녹색성장기술과 세라믹스

강원호 단국대학교 교수

1.녹색성장의 대두
1992년 브라질 리오에서 개최된 유엔 환경 개발 회의에서 거론된 지구기후변화 협약은 1997년도 교토의정서와 2001년 마라케쉬 합의문을 거쳐, 2007년 발리로드맵으로 온실가스 감축 목표와 방안이 발표되었으며, 2004년 코펜하겐에서 2010년 온실가스 감축 목표를 2010년 1월까지 발표하기로 합의하고, 금년도(2010년)에 각국에서 온실가스 감축 목표로 발표하게 되었다. 이는 지구의 온난화로 인한 환경파괴로 인류 생존 위협에 대한 대응과 아울러 에너지 자원의 수요증대로 인한 에너지 고갈에 대한 위기감에서 시작되었다.
우리나라도 2008년도에 국가의 에너지 정책의 기본방향을 수립하는 한편 6대 분야 22개 신 성장 동력 산업 정책을 수립하였다. 2009년에는 그린에너지 전략 로드맵을 수립, 신성장 동력산업과 Green 에너지를 접목한 녹색성장 5개년 국가 전략을 수립하게 되였다.
경제성장에 따른 지구온난화와 환경오염은 서로 대립 상충되나 밀접한 관계를 갖는 것이 과거의 산업 발전이었다. 녹색성장정책은 이와 같은 과거의 패턴에서 새로운 패러다임으로 녹색환경과 자원도 보존하면서, 지속적인 경제성장도 이루는 양립상생(Win-Win) 관계를 확립하는 것이다
경제활동에서도 시장가격(Market price) 개념에서 생태가치개념(Ecological value)을 도입하고, 과거의 자원다소비형 혁신체계(Resource based innovation system)에서 인간의 삶의 질과 가치 중심의 녹색 혁신 체계(Green innovation system)로의 전환하여 미래지향적이며 지속적 경제 성장을 이끌어갈 새로운 성장 동력 창출(Create new engine of economic growth)을  녹색성장(Green growth)으로 설명할 수 있을 것이다.

2.녹색 성장을 이끌어 가는 기술인 녹색기술 (Green Technology)은 존래의 재생 청정에너지 등 환경 친화적 자원 활동에서부터 환경보호하며 경제성장의 선순환 고리를 창출하는 기술을 의미한다.
즉, 에너지 자원 관련기술인 신재생에너지 원자력등과 에너지 고효율화 전력 절감 수송 수단의 에너지 절감, 주택, 공장 등의 에너지 효율화 기술 등이며, 사후 처리기술인 대기오염 방지 등이 이에 해당된다.
최근에는 1T, BT, NT 등 기술간 융합을 지향하는 융합 녹색기술 (Convergent Green Technology)로 확대되어 기존기술의 한계를 극복하고 또 새로운 성장 동력산업과 새로운 시장을 창출하는 기술로 녹색기술이 발전하여 오고 있다.
정부는 녹색 혁신 정책으로 녹색 경제 통합전략 수립, 산업의 녹색화 추진으로 제품 생산공정 전반에서 저탄소 공정도입 및 신재생에너지 개발 및 사용 확대를 지원 유도하며,  하드 R&D와 소프트 R&D 와의 융합 및 1T와 BT, NT 융합의 스마트 R&D(Smart R&D)로 녹색기술의 혁신적 패러다임을 구축하고 창업 활성화를 위한 과학기술 전문가와 창업을 위한 Smart up program 및 기초원천 연구 성과와 시장을 연계하여 주는 Bridge program 들을 추진하고 있다.
녹색기술발전을 위한 정책으로는 녹색기술 선진화를 통한 녹색 강국 건설로서 녹색과정기술역량 강화, 녹색 산업경쟁력 환경의 지속성 등 3대 계수, 계량적 목표로 설정하고 선택과 집중으로 중점육성 기술 27개(에너지원기술[9개], 고효율화기술[4개], 녹색화기술[5개], 환경보호·자원순환기술[8개], 가상현실 기술 등을 도출하였다.

3. 녹색기술 연구개발을 위한 투자는 녹색기술 개발 R&D 투자의 전략적 확대로 2012년 까지 2008년 대비 2배 이상으로 확대하며 2008년도부터 기초원천연구의 비중을 2007년도 17%에서 2012년도에  35%로 확대하며, 기존 산업의 그린화와 에너지 효율혁신제품, 친환경재료, 소재 등 분야별로 집중 투자와 인프라 구축을 위한 인력양성, 연구거점조성, 기술이전 및 사업화 지원, 국제협력 체계 구축 확대를 위한 투자를 진행 중에 있다.
2011년도 정부의 R&D 투자(안)의 방향을 살펴보면 국가전략분야로서 녹색기술, 첨단 융·복합 기술, 미래 원천기술 개발에 전략적 집중지원 할 계획이며, 고용창출 효과가 큼, 중견 중소기업 기술역량 제고, 부품소재산업의 경쟁력강화 지원과 글로벌 경쟁력을 갖춘 과학영재 이공계 우수인력 육성에 적극적 뒷받침, 기후변화 등 전 지구적 문제해결과 대규모 국제 공동 글로벌 협력에 본격적으로 지원할 계획이다.
중심투자 분야를 살펴보면, 기초 원천연구별 과학기술 인력양성 투자를 확대하며 국민의 삶의 질 향상과 안전을 위한 공공기술개발지원을 강화하며, 개방형 혁신체제 구축 및 연구역량 지원 강화 등이 해당 된다 
기술분야별 R&D 투자전략은 에너지 자원 분야에서는 기후변화 대응 및 에너지 자원 확보를 위한 기초 원천연구와 차세대 원자로 에너지 분야, 고급인력양성, 해외탐사분야에 중심지원하고 CCS 차세대 2차전지 해양 바이오 에너지등은 부처간 연계추진으로 계획이다.
환경 분야에서는, 기후변화 영향 평가, 기술적응, 국제 환경 규제 대응 분야 등이 기초 원천 연구 자연재해방지분야에 중점지원, 그린카 그린소재 등 하천오염예방 분야에 중점을 두고 있다.
기계재료 공정에서는, 친환경생산 수송시스템 기초원천 기술분야, IT융합 지식 기반 서비스 등 원천기술, 사업별 공동핵심요소 기술(소재, 부품, 모듈)에 선택적 집중지원을 두고 있다.
소재나노분야 는 국가적 전략소재, 핵심소재 및 첨단부품의 기초원천기술, 신 성장 동력 확보를 위한 나노기반 융 복합 소재기술투자, 녹색산업과 관계한 맞춤형 소재부품 분야 지원 확대에 중점지원 할 계획이다. 첨단소재의 원천기술의 대해서는 선택적 장기적 집중투자로 하여 원천기술개발 로드맵의 전략소재에 대한 Top-down 방식으로 지원 할 것이다.
IT분야는 차세대 디스플레이 원천연구와 기업수요 연계형 협력R&D 등을 지원한다. LED분야는 신소자 소재 및 장비개발등 선행기술 개발 위주로 투자하며 산학연협력의 기술혁신형 중소기업 연구역량 향상에 지원하고자 한다. 정보 분야에서는 차세대 융합통합 네트워크 관련기술 개발 전략적 집중지원 할 계획이다.
BT분야는 신약의료기기 분야의 기초응용 연구 성과 산업화 백신, 먹거리, 복원 안정망등 공공복리 기술 개발에 중점지원과 고품질 고부가가치를 창출할 수 있는 핵심기술분야 농축산 품질 및 안정성, 관계기술 유동기술을 지원하는데 있다.
우주항공, 해양 분야에서는 한국형 발사체 핵심기술, 무인기 개인 항공기 등 개별핵심기술 미래해양자원확보,해양도시, 해양 신에너지 광물 확보 분야에 중점이 실려 있다.
건설교통분야에서는 친환경 미래형 도시 교통수단 연구지원, 첨단물류 지능형 교통 체계 구축 및 효율화, 초고층, 초장대교 친환경건설 신소재 개발이 거론되고 있으며,
기초원천연구분야는 개인기초연구와 우수 연구집단 육성지원 및 융합기술 분야 및 기초 연구 전략 분야, 국가적 아젠다와 산업부분소요에 부합되는 기초원천연구 분야 강화투자 할 계획이다.

1.세라믹 산업의 현황
종래 세라믹산업으로 대표되어온 도자기, 유리법랑, 내화물 시멘트산업 등은 고에너지 소비산업체이며 또한 고 탄소 발생으로 소결과정이나 용융과정 등 공정으로 환경오염에 크게 영향을 미치는 산업의 대명사이다. 또한 대형 고 중량의 제품으로 운송에도 고에너지를 소비한다. IT, BT, CT, ST, ET와의 통섭기술개발에도 소극적인 보수적 산업이라 말할 수 있다.
기능성 세라믹스, 또는 뉴세라믹스로 불리어지는 전자기기능성, 광학기능성, 생체기능성, 기계구조 세라믹스 등은 소재로 쓰여 지는 부품 또는 모듈에 종속되어있어 세라믹스라는 명칭보다는 소재로 부품으로 쓰여 지는 모듈 또는 최종제품에 속해있어, 세라믹스 산업으로 함께 묶어지지 않는 경우가 많다. 일반사람들에게는 세라믹스로 잘 알려지지도  않았다.
기능성 세라믹스는 소량 다품종의 생산특성을 갖는 것들이 많으며, 지속적인 품질성능의  개량이 요구되어 지고, 시대를 이끌어가는 산업제품에 따라 유연하게 개발이 이루어지게 되기 때문에, 근래에는 IT-BT, NT-IT 등과의 융합기술의 소재부품으로 재품과 시장은 확대되어지고 있다. 우리나라는 미래형 세라믹스의 소재의 원천연구 및 핵심기술 공정개발의 투자가 저조하고 또한 원천기술에 선진국의 일류수준을 확보하지 못하며 국가의 주요 핵심 기술 산업에서 소재부품의 취약함을 나타내고 있다고 하겠다.

2. 그린성장과 세라믹스와의 상관성
녹색성장 주개념은 지금보다 살기 좋은 환경과 기후에서 에너지와 식량, 물, 물질 등의 자원의 효율을 높이는데 있다고 볼 수 있다.
환경과 기후 보존을 위한 지구의 온난화의 주범인 온실가스(이산화탄소) 발생량을 줄이기 위하여 화석연료 에너지 사용을 줄이고 신재생 에너지 대체가 이루어지도록 하는 것이다.
세라믹스는 제조의 근본원료가 금속원소 또는 금속산화물을 가열하여 소성하거나 용융시켜 제조하는 공정으로 예로부터 석유에너지 다소비산업이며 CO2발생과 매우밀접한 관계가 있는 제품군으로 분류된다. 따라서 세라믹산업에서의 에너지 대체 및 CO2가스의 절감은 녹색성장에 기여 할 수 있는 필수적인 과제라 할 수 있다.
녹색산업관련 10대 환경기술을 보면, 수처리선진기술, Green Car기술, 토양 지하수 오염처리, 고효율 자원 회수, 친환경 재품개발 기술 등이 있으며 이들은 세라믹스와 상관성이 매우 많은 것을 알 수 있다.
세라믹스는 자체가 친환경성을 갖추어 환경을 오염 시키지 않을 뿐만 아니라 회수하여 재사용 될 수 있는 자원으로써 현재는 물론 앞으로도 더욱 자원재활용성을 높일 수 있으며, 대용량의 2차전지 및 연료전지의 전해질 재료로서의 세라믹 내지 혼성재료의 개발은 Green Car의 효율을 더욱 높여줄 것으로 판단된다. 토양 및 하수 오염 정화 및 생물활성화를 위한 식생 콘크리트, 미생물 담채등과 수처리 분리막 등도 환경과 매우 관계가 있다 하겠다.
미래 건축 및 환경 공간관련 녹색산업인 삶의 질을 향상시키며 쾌적하며 제로 에너지낭비의 공간과 미래 초고층화 되어 가는 도시 건축물의 건자재의 경량화와 태양 광 흡수 반사 창 및 개량 콘크리트, 경량 단열 무기재료, 열반사 흡수 유리, 태양광 유도 조명용 케이블, 조명용 LED 등의 조명용 세라믹스는 고층 건축물은 물론 2020년에 그린홈(Green Home) 100만호 건설 및 페시브하우스(Passive House)의 그린도시(Green City)는 필수적인 상관관계가 있다.
세라믹스는 나노기술(Nano technology)로 진입함에 따라 IT, BT 등과의 융복합 기술인 그린기술( Greeen technology)와 깊은 상관관계를 갖는다.
과거에 마이크로 단위에서 물질의 분해 형상 및 특성분석 레벨에서 이루어져온 세라믹스 기술이 Nano Size 까지 분자, 원자로 제어하고 그물질의 나노프로세스의 의해 고기능, 고강도 재료등과 신기능성 신소재 과학의 새로운 경지에 도달하게 되었다.
아카데믹한 과정으로 연구되어 오던 소재연구의 Nano Technology가 오늘날에는 실용화 단계까지 발전하였다.

3.녹색성장을 위한 세라믹스의 녹색기술 관련 연구개발 과제
우선 기존산업의 그린화 기술과의 상관과제를 살펴보면, 에너지 절감과 온실가스(COx, SOx, NOx)의 저감을 위한 에너지 고효율화 및 에너지 공정관련해서는, 화석에너지를 주연료로 하고 있는 시멘트 공업, 도자기 공업, 내화물 공업 등의 새로운 소결 공정의 개발이 요구된다.
예를 들어, “Self-propagating Sinter” 또는 “Induction Heating Sinter” 등과 유리 공업 용융 공정에는 “플라즈마 기중 용해법” 또는 “Top cold electric melting”, 석회석 및 시멘트 클링커 열처리 공정에서의 에너지 절감 양산 기술 공정 등이 개발 대상이 된다고 볼 수 있다.
에너지 효율 혁신 제품으로서는 공동 주택용 그린빌딩의 에너지 절감을 위한 “초경량 재료”, “고진공 단열재”, “저반사 창유리”, “전기변색유리” 등의 개발과 그린카 산업의 “경량화 복합소재”, “자동차 창유리” 등과 조명 에너지 효율화를 위한 “조명용 LED”와 “태양광 유도 광케이블 조명 시스템”, “고온초전도 Coated Conductor”, “다공성 나노구조체”, 순환자원을 활용한 “이산화탄소 무배출용 비소성 무기재료”, 녹색생태 복원용 다공성 블록 조성물 및 에코식생매트, 식생성장 촉진용 완효성 유리비료, SOFC연료전지 등이 해당된다.
녹색기술개발 중점육성 기술(27개)중에 세라믹스와 관련되는 기술을 열거해 보면 ‘기후변화 적응기술’, ‘실리콘계 태양전지의 고효율화 저가기술’ 및 ‘비실리콘계 태양전지 양산 핵심 원천기술’, ‘경수로 및 핵융합로 설계 건설기술’, ‘차세대 고효율 연료전지’, ‘환경 식물 성장촉진 기술’, ‘생태공간빌딩 및 도시재생기술’, ‘고효율 저공해 차량기술’, ‘친환경 저에너지 건축기술’, ‘Green Process 기술’, ‘조명용 LED’, ‘CO2 포집저장기술’, ‘고효율 2차 전지 기술’, ‘페기용 저감 재활용 에너지화 기술’ 등이 상관성이 깊으며 이 기술들의 세부과제로서 세라믹스 과제들이 많이 도출 될 수 있을 것으로 본다.
현재(2010년) 국가 과제로 수행되고 있는 녹색기술 세라믹스 관련 과제를 찾아보면 “열에너지 조절가능성 창호 요소기술” “에너지 절감을 위한 환경 친화형 미래 혁신 공정” “에너지 절감형 난연성 단열재” “유리기판 CLGS계 박막 태양전지 모듈” “이산화 탄소 분리용 혁신적 유무기 분리막” 정도가 진행되고 있는 것으로 보여 진다.

21세기를 맞이하여 세계는 종래의 화석연료가 주 에너지였고, Jet엔진, 석유화학, 원자력, 반도체, 자동차, 디지털 정보, 우주개발, 세계화 시대에서 이제 제4의 산업혁명의 패러다임으로 변화되어 가고 있다.
이제는 태양에너지, 수력, 풍력, 초전도, 수소 에너지 등의 무공해 에너지기술(ET)과 생체모방 바이오칩, 에코메지네이션 등의 바이오기술(BT), 로봇, 무공해교통, 그린도시 등을 이끌어 갈 정보통신기술(IT), 등을 축으로 하여 물자원기술(WT),식량기술(FT),인지과학기술(CT), 우주과학기술(ST) 등과 소재기술중심인 나노기술(NT) 등이 통섭 융합하여 이루어지는  그린 기술(Green Technology) 중심으로 미래사회 로드 맵이 전개 되리라 예측되고 있다.
세라믹스는 석기시대, 도자기시대, 기능성 세라믹 시대를 지나  마이크로 과학에서 나노 과학으로 발전된 제4의 세라믹스로 그린기술에서 핵심적인 분야로 크게 신장 하리라 기대된다. 이에 세라믹스 관계자들의 분발을 촉구하는 바이다.

참고문헌
[1] 임기철, “Green New Deal 정책의 단점과 과제; 경제 난국 극복을 위한 Green New Deal 과학기술정책”, 심포지엄, 2008.10.09
[2] “녹색기술 연구개발 종합대책”, 교과부 과학기술 정책과, 2009.01.21.
[3] 차원용, “한국을 먹여 살릴 녹색융합 비즈니스”,기술과경영, 2009.06
[4] Shin jeoug Shich, “Korea’s green growth stratagties”, Green Korea 2009 International conference, 2009.03
[5] “2011년도 정부 R&D 투자방향 성정을 위한 심포지업”, 국가과학기술위원회, 2010.03.31
[6] 강원호, “세상을 변화시키는 신소재” 단국대학교 출판부, 2003.01.25
[7] “에너지 절감 및 저탄소 녹색 성장을 위한 차세대 G-glass 환경과 대책”, 한국세라믹기술원, 2009.09
[8] 김기형, “동아시아시대의 21세기 산업혁명”, 선진과학기술위원회, 2010.02.24
 

강원호
한양대학교 대학원 공학박사/기술사
삼성코닝(주) 연구소 소장
삼성코닝(주),태평양개발(주),지남산업 기술고문
대우전자(주), 산업기술진흥협회 자문교수
한국 산학기술학회 ,한국 마이크로전자 및 패키징학회 회장
한국세라믹학회 회장
현재 단국대학교 신소재공학과 교수