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1 44 산업이슈 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 목 차 Ⅰ. 화학소재의중요성 Ⅱ. 주요신소재의부상 Ⅲ. 화학소재의적용및개발방향 Ⅳ. 전망및시사점 Ⅰ. 화학소재의중요성 세계시장규모증가추세 화학소재는자동차, 가전, 건설등다양한분야에적용되고있으며제품의품질, 성능, 가격등에결정적영향을미치는핵심요소 - 세계화학소재산업시장규모는 08년 3조437억달러에서연평균 4.6% 성장하여 18년 4조8천억달러를넘어설전망 08년기준시장규모의크기는분야별로정밀화학 > 섬유 > 고분자순 세계화학소재시장규모전망 ( 단위 : 억달러, %) 연도 정밀화학 섬유 고분자 합계 ,700 12,587 4,150 30, (E) 16,900 14,824 5,100 36, (E) 22,650 19,083 6,400 48,133 성장률 자료 : 업종별단체조사결과 ( 정밀화학진흥협회등 ) 한국의화학소재수출액도 00 년 억달러에서 10 년 1,123.7 억달러로연평 균 18.4% 증가 * 본고는산은경제연구소조경진수석연구원이집필하였으며, 본고의내용은집필자의견해로당행의공식입장이아님

2% 를담당하는등국가경제에서도중요한비중을차지 - 미국, 일본등에서도 80~ 90년대부터소재산업의중요성을인식하고육성을위한투자를지속 미국은

2 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 45 한국화학소재연도별수출액추이 자료 : 무역협회 국가제조업경쟁력의핵심기반 화학소재산업은 08년기준국내제조업생산의 9.5%, 고용의 9.1%, 수출의 16.2% 를담당하는등국가경제에서도중요한비중을차지 - 미국, 일본등에서도 80~ 90년대부터소재산업의중요성을인식하고육성을위한투자를지속 미국은 90년대초부터국방 항공기술개발을위해신소재개발을지원하여 91년 ~ 96년동안총 9.5억달러를투자 일본은장기불황중에도 LCD, 반도체소재의세계시장을독과점 국내화학소재산업의경제적위상 자료 : 부품소재통계 종합정보망, 무역협회, 2008 년기준

3 46 산업이슈 對日부품소재무역수지적자중화학소재의비중은꾸준히증가하여 10년 31.6% 까지확대 - 화학소재인 TAC필름, 포트레지스트등 LCD관련부품은 90% 이상일본에서수입중 부품소재연도별對日무역적자추이 ( 단위 : 억불,%) 년도 부품소재 화학소재 ( 비중 ) (22.8) (24.0) (25.7) (28.3) (28.3) (25.1) (30.3) (31.6) 자료 : 부품소재통계 종합정보망 국내에서도화학소재육성의필요성절감 정부는 10년소재분야의 10대 W.P.M (World Premier Materials) 을선정하여금속, 화학, 세라믹, 섬유등총 4개부문에향후 9년간 1조원재정지원계획 - 10대과제중 6개소재가화학과관련되어화학소재의중요성이부각 다기능성고분자멤브레인, 고에너지이차전지용전극소재등 년화학소재품목의세계시장규모는 162.7조원에이를전망이며한국은 15.5% 인 25.3조원의시장점유를목표 W.P.M 10 개사업성공에따른기대효과 (2018 년예상 ) 번호 10 대핵심소재명 ( 사업단총괄기획 ) 세계시장 국내 매출 ( 단위 : 억원, 명 ) 해외 고용창출 1 친환경 smart 표면처리강판금속 65,835 1, ,402 2 수송기기용초경량 Mg 소재금속 507,892 26,976 15,356 1,543 3 초고순도 Sic 소재세라믹 37,774 10,160 12,672 4,135 4 LED 용사파이어단결정소재 세라믹 79,464 43,245 25,256 3,717

4 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 에너지절감 / 변환용다기능성나노복합소재 다기능성고분자멤브레인소재 Flexible 디스플레이용플라스틱기판소재 고에너지이차전지용전극소재 9 바이오메디컬소재 10 탄소저감형케톤계프리미엄섬유 융합 ( 금속 / 화학 ) 724,834 53,602 58,168 1,770 화학 202,026 9,278 47,113 2,100 화학 18,700 2,283 3,135 1,784 화학 105,380 18,666 20,603 10,086 융합 ( 바이오 / 화학 ) 221,188 5,633 16,830 3,517 섬유 355,454 4,076 14,212 1,736 화학관련소재총합 (5 번 ~10 번까지 ) 1,627,582 93, ,061 20,993 자료 : 한국산업기술평가관리원 합계 (1 번 ~10 번까지 ) 2,318, , ,664 31,790 국내석유화학기업들의산업용신소재사업진출확대가필요 화학소재는합성을통한개발이가능하여다양한용도에대응하는데유리 - 독일의 Bayer은 1937년폴리우레탄합성에성공하며세계적인화학기업으로성장발판을마련 - 미국의듀폰도나일론합성에성공하며 1940년새로운의류소재로시장을확대 신재생에너지, 차세대 Display 등규모가확대되고있는분야의신소재시장을선점 - 오랜연구기간, 막대한투자자금등으로진입장벽이높고특허획득이후에는장기간높은마진을유지할수있어시장선점이중요 아라미드섬유를개발한미국의듀폰과 LCD 액정원료를생산하는독일의 Merck는세계시장의 50% 를점유하며높은마진유지 - 관련산업이기본원료를국내에서자급함으로써외생적조건에좌우되지않는성장체질을확보하는바탕 범용석유화학산업의실적변동에따른대비책으로서신소재개발을요구

48 산업이슈 - 범용제품은수급에따라제품별마진의변동성이커급격한시황악화시기업들의이익도큰폭으로감소 08년 4분기금융위기에따른제품가격급락으로 3분기까지흑자였던상당수국내석유화학기업들의영업이익이 4분기에적자로전환 - 향후중동, 중국등의신증설로공급이늘어날경우시황에따른실적변동폭이더커질가능성 국내석화기업분기별영업이익 중동에틸렌증설및비중추이 자료 : 각사공시자료 자료 :

5 48 산업이슈 - 범용제품은수급에따라제품별마진의변동성이커급격한시황악화시기업들의이익도큰폭으로감소 08년 4분기금융위기에따른제품가격급락으로 3분기까지흑자였던상당수국내석유화학기업들의영업이익이 4분기에적자로전환 - 향후중동, 중국등의신증설로공급이늘어날경우시황에따른실적변동폭이더커질가능성 국내석화기업분기별영업이익 중동에틸렌증설및비중추이 자료 : 각사공시자료 자료 : 업계자료 Ⅱ. 주요신소재의부상 온실가스감축을위한자동차경량화소재 온실가스배출억제를위한각국의강화된연비기준에따라자동차의경량화를요구 - 미국은 CAFE 제도 1) 를통해승용차의연비기준을 09년리터당 11.7km에서 15년 16.6km로강화 - 국내에서도 09년녹색성장위원회에서발표한자동차평균연비개선안에따라 09년리터당 14.8km에서 15년 17.0km이상으로기준상향 1) Corporate Average Fuel Economy 의약자로 1975 년부터연방정부에서제정한기업평균연비제도이며미국에서 1 만대이상판매한제조사에적용. 시가지및고속도로인증연비를평균한연비값을사용

6 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 49 각국의승용차연비기준강화추이 ( 단위 : km/l) 국가 2009년기준 2015년기준 증가율 미국 일본 한국 현재의엔진기술력을기반으로연비개선에대응할수있는가장현실적이고강력한방안은차량경량화 - 연비향상기여도에서도경량소재를사용하는것이 20% 로높게나타났으며중량을 10% 줄이면연비는 3.2% 향상 - 다른대안중소형화는차량선호에대한소비자의의식변화가요구되며연비효율향상에는엔진기술의획기적진전이필요 - 환경문제에대처하는보다근본적인방안으로전기차를고려할수있으나아직은주행거리, 충전시간, 인프라등의해결과제산적 자동차연비향상기여도 ( 단위 : %) 유선형차체 연비효율향상 경량소재 소형화 기타 자료 : 업계자료 신재생에너지설비의주력인태양전지모듈용필름 최근신재생에너지에대한수요증가로태양광시장이확대되면서관련부품소재시장에대한관심도높아짐 - 세계태양광시장은 00년 278MW에서 09년 7,203MW로연평균 43.5% 나성장 - 08년금융위기로스페인등유럽지역시장이축소되었으나중국등아시아지역의성장으로전체적인시장은확대되는추세

7 50 산업이슈 - 09 년이후에도연평균 32.9% 성장하여 14 년에 29,975MW 까지시장이확대 될전망 2000~2014 년연간태양광시장전망 자료 : EPIA (2010) 태양광시장성장으로모듈에적용되는 EVA sheet와 Backsheet 시장도확대될전망 - EVA sheet 시장은 09년 7.2천MT 규모에서 2014년 30.0천MT으로연평균 33.0% 성장할전망 - Backsheet 시장도 09년 500백만달러에서 15년 1,123백만달러로연평균 18.4% 성장할것으로예상 IT기기활용의혁신을선도하는 Flexible Display용기판소재 정보통신기기의휴대편의성에대한소비자들의니즈가증가하면서 Flexible Display가각광을받음 - Flexible Display란기판을휘거나구부려서사용할수있는 Display - 스마트폰과테블릿 PC 등휴대용기기들의시장확대속도가빨라짐에따라업계에서는더얇고가벼운기기개발에주력

com 자료 : Gartner Flexible Display의수요는 2015년약 2억 1천만대, 2020년약 31억대에이를전망 - 2015년신규시장은약 1억 2천만대, 기존시장대체는약 9천 2백만대로예상되며

8 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 51 Gartner에서는 2010년세계테블릿 PC 시장이 1,950만대수준에서 2011년 5,480만대로확대되고 2012년에는 1억대를돌파할것으로전망 - 무겁고깨지기쉬운소재로만들어진태블릿 PC의불편함을보완하기위해휴대가더욱편리한 Flexible Display가이슈화 Flexible Display Tablet PC 시장전망 자료 : 자료 : Gartner Flexible Display의수요는 2015년약 2억 1천만대, 2020년약 31억대에이를전망 년신규시장은약 1억 2천만대, 기존시장대체는약 9천 2백만대로예상되며 2020년신규시장은약 22억대, 대체시장은 9억 6천만대로확대될것으로예상 Ⅲ. 화학소재적용및개발방향 자동차경량화소재 석유화학제품은철, 유리등과함께자동차의주요소재로사용중 - 석유화학제품은내장재인 Dashboard 와 Door, 외장재인 Bumper, 타이어등다양한분야에적용중

52 산업이슈 1970 년대자동차한대당석유화학제품은평균 45kg 사용되었으나

과리싸이클링이좋은폴리프로필렌 (PP) 을가장많이사용 자동차대당석유화학제품별비중

9 52 산업이슈 1970 년대자동차한대당석유화학제품은평균 45kg 사용되었으나 1990 년 대이후 80~100kg 까지증가하였고철다음으로사용량이않음 자동차용석유화학제품적용현황 자료 : 석유화학으로만드는세상. 석유화학공업협회. (2006) 화학소재는자동차한대당부피비중으로 11% 를차지하며경제적이면서가공성 과리싸이클링이좋은폴리프로필렌 (PP) 을가장많이사용 자동차대당석유화학제품별비중 자동차대당소재별비중 자료 : 화학경제연구원 ( 부피기준 ) 자료 : 화학경제연구원 ( 부피기준 )

10 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 53 금속및유리소재의석유화학제품으로대체가진행중 - 대체소재로는나일론수지, 폴리카보네이트, 탄소섬유등이부각되고있으며 기능을강화하기위하여기존의합성수지끼리혼합하는방법등도개발중 주요소재별특징및적용분야 제품별적용분야관련기업특징 나일론수지 금속소재대체 엔진커버, 냉각계 효성 코오롱 기계적특성이좋고성형가공이쉬우며유리섬유와혼합시내열성향상 폴리카보네이트 유리소재대체 차창, 선루프 LG 화학 제조비용은높지만유리보다중량이 50% 가볍고성형이용이하며강도가높음 탄소섬유 금속소재대체 도어트림 한화케미칼 호남석유 경화속도가늦지만철과동등한강도를나타내며상대적으로가벼움 복합수지 운전석등내장재 라디에이터등 제일모직 삼성토탈 기존 PP, ABS 등을타수지와섞어내열성, 강도등을올려서적용 자료 : 업계자료 글로벌자동차메이커들도연비향상을목적으로자동차경량화연구에집중하고있으며모터쇼에컨셉트카로출시 년 3월제네바모터쇼에서현대차와 GE플라스틱이선보인컨셉트카 카르막 (QarmaQ) 은플라스틱소재사용량 10% 증가를통해강도가비슷하면서동일크기의기존차량대비 60kg 가볍게제작 - Toyota도 2007년제 40회도쿄모터쇼에탄소섬유를이용한컨셉트카 1/X 를출시하여 Prius의중량을 1/3으로줄이는프로젝트를선보임 화학소재를이용한차체경량화사례 차종 적용부위 경량화효과 Lincoln MKT 루프로연결된프런트윈도우를폴리카보네이트로대체 12.5kg 감소 Teijin Pupb Upper body를탄소섬유와폴리카보네이트로대체 50.0kg 감소 자료 : 자동차경량화기술. 한국과학기술정보연구원

54 산업이슈 태양전지모듈용필름 Backsheet 와충진재에석유화학제품사용 - 태양전지모듈은태양전지셀 (Cell) 을직 병렬로연결하여회로를구성 - 모듈을필름에입혀진공상태에서열봉합함으로써외부노출시장기간태양전지를보호하도록설계 - 태양전지모듈에사용되는석유화학제품은크게외부로부터태양전지를보호하는 Backsheet 와접착및완충기능을수행하는충진재로구분

11 54 산업이슈 태양전지모듈용필름 Backsheet 와충진재에석유화학제품사용 - 태양전지모듈은태양전지셀 (Cell) 을직 병렬로연결하여회로를구성 - 모듈을필름에입혀진공상태에서열봉합함으로써외부노출시장기간태양전지를보호하도록설계 - 태양전지모듈에사용되는석유화학제품은크게외부로부터태양전지를보호하는 Backsheet 와접착및완충기능을수행하는충진재로구분 태양전지 모듈 패널관계도및모듈구조도 충진재로쓰이는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) sheet는태양전지소자를충격으로부터보호하며습기, 먼지등을차단하는기능을수행 - 이와같은기능수행에적합하도록 EVA sheet를 base film으로하여가교제, UV안정제, 접착보조제등을첨가하여제조 - 가교도 2), 접착성, 광투과성, 내후성등의물성을요구

12 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 55 Backsheet는 EVA/PET/ 불소수지를기본으로 3중적층구조가일반적 - 충진재인 EVA sheet와접착성향상을위해최상층부에비가교형 EVA 재질을사용하고열, 수분, 오존등내후성에대한저항성이탁월한불소수지를주재료로적용 - 내후성, 난연성, 내습성, 접착성등의물성을요구 Backsheet 구성요소별내후성비교 항목 불소수지층 PET 층 EVA 층 UV안정성 매우안정 불안정 안정화제필요 내열내습성 매우우수 불안정 불안정 화학적안정성 매우우수 나쁨 분해됨 자료 : 업계자료 2010년기준세계태양광모듈용 EVA와 Backsheet 시장규모는각각 3,350 억원, 5,010억원이며국내기업들의진출이활발한편 - EVA sheet는 Mistui, Sanvic 등일본업체점유율이높은편이며최근에는국내기업인 SKC, 한화 L&C, 진흥기업등도진입 2010 년세계태양광모듈소재시장규모예상 자료 : 한국화학경제연구원 2) 架橋度 : 고분자물질의결합정도를표시하는지표

13 56 산업이슈 Flexible Display 기판소재 기판소재로는화학소재가우위 - Flexible Display의기판소재로는금속, 종이, 유리, 화학, 복합소재등이가능하나떨어뜨려도깨지지않고가벼우며가공이쉽고대량생산이용이해야한다는점때문에화학소재가유리 Flexible Display 기판소재별특징 소재금속종이유리화학복합소재 특징 기판에존재하는 Pin hole, 전기적인간섭효과차단, 평탄화절연막코팅필요, 투과성이없어적용에제한적 유연성에장점이있으나공극이크며투과성이없다는단점으로적용이제한적 공정성 ( 깨어짐 ) 을개선하기위한보호막등이필요하고가격이비싼편 깨지지않고대량생산이용이하다는것이타소재대비우위 한가지소재로요구물성을맞추기어려워여러소재를혼합하여실험을진행중 Flexible Display 기판의요구특성은안정성, 광학적특성, 공정용이성및상업성등 - Display 생산과정에서발생되는열에대한내열성, 물리적변형에강한치수안전성, 생산시사용되는화학약품에대한내화학성등이요구 Flexible Display 기판소재요구물성 특성요구물성내용 안정성 광학성특징 공정용이성및상업성 내열성, 치수안정성, 내화학성, 습도안정성 표면평탄도, 낮은광학이방성 ( 異方性 ) 기판이송용이성, 낮은가격 제조시고온에서미세공정이많아내열성과치수안정성등이요구됨 제조시화학물질과접촉이많아내화학성이요구되며습도에대한안정성확보도필요 성형되는광학필름의특성으로서 Display 의광학적특징을구현하는데필요 이송용이성은기판자체의특성이라기보다는생산공정의용이성을위한특성 상업화를위해타소재대비경쟁력있는가격이요구됨

14 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 57 적용검토중인소재로는 PI( 폴리아미드 ), PC( 폴리카보네이트 ) 등 - PI는내열성은부합되나광학적특성에단점이있는반면투명성이좋은 PET, PC 등은인장강도와내열성이취약함 - 기존화학소재의물성으로는기판소재의요구특성에부합시키기어려워코팅등필름가공기술을통해물성을보완하는연구도진행중 기판소재별특성비교 소재 유리전이온도 ( ) 1) 투과율 (%) 2) 영률 (GPa) 3) 인장강도 (MPa) 4) PC ~2.4 52~72 PES ~8.6 88~100 PET ~ PEN PI 특징 우수한광학적, 기계적특성 내화학성약하고저온공정필요 우수한내열성, 투명성확보 원료수급이어렵고가격이비쌈 내화학성우수하고가공이용이 내열성취약, 백탁현상발생 가격이저렴, 열팽창계수낮음 열안정성취약 우수한내화학성, 내열성확보 낮은투과율등광학적특성취약 주 : 1) 유리전이온도 : 고분자재료는액체에서고체로될때, 결정화를일으키지않고, 비결정 ( 유리와같은상태 ) 과결정이혼재되는온도. 어느점 ( 또는녹는점 ) 이아닌 Tg(glass transition temperature, 유리전이온도 ) 로명칭 2) 투과율 : 빛, 음파, 전자파등입사량이투과되는비율 3) 영률 : 물체를양쪽에서잡아늘릴때, 물체의늘어나는정도와변형되는정도를나타내는길이탄성률 4) 인장강도 : 인장하중에의해서시료편이끊어질때까지의최대응력 (PC: Polycarbonate, PES: Polyethersulfone, PET: Polyethyleneterephthalate, PEN: Polyethylenenaphthalate, PI: Polyamide) 자료 : Displaybank 국내에서는아이컴포넌트에서광학용 PES 수지를기반으로연구를진행해왔으 며최근제일모직, 대림화학등이 WPM 사업자로선정

15 58 산업이슈 W.P.M Flexible Display 세부기술및선정업체 기술분류 Plastic 소재및필름 Barrier 코팅및기능성코팅소재투명전극소재 선정업체 제일모직, 삼성전자종합기술원, 코오롱인더스트리, 삼성전자, 삼성모바일디스플레이, 현대자동차, 현대모비스, 대림화학, 폴리사이언텍 LG 화학, LG 디스플레이, 아이컴포넌트 잉크테크, 나노신소재, 에폰, 엔엔피 자료 : 지식경제부 Ⅳ. 전망및시사점 범용제품공급과잉, 정부의부품소재산업육성의지, 자동차및전자산업비교우위등으로국내석유화학기업들에대한신소재개발요구는증가할전망 - 최근국내석유화학기업에서도신규사업으로 2차전지소재, 태양광소재, 탄소섬유등에진출을발표하는사례가증가 - 대기업계열화학기업들은계열사간 Value Chain 형성을통해신소재시장진출이상대적으로용이 시장선점을위한국가간기업간경쟁이격화되어무역분쟁및소송도증가예상 년듀폰은아라미드섬유제품인 케블라 (Kevlar) 섬유와관련된기술을절도한혐의로코오롱을미국법원에제소 코오롱도미국연방법원에듀폰의시장조정으로자사의미국영업이영향을받았다고제소 아라미드섬유는동일무게에강철보다 5배강하여방탄복등에사용되는특수섬유로 2011년세계시장규모가약 11조원에달하는신소재

16 산업용신소재적용을위한화학제품개발동향과전망 59 미래형신성장산업의핵심기반으로서화학소재를중시할필요 - 포장재나장식용의차원을넘어제품의핵심기능을구현하는데화학소재가사용 자동차경량화, 모바일기기의장시간사용을보장하는 2차전지, Display 의색구현소자및필름등 - 기초화학소재의취약성해소가신성장산업기반강화의관건 Display기판은국내기업이세계시장선도하고있으나 Display화면재질은아사히 ( 日 ), 코닝 ( 美 ) 등이선도 신소재의새로운패러다임요구는시장진출의기회 - LCD가 Flexible Display로대체되는과정에서시장이형성됨으로써해외화학소재기업들과 Zero Base 경쟁이가능 소재산업육성을위한인프라구축및산학공동연구주선 - 소재개발에필요한원재료확보, 기술인력양성, 금융지원등도요구됨 2차전지양극재에사용되는비철금속확보, 관련학과양성및산학협동연구지원및장기적인투자에따른금융지원도필요 - 자동차, IT 등수요산업의요구사항을적기에파악하고연구를진행하기위하여산학컨소시엄구성이필요 수요산업의품질향상과화학업계의제품개발이상호보완적으로 Win-Win 하도록유도 학계의연구결과를산업화하고산업계의니즈가학계의연구주제로환원되는순환구조를구축

태양광산업 경쟁력조사.hwp

태양광산업 경쟁력조사.hwp 태양광산업산업경쟁력조사 1 Ⅰ. 1. 52 2. 53 Ⅱ. 1. 54 2. 60 3. 64 III. 1. 71 2. 82 Ⅳ. 1. 98 2. 121 3. 132 Ⅴ. 1. 147 2. 160 3. 169 4. SWOT 181 Ⅵ. 1. 187 2. 202 3. 217 Ⅶ. 225 < 요약 > Ⅰ. 서론 II. 태양광산업의개요 III. 태양광기술개발현황