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National Nanotechnology Policy Center

정책연구보고서

정책센터 [정책브리프] 6 호

페이지 정보

발행기관
국가나노기술정책센터
저자
6
발행일
2010-03-17
조회
6,103
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정책브리프
icon_main01.gif 미국의 경쟁력 강화를 위한 3대 제조분야 선정
icon_main01.gif 나노기술 리스크 거버넌스 - 리스크 분류에 따른 나노기술의 세분화가 선결과제
icon_main01.gif 에너지분야에서 나노기술에 대한 예측
icon_main01.gif 화장품 성분으로서 나노재료의 사용은 안전한가?
icon_main01.gif 나노기술분야 SCI 논문정보를 활용한 주요국 나노기술 경쟁력 분석

미국의 경쟁력 강화를 위한 3대 제조분야 선정
 

 

 미국 NSTC(National Science and Technology Council)의 Manufacturing Research and Development IWG(Interagency Working Group)에서는 2008년 3월“Manufacturing the Future”라는 보고서를 발간하였다.
보고서에서는 미국이 급변하는 글로벌 연구개발 환경에서 경쟁력을 갖추기 위해 3가지 제조분야를 중점 연구개발하여야 한다고 지적하고 있다. 3가지 연구분야는 △수소에너지 기술(hydrogen energy development) △나노제조기술(nanomanufacturing), △지능형 및 통합된 제조기술(Intelligent and Integrated Manufacturing)이다. 여기에서는 보고서의 내용중 나노제조기술 부분에 대해 간략하게 소개하고자 한다.


1209368475530● 미국의 전체 기초연구개발투자에 있어 미연방정부는 61%, 산업계는 16%, 나머지는 주정부나 비영리 연구소가 담당하고 있음. 미국의 기초연구개발에 있어 미연방정부의 역할이 중요함.

 

● 기초연구개발에의 막대한 투자는 미국의 경쟁력 강화를 위한 투자라고 인식하고 있으며, 이러한 의지는지난 2006년 2월경 미국 경쟁력 전략(AmericanCompetitiveness Initiative, ACI)을 수립하면서 더욱구체화되었음- ACI에 따르면 향후 10년동안 과학기술분야의 기초연구 투자액을 2배이상 늘릴 계획임. 이렇게 증가되는 비용은 500억 달러에 달하며, 기초연구분야 중 과학기술분야에 광범위하게 영향을 미치는 기술과 그성과를 통해 막대한 경제적 효과를 얻을 가능성이 있는 혁신적인 기술분야를 그 대상으로 삼고 있음.



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● 제조기술의 연구개발(Manufacturing R&D)은 다른 기술에 미치는 영향력이 클 뿐만 아니라 기업의 생산성 향상에 포커스가 맞춰져 있어 경제적 효과가 큰분야임. 제조기술연구개발의 범위는 신소재, 소자,시스템 등 그 범위가 넓음. 혁신적인공정을 통해 생산성을 향상시키고제품에 새로운 기능을 부가하는 일은 산업계의 경쟁력 강화에 매우 중요함. 따라서 제조분야는 과학적인성과를 적극적이고 능동적으로 수용하여 제조업체들의제품생산체제를 혁신적으로 전환할 수 있도록 하여야함.

● 과학적 성과의 개발 및 기술혁신의 속도가 가속화됨에 따라 전세계적으로 제조분야의 새로운 변화가 예상되고 있음. 특히 정보기술, 나노기술, 바이오기술 등의첨단 기술분야는 경제, 사회는 물론 환경에도 지대한영향을 미치고 있음. 이러한 기술분야의 성과를 바탕으로 새로운 공정, 장비, 예측모델 등 제조와 관련된 환경이 빠르게 변화되고 있으며, 이러한 기반을 통해 새로운 형태의 첨단 제조기술이 가능하게 되었음.

● 현재 미국의 제조분야는 새로운 도전과 기회를 맞고 있음. 미국의 경쟁력 확보를 위해 제조분야가 이러한 환경에 얼마나 효율적으로 어떻게 대처하느냐가 중요함. 미래 경쟁력을 위해 산업계와 대학 그리고 정부는 제조분야의 혁신에 대한 공감대를 형성하고 있음.

● NSTC(National Science and TechnologyCouncil)의 제조연구개발 IWG(InteragencyWorking Group on Manufacturing R&D)에서는 미연방정부가 중점적으로 추진해야 할 제조연구개발 분야를 선정하였음.
1. 수소기술을 위한 제조연구개발(ManufacturingR&D for Hydrogen Technologies)
2. 나노제조(Nanomanufacturing)
3. 지능형 및 통합된 제조(Intelligent andIntegrated Manufacturing)

● 3개의 제조기술분야는 미국의 국가 경제 및 안보에향후 큰 영향을 미칠 것이라는 판단 하에 선정된 것으로 미국 경쟁력 전략에 포함되어 있음. 수소제조분야의 경우 Hydrogen Fuel Initiative에서, 나노제조분야의 경우 National Nanotechnology Initiative에서,지능형 및 통합된 제조분야의 경우 Networking andInformation Technology Research andDevelopment(NITRD)에서 다루고 있음.
- 수소기술 제조분야 : 수소생산과 저장기술 그리고연료전지의 구성요소 및 시스템 등의 신뢰성 있는 생산에 목표를 두고 있음. 최종적인 목표는 소형 승용차의 연료를 수소에너지로 대체하는 것이며, 대체에너지 기술을 확보하고 배기 오염물질 및 온실가스의배출을 줄임으로써 환경 위해요소를 제거할 수 있다는 장점이 있음. 생산단가를 낮추고 대량생산을 가능하게 하는 제조공정의 개발과 수소연료 인프라 및 연료전지 자동차의 개발이 필수적임.
- 나노제조분야 : 나노수준의 소재와 디바이스 및 시스템의 신뢰성있는 대량 생산을 목표로 하고 있음. 나노기술분야는 전세계적으로 미래 경제 성장의 중요한 원동력으로 간주되고 있음. 나노제조분야는 그적용범위가 광범위하여 항공산업에서부터 에너지,보건, 농업분야 등 거의 모든 산업분야에 영향을 미칠 것으로 생각되고 있음. 나노제조에서는 탑다운(Top-down) 공정은 물론 보텀업(Bottom-up), 자기조립에 관계된 분야를 모두 포함함.
- 지능형 및 통합된 제조분야 : 변화된 환경과 새로운 기회에 쉽게 대응할 수 있는 시스템과 고효율의생산장비, 공정 등의 분야. 이 분야의 종합적인 목표는 미국 제조업체의 조직간 능력을 향상시키는데 있음. 결국 기업의 크기와 장소에 구애받지 않는 네트워크화된 기업을 구현하는 것임.

● 3가지 연구분야는 단독으로 작용하는 것이 아니라상호보완적임. 한 분야에서의 성과가 다른 분야의 발전과정에 영향을 줄 수 있는 것임. 예를 들면 수소저장이 가능한 나노소재의 효과적인 생산은 화석연료에 의존적인 수송 시스템에 큰 영향을 줄 수 있음. 유사하게지능형 제조툴은 생산 디자인 및 제조 시스템을 최적화시켜 효과적인 생산을 가능하게 함.


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● 나노제조분야의 연구개발은 기존의 STM, AFM과같은 나노툴을 이용하여 새로운 아이디어를 현실화하는 공정의 개발은 물론 나노수준의 조작이 가능한 전혀 새로운 형태의 공정 툴을 개발하는 연구를 병행하여야 함.

● 나노제조분야에 있어서 사회적인 영향에 대해 고려하는 것을 잊어서는 안 됨. 새로운 나노제조기업의 등장이 기존 산업에 어떠한 영향이 미칠 것인지, 환경이나 인체 유해성에 대해서도 점검해야 할 것임. 궁극적으로는 새로운 산업이 과연 사회에 좋은 영향을 끼칠것인지 그리고 예측되는 이익을 어떻게 최적화 시킬것인지에 대해서도 고려해야 함.


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● 나노제조에 있어서 IWG는 NNI의 효과적인 추진을지원하고 있음. 연방정부의 제조관련 프로그램중 나노제조분야의 과제를 조율하고 각 기관과의 공동 연구프로그램을 조정하는 역할을 하게 됨. IWG는 제조관련기업에도 나노제조와 연관된 연구를 지원함은 물론 전문적인 자문지원도 함께 함. 이러한 일련의 활동은 기업의 나노제조공정의 생산성 향상에 기여하게 됨.

● 또한 관련 정부부처의 나노제조분야 지원활동을조사하여 NNI 예산 배정에 직·간접 영향을 미치고있음.
 


<부처별 나노제조분야의 활동)
 

 

IWG Agency

Infrastructural Applications

Product/Process-Specific Applications

보건부

(Department of Health and Human Services)

• 환경 및 인체 안전성

• 나노입자의 물리적 특성 및 생체내 영향 분석

• 생물리학적 특성과 상호작용을 예측할 수 있는 정보 툴

•나노수준의 진단 및 치료 디바이스

상무부

(Department of Commerce)

• 나노기술기반 제품의 측정 및 표준에 대한 지원

-

국방부

(Department of Defense Official)

-

• 국방용 나노 디바이스, 시스템, 소재

에너지부

(Department of Energy)

• 나노소재에 대한 기초연구

• 나노제조를 위한 기술기반 확립

노동부

(Department of Labor)

• 작업인력의 교육 훈련

-

교통부

(Department of Transportation)

-

• 도로, 교량 등 교통인프라를 향상시킬 수 있는 나노소재

교육부

(Department of Education)

• 진로 인식(career awareness), 중등 후 과정의 표준화

• 제조기술분야의 경력개발 과정제공

-

환경청

(Environmental Protection Agency)

• 생태 및 인체 안정성 평가

• 전주기평가(life cycle assessment)

• 환경 감시센서 및 환경 복원용 나노디바이스

• 독성물질을 대체할 수 있는 나노소재

NASA

-

• 우주탐사용 나노센서

• 경량, 고성능, 다기능 구조체

NSF

• 나노제조 분야의 신뢰성 확보, 효율증대, 비용 절감을 위한 연구

• 작업인력의 교육 훈련

-

농무부(Department of Agriculture)

• 생물학 기반의 나노디바이스, 소재 제조

• 농업분야와 관련된 나노바이오 교육

• 음식의 유해성 물질 탐지 나노센서

• 식품안전을 위한 기능성 나노입자

 



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● 나노제조 연구개발의 목표는 과학기술분야의 혁신적인 성과들을 제조분야에 적용하여 새로운 공정의 개발과 양질의 나노제품의 생산을 보장하는 시스템의 개발임.


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● 이러한 나노제조분야는 나노기술제품의 타입에 따라 4가지 단계로 볼 수 있음. 각각의 제품 단계는 서로오버랩이 되어 있으며, 다음 단계의 기반을 제공하고있음. 단계가 올라갈수록 제품은 기능이 많아지고 점점복잡해지게 됨.
- 1단계(2000~) : 수동적인 나노구조(나노구조의 코팅소재, 나노입자, 나노입자의 분산, 나노복합재, 벌크 나노구조소재, 금속나노분말, 폴리머, 세라믹, 바이오 빌딩블럭 등)
- 2단계(2005~) : 능동적인 나노구조(트랜지스터,약물전달, 생물학적 및 화학적 센서, 액추에이터 등)
- 3단계(2010~) : 3차원 나노시스템과 복합적인 합성·조립기술로 제작된 나노시스템(바이오 어셈블리, 나노수준의 네트워킹, 멀티스케일 구조물)- 4단계(2015~) : 물질의 디자인, 이종분자 나노시스템(각각의 분자는 나노시스템에서 독특한 구조를가지며 서로 다른 기능을 가짐), 분자소자

1209368636177● 나노제조에서 주목하는 것은 3차원 구조물에 적용가능한 공정임. 하지만 대량생산 및 예측 가능한 생산의 측면에서는 기술적인 문제가 현재 존재하고 있음.
각 단계별 나노제품의 경우 기존의 제조업계에서 사용하고 있는 공정을 개선하여 구현 가능한 기술도 있지만대부분의 경우는 각 단계별로 혁신적인 공정의 개발이필요할 것임.

● 나노제조분야의 기술영역은 탑다운 기술과 보톰업기술을 모두 포함함. 탑다운 기술은 스케일을 점점 축소시키는 것으로 기존의 기술을 개선하는 것으로 구현이 가능함. 현재의 반도체 산업에서 회선의 폭을 점점축소시키는 것이 대표적인 예임. 보텀업 기술은 개별원자를 조작하여 복잡한 구조를 만드는 기술과 공정임.

● NNI에서는 나노제조분야에 있어서 핵심적인 니즈를 도출하기 위해 수차례의 워크숍을 통해 △인프라의개발과 파트너쉽, △통합된 제품 및 공정 디자인 툴과시스템, △사회·환경·인체 영향 등의 3개 영역을 도출하였음.

♣ 서주환 연구원 (nano@kisti.re.kr)


나노기술 리스크 거버넌스 - 리스크 분류에 따른 나노기술의 세분화가 선결과제
 
 나노기술의 리스크 거버넌스 문제가 주요한 국제적 이슈로 부상하고 있다. 세계 나노기술 개발붐을 촉발한 미국은 나노기술의 리스크 거버넌스에 주목하고, 현재는 이를 더 확대시킨“수렴기술(converging technologies)의 세계 거버넌스 체제”를 제시하고 있다. 일본은 실질적인 위험평가라는 측면에 주목하고 있다. 특히, 인공으로 제조되는 나노소재의 위험 문제에 주목하며, 이번달 중순 OECD와 함께“공업나노재료의 리스크 평가”라는 국제심포지움을 개최한다. 나노기술의 리스크 거버넌스 문제의 현황과 주요 이슈들을 살펴보았다.


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● 리스크(risk)는 기술자체가 지닌 위험성과 기술의응용으로 야기되는 위험성을 포괄하는 개념으로, 본 고에서는 단순히 기술이나 제품의 위험 문제에 초점을 두지 않고, 보다 폭넓은 의미의 위험을 표기하기 위하여“리스크”로 서술함.

●‘거버넌스(governance)’의 의미는 매우 다양하게사용되지만, 나노기술의‘리스크 거버넌스’에서 논의되는 개념은 관련된 리스크 정보의 수집, 분석, 확산 및결정수립 과정에 대한 모든 행위자, 규약, 과정, 매카니즘을 포괄함

(1) 리스크 거버넌스는 리스크 관련 모든 결정 및 행동을 포괄해야함.
(2) 리스크 거버넌스는 다양한 이해당사자들 사이의 협력과 조정이 요구되는 상황에서 특히 중요함.
(3) 리스크 거버넌스는 (i) 제도적 배열 (규제 및 법적 체계 그리고시장, 인센티브, 가치규범 등과 같은 조정기제), (ii) 사회-정치

*위의 정의는 국제리스크 거버넌스 위원회(International Risk Governance Council, IRGC)와 M.C. Roco의“리스크 거버넌스”의 대한 개념정의에 기반함.

● 즉, ‘거버넌스’는 집단적 의사결정을 위한 구조와과정을 포괄하며, 여기에는 정부 뿐만 아니라 여러 다양한 이해단체들이 정책결정에 참여하는 것이 핵심적요소가 됨. 따라서, ‘리스크 거버넌스’는 현대 사회에있어 결정은 더 이상 정부에 의해 탑-다운으로 이루어지지 않고, 모든 이해집단의 참여와 협력에 의해 이루어져야 한다는 생각을 반영하고 있음.


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● 나노기술 리스크 거버넌스는 리스크를 감소하기 위해서 다양한 이해당사자의 협력과 조정이 요구될 때,특히, 특정한 정책결정 체계가 정립되어 있지 않은 경우에 중요한 기능을 수행할 것이라는 기대를 받고 있음.

● 미국 등의 선진 과학기술개발국과는 다르게, 한국의경우는“한국적 상황에 대한 이해”에 기반하여 리스크거버넌스의 중요성이 강조되고 있음.
- 국내에서 신흥기술의 리스크 거버넌스가 주목받는이유로는 (i) 한국 과학기술경쟁력의 향상에 따라 연구개발 초기부터 기술개발의 잠재적 영향을 고려해야만 하는“새로운 연구개발시대”의 등장과 (ii) 이해관계그룹의 갈등 조정으로 재구성되는 연구방향의결정이, 장기적으로 기술개발의 산업화와 사회적 자원의 효율적 이용에 긍정적으로 작용한다는 인식의확산 때문임.
- 송위진 등(2007)은 한국의 기술개발수준을 (i)선진국의 기술을 모방하던 추격단계에서 (ii) 이제는 동등하거나 일부 선도하고 있는 탈추격 단계에 진입했다고 간주함. 탈추격 단계는 불확실성을 가진 기술혁신활동이 증가함에 따라 기술 위험의 발생 가능성도 높아지기에, 정책적 차원에서 위험을 수용하고 관리하는 것이 더욱 중요한 이슈로 등장하지만, 우리나라는추격단계에서 형성되어온 과거의 유산이 여전히 지배하고 있다는 점에서 기술 위험에 대한 새로운 접근과 정책적 대응이 절실히 요구되고 있다고 판단함.
이들은 △위험관리체계의 재정립과 △위험커뮤니케이션의 강화, △기술 유형별 위험 관리, △예방적 접근과 한정된 범위의 시행착오 전략의 활용, △지식축적과 학습의 강화를 주요 정책과제로 제시함.


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● 리스크 거버넌스 전략은 국제적인 연계협력 활동을도모하는 방향으로 확대되고 있음.
- 스위스 제네바에 위치한“국제 리스크 거버넌스위원회(IRGC)”는 미국 과학재단(NSF)과 함께 2005년이후 나노기술 거버넌스 전략을 작성하였으며, NSF는 이러한 전략에 기초하여 국제 나노기술 리스크 거버넌스 체제 구축을 제안하고 있음(Roco, 2008).
- 또한 미국은 나노기술의 전반적 사회적 영향문제에 대응하기 위하여, 2003년 8월 12개 부처가 참여하여 설립된, 나노기술환경보건영향워킹그룹(Nanotechnology Environmental and HealthImplications Working Group, NEHI WG)을 통하여 환경위험성 문제를 조명하고, NSET의 사무국에해당하는 나노기술조정국(NNCO)도 환경, 보건 등의 나노기술의 사회적 영향문제에 대한 임무를 수행중임.

● 일본은 나노기술 연구개발의 원활한 추진을 위하여2006년부터 5년간의 계획으로, 생산종합연구소(AIST), 산업의과대학, NEDO 등에서 나노입자 리스크 평가에 대한 연구사업을 진행함. 특히, ISO (국제표준화기구), OECD(경제협력개발 기구) 등에서 전개되는 인공으로 제조된 나노입자의 리스크 관련 활동에 적극 참여하고 있으며, OECD와 함께“공업나노재료의리스크 평가”라는 국제심포지움 개최(2008.4.23)를 추진 중.

● 과학기술의 리스크 거버넌스 문제를 범정부차원에서 모색 중인 네덜란드는 IRGC의 리스크 거버넌스 아이디어를 채용하면서도“나노기술 제품을 프레임으로한 묶음으로 만드는 것은 위험 이슈를 분리하여 처리해야한다는 아이디어를 훼손하는 것”이라며 실재적인 리스크 거버넌스 대상으로서의 나노기술을 세분화 함(Health council of the Netherlands, 2006)


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● Roco 등은“위험과 관련된 지식의 활용가능성”에기반하여 리스크를‘단순(simple)’, ‘복잡(complex)’,‘불확실(uncertain)’,‘ 애매모호(ambiguous)’등 4 가지로 분류함.


(1)‘ 단순 문제’는 문제가 부차적이거나, 별로 중요하지 않다는 것을의미하는 것은 아니라, 문제들이‘통상적 방법에 기초하는(routine-based)전략’을 통해서 관리될 수 있다는 것을 말함. 즉, 과학적 불확실성이 없으며 기존의 방법으로 대응이 가능한부분.
(2)‘ 복잡 문제’는 많은 요인들이 작용하여 인과관계를 규명하고 정량화하는 것이 어려운 부문의 문제
(3)‘ 불확실 문제’는 지식의 부재를 나타내는 분야의 문제. 인간의지식은 언제난 불확실한 가정과 전제, 예측에 기반하여 불완벽하고 선택적이다는 인식에 기반함.
(4)‘ 애매모호 문제’는 같은 정보에 대해서 사람 또는 조직별로 가치 판단의 차이가 날 수 있는 문제.

● 위의 리스크 분류에 대해서는 전반적으로 이견이 존재하지 않음. 그러나 구체적 사례적용에 관해서는 이견이 존재함.


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● Roco는 4가지 리스크 유형과 4가지 나노기술 제품의 발전전망을 토대로, 리스크의 현재와 미래 가능성에따라 2개의 프레임으로 분류함.
- 나노기술제품의 1 세대는 수동형 나노구조체(passive nanostructures), 2세대는 능동형 나노구조체(active nanostructures), 3세대는 개별 나노시스템의 시스템화(systems of nanosystems) 그리고 4세 대 는 분 자 나 노 시 스 템 (molecularnanosystems). 각 각 2000, 2005, 2010,2015/2020년 이후에 시장에 진출될 것으로 예견함.
- 미국은 NNI 발표 이후 처음 5년간(2001~2005년)의 세계 연구 방향은 기초 발견(basic discoveries)과수동형 나노 구조체의 제조에 초점이 맞추어 졌지만,현재는 능동형 나노구조체와 나노시스템부문이 부각하고 있다고 진단하고 있음.

● 이러한 나노기술제품 세대들을 2개의 프레임으로분류하는 데, 1세대는 프레임 1에 분류하고, 2~4 세대는 프레임 2로 분류함.
- 프레임을 나누는 기준은 위험의 즉각성에 기초함. 즉, 제1세대 제품과 수반하는 나노입자 독성문제와다른 세대에 결부된 폭넓은 사회적 위험 이슈들은 완전히 다른 위험 관리절차를 적용하고 있음. 2가지 프레임을 분리하지 못하면, 수동형 나노소재의 위험관리를 개선하는 것이 방해를 받게 된다는 판단때문임.
- 그러나 이러한 프레임 분류가 다른 유형의 리스크를 가진 문제를 동일하게 취급할 수 있는 난점이 있다는 지적이 제기됨.


 


나노기술의 발전 전망