysis" 프로그램도 적극 추진할 계획이다. 또한 독일 정부는 시민 주도형 과학 활동을 장려하고 최근의 과학기술 성과와 지식이 일반 대중에도 확산될 수 있도록 대중적 과학기술 서적 출판활동 및 각종 포럼 행사 등도 적극 개최할 계획이다.

□ 탄소섬유 정책 개관

독일 탄소섬유강화 플라스틱시장은 자동화 생산시스템 보급 확대 등으로 인해 탄소섬유 생산비용의 지속적인 하락하고 있으며 풍력산업 성장으로 인한 수요증가, 항공 산업에서 탄소섬유 부품 적용 확대 등으로 인해 시장 규모가 지속적으로 확대될 것으로 기대하고 있다.

〈독일 탄소섬유 시장 전망〉

* The Federal Government, Federal Ministry of Education and Research "The new High-Tech Strategy Innovation for Germany (2015)"

독일 정부는 탄소시장의 잠재력 뿐만 아니라 EU 차원에서 전개하고 있는 CO2 배출 절감 및 에너지 효율 제고에 대응하는 전략의 일환으로 탄소섬유 기술을 통한 경량화 정책을 적극 추진하고 있다. 이에 따라 독일 정부는 한국, 중국 등 새로운 경쟁자의 등장으로 경쟁이 격심해지고 있는 세계 시장에서 기술적 우위를 유지하기 위해 탄소섬유 분야를 경쟁력 유지를 위한 핵심 기술로 보고 적극적인 투자를 아끼지 않고 있다.

□ R&D 프로그램

독일 연방은 다양한 경량화 관련 R&D를 추진하고 있으며 상당수가 탄소섬유와 관련된 R&D이다. 이러한 R&D는 독일연방교육연구부, 독일연구경제에너지부 등 연방정부 차원에서 풍력, 자동차, 항공기 등 다양한 분야에 걸쳐 R&D 프로그램을 운영하고 있다.

〈탄소섬유 관련 독일정부 주요 R&D 프로그램〉

프로그램명	설명	지원처
Vom Material zur Innovation	“소재에서 혁신까지”라는 주제로 2024년까지 약 10억 유로 펀딩, 혁신소재 연구 지원	독일연방교육연구부 (BMBF)
Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung	풍력 관련(블레이드, 타워, 하층구조 등) 소재 효율, 경량화 소재 개발 등 지원	독일연방경제에너지부 (BMWi)
Materialforschung für die Energiewende	'에너지 전환을 위한 소재 연구'로 2015년 3월까지 지원. 풍력분야 경량화 설계방안 연구개발 지원(알루미늄, 하이브리드 소재, 섬유강화플라스틱소재 등) 프로그램	BMBF
Regierungsprogramm Elektromobilität	E-모빌리티 진흥을 위한 지원 프로그램	BMWi, 독일연방교통인프라부(BMVI), BMBF, 독일연방환경부(BMUB)
ELEKTRO POWER	E-모빌리티 관련 전 공급망에 걸친 경량화 및 경량화 소재 연구개발 지원 프로그램	BMWi
Licht mit Zukunft	에너지 효율적 경량화 기술을 위한 광(光) 산업 프로젝트	BMBF
ziviles Luftfahrtfor-schungsprogramm(LuFo V)	민항기 연구개발프로젝트 중 환경효율성 관련 지원 프로그램. 민항기 연구개발프로젝트 중 중량 및 비용 최적화 구조 연구(경량화) 지원	BMWi
EVI 2014-2020	연방주에서 지원하는 프로그램으로 핵심역량 개발(경량화 기술)을 위한 지원	바덴뷔템베르크 주
Bayerisches Forschungsprogramm Neue Werkstoffe(BayNW)	연방주에서 지원하는 프로그램으로 신소재의 산업연구 및 실험 개발을 위한 지원	바이에른 주
Förderwettbewerb NeueWerkstoffe.NRW	연방주에서 지원하는 프로그램으로 복합재, 다종소재혼용 경량화, 하이브리드 소재 개발 및 상용화를 위한 지원	노르트라인베스트팔렌 주

* KOTRA 함부르크 무역관

https://news.kotra.or.kr/user/globalBbs/kotranews/4/globalBbsDataView.do?setIdx=243&dataIdx=146299

□ MAI Carbon Cluster

독일 정부에서는 탄소섬유 관련 기술적 우위를 확보하고 원천 기술 개발 역량을 제고하기 위해 탄소섬유 클러스터를 조성하여 적극 육성하고 있다. 독일 정부는 남독일의 뮌헨, 아우구스부르크, 잉골슈타트 및 북독일의 함부르크, 니더작센을 잇는 지역을 MAI-Carbon Cluster로 지정하고 탄소섬유 및 탄소섬유강화 플라스틱 관련 연구소·생산단지를 조성하여 독일 정부, 대학, 연구소 및 기업과 협력할 수 있는 네트워크 구축에 힘쓰고 있다.

이 MAI Carbon Cluster는 독일 연방 정부의 교육 연구부 (Bundesministeriums für Bildung und Forschung, BMBF)가 선정하는 첨단 클러스터 선정 대회 (The Leading-Edge Cluster Competition)에서 우수 클러스터로 선정된 바 있으며 향후 5년간 4천만 유로의 재정지원을 받을 계획이다. 현재 MAI Carbon Cluster에는 기업체로는 우주항공, 자동차 등을 망라는 독일의 유수 기업(Audi, BMW, Premium AEROTEC, Eurocopter, Voith, SGL Carbon 등)들이 다수 생산기지를 가지고 있으며, 대학 및 연구기관의 경우에도 뮌헨 공대 등 50여개 기관이 입주하여 기업의 R&D 활동을 지원하고 있다,

□ CFK-Valley Stade

CFK-Valley Stade는 니더작센 주정부의 주도하에 2002년 조성된 지역 탄소섬유 산단으로 100 여개 기업, 정부기관, 대학·연구기관 등이 참여하고 있다. 이 클러스터는 경량화 기술에 특화되어 있으며 유럽지역에서 최고의 탄소섬유 경량화 관련 기술 및 연구·생산 네트워크를 구축하고 있다고 평가되고 있다. 대표적인 CFK-Valley Stade 협력 파트너로 기업의 경우 Airbus, 연구기관으로는 프라운호퍼 연구소가 있으며, 관련 기관으로는 유럽 항공방위우주산업(European Aeronautic Defence and Space Compㅎany, EADS), 독일 우주항공센터(Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR), 및 CFK-Valley Stade 협회 등이 있다. CFK-Valley Stade 기업구성을 보면 입주 업체 중 60% 이상이 중소기업 또는 10년 미만의 연구소로써 벤처기업 및 중소기업이 육성의 기능도 하고 있다.

□ 독일기업의 탄소섬유 정책 현황

독일 기업들은 총 매출액의 약 50%를 탄소섬유 연구개발비로 투자할 정도로 원천기술 개발에 사활을 걸고 있으며, 독일의 대표적인 소재기업인 VOITH 사의 경우 2010년에 탄소섬유강화 플라스틱 자회사를 별도로 설립할 정도로 탄소섬유 투자에 적극 나서고 있다.

독일 다임러사의 경우 차체 중량 경감을 통한 연비 향상을 위해 자사 스포츠 모델인 SL에 탄소섬유 부품소재를 적용하는 등 2012년부터 탄소섬유 생산 및 적용에 적극 나서고 있다. 탄소섬유 생산역량을 획기적으로 확대하기 위해 각각 일본 TORAY사와 2010년 연구개발 파트너쉽을 체결하고 공동으로 44.9%. 50.1%를 출자하여 Esslingen에 합작회사를 설립한 바 있다. 이를 통해 탄소섬유를 양산하여 자동차에 대규모로 적용하는 최초 자동차 메이커가 될 것으로 전망하고 있다.

BMW사의 경우 탄소섬유 복합재를 적용한 i3. i8 등의 시리즈를 이미 성공적으로 선보였으며, 전기 자동차 Megacity Vehicles 차체 전체를 탄소섬유 강화 플라스틱으로 대체하는 등 자동차 업계에서 탄소섬유 산업을 선도하고 있으며 이를 위해 독일 SGL 그룹과 미국에 탄소섬유 강화 플라스틱 공장을 설립한 바 있다. 본격적인 탄소섬유 부품소재 생산을 위해 Mose Lake 탄소섬유 생산공장을 운영하고 있으며 재생에너지만을 사용하는 최신 친환경 기술을 적용하여 공장의 미래를 보여주고 있다는 평가를 받고 있다. 여기서 생산된 탄소섬유는 Wackersdorf 공장에서 가공되어 최종적으로 LAndshut 공장에서 탄소섬유 부품으로 제조된다.

이외에도 독일 민간 기업간 연합을 통한 탄소섬유 경쟁력 노력도 활발하게 이루어지고 있다. 최근 탄소섬유 소재부품 적용을 획기적으로 확대한 신형 자동차 모델의 개발과 생산을 위해 폭스바겐과 BMW가 유럽 최대 탄소섬유강화 플라스틱 생산업체인 독일 SGL Carbon 사 및 VOITH 사와 손을 잡고 탄소섬유 기술 개발에 나서고 있다.

〈최근 독일 SGL 투자동향〉

년도	내용
2015	∙BMW와 Automotive Composite 기술 제휴 및 연구소 설립. ∙미국 Moses Lake에 2개 라인 증설 완료(‘13.11월) ‘15년말까지 총 6개 Line 9,000톤/년 증설 완료. 주 사용처는 BMW I series임. ∙‘15년 자동차용 CFRP 개발을 위해 SGL & BMW Joint Venture 회사 설립, 탄소섬유 및 복합소재 부문 기업 이윤이 전년도 대비 10% 성장 (한화에서 1,500억 투자) ∙BASF社와 SGL Group(Carbon fiber)은 development partnership을 체결 하여 Carbon fiber를 이용한 대량생산 관련 연구를 진행 ∙A350용 CFRP개발을 위하여 유럽 항공우주국과 Joint Venture 회사설립.

3. 일본

□ 일본의 부품소재 산업 정책

일본의 경제산업성은 2013년 ‘신소형재 산업비전’을 수립하여 일본 부품소재 산업의 방향을 제시한 바 있다. 부품소재기업의 경쟁력 제고를 위해 지역경제활성화지원기구, 산업혁신기구 등을 통해 R&D 활동 등을 적극 지원하는 한편 경쟁력을 잃은 일본 부품소재 기업의 경우 기업 도태, 재편 또는 통폐합 등을 통해 최고 경쟁력을 보유한 기업을 중심으로 산업 재편을 추진하고 있다. 또한 기업 기술력 제고를 위해 다수의 기업이 참여하는 국가 R&D 프로젝트를 실시하고 신산업 진출에 필요한 설비 투자 등에 예산을 적극 지원한다는 계획을 발표하였다.

부품소재 산업이 우수한 인재를 확보할 수 있도록 부품소재 분야 우수 대학을 선별하여 학생 교육, 교수 양성, 산학 연계 등을 지원하고 부품소재 기업 방문 견학 투어를 통해 우량 부품소재 중소기업에 우수인재 확보를 지원하고 있다.

또한 ‘신소형재 산업비전’은 부품소재 기업 육성의 제도적 기반 마련을 담고 있다. 기술유출 방지를 위한 ‘영업비밀 관리 지침’ 등 법령 등을 정비하고 불합리한 기업간 거래 관행을 개선하기 위해 ‘소형재 산업 거래 가이드라인을 개정함과 동시에 관련 법령 개정 내용에 대한 적극적인 홍보를 실시하고 있다.

이외에도 일본 부품소재 기업의 적극적인 해외진출을 지원하기 위해 ‘소형재 산업 해외 미션’ 행사를 지속 개최하고 일본의 기업 해외수출 지원 기구인 JETRO 또는 중소기업기반정비기구 등을 통한 해외진출도 적극 지원하고 있다. 이러한 부품소재 기업지원을 위해 일본 정부와 민간의 출자를 통해 2009년 산업경쟁력강화법 제정과 함께 ‘산업혁신기구’를 설립하여 우수 부품소재 기업의 해외 진출을 지원하고 있다.

‘신소형재 산업비전’을 발표한 다음 해에는 일본 정부는 ‘자동차산업전략 2014’를 발표하였다. 자동차 부품업체들과 완성차 업체가 상호 협력을 통해 새로운 기능을 갖춘 부품과 신소재를 부품소재 업체가 제안하고 함께 개발하는 협력 체계를 구축함으로써 세계 최고 수준의 기술력을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 또한 자동차 분야 부품소재 기업이 적극적으로 해외 진출할 수 있는 영업능력을 확보하고 부품 소재 기업들이 지역별로 적재적소에 생산기지를 배치할 수 있도록 지원하는 것을 목표로 하고 있다. 또한 일본 특유의 스리아와세(조정 및 통합)가 더욱 강화 발전할 수 있도록 협력체계를 구축하고 공정한 거래 관계가 구축될 수 있도록 지원한다는 목표를 제시하고 있다.

이러한 목표를 달성하기 위해 우선 글로벌 중소중견 최고 기업을 발굴하여 표창 등을 통해 자긍심을 고취하고 각종 자금과 인력을 집중 지원함과 동시에 해외 완성차 메이커 및 부품소재 기업과의 연계를 통해 글로벌 클러스터 형성 촉진을 지원하고 있다. 기술 공동 개발 및 협력 생산체계 구축을 위해 기업, 대학, 연구기관간 협력 사업을 추진하고 있다. 또한 가치사슬에 위치하는 기업간 공정한 거래 관계 구축을 위해 적정거래 가이드 라인을 제정하여 주기적으로 보완하고 경쟁법과 관련하여 관련 기업이 철저하게 준수할 수 있도록 기존 관행을 점검하고 계도한다는 계획을 제시한 바 있다. 아울러 생산시설의 지리적 합리적 배치 및 지역간 특화 발전을 위해 각 지역 정부 및 지역 산업단체와 협력을 강화하고 있다. 예를 들어 도후쿠 지역의 경우 산학연 협력을 통한 기술 혁신과 인재 육성을 추진하고 중부 지역의 경우 세계 굴지의 자동차 제조 거점으로서 지위를 확고히 하기 위해 중소 자동차 메이커들을 집중적으로 지원하고 있다. 큐슈 지역의 경우 아시아와의 지리적 근접성을 이용할 수 있도록 아시아 진출형 생산기반을 구축하고 있다.

□ 일본의 탄소섬유 정책

일본은 학계와 산업계를 중심으로 오랫동안 연구를 진행하면서 탄소섬유 관련원천기술을 확보해왔다. 학계에서는 신슈, 토호쿠, 도쿄공업대학, AIST 등이 대표적인 대학이며, 산업계에서는 Toray, Toho, Nippon, Mitsubishi Rayon사가 대표적인 기업이다.

일본은 1963년 당시 군마 대학의 오타니 교수 등에 의해 Pitch계 탄소섬유를 최초 개발하고 1970년대에 이미 탄소섬유를 상용화할 수 있는 기술을 확보하여 탄소섬유 부품소재가 비행기 및 자동차 등에 사용되었으며, 일반 소비재인 낚싯대, 골프채용 탄소섬유 소재도 생산 한 바 있다. 1997년에는 탄소소재 기술 개발을 국가 차원에서 체계적으로 지원하기 위해 일본의 과학문부성을 중심으로 ‘Carbon Alloys' 프로젝트를 추진하였다. 2002년에는 기능 복합 그룹 (Functional complex group), 장치 설계 그룹 (device design group), 나노구조 특성화 그룹 (nano-structure characterization group)으로 이루어진 ’ERATO Nakamura Functional Carbon Cluster Project'가 진행되고 있다.

일본 탄소섬유 중점 연구 분야

① Hybrid orbital control in carbon alloy

② Structural design and functions of carbon materials

③ Surface and hidden surface-controlled carbon alloy

④ Control of interface and microstructure in carbon alloys

⑤ Intercalation compounds and porous carbon

⑥ Polymer blend for designing of carbon materials

2005년에는 ‘전략기술지도’를 작성하여 국가가 집중 지원하는 전략 산업분야를 선정하였다. 특히 탄소섬유를 포함하는 나노기술 및 소재 분야에 1400억원을 투입하여 미래시장 선점기술 개발을 지원하기로 하였다. 2007년에는 「일본사회 5대 혁신비전」을 발표하였다. 이 계획은 산업분야 혁신을 도모함과 함께 이를 사회문제 해결에 적용하는 융합 정책이라는 점에서 특징을 가지고 있다. 이 비전은 5대 혁신 비전으로 평생 건강한 사회, 안전하고 안심할 수 있는 사회, 다양한 인생을 보낼 수 있는 사회, 세계적 문제해결에 공헌하는 사회, 세계에 열린 사회라는 캐치프레이즈를 제시하였다.

뿐만 아니라 에너지 부족, 고령화 등 일본사회의 당면문제 해결을 위해 과학기술 분야와 인문 사회분야간 융합정책을 추진하였다. 2009년에는 “i-japn 전략 2015”를 발표하여 인간중심 수요자 중심의 새로운 IT 융합 정책을 발표한 바 있다. 이러한 융합 정책을 통해 자동차 건설 조선의 분야를 중심으로 다양한 R&D 정책을 추진하였다. 지능형 자동차 개발, 선박 운항 시스템 고도화, 건설 IT 기술 개발 등이 대표적인 사례이다.

< 일본의 응용산업별 R&D 정책동향 >

구분	전략	정책동향
자동차	정부와 민간 주도로 지능형 자동차 기술 개발 추진	안전한 도로운행 환경을 구축하는 Smartway 21 프로젝트 추진 차량관련 표준규격 제정 및 보급 추진 도요타의 하이브리드카 프리우스출시 등 친환경 자동차 개발 주도
조선	세계 선박 건조 및 운항 시스템의 글로벌 리더 선박과 선박건조 및 운항분야의 표준화주도	선박전자장비의 고도화 추진을 통한 세계시장 확보 전략 선박과 IMO의 e-navigation 표준화 활동에 적극 참여
건설	요소기술 중심의 건설IT분야 성장추진	자동화시공 및 IT활용 중심(센싱기술 위주) 기술 개발 정책 진행 저탄소 녹색건설기술개발 정책을 중점적으로 진행 2008년 1월, 2010년 U-Network 사회 실현을 목표로『신IT개혁전략』발표 및 추진

2012년에는 일본정부는 「제4기 과학기술기본계획」을 발표하였다. 이 계획은 중점 추진과제로 ‘산업경쟁력 공통 기반 강화’와 ‘새로운 산업기반 창출’을 제시하였다. ‘산업 경쟁력 공통 기반 강화’는 부가가치 창출가능성, 시장점유율, 성장 가능성 등을 기준으로 유망한 기반기술에 대한 연구개발을 강화하는 것이며, ‘새로운 산업기반 창출’은 산업경쟁력 강화를 위한 통합시스템구축, 국제 표준화 등을 추진하는 것을 주요 내용으로 하고 있다.

〈일본 「제4기 과학기술기본 계획」 주요 내용〉

중점 추진과제	주요 내용
산업경쟁력 공통기반 강화	임베디드 소프트 웨어 검증의 고도화 및 기반정비
	희소금속 희토류 원소의 재활용 및 사용량 절감 기술의 고도화 및 대체 재료의 개발
	산소섬유 복합재로의 생산공정 혁신을 통한 저가의 양산화 기술 확림
	나노 탄소 신재료의 다양한 분야로의 응용 및 상용 기술의 개발
	수송용 기계의 경량화 고기능화에 기여하는 혁신적 구조 재료 및 혁신적 강판 제조 기술 개발
	신뢰성 높은 정보 보안 기술의 구축 및 실용화
새로운 산업기반 창출	빅데이터를 활용한 기반 기술의 개발 표준화 보급 촉진
	선진적 우주 시스템의 연구개발을 통한 해외 시장 획득

* KISTEP (2012) "일본, 산업경쟁력 강화를 위한 중점과제 추진“

특히 본 계획은 탄소섬유 관련 산업 육성을 주요 내용으로 하고 있는데 주요 과제로 ‘탄소섬유 탄소섬유 복합재로의 생산 공정 혁신을 통한 저가의 양산화 기술 확립’과 ‘나노 탄소 신재료의 다양한 분야로의 응용 및 상용 기술 개발’(KISTEP, 2012)을 주요 내용으로 하고 있다.

〈일본 「제4기 과학기술기본 계획」 탄소 분야 주요 내용〉

구분	분야
	탄소섬유 및 탄소섬유 복합재료	나노 탄소 신재료
배경 및 필요성	수송용 기계 산업은 철강․비철금속, 화학 등의 소재 산업과 함께 일본 경제를 지지하는 중요 산업으로 자리매김 경량화․고기능화에 이바지하는 구조 재료, 강판 등의 제조 기술 혁신을 통해 산업 규모 확대 및 고용 창출 효과가 기대되고 수송용 기계의 연비 향상을 통해 연료 소비량과 CO2 배출 감소를 도모	대규모 사이버 공격 및 시스템 장해의 발생, 개인정보의 누설 등 정보 보완과 관련된 위협은 점차 고도화․복잡화되는 경향 - 모든 국민이 정보통신기술을 안심하고 이용할 수 있는 환경을 조성하여 정보보안선진국 을 실현
기술적 해결과제	고성능․친환경 구조재료의 개발, 고강도․고가공성의 강판 제조 기술, 고부가 가치 주조 생산기술 개발을 통해 경량화와 원가 절감을 실현	사이버 공격의 예측과 즉각적 해결을 위해 제어 시스템의 보안성을 높이고 견고한 정보통신 인프라 구축, 나아가 평가 인증 기법의 확립이 필요
추진 방향	새로운 특성을 지닌 재료의 기술개발을 위해 관련 기업간 전략적 제휴가 필요	현재 추진되고 있는 정보 보안 연구개발 전략과 일관성을 유지하여 추진

* KISTEP (2012) "일본, 산업경쟁력 강화를 위한 중점과제 추진“

□ 일본의 탄소 클러스터

일본의 탄소 클러스터는 2004년 Hokuriku 첨단복합재료 연구회로부터 시작하였다. 이후 2009년 이시카와 현에 탄소섬유 클러스터를 정식으로 발족하였다. 이 클러스터에는 도레이, 코마츠 등의 기업과 카나자와 대학 및 여러 정부투자기관이 입주하여 산학연 연계를 통한 R&D를 해오고 있다. 일본 정부는 이 탄소 클러스터의 연구 활동을 지원하기 위해 2010년에서 2012년에 걸쳐 총 130억엔 규모의 산업창조 펀드를 조성하여 지원하고 있다. 민간 기업에서도 탄소 클러스터에 다양한 투자를 하고 있으며 특히 도레이의 경우 자동차용 탄소 섬유 개발을 위해 2003년에서 2007년 20억엔을 지원한 바 있고 2008년에서 2012년에는 20억엔을 추가로 지원한 바 있다.

일본 탄소 클러스터 연혁

ᆞ 2004년 Hokuriku 첨단복합재료 연구회 발족.

ᆞ 2009년 Ishikawa 탄소섬유 클러스터 발족.

ᆞ 2010년~2012년 Ishikawa 차세대 산업창조 펀드 조성.

(연구개발비 지원, 130억円)

ᆞ 2011년 Ishikawa 차세대 산업창조 센터 완공 (문부과학성 10억円)

ᆞ 2013년 이후 국제과학 이노베이션 거점 정비 사업 채택 (문부과학성 20억円+α)

* HYOSUNG, FKI (2013) "탄소섬유가 여는 창조경제“

〈일본 탄소섬유 클러스터〉

* HYOSUNG, FKI (2013) "탄소섬유가 여는 창조경제“

□ 일본 기업들의 탄소섬유 개발 계획 현황

일본은 정부뿐만 아니라 기업차원에서도 다양한 탄소섬유 산업 육성활동을 하고 있다. 특히 일본은 도레이, MRC 등 민간기업을 중심으로 활발한 투자활동을 하고 있어 민간이 탄소섬유 혁신을 이끄는 주체가 되고 있다.

도레이는 탄소섬유 글로벌 1위 기업으로서 세계 탄소섬유 생산량의 35%에 이르는 생산시설을 보유하고 있다. 현재 프리프레그 등 중간재를 중심으로 생산하고 있으나 향후 자동차용 부품등으로 사업 영역확대를 모색하고 있다. 도레이는 앞서 언급한 것처럼 2014년 라지토우 업체인 Zoltek을 인수한 바 있으며, 최근에는 미국 사우스 캐롤라이나에 프리프레그 공장을 건설한 바 있다.

〈최근 도레이 투자동향〉

년도	내용
2013	∙자동차부품 성형업체 태국 DOME Carbon(75%) 및 미국 Plasan(20%) 지분 인수
2014	∙Italy Prepreg 업체인 Saati 인수(미국 공장제외) ∙탄소섬유 복합재료 사업을 통해 ￥133.3 billion (약 US＄1.12 billion)의 매출을 기록 (전년대비 40.6% 수익 증가)
2015	∙탄소섬유 복합재료 사업에서 자동차용 매출액 300억엔 달성 ∙일본, 미국, 프랑스, 한국에서 스몰토우 탄소섬유 생산중이며 풍력/자동차분야에 적극 참여코자 ‘14년 라지토우 업체인 Zoltek을 인수하고 멕시코/헝가리/텍사스 공장 증설 발표 ∙Toray 구미 2nd Line ’15.3월 생산 Start (2,500톤/년) ∙Zoltek 멕시코공장 2,500톤/년 증설(‘16년 가동목표) 계획 발표(풍력/자동차 Target) ∙Zoltek 헝가리공장 증설을 위해 1억불 투자 8100톤/년 규모 ∙Zoltek 텍사스 공장 증설을 위해 45백만불 투자 2500톤/년 규모(장섬유), 1350톤/년 규모(단섬유) ∙산업/자동차용 Prepreg와 Composite을 생산하는 Italy Delta-Tech사 인수(55%)
2016	∙미국 S.Carolina Precast & Prepreg CF공장($1.4B) ‘17년 중반 가동목표로 ‘16.1월 착공 (보잉向)

일본 미츠비시 레이온 (MRC)는 PAN계 탄소섬유 생산능력을 2020년까지 현재 규모 대비 80% 늘어난 18천톤 규모로 확대한다는 계획을 세우고 투자계획을 진행중에 있다

〈최근 MRC  투자동향〉

년도	내용
2012	∙독일 NCF (Non-crimp fabric) 업체인 TK Industries 인수
2014	∙중국 자동차부품 성형업체인 Action Composite Int’l 지분 35% 인수, 유럽 자동차 부품 성형업체인 독일 Wethje사 51% 지분 인수
2015	∙열경화성 Prepreg와 SMC*를 Material로한 PCM**성형기술을 활용해 자동차부품 분야 확대를 노력중임. SMC 중간재 생산공장을 독일 바이에른에 ’16.9월 가동 목표로 건설계획을 발표함. (Capa. 6,000톤 목표) * SMC : Sheet Molding Compounding (수지 Film에 Chopped CF가 함침된 Sheet형태의 중간재) ** PCM : Prepreg Compression Molding (열경화성 Prepreg와 SMC를 한번에 Press 가공 (Heat Setting포함) 하는 성형법 (단순한 형태 부품에 적합) ∙태국 에너지회사 PTT와 시작한 운송용 CNG탱크 사업에서 발전한 탄소섬유 탱크 자체 생산을 2017년 시작할 계획이라고 발표

토호의 경우에도 탄소섬유 생산능력 확대를 위해 다양한 투자계획을 실시한 바 있다.

〈최근 토호(TOHO)  투자동향〉

년도	내용
2015	∙‘15년까지 S.Carolina에 5,000톤/년(GM Support)증설 ∙‘15.4월 Automotive Business Group 조직개편 발표, 이는 CFRP사업, 특히 자동차 시장에 대비하기 위함임. ∙‘15년 항공기용 내염섬유 “Pyromex”, 생산 능력 40% 확대 ∙Airbus사의 최신 여객기인 A350 XWB 항공기에 PEEK 열가소성 수지를 사용한 탄소섬유 복합체와 항공기 A380에 benzoxazine 열경화성 수지를 사용한 탄소섬유 복합체 기술 검증 완료. ∙미국 GM에 약 200억 엔을 투자하여 2015년까지 생산능력을 40% 확대할 전망

이외에도 최근 일본 기업들은 셀룰로스 나노섬유 등 다양한 신소재 개발에 나서면서 소재 분야 선도기업으로서 위치를 굳히기 위한 노력을 기울이고 있다. 탄소섬유 분야로서는 탄소나노튜브와 탄소섬유 강화수지가 신소재로서 주요 연구대상이 되고 있다. 탄소나노 튜브(Carbon Nano Tube)는 탄소 6개가 육각형으로 구성되어 파이프 모양으로 연결되는 구조를 가지고 있어 철강보다 강도가 100배 뛰어나지만 매우 유연성이 뛰어나면서 높은 열과 전기 전도율을 자랑하는 것으로 알려져 있다. 일본제온, GSI 크레오스 등의 회사가 실용화에 박차를 가하고 있으며 2020년 이후에는 다양한 제품이 시장에 등장할 것으로 예상하고 있다.

〈탄소나노 튜브 구조〉

http://news.kotra.or.kr/user/globalAllBbs/kotranews/album/2/globalBbsDataAllView.do?dataIdx=158611&

탄소섬유 강화수지(Carbon Fiber Reinforced Plastic)의 경우 도레이, 테이진 등을 중심으로 연구개발이 활발히 일어나고 있다. 이외에서 탄소와 규소를 1대 1로 결합해 만드는 섬유인 탄화규소 섬유에 대한 개발도 추진중에 있다. 이 섬유는 니켈합금보다 가볍고 내열온도가 높아 항공기 등 다양한 분야에 사용될 것으로 전망하고 있다.

〈탄소섬유 연관 신소재 관련 일본 기업투자 및 활용 내용〉

http://news.kotra.or.kr/user/globalAllBbs/kotranews/album/2/globalBbsDataAllView.do?dataIdx=158611&

분야	기업명	투자, 개발 및 활용
탄소 나노 튜브	일본제온	2016년 CNT 대량생산체제 가동, 2017년 2월 CNT 복합재료 연구거점 설립 발표
	쇼와전공	탄소나노 튜브의 제조 및 생산을 1.5배 확대
	세이스키 화학 공업	탄소나노튜브를 활용한 발전시트 개발, 2018년도까지 제품화해 20억엔 규모의 사업 육성 계획
	미즈노	2018년까지 탄소나노 튜브를 활용한 골프클럽의 제품화 일정을 제시
	호도가야 화학공업	리튬이온전지역 탄소나노튜브 개발 및 제조를 위한 투자 진행중
탄소 섬유 강화 수지	도레이	탄소섬유강화수지 부재의 공급체계 강화, 2017년 현존하는 탄소섬유강화수지보다 4배 가벼운 소재 개발
	테이진	2017년 미국 자동차용 복합재로성형 회사 840억엔에 인수
	아와제지	종이를 뜨는 공법을 살린 시트형태의 탄소섬유강화수지 공급
	아식스	탄소섬유강화수지를 가용한 경기용 신발 개발
	일본유피카	탄소섬유용 고승능수지 CBZ개발 및 판매개시
	미스비시 케미칼	2017년 톡일 탄소제품 회사 SGL의 탄소섬유공장 인수 발표
탄화 규소 섬유	우베흥산	고강도, 고내열의 탄화규소섬유 개발 및 제조판매 개시
	일본카본	미국 GE와 프랑스 사프란과 합작회사를 설립. GE사의 엔진인 LEAP에 탄화규소 섬유 공급을 개시
	IHI	우베흥산과 항공기 엔진부품 개발 착수
	시키보	IHI, 우베흥산과 항공기엔진용 고압터빈날개 시험 제작

4. 중국

중국은 선진국은 아니나 공격적인 탄소섬유 육성 및 투자를 통해 단기간에 급성장하고 있어 최근 산업 동향 및 관련 정책을 주의깊게 살펴보아야 할 국가이다. 중국은 탄소섬유 산업에서 2035년까지 강대국의 위치에 오르기 위한 다양한 정책을 발표하고 추진중에 있다.

□ 제12차 5개년 계획

중국은 이미 1962년 탄소소재 전반을 다루는 전문기관을 설립하여 연구를 추진한 바 있다. 이를 구체적인 산업적 성과로 연결하기 위해 2011년에서 2015년을 대상으로 하는「제12차 5개년 계획」을 통해서 탄소섬유 생산 1만톤, T-700 급 고기능 탄소섬유 원사의 상업화 및 탄소섬유 자급률 70% 달성 등을 목표로 제시한 바 있다. 이를 위해 지역별 탄소섬유 연구 거점기관을 설립하여 탄소섬유 관련 연구를 국가가 전폭적으로 지원한다는 전략을 제시한 바 있다. 이를 위해 2009년에는 탄소섬유 전문 연구기관인 State Engineering Laboratory for Carbon Fiber Preparation을 설립하였다.

〈중국의 주요 탄소섬유 연구기관〉

설립시기	기관명
1962	CAS Key Laboratory of Carbon Materials
1991	State Key Laboratory of Coal Conversion
2007	Shanxi International Research Center for Coal Chemical Engineering and Technology
2008	State Engineering Laboratory for Indirect Coal Liquefaction
2009	State Engineering Laboratory for Carbon Fiber Preparation

□ 신성장산업 육성결정

2010년에는 기술 산업간 융합화를 골자로 하는「신성장산업 육성결정」을 발표하여 7대 신성장산업을 선정하여 발표한 바 있다. 신성장 산업은 신에너지, 전기자동차, 신소재, 차세대 IT, 에너지 절감산업, 바이오, 기타 첨단장비로서 이중 신소재 분야의 핵심 육성 산업으로 탄소산업을 제시한 바 있다.

< 중국의 응용산업별 R&D 정책동향 >

구분	전략	정책동향
자동차	선진 자동차 R&D센터 유치로 자국 자동차 산업 육성	선진 자동차 R&D센터 유치로 기술력 확대 다국적 기업과의 합작을 통해 시장 확대
조선	세계 선박건조의 글로벌 리더 선박과 선박건조 시스템의 선진화주도	선박과 정부의 정책적 금융적지원에 따른 선박 수주 주도 선박과 선박 수주에 따른 건조공정의 선진화 추진

□ 지속가능하고 건강한 탄소산업 육성계획

탄소섬유 관련하여 중국정부의 정책방향이 가장 잘 나타나고 있는 대표적인 정책이 2013년 중국 산업정보부가 발표한 발표된 「지속가능하고 건강한 탄소산업 육성계획」이다. 이 계획은 제 12차 전략 성장산업 계획 및 제 12차 신소재산업 5개년 계획에 따른 계획이다. 이 계획은 지속가능한 중국의 탄소섬유 산업을 육성하고 탄소산업이 최첨단의 최적화된 구조를 갖고 깨끗하고 안전하게 생산이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 업스트림에서 다운스트림까지 생산체계를 모두 갖춘 탄소섬유 산업 시스템을 구축하는 것을 목표로 하고 있다.

이 계획은 2015년까지 우선적으로 탄소섬유와 그 복합물을 생산할 수 있는 산업체계를 구축하는 것을 내용으로 하고 있다. 또한 2015년까지 PAN 프리커서 와 고강도 탄소섬유의 성능이 세계적인 수준에 도달할 수 있을 것으로 예측하고 있다. 또한 1개 라인에서 생산되는 고강도 탄소섬유의 생산용량이 1에이커 당 1천톤이 넘을 수 있을 뿐만 아니라 전체 생산량도 하나의 독립적 산업으로 성장할 수 있을 것으로 예측하였다. 이러한 탄소섬유 및 관련 복합 생산물들은 우선적으로 국가 기간 건설산업의 수요에 맞추어 확대하는 것을 목표로 한 바 있다. 이를 위해 2015년까지 3개~5개의 주요 탄소섬유 기업을 육성하고 녹색성장 목표 달성을 위해 에너지 소비율을 20% 가까이 낮추는 것을 목표로 제시하고 있으며 탄소섬유 제품의 재활용도 적극 지원하고 있다.

이러한 정책을 통해 중국정부는 2020년까지는 중국의 전체적인 탄소섬유 제조 기술 역량이 세계적인 수준으로 발돋움한다는 목표를 제시하고 있다. 선진국의 탄소섬유 수요 및 중국의 국방 수요를 충족하기 위해 중국 탄소섬유 제품의 차별화와 표준화를 적극 추진한다는 계획을 제시하고 있다. 완전한 탄소섬유 클러스터를 형성하기 위해 국제적 영향력과 경쟁력을 가진 대형 탄소섬유 제조기업과 다운스트림 수요기업도 육성할 계획이다. 이를 통해 중국정부는 중국경제의 에너지 소비와 이산화탄소 배출도 국제적 기준에 비추어 낮은 수준으로 개선될 것으로 기대하고 있다. 이를 위해 탄소섬유 재활용 산업도 육성할 계획임을 밝힌 바 있다.

또한 탄소섬유 육성과 더불어 탄소섬유 관련 다양한 표준화와 허가제 등도 실시될 예정이다. 새로 건설된 탄소섬유 생산시설은 1에이커당 1천톤 이상 생산역량이 있어야 하며 1톤 탄소섬유 생산을 휘 PAN 프리커서 소비량은 2.1톤을 초과해서는 안된다. 또한 모든 새로운 PAN 프리커서 생산라인은 모두 monomer와 솔벤트 회수 시스템을 갖추어야 한다.

이 계획에 따르면 중국 정부는 탄소섬유에 대한 중국 경제의 수요에 부응하기 위해 연구 기관, 수요기업 및 생산기업간 협력을 통한 연구개발활동 등을 지원할 계획이다. 또한 탄소섬유를 활용한 파생 시장이 활성화되도록 지원할 계획이다. 다양한 탄소섬유 복합물, 중간 소재 및 부품들이 항공, 자동차, 건설, 해양플랜트, 석유 탐사 산업등 다양한 산업의 수요를 통해 성장할 수 있도록 정부가 지원할 계획이다. 특히 항공분야 요구수준에 부합하도록 우수한 탄소섬유 복합물의 개발도 지원할 계획이다.

또한 정부는 탄소섬유 산업의 요구수준에 부합하는 기업의 경우 각종 재정지원 및 세제혜택도 제공할 예정이다. 지방정부의 경우 자격조건이 충족되는 경우 탄소섬유 산업 육성을 위한 특별 재정지원도 제공될 계획이다. 중국 중앙정부는 지방정부, 기업 및 민간 투자자가 탄소섬유 산업에 대한 투자를 확대할 수 있도록 지속적인 지도를 한다는 계획이다. 또한 우수한 기업에 대한 정부의 전면적인 지원이 이루어질 수 있도록 행정적인 지원체계도 구축한다는 계획이다.

□ 중국제조 2025

최근에는 중국을 제조업 대국에서 제조업 강국으로 전환하기 위해 공업화신식화부를 중심으로 「중국제조 2025」를 발표한 바 있다. 이 계획은 2020년까지 기본적인 공업화를 실현하고 2025년까지 제조 강국의 반열에 진입하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 차세대 IT 기술, 고급 디지털제어 공장기계 및 로서 등을 중국 10대 산업을 선정하고 이를 업그레이드하기 위한 다양한 방안을 제시하였다.

〈‘중국제조 2025’ 주요 육성 10대 산업〉

10대 산업	주요 내용
차세대 IT 기술	집적회로 및 전용설비, ICT 설비, OA 및 공업용 SW
첨단 공작기계, 로봇	고급 디지털 제어 공장기계, 로봇(공업용, 특수 로봇, 서비스형 로봇 등
항공우주 설비	항공설비(대형중형 헬기, 간선 비행기, 헬기, 무인기 등), 우주설비(발사용 로켓, 신형 위성, 위성 원격탐지, 달 탐측기술 등)
해양설비,첨단선박	해양공정 설비(심해 탐측, 자원 개발, 해상작업 전용설비 등)/ 첨단선박(크루즈 설계, 액화 천연가스 선박 등 첨단기술 선박 개발 등)
선진 교통설비	신소재, 신기술 응용 및 경량화, 모듈화, 체계화 상품 연구 등
신재생에너지	모터, 고속 내연기관, 첨단 변속기, 경량화 소재, 스마트제어 등 핵심기술의 공업화 및 산업화 능력 제고 등
첨단 전력설비	고효율 석탄전력설비산업화, 수력원자력 발전 중형가스터빈 기술력 제고, 핵심부품 생산능력 확보 등
농업기계	첨단 농기구 및 핵심부품 발전 가속화
신소재	신소재 핵심기술과 설비 연구개발
바이오, 의료	의료영상설비, 의료용 로봇 등 고성능 의료기기, 스마트 웨어러블 원격진료, 다용도 줄기세표, 3D 바이오 프린터 등

* KOTRA (2015) "주요국의 제조업 육성정책과 시사점“

이 계획은 특히 신소재 분야를 통해 탄소섬유에 대한 적극적인 지원을 할 것을 천명하였다. 이를 위해 제조업 혁신센터(공업기술연구기지)를 만들어 탄소산업 기초와 핵심기술에 대한 R&D, 연구 결과의 상업화로의 연계 및 교육훈련 등을 실시할 계획이다. 이 혁신센터는 2020년까지 15개 2025까지 총 40개를 설립할 계획이다. 탄소산업의 기초역량을 강화하기 위해 인센티브를 제공하고 투자 리스크를 완화하기 위한 제도적 기반을 마련함과 동시에 선진공법 도입 지원 및 탄소섬유  관련 중요 기초재료 비용 지원 등을 추진할 계획이다. 이를 통해 2020년까지 탄소섬유 등 중요 기초소재의 국산화 40%를 달성하고 2025년까지 70%를 달성할 계획이다. 이를 위해 탄소섬유 관련 핵심설비 시장에도 중국 특허비중 확대 등을 통해 핵심기술의 대외의존도를 대폭 낮출 계획이다. 이 계획의 효과적인 추진을 위해 중국 국무원에 최고위급 인사가 주관하는 영도소조를 설립하여 각 부와의 협조체계를 구축할 계획이다.

IV. 시사점 및 정책방향

1. 선진국 탄소섬유 정책의 특징

① 거점 R&D 기관의 지정 또는 신설을 통한 선택과 집중 전략

미국은 연구소를 중심으로 탄소섬유 산업이 발달한 바 있다. 50년대에 Parma Technical Center에서 고기능 탄소섬유를 개발한 바가 있으며 미국 탄소섬유 육성 정책의 핵심 거점으로 오크리지 연구소(ORNL)를 지정하고 최근에는 첨단 복합소재 제조 혁신기구(IACMI)를 설립한 바 있다. 독일의 경우 CFK-Valley Stade에 위치해 있는 프라운호퍼 연구소가 탄소섬유 거점 연구소 역할을 하고 있다고 할 수 있다. 중국의 경우도 1962년 CAS Key Laboratory of Carbon Materials를 시작으로 2009년에는 탄소섬유 연구를 위한 전문기관으로 State Engineering Laboratory for Carbon Fiber Preparation를 설립한 바 있다.

이러한 전략은 한정된 탄소섬유 R&D 예산을 한 기관에 집중함으로써 지식과 노하우의 축적을 도모하고 연구개발 역량의 성장을 가속화할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 선택과 집중을 통해 축적된 기술력을 기업에 확산함으로서 세계 시장에서 기술력의 우위를 유지할 수 있다.

② 산학연 연계를 통한 연구 역량 극대화

최근 선진국들은 첨단분야 연구개발을 활성화하기 위해 기업, 대학, 연구소의 연계를 통한 연구개발을 강조하고 있다. 대학 및 연구소의 경우 기초 과학지식 및 연구결과를 가지고 있으나 이의 상업적 가치를 파악하고 제품화에 적용하는 데에는 취약할 수 있다. 또한 취약한 연구개발 자금 확보 능력도 제약이 될 수 있다. 기업의 경우 충분한 자금을 가지고 있고 기술의 시장성을 파악하고 제품화할 수 있는 역량을 가지고 있으나 기초 과학지식과 기술에는 취약할 수 있다. 이에 따라 산학연 연계를 통한 기초기술에서 최종 제품화까지 연계하는 네트워크 구축의 중요성이 강조되고 있다. 탄소섬유처럼 신생 분야로서 기초 과학기술 개발 단계부터 추진되어야 하는 분야는 그 중요성이 더욱 커진다.

오크리지 연구소의 R&D 프로젝트 대부분이 미국의 대학과 연구소 및 기업들이 참여하고 있는 산학연 연계형 R&D 들이며 첨단 복합소재 제조 혁신 기구의 경우 기관의 목표 자체를 탄소섬유 관련 산학연 네트워크 구축을 목표로 하고 있다, 이에 따라 이 기구는 홈페이지 등을 통해 네트워크 참여를 위한 기업, 연구소, 대학의 신청을 받고 있으며 네트워크 구축을 위한 다양한 행사와 프로그램을 진행하고 있다. 독일의 경우 하에티크 전략 2020을 통해 ‘산학연간 네트워킹 및 기술이전 전략(Networking and transfer)’을 제시한 바 있다. 이 전략은 앞서 논의 한 바처럼 대학, 연구소 등의 연구결과가 다른 대학, 연구소, 및 기업으로 확산되고 혁신을 더욱 자극하는 스노우 볼 효과를 통해 독일의 기술 혁신 역량을 극대화하는 것을 목표로 하고 있다. 일본의 경우도 ‘신소형재 산업비전’을 통해 산학연간 기술 공동 개발 및 생산 협력체계 구축 등 산학연 협력사업 추진 계획을 발표한 바 있다. 중국도 탄소섬유 연구의 거점기관인 State Engineering Laboratory for Carbon Fiber Preparation을 중심으로 기업과 연계를 통해 성과를 극대화한다는 계획을 가지고 있다.

③ 클러스터 조성을 통한 네트워크 구축

효과적인 산학연간 연계를 위해서는 탄소섬유 관련 기업, 대학, 연구소 등이 지리적으로 인접하고 있는 것이 매우 유리하다. 이를 위해서 관련 기업․기관들이 일정 구역내에 지리적으로 모여있는 클러스터를 조성하는 것이 효과적인 방법이 될 수 있다. 대표적인 국가가 독일과 일본이다.

독일은 남독일의 뮌헨, 아우구스부르크, 잉골슈타트 및 북독일의 함부르크, 니더작센을 잇는 지역을 MAI Carbon Cluster를 조성하여 산학연 네트워크를 구축하고 있으며 지방 정부 수준에서는 니더작센정부가 주도하여 조성하였으며 프라운호퍼 연구소, 유럽 항공방위우주 산업 등 유수의 기관이 입지하고 있는 CFK-Valley Stade가 있다. 일본의 경우도 이시카와현에 탄소 클러스터를 조성하여 운영하고 있다. 이 클러스터에는 도레이, 코마츠 등 일본의 대표적인 탄소섬유 기업과 여러 대학, 정부 기관 등이 입주하고 있다. 이렇게 독일, 일본은 클러스터 조성을 통해 산학연 네트워크 구축을 유도하고 탄소산업 경쟁력 강화를 도모하고 있다.

④ 전 밸류체인에 걸친 R&D의 추진

탄소섬유 관련 개발 분야는 대체로 강도 등 특성을 유지하면서도 생산 비용과 생산 기간을 단축하여 경제성을 제고하는 것으로 축약할 수 있다. 그러나 선진국의 경우 탄소섬유를 사용한 이후 이의 재활용 분야에 대한 연구도 활발하다. 재활용이 가능하면 자동차 부품소재 재활용의 경우처럼 관련 산업을 육성할 수 있으며 재활용을 통한 자동차 유지비용 감소 등으로 경쟁력을 확보할 수 있기 때문이다. 특히 미국의 오크리지 연구소가 이 분야연구를 중점적으로 하고 있으며 독일 일본도 관련 연구를 진행중에 있다. 탄소섬유 연구 분야를 탄소섬유 제품의 생산에서 재활용까지 제품 전주기적 관점에서 실시함으로써 탄소섬유 산업 관련 부가가치 창출을 극대화할 수 있다.

⑤ 대기업 중심 육성을 통한 규모의 경제 실현

대규모 설비투자가 필요하며 첨단기술의 연구개발을 통한 첨단기술의 보유․적용이 필요한 탄소산업의 특성상 중소기업보다는 소수의 대기업이 산업을 주도하고 있다. 따라서 관련 대기업을 중심으로 산업육성이 불가피한 측면이 있다. 미국의 경우 Zoltec 등의 기업이 주도하고 있으며, 일본의 경우 TORAY가 관련 투자와 생산을 주도하고 있다. 독일의 경우도 VOITH가 독일 탄소섬유 산업을 이끌어가고 있다.

이러한 이유로 미국의 오크리지 연구소 등의 R&D의 경우 미국 탄소섬유 대기업이 자주 참여하고 있으며, 독일의 경우 MAI Carbon Cluster의 핵심 기업으로 독일 탄소소재 대기업들이 참여하고 있다. 일본의 경우도 탄소 클러스터에 TORAY 등 일본의 대표적인 탄소소재 기업들을 입지시키고 TORAY에 2회에 걸쳐 총 40억엔의 지원을 하는 등 재정지원을 집중하고 있다. 중국의 경우도 아직 글로벌 수준의 대기업이 나오고 있지 않으나 ‘지속가능하고 건강한 탄소산업 육성계획’을 통해 향후 5개 정도의 대기업을 육성해낸다는 계획을 발표한 바 있다.

⑥ 산업과 사회와 연계를 통한 파급효과 극대화

인터넷과 스마트폰의 등장이 사람들의 생활방식을 바꾸었듯이 기술의 발전은 생활의 변화를 야기하며 반대로 생활의 변화는 새로운 기술에 대한 수요를 창출하면서 기술 발전을 촉진할 수 있다. 따라서 첨단 기술의 발전을 촉진하고 파급효과를 극대화하기 위해서는 기술과 사회의 변화가 상응해야 한다.

독일이 이러한 기술과 사회의 관계에 주목한 대표적인 국가이다. 독일의 부품소재 산업 전략인 ‘하이테크 전략 2020(High-Tech Strategy 2020)’은 5대 전략중의 하나로 ‘투명성 및 참여제고(Transparency and participation)’를 제시하고 있다. 이 전략은 앞서 언급한 바처럼 국가 각 부분의 투명성을 제고하고 구성원들의 참여를 확대하여 아이디어가 기술혁신으로 구체화될 수 있는 체계를 구축하는 것이다. 이러한 전략을 통해 기술과 사회가 긴밀히 연결되어 상호 발전할 수 있는 토양을 기르고자 하는 것이다. 이러한 전략을 통해 첨단기술 발전을 위한 저변이 확대되고 기술발전이 가속화될 수 있다.

이외에도 미국도 유사한 정책을 추진하고 있다. 미국은 오바마 행정부가 ‘미국 제조업 활성화 계획 (Revitalization American Manufacturing)’을 발표하면서 이의 세부 실행 계획으로 ‘Maker Movement’ 프로그램을 운영하고 있다. 이 프로그램은 연구소 등이 보유한 최신장비를 외부에 공개하여 사용할 수 있도록 하여 일반 시민이 최신 기술과 장비를 사용해 혁신적인 제품을 생산할 수 있도록 하는 프로그램이다. 이를 통해 미 정부는 최신 기술이 시민사회 저변에 확대되고 국가 전체의 혁신 역량을 제고하는 것을 목표로 하고 있다.

⑦ 탄소섬유의 신소재 분야 개척을 추진

현재 탄소섬유 산업은 탄소섬유 강화수지(Carbon Fiber Reinforced Plastic)를 중심으로 발전하고 있으나 다양한 탄소섬유 소재가 개발될 수 있으며 이를 통해 새로운 도약기회가 될 수 있다. 특히 후발주자일 경우 선진국이 가지 않은 새로운 소재 개발을 통해 단시간내에 신산업 분야 선도자로 탈바꿈할 수 있다.

새로운 탄소소재 개발에 가장 적극적인 국가가 바로 일본이다. 일본은 이미 탄소섬유 강화수지 개발과 생산을 선도하고 있으며 해당 분야 최고 기술 수준을 보유한 국가이나 이외에도 셀룰로스 나노섬유, 탄소나노 튜브 등 탄소섬유 신소재 개발에도 적극 나서고 있다. 이를 통해 일본은 소재 강국으로서 지위를 굳히고자 하고 있다.

2. 정책 방향

현재 한국도 2017년부터 전북 및 경북 지역에 1,800억원 규모의 탄소밸리를 구축하는 등 다양한 노력을 기술이고 있다. 그러나 선진국 사례에 비추어 볼 때 아직 개선해야 할 사항이 많다고 할 수 있다.

□ 탄소섬유 중점 선도 기관의 지정 및 육성

우선, 탄소섬유 기술개발을 선도할 한국의 오크리지 연구소와 같은 기관을 선정하여 중점 육성해야 한다. 이의 가능한 후보로 현재 추진되고 있는 경북 탄소 성형 부품 상용화 인증센터와 전북 탄소섬유 기술센터를 들 수 있을 것이다. 이외에 추가로 탄소섬유 관련 우수한 인력이나 연구성과를 보유하고 있는 대학을 선정하여 지원하는 것도 방법이 될 수 있다. 이러한 기관을 선정하여 연구역량을 집중 육성하고 그 성과를 바탕으로 기업 등에 spill-over 효과가 나타날 수 있도록 해야 할 것이다.

□ 탄소섬유 기금 조성을 통한 안정적 예산 확보

중점 연구기관이 안정적으로 연구하고 성과를 내기 위해서는 안정적인 예산이 기반이 되어야 한다. 현재의 예산시스템에 의하면 정부의 정책 아젠더에 의해 R&D 예산 배정의 우선순위가 쉽게 바뀌거나 또는 고려 대상에서 아예 제외되는 경우도 상당하다. 따라서 안정된 R&D 예산 배정을 위해서는 탄소섬유 육성 기금 등의 조성을 고려해 볼 필요가 있다.

□ 효과적 산학연 연계를 위한 통합 기구 구성 및 클러스터와 연계

다음은 산학연 연계∙협력이다. 중점 연구기관을 선정하여 육성하더라고 초기 연구역량을 한계가 있으므로 기관 단독 연구는 사실상 어려운 실정이다. 우리가 후발주자임을 감안할 때 빠른 시간내에 연구성과를 내기 위해서는 산학연 연계를 통한 시너지 효과를 도모하는 것이 필수적이다. 뿐만 아니라 연구성과가 국가 산업 전반으로 확산되어 일자리 창출 및 경제성장으로 신속히 결실을 맺기 위해서는 산학연 연계는 최선의 방안이라고 할 수 있다. 이미 미국, 독일 등은 산학연 연계 사업을 활발히 하고 있음을 감안할 때 우리의 경우 산학연 연계는 선택이 아닌 필수조건이라고 할 수 있다.

이러한 산학연 연계를 위해 현재 정부가 주로 하는 정책툴은 예산을 매개로 하여 프로젝트별 관심 기관기업들이 참여하여 네트워크를 구성하는 것을 주요 내용으로 하고 있다. 그러나 이러한 방법은 각자의 네트워크가 유기적으로 연결이 되지 않아 단속적이고 네트워크의 축적과 확산이 어렵다는 문제점이 있다.

이 문제를 해결하기 위해서는 미국의 사례를 참고할 필요가 있다. 미국의 경우 첨단 복합소재 제조 혁신 기구(IACMI; The Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation)를 설립하여 탄소섬유 관련 정부, 연구기관, 대학, 기업들을 해당 기구의 멤버로 가입하도록 하고, 멤버들을 대상으로 각종 세미나, 공동연구, 인력개발 등의 다양한 협력 프로그램을 운영하고 있다. 이를 통해 탄소섬유 혁신역량이 미국 전 산업에 걸쳐 확산되도록 하고 있다. 한국의 경우도 관련 산학연이 모두 참여하는 가칭 ‘한국 탄소섬유산업 연합회’를 조직하고 정부와 공동으로 다양한 협력산업을 추진하여 산학연의 유기적 연계를 도모할 필요가 있다.

이러한 산학연 연계를 바탕으로 탄소 클러스터 조성을 추진해야 한다. 산학연 연계가 현재 탄소 클러스터와 괴리가 발생하는 경우 정책이 동력이 얻기가 힘들고 만족스러운 성과도 얻기 어렵다. 따라서 산학연 연계와 클러스터 조성사업이 유기적 연계가 이루어지도록 해야 할 것이다.

□ 전 밸류체인에 걸친 포괄적 R&D 추진

현재 탄소섬유 기술개발의 핵심 화두는 탄소섬유 생산비용 절감이다. 이를 위해 선진국들은 단순히 탄소섬유 생산공정에만 관심을 두지 않고 원료의 사용에서부터 최종 폐기 및 재활용에 이르기까지 전주기에 걸쳐 비용 절감 방안을 연구하고 있다. 대표적인 사례가 미국의 오크리지 연구소이다. 어느 공정에서 가장 효과적인 비용절감이 이루어질 것인지 누구도 예측할 수 없으며 전주기에 걸친 비용 절감 기술을 확보해야 비로소 글로벌 비용절감 기술 경쟁에서 승리할 수 있는 상황이다고 할 수 있다. 따라서 우리도 과감한 R&D 지원을 통해 전 밸류체인에 걸친 비용 절감 R&D의 추진이 시급한 실정이다.

이외에도 탄소섬유의 강도를 제고하고 무게를 더욱 경량화함으로써 탄소섬유를 사용하는 제품의 에너지효율을 제고하는 연구도 여러 선진국에서 이루어지고 있다. 이를 위해서도 또한 탄소섬유 전 밸류체인에 걸친 R&D 추진이 필요한 실정이다.

□ 파생 탄소섬유 제품 또는 탄소섬유 대체 소재 개발

탄소섬유 관련 기술개발을 추진하는 동시에 탄소섬유에서 파생될 수 있는 제품 및 탄소섬유를 대체할 수 있는 소재개발에도 적극 투자해야 한다. 앞서 언급한 바처럼 탄소섬유 산업에서 우리는 후발 주자이며 탄소섬유 산업은 선진국에 비해 여러모로 불리한 환경에서 선진국보다 많은 시간과 노력을 기울여야 따라잡을 수 있는 희망이 보이는 분야이다. 그러나 물리적 우수성뿐만 아니라 경제성을 갖춘 대체소재 개발에 성공한다면 이러한 상황을 단번에 역전시킬 수 있다. 일본의 경우 이미 탄소섬유 분야 최강국임에도 불구하고 이러한 파생소재와 대체소재 개발을 병행하고 있다. 이는 미래 탄소산업 관련 불확실성을 원천 봉쇄하겠다는 전략이라고 볼 수 있다. 따라서 우리나라도 이러한 기술개발에 소홀히 하는 경우 산업계 대세가 탄소섬유에서 탄소섬유 대체소재로 급변하는 상황에서 또 한번 경쟁에서 낙오되는 쓰라린 경험을 하게 될 수도 있다. 따라서 우리나라로 이러한 연구개발에 소홀히 해서는 안 되며 탄소섬유 기술개발과 병진하는 것이 불가피하다고 할 수 있다.

□ 탄소섬유 대기업의 육성 및 협력 추진

탄소섬유 경쟁력의 핵심요소중의 하나가 비용으로서 관련 시설구축에 막대한 비용이 소요되며 상당 수준의 R&D 추진 능력이 겸비되어야 한다는 점을 감안할 때, 규모의 경제 실현이 가능하고 충분한 자금동원 능력이 있는 대기업에의 의존이 불가피한 사업이라고 할 수 있다. 이러한 이유로 현재 탄소섬유 산업은 도레이, Zoltek 등 소수 글로벌 대기업에 의해 지배되고 있다. 뿐만 아니라 향후 기술개발과 생산을 위한 투자가 소수 대기업 중심으로 이루어지고 있는 것도 탄소섬유 산업의 특성이다고 할 수 있다. 탄소섬유 최강국인 일본의 경우 특히 민간의 투자활동이 일본의 탄소섬유 성장을 주도하고 있다.

따라서 한국이 탄소섬유에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 이러한 글로벌 대기업과 경쟁할 수 있는 경쟁력을 갖춘 자국 대기업의 출현이 불가피한 상황이다. 그러나 현재 우리나라 R&D 등 지원정책은 대기업은 참여가 어려운 것이 현실이다. 탄소섬유 산업과 같이 유치산업의 경우 대기업에 대한 편견을 과감히 버릴 필요가 있다. 탄소섬유 앵커 기업이 육성된다면 이 기업을 중심으로 중소∙중견기업이 성장하는 탄소섬유 산업 생태계가 조성될 수 있다. 성장의 엔진이 될 대기업의 존재없이 중소중견 기업의 지원만으로는 경쟁력 확보는 요원할 수 밖에 없다. 따라서 가장 글로벌 플레이어로 성장이 유망한 대기업과 정부가 긴밀한 협력관계를 맺고 정책을 추진하는 것이 필요하다.

□ 기술과 사회의 연계를 통한 국가 전반의 혁신역량 강화

마지막으로 언급할 것은 기술개발과 일반 시민사회와의 연계를 통한 국가 저변의 혁신역량 강화이다. 과거에는 일부 엘리트 연구자를 중심으로 기술을 개발하고 이를 상품화하였으나, 이제는 이러한 혁신은 소수의 기술자만으로 이루어지는 데에 한계가 있으며 한 국가의 산업 혁신역량은 일반 시민을 포함한 사회 저변의 혁신역량과 밀접한 관계를 가지고 있다는 인식이 확산되고 있다. 아이팟, 아이폰의 혁신을 이끌었던 스티브 잡스도 기술자 출신은 아니었다. 다만 혁신적인 아이디어가 기술의 혁신을 이끌었던 것이다.

뿐만 아니라 일반 시민의 최신 기술에 대한 높은 관심은 신기술에 대한 수용성을 높이고 신기술을 적용한 제품에 대한 수요를 확대함으로서 기술혁신을 더욱 촉진할 수 있다. 이러한 이유로 선진국의 경우 산업혁신 역량을 강화하기 위해 미국의 경우 ‘Maker program’ 독일의 경우 ‘Real-world laboratories’ 프로그램을 추진하고 있는 것이다.

우리나라도 국가 전반의 혁신역량을 강화하기 위해 일반 시민을 대상으로 최신 기술을 알리고 기술개발 관련 시민의 참여를 활성화하는 프로그램을 개발 추진할 필요가 있다. 이를 통해 탄소섬유 산업의 혁신역량도 강화될 수 있을 것이다.

참고 문헌

Sujit Das, Josh Warren, Devin West (2016) Global Carbon Fiber Composites Supply Chain Competitiveness Analysis, Oak Ridge NAtional Laboratory Technical Report May 2006.

Griffith, D. T., and W. Johanns. (2013), April. Large Blade Manufacturing Cost Studies Using the Sandia Blade Manufacturing Cost Tool and Sandia 100-Meter Blades. Albuquerque, NM: Sandia National Laboratories. SAND2013-2734.

Industry Experts. 2013. Carbon Fibers and Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP): A Global Market Overview. Hyderabad: Industry Experts.

Lucintel. 2012, November. “Growth Opportunities in the Global Carbon Fiber Market: 2013-2018.” Irving, Texas.

Lucintel. 2014. Growth Opportunities for Composite CNG Tanks in Global Automotive Industry 2014-2019: Trend, Forecast, and Competitive Analysis.

Red, C. (2012). 2012 Global Market for Carbon Fiber Composites: Maintaining Competitiveness in the Evolving Materials Market, presented at CW 2012, La Jolla, CA, December 4–6, 2012.

Red, C. (2013), December 13. Energy Drives the Need for Advanced Composites. Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory. Composites Forecasts and Consulting, LLC.

Red, C. (2015). “2015 Global Markets for Carbon Fiber Composites: Adaptations to High Growth and Market Maturity,” CompositesWorld Carbon Fiber 2015 Conference, Knoxville, TN, December 8–10.

Red, C., and P. Zimm. (2012). 2012 Global Market for Carbon Fiber Composites: Maintaining Competitiveness in the Evolving Materials Market. CompositesWorld Carbon Fiber 2012 Conference, La Jolla, CA, December 4–6.

Zimm, P. C. (2012). “Aircraft Raw Materials Outlook,” presented at CompositesWorld Carbon Fiber 2012. La Jolla, CA: Gardner Business Media.

NGV Global. (2013). “Current Natural Gas Vehicle Statistics,” accessed February 18, 2014, http://www.iangv.org/current-ngv-stats/.

C. David Warren (2011). "Low Cost Carbon Fiber Overview" Oak Ridge National Laboratory.

Merlin Theodore, Amid Naskar, Alan Liby (2017). "Carbon Fiber Technology Facility" Oak Ridge National Laboratory.

Adrian S. Sabau, C. David Warren (2015). "Laser-Assisted Joining Process of Aluminum and Carbon Fiber Components" Oak Ridge National Laboratory.

Mark Mauhar, Jim Stike (2012) "Low Cost Carbon Fiber Composites for Lightweight Vehocle Parts" Materials Innovation Technologies LLC.

C. David Warren (2011) "Low Cost Carbon Fiber Overview" Oak Ridge National Laboratory

Valstimil Kunc Ph.D, Charles D. Warren (2017) "Predictive Engineering Tools for injection Molded Long Carbon Fiber Thermoplastic". Oak Ridge National Laboratory.

P. I. Randolph V. Lewis (2016) "E. Coli Derived Spider Silk MASP 1 and MASP 2 Protein As Carbon Fiber Precursor" Utah State University,  https://energy.gov/sites/prod/files/2016/06/f33/lm103_lewis_2016_o_web.pdf

Blair E. Carlson (2017) "Friction Stir Scribe Joining of Carbon Fiber Reinforced Polymer to Aluminum" General Motors, https://energy.gov/sites/prod/files/2017/06/f35/lm114_carlson_2017_o.pdf

Revitalizing American Menufacturing - The Obama Administration`s Progress in Establishing a Foundation for Manufacturing Leadership, National Economic Council, Oct. 2016.

Michael F. Molnar (2015) "The U.S. Advanced Manufacturing Initiative - Federal Resources and Opportunities for Public/Private Partnerships" National Institute of Stadards and Technology.

The Federal Government, Federal Ministry of Education and Research "The new High-Tech Strategy Innovation for Germany (2015)"

조철, 김주한, 서동혁, 전만태, 황융진 (2007) “부품소재 산업의 세계 일류화 전략과 정책과제”. 산업정책연구원

주원, 장후석, 백홍기 (2013) “한국 소재산업의 국제경쟁력 변화와 시사점” VIP리포트 13-3 [통권 513호], 현대경제연구원

주원, 장후석, 임상수 (2011) “한국 부품소재 산업 경쟁력의 허와 실 - 최근 부품소재 교역의 외형적 성과와 문제점” VIP REPORT 11-5 (통권 제 475호), 현대경제연구원

“2015년도 예비타당성조사 보고서 탄소산업 클러스터 조성사업”, 한국과학기술기획평가원

김융암 (2003), “탄소체 복합재로” 물리학과 첨단기술

한국화학연구원 외 (2012), “C-산업의 현황 및 육성방안 연구”

서만강 외 (2010), “탄소섬유 제조방법 및 응용분야”, Polymer Science and Technology Vol. 21, No. 2, 2010.4

한일재단 (2015), “일본 소재부품 산업의 경쟁력과 지원정책”

KISTEP (2012) "일본, 산업경쟁력 강화를 위한 중점과제 추진“\

HYOSUNG, FKI (2013) "탄소섬유가 여는 창조경제“

KOTRA (2015) "주요국의 제조업 육성정책과 시사점“