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인걱 손
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1 CLEAN TECHNOLOGY, Vol. 18, No. 2, June 2012, pp. 144~154 청정생산공정기술 석탄가스화기술에대한특허분석 문성근, 정영훈, 김윤정, 정연수 * 서울시립대학교공과대학화학공학과 서울특별시동대문구서울시립대로 163 (2012 년 3 월 15 일접수 ; 2012 년 4 월 3 일수정본접수 ; 2012 년 4 월 3 일채택 ) A Patent Analysis on Coal Gasification Technology Seong Geun Moon, Yung Hoon Jung, Yoonjung Kim, and Yonsoo Chung* Department of Chemical Engineering, University of Seoul 163 Seoulsiripdae-ro, Dongdaemun-gu, Seoul , Korea (Received for review March 15, 2012; Revision received April 3, 2012; Accepted April 3, 2012) 요 약 석탄가스화기술에대하여 1970 년대중반부터 2010 년까지의한국, 미국, 일본, 유럽및국제특허를조사하고, 각국의출원현황, 점유율, 주요출원인, 특허활동지수, 시장력등을분석하였다. 기술발전의초기에는일본과미국이기술개발을주도하였으나 2000 년대들어특허활동주체가다변화되고있으며전체적인기술발전주기는발전기에해당하는것으로분석되었다. 세부기술가운데가스화기분야에서의특허가가장많은것으로나타났다. 인용도지수, 영향력지수, 기술력지수, 특허패밀리크기등의지표를이용하여주요특허권자의기술경쟁력을분석하였다. 특허패밀리크기및인용도지수를이용한정량화를통해핵심특허를도출하고기술흐름도를작성하여기술동향을살펴보았다. 주제어 : 석탄가스화, 특허분석, 가스화기, 합성가스, 석탄 Abstract : Technology trends of coal gasification were studied through patent analysis. The patents published or registered in Korea, U. S. A., Japan and Europe, and administered by the World Intellectual Property Organization from mid 1970s to 2010 were analyzed based on the application tendency, patent share, major applicants and their activity indices, and market power, etc. Japan and U. S. A. led the patent activities in the early phase of technology development, but major applicants had been diversified globally since Portfolio analysis revealed that the technology was under developing period. The analysis showed that the most active R&D had been focused on gasifier development. Technology competitiveness was analyzed via indices such as cites per patent, patent impact index, technology strength and patent family size, etc. Key patents were extracted through quantification based on patent family size and cites per patent. The technology flow was figured out to reveal the technology trends. Keywords : Coal gasification, Patent analysis, Gasifier, Syngas, Coal 1. 서론 석탄가스화란석탄으로부터일종의합성가스 (syngas) 인석탄가스 (coal gas) 를생산하는것을의미한다. 석탄가스는일산화탄소, 수소, 이산화탄소및수증기등으로구성된가연성혼합가스로서산업화초기에도시의조명및열공급을위해주로사용되었으며 Fischer-Tropsch 공정등을통해가솔린이나디젤등수송용연료로전환되어이용되기도하였다. 20세 * To whom correspondence should be addressed. yonsoo@uos.ac.kr doi: /ksct 기중반이후석유의개발및보급의증대에따라시장에서의경쟁력을상실하여기술이사장될위기에처했으나최근에는석유및천연가스의가격상승으로인해그경제적가치가다시주목받고있다. 석탄가스화기술은저가의석탄을이용하여석유및천연가스등고부가가치의제품을생산할뿐만아니라제조공정상발생하는황, 슬래그, 전력등의부산물을재활용하거나판매할수있어서추가의수익창출이가능하다는장점을갖는다. 또한석탄을직접이용하는기존의방법에비해황화합물이나질소화합물등환경오염물질의배출이상대적으로적다는이점을갖는다. 또한석탄가스화공정에서배출되는이산화탄소 144

2 석탄가스화기술에대한특허분석 145 를고순도로포집하여자원화할수있다는점도향후강화될탄소규제정책에대비하여추가의경쟁력을갖출수있을것으로판단된다. 최근석탄가스화기술이새로이각광받는데는석탄가스화복합발전 ( 석탄 IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle) 의영향이크다고할수있다. 석탄가스화복합발전은고체인석탄을단순히태워서발전하는기존의석탄화력발전방식과달리석탄을가스화한뒤가스터빈과증기터빈으로이루어지는복합사이클을통해전력을생산하는시스템이다. 석탄가스화복합발전시스템은석탄가스화장치와기존의복합발전시스템을결합한것으로서, 주요구성기기는석탄공급장치, 석탄가스화기 (coal gasifier), 가스정제장치, 복합사이클발전설비및산소플랜트등으로구성된다. 석탄가스화복합발전은기존의미분탄화력발전에비해발전효율이높을뿐아니라황산화물의 90%, 질소산화물의 75% 이상그리고이산화탄소를 25% 까지저감할수있는기술로알려져있으며미국, 독일, 네덜란드, 스페인등이적극적으로개발에나서고있다. 최근에는석탄가스화복합발전시스템의핵심요소인석탄가스화기술에대하여에너지전환효율을높이고이산화탄소의배출을획기적으로저감하기위한연구개발이세계적으로진행되고있다. 석탄가스화복합발전은현재상용화초기단계이지만빠른시일내에미국과일본, 유럽등선진국을중심으로기존화력발전을대체할것으로전망되고있다. 이에현재의기술동향을파악하고핵심기술을권리화하는노력이필요할것이다. 본연구에서는석탄가스화기술에대한특허분석을통하여석탄가스화복합발전과관련한이들기술의세계적인기술동향을분석하였다. 본논문은 Moon et al.[1] 을바탕으로하여자료를추가, 확대하고정량적분석을재구성하였으며정성적분석을새로이실시하여그결과를정리한것이다. 2. 석탄가스화기술의분류석탄가스화는석탄의부분산화를통해발생하는열을이용하여반응중간생성물인 CO 2 와 H 2O를미반응탄소와반응시켜 CO와 H 2 의혼합물인합성가스로전환하는과정을의미한다. 석탄가스화는석탄의건조및예열, 휘발분의분리, char 의가스화반응등의과정을거친다. 원료인석탄을가열하면 105 근처에서비결합수가증발되는건조과정이시작되고 350~550 에서기상의휘발분, 액상의타르, 고체인 char로분리되는열분해과정이진행되며, 열분해생성물인 char는수증기와의반응을통해가스화된다 [2,3]. 석탄가스화반응이일어나는가스화기 (gasifier) 는그형식에따라고정층, 유동층, 분류층등으로구분되며공기또는산소가산화제로사용된다. 또한석탄의공급방식에따라건식및습식으로구분된다 [4,5]. 석탄가스화에는휘발분이많은역청탄, 아역청탄등이주로사용되나저급탄을건조과정을거쳐고품위화하여사용하기도한다. 석탄건조기술은석탄및천연가스의생성원리를저급탄의연료화를위해응용한기술로서건조과정을통해 Table 1. Classification of coal gasification technology Category Sub-category Gasification Coal drying Oxygen supply Feed supply Gasifier Syngas cooling Instrumentation Separation Desulfurization Dust removal Deacidification Carbon capture & storage 석탄중의수분함량을 34 wt% 에서 3 wt% 로감소시키고발열량을 4,500 kcal/kg에서 6,000 kcal/kg으로증가시킨다 [6,7]. 고온, 고압의가스화반응을통해생성된합성가스는 CO 2, H 2S, SO x, NO x, NH 3 및다량의회분 (ash) 을포함한다. 혼합가스는가스냉각장치를통해냉각된후집진장치, 폐수처리장치, 탈황장치및 CO 2 회수장치등일련의정제과정을거쳐합성가스로생산된다. 석탄가스화기술이석탄가스화복합발전과연계되는경우 CO 2 포집을통해전력생산비용의저감뿐아니라합성천연가스생산을통한부가가치의증대를꾀할수있다는이점때문에탄소포집및저장 (Carbon Capture & Storage: CCS) 을위한연구개발이활발히진행되고있다. 탄소포집및저장기술은 CO 2 회수위치및방법에따라연소전기술, 연소후기술및공기대신산소만이용하는순산소연소기술등 3가지로나뉘며공정에따라흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법등으로분류되기도한다 [8]. 본연구에서는 Table 1에보인것과같이석탄가스화기술을가스화공정기술과후속분리공정기술로구분하여특허분석을실시하였다. 가스화공정은다시석탄건조 (coal drying), 산소공급 (oxygen supply), 원료공급 (feed supply), 가스화기 (gasifier), 가스냉각 (syngas cooling), 계측 (instrumentation) 등세부기술로분류하였으며분리공정은다시탈황 (desulfurization), 탈분진 (dust removal), 탈산 (deacidification), 탄소포집 / 저장 (carbon capture and storage) 등으로분류하였다. 3. 특허분석 3.1. 특허분석의기준및지표석탄가스화기술에대하여 1970년대부터 2008년 9월 30일까지출원공개된한국, 일본, 유럽, 국제및미국공개특허와 2010년 3월 31일까지출원등록된미국등록특허를대상으로특허분석을실시하였다. 미국의경우 2001년부터출원공개제도를채택하였기때문에, 등록특허와아울러 2001년 3월 15 일이후의공개특허도검색하였다. 검색에이용한데이터베이스는 WIPS[9], KIPRIS[10], USPTO[11], EPO[12], IPDL[13]

146 청정기술, 제 18 권제 2 호, 2012 년 6 월 Table 2. Summary of patent search Patent Korea Patent Japan Patent European Patent WO Patent* Patent classification Published patent Registered patent U.S. Patent Published patent * PCT patent administered by WIPO Period 1979.

3 146 청정기술, 제 18 권제 2 호, 2012 년 6 월 Table 2. Summary of patent search Patent Korea Patent Japan Patent European Patent WO Patent* Patent classification Published patent Registered patent U.S. Patent Published patent * PCT patent administered by WIPO Period Number of patents 등이며검색을위한키워드로서가스화 (gasification), 가스화기 (gasifier), 합성가스 (syngas), 석탄가스 (coal gas), 석탄 (coal), 이산화탄소 (carbon dioxide) 등의용어를이용하였다. 검색된특허의초록과제목및청구항등을중심으로내용의일치여부를검토하여노이즈를제거하여얻어진한국특허 88건, 일본특허 567건, 유럽특허 116건, 미국특허 492건 ( 등록특허 392 건과공개특허 100건 ), 국제특허 113건등모두 1,376건의유효특허를대상으로특허분석을실시하였다. 여기서국제특허는 PCT (Patent Cooperation Treaty) 에의해 WIPO (World Intellectual Property Organization) 가주관하는특허를의미한다. 2001년이후의미국공개특허의경우등록특허와중복되는것은분석에서제외하였다. Table 2에검색대상특허, 기간및검색특허의수 [1] 를정리하였다. 특허분석은정량적인분석과정성적인분석으로나누어 실시하였다. 정량적인분석에서는각국의출원현황, 주요출원인, 점유율, 기술분야별출원동향, 시장력, 기술경쟁력등을분석하였다. 기술분야별특허동향을파악하기위하여특허활동지수 (AI: Activity Index) 라는지표를사용하였으며주요특허권자의기술경쟁력을분석하기위하여인용도지수 (CPP: Cites Per Patent), 영향력지수 (PII: Patent Impact Index), 기술력지수 (TS: Technology Strength), 특허패밀리크기 (PFS: Patent Family Size) 등의지표를사용하였다. 특허활동지수는특정기술분야에서의상대적특허활동집중도를나타내며인용도지수는특정특허권자의피인용수로서원천특허소유여부를판단하는데도움이된다. 영향력지수는특정출원인이소유한기술의질적인수준을측정하는지수이며기술력지수는해당국가또는특정출원인의기술력의높음정도를나타낸다 [14]. 특허패밀리크기는특정발명에대한권리보호를위하여여러국가에동시에출원하는특허인패밀리특허 (family patent) 의평균크기로서특허를통한시장확보의지를나타내는지표이다. 정량적인분석의결과를바탕으로기술적중요도가높다고판단되는핵심특허를파악하고기술흐름도를작성하는정성적인분석을실시하였다 특허출원동향 출원국별특허출원동향 Figure 1은연도별특허출원동향을출원국별로보인것이다. 특허는출원일로부터 1년 6개월이후에공개됨이원칙이므로, 연도별출원경향은검색된특허중 2008년 9월까지출원된특허에한하여분석하였다. 석탄가스화기술에대한특허출원은 1980년대초중반과 1990년대중반에활발히이루어졌으며최근환경오염에대한관심증가로인하여다시증가하는경향을보이고있다. 일본특허 (JP) 의경우조사대상전시기에거쳐고르게활발한출원경향을보였으며미국특허 (US) Figure 1. Yearly patent application tendency.

4 석탄가스화기술에대한특허분석 147 Figure 2. Patent share among countries. 는 1980년대중반까지출원이활발하였으나 1980년대후반부터 2000년대초반까지감소하였다가최근다시활발한출원동향을보이고있다. 유럽특허 (EP) 는첫출원이이루어진 1979 년도이후꾸준한출원경향을보이고있으며국제특허 (WO) 는 2000년도이후증가추세를보이고있다. 한국특허 (KR) 의경우 1979년도의첫출원이후 1994년도까지간헐적인출원을보이다가최근꾸준한출원경향을보이고있다. Figure 2는출원국별특허점유율을나타낸것이다. 일본특허가 567건으로전체 1,376건의 41.2% 를차지하며가장높은점유율을보이고있고미국특허가 492건으로 35.8%, 유럽특허가 116건으로 8.4%, 국제특허가 113건으로 8.2%, 한국특허가 88건으로 6.4% 를각각차지하고있다. 검색대상기술에대하여특허건수와출원인수사이의상관관계를살펴보는포트폴리오분석을통해기술의발전단계를분석할수있다 [14]. Figure 3은석탄가스화기술에대한포트폴리오분석의결과를나타낸것이다. 전체특허및출원국별특허에대하여출원된특허건수를 9년주기로합산하여그변화경향을분석하였다. 석탄가스화기술의전체특허건수와출 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figure 3. Patent portfolio of coal gasification technology: (a) overall, (b) Korea Patent, (c) U.S. Patent, (d) Japan Patent, (e) European Patent, and (f) WO Patent.

5 148 청정기술, 제 18 권제 2 호, 2012 년 6 월 Table 3. Major patent applicants in each country Overall Korea Patent U.S. Patent Japan Patent European Patent WO Patent Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (126) Hitachi Ltd. (83) Nippon Steel Corp. (68) Babcock Hitachi KK (64) Shell Internationale Research Maatschappij (54) Ishikawajima Harima Heavy Industries Ltd. (36) The United States Department of Energy (35) Chevron U.S.A. Inc. (26) Clean Energy Systems Inc (24) Siemens Aktiengesellschaft (22) Institute of Advanced Engineering (22) Institute for Advanced Engineering (22) Korea Electric Power Corporation (12) Korea Institute of Energy Research (12) POSCO (11) Kim Hyun Yong (3) Nippon Steel Corp. (3) Japan Science and Technology Agency (2) Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (2) Research Institute of Industrial Science & Technology (2) Ssang Young (2) The United States Department of Energy (35) Shell Internationale Research Maatschappij (32) Clean Energy Systems Inc. (21) Chevron U.S.A. Inc. (19) Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (17) ExxonMobil Research and Engineering Company (13) General Electric Company (13) Metallgesellschaft AG (13) UHDE GMBH (12) Siemens Aktiengesellschaft (11) Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (102) Hitachi Ltd. (69) Babcock Hitachi KK (59) Nippon Steel Corp. (56) Ishikawajima Harima Heavy Industries Ltd. (36) Kawasaki Heavy Industries Ltd. (18) Agency of Industrial Science &Technol. (15) Nippon Kokan KK (15) Sumitomo Metal Industries Ltd. (14) Ebara Corp. (11) Shell Internationale Research Maatschappij (12) Metallgesellschaft AG (6) Siemens Aktiengesellschaft (6) VoestAlpine Industrieanlagenbau GMBH (5) British Gas Corp. Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Nippon Steel Corp. UHDE GMBH Shell Internationale Research Maatschappij (7) Sasol Technology Ltd. (5) Chevron U.S.A. Inc. Great River Energy UHDE GMBH Clean Energy Systems Inc. (3) ExxonMobil Research and Engineering Company (3) GHT Hochtemperaturreak Tech (3) GTL Energy (3) Siemens Aktiengesellschaft (3) 원인수는 Figure 3(a) 에나타난것처럼두변수모두전반적으로증가하는경향인것으로보아기술적으로발전기라고판단된다. 한국특허와국제특허역시특허건수와출원인수가비례하여증가하는발전기라고판단된다. 미국특허는특허건수와출원인수가감소했다가다시증가하는것으로보아부활기에해당하는것으로보이며일본특허는출원인수는지속적으로증가하나특허건수가늘었다가다시줄어드는경향을보여성숙기에서퇴조기로넘어가는시기에있는것으로판단된다. 유럽특허의경우특허건수와출원인수가증가했다가다시감소하는경향을보여퇴조기인것으로판단된다 출원인별특허출원동향 Table 3은특허출원건수를기준으로정리한주요출원인의특허현황 [1] 을보인것인데괄호안의수는특허건수를나타낸것이다. 전체적으로출원건수가가장많은출원인은모두 126건의특허를출원한 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 이었으며그뒤를이어 Hitachi Ltd. 와 Nippon Steel Corp. 이각각 83건과 68건의특허를출원하여일본기업의특허활동이두드러지게활발한것으로나타났다. 특허건수기준상위 5개특허권자의특허점유율은전체의 28.7% 이고상위 10개특허 권자의점유율은 39.1% 로나타나많은특허권자가석탄가스화기술에관여하고있음을알수있다. 국가별로가장많은특허를출원한특허권자는한국특허에서는고등기술연구원이었으며미국특허에서는 The United States Department of Energy, 일본특허에서는 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 이었고유럽특허와국제특허에서는 Shell Internationale Research Maatschappij이었다. 모든국가의특허에있어서자국내특허권자에의한출원이강세를보이고있음을알수있다. 한국특허의경우고등기술연구원이가장많은특허를출원하였으며그다음으로한국전력, 한국에너지기술연구원, POSCO 순으로특허활동이활발함을알수있다. Figure 4는각국의특허에대한출원인의국적별분포를나타낸것이다. 한국, 미국및유럽특허의경우내국인 ( 유럽의경우유럽인 ) 에의한특허출원이각각 65.9%, 59.6%, 52.6% 로내국인에의한특허출원활동이활발한것으로나타났으며일본특허의경우내국인의출원비율이 96.8% 로내국인에의한특허출원이압도적으로이루어지고있음을알수있다. 국제특허의경우미국인에의한특허출원이전체의 45.1% 로가장많았으며그다음으로유럽인과일본인이각각 34.5% 와 11.5% 의특허를출원한것으로나타났고한국인에의한특허

석탄가스화기술에대한특허분석 149 Figure 4. Patent application tendency by applicant's nationality. 출원은 2% 에못미쳤다.

미국인에의한특허는 389건출원되어전체의 28.3% 를차지하였으며유럽인에의한출원은 240건으로 17.4% 를차지하였다. 한국인에의한특허는모두 64건으로전체특허의 4.7% 를차지하였다. 3.2.3. 기술분야별특허출원동향 Figure 5는석탄가스화관련특허를세부기술분야별로구분하여정리한것이다.

후속분리공정가운데가장많은특허가출원된기술분야는탈분진으로서모두 160건의특허가출원되어전체특허의 11.6% 를차지하였 Figure 5. Patent share among technologies.

6 석탄가스화기술에대한특허분석 149 Figure 4. Patent application tendency by applicant's nationality. 출원은 2% 에못미쳤다. Figure 4는또한석탄가스화관련특허전체에대한출원인의국적별분포를보이고있다. 전체특허 1,376건가운데일본인에의해출원된특허건수가가장많은 652건이었으며이는전체특허의 47.4% 에해당한다. 미국인에의한특허는 389건출원되어전체의 28.3% 를차지하였으며유럽인에의한출원은 240건으로 17.4% 를차지하였다. 한국인에의한특허는모두 64건으로전체특허의 4.7% 를차지하였다 기술분야별특허출원동향 Figure 5는석탄가스화관련특허를세부기술분야별로구분하여정리한것이다. 가장많은특허가출원된기술분야는가스화기분야로서모두 589건이출원되어전체의 42.8% 에해당하였으며그다음으로많은특허가출원된기술분야는석탄건조로서 261건 (19.0%) 이검색되었다. 후속분리공정가운데가장많은특허가출원된기술분야는탈분진으로서모두 160건의특허가출원되어전체특허의 11.6% 를차지하였 Figure 5. Patent share among technologies. 으며, 탈황에대한특허가 126건 (9.2%) 출원되어그다음으로많은것으로나타났다. 이들 4개분야의특허는전체특허의 82.6% 를차지하였다. Figure 6은기술분야에따른출원국별출원동향을정리한 Figure 6. Patent application tendency by country and technology.

150 청정기술, 제 18 권제 2 호, 2012 년 6 월 Figure 7. Yearly patent application tendency by technology. 것이다. 모든국가의특허에있어서공통적으로가스화기분야에서의특허출원이가장많았으며그다음으로석탄건조분야에대한출원이많았다.

7 150 청정기술, 제 18 권제 2 호, 2012 년 6 월 Figure 7. Yearly patent application tendency by technology. 것이다. 모든국가의특허에있어서공통적으로가스화기분야에서의특허출원이가장많았으며그다음으로석탄건조분야에대한출원이많았다. 미국특허의경우탈황과원료공급분야가그리고일본특허의경우에는탈분진과탈황분야가그뒤를이은것으로나타났다. Figure 7은기술분야에대하여연도별특허출원동향을보인것이다. 가스화기분야의경우 1970년대중반부터 1980년대중반까지의기간과 1990년대중반에많은특허가출원되었으며최근들어출원이다시증가하고있다. 석탄건조분야는 1980년대초중반에많은특허가출원된후오랜기간소강상태를보이다가 2000년대들어다시활발한출원경향을보이고있다. 탈황, 탈분진등나머지대부분의분야에서의출원경향은꾸준한것으로분석되었으나탄소포집및저장분야는 2000년대들어와큰신장세를보이고있는데이는석탄가스화복합발전과의연관관계때문인것으로판단된다. Figure 8은 1970년대부터 2000년대까지의기간을매 10년주기로나누어기술분야별특허점유율을정리한것이다. 점유율은해당기간해당기술분야의특허건수를같은기간의전체특허건수로나눈것이다. 석탄건조분야의점유율은 1980 년대와 2000년대에크게증가하였으며가스화기분야는그반대로 1970년대와 1990년대에크게증가한것으로분석되어두기술분야가상호보완적인관계에있는것으로보인다. 원료공급분야는 1970년대에이미기술개발이완료된것으로보이는반면, 탈분진분야는시간의경과에따라점유율의증가를보이고있다. 2000년대에들어큰신장세를보였던탄소포집및저장분야는같은기간의점유율역시크게증가한것으로분석되었다. 출원대상국가별로상대적집중도가높은기술분야를살펴보기위하여특허활동지수를이용한분석을실시하였다. 특허활동지수는특정기술분야전체특허건수당특정기술분야의특정출원인건수를전체총건수당특정출원인총건수로나눈값으로서기술분야별상대적집중도를알아보기위한지표이다. 특허활동지수 1을기준으로그값이 1보다크면그분야특허활동이상대적으로활발함을의미한다 [14]. Figure 9는각국의특허에대한특허활동지수를특허출원이가장활발한것으로분석된석탄건조, 가스화기, 탈황및탈분진등 4개분야에대하여정리한것이다. 한국에출원된특허는탈분진및탈황분야에상대적으로집중되어있는것으로분석되 Figure 8. Change of patent share among technologies from 1970s to 2000s.

8 석탄가스화기술에대한특허분석 151 Figure 9. Activity indices of each country. 었다. 유럽및국제특허에서상대적집중도를보인분야는석탄건조인것으로분석되었으며미국특허에서는탈황분야에상대적으로특허가집중되어있는것으로나타났다. 일본에출원된특허의경우탈분진분야에서의집중도가가장높은것으로분석되었으며나머지분야에서의특허활동지수역시 1.0에가까운값을보여모든기술분야의특허활동이비교적고르게나타났다 미국등록특허에기초한주요특허권자의특허분석 기술경쟁력분석주요특허권자의기술경쟁력을살펴보기위하여각특허권자의특허건수 (PN: number of patents), 인용도지수 (CPP), 영향력지수 (PII) 및기술력지수 (TS) 등의지표를이용한분석을실시하였다. 이들지표의이용을위해서는각특허의인용횟수에대한정보가필요한데이를충분히제공하는특허는미국등록특허뿐이어서여기서는미국등록특허만을대상으로기술경쟁력분석을실시하였다. Table 4는미국등록특허를기반으로주요특허권자의기술경쟁력을비교한결과 [1] 인데, 분석지표로이용한각지수의결과값과함께그에따른각특허권자의경쟁력순위를괄호안에숫자로나타내었다. 기술경쟁력분석은특허건수 (PN) 를기반으로하여상위 10개특허권자를선정하여실시하였다. 특허건수에있어서는 The United States Department of Energy 가 35건으로가장많았으며그다음으로 Shell Internationale Research Maatschappij이 31건, Chevron U.S.A. Inc. 가 17건의순으로분석되었다. 인용도지수 (CPP) 는특정특허권자의특허건수당인용되는횟수의평균값으로 General Electric Company, ExxonMobil Research and Engineering Company의순으로높게나타나해당특허권자들이보다원천적인특허를보유하고있는것으로판단된다. 영향력지수 (PII) 는특정기술분야에있어서특정출원인의피인용비를전체피인용비로나눈값으로 General Electric Company가 1.6으로가장높은값을보였는데이는 1.0의영향력지수값을갖는평균인용빈도보다 1.6 Table 4. Technology competitiveness of major patent applicants* Applicant PN CPP PII TS The United States Department of Energy 35 (1) 10.4 (3) 1.1 (3) 39.5 (1) Shell Internationale Research Maatschappij 31 (2) 8.1 (9) 0.9 (9) 27.3 (2) Chevron U.S.A. Inc. 17 (3) 8.8 (6) 1.0 (6) 16.3 Metallgesellschaft AG (8) 0.9 (8) 11.9 (7) ExxonMobil Research and Engineering Company 12 (5) 11.1 (2) 1.2 (2) 14.4 (5) UHDE GMBH 11 (6) 10.3 (5) 1.1 (5) 12.3 (6) General Electric Company 11 (6) 14.5 (1) 1.6 (1) 17.3 (3) Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 9 (8) 5.1 (10) 0.6 (10) 5.0 (10) Combustion Engineering Inc. 9 (8) (8) VoestAlpine Industrieanlagenbau GMBH 9 (8) 8.6 (7) 0.9 (7) 8.4 (9) * based on U.S. Patent only 배잦은빈도로인용됨을의미한다. ExxonMobil Research and Engineering Company와 The United States Department of Energy 가그다음으로높은영향력지수값을보임으로써이들이석탄가스화기술의질적인측면에서의우위를점하고있는것으로분석되었다. 기술력지수 (TS) 는특허건수와영향력지수를곱한값으로, 질적인면과양적인면을동시에평가할수있는지표인데 The United States Department of Energy가가장좋은결과를보였고그다음으로 Shell Internationale Research Maatschappij, General Electric Company, Chevron U.S.A. Inc., ExxonMobil Research and Engineering Company 등의순으로높은결과값을보여이들이질적 양적측면에서가장강한기술경쟁력을보유한것으로분석되었다 인용도분석 Figure 10은미국등록특허를기반으로주요특허권자에대한인용도분석 [14] 의결과를정리한것이다. 피인용횟수가

9 152 청정기술, 제 18 권제 2 호, 2012 년 6 월 한특허패밀리크기와인용도지수를통해살펴본시장력분석의결과를보인것이다. VoestAlpine Industrieanlagenbau GMBH 는특허패밀리크기가평균 24.1로가장큰값을보였으며 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 와 Chevron U.S.A. Inc. 역시평균보다많은패밀리특허를가진것으로분석되어석탄가스화기술에대한시장확보력이큰것으로나타났다. Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 의경우시장확보력은크지만인용도지수가평균값에크게못미쳐기술력은높지않다고분석되었다. 반면에 General Electric Company는기술력은높으나시장확보력이상대적으로낮은것으로분석되었다. Figure 10. Citation analysis of major applicants. 가장많은특허권자는 General Electric Company로평균 14.5 회의피인용횟수를보여핵심적인특허를보유하고있을확률이가장높은것으로분석되었다. ExxonMobil Research and Engineering Company, The United States Department of Energy, Combustion Engineering Inc., UHDE GMBH 등도평균피인용수의평균보다많이인용되고있어경쟁자들의연구개발에많이인용되고있음이나타났다. 반면에 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 의경우평균피인용수는 5.1회에불과하였으나평균인용수는 11.6회로서특허출원을위해다른특허권자의특허기술을많이모니터링하는것으로나타났다 시장력분석하나의발명에대한권리보호를위하여세계각국에출원또는등록된특허를패밀리특허 (family patent) 라한다. 패밀리특허의수가많다는것은특허를통한시장확보의지가크다는의미이므로특허패밀리크기 (PFS) 를바탕으로시장확보력을분석하였다. Figure 11은주요특허권자의특허에대 Figure 11. Market power analysis of major applicants 핵심특허의기술흐름도석탄가스화관련특허에대한정성적인분석을통해기술분야별핵심특허및특허권자상호간의관계를살펴보고전체적인기술의흐름을파악하고자하였다. 앞서설명한정량적인분석의결과를바탕으로각기술분야에대한핵심특허를파악하였다. 검색시점인 2010년도까지특허권이유지되고있는 1990년도이후에출원된특허를대상으로하여특허패밀리크기 (PFS) 와인용도지수 (CPP) 를바탕으로한정량화를통해핵심특허를도출하였다. 미국등록특허뿐아니라정량화가가능한모든특허를대상으로전체특허 1,376건의상위 10% 에해당하는특허를먼저추리고패밀리특허가운데대표특허 1건씩만을선별한후기술분야별로상위 10건씩의특허를핵심특허로도출하였다. 이상의과정을거쳐핵심특허를도출한결과, 석탄건조및가스화기분야에서만 10건씩의핵심특허가도출되었고나머지 8개기술분야에서는각각소수의특허만이핵심특허로서의기준을만족하였다. 석탄건조와가스화기분야를제외한나머지분야를한데묶어앞서설명한기준을만족하는상위 10개특허를추출하여 기타기술 분야의핵심특허로도출하였다. Figure 12는이러한과정을거쳐도출된기술분야별핵심특허를연도별로나열한기술흐름도이다. 석탄건조분야에서도출된 10개의핵심특허는모두서로다른특허권자가소유하고있는것으로나타났다. 핵심특허가운데패밀리특허크기가가장큰특허는 Great River Energy 가보유하고있으며인용도지수가가장큰특허는 Fmi Newcoal Inc. 가가지고있는것으로분석되었다. 이분야에서의핵심특허는 1992년부터출원되기시작하였으며 10개의핵심특허중 7개의특허가 2000년대에출원된것으로나타났다. 석탄건조에대한특허로는유동층반응기및다단건조로의설계와운전, 터빈발전또는가스화를위한연소과정과의연계등을통한공정의개선등에대한특허가주를이루고있다. 가스화기분야는비교적일찍부터발전한분야로서 1990년대초반에이미상당수의핵심특허가출원되었다. 가스화기분야에서의핵심특허는 Shell Internationale Research Maatschappij 과 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 등 2개특허권자가모두소유하고있는것으로나타났다. Shell Internationale Research

10 석탄가스화기술에대한특허분석 153 Figure 12. Technology flow chart for coal gasification. Maatschappij가 2006년에출원한국제특허 (WO ) 가가장많은패밀리특허를가지고있으며 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 이 1996년에출원한미국특허 (US ) 가가장많이인용되고있는것으로나타났다. Shell Internationale Research Maatschappij는가스화기의효율제고를위한방법에관한특허를많이출원하였으며 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 는가스화기내부에장비를효율적으로배치하는방법에관한특허가많은것으로분석되었다. 기타기술분야에서는 1995년에 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 가탈분진기술에대하여출원한특허 (JP ) 가가장많은패밀리특허를가지고있으며 1996년에 Shell Internationale Research Maatschappij가출원한탈산기술에대한특허 (US ) 가가장많이인용되고있는것으로분석되었다. 기타기술분야에서가장많은핵심특허를보유하고있는특허권자는 Chevron U.S.A. Inc. 로 4건의특허를보유하고있는것으로나타났다. 탈산과탄소포집 / 저장분야의핵심특허가많았으며원료및산소공급과계장분야에서의핵심특허는 1건도도출되지않았다. 도출된핵심특허 30건가운데 17건을 Shell Internationale Research Maatschappij, Mitsubishi Heavy Industries Ltd., Chevron U.S.A. Inc. 등 3개특허권자가소유하고있는것으로분석되어이들의기술및시장경쟁력이압도적임을알수있었다. Shell Internationale Research Maatschappij가 7건의핵심특허 를보유하고있어경쟁력이가장높은것으로나타났으며그다음으로 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 가 6건, Chevron U. S.A. Inc. 가 4건등의순으로많은핵심특허를보유하고있는것으로분석되었다. 4. 결론석탄가스화기술에대하여 1970년대부터 2008년 9월 30일까지출원공개된한국, 일본, 유럽, 국제및미국공개특허와 2010년 3월 30일까지출원등록된미국등록특허를대상으로특허분석을실시하였다. 가스화 (gasification), 가스화기 (gasifier), 합성가스 (syngas), 석탄가스 (coal gas), 석탄 (coal), 이산화탄소 (carbon dioxide) 등의검색어를이용하여 WIPS, KIPRIS, US- PTO, EPO, IPDL 등의데이터베이스를검색한결과, 일본특허 567건, 미국특허 492건, 유럽특허 116건, 국제특허 113건, 한국특허 88건등모두 1,376건의특허가검색되었다. 기술발전초기에는일본과미국이기술개발을주도하였으나 2000년대들어와서연구활동이전세계적으로다변화되고있으며전체적인기술의발전단계는특허건수와출원인수가모두증가하는발전기에있는것으로분석되었다. 가장많은특허를출원한특허권자는 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. 이고, 그다음으로 Hitachi Ltd., Nippon Steel Corp,, Babcock Hitachi KK, Shell Internationale Research Maatschappij 등의순으로출

11 154 청정기술, 제 18 권제 2 호, 2012 년 6 월 원건수가많았는데, 이들 5개사의특허출원은전체의 28.7% 를차지하였다. 모든국가의특허에있어서자국내특허권자에의한출원이강세를보였으며국적별로는일본인이가장많은특허를출원하였고미국인이그다음의순이었다. 세부기술가운데가장많은특허가출원된분야는가스화기분야 (589건) 였으며그다음으로석탄건조 (261건), 탈분진 (160), 탈황분야 (126건) 의순이었으며이들 4개분야의특허는전체특허의 82.6% 를차지하였다. 미국등록특허에기초한인용도지수와영향력지수는 General Electric Company, ExxonMobil Research and Engineering Company, The United States Department of Energy의순으로높게나타나원천특허의보유를통한기술경쟁력이높은것으로분석되었으며기술력지수는 The United States Department of Energy, Shell Internationale Research Maatschappij, General Electric Company, Chevron U.S.A. Inc., ExxonMobil Research and Engineering Company의순으로높게나타나이들이질적 양적으로강한기술경쟁력을보유한것으로분석되었다. 또한인용관계분석을통해 General Electric Company, Exxon- Mobil Research and Engineering Company, The United States Department of Energy 등이관련분야연구활동이활발하고타출원인의연구개발에도많은영향을미친것으로나타났으며 VoestAlpine Industrieanlagenbau GMBH, Mitsubishi Heavy Industries. Ltd., Chevron U.S.A. Inc. 등은많은패밀리특허를통해강한시장확보의지를나타낸것으로분석되었다. 특허패밀리크기및인용도지수를바탕으로도출한핵심특허를분석한결과석탄건조분야의핵심특허의소유는여러특허권자사이에고루분산되어있는반면, 가스화기분야의핵심특허는 Shell Internationale Research Maatschappij과 Mitsubishi Heavy Industries. Ltd. 2개특허권자가독차지하고있는것으로분석되었으며기타기술분야에서는 Chevron U.S.A. Inc. 이가장많은핵심특허를보유하고있는것으로나타났다. 석탄가스화기술은석탄의부가가치를높일뿐아니라오염물질배출을크게줄이고이산화탄소를고순도로포집하여자원화할수있다는장점을지닌다. 이는조만간기존의화력발전을대체할것으로전망되고있는석탄가스화복합발전과연계하여경제 / 환경적으로그중요성이날로커질것으로판단된다. 감사이논문은 2010년도서울시립대학교교내학술연구비에의하여연구되었습니다. 참고문헌 1. Moon, S. G., Kim, Y., and Jung, Y. H., A Patent Analysis on Coal Gasification Technology Using Low Rank Coal, Report for 2010 Campus Patent Strategy Universiade, (2010). 2. Ra, H. W., Lee, S. H., Yoon, S. J., Choi, Y. C., Kim, J. H., and Lee, J. G., Entrained Flow Coal Water Slurry Gasification, Korean Chem. Eng. Res., 48(2), (2010). 3. Kim, H.-T., Lee, J. W., and Yun, Y., Development Status of Coal Gasifier, Chem. Ind. Technol., 13(5), (1995). 4. Yoo, Y. D., Yun, Y., Park, H. Y., and Ahn, D. H., Gasification Characteristics in an Entrained Flow Coal Gasifier, Trans. Korean Soc. Mech. Eng. (B), 21(12), (1997). 5. Lee, J. G., and Lee, S. H., Coal Gasification Processes and R&D Status, KIC News, 11(1), (2008). 6. Cormos, C.-C., Starr, F., and Tzimas, E., Use of Lower Grade Coals in IGCC Plants with Carbon Capture for the Co-production of Hydrogen and Electricity, Int. J. Hydrogen Energy, 35, (2010). 7. Matsuoka, K., Kajiwara, D., and Kuramoto, K., Factors Affecting Steam Gasification Rate of Low Rank Coal Char in a Pressurized Fluidized Bed, Fuel Proc. Technol., 90, (2009). 8. Maroto-Valer, M. M., Lu, Z., and Zhang, Y., Sorbents for CO 2 Capture from High Carbon Fly Ashes, Waste Manage., 28, (2008) Jo, H., Moun, S. G., Jo, Y. M., and Chung, Y., A Patent Analysis on Impurity Removal and Catalysts for Crude Oil Purification, Clean Technol., 16(1), 1-11 (2010).

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<30342DB1E2C8B9C6AFC1FD2028C0CCBAC0C1F8292034352D35392E687770> 3D 프린팅 산업현황 및 특허동향 분석 이 봉 진 특허법인 신우 Patent Trend Analysis in 3D Printing Bong-Jin, Lee Shinwoo Patent & Law Firm, Seoul 130-741, Korea Abstract: 3D 프린팅이란 3차원 물체를 기존의 절삭가공 방식이 아닌 적층하는 방식으로 실물 제품을 찍어내는 프린