최근 몇 년 동안 나노기술 (NanoTechnology)은 세계적인 큰 흐름으로 자리메김을 하며 발전해 왔다. 미국이 지난 2000년 NNI (National Nanotechnology Initiative)를 선포한 이후 일본, 유럽 등에서는 차세대 미래기술로서 나노기술에 대한 투자를 꾸준히 증가시켜왔다. 세계 각국은 미래 산업에 대한 주도권을 확보하기 위한 전략으로 나노기술을 채택하였으며 각각의 분야에서 맹렬히 경쟁하고 있다.
드렉슬러(Drexler) 등에 따르면 나노기술이 실생활에 폭넓게 적용되는 시기(범용화 시기)는 연구 분야에 따라 다소 차이는 있을지 몰라도 대략 2010년에서 2040년 사이에 실현될 것으로 예측하고 있다. 물론 나노기술이 이미 실용화된 예도 있어서 그 시기는 분야별, 재료별로 차이가 있을 수 있다.
나노기술은 근본적으로 원자 혹은 분자를 하나씩 제어하는 기술이므로 환경측면에서 나노 구조체, 소자 또는 시스템을 제조하는 과정에서 소비되는 자원의 손실을 최소화할 수 있는 가장 경제적이며 친환경적인 기술이다. 학문적 측면에서는 원자, 분자현상의 해석, 조작, 응용(제품화)를 위해서는 수학, 물리, 화학, 의학, 전자, 재료 등 여러 분야의 학문(또는 기술)이 복합적으로 결합되어야 하는 다 학제적 연구 분야로서 기존의 단일 학문에 의한 연구로 성과를 기대할 수 있는 분야는 아니다. 산업적 측면에서 나노기술은 단순히 기존기술의 연장선상이 아닌 과학기술적 한계를 뛰어넘을 수 있는 잠재력이 큰 기술이기 때문에 어떤 분야에서의 나노기술 실현은 기존시장을 완전히 대체하거나 신규 시장을 창출할 수 있는 잠재력이 큰 기술이다.
2. 국내외 나노기술 정책 및 연구개발 동향
가. 정책 및 연구개발 동향
미국의 나노기술정책은 백악관 내의 국가과학기술위원회와 과학기술정책실에서 주도하고 있으며 매년 나노기술개발계획 조정 작업을 한다. 대략 10여개 정부부처에서 나노기술개발에 참여하고 있으며 2004년도에는 9억 달러 이상의 연구비가 투입되었고 이는 미 연방정부 전체 연구개발비의 0.6%에 해당한다. 미국정부는 끊임없이 기초연구비를 증가시키고 있으며 동시에 과학적 연구 성과에 초점을 맞춘 나노소재·소자 등 9개 세부기술분야에 투자를 아끼지 않고 있다. 이외에도 공동인프라 구축을 위한 NNIN (National Nanofabrication Infrastructure Network)설립을 추진중에 있다. SRI 리포트에 의하면 미국의 나노기술은 HEC(Human Equivalent Computer, 인간등가컴퓨터)를 위한 나노소자 및 DNA 조작기술개발을 Keyword로 하여 추진중에 있는 것으로 예측된다.
나. 한국의 나노기술수준
1985년 유럽에서 최초로 STM(주사전자현미경) 기술을 선보인 후 미국, 일본, 유럽, 아시아의 여러 나라들은 각자의 나노기술개발정책을 수립하며 기술선점을 위한 무한경쟁에 돌입하고 있다. 미래 산업을 좌우할 나노기술은 아직 태동기 기술이며 따라서 특허 등을 통한 기술선점의 효과는 매우 지대할 것으로 사료된다. 2001년 이후 정부는 법개정을 통하여 나노기술에 대한 투자를 본격적으로 실시하고 인프라 구축 및 연구개발 등 다양한 정책을 시도해 왔으며 따라서 논문, 특허 등 나노기술 관련 연구 성과 증가추세 (KISTI 조사자료)에 있다. 구체적으로 살펴보면 SCI급 해외 주요저널 발표 논문은 40% 이상의 연평균 증가율을 보이며 세계 8위에 rank되었고 특허 또한 연평균 35%의 증가율을 나타내고 있다. 특히나 정보전자 등 IT 관련 나노기술은 반도체 나노 공정을 기반으로 상대적 우위확보가 가능하고 반도체 선폭제어기술등은 세계적으로 경쟁력이 인정된다. 반면 일본, 유럽 등 선진국에 비해 나노 소재 분야의 기반은 상대적으로 낮으며 특히 소재부품분야의 대일 무역적자는 소재분야의 취약성을 극명히 드러내고 있다. 세계기술평가센터(WTEC)의 분석결과를 토대로 상대기술력을 평가한 우리의 기술력은 선진국의 약 25% 수준이나 이는 2000년도의 분석이며 환경변화에 따라 통계지표 수정 등 새로이 분석되어야 한다.
다. 한국의 나노연구개발사업의 추진경위
3. 시장전망 및 연구비 투자현황
가. 시장전망
나노기술은 아직 태동기 기술이나 2010경에 1조 달러에 이를 것으로 미국의 NanoBusiness Alliance는 추정하고 있으며 이 시기에 약 200만명의 전문인력이 필요할 것으로 전망되고 있다. 아래 그래프는 일본에서 예측된 시장전망으로 성장속도와 미래시장 규모면에서 주요산업으로 자리 잡게 될 것으로 예측된다.
최근 10년간 우리나라의 연구개발 총투자규모는 10년전에 비하여 3배 이상 증가하여 2000년 기준으로 세계 8위의 투자규모를 달성하였으며, 2001년에 이르러서는 총연구비 투자규모가 15조(전체 GDP의 ~3%)이상으로서 선진국 수준에 육박해 가고 있다.
그러나 표2에서 보는바와 같이 그 절대규모는 아직 선진국에 비해 30% 수준에 머무르고 있고 기초연구예산의 증가현상이 선진국의 추세인 만큼 향후 시행계획의 수정이 불가피하다고 사료된다. 본 절에서는 2002년도 국가연구개발사업조사·분석평가 자료(KISTEP, 과학기술기획평가단)를 근거로 나노기술분야에 대한 우리나라의 연구비 투자규모와 세부투자기술분야 등에 대하여 간략히 소개하고자 한다.
본격적으로 나노기술분야에 투자가 집중되는 2002년도 연구개발비의 투자는 정부의 총연구개발비 4조 949억원 중 약 3.3%인 1,531억원에 이르고 있는 것으로 나타났으며, 이는 IT나 BT분야에 비하면 적은 투자규모를 나타내고 있다. 나노기술분야에 연구개발비를 투자하고 있는 정부 부처로는 과학기술부, 산업자원부 등을 포함하여 총 10개 부처에 이르고 있으며 이중 과학기술부가 전체 연구비의 69.8%를 차지하고 있고, 그 다음으로 산업자원부 , 국무조정실 , 교육인적자원부 등의 순으로 나타나고 있다. 반면 중소기업청, 보건복지부, 국방부, 환경부, 농림부 등의 투자비중은 상대적으로 낮은데 이는 이들 부처의 연구비 규모 자체가 절대적으로 작기 때문인 것으로 생각된다.
연구주체별로는 대학(53%), 출연연구소(31.9%) 순으로 나타났는데 이는 나노기술분야가 아직 초기단계이며 이로 인해 기초연구 비중이 타 분야에 비해 상대적으로 높은 것으로 보인다. 기업의 참여현황으로 볼 때 아직은 나노기술분야에 대한 산업화가 이루어 질 때까지 많은 시간이 필요할 것이다.(일부분의 경우 기업체에서 연구가 수행되고 있음. - 예, 메모리 혹은 광소자 등) 이는 선진 외국에서도 유사한 현상이며 나노기술의 특성상 단기간의 산업화는 시간이 소요될 것이고, 기초, 응용, 개발에 대한 전략적인 연구수행이 필요할 것이다.
세부기술분야별로 보면 나노기반·공정(740억원)이 가장 많았으며, 나노소재, 나노소자 및 시스템, 나노 바이오보건 등의 순으로 나타났다. 나노기반·공정에서는 주로 나노 상태의 측정기술이나 나노 상태로의 구조화기술등과 관련된 기술에 대한 투자비중이 높았으며 나노소재 분야에서는 기능성 금속·세라믹 분말 및 청정화학과 관련된 기공 또는 촉매소재에 많은 투자가 이루어지고 있다. 나노소자 및 시스템분야에서 신개념의 전자소자를 중심으로 많은 연구가 이루어지고 있으며, 나노·바이오분야에서는 나노바이오물질 합성 및 분석기술과 의약 약물전달시스템에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. <그림. 2>
기초연구 단계에 있는 나노기술이기에 진행되는 연구의 형태 또한 기반 및 공정분야, 기초연구 분야 등으로 제한되어 아직까지 응용개발 단계까지의 연구수행은 제한적이라 하겠다. 따라서 이 분야에 대한 가시적인 성과를 기대하기에는 많은 시간과 투자가 필요한 상황이며 일부 품목에 대한 산업군이 형성되어 있다 하여도 태동단계인 만큼 지속적인 관심과 투자가 이어져야 할 것이다.
4. 주요 연구개발 프로그램
국가연구개발사업을 추진하고 있는 주요 정부부처로 과학기술부, 산업자원부, 정보통신부, 국방부, 보건복지부, 환경부 등이 있으며 이 중에서도 나노기술과 관련된 연구개발사업은 주로 과학기술부, 산업자원부, 정보통신부를 중심으로 수행되고 있다. 정부차원에서 추진되는 나노기술 지원프로그램은 크게 연구개발, 시설·인프라, 인력양성 등 세 분야로 나뉘어서 추진되고 있으며, 연구개발과 시설·인프라 확충 프로그램은 과학기술부, 산업자원부, 정보통신부를 중심으로, 인력양성프로그램은 과학기술부와 교육인적자원부가 중심이 되어 진행하고 있다.
연구시설 등 인프라 측면에서 과학기술부에서는 개별 연구주체가 확보하기 어려운 고가의 나노분석·가공·공정 연구장비 확보를 통한 연구개발을 효율적으로 지원하기 위하여 나노종합팹센터, 나노소자특화팹센터, 극초단파 광양자 빔, 차세대 자기공명장치, NT종합정보지원체제 등이 구축되어 가동중에 있으며, 산업자원부에서는 지방의 주력산업과 나노기술을 접목하여 지역산업의 기술혁신을 도모하고 산업발전에 기여하기 위한 지역산업진흥화사업(나노부품실용화센터), 지역기술혁신센터구축사업(나노소재/응용제품 TIC, 나노입자 TIC), 산업기술기반구축사업(나노기술산업화지원센터) 등이 추진되고 있다. 또한 IT-NT융합분야 등 첨단연구을 위한 고성능 컴퓨팅 기반구축의 국가Grid사업과 IT융합기술의 특화연구센터 설립을 통한 전략적 연구수행을 위한 IT융합기술특화연구센터가 2002년과 2004년에 정보통신부에서 본격적으로 추진하고 있다.
가. 과학기술부
과학기술부는 국가나노기술개발 추진전략을 총괄하면서 국내·외의 나노기술 환경에 능동적으로 대처하고 미래 성장가능성 및 신산업 혁명을 주도할 수 있는 핵심기초, 원천기술 개발에 주력하고 있다. 이를 위해 테라급나노소자기술개발, 나노소재기술개발, 나노메카트로닉스기술개발 등 대형프로그램 형태로 추진되고 있는 프론티어연구개발사업을 주력으로 나노소자, 나노소재, 나노공정, 나노바이오·환경기술분야에 관련된 연구개발 프로그램을 수행하고 있다. 특히 100억/년 규모로 추진되고 있는 프론티어연구개발사업중 “테라급나노소자개발”은 향후 5~10년 부딪칠 수 있는 반도체 소자의 기술적/제조상의 한계를 극복하기 위하여 1999년에 추진된 대표적인 나노기술 관련 연구프로그램이다. 또한 2002년부터 과학기술부는 나노인프라 구축을 위한 “나노Fab센터구축사업”을 전개하기 시작하였으며 동시에 “나노핵심기반기술개발사업”을 통해 21세기 신산업 창출을 주도할 나노 R&D 사업을 본격 추진하기 시작하였다.
나. 산업자원부
산업자원부는 산업화 가능성이 높은 핵심기술에 연구비를 전략적으로 지원하여 국가의 산업화 진전 속도를 가속화 시키고 나노기술 관련 기업들의 연구기반을 마련할 수 있는 프로그램 위주로 추진하고 있다. 경제성이 우월한 이온빔을 이용하여 나노스케일의 측정과 가공이 동시에 수행될 수 있는 복합장비 개발을 위한 “차세대신기술개발사업”이, 탄소나노튜브(CNT)의 대량합성에 필요한 촉매, 공정기술 및 장치개발을 위한 “중기거점기술개발사업” 등이 추진되고 있다.
다. 정보통신부
정보통신부는 IT-NT융합기술 분야의 기반기술과 연구개발 인프라를 확보하여 IT융합기술 혁신을 통하여 신산업 창출이 가능하고 경쟁력이 있다고 판단되는 분야에 집중 지원하고 있다. 정보통신부는 하나의 연구개발 프로그램에서 1,180여억원의 연구비가 투입되는 단일 프로그램을 수행하고 있다. 이와 더불어 정보통신부의 국가 그리드사업 및 IT융합기술특화연구센터구축에 1,800여 억원을 투입하고 있다.
라. 보건복지부
보건복지부는 2013년까지 메디컬나노소재 제품 6종이상 개발과 300억불 이상의 신시장 창출을 위하여 나노진단·치료 및 생체모방기술, 메디컬 나노소재 관련 원천기술 확보를 위하여 관련 연구과제를 수행하고 있다. 메디컬 나노소재분야에 나노메디컬입자, Nno-Fludics & Self-Assembly, 메디컬 나노구조체, 나노생체막등의 과제가 수행되고 있으며 니노바이오칩, 나노바이오센서, 의약 및 약물전달시스템 그리고 나노생체 모방형 소재 연구가 진행되고 있다.
이 밖에도 한국과학기술연구원(KIST), 한국기계연구원(KIMM), 한국화학연구원(KRICT), 한국생명공학연구원(KRIBB), 한국표준과학연구원(KRISS) 등 국무조정실 산하의 정부출연연구기관들이 수행하고 있는 나노기술 관련 연구개발프로그램들도 꾸준히 진행되고 있다.
5. 맺음말
나노기술은 아직까지 연구개발 초기단계이어서 기초기술에 대한 우선적 선점을 위한 각국의 기술경쟁은 미국, 일본, 유럽 등 기술선진국들에 의하여 촉발되었고 그후 우리나라를 비롯한 대만, 중국 등의 아시아 국가가 각국의 기술개발 추진전략에 따른 전략분야를 설정하여 그 뒤를 추격하고 있다.
2001년 우리나라의 나노기술 연구에 대한 10개년 계획을 담은 국가『나노기술종합발전계획』이 국가과학기술위원회(NSTC)를 통과함으로서 체계적인 연구개발 추진기반을 마련한 이후, 지난 3년 동안 정부에서는 나노기술발전을 위한 많은 일들을 추진해 왔다. 나노기술 연구추진의 근거 마련을 위한 법적·제도적 장치마련(나노기술개발촉진법 및 시행령 제정·시행)등 단기간에 주목할 만한 양적인 성장이 이루어져 왔다.
이제는 이렇게 구축된 우리나라의 연구개발시스템들을 보다 효율적이고 조직적으로 연계시키는데 더 많은 관심을 기울일 때라 생각하며, 이를 통해 나노기술 연구를 위한 제한된 연구개발 자원의 효과적 집중으로 나노기술분야에 우리의 기술적 선점과 역량을 강화해 나갈 수 있도록 정부, 산업계, 학계, 연구계 등 모든 연구주체들이 역량을 결집해 나가야 할 것이다.
특히나 세계 각국의 나노기술 정책에 정확한 이해와 분석이 절실히 요구되고 기초기술력 투자 증대라는 그 추세에 부응하여 종합발전계획의 수정 보완 및 새로운 기술정책의 수립 등이 절실히 요구된다. 이를 위하여 정보분석 및 정책분석을 게을리 하지 말아야 할 것이다.
<참고문헌>
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4. 국가R&D 기술 기획보고서 2001.12
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9. 나노테크 활용기술의 모든 것, 大英社, 2004
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- http://nano.xerox.com /nanotech/feynman.html
13. Engines of Creation -The Coming Era of Nanotechnology (K. Eric Drexler)
- http://www.foresight.org/EOC/index.html～EOC_References.html.
14. Unbounding the Future:the Nanotechnology Revolution(Eric K. Drexler and Chris Peterson)
- http://www.foresight.org/UTF/Unbound_LBW/index.html～/Glossary.html
