국내 세라믹스 원료산업 현황 및 육성방안

박 상 엽_ 강원TP 세라믹신소재클러스터사업단 단장

1. 서 론

최근 10여년 동안 세라믹업체를 비롯한 소재 부품산업에서는 광물자원 가격폭등과 품귀현상으로 인한 원료수급 불균형으로 인하여 힘든 시간을 보내왔다. 이처럼 광물자원이 급격하게 푹등한 이유는 광물자원의 제한적인 매장량 이외에도 광물채굴 및 분리정제에 따르는 에너지원의 가격상승과 환경오염 설비 투자비용 등 직접적인 요인과 중국과 같이 풍부한 달러재원을 활용한 광물자원 사재기 등이 간접적인 요인으로 작용하였다. 이러한 광물자원 가격의 급등과 같은 원자재 수퍼사이클은 국내 대기업들에게 원료의 중요성을 하여 원료광물자원 및 원료산업에 대한 투자 관심도를 증폭시키는 계기를 부여하였다.
현재는 원자재 슈퍼사이클이 끝나가는 단계로 접어들었는데, 이는 미국과 유럽의 금융위기에 따른 산업시장 축소로 중국의 경제성장률이 감소하는 것과 미국의 쉐일가스 및 오일 등이 개발되어 원유와 같은 화석연료 가격급감으로 인한 각종 원자재 및 광물자원의 수요가 급감하는데 그 원인을 찾을 수 있다. 한편, 중국과 일본의 센가꾸 열도의 영토분쟁에서 급부상된 희토류자원은 일본의 3R 정책인 대체제 개발(Replace), 재활용(Recycle), 비축(Reserve)으로 인해  희토류 사용량을 기존 사용량 대비 50% 이상 절감하였고, 이로 인해 중국에서는 희토류 생산공급 과잉으로 60% 이상의 가격하락이 일어나고 있다.
이처럼 광물자원시장이 현재로는 안정적인 것으로 보이지만 이는 글로벌 경제침체로 인한 일시적인 현상으로 향후에도 지금까지 겪어왔던 원자재시장의 슈퍼사이클이 재현될 가능성은 충분히 남아있는 실정이다. 이는 세라믹소재산업을 중심으로 국내 광물자원 개발과 원료산업 현황을 살펴본다면 국내 광물자원은 중국의 풍부한 광물자원과 값싼 노동력으로 인하여 폐광에 이르렀으며, 세라믹원료의 경우 대량으로 사용되는 저품위 원료는 중국으로부터 소량으로 사용되는 고품위 원료는 일본으로 부터 수입하여 소재를  제조하는데 사용되어 왔다.
이처럼 세라믹 원료들은 손쉽게 구매가 가능하였으므로 관련 기업들의 경우 국내에서는 별도의 세라믹 원료와 관련된 제조 또는 가공설비에 투자하는 것에 무관심 하였다. 그러나 최근 손쉽게 구매할 수 있었던 원료광물이 품귀로 인하여 물량확보가 어려워져서 관련기업들은 많은 어려움을 겪어왔다. 즉, 원료광물의 품귀현상은 물량확보에 실패할 경우 제조라인을 정지시켜야 하는 극단적인 상항과 마주쳐야 한다는 점을 깨닫게 해주었다,
현재 국내 산업계가 겪고 있는 엔저현상은 그동안의 미국과 유럽발 글로벌 경기침체와 더불어 동시에 발생한 것으로 세라믹소재업체를 비롯한 일본과 글로벌 수출시장에서 치열한 경쟁관계에 있는 반도체, 자동차산업 분야의 글로벌 경쟁력을 급속도로 약화시키고 있다. 이러한 엔저현상은 그동안 일본산업계가 엔고와 국내외 경기침체의 악조건 속에서도 자구노력으로 가격경쟁력을 확보한 상태에서 맞이하는 것으로 국내의 업체들도 원료부터 소재 부품까지의 수직계열화를 통한 단가절감에 많은 노력이 필요하다.
한편, 최근 신정부에서는 창조경제를 위한 산업생태계 조성에 힘쓰고 있는데, 이는 단지 소프트웨어형 정보통신산업(ICT)이나 문화산업을 접목한 융합산업 창출뿐만 아니라 국가산업발전의 요소들의 가치사슬이나 공급사슬의 유기적인 접합에 따른 효율성을 강화함으로써 각 단계별 수익성이 극대화될 수 있도록 하는 것도 창조적인 산업생태계를 조성하는 일이라 할 수 있다.
이러한 차원에서 그동안 관심을 두지 않았던 자원과 원료를 기반으로 하여 국내 세라믹업계의 무너진 원료산업생태계를 복원하는 것이 무엇보다 중요하다고 판단된다.

2. 세라믹원료산업의 현황

2-1. 국내 세라믹원료산업 생태계 현황
세라믹 소재부품을 가치사슬 상의 산업생태계를 살펴보면(그림 1) 세라믹원료는 광물자원의 정제 또는 화학적인 합성공정으로 통하여 얻어지게 되고, 제조된 분말형태의 원료는 분말제조업체 또는 분말 수입업체를 통해서 소재생산업체로 납품이 되고, 기능성에 맞추어 제조된 세라믹소재는 부품업체를 통해 완제품 업체로 최종 납품이 이루어진다. 
그림 2는 세라믹 소재부품의 가치사슬형 산업생태계 예시본으로서 모바일기기 등 전자제품에 필수적으로 들어가는 적층형 세라믹컨덴서(MLCC)의 가치사슬(value chain)을 나타낸다. 가치사슬 상에서 광물로 부터 티탄산바륨을 제조하는데 소요되는 비용은 약 100배의 부가가치가 창출되지만 이후로 부품인 적층형 세라믹컨덴서 단계와 모듈단계인 LIP Package와 최종제품인 로봇에까지 이르는 가치사슬 단계에는 각가 10배의 부가가치가 창출되어 광물로부터 원료소재를 제조하는 단계가 가장 부가가치가 높음을 알 수 있다.
이러한 세라믹 소재부품의 산업생태계를 supply chain 단계별 기업중심으로 살펴본다면, 그림 3과 같이 원재료 부분은 글로벌 메이져사가 주로 위치하고 부품과 최종 완제품 단계에서는 각각 중견기업과 대기업이 위치하는데 비해 중소기업은 소재단계에 주로 위치하고 있다. 국내의 경우는 대부분 소재부터 부품단계에 걸쳐 중소기업이 위치하고 있으며, 중소기업들은 글로벌 메이져 기업으로 부터 원재료를 수입하여 생산된 소재 및 부품을 대기업에 납품하는 수요사슬형 구조로 이루어져 있다. 따라서 글로벌 메이져인 원료기업들로부터 제시되는 상승된 원료단가를 수용해야 하고, 최종 수요기업인 대기업으로 부터는 납품단가 하락 요구를 수용해야 하는 supply chain 상 샌드위치 상태의 하단부에 놓여 있어서 수익성이 지속적으로 감소되고 있는 실정이다.
따라서, 세라믹소재 관련 중소기업들은 수익성 확보 차원에서 단가절감 이나 고부가가치 신제품개발 등의 기술혁신형 연구개발이 필요하지만, 자금부족과 전문 연구인력의 한계로 인하여 어려운 실정이다. 이러한 현상은 단지 세라믹관련 중소기업의 가치사슬 문제뿐 만 아니라 국내의 원천기술 연구개발 단계부터 상용화 단계에 이르는 연구개발 체계와도 관련이 있다. 즉 원천기술 확보의 문제는 원료소재로부터 출발하는 경우가 많으며, 부품이나 모듈의 경우는 주로 신기능과 관련된 특성향상이므로 연구개발 주기상 단기적인 경우가 많지만 원천기술의 경우는 장기간의 연구개발기간이 소요되므로 연구개발 투자비가 큰 경우가 많다. 따라서 원료소재에 관련된 연구를 진행하는 경우 주로 대기업을 수요기업으로 하여 중소기업과 연계하는 상생형 연구개발을 통한 국가적인 중장기적 연구과제 지원이 필요한 이유이다.
세라믹원료산업의 경우 그림 4와 같이 금속 또는 비금속광물로 부터 출발하여 고순도 원료분말을 제조하는 경우 우선적으로 원료광물의 물리적 화학적 분리 정제가 중요하며, 고순도로 정제된 원료의 경우에는 미립자화에 따른 분급 및 결정화도 제어가 중요하다. 확보된 고순도 원료분말의 경우 소재화를 위해서는 기능성에 맞는 분말조성 확보와 첨가제의 선별 등이 중요하다. 한편, 파인세라믹 원료는 그림 5와 같이 분말형태 이외에도 첨가제, 섬유, 및 잉곳형태를 포함하며, 때로는 결정화가 이루어지지 않은 화학용액 형태의 프리세라믹 원료를 포함하는 경우도 있다.
국내 세라믹원료산업은 원료가공업체 부재 및 기술력 부족으로 국내에서 생산된 원료광물 마저도 일본 등으로 수출한 후 원료분말이나 기초소재 형태로 재수입하고 있는 실정이다. 국내 세라믹 원료산업의 기술수준은 선진국(100) 대비 34% 수준으로 광물을 원료 및 기초소재로 만들기 위한 광물의 분리정제 및 미립화기술, 원료소재의 고순도화기술 등 원료소재 관련 원천기술이 부족하다. 예를 들면 가치사슬 단계별 원료가공기술 확보를 통한 원료소재의 부가가치가 향상되는 사례로 규석 광물자원의 경우 1차 원료 가공품인 4N급 메탈실리콘 가격의 1.5%에 해당하며, 태양전지 원료로 사용되는 2차 가공품인 6N급 폴리실리콘 가격과 비교하면, 0.0003% 정도이다.
국내 세라믹소재 기업은 99%이상이 50인 이하의 영세한 중소기업으로 구성되어 원료소재에 대한 기술개발 투자가 부족하여, 고부가가치의 고순도 원료소재는 일본으로 부터의 수입에 의존하고, 저부가가치의 범용 원료소재는 중국으로부터 수입에 의존하고 있다. 원료산업 구조가 붕괴된 국내 세라믹산업은 중, 미, 일본, 미국, 중국 모두에게서 무역수지 적자를 기록하고 있으며, 그 규모도 지속적으로 증가되고 있다. 특히 세라믹산업은 부품소재분야에 있어서 대일 무역역조가 가장 큰 산업으로 이는 일본과의 기술격차가 매우 커서 글로벌 세라믹소재부품 시장에서 산업경쟁력이 지속적으로 감소하고 있는 상태이다.
고부가가치 세라믹원료소재의 글로벌 경쟁력을 갖춘 일본의 경우는 원료/소재/부품/모듈/완제품에 이르는 supply chain형 수요공급이 한 지역에서 이루어지는 경우가 많고, 토요다와 같은 자동차 메이커의 경우 생산현장에서 수요업체와 공급업체간의 상생협력 모델이 제품설계 단계부터 제조공정에 까지 반영되어 강력한 산업기술 경쟁력의 원천으로 자리잡고 있다.
그동안 가전이나 반도체에 있어서 완제품에서는 한국 대만 기업들의 제조공정 혁신에 따른 급속한 추격으로 일본의 시장점유율은 감소하고 있다. 그러나 상대적으로 가전이나 반도체에 소요되는 원료 및 기초소재 분야의 글로벌시장 점유율은 증가하는 추세로 이는 일본이 그동안의 엔고현상에도 불구하고 후방산업인 원료 및 기초소재 분야에서의 높은 부가가치 창출과 높은 국산화율로 인해 일본의 토요다, 소니 등 최종 수요기업들이 건실하게 버티게 하는 근본적인 이유이기도 하다.  이러한 현상은 그림 7과 같이 원료소재와 최종 수요제품에 강한 글로벌 경쟁력을 지닌 대기업이 존재하는 일본, 미국, 독일 등은 smile 곡선으로 나타나는 반면, 원료소재부분이 취약한 한국과 중국의 경우는 가치사슬 상에서 부가가치가 낮은 부품소재(한국) 및 단순조립(중국) 분야에 중소기업으로 이루어진 것으로 crying 곡선으로 나타나게 된다.

그림 1. 세라믹 소재부품산업의 Supply Chain 단계별 기업분포도

그림 2. MLCC 세라믹 소재부품에서의 가치사슬에 따른 부가가치

그림 3. 세라믹 소재부품산업의 Supply Chain 단계별 기업분포도

그림 4. 금속 및 비금속광물자원을 활용한 고기능성 세라믹원료 소재화 공정도

그림 5. 광물 및 원료로 부터 제조된 파인세라믹 원료의 분류 및 소재화 구성도

2-2. 국내 세라믹 원료산업 시장현황
세라믹산업의 글로벌 시장규모는 2012년도 3,3756억불에서 2020년도에는 5,645억불로 성장될 것으로 전망되고 있는데, 이는 그림 8과 같이 현재의 ICT 산업수요 중심에서 향후로는 신재생에너지, 환경, 바이오분야로 확대될 것으로 예상되기 때문이다. 세라믹산업의 글로벌시장 점유율은 쿄세라, 무리타, NTK, 및 TDK로 대표되는 일본이 44%를 점유하고 있고, Cree사와 Corning사으로 대표되는 미국이 22%를 점유하고 있다.

그림 7. 첨단세라믹소재의 신성장동력군의 활용사례 및 연평균 성장률

(본 사이트는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2013년 6월호를 참조바람.)

5. 참고문헌
1. 일본소재산업 경쟁력, 남장근, 산업연구원 (2007)
2. 소재산업경쟁력 강화 제고를 위한 수요산업간 연계성 강화방안, 정은미외 3인, 산업연구원 (2008)
3. 파인세라믹 산업실태 및 발전전략 수립, 지경부 (2008)
4. 세라믹소재 선행기술 및 발전방안, 최병헌 (2009)
5. 첨단세라믹 supply chain 연구, 김병익 (2010)
6. 성장동력으로서 주요 핵심전략소재 발전전략, 남장근, 산업연구원 (2011)
7. 소재산업 밸류체인 분석 및 기술수준 조사, 한국산업기술평가관리원 (2011)

박 상 엽
- 1978 ~ 1982 서울대학교 요업공학 학사
- 1984 ~ 1986 한국과학기술원 재료공학과 석사
- 1987 ~ 1991 한국과학기술원 재료공학과 박사
- 1988 ~ 1990 독일 Max Planck 연구소 초빙연구원
- 1997 ~ 1998 독일 우주항공연구소 방문연구원
- 1991 ~ 현재  강릉원주대학교 세라믹신소재 공학과 교수
- 2005 ~ 현재  강원TP 신소재 클러스터 사업단 단장