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S&T Policy Agenda and Options for the BioEconomy
발 간 사 바이오 경제는 화학과 물리학이 주축이 되는 Physical Science의 한계로 지목되 고 있는 이른바 지속 가능성의 위기 를 극복하기 위한 대안이며, Life Science의 이론적, 기술적 기반 위에서 성립하는 새로운 체제이다. OECD는 20세기 후반부터 생명공학과 바이오 기술을 앞세운 바이오 경제가 본격화하고 있다고 분석하였고, 선진국들 역시 바이오 경제의 도래에 따른 대응과 준비에 적극적인 행보를 보이고 있다. 유럽은 이미 2조 유로 정도의 시장과 2,200만 개가량의 일자리가 바이오 경 제에 기반하고 있다고 추정하고 있으며, 미국은 향후 10년 안에 가솔린 사용량 20%를 감축시키는 20 in 10 을 선언하는 등 탈( 脫 ) 석유경제의 해법으로 바이오 경제의 중요성에 대해 주목하고 있다. 브라질, 독일, 네덜란드, 캐나다 등 바이오 자원 부국들도 발 빠른 움직임을 보이고 있다. Physical Science의 중심의 디지털 경제시대 대응에 성공적이었던 한국의 경제와 산업이 Life Science 중심의 바이오 경제시대로의 전이에 성공할 수 있을 지는 의문이 다. 대량생산과 효율화로 대표되는 지금의 산업경제에서 소형화, 개체화로 대표되는 바이오 경제는 근본적으로 패러다임의 변화를 수반하기 때문이다. Life Science 기반 에서는 생명현상이 갖는 국지성(Locality), 예측의 난해성(Unpredictability), 경로의 다양성(Diversity) 등 이전 시대와 다른 과학과 산업의 경쟁규칙이 적용되는데, 한국은 이에 대한 기반과 준비가 미흡한 것이 현실이다. 이에 본 연구는 바이오 경제시대 진입에 대비한 통합적 관점에서 사전적, 탐색적 연구를 지향하며, 바이오 경제시대 에 대비한 총괄 청사진과 정책의제, 그리고 대응전략을 도출하고자 기획되었다. 본 연구는 크게 현황 편과 분석 편으로 구성되어 있다. 현황 편에서는 바이오 경 제의 개념과 정의, 그리고 바이오 경제가 도래하게 되는 경제사적 배경을 살펴봄으 로써 바이오 경제라는 화두 의 의미를 파악해 보고자 구성되었다. 또한 바이오 경 제시대의 주요국의 대응동향을 짚어보고 우리에게 필요한 시사점을 도출하였다.
분석 편에서는 바이오산업 연구개발투자를 경쟁국 및 IT산업과 비교 분석하여 바이오산업의 현주소를 짚어보았고, 과학기술 측면과 사회경제 측면에서 바이오 경 제에 대비하기 위해 우리가 선택할 수 있는 전략방안은 무엇인지에 대해 살펴보았 다. 아울러, 바이오 경제의 대응 시나리오에 따른 한국경제에의 파급효과를 추정하 여 바이오 경제 육성이 한국 경제에 미치는 효과에 대하여 전망해 보았다. 본 연구의 주요 결과물이 바이오 경제시대를 대비하기 위한 한국 실정에 맞는 정책 수립에 유익한 참고자료로 활용되고, 과학기술기반의 정책의제를 제공하는데 일조하기를 기대한다. 끝으로 본 연구 보고서에 제시된 견해는 연구자의 의견이며, 본원의 공식 견해가 아님을 밝혀둔다. 2011년 12월 과학기술정책연구원 원 장 송 종 국
요 약 1 요 약 1. 서론 연구의 필요성 및 목적 본 연구는 Life Science가 중심이 되는 바이오 경제시대 진입에 대비한 통합적 관점에서의 사전적, 탐색적 연구를 지향하며 기획되었다. 바이오 경제시대 대비를 위한 총괄 청사진을 제공, 선진국들의 바이오 관련 정책 동향 및 대응 프로그램을 벤치마크하고, 바이오 경제시대에 대한 기술, 사회경제, 그리고 계량적 측면의 고찰 을 통하여 한국 실정에 맞는 과학기술기반의 정책적 시사점을 제시하고자 한다. 연구 구성과 연구 방법론 본 연구는 현황 편과 분석 편으로 나누어 전개된다. 현황 편은 제2장부터 제4장으로 구성되었는데, 바이오 경제시대의 주요 산업과 기술, 제품, 기대시장 등에 대한 내용을 다루었으며, 주요국의 바이오 경제 대응 동 향을 짚어보고 이로부터 시사점을 도출하였다. 분석 편은 제5장부터 제8장으로 구성되었는데, 제5장에서는 우리나라 바이오산 업 연구개발투자를 국제비교하고, 디지털경제의 주력산업인 IT산업과의 시계열적 비교를 수행하였다. 제6장에서는 과학기술 측면에서 바이오 경제시대를 준비하기 위한 투자 방향설정과 효율적 자원배분을 위하여 다양한 기준에 따라 핵심 기술과 제품을 도출하였다. 제7장은 바이오 경제의 가치 사슬에 따른 우리 사회의 예상되 는 영향은 무엇이며, 그에 대비하기 위해 우리가 선택할 수 있는 방안은 무엇인지에 대해 살펴보고자 1 바이오 경제와 산업 2 바이오 경제와 역량 3 바이오 경제와
2 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 정책의 세 개의 카테고리로 나누어 관련 전문가들의 의견을 수렴하기 위한 설문조 사를 실시하고 그 결과를 분석하고 고찰하였다. 제8장은 바이오 경제의 육성과 대 응 시나리오에 따른 한국경제에 파급효과를 추정해 보기 위한 목적으로 산업연관효 과 분석 등의 계량분석의 방법으로 진행하였다. 마지막으로 제9장 결론과 정책적 시사점 부분에서는 현황 편과 분석 편에서 도 출된 소결과 시사점, 그리고 연구과정에서 수렴되었던 전문가 의견과 자료에 근거 하여 이론탐색 및 분석을 통해 도출된 시사점을 정리하고 정책 제언을 제시하였다. 전체 연구의 주요 내용과 구성은 아래 [그림 1]에 제시되어 있다. [그림 1] 전체 연구의 주요 내용과 구성
요 약 3 <제1부 현황 편> 2. 바이오 경제시대의 도래와 동인 바이오 경제의 개요 바이오 경제를 협의와 광의로 나누어 정의해 보자면, 협의의 바이오 경제는 기 술의 발달로 기존의 화석연료를 바이오 자원으로 대체하게 되는 것을 말한다. 즉, 기존에 석유를 원료로 하여 생산되던 의약품, 화학제품, 각종 소재는 물론 운송 수 단, 전력 및 열 생산에 사용되는 연료를 곡물, 목재, 식물성 기름 등의 바이오 자원 으로부터 얻게 되는 것을 의미하는 것이다. 광의의 바이오 경제는 생물학적 자원의 생산, 관리 및 활용과 생물학적 공정을 사용하는 모든 산업 및 경제 분야, 그리고 이와 관련된 서비스 및 전후방 산업을 포함한다. 여기에는 농업, 식품업, 어업, 임 업 등의 산업이 포함되는 것은 물론이고, 관련 정책이나 법제, 교육 및 사회활동까 지 망라한다. 또한 이 모든 활동은 지속 가능성이라는 대전제를 충족시켜야 한다. 화석연료에 근거한 20세기 경제가 위에 언급한 것과 같은 바이오 경제로 전환되 기 위해서는 과학기술, 특히 생명과학기술의 발전이 절대적으로 뒷받침되어야 한 다. 이를 강조한 용어가 지식 기반 바이오 경제(Knowledge-Based Bio-Economy, KBBE)인데, 이는 2004년 유럽연합에서 처음 사용되었으며 생명 과학에 대한 지식 을 활용하여 새롭고 지속 가능하며 환경 친화적이고 경쟁력 있는 제품을 생산하는 것을 의미한다. 정리하자면 바이오 경제는 재생 가능한 바이오 자원과 생물학적 공 정에 기반을 두고 완전한 재활용 사이클을 구축하여 실질적으로 폐기물을 배출하지 않는 21세기형 경제를 지칭하는 개념이다.
4 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 [그림 2] 바이오 경제 개념도 지속 가능성에 대한 도전 화이트 바이오 기술과 그린 바이오 기술이 바이오 경제라는 개념 아래 하나로 모이면서 세계적으로 주목을 받는 이유는 바이오 경제가 전 인류가 직면하고 있는 지속 가능성 위기에 대한 해결책으로 여겨지기 때문이다. 이러한 지속 가능성 위기 로는 기후 변화, 식량 부족, 에너지 수요 급증, 유해 폐기물로 인한 생태계 파괴 및 지역 간의 경제 불균형 같은 것들이 있다. 바이오 경제의 중요성 바이오 경제는 이산화탄소 등의 온실가스 감축에 기여하여 기후 변화를 완화시 킬 것으로 예상된다. 예를 들면, 바이오 연료의 사용 및 바이오 공정과 제품으로 인하여 2030년까지 이산화탄소를 10억 톤에서 25억 톤까지 감소시키는 것이 가능 할 것이라고 추정된다. 바이오 자원 생산의 중요성이 커지면서 농업 및 임업 등에 투자가 확대되고 이는 공동화되던 농촌 지역에 고용 창출 효과를 일으키면서 지역
요 약 5 경제를 활성화시킨다. 일부 산유국을 제외하고는 대부분 해외에서 원유를 수입해 오기 때문에 주로 해안 지역에 밀집해 있던 정유 시설대신, 현지에서 생산 공급되는 바이오 자 원을 정제 처리하는 바이오 정유 시설은 내륙에 골고루 분포하게 되기 때문에 지역 경제의 균형 잡힌 성장에 기여하게 된다. [그림 3] 바이오 연료 순환 개념도 자료: Fischer(2008): pp.8 바이오 에너지가 주목되고 있는 이유는 가장 많은 에너지 소비원 중의 하나인 교통수송용 원료를 대체할 가장 현실적이고 경제적인 대안이라는 점이다. 뿐만 아 니라 바이오 에너지는 바이오 연료 외에도 결합 생산물 혹은 파생 생산물을 통해 현대 경제의 전 분야에 걸쳐 기초-중간재를 제공하고 있는 석유화학산업을 대체할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.
6 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 바이오 경제를 둘러싼 논란 바이오 경제를 실제로 추진하는 데에 있어서는 기술적으로나 경제적으로 다양한 어려움이 존재하고 있으며, 그러한 어려움들의 극복 가능성에 대해서 여러 논란이 존재하고 있다. 농업의 생산물인 곡물을 식량 이외의 용도로도 사용하겠다는 바이 오 경제의 기본 개념은 다시금 맬서스의 경고를 부활시키면서 식량 부족 사태를 초 래할 것이라는 논란을 야기하고 있다. 바이오 경제가 성장할수록 이러한 작물들이 바이오 연료로 사용되는 양이 늘어나면서 식용 및 사료용으로 사용되는 양이 줄어 들어 식량 부족을 초래할 것이라는 주장이다. 이러한 문제를 극복하기 위해서 현재 세계 각국은 잡초나 잡목 등의 비식용작물, 또는 식용작물의 부산물(벼의 경우 지푸 라기나 겨 등)을 바이오 연료로 사용하는 기술 개발에 많은 투자를 하고 있다. 식량 공급률을 향상시키면서도 지속 가능한 바이오 경제를 성공시키려면 식용작물과 경 쟁 관계에 있지 않는 해조류 등의 바이오 자원을 개발하는 것과 각종 부산물 및 폐 기물 등 자원 재활용의 극대화를 위한 기술 혁신, 그리고 전 지구적 위기에 공동으 로 대처하는 국가 간의 협력 정신이 필수적이다. 필요한 만큼의 식량을 공급하고 남는 바이오 자원이라 하더라도 이를 바이오 연 료로 사용하느냐 아니면 바이오 제품의 원료로 사용하느냐는 또 다른 논란의 대상 이다. 따라서 잡다한 재료의 연료화 기술 개발 및 체계적인 수집 인프라를 통하여 각종 제품 생산 시 발생하는 부산물과 폐기물들을 모아서 효율적으로 바이오 연료 로 전환시키는 시스템을 구축하는 것이 이 문제에 접근하는 한 가지 방법일 것이다. 또 다른 방법은 풍력이나 태양 에너지 등의 대체 에너지 효율을 높이고 전체 에너지 원 중 이들의 비중을 높여서 결과적으로 바이오 자원이 바이오 제품의 소재 및 식량 과 사료로 더 많이 사용될 수 있도록 하는 것이다. 유전자조작 생물의 인체 유해성 및 생태계에 주는 영향에 대한 논란 때문에 유전 자조작 기술이 바이오 경제에서 핵심적인 역할을 하기까지는 극복해야 할 장애물이 많이 있다. 바이오 경제의 대전제는 지속 가능성이며, 여기에서 환경이나 생태계는 최우선 적으로 고려해야 할 대상이다. 그러나 바이오 경제에 대한 섣부른 접근은 오히려
요 약 7 또 다른 환경 문제를 야기할 수도 있어서 신중하게 추진해야 할 필요가 있다. 바이 오 경제가 성공적으로 자리 잡기 위해서는 그 중요성에 대하여 공감대가 형성되고 관련된 바이오 기술 및 인프라 개발을 위한 적절한 규모의 투자가 진행되어야 한다. 바이오 경제의 성장 예측 오늘날 세계 수송 연료 시장에서 1%를 차지하고 있는 바이오 연료의 비율이 2030년에는 7%로 상승할 것이라고 IEA는 추정하고 있다. 그러나 유럽연합은 2020 년까지 바이오 연료 비율을 10%까지 올리기로 합의하였으며 2030년까지는 그 중 30%를 국지적으로 생산한 바이오 연료로 충당할 수 있을 것으로 보고 있다. 이를 위해서는 목질계-셀룰로오스 바이오 자원으로부터 바이오 가스나 부탄올 또는 에 탄올 추출 기술의 상용화 등 기술 개발에 더 많은 투자가 있어야 한다. [그림 4] 유럽의 바이오 자원 활용 현황과 목표 자료: Clever Consult BVBA(2010): pp.21
8 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 미국은 환경에 대한 고려는 물론 에너지 분야에서 타국에의 의존도를 낮추기 위 하여 2007년 에너지 독립 및 안보법을 제정하였다. 동 법에서는 바이오 연료 사용 량을 2020년까지 360억 갤런으로 늘릴 것을 요구하였으며 그 중 210억 갤런은 옥 수수 전분 이외로부터 생산되어야 한다고 규정하였다. 이는 2005년에 제정된 에너 지 정책법에서 2012년까지 75억 갤런의 바이오 연료를 생산하고 2022년까지는 86 억 갤런을 생산하며 이 중의 2억 5,000만 갤런만을 셀룰로오스로부터 생산하면 된 다고 정했던 내용을 대폭 강화한 것이다. [그림 5] 미국 바이오 연료 증산 계획 자료: Dietzen(2009): pp.5 경제 및 산업 체제 변화의 동인과 외부 환경 요인 지속 가능성 위기로 표현되는 외부 환경의 변화는 다음과 같이 구분할 수 있다. 즉, 인구 증가 및 고령화와 경제 성장으로 인한 각종 수요의 증가와 이에 반대급부 로 뒤따르는 식량, 에너지, 물, 대지 등 각종 자원의 공급 부족, 그리고 이로 인한 자연 환경의 변화 - 기후 변화, 환경 파괴 등 - 와 경제사회 환경의 변화로 정리할 수 있다.
요 약 9 <표 1> 지속 가능성을 위협하는 외부 환경의 변화 구분 수요 증가 공급 부족 자연 환경 경제 사회 환경 세부 사항 인구 증가 및 고령화, 경제 성장 식량, 에너지, 물, 대지 기후 변화, 환경 파괴 도시/농촌 및 선진국/개도국 간 지역 경제 격차 심화 바이오 기술 적용 및 타 기술과의 융합 바이오 경제는 바이오 기술의 개발만으로 이뤄지는 것이 아니고 여러 관련된 기술 의 개발이 유기적으로 이뤄져야 성립될 수 있다. 또한 이러한 기술의 사용을 뒷받침해 주는 사회적 제도적 변화도 필수적이다. 따라서 바이오 경제에서 앞서 나가기 위해서 는 각종 법규와 정책을 통해 바이오 기술뿐만 아니라 관련 제반 기술 분야에서 포괄적 으로 혁신을 촉진하는 한편 물류 및 시장 등의 제도적인 측면에서도 이에 상응하는 변화가 병행되어야 할 것이다. 그렇게 하기 위해서는 그린 바이오 기술, 화이트 바이 오 기술 등의 바이오 기술은 물론 기타 나노 기술이나 기계 공학 등 관련되는 모든 기술 분야와 함께 정치, 경제, 사회, 법제 분야에서 서로 협력하는 것이 중요하다. [그림 6] 다학제 간 협력의 필요성 자료: Taylor and Youngs(2010): pp. 23
10 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 3. 주요국의 바이오 경제 대응 동향 주요국의 바이오 경제 논의 동향 바이오 경제가 주목받고 있는 것은 기본적으로 화석연료에의 의존도를 낮추고 전 지구적 기후 변화에 능동적으로 대처하기 위해서이다. 그러나 세계 각국은 자국 의 독특한 상황과 배경에 따라 서로 다른 목표와 수단으로 바이오 경제를 추진하고 있다. 미국은 안보적인 이유로 중동 지역에서 수입되는 원유 의존도를 줄여야 할 필요 성이 중시되어서 바이오 연료의 개발 및 활용에 더욱 중점을 두는 반면 유럽은 지속 가능성 위기에 대한 문제의식이 중요시되고 있으며 전통적으로 강한 바이오 소재 분야에서 선두를 달리고 있다. 또한 브라질은 자국의 경제 발전 및 지역 간 경제적 불균형을 해소하기 위해서 바이오 경제를 추진하고 있다. 바이오 경제가 21세기의 새로운 경제로 자리 잡기 위해서는 국가 간의 상호 이 해와 협력이 필요하며, 만약 선진국 위주의 일방적인 기준과 규제로 바이오 경제를 달성하고자 한다면 이는 새로운 형태의 무역 장벽으로 또 다른 경제적 남북 갈등을 초래할 것이다. 그러므로 우리나라에서 바이오 경제에 접근할 때에도 먼저 세계 각 국이 어떠한 배경에서 어떠한 방식으로 바이오 경제를 추진하는지를 이해하는 것부 터 시작해야 할 것이며 이를 바탕으로 세계적인 공감대에 부합하는 정책을 수립해 야 할 것이다.
요 약 11 <표 2> 주요국의 바이오 경제의 대응동향 미국 EU 브라질 독일 네덜란드 배경 경제적 이유 (유가상승) 안보적 차원 농축산 및 화학 공업 활성화 바이오정유 개 발지원 활성화 농촌지역 사회 발전 원유수입 축소 및 경제자립도 향상 농업으로 인한 바이오 자원 및 에너지 필 요성 강조 높은 작물 생 산성 및 우수 한 물류시설 관련 법규 및 정책 에너지 독립안 보법 (2007) : 2022년 까지 바이오 연료 사용량 360갤 론으로 확대 RFS * : 바이오 연료의 사용 을 의무화 하 는 정책 재생가능 에너 지 지침 2020년까지 에 너지의 20%를 재생가능에너 지로 대체 바이오 자원으 로 연료를 생 산할 경우, 연방세금 면제 혜택제공 기존 디젤에 7%까지 바이 오 디젤 혼합 바이오 에탄올 과 휘발유 혼 합비율 10%까 지 (2010년) 수송 분야의 화석연료 60%, 화학 제품 석유사 용량의 25% 를 재생가능 자원 활용 (2030년까 지) 정부 지원 프로 그램 미국에너지부 바이오 자원 프로그램실의 기술의 단계 별지원 FP(Framework Programmes) ERA-NET ETP(European Technology Platform) 에탄올 생산 증 대 프로그램 (1973) 바이오 에탄올 과학기술 연구 소 설립 산업바이오 개 발 CLIB 2021 클러스터 형성 바이오 연료 과제 2,500만 유로 투자 2002년부터 7가지 주제 로 나누어 에너지 전 환계획에 논의됨 주: * RFS: Renewable Fuel Standards 해외 대응 동향 특징 및 시사점 선진국들의 대응 동향을 대입해 보았을 때 4가지의 시사점이 도출될 수 있으며 이는 중점 기술 선정 개발, 지역 경제 개발, 국제 협력 및 포털사이트 구축 운영이다.
12 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 [그림 7] 해외 대응 동향 특징 및 시사점
요 약 13 4. 바이오 경제의 분야별 전망과 미래 바이오 경제를 구성하는 주요 산업 분야 바이오 경제는 생물학적 자원의 생산, 관리 및 활용과 생물학적 공정을 사용하 는 모든 산업 및 경제 분야, 그리고 이와 관련된 서비스 및 전후방 산업을 포함한다. 생물학적 자원의 생산, 관리 및 활용에는 농업, 축산업, 임업, 어업은 물론 이를 통해 생산된 바이오 자원의 운송을 위한 물류 등도 포함된다. 농업 및 임업을 통해 생산된 식물성 바이오 자원은 식품으로 사용되거나 또는 사료로써 축산업에 사용된 다. 나머지는 바이오 공정을 통하여 바이오 연료 또는 바이오 소재의 원료로 사용되 는데, 이때 각종 도시 폐기물 및 축산 폐기물도 함께 사용될 수 있다. 생물학적 공정, 즉 바이오 공정에는 바이오 자원을 액상의 원료물질로 만드는 바 이오 정유와 기타 다양한 산업 분야에 사용되는 효소 분야가 있다. 바이오 정유를 통해 에탄올, 부탄올, 디젤 등의 화학물질로 전환된 바이오 자원은 바이오 연료로 사용되거나 아니면 추가 공정을 통해 의약품이나 페인트, 고분자물질 등 다양한 화 학제품으로 생산된다. 또한 효소를 이용한 바이오 공정은 바이오 정유에서도 중요 한 역할을 하는 것은 물론 다른 산업 분야에서도 기존의 화학적 공정을 대체하면서 환경 부담을 감소시키고 있으며 종종 생산비 절감의 효과까지 발생시키기도 한다. 이렇게 바이오 자원 및 바이오 공정을 통해 생산되는 바이오 제품은 크게 바이 오 연료와 바이오 소재 분야로 나눌 수 있다. 바이오 연료는 다시 에탄올과 디젤, 가스로 나눌 수 있는데, 현재 주로 곡물로 생산되는 바이오 에탄올을 대체할 수 있는 다른 작물들에 대한 연구가 집중적으로 진행되고 있다. 바이오 소재는 이미 많은 산업 분야에서 활용되어 왔고 거대한 잠재력을 가지고 있음에도 불구하고 바이오 연료에 비해 상대적으로 정책적 지원이 미흡하여 향후 많은 노력이 필요한 분야이다.
14 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 [그림 8] 바이오 경제를 구성하는 주요산업 자료: Battelle(2009): pp.72 기대시장 바이오 연료 : 유럽은 재생 에너지 지침을 통하여 2020년까지 유럽 내 수송 연료 사용량 중 바이오 연료의 비율을 10%까지 올리기로 하였는데, 이러한 정책을 통해서 2007년 780만 석유환산톤 규모로 사용되던 바이오 연료가 2020년에는 3,000만 석유환산톤 규모로 사용될 것으로 예상된다. 미국도 에 너지 독립 및 안보법을 통해서 2020년까지 바이오 연료 사용량을 360억 갤런 으로 늘리기로 하였다. 또한 유럽은 가중치를 주는 방식으로, 미국은 의무량 을 할당하는 방식으로 셀룰로오스 유래 바이오 연료의 개발 및 사용을 장려 하고 있으므로 소위 2세대 바이오 연료도 빠른 속도로 시장을 확대해 나갈 것으로 전망된다.
요 약 15 [그림 9] 셀룰로오스 유래 에탄올 생산량 예측 자료: Bryant(2010): pp.9 바이오 소재 : 바이오 소재 분야에서 용량 기준으로 가장 대규모의 생산 및 거래가 일어날 것으로 전망되는 분야는 고분자물질, 용매 및 계면활성제이다. 그러나 가장 수익성이 높고 전망이 좋은 분야는 의약품 성분, 효소 및 정밀 화학물질이며, 그 다음은 대량 생산 화학물질과 바이오 고분자물질이다. <표 3> 바이오 소재 시장 전망 자료: Langeveld, J. et al.(2010): pp. S-145
16 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 바이오 자원의 생산 바이오 자원이라 하면 생물에서 유래된 물질로서 지층에 퇴적되어 화석화된 것, 즉 화석연료를 제외한 물질을 뜻한다. 현재 바이오 연료의 원료로는 옥수수(미국), 사탕수수(브라질) 및 각종 채종유(유럽) 등 곡물이 주로 사용되고 있다. 그러나 이 는 식량 및 사료의 공급량 감소로 인한 가격 상승 및 궁극적으로는 윤리적인 문제까 지 야기할 수 있기 때문에 세계 각국은 바이오 연료 및 나아가서는 바이오 소재의 원료로 쓸 수 있는 비곡물 작물과 임산물을 활용하기 위해 전력을 기울이고 있다. 바이오 자원 생산 관련 기술 다양한 바이오 자원을 사용할 수 있게 되는 것만큼 중요한 것이 그러한 작물들의 생산성, 그리고 활용도를 높이는 것이다. 이러한 개량을 위해서는 전통적인 육종법 외에도 식물유전학, 식물 및 미생물유전체학, 생화학, 생태학, 생리학, 효소학, 기능 유전체학, 미생물대사공학, 분자생물학과 같은 첨단 생명과학기술이 크게 기여할 것이다. 이렇게 바이오 자원의 양적 질적 개선을 위해 사용되는 기술이 곧 그린 바 이오 기술이다. 바이오 자원의 전환 및 물류 바이오 자원을 효율적으로 활용하기 위해서는 수확 및 수집은 물론 저장 및 운송 을 용이하게 하기 위한 전처리 기술과 효율적인 물류 체계 수립이 필수적이다. 바이 오 자원의 물류는 크게 3단계로 발전할 것으로 예상된다. 1단계는 기존의 방식으로 서 다양한 형태의 바이오 자원을 일단 바이오 정유시설로 운송한 후에 전처리부터 시작하는 것이다. 2단계는 장거리 운송을 하기 전에 주요 전처리 시설에서 바이오 자원의 전처리를 마친 후 바이오 정유 시설로 운송하는 것이다. 더욱 발전된 3단계 에서는 바이오 자원의 생산지에서 바로 전처리를 마친 후에 보관 및 운송을 하여 바이오 정유시설로 이동하는 것이다.
요 약 17 [그림 10] 바이오 자원의 물류 발전 3단계 자료: Wright(2009): pp. 10 바이오 공정 바이오 정유 : 바이오 정유는 바이오 자원으로부터 연료, 에너지 및 화학물질 등을 생산하기 위한 바이오 자원의 전환 공정 또는 그에 필요한 장비를 일컫 는다. 전작물 바이오 정유(Whole crop biorefinery)는 작물을 건식법 또는 습 식법으로 제분한 후 발효 및 증류하는 것이다. [그림 11] 전작물 바이오 정유: 건식법 및 습식법 자료: Blaschek(2008): pp. 5
18 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 현재 미국에서 생산되는 바이오 에탄올의 60% 이상이 건식법에 의해 생산되고 있어서 미국에서만 연간 700만 톤의 주정박이 발생하고 있으며 유럽에서는 1,100만 톤의 주정박이 발생하고 있다. 유지화학 바이오 정유(Oleochemical biorefinery)는 바이오 디젤의 생산과 고부가가치의 식물성 기름이 동시에 생 산된다. 이는 기름을 생산하는 작물의 지방산, 지방 에스테르 및 글리세롤을 이용하여 화학물질이나 윤활제, 계면활성제 등을 생산하는 것이다. 목질 셀 룰로오스 바이오 정유는 목질 셀룰로오스를 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스, 리그닌 등의 중간물질로 전환시킨 후에 2차 가공을 하게 된다. 녹색 바이오 정유는 기계적으로 풀을 분쇄하여 젖산이나 아미노산 등의 수용성 성분이 녹 아 있는 액체와 주로 섬유질로 이뤄져 있는 고체로 분리한다. 이 정유 방식의 경제성은 섬유질을 어떻게 활용하느냐에 좌우된다. 효소/촉매 : 효소는 모든 생물에 존재하고 있는 단백질의 일종으로서 생물학적 촉매의 역할을 수행한다. 생체 내에서 이뤄지는 수많은 생물학적 반응들이 효소에 의해 중재되고 있으며, 이제는 각종 산업용 공정에도 효소가 널리 사 용되고 있다. 효소는 독성이 없고 생분해가 되며 다른 유독물질의 사용량도 감소시키기 때문에 바이오 경제의 핵심 구성 요소 중의 하나인 생물학적 공정 에 있어서 효소가 차지하는 비중이 매우 크다. [그림 12] 효소 비용 및 셀룰로오스 유래 에탄올 생산 비용 감소 현황 자료: Bryant(2010): pp.13
요 약 19 바이오 제품 바이오 연료 : 현재 사용되는 바이오 연료, 소위 1세대 바이오 연료는 옥수수 와 사탕수수 등의 곡물을 발효해서 생산한 바이오 에탄올이 대부분이며, 지난 10년간 주로 미국과 브라질 위주로 사용량이 급격히 증가하였다. 그밖에 야 자유나 채종유 등의 식물성 기름으로부터 생산된 바이오 디젤이 일부 사용되 고 있다. 액상의 바이오 에탄올 및 바이오 디젤과는 달리 기체 형태의 바이오 가스도 상당한 연구가 진행되고 있다. 바이오 가스에는 크게 2가지 종류가 있 는데 하나는 목질 셀룰로오스를 열화학적 방법으로 바이오 정유할 때 발생하 는 합성가스이고 다른 하나는 축산분뇨 등에서 발생하는 메탄가스이다. 바이 오 가스는 기존 천연가스 공급에 사용되던 배관 시스템을 그대로 사용할 수 있다는 것이 커다란 장점이다. 바이오 소재 : 바이오 소재는 식물, 동물, 해양 생물 또는 그 찌꺼기로부터 생산되는 식품 이외의 제품을 이야기하는데 의약품, 화장품, 식품첨가물 등 고부가가치의 정밀 화학물질과 효소, 생고분자물질, 바이오 연료, 섬유 등 대 량생산물질을 모두 포함한다. 바이오 연료와는 달리 바이오 소재에 대해서는 현재 유럽 같은 경우 어떠한 정책도 수립되어 있지 않으며 이는 각종 혜택의 부재 및 규제의 불확실성으로 이어져서 민간 분야에서의 활동도 미흡한 상황 이다. 반면 일본에서는 관련 소재의 의무사용 등 각종 규제를 통하여 바이오 소재의 사용을 장려하고 있다.
20 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 <제2부 분석 편> 5. 바이오산업 연구개발투자의 국제비교 및 국내 IT산업과의 비교 연구 목적과 방법 신산업의 경우 산업의 성장과 미래는 연구개발투자의 지속적인 확충이 중요하기 에 바이오산업의 R&D투자의 현황을 파악해 봄으로써 한국 바이오산업의 성장 가 능성과 문제점을 진단해 보고자 한다. 연구 방법으로 1 최근 시점의 주요 선진국과 한국과의 바이오산업 R&D 투자 를 비교하는 방법과 2 시계열 자료를 통해 국내 바이오산업과 IT산업 간의 R&D투 자를 비교하는 방법을 사용하였으며 선진국과 한국의 바이오산업 R&D 투자를 비교 하는 방법은 OECD의 Biotechnology Statistics Database 와 Main Science and Technology Indicators Database 상의 바이오산업 R&D 통계를 이용하였다. [그림 13] R&D투자비교 연구의 틀
요 약 21 따라서 이 경우의 바이오산업의 정의와 R&D 투자의 범위는 OECD의 기준에 의 해 수행되었다. 비교 대상 국가들로는 Great 7(미국, 일본, 영국, 프랑스, 독일, 이탈 리아, 캐나다) 중 데이터가 존재하는 국가로 한정하되, 필요할 경우 다른 선진국과 의 비교도 병행하였다. 한편, 시계열 자료를 통해 국내 바이오산업과 IT산업 간의 R&D투자를 비교하는 방법의 경우, 산업연관표를 이용하여 분석하는 과정에서 산업 의 정의와 R&D 투자는 본 보고서에서 자의적으로 정의하였다. 민간 바이오 R&D 국제비교 한국 민간 부문의 바이오R&D투자/바이오산업부가가치 비율은 2008년 기준 0.106%를 기록하였으며, 이것은 G7국가들 중 독일(0.067%), 이탈리아(0.031%)보다 높은 수준이며 다른 대부분 선진국들에 비해서도 낮은 수준이 아닌 것으로 평가 되었다. 한국 민간 부문의 바이오R&D투자/총R&D투자 비중은 2008년 기준 2.8%로 독일을 제외하고 비교 가능한 G7 국가 중 가장 낮은 수준을 기록하였다. 그 밖의 G7 국가들 중에서는 미국(12.0%), 프랑스(9.1%), 캐나다(7.2%) 등이 높은 비중을 보이고 있다. <표 4> 기타 선진국 민간부문의 바이오 R&D 지출액 및 바이오R&D/총R&D 비중 (단위: 100만 USD PPP, %) 바이오 R&D 지출액 바이오R&D/총R&D 기준년도 미 국 32,418.0 12.0 2007 프 랑 스 2,454.9 9.1 2008 독 일 1,223.7 2.3 2009 한 국 957.5 2.8 2008 캐 나 다 944.5 7.2 2007 스 위 스 922.3 12.6 2008 스 페 인 606.9 5.7 2008 벨 기 에 574.0 12.6 2006 덴 마 크 492.5 14.0 2007 네 덜 란 드 395.7 6.6 2008
22 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 바이오 R&D 지출액 바이오R&D/총R&D 기준년도 이 탈 리 아 360.1 3.2 2008 아 일 랜 드 301.6 15.1 2009 노 르 웨 이 126.6 5.7 2007 핀 란 드 115.6 2.5 2007 체 코 50.7 2.2 2009 포 르 투 칼 31.5 1.7 2008 슬 로 베 니 아 20.7 3.4 2008 남 아 공 19.0 0.8 2006 에 스 토 니 아 12.7 7.8 2008 폴 란 드 9.9 0.8 2008 슬 로 바 키 아 2.4 1.1 2009 자료: OECD(2010b). 공공 바이오 R&D 국제비교 한국 공공부문의 바이오R&D투자/총R&D투자 비중 1) 은 2008년 현재 18.2%에 달하고 있다. 이는 데이터 비교가 가능한 G7 국가들 중 독일 다음으로 높은 수준이며, 이외 선진국들에 비해서도 높은 수준이다. <표 5> 기타 선진국 공공 부문의 바이오R&D투자/총R&D투자 비율 바이오R&D/총R&D 지출(%) 기준년도 독 일 19.3 2008 한 국 18.2 2008 스 페 인 12.5 2008 덴 마 크 11.2 2008 네 덜 란 드 9.7 2008 노 르 웨 이 7.9 2007 캐 나 다 6.7 2008 폴 란 드 6.6 2008 체 코 5.9 2009 슬 로 바 키 아 3.9 2009 1) Biotechnology R&D expenditures by the public sector as a percentage of total public sector R&D
요 약 23 바이오R&D/총R&D 지출(%) 기준년도 포 르 투 칼 2.1 2008 슬 로 베 니 아 1.0 2008 이 탈 리 아 0.9 2008 자료: OECD(2010b). 바이오산업과 IT산업의 산업 내 R&D 투자 비교 산업 내 R&D투입/총투입 비중을 통해 바이오산업과 IT산업이 미래를 위해 연 구개발투자에 어느 정도 비중을 두고 있는지를 분석해 본 결과, IT산업은 2001년 글로벌 IT경기 침체 이후 지속적으로 R&D 투자를 증가시키고 있는 반면 바이오산 업은 소폭 증가하는 수준에 그치고 있는 것으로 나타났다. [그림 14] 국내 바이오산업의 R&D투입/총투입 비중 5% 4% 3% 2% 1% 0% IT산업 바이오산업 전산업 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 주: 산업 및 연구개발투자의 정의는 본문의 내용에 따름 자료: 한국은행 산업연관표를 이용한 자체 계산 산업 내 R&D 투입/부가가치 비율 산업 내 R&D투입/부가가치 2) 비율도 앞에서의 산업 내 R&D투입/총투입 비 중 분석과 비슷한 결과를 보이고 있는데, IT산업은 2001년 글로벌 IT경기 침체 이후 그 비율이 크게 높아지고 있는 반면 바이오산업의 비율 증가폭은 미약한 것으로 나타난다. IT산업의 R&D투입/부가가치 비율은 1995년 7.8%에서 2000년 6.6%로 2) 산업연관표상 부가가치는 대략적으로 중간재투입을 제외한 자본, 임금 등의 생산요소에 대한 보수를 의미함
24 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 하락하였으나 다시 증가하여 2008년에는 18.5%에 달하고 있다. 한편 바이오산업의 R&D투입/부가가치 비율은 1995년 0.9%, 2008년에는 2% 수준에 그치고 있다. [그림 15] 국내 바이오산업의 R&D투입/부가가치 비율 20% 15% IT산업 10% 5% 0% 전산업 1995 1996 1997 1998 1999 2000 바이오산업 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 주: 산업 및 연구개발투자의 정의는 본문의 내용에 따름 자료: 한국은행 산업연관표를 이용한 자체 계산 바이오산업 - IT산업간 R&D 투자 비교 바이오산업R&D투입/IT산업R&D투입 비율을 계산해본 결과 2008년 약 11% 수준에 불과하다. 특히 바이오산업R&D투입/IT산업R&D투입 비율 자체가 1998년 을 정점으로 하락하는 추세로, 1998년 22.2%에서 하락하여 2008년 11.4%에 그쳤다. [그림 16] 바이오산업R&D투입/IT산업R&D투입 비율 30% 20% 바이오산업R&D / IT산업R&D 10% 0% 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 주: 산업 및 연구개발투자의 정의는 본문의 내용에 따름 자료: 한국은행 산업연관표를 이용한 자체 계산
요 약 25 소결과 시사점 민간부문 R&D 투자 확대가 산업 육성의 핵심 : 한국의 공공부문 바이오R&D 투자는 다른 선진국들에 비해 낮은 수준은 아닌 것으로 분석되고 있으나, 민 간부문 R&D 투자는 상대적으로 미약한 수준으로 평가된다. 이를 확대해석 하자면 정부 차원의 바이오산업 육성 전략이 민간 부문으로 확산되지 못하고 있음을 의미한다. 즉, 선진국들의 민간부문 바이오R&D 투자 비중이 높다는 의미는 민간부문이 바이오 시장에 대한 투자 가치를 인식하고 이에 대해 적극 적으로 대응하고 있다는 것을 의미한다. 민간 부문의 R&D투자가 활성화되기 위해서는 기술개발에 따르는 리스크 축소, 충분한 연구 인력의 공급, 기술 특 허 관련 행정 지원 등의 종합적이고 체계적인 정책적 지원을 통해 정부 정책 에 대한 민간의 신뢰를 얻는 것이 필요하다. 바이오시장의 성급한 육성보다는 바이오산업 발전을 기반 마련에 주력 : 분석 결과 바이오산업이 90년대 이후 IT산업이 해오고 있는 경제적 역할에 이르기 는 아직 시기상조인 것으로 판단된다. 산업의 성장은 그 산업에 속한 기업들 의 규모 또는 기업의 수가 중요하기에 2000년 닷컴 벤처 기업들의 몰락과 같 은 사태가 발생하지 않도록 바이오기업들이 생존할 수 있는 토양 마련에 주력 할 필요가 있다. 특히 중소기업의 경우 자금 여력이 상대적으로 취약할 수밖 에 없기 때문에 연구개발투자에 대한 대규모의 금융 세제상의 혜택 확대, 국 내외의 중장기 투자자와의 연결 등 현실적인 지원 방안이 절실하다. 6. 과학기술영역에 대한 분석 및 평가 평가 개요 과학기술영역에 대한 분석 및 평가를 위해 본 연구에서는 두 가지 경로로 연구를 진행하였다.
26 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 첫 번째 경로는, 바이오산업의 가치 사슬을 토대로 원료 및 제품 지도를 작성하 여 연구개발 역량, 산업 연관성, 미래 전략성의 기준에 따라 한국이 집중 투자 해야 할 원료 및 제품들의 우선순위를 선정해 보았다. 두 번째 경로는 바이오산업에서 핵심적인 역할을 하는 10대 기술과 제품을 도출 하여 선정된 기준에 따라 분석, 평가하였다. 10대 핵심 기술 및 제품 도출은 2010 산업융합원천 기술로드맵 기획보고서 3) 를 바탕으로 바이오 기술 영역의 목적기능 에 따른 후보 기술리스트를 정리하였고, 이를 토대로 전문가들의 토론을 통해 10대 핵심 기술 및 제품을 선정하였다. 선정된 10대 핵심 기술 및 제품의 평가 분석은 상업성, 내부화, 지역성의 관점에서 진행하였으며, 이를 통하여 각 10대 기술 및 제 품의 육성방안을 도출해 보았다. [그림 17] 기술작업반 연구의 틀 바이오 원료 제품 지도 평가 바이오 원료 및 제품 지도의 우선순위는 연구개발 역량, 산업연관성, 미래전략 성의 관점에서 10점 척도로 중요도를 평가하였고, 각각의 평균치를 사용하여 최종 우선순위를 선정하였다. 우선순위의 선정은 2011년 4월과 5월 한차례 씩 실시한 전 문가 워크숍의 토론을 거쳐 평가 기준 및 평가 대상을 정리하였고, 이후, 추가 토론 과 서베이를 거쳐 진행하였다. 첫째, 연구개발 역량 평가는 향후 우리나라가 해당 원료 및 제품을 연구개발, 생 산해 나갈 수 있는 기반이 충분한지에 대한 여부를 판단하는 것이다. 세부적으로는 3) 한국산업기술진흥원(2010)
요 약 27 연구개발에 필요한 장비나 시설과 같이 인프라가 제대로 갖추어져 있는지, 연구 인 력은 충분한지, 해당 자원 및 제품을 개발할 연구비는 적정한지에 대한 항목이 포함 될 수 있다. 둘째, 산업연관성 평가는 해당 원료 및 제품이 기존시장에 어느 정도 기여할 수 있 으며, 기존시장의 부가가치화 및 생산성 향상에 기여할 수 있는지를 판단할 수 있다. 셋째, 미래전략성 평가는 해당 원료 및 제품을 개발하였을 때 바이오 경제에 있 어 시장의 패러다임을 바꿀 수 있는 기술 혹은 제품에 근접할 수 있는지 확인할 수 있는 평가 항목이다. <표 6> 바이오 원료 및 제품의 평가 기준 평가 기준 연구개발 역량 산업연관성 미래전략성 내 용 연구개발을 수행하는데 있어서 필요한 연구인력, 인프라, 투자 등의 연구개 발 능력 정도 해당 제품 및 원료가 기존 산업의 부가가치화 및 생산성 향상에 기여할 수 있는 정도 새로운 산업을 창출할 가능성, 관련 시장 규모 확대의 가능성, 해당 기술의 개발 및 발전을 통한 미래 사회적 니즈에 부합하는지 바이오 원료 제품 지도 평가결과 연구개발 역량 평가 연구개발 역량 측면을 평가한 결과 Feedstock 단계에서는 설탕, 옥수수, 채종 유, 대두를 포함한 농작물과 폐식용유, 슬러지 등을 포함한 산업폐기물의 점수가 가장 높게 나타났다. BioRefinery 단계에서는 바이오 디젤을 생산하는 유지작물을 변환하는 Oleochemical Biorefinery와 Sugar Platform Biorefinery, 목질계 바이오매스나 농산물계 바이오 매스와 같이 수분이 적은 상태의 것에 적합한 변환 방식인 Thermochemical Biorefinery가 가장 높은 점수를 받았다. End-Product 단계에서는 바이오 연료와 기능성 식품, 바이오리액터가 높은 점수를 받았다.
28 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 산업연관성 평가 산업 연관성 측면에서의 평가 결과를 살펴보면 Feedstock에서는 임산물을 제외 하고 비슷비슷한 점수의 분포를 보였다. Biorefinery에서는 Sugar Platform Refinery가 End-Product 단계에서는 유기용제 및 효소의 점수가 높게 나타났다. 미래 전략성 평가 미래 전략성 측면에서의 평가결과를 살펴보면 Feedstock 단계에서는 임산물의 부산물과 축산물의 점수가 가장 높게 나왔다. Biorefinery에서는 Feedstock 단 계에서 임산물의 부산물의 결과가 높게 나온 것과 마찬가지로 이러한 목질계 원 료를 변환하는 Lignocellulosic feedstock biorefinery의 점수가 가장 높게 나 타났다. End-Product에서는 유기용제의 점수가 가장 높게 나타났다. 최종 연료 및 제품 우선순위 도출 전문가들이 평가한 평가기준의 상대적 중요도 평가 결과를 종합해 보면 연구개 발 역량이 2.7, 산업 연관성이 3.5, 미래 전략성이 3.8의 분포를 보여 미래 전략 성이 가장 높은 비중을 차지하고 있는 것으로 파악되었다. <표 7> 기준별 중요도 평가 결과 연구개발 역량 산업 연관성 미래 전략성 합 계 가중치 2.7 3.5 3.8 10.0 각 원료 및 제품의 점수에 각 기준별 중요도를 고려한 최종 평가 결과를 보면 Feedstock 단계에서는 농작물과 임산물의 부산물이, Biorefinery 단계에서는 Sugar Platform Biorefinery가, End- Product에서는 유기용제의 점수가 가장 높은 것으로 나타났다.
요 약 29 <표 8> 가중치를 고려한 최종 평가 결과 Feedstock Biorefinery End-Product 항목 점수 항목 점수 항목 점수 Organic Solvents 78.4 Fuels Forest 55.8 Renewable Energy 73.1 Conventional B/R 56.4 Electricity 59.3 Power Forestry by-product 64.8 Heat 60.1 Agricultural Crops 65.5 Whole Crop B/R 67.3 Oleochemical B/R 68.3 Lignocellulosic Feedstock B/R Pesticides 60.9 Plastics 65.6 Agricultural Green B/R 64.8 Materials 42.8 by-product Nutraceuticals 71.9 Marine B/R 53.8 Animal waste 43.8 Syngasplatform B/R 42.8 Bioreactors 76.3 Marine resources 34.5 Sugar platform B/R 72.6 Pigments 50.9 Marine by-product 26.2 Thermochemical B/R 70.0 Municipal solid waste 46.4 62.0 Biochemical B/R 70.1 Two-platform concept B/R 60.1 Chemical Enzymes 77.4 Reagents 72.0 Etc 62.9 바이오 원료 제품 지도상의 이슈 및 당면과제 앞서 평가한 바이오 원료 제품지도 상에서 원료 및 제품을 생산 유통하는 과 정에서 일어날 수 있는 이슈들을 점검해보고 이에 대한 대응방안 도출을 정리하면 아래와 같다. <표 9> 바이오산업 가치 사슬상의 이슈리스트 가치사슬 Feedstock 이슈의 내용 Feedstock의 국제가 격 변동 및 수급 불 안정 작물 및 산림자원 재배 면적 협소 및 기후 부적합 발생 확률 (%) 크기 시급성 (peak time) 90 대 보통 (2020) 100 중 보통 (2020) 통제 가능 여부 종류 불가 경제 How to Minimize 원산지로부터 장기독점계 약 등의 글로벌 차원 접근 필요 농경지를 연료용 작물 경 작지로 전환 불가 정책 의무 경작지 지정
30 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 가치사슬 이슈의 내용 작물 및 산림자원의 가격 경쟁력 부족 발생 확률 (%) 크기 시급성 (peak time) 90 중 보통 (2015) 통제 가능 여부 종류 How to Minimize 불가 정책 해외원료 도입 및 곡물 유 통채널 확보 축산 폐기물 및 도시 생활 쓰레기 이용 에 너지 생산 효율 50 중 보통 (2015) 가능 기술 생산성 향상의 연구개발 투자 전문 연구인력 부족 50 중 시급 (2015) 가능 정책 교육 및 R&D투자 해외인재 도입 Conversion 다국적 회사의 기술 독점 90 중 시급 (2020) 불가 기술 비즈니스 모델 확보 관련 기술동향 파악을 위 한 정보시스템 마련 설비 및 생산시설의 고비용 80 중 시급 (2015) 가능 정책/ 기술 보조금 지원 높은 생산비용에 따 른 가격 경쟁력 부족 End Product 기존 석유화학 제품 과의 차별성 의무 사용 및 보조금 지원 시급 70 중 (2015) 가능 정책 대량생산을 통한 생산비 용 감소 50 중 시급 (2015) 가능 정책 바이오 마크 사용을 통한 이미지 제고 공통 바이오에너지 활성화 에 따른 기존의 산업에 영향력 80 중 시급 (2015) 가능 정책 영향분석을 통한 관련 산 업 피해 최소화 10대 기술 및 제품 평가 본 연구에서는 한국 산업기술진흥원의 2010 산업융합원천 기술로드맵 기획 보 고서를 기반으로 기술리스트를 도출하고, 참여 연구진의 토론과 전문가 서베이를 거쳐 10대 핵심 제품 및 기술의 우선순위를 선정하였다. 서베이 방식은 전문가 각자 에게 바이오 기술 영역에서의 핵심 기술 및 제품의 우선순위를 선정하게 한 후, 점 수를 합산하여 최종 10대 기술 및 제품을 선정하였다.
요 약 31 <표 10> 바이오 경제의 10대 핵심 기술 및 제품 기술 제품 T1 바이오촉매기술 및 전환기술 P1 플렌테이션 T2 생물학적 바이오매스 전처리 기술 P2 식물공장 T3 바이오소재 고기능화 기술 P3 분자 재설계 바이오매스 T4 바이오탄화수소 생산기술 P4 신물질생산 바이오매스 T5 유전체 정보 활용 기술 P5 바이오플라스틱 T6 분자 육종 기술 P6 바이오연료 T7 대사 조절 기술 P7 고기능성 정밀 화학소재 T8 고분자 발효생산 기술 P8 발효성 당 T9 이산화탄소 환원 효소 기술 P9 고효율 전처리용 효소 T10 대량 재배관리 기술 P10 바이오플랫폼 화합물 주: T: Technology의 약자, P: Product의 약자 10대 기술 및 제품의 평가 10대 기술 및 제품 평가는 상업성, 내부화, 지역성의 기준으로 평가하였다. 3가 지 기준을 선정한 이유는 기술 혹은 제품의 개발 프로세스로 널리 알려져 있는 시장 성 분석과 기술 및 제품의 개발, 구현의 프로세스에 따라 각 단계에서 핵심적으로 평가되어야 할 항목이라고 판단되었기 때문이다. <표 11> 10대 기술 및 제품의 평가 기준 기술 혹은 제품 개발 단계 평가 기준 상업성 내부화 지역성 평가 항목 경제적 파급효과 Make Or Buy Localization vs. Globalization 개발의 예상 소요 기간 투자비용 부가가치 정도 (상업성 평가) 10대 기술 상업성 평가결과 10대 기술을 살펴본 결과 경제적 파급효과가 가장 큰 기술로는 생물학적
32 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 바이오매스 전처리 기술로 나타났고, 반대로 경제적 파급효과가 가장 낮은 기술은 고분자 발효생산 기술과 이산화탄소 환원 효소 기술로 나타났다. 개 발 기간이 가장 길 것으로 예상되는 기술은 대량 재배관리 기술과 바이오탄 화수소 생산기술로 나타났고, 개발기간이 가장 짧은 기술은 바이오촉매기술 및 전환기술로 나타났다. 10대 제품 상업성 평가결과 10대 제품의 상업성을 평가해본 결과 경제적 파급효과가 가장 큰 제품으로는 바이오 플라스틱과 바이오 연료로 나타났고, 개발기간이 가장 길 것으로 예 상되는 제품은 플렌테이션이, 개발기간이 가장 짧은 제품은 발효성 당으로 나타났다. (내부화 평가) 10대 기술 내부화 평가결과 10대 기술 중 내부 개발이 가능할 것으로 평가된 기술로는 바이오 촉매기술 및 전환기술, 생물학적 바이오매스 전처리 기술, 바이오소재 고기능화 기술, 분자 육종 기술, 대사 조절 기술로 나타났고, 바이오탄화수소 생산기술, 유전 체 정보활용 기술, 고분자 발효생산 기술, 이산화탄소 환원 효소 기술, 대량 재배관리 기술은 외부 도입이 필요하다는 결과로 나타났다. 10대 제품 내부화 평가결과 10대 제품의 내부화 평가 결과를 살펴보면 내부 개발이 가능한 제품으로는 식물공장, 바이오재설계 바이오매스, 신물질생산 바이오매스로 나타났고, 외 부 도입이 필요한 제품으로는 플랜테이션, 바이오플라스틱, 바이오연료, 고 기능성 정밀 화학 소재로 나타났다. (지역성 평가) 10대 기술 지역성 평가결과 10대 기술 중, 국내에서의 구현이 효과적인 기술로는 바이오촉매기술 및 전환 기술, 생물학적 바이오매스 전처리 기술, 바이오탄화수소 생산기술, 분자육종
요 약 33 기술, 대사조절기술, 대량 재배관리 기술로 나타났고, 해외에서의 구현이 효 과적인 기술로는 바이오소재 고기능화 기술, 유전체 정보 활용 기술, 고분자 발효 생산기술, 이산화탄소 환원 효소 기술로 나타났다. 10대 제품 지역성 평가결과 10대 제품의 지역성을 평가해본 결과, 국내에서의 구현이 효과적인 제품은 플렌테이션, 식물공장, 바이오재설계 바이오매스, 신물질생산 바이오매스, 고기능성 정밀 화학 소재, 고효율 전처리용 효소로 나타났고, 해외에서의 구 현이 효과적인 제품은 바이오플라스틱, 바이오 연료, 발효성 당, 바이오 플랫폼 화합물로 나타났다. 소결 및 시사점 바이오산업 가치 사슬을 평가한 결과 한국이 우선적으로 집중할 분야는 유기용 제나 효소, 바이오리액터와 같은 최종제품으로 나타났다. 바이오산업의 10대 기술 과 제품 육성을 위해서는 장기적인 관점에서의 미래 전략사업 기획에 따른 체계적 인 연구개발 투자가 필요하다. 또한, 바이오 제품 사용에 대한 대국민 홍보와 바이 오산업 시설에 대한 탈 님비화를 위한 정책이 필요하고 다국적 회사의 기술적 독점 현상을 완화시키고 국내 기술의 경쟁력을 강화하기 위한 방안 마련도 시급하다. 7. 사회 경제영역에 대한 분석 및 평가 평가 개요 본 장에서는 바이오 경제시대의 가치 사슬 변화에 따른 우리 사회의 예상되는 영향은 무엇이며, 그에 대비하기 위해 우리가 선택할 수 있는 방안은 무엇인지에 대해 살펴보고자 한다. 이를 위해 크게 1 바이오 경제와 산업 2 바이오 경제와 역량 3 바이오 경제와 정책의 세 카테고리로 나누어 관련 전문가 설문조사를 실시 하였다.
34 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 [그림 18] 사회경제작업반 연구의 틀 바이오 경제와 산업 현재의 역량 평가 바이오 경제를 구성하는 세 가지 산업인 Health(의약학 분야), Primary Production(농산업 분야), Industry(산업바이오 분야)각각의 현재 역량에 대 한 중요도를 평가해보았다. 각 분야별 전문가들의 응답결과를 종합해 보면 현 재 한국의 역량에서 차지하는 중요도는 Industry 분야가 0.436로 가장 높게 나왔고, Primary production 분야가 0.300, Health 분야가 0.265의 순으로 나 타났다. 미래 산업적 중요도 평가 바이오 경제에서 향후 5년 내지 10년간 해당 산업이 국내 및 해외 산업 규모 를 확대하고 이익을 창출할 가능성에 대해 평가하기 위해 미래의 산업적 중요 도에 대해 조사해보았다. 각 분야의 결과를 종합해보면 Health 분야의 중요 도가 0.530으로 가장 높게 나타났고, Industry 분야의 중요도가 0.299, Primary Production 분야의 중요도가 0.171순으로 나타났다.
요 약 35 전략적 육성 분야 평가 앞서 실시한 현재 역량과 미래의 산업적 중요도 평가를 종합하여 한국이 앞으 로 집중적으로 육성해야 할 분야의 중요도를 평가하였다. 이를 종합해 보면 Industry 분야와 Health 분야의 중요도가 0.422로 동등하게 나타났고, Primary Production분야의 중요도가 0.155로 다소 낮게 나타났다. [그림 19] 바이오 경제의 전략적 육성 분야 중요도 평가 결과 주: 평균은 분야별 응답한 응답자 수에 따른 편향된 결과를 최소화하기 위해 각 평균의 평균을 나타낸 값이다. 바이오 경제와 역량 바이오 경제의 가치 사슬 단계별 역량 평가 가치 사슬 단계별 평가 결과를 종합해 보면 바이오 에너지 합성 및 변환의 단 계의 평균이 2.8점으로 그 역량이 가장 높은 것으로 나타났고, 바이오 제품/소 재 생산과 사용자의 인식이 평균 2.7점, 바이오매스 전처리와 가공이 평균 2.6점의 순으로 나타났다. 바이오매스, 생산, 유통과 보급/활성화를 위한 인 프라 측면은 평균 2.1점으로 가장 취약한 것으로 나타났다.
36 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 바이오 경제의 분야별 역량 평가 바이오 경제의 분야별 역량 평가 결과를 종합해 보면 기술적 역량이 평균 2.9점 으로 가장 높은 것으로 나타났고, R&D인력/자금(평균 2.5점), 시장역량(평균 2.4점)과 연계 및 통합 역량(평균 2.4점), 제도/정책 활용 역량(평균 2.3점) 순으로 나타났다. [그림 20] 바이오 경제와 역량 평가결과 [가치사슬 단계별 역량 평가결과] [분야별 역량 평가결과] 연구단계별 상대적 중요도 평가 바이오 에너지, 제품/소재부분을 육성하기 위하여 우선적으로 집중해야할 연 구 단계에 대한 상대적 중요도를 평가해본 결과 응용연구의 중요도가 3.8, 기 초연구의 중요도가 3.7, 개발연구의 중요도가 2.5로 나타났다. 기대효과 상대적 중요도 평가 바이오 경제를 육성할 경우 기대되는 효과는 경제적 혜익, 환경적 혜익, 파급 효과의 혜익을 고려할 수 있다. 경제적 혜익은 신산업 창출이나 고용 유발과 같은 효과를 의미하고, 환경적 혜익은 CO 2 감소 등 국제 환경규제 대응, 대체 에너지 확보 등을 의미한다. 파급효과 혜익은 농촌 및 지역경제의 활성화, 바 이오 기술 발전에 따른 부수 효과 등을 의미한다. 바이오 경제 육성에 따른 기대 효과를 평가해본 결과 환경적 혜익의 상대적 중요도가 4.3으로 가장 높은 결과를 보였고, 다음으로 파급효과 혜익의 중요도가 2.9, 경제적 혜익의 중요도가 2.8 순으로 나타났다.
요 약 37 바이오 경제와 정책 정책목표 평가결과 정책 목표의 중요도를 평가한 결과 CO 2 감소 등 국제 환경 규제 대응(평균 4.11점)으로 가장 높게 나타났다. 다음으로 신규고용 유발 등 신산업 창출(평 균 4.06점), 탈석유 대체에너지 확보(평균 4.00점) 순으로 나타났다. 정책목 표의 우선순위를 평가한 결과 1순위로 가장 높게 나타난 정책 목표는 탈석유 대체 에너지 확보(12명, 33.3%)였으며, 다음으로 CO 2 감소 등 국제 환경 규 제 대응(9명, 25%), 신산업 창출(6명, 16.6%)의 순으로 나타났다. [그림 21] 정책목표 평가결과 [중요도 평가결과] [우선순위 평가결과] 정책옵션 평가결과 정책옵션의 중요도 평가 결과를 살펴보면 연구개발투자 확대(평균 4.25점)가 가장 높게 나타났고 사용/보급/확산을 위한 인프라 확충(평균 3.86점), 사업 보조금/세금 감면 등의 재정지원(평균 3.81점) 순으로 나타났다. 정책옵션의 우선순위 평가결과는 연구개발투자 확대에 20명이 응답하여 55.6%의 매우 높은 비중을 보이며 1순위에서 가장 높게 나타났다. 다음으로는 사업 보조금 및 세금 감면 등의 재정지원이 4명(11.1%)이 응답하였다.
38 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 [그림 22] 정책옵션 평가결과 [중요도 평가결과] [우선순위 평가결과] 전략과제 평가결과 전략과제의 중요도 평가를 종합한 결과, 원천기반기술 확보가 평균 4.53점으 로 가장 높은 결과를 보였다. 그 다음으로 전문 인력 및 인프라 확대(평균 4.22점), 기존 개발된 기술의 사업화(평균 3.78점) 순으로 나타났다. 전략과 제의 우선순위 평가결과로는 1순위의 비중이 가장 높은 항목은 원천기반기술 확보(23명, 63.9%)로 나타났고, 시범 사업 추진(4명, 11.1%), 환경과 에너지 에 대한 국민 의식 개선(3명, 8.3%), 바이오매스 가용성 확보(3명, 8.3%) 순 으로 나타났다. [그림 23] 전략과제 평가결과 [중요도 평가결과] [우선순위 평가결과]
요 약 39 소결 및 시사점 바이오 경제를 육성하기 위해 현재 한국이 보유한 역량은 모두 취약한 것으로 나 타났다. 바이오 경제를 육성하기 위해서 가장 먼저 실천해야 할 전략 과제는 원천기 술 확보 로 나타났고, 정책 옵션으로는 연구개발 투자를 활성화 로 나타났다. 8. 대응 시나리오에 따른 산업연관효과 추정 분석 방법 본 연구에서 보고자 하는 것은 바이오 경제 관련 산업 즉, 바이오매스와 산업바 이오의 육성이 경제에 미치는 영향이다. 이를 보기 위하여 본 연구는 기본적으로 산업연관분석 중 생산유발효과에 초점을 맞추고 있다. 구체적으로는 바이오 경제 관련 산업이 경제의 일정 부분을 차지함으로써 투입산출구조의 변동이 가져오는 (국산)생산유발계수의 변화를 살펴보는 방법으로 3가지 시나리오를 추정하여 시나 리오 간 비교를 진행하였다. [그림 24] 산업연관효과 추정 연구의 틀 시나리오 a는 국내 산업바이오가 육성되었으나 필요한 바이오매스를 전량 수입 하는 경우이다. 시나리오 b는 산업바이오가 육성되지 못하였기에 필요 바이오 화 학제품을 전량 수입에 의존하는 경우로서 비교의 기준점이 된다. 시나리오 c는 국내 산업바이오가 육성되었지만 필요한 바이오매스의 일부를 국내에서 생산하는
40 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 경우이다. 다만 국토의 협소성, 인구의 급격한 감소 등 한국이 가지는 고유한 특성 을 고려해 보면 시나리오 c가 현실적으로 가능할지는 의문이다. 이후 세 개의 시나리오별 산업연관표가 구성되면 각각을 이용하여 생산유발계수 를 비교해 봄으로써 경제의 생산력에 어느 정도의 변화가 있는지 비교해 보았다. 분석의 전제와 시점 추정의 전제는 2030년의 시점에서 바이오 경제가 기존 경제를 30% 대체하였다 는 것을 전제로 한다. 2030년 바이오 경제의 30% 대체율은 관련 선행연구와 논의 에서 가장 폭 넓게 통용되는 전제이자 유럽의 바이오 경제와 관련된 정책의 도전 목표이기도 하다. 분석 결과 경제 전체의 생산유발계수는 산업바이오를 육성하였을 경우(시나리오 a) 1.8687 4) 에서 산업바이오를 육성하지 못하였을 경우(시나리오 b) 1.8445로 0.0242p만큼 하락하고 있다. 한편 분석 대상 5개 산업 중 원유 및 바이오매스 산업 을 제외하고 나머지 4개 산업의 생산유발계수가 모두 하락하는 것으로 나타났다. 5) 특히 화학산업의 생산유발계수의 하락폭보다 다른 산업들의 하락폭이 대체로 더 크게 나타나고 있다는 점을 미루어 보아 산업바이오가 육성되지 못할 경우에 발생 되는 생산력 감소 효과는 다른 산업들에 큰 영향을 미칠 개연성이 높다는 점을 알 수 있다. 4) 경제 전체 생산유발계수 1.8687의 의미는 전체에 평균적으로 1조원의 최종수요가 발생할 때 직간접적으로 1조 8,687억 원의 생산 파급효과가 이루어짐을 의미한다. 5) 원유 및 바이오매스 산업의 생산유발계수 값은 크게 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 산업바이오가 육성되 지 못할 경우 원유나 바이오매스에 대한 수입이 그만큼 감소하게 되는 긍정적인 효과에 기인하기 때문이다.
요 약 41 [그림 25] 시나리오 a 와 시나리오 b 의 생산유발계수 변화 자료: 산업연관표(2008)를 이용한 자체 계산 다음으로 바이오매스를 일정부분 국내에서 생산할 경우의 생산력 변화를 알아보 았다. [그림 26]은 농림수산업 산출 규모의 10%가 증산되고 이 증산된 부분이 바이 오매스로 이용되었을 경우의 생산유발계수 변화를 보여주고 있다. 앞에서 서술되었 던 바와 같이 이 경우에도 상당부분의 바이오매스는 수입에 의존하고 있고 국내에 서 일부를 충당하는 것에 불과하다는 점을 주지할 필요가 있다. 즉 농림수산업 산출 규모의 10%는 국내 필요 바이오매스의 약 17%를 차지하는 것으로 계산될 수 있다. 분석 결과 경제 전반의 생산유발계수 값이 상승하였으며, 농림수산업을 제외한 경제 내 모든 산업들의 생산유발효과도 상승하는 것을 알 수 있었다. 경제 전체의 생산유발계수는 바이오매스 산업을 육성하지 못하여 전량을 해외에서 수입할 경우 (시나리오 a) 1.8687이며, 바이오매스 산업을 육성하여 농림수산업 산출액 기준으 로 10%를 국내에서 생산할 경우(시나리오 c) 1.8745로 시나리오 a 대비 0.0058p 만큼 상승하고 있다.
42 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 [그림 26] 시나리오 a 와 시나리오 c 의 생산유발계수 변화 자료: 산업연관표(2008년)를 이용한 자체 계산. 분석의 한계 본 분석은 다소 무리한 가정과 많은 한계를 가지고 있다. 그 중에서도 가장 큰 한계는 산업간 연관성, 즉 전방효과(forward linkage)와 후방효과(backward linkage)를 모두 1단계까지만 고려하였다는 점이다. 산업연관분석이란 전후방효과 가 모두 무한 단계로 전개되어야 한다. 물론 산업간 연결되는 단계가 높을수록 그 연관성이 급격하게 약화된다는 특성을 가지고 있지만 산업연관분석의 기본에는 충 실하지 못했음을 인정하지 않을 수 없다. 향후 본 연구에서 제시되는 모델의 정교성 을 보완하는 이론적인 방법을 찾을 수만 있다면 분석의 강건성이 보다 높아질 수 있을 것으로 기대된다.
요 약 43 9. 결론 및 정책적 시사점 본 연구에서는 화석기반 디지털 경제에 대응되는 개념으로서 바이오 경제의 의 미와 특징을 정리해 보고, 이에 대응하는 선진국들의 전략과 특징, 그리고 활동 내 용들을 살펴보았다. 이어서 과학기술적 관점, 사회경제적 관점, 그리고 계량분석적 관점에서의 접근을 통하여 우리나라가 바이오 경제시대를 준비함에 있어서의 대응과 전략과제를 도출해 보고자 하였다. 본 연구의 결과를 토대로 도출된 결론에 대하여 정리하면 다음과 같다. 첫째, 바이오 경제시대의 대응을 위한 정책적 의사결정에서 가장 중요한 원칙은 바이오 경제의 상황적 특성(Context Specificity)을 정확히 이해하는 것이다. 둘째, 바이오 경제시대의 대응을 위한 정책적 의사결정에서 두 번째 원칙은 바이오 경제의 통합적 특성(Holistic Specificity)을 이해하는 것이다. 셋째, 바이오 경제시대의 대응을 위한 정책적 의사결정에서 세 번째 원칙은 바이오 경제의 상호보완적 특성(Complementarity Specificity)을 이해하는 것이다. 마지막으로 바이오 경제의 특성에 대한 이해를 기반으로 바이오 경제시대 대응을 위한 7대 전략과제와 구체적인 실행단위의 실천과제를 제시하고자 한다. 전략과제 1 국가가 보유하고 있는 바이오 자원의 현황과 재화적 가치에 대한 지도와 DB를 구축하여야 한다. 실천과제 1 : 바이오 자원의 현황과 재화적 가치에 대한 지도와 DB구축 전략과제 2 독일형 바이오 경제시대 대응 모델을 추구하여야 한다. 실천과제 2 : CLIB 2021과 같은 바이오 경제시대 대응을 위한 사회적 협의체, 연구체 확립과 사회적 성숙도 개선 전략과제 3 완제품에서는 연료보다 소재와 부재에 집중하여야 한다.
44 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 실천과제 3 : 바이오 가스를 도시가스 관 또는 봄베(Bombe)로 유통 판매시키기 위한 조사연구 수행 전략과제 4 그린, 화이트, 레드 바이오에서 국가의 역할과 비중에 차별적 접근이 필요하다. 실천과제 4 : 효소(Enzyme)산업에 대한 국가 R&D 프로그램 개발 및 추진 전략과제 5 바이오 에너지화 프로그램을 지속적으로 추진하되, 다른 신재생 에너지와 상호보완적 관점에서 지속적으로 개선하여야 한다. 실천과제 5 : 석유화학기업의 Petro to Bio Transition 을 지원하고, 민간 연구 개발을 유도 전략과제 6 바이오매스 자원 확보에 국가의 전략적 추진이 필요하다. 실천과제 6 : 바이오 에너지에 대한 발전차액지원액 확대 및 태양광, 풍력과의 형평성 제고 전략과제 7 복잡한 부처별 추진체계를 지속적으로 정리하고 조율해야 한다. 실천과제 7 : 국내 바이오매스와 수입 바이오매스 여부에 따라 CO 2 감소량 인정, 보조금, 세금면제, 정책자금 지원 등 정책지원 차별화 실천과제 8 : 목적중심, 최종결과중심의 범부처 연구개발 및 추진 체계 확립
목 차 요약 1 제1부 바이오 경제시대의 전개와 동향(현황 篇 ) 제1장 서론 57 제1절 연구 필요성 및 목적 57 제2절 연구 구성과 방법론 59 제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 63 제1절 바이오 경제의 개요 63 제2절 바이오 경제시대의 도래 81 제3절 경제 및 산업 체제 변화의 동인과 외부 환경 요인 86 제3장 주요국의 바이오 경제 대응 동향 103 제1절 바이오 경제의 논의 동향 103 제2절 국가별 대응 동향 106 제3절 주요국 대응 동향 분석 및 시사점 138 제4장 바이오 경제의 분야별 전망과 미래 145 제1절 지식 기반 바이오 경제와 기술, 산업 그리고 혁신 145 제2절 바이오 자원 152 제3절 바이오 공정 158 제4절 바이오 제품 165 제5절 연관 산업 분야 170
제2부 바이오 경제시대의 대응과 과제(분석 篇 ) 제5장 바이오산업 연구개발 투자의 국제 비교 및 국내 IT산업과의 비교 175 제1절 연구개요 175 제2절 바이오 R&D의 국제 비교 176 제3절 국내 바이오산업과 IT산업의 R&D 투자 비교 181 제4절 소결과 시사점 188 제6장 과학기술영역에 대한 분석 및 평가 189 제1절 연구개요 189 제2절 바이오 원료 제품 지도 평가 190 제3절 10대 기술 및 제품 선정 평가 201 제4절 소결 및 시사점 221 제7장 사회경제영역에 대한 분석 및 평가 223 제1절 연구개요 223 제2절 바이오 경제와 산업 227 제3절 바이오 경제와 역량 231 제4절 바이오 경제와 정책 236 제5절 소결 및 시사점 243 제8장 대응시나리오에 따른 산업연관효과 추정 245 제1절 연구개요 245 제2절 바이오 경제의 구조와 범위 246 제3절 연구범위 252
제4절 연구 결과 265 제5절 소결 및 한계점 270 제9장 결론 및 정책적 시사점 271 참고문헌 285 부록 1. 전문가 설문조사 설문지(사회경제영역) 291 부록 2. 산업연관표의 개요 및 산업연관분석 방법 297 부록 3. 2008년 산업연관표 부문분류표 309 SUMMARY 325 CONTENTS 327
표 목 차 <표 1-1> 디지털 경제 VS 바이오 경제 58 <표 2-1> 바이오 경제 구성 요소 65 <표 2-2> 유럽 바이오 경제의 규모와 고용 현황(2009년) 71 <표 2-3> 우리나라와 OECD의 신재생에너지원별 현황 비교 75 <표 2-4> 지속 가능성을 위협하는 외부 환경의 변화 87 <표 3-1> 미국 바이오 연료 관련 개발 기술 분야(회사) 및 투자 규모 116 <표 3-2> 독일 재생 가능 에너지 사용 현황 및 목표 123 <표 3-3> 독일 비식용작물의 용도별 경작 면적 규모(2008년) 125 <표 3-4> 캐나다 정부의 바이오 경제 관련 투자 현황 136 <표 4-1> 바이오 소재 시장 전망 152 <표 4-2> 작물별 바이오 연료 생산성 비교 153 <표 4-3> 주요 바이오 정유 방식의 특징 162 <표 5-1> 주요국의 민간 부문 바이오 R&D 관련 지표(2008년 기준) 177 <표 5-2> 기타 선진국 민간부문 바이오 R&D 집약도(바이오R&D투자 /부가가치) 177 <표 5-3> 기타 선진국 민간부문의 바이오 R&D 지출액 및 바이오R&D /총R&D 비중 179 <표 5-4> 기타 선진국 공공 부문의 바이오R&D투자/총R&D투자 비율 180 <표 5-5> 바이오산업과 IT산업의 정의 182 <표 5-6> 산업연관표상 바이오산업 및 IT산업에 대한 R&D 투입액(명목) 184 <표 5-7> 바이오산업 및 IT산업의 R&D 투입 諸 비율 186 <표 6-1> 기존 연구들의 연구개발 투자 우선순위 선정기준 정리결과 191 <표 6-2> 바이오 원료 및 제품의 평가 기준 192 <표 6-3> 연구개발 역량 평가 결과 193 <표 6-4> 산업연관성 평가 결과 194
<표 6-5> 미래 전략성 평가 결과 195 <표 6-6> 기준별 중요도 평가 결과 196 <표 6-7> 가중치 고려한 최종 평가 결과 196 <표 6-8> 바이오산업 가치 사슬상의 이슈리스트 200 <표 6-9> 바이오 기술 영역 기술 및 제품 리스트 201 <표 6-10> 바이오 경제의 10대 핵심 기술 및 제품 204 <표 6-11> 식물 공장 관련 기술 207 <표 6-12> 바이오 연료의 종류별 특성 208 <표 6-13> 10대 기술 및 제품의 평가 기준 210 <표 6-14> 상업성 평가 항목 및 척도 211 <표 6-15> 10대 기술 상업성 평가 결과 211 <표 6-16> 10대 제품 상업성 평가 결과 213 <표 6-17> 내부화 평가 항목 및 척도 214 <표 6-18> 10대 기술 내부화 평가 결과 215 <표 6-19> 10대 제품 내부화 평가 결과 217 <표 6-20> 지역성 평가 항목 및 척도 218 <표 6-21> 10대 기술 지역성 평가 결과 218 <표 6-22> 10대 제품 지역성 평가 결과 220 <표 6-23> 바이오 경제의 가치 사슬 상 원료 및 제품의 우선순위 선정 222 <표 7-1> 설문대상 응답자의 종사분야별 구성 224 <표 7-2> 설문대상 응답자의 세부 연구 분야별 구성 225 <표 7-3> 설문대상 응답자의 연구단계별 구성 226 <표 7-4> 바이오 경제와 역량 평가 체계 232 <표 7-5> 바이오 가치 사슬 상 역량 평가 결과 233 <표 7-6> 바이오 경제의 분야별 역량 평가 결과 233 <표 7-7> 연구단계별 상대적 중요도 평가 결과 234 <표 7-8> 바이오 경제 육성 시 기대 효과 상대적 중요도 평가 결과 235 <표 7-9> 바이오 경제와 정책 평가 체계 236 <표 7-10> 정책 목표의 중요도 평가 결과 237
<표 7-11> 정책옵션의 중요도 평가 결과 239 <표 7-12> 전략 과제의 중요도 평가 결과 241 <표 8-1> 본 연구에서의 상품 분류와 산업연관표 상 분류 비교 254 <표 8-2> 본 연구의 5부문 기준 국산거래표 및 수입거래표(2008년, 조 원) 257 <표 8-3> 시나리오 a의 투입산출표 259 <표 8-4> 변화된 시나리오 b의 투입산출표 261 <표 8-5> 변화된 시나리오의 투입산출표 263 <표 8-6> 시나리오별 구분 264 <표 9-1> 바이오 분야별 R&D 지출 규모와 부가가치 추정치 비교 279 <표 9-2> 바이오 분야별 거시적 접근과 주안점 280 <표 9-3> 부처별 바이오 에너지 관련 담당 업무 282
그림목차 [그림 1-1] 전체 연구의 주요 내용과 구성 60 [그림 1-2] 제5장 연구의 틀(바이오산업 연구개발 투자의 국제 비교 및 국내 IT산업과의 비교) 61 [그림 1-3] 제6장 연구의 틀(과학기술작업반: 과학기술영역에 대한 분석 및 평가) 61 [그림 1-4] 제7장 연구의 틀(사회경제작업반: 사회경제영역에 대한 분석 및 평가) 62 [그림 1-5] 제8장 연구의 틀(계량분석작업반: 바이오 경제시대 대응 시나리오에 따른 산업연관효과 추정) 62 [그림 2-1] 바이오 경제 개념도 64 [그림 2-2] 바이오 연료 생산 과정: 원료, 공정 및 최종 제품 66 [그림 2-3] 바이오 자원의 활용 흐름도 67 [그림 2-4] 바이오 연료 순환 개념도 73 [그림 2-5] 1933년 미국에서 옥수수 에탄올 휘발유를 판매하는 모습 81 [그림 2-6] 세계 에탄올 연료 생산 현황 83 [그림 2-7] 유럽의 바이오 자원 활용 현황과 목표 84 [그림 2-8] 미국 바이오 연료 증산 계획 85 [그림 2-9] 연료 유형에 따른 세계 에너지 사용 현황 및 전망 89 [그림 2-10] 국가별 자동차 소유 현황 및 전망 89 [그림 2-11] 전 세계 경작 가능한 토지의 증가 현황 91 [그림 2-12] 전 세계 곡물 생산성 증가 현황 95 [그림 2-13] 바이오 경제 관련 기술 투자 현황 98 [그림 2-14] 다학제 간 협력의 필요성 102 [그림 3-1] 미국 휘발유 가격 상승 추이 106 [그림 3-2] 유가 변화 및 바이오 자원 연구개발 공공 자금 지원 규모 107 [그림 3-3] 바이오 연료 자원 다각화 108 [그림 3-4] 에너지 독립 안보법 및 Cap & Trade 정책의 탄소 감축 효과 분석 109
[그림 3-5] 미국 에너지부 바이오 자원 기술 개발 지원 체계 112 [그림 3-6] 미국 에너지부 바이오 자원 기술 개발 지원 규모 112 [그림 3-7] 바이오 연료 생산 및 엔진 효율성 향상으로 인한 원유 수요 감축 114 [그림 3-8] 미국 부처별 바이오 연료 연구 개발 지원 비율 114 [그림 3-9] 미국 바이오 연료 연구 개발 지원 규모 115 [그림 3-10] 미국 바이오 연료 관련 기술 개발 투자 업종 및 비율 116 [그림 3-11] BP사의 바이오 자원 활용 기술 관련 제휴 관계도 117 [그림 3-12] 바이오 연료 공급 단계에 따른 연구 개발 체제 118 [그림 3-13] 독일 재생 가능 자원 경작 면적 증가 추이 124 [그림 3-14] 독일 재생 가능 에너지 중 바이오 에너지의 비중 변화 126 [그림 3-15] 독일 바이오 연료 사용 현황 127 [그림 3-16] 해외 대응 동향 특징 및 시사점 144 [그림 4-1] 바이오 경제의 자원 활용 흐름도 145 [그림 4-2] 바이오 경제를 구성하는 주요 산업 146 [그림 4-3] 바이오 경제 관련 주요 산업의 기술 경제적 영향과 개발 소요 기간 148 [그림 4-4] 비타민 B2 생산 공정 변경 효과 149 [그림 4-5] 셀룰로오스 유래 에탄올 생산량 예측 150 [그림 4-6] 바이오 제품 시장 현황 151 [그림 4-7] 미국의 바이오 자원 규모: 농업 및 임업 153 [그림 4-8] 바이오 자원의 물류 관련 중요 요소 156 [그림 4-9] 바이오 자원의 물류 발전 3단계 156 [그림 4-10] 바이오 자원의 물류: 기존 방식 157 [그림 4-11] 바이오 자원의 물류: 2번째 단계 157 [그림 4-12] 바이오 자원의 물류: 최종 단계 158 [그림 4-13] 전작물 바이오 정유: 건식법 및 습식법 160 [그림 4-14] 생화학적 방법 및 열화학적 방법의 바이오 정유 161 [그림 4-15] 노보자임 사의 산업 분야별 매출 및 시장 점유율 164 [그림 4-16] 효소 비용 및 셀룰로오스 유래 에탄올 생산 비용 감소 현황 165 [그림 4-17] 스마트 그리드의 구성 170
[그림 4-18] 스마트 그리드의 에너지 절약 및 이산화탄소 감축 효과(국내) 171 [그림 5-1] 바이오산업 R&D 투자 분석의 틀 176 [그림 5-2] 주요국 공공 부문의 바이오R&D투자/총R&D투자 비중 180 [그림 5-3] 본 보고서상의 연구개발 투자의 흐름 예시(산업연관표 예시) 182 [그림 5-4] 국내 바이오산업의 R&D투입/총투입 비중 184 [그림 5-5] 국내 바이오산업의 R&D투입/부가가치 비율 185 [그림 5-6] 바이오산업R&D투입/전산업R&D투입 비중 187 [그림 5-7] 바이오산업R&D투입/IT산업R&D투입 비율 187 [그림 6-1] 기술작업반 평가의 틀 190 [그림 6-2] 바이오 원료 및 제품 지도 190 [그림 6-3] 일본의 자국 원료 활용 바이오에탄올 생산 사업 개요 197 [그림 6-4] 10대 기술 상업성 매트릭스 분석 결과 212 [그림 6-5] 10대 제품 상업성 매트릭스 분석 결과 214 [그림 6-6] 10대 기술 내부화 매트릭스 분석 결과 216 [그림 6-7] 10대 제품 내부화 매트릭스 분석 결과 217 [그림 6-8] 10대 기술 지역성 매트릭스 분석 결과 219 [그림 6-9] 10대 제품 지역성 매트릭스 분석 결과 221 [그림 7-1] 사회경제작업반 평가의 틀 224 [그림 7-2] 설문 응답자의 업무 경력 226 [그림 7-3] 바이오 경제와 산업 평가의 틀 227 [그림 7-4] 바이오 경제의 현재 역량 중요도 평가 결과 228 [그림 7-5] 바이오 경제의 미래 산업적 중요도 평가 결과 229 [그림 7-6] 바이오 경제의 전략적 육성 분야 중요도 평가 결과 230 [그림 7-7] 연구단계별 상대적 중요도 평가 결과 234 [그림 7-8] 바이오 경제 육성 시 기대효과 상대적 중요도 평가 결과 235 [그림 7-9] 정책 목표의 우선순위 평가 결과 238 [그림 7-10] 정책옵션 우선순위 평가 결과 240 [그림 7-11] 전략과제의 우선순위 평가 결과 242 [그림 8-1] 산업연관효과 추정 분석의 틀 245
[그림 8-2] 바이오 기술의 부가가치 사슬 구조(협력자 모델) 246 [그림 8-3] 바이오 기술의 새로운 사업 모델(통합자 모델) 247 [그림 8-4] 바이오 경제의 가치 사슬 248 [그림 8-5] 바이오산업 구조도 249 [그림 8-6] 석유 화학산업의 구조 250 [그림 8-7] 시나리오 a 와 시나리오 b 의 생산유발계수 변화 266 [그림 8-8] 시나리오 a 와 시나리오 c 의 생산유발계수 변화 267 [그림 8-9] 시나리오 a 와 가정이 변경된 시나리오 b 의 경제 전체 생산 유발계수 변화 268 [그림 8-10] 시나리오 a 와 가정이 변경된 시나리오 c 의 경제 전체 생산 유발계수 변화 269
제1부(현황 篇 ) 바이오 경제시대의 전개와 동향
제1장 서 론 57 제1장 서 론 제1절 연구 필요성 및 목적 산업과 경제의 근본 패러다임이 Physical Science 중심에서 Life Science 중심으 로 빠르게 재편되고 있다. 19세기 중반 이후에 일어난 산업혁명은 화학과 물리학이 주축이 되는 Physical Science가 이론적, 기술적 기반을 형성한 것이다. Physical Science 기반의 산업 혁명은 전례 없는 물질적 풍요를 가져왔지만, 자연과 생명에 대한 이원적인 접근으로 인해 환경과 생태의 위기를 가져오기도 하였다. 이른바 지속 가능성의 위기 또는 지속 가능성에 도전 으로 요약되는 오늘날 우리 주변의 많은 난제들의 뿌리는 Physical Science로부터 유래된 측면이 크다. 이처럼 Physical Science의 성장한계를 극복하고 문제를 해결하기 위한 대안으로 Life Science가 주목 받고 있으며, 과학의 발전은 기존 Life Science의 기술 장벽을 빠르게 제거하고 있다. 또한 Physical Science가 가져온 물질적 풍요를 넘어서서 인류의 수 명이 급속히 증가하는 과정에서 삶의 질과 건강, 환경, 복지에 대한 요구 수준도 높아 지고 있다. 현재의 과학기술과 산업기반이 Physical Science에서 Life Science 중심으로 옮 겨가는 과정은 대응여부에 따라 위기와 기회의 양면성을 지닐 수 있다. 신흥 개도국 들은 세계 최고 수준의 제조업 육성에 전념하고 있는 반면, 선진국들은 이미 Life Science 시대에 대비한 농산업, 보건의료, 환경산업 등의 준비를 가속화하고 있다. Physical Science 시대 대응에 성공적이었던 한국의 경제와 산업이 Life Science 중심의 바이오 경제시대로의 전이에 성공할 수 있을지는 의문으로 남아 있다. 대량 생산과 효율화로 대표되는 Physical Science 기반의 산업경제와 소형화, 개체화로 대표되는 Life Science 기반의 바이오 경제는 근본적인 패러다임의 변화를 수반한 다. Life Science 기반에서는 생명현상이 갖는 국지성(Locality), 예측의 난해성
58 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 (Unpredictability), 경로의 다양성 (Diversity) 등 이전 시대와 다른 과학과 산업의 경쟁규칙이 적용되는데, 한국은 이에 대한 기반과 준비가 미흡한 것이 현실이다. Physical Science의 디지털 경제시대에 한국은 세계적 수준의 IT산업 육성에 성 공하였고, 이를 기반으로 세계 11번째 경제대국 반열에 오를 수 있었다. 그러나 Life Science 중심의 바이오 경제시대의 도래에 대응하려면 지금까지와는 다른 새로운 혁신의 방법론과 준비가 필요할 것이다. 예로써 한국은 국가 R&D투자에서 ISIC 32 번 산업 1) 의 비중이 48%(2008년 기준)에 이르는 등 IT산업 의존도와 몰입도가 지나 치게 높아 BT전이(Transition)의 적시성과 효과성이 우려되기도 한다. 이에 본 연구는 Life Science가 중심이 되는 바이오 경제시대 진입에 대비한 통 합적 관점에서의 사전적, 탐색적 연구를 지향하며 기획되었다. 본 연구는 바이오 경 제시대 대비를 위한 총괄 청사진을 제공하고, 선진국들의 바이오 관련 정책 동향 및 대응 프로그램을 벤치마크하고, 바이오 경제시대에 대한 기술, 사회경제 그리고 계량적 측면의 고찰을 통하여 한국 실정에 맞는 과학기술 기반의 정책적 시사점을 제시하고자 한다. <표 1-1> 디지털 경제 VS 바이오 경제 디지털 경제 바이오 경제 중심 최소단위 전자(electron) 세포(cell) 중심기술 IT BT 경제 지향점 Fast &Fat Slow &Flat 자원 화석자원 바이오자원 공정 화학적 공정 생물학적 공정 자연계 순환 배출과 폐기 완전한 재활용 중심과학 물리, 지구과학 화학, 생물 에너지 공급방식 중앙 집중형 지역 분산형 거주형태 Urban Sub-urban 경제학적 목적 경제성장 생명복지, 삶의 질 중심자본 산업자본 생명자본 중심산업 전기전자, 기계, 중공업 농산업, 보건의료, 화학 부가가치 17% Up to 8% 1) 국제산업분류기준에 따른 산업분류로서 ISIC 32번 산업의 직역은 영상 음향 통신장비 제조업 으로 IT산업을 의미함
제1장 서 론 59 제2절 연구 구성과 방법론 본 연구는 크게 제1부 현황 편과 제2부 분석 편의 두 부분으로 구성되었다. 현황 편은 서론을 포함하여 바이오 경제의 개념과 정의, 그리고 바이오 경제가 도래하게 되는 경제사적 배경을 살펴봄으로써 바이오 경제라는 화두 의 의미를 파 악해 보고자 구성되었다. 또한, 현황 편에서는 바이오 경제시대의 주요 산업과 기술, 제품, 기대시장 등 현황 및 미래 전망에 대해 정리하였으며, 주요국의 바이오 경제 대응 동향을 짚어보고 이로부터 우리에게 필요한 시사점을 도출하였다. 현황 편은 제1장 서론부터 제4장 주요국의 바이오 경제 대응 동향까지로 구성되어있고, 문헌 연구와 인터뷰, 해외사례조사 등의 방법론이 주로 활용되었다. 분석 편은 바이오 경제 시대의 대응과 과제를 도출하기 위한 목적으로 진행되었 다. 분석 편은 제5장부터 제8장까지 구성되어 있으며 제5장에서는 우리나라 바이 오산업 연구개발투자를 국제비교하고, 디지털 경제의 주력산업인 IT산업과의 시계 열적 비교를 수행하였다. 제6장에서는 과학기술 측면에서 바이오 경제시대를 준비 하기 위해 과학 기술작업반을 운영하였다. 아울러 전문가 토의를 통해 투자 방향설 정과 효율적 자원배분을 위하여 10대 핵심 기술과 제품군을 도출하여 다양한 기준 에 따라 평가해 보았다. 제7장은 바이오 경제의 가치 사슬에 따른 우리 사회의 예 상되는 영향은 무엇이며, 그에 대비하기 위해 우리가 선택할 수 있는 방안은 무엇 인지에 대해 살펴보고자 1 바이오 경제와 산업 2 바이오 경제와 역량 3 바이오 경제와 정책의 세 개의 카테고리로 나누어 관련 전문가들의 의견을 수렴하기 위한 설문조사를 실시하고 그 결과를 분석하고 고찰하였다. 제8장은 바이오 경제의 육 성과 대응 시나리오에 따른 한국경제에의 파급효과를 추정해 보기 위한 목적으로 산업연관효과 분석 등 계량분석의 방법으로 진행하였다. 마지막으로 제9장 결론과 정책적 시사점 부분에서는 현황 편과 분석 편에서 도
60 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 출된 소결과 시사점, 그리고 연구의 과정에서 수렴되었던 전문가 의견과 자료에 근거하여 이론탐색 및 분석을 통해 도출된 시사점을 정리하고 정책 제언을 제시하 였다. 전체 연구의 주요 내용과 구성은 아래 [그림 1-1]에 제시되어 있다. 분석 편의 각 장에서 사용한 연구 방법은 각 장에 소개되어 있으나, 보고서 내용의 이해와 가 독성의 편의를 높이기 위하여 아래 한자리에 한 번 더 소개하였다. [그림 1-1] 전체 연구의 주요 내용과 구성
제1장 서 론 61 [그림 1-2] 제5장 연구의 틀(바이오산업 연구개발 투자의 국제 비교 및 국내 IT산업과의 비교) [그림 1-3] 제6장 연구의 틀(과학기술작업반: 과학기술영역에 대한 분석 및 평가)
62 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 [그림 1-4] 제7장 연구의 틀(사회경제작업반: 사회경제영역에 대한 분석 및 평가) [그림 1-5] 제8장 연구의 틀(계량분석작업반: 바이오 경제시대 대응 시나리오에 따른 산업연관효과 추정)
제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 63 제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 제1절 바이오 경제의 개요 1. 바이오 경제의 정의 농자천하지대본( 農 者 天 下 之 大 本 )이라는 말이 있었을 정도로 농산업은 모든 산 업의 핵심이었다. 그러나 18세기 후반 영국에서 시작된 산업혁명 이후에 농산업은 제조업 및 서비스업에 핵심 산업으로서의 자리를 내줬고, 천연 섬유나 목재 등 식물 을 원료로 했던 제품들이 합성 섬유나 플라스틱처럼 석유를 원료로 하여 생산되기 시작하면서 농산업은 식량 공급을 위해서는 필수적이지만 경제적인 기여도가 낮은 전통 산업으로 인식되고 있었다. 그러나 21세기에 들어와서는 농산업이 다시 각광 받기 시작하는데, 그것은 농산업이 첨단 생명과학과 바이오 기술의 발전에 힘입어 지식 기반 바이오 경제에서 핵심적인 역할을 하게 되었기 때문이다. 가. 정의 바이오 경제, 또는 지식 기반 바이오 경제란 무엇인가? 협의의 바이오 경제는 기술의 발달로 기존의 화석연료를 바이오 자원으로 대체하게 되는 것을 말한다. 즉, 기존에 석유를 원료로 하여 생산되던 의약품, 화학제품, 각종 소재는 물론 운송 수 단, 전력 및 열 생산에 사용되는 연료를 곡물, 목재, 식물성 기름 등의 바이오 자원 으로부터 생산하게 되는 것을 의미하는 것이다. 단순히 자원의 대체에 초점을 맞추고 있는 위와 같은 정의가 생물학적 공정과 관련된 개념으로까지 확장이 되면서 환경친화적인 요소가 부각되기 시작한다. 이러 한 시각에서는 천연재료를 원료로 사용하는 것은 물론 생물학적 공정을 통하여 에 너지 사용량을 최소화하고 독성 폐기물 발생을 사전에 봉쇄하며 공정의 부산물 및
64 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 폐기물을 모두 다른 공정에 투입하거나 재활용하여 마치 자연 생태계처럼 완전한 물질 순환을 이루는 것을 바이오 경제라고 본다. 광의의 바이오 경제는 생물학적 자원의 생산, 관리 및 활용과 생물학적 공정을 사용하는 모든 산업 및 경제 분야, 그리고 이와 관련된 서비스 및 전후방 산업을 모두 포함한다. 여기에는 농업, 식품업, 어업, 임업 등의 산업이 포함되는 것은 물론 관련 정책이나 법제, 교육 및 사회활동까지 모두 망라한다. 또한 이 모든 활동은 지 속 가능성이라는 대전제를 충족시켜야 한다. [그림 2-1] 바이오 경제 개념도 화석연료에 근거한 20세기 경제가 위에 언급한 것과 같은 바이오 경제로 전환되 기 위해서는 과학기술, 특히 생명과학기술의 발전이 절대적으로 뒷받침되어야 한 다. 이를 강조한 용어가 지식 기반 바이오 경제(Knowledge-Based Bio-Economy, KBBE)인데, 이는 2004년 유럽연합에서 처음 사용되었으며 생명 과학에 대한 지식 을 활용하여 새롭고 지속 가능하며 환경 친화적이고 경쟁력 있는 제품을 생산하는
제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 65 것을 의미한다. 유럽은 전통적으로 강세를 보였던 농축산업 및 화학 공업 분야를 첨단 과학 기술과 결합하여 21세기 인류의 가장 큰 도전 과제인 지속 가능성 문제에 선도적으로 대응하고자 지식 기반 바이오 경제에 전력을 기울이고 있다. 나. 구성 요소 지금까지 살펴 본 것과 같이 바이오 경제는 매우 광범위한 개념이다. 하지만 핵 심을 살펴보면 화석연료 및 화학 공정에 기반을 두고 대량의 폐기물을 배출하던 20 세기 경제에 반해 바이오 경제는 재생 가능한 바이오 자원과 생물학적 공정에 기반 을 두고 완전한 재활용 사이클을 구축하여 실질적으로 폐기물을 배출하지 않는 21 세기형 경제를 지칭하는 개념이다. <표 2-1> 바이오 경제 구성 요소 구분 기존 경제 바이오 경제 자원 화석연료(석탄/석유) 재생 가능한 바이오 자원 공정 화학적 공정 생물학적 공정 폐기물 대량 배출 완전한 재활용 다. 분야 1) 바이오 에너지/연료 현재 바이오 경제에서 가장 큰 부분을 차지하는 분야는 바이오 에너지 분야이다. 바이오 에너지는 생물학적 자원을 원료로 사용하여 에너지를 생산하는 것인데, 사 실 바이오 에너지의 역사는 인류의 역사만큼이나 오래되었다. 땔감을 이용하여 난 방을 하거나 화력발전을 하는 것이 하나의 예인데, 지금도 많은 지역에서 이러한 형태로 바이오 에너지가 사용되고 있다. 삼림의 지나친 훼손 없이 현지에서 땔감의 공급이 가능하고 기술 발달로 연소 효율성을 대폭 높이면서도 온실가스 발생을 최 소화하는 것이 가능하다면 이러한 형태의 전통적인 바이오 에너지도 분명히 바이오
66 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 경제의 중요한 일부분이 될 것이다. 그러나 21세기 바이오 경제에서는 점차 바이오 자원을 연료(액체)화하여 사용 하는 비중이 늘고 있다. 바이오 연료는 옥수수나 사탕수수 같은 곡물이나 지푸라기, 잡초, 버려진 잔가지 등의 식물성 물질, 그리고 채종유나 야자유 등의 식물성 기름 들로부터 발효 등의 공정을 통하여 생산된 에탄올, 부탄올 또는 바이오 디젤 등의 연료를 의미한다[그림 2-2]. 현재 전 세계 수송 연료의 1%를 바이오 연료가 차지하 고 있으며 브라질에서는 바이오 에탄올의 점유율이 이미 석유를 뛰어넘어 가장 중 요한 수송 연료의 지위에 올랐다. [그림 2-2] 바이오 연료 생산 과정: 원료, 공정 및 최종 제품 자료: Farrel & Sperling(2007): pp. 58
제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 67 2) 바이오 소재/공정 현재로서는 바이오 연료가 바이오 경제의 가장 큰 분야이지만 앞으로 바이오 자 원을 사용하여 연료 이외의 제품을 생산하는 것과 생물학적 공정을 이용하는 비중 도 급격하게 증가할 것이라고 전망된다. 바이오 원료 및 생물학적 공정은 폭넓은 응용이 가능하며, 정밀 화학제품, 화장품, 의약품 및 식품 첨가물 등에서 거대한 잠 재력을 가지고 있다. 기존의 화학적 공정보다 더 선택적으로 작용하는 생물학적 공 정은 상대적으로 순도가 낮은 원료의 사용을 가능하게 해주고 또한 부산물의 양도 감소시킬 것으로 예상된다. [그림 2-3] 바이오 자원의 활용 흐름도 자료: Clever Consult BVBA(2010): pp.40 3) 바이오 자원 이와 같이 과학 기술의 발달로 바이오 자원의 용도가 연료 및 각종 원료로 확장 되자 이러한 바이오 자원을 공급하는 산업, 즉 농업이나 임업 등도 재조명되기 시작 한다. 곡물이 식량으로서뿐만 아니라 바이오 연료나 효소, 아미노산, 의약품, 플라
68 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 스틱 등의 고분자물질, 섬유 등의 생산 공장으로 역할을 하게 되자 곡물의 수확량 증대가 이러한 여러 산업들의 성장 발전과 직결된 과제가 된 것이다. 이렇게 양적인 증가를 위한 노력 외에 각종 제품이나 공정에 적합한 특성을 보유한 곡물을 만들어 내는 것도 또한 중요해졌으며, 이러한 모든 것들이 소위 그린 바이오 기술을 통해 가능해지고 있다. 2. 지속 가능성에 대한 도전 기존에도 존재하고 있었던 화이트 바이오 기술과 그린 바이오 기술이 바이오 경 제라는 개념 아래 하나로 모이면서 세계적으로 주목을 받는 이유는 바이오 경제가 전 인류가 직면하고 있는 지속 가능성 위기에 대한 해결책으로 여겨지기 때문이다. 이러한 지속 가능성 위기로는 기후 변화, 식량 부족, 에너지 수요 급증, 유해 폐기물 로 인한 생태계 파괴 및 지역 간의 경제 불균형 같은 것들이 있다. 가. 온실가스 증가로 인한 기후 변화 인구 증가 및 경제 성장은 이산화탄소, 메탄, 아산화질소 등의 온실가스 발생량을 증가시켜서 전 지구적인 기후 변화를 초래하고 있다. 인류가 2배로 부자가 될 때마 다 탄소 방출은 80% 증가한다고 하며, 이의 대부분이 화석연료의 사용에 기인한다. 이러한 기후 변화에 전 지구적으로 대처하기 위하여 1997년 교토의정서에서는 국가별로 이산화탄소 등의 온실가스 감축 목표를 설정하였으며, 이후 각 국가들은 자체적으로 계획을 세워서 온실가스 감축을 추진하고 있다. 나. 에너지 수요 증가 현대 사회에서 가장 주요한 에너지원인 석유는 지속적으로 가격이 상승하고 있 다. 이는 인구 증가와 경제 성장으로 인한 수요의 증가, 특히 아시아를 포함한 개발 도상국 지역에서의 급격한 수요 증가와 함께 매장량의 감소로 인하여 야기되는 것 이다. 인류가 처음으로 1조 배럴의 석유를 사용하는 데에는 125년이 걸렸으나 다음
제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 69 1조 배럴은 30년 만에 소진될 것으로 추정되며 따라서 멀지 않은 미래에 심각한 수 급 불균형이 예상되고 있다. 또한 대부분의 산유국들이 위치한 중동 지역의 지정학 적 불안정성은 언제라도 원유 공급에 문제가 생길 가능성을 배태하고 있는 것이 현 실이다. 미국, 유럽을 포함한 여러 선진국에서는 석유를 이용한 화력 발전에 대한 대안으 로 현재 원자력 발전이 주요한 역할을 하고 있으나 원자력 발전은 환경 단체 및 일 반인들로부터 끊임없이 안전성에 대한 우려가 제기되고 있다. 2011년 3월에 발생 한 후쿠시마원전 사태를 계기로 원자력의 안전성에 대한 우려는 더욱 악화되었으 며, 다른 종류의 대체 에너지 개발에 대한 요구가 급증하는 상황이다. 다. 식량 부족 경작 가능 용지의 부족, 기후 변화로 인한 물 부족 사태 및 빈번한 기상 이변 등 으로 인하여 인구 증가 속도에 걸맞은 곡물 수확량의 증가를 유지하기가 점점 힘들 어지고 있다. 특히 개발도상국들은 비효율적인 시장 체제나 낙후된 기술 등으로 인 하여 적정량의 식량 공급이 이루어지고 있지 않으며 현재 개발도상국 인구의 17%가 영양실조라는 보고도 있을 정도이다. 따라서 식량의 안정적인 공급은 인류의 존속 을 위해 해결해야 할 핵심적인 문제이다. 라. 유해 폐기물로 인한 생태계 파괴 화석연료 및 석유 화학 제품의 사용으로부터 발생하는 각종 폐기물은 대기 오염, 수질 오염 및 토양 오염의 주된 원인이며, 이는 즉각적으로 삶의 질을 떨어뜨릴 뿐 만 아니라 생태계 파괴를 통하여 장기적으로 기후 변화나 식량 부족으로 다시 연결 된다. 따라서 폐기물을 감소시키는 것은 지속 가능한 사회를 만드는 데 있어서 필수 적인 요구 사항이다.
70 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 마. 농촌 및 개발도상국가의 경제 문제 전 세계적으로 인구의 도시 집중 및 이로 인한 농촌의 공동화가 심각한 문제가 되고 있다. 2007년에 이미 개발도상국 국민의 44%가 도시에 거주하는 것으로 나타 나고 있는데, 이 수치는 앞으로 계속 상승하여 2050년에는 개발도상국 국민의 86% 가 도시에 거주할 것으로 예상된다. 지나친 도시화는 환경오염 증가, 자연 환경 파 괴 등 앞서 언급한 것과 같은 지속 가능성 위기의 원인을 제공하는 것 이외에도 지 역 경제 및 산업 간의 불균형을 야기해 사회 불안정성을 높이게 된다. 이러한 불안 정성은 한 나라의 내부에서뿐만 아니라 국제적으로도 문제가 된다. 개발도상국가의 낮은 소득과 낮은 경제자립도로 인한 정치적 불안정성은 세계정세에 위협이 될 수 있으며 또한 천연자원에의 과도한 경제 의존도는 지속 불가능한 방식으로 자원을 고갈시켜 전 지구적인 위기를 초래할 수도 있다. 3. 바이오 경제의 중요성 유럽연합의 연구 혁신 집행위원인 Mάire Geoghegan-Quinn 여사는 2010년 9월에 브 뤼셀에서 개최된 지식 기반 바이오 경제 컨퍼런스에서 유럽의 바이오 경제 현황에 대해서 다음과 같이 말했다. 유럽의 바이오 경제는 2조 유로의 가치가 있으며 농업, 임업, 어업, 식품, 화학 및 바이 오 연료 등의 다양한 분야에 걸쳐 2,200만 개의 일자리를 제공하고 있다. 이것이 유럽 바 이오 경제의 인상적인 현실이다. 이것은 우리 모두의 삶에서 빼놓을 수 없는 부분이며 우 리의 삶을 향상시키는데 중요한 역할을 한다. 이와 같이 바이오 경제는 이미 우리와 함께 하고 있으며 생산 유발 및 고용 창출 등의 경제적인 기여도도 점점 커지고 있다. 그러나 이러한 경제적인 중요성은 바이 오 경제의 한 측면에 지나지 않는다.
제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 71 <표 2-2> 유럽 바이오 경제의 규모와 고용 현황(2009년) Sector Annual turnover (billion Euro) Emplyment (thousand) Data source Food 965 4,400 CIAA Agriculture 381 12,000 COPA-COGECA Eurostat Paper/Pulp 375 1,800 CEPI Forestry/Wood ind. 269 3,000 CEI-BOIS Biobased products Chemical and Plastics 50(estimation * ) 150(estimation * ) USDA Arthur D Little Fester Mckinsey CEFIC Enzymes 0.8(estimation * ) 5(estimation * ) Biofules 6 ** 150 Amfep Novozymes, Danisco/Genecor, DSM) EBB ebio Total 2,046 21,505 주: 1) * : estimation for Europe for 2009 2) ** : estimation based on a production of 2.2 million tonnes bioethanonal and 7.7 millions tonnes biodiesel at average market price in Europe 자료: Clever Consult BVBA(2010): pp.14 앞서 언급한 것처럼 현재 기후 변화나 에너지 수요 증가 등 전 인류의 지속 가능 성을 위협하는 여러 위기가 복합적으로 얽혀 있고 세계 각국은 여기에 대처하기 위 해서 다양한 방안을 추진하고 있다. 이러한 방안들을 하나로 결집한 것이 바로 바이 오 경제라는 개념이며, 따라서 바이오 경제는 단순히 새로운 기술에 근거한 새로운 형태의 경제에 불과한 것이 아니라 인류의 지속적인 생존을 위한 필사적인 도전이 라고 할 수 있다.
72 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 가. 이산화탄소 등 온실가스 감축 우선 바이오 경제는 이산화탄소 등의 온실가스 감축에 기여하여 기후 변화를 완 화시킬 것으로 예상된다. 예를 들면, 바이오 연료의 사용 및 바이오 공정과 제품으 로 인하여 2030년까지 이산화탄소를 10억 톤에서 25억 톤까지 감소시키는 것이 가 능할 것이라고 추정된다. 화석연료가 아닌 곡물, 목재 등의 식물성 자원으로부터 생산되는 바이오 연료는 다음 과 같은 과정을 거쳐서 생태계에서 순환하고 재생되면서 이산화탄소 감소에 기여한다. [그림 2-4] 제일 먼저 무한한 에너지 공급원인 태양으로부터 전달되는 빛 에너지와 이산화탄소를 이용하여 광합성을 함으로써 풀과 나무 등의 식물성 자원이 생산된다. 이 과정 자체가 대 기 중의 이산화탄소를 포집하는 과정이기도 하다. 이렇게 생산된 식물성 자원은 전처리 과정을 거쳐서 셀룰로오스 등으로 분해된다. 기 술의 발전 및 사회적 인프라의 구축이 갖춰진 후에는 바로 수확된 식물성 자원뿐만 아니라 각종 공정의 부산물이나 폐기물도 체계적으로 수집되어 전처리 과정에 투입될 수 있을 것 이다. 효소 처리 과정을 거쳐서 셀룰로오스 등의 물질이 당류로 분해되고 나면 미생물을 이 용한 발효 등의 과정을 거쳐서 에탄올, 부탄올, 바이오 디젤 등의 액체 연료가 생산된다. 이렇게 생산된 연료는 자동차, 비행기 같은 운송 수단의 연료로 사용되며, 이러한 연료 의 연소 시 발생하는 이산화탄소는 광합성을 통하여 다시 식물성 자원의 생산에 사용됨으 로써 생태계에서 순환을 거치게 된다. 따라서 화석연료를 사용할 때에는 땅 속 깊은 곳에 화석 형태로 저장되어 있던 이산화탄소가 대기 중에 방출되는 반면 바이오 연료를 사용할 때에는 이산화탄소의 순환을 통하여 대기 중 이산화탄소의 농도를 일정 수준으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
제2장 바이오 경제시대의 도래와 동인 73 [그림 2-4] 바이오 연료 순환 개념도 자료: Fischer(2008): pp.8 나. 화석원료의 대체 바이오 에너지는 에너지 수요 증가 및 수급 불균형이라는 위기에 대처하는 기술 이기도 하다. 현대 국가에서 에너지는 경제 발전의 원동력은 물론 국가 안보 및 환 경 문제에 있어서도 중심적인 위치를 차지하고 있다. 특히 대부분의 석유 수출국이 OPEC(Organization of the Petroleum Exporting Countries)에 의하여 조직되고 운 영됨에 따라 석유 시장이 안정화되는 반면, 가격 담합이 이루어지기도 한다. 뿐만 아니라 대부분의 석유 수출국들이 중동 아시아에 위치되어 있어 정치적 군사적인 긴장감을 조장하고 있으며, 테러의 위험도 존재하고 있는 만큼 친환경적인 에너지 를 안정적으로 공급하는 것은 모든 국가의 정책 우선순위에 들어가는 사항이다.
74 바이오 경제시대 과학기술 정책의제와 대응전략 다. 지역경제의 발전 기후 변화 완화, 에너지 수요 충족, 식량 공급 및 폐기물 감소 등 생태계와의 평화로운 공존 속에 인류가 존속하기 위해 추진하는 이러한 노력은 다시금 경제적 균형 및 정치적 안정으로 이어지는 선순환을 창출한다. 우선 바이오 자원 생산의 중요성이 커지면서 농업 및 임업 등에 투자가 확대되고 이는 공동화되던 농촌 지역에 고용 창출 효과를 일으키면서 지역 경제를 활성화시킨다. 그린 바이오 기술의 발달로 버려지거나 못 쓰는 땅도 에너지용 곡물이나 식물 재배에 활용될 수 있어서 농촌 지역의 소득 증가에 일조하게 된다. 또한 일부 산유국을 제외하고는 대부 분 해외에서 원유를 수입해 오기 때문에 주로 해안 지역에 밀집해 있던 정유 시설대신 현 지에서 생산 공급되는 바이오 자원을 정제 처리하는 바이오 정유 시설은 내륙에 골고루 분포하게 되기 때문에 지역 경제의 균형 잡힌 성장에 기여하게 된다. 이와 같이 바이오 경제가 낙후되었던 지역의 경제에 미치는 유기적 작용은 국제 적인 관계에서 개발도상국의 경제에도 같은 방식으로 기여하게 될 것이다. 단순한 천연자원의 생산 및 판매에 머물렀던 개발도상국들은 바이오 기술로 인하여 바이오 연료 및 바이오 소재 생산에서도 핵심적인 역할을 하게 될 것이다. 즉, 기존 경제 체제에서 1차 생산자의 위치에 안주해야 했던 개발도상국들이 바이오 경제에서는 선진국들과 함께 2차 생산자의 역할을 나누어 맡게 될 것이며, 이는 국민들의 높은 소득과 경제 자립도 향상 및 그로 인한 정치적 안정으로도 이어질 것이다. 라. 에너지원의 다양화 화석연료를 대체하기 위하여 20세기의 절반이라는 세월동안 막대한 자본을 투입하여 원자력과 수력 에너지를 개발하였고, 최근에는 바이오매스를 이용한 바이오 에너지, 풍 력, 태양열 에너지 등을 개발하는데 박차를 가하게 되었다. 화석에너지의 의존도를 낮추 고자 각 국은 그들의 지역, 경제 개발, 천연자원 및 정책 시스템에 따라 전략적인 에너지 포트폴리오를 구성하기에 이르렀다. 예를 들어, 수자원이 풍부한 브라질과 중국은 수력발 전소를 건설하는데 중점을 두는 반면 미국, 러시아, 프랑스, 영국처럼 이미 경제발전이 이루어진 국가에서는 원자력 에너지를 개발하는데 중점을 두게 되었다. 태양열 에너지 또한