▲ ‘첨단소재공정고도화 및 기술역량 확보기술개발사업’ 추진배경

반도체·이차전지·우주항공 등 첨단산업 필요 10개 첨단소재 양산공정 경쟁력 확보

탄소나노조합 협력지원단 운영, AX·전문교육·컨설팅·글로벌 사업화 등 全주기 지원

글로벌 기술패권 경쟁이 심화되고 첨단산업을 둘러싼 공급망 재편이 가속화되면서 핵심소재의 기술자립과 안정적인 공급망 확보는 국가 경쟁력을 지속 확보하는데 필수가 되고 있다.

특히 반도체, 이차전지, 디스플레이, 미래 모빌리티, 항공우주 등 국가 전략산업의 기술 고도화에 따라 완제품의 성능과 품질 향상을 위해 초경량·초고강도·고내열·고방열 등 물리적 한계를 극복할 수 있는 첨단소재의 중요성도 날로 커지고 있다.

그러나 국내 소재기업들은 우수한 원천기술을 확보하고도 양산공정의 재현성과 신뢰성 확보, 생산수율 향상, 수요기업 요구성능 대응, 글로벌 인증 등의 어려움으로 사업화와 공급망 진입에 한계를 겪고 있다.

이에 올해 산업통상부가 시행하고 한국산업기술기획평가원(KEIT)이 관리하는 ‘첨단소재공정고도화 및 기술역량 확보기술개발사업’(이하 첨단소재공정고도화 사업)이 국내 소재산업의 제조혁신과 기술자립을 촉진하고 글로벌 공급망 경쟁력을 높이는 핵심 사업으로 주목받고 있다.

총 323억 2,500만원(국비 237억 1,400만원, 민간 86억 1,100만원)이 투입돼 2026년 7월부터 2030년 12월까지 4년 6개월에 걸쳐 추진되는 이번 사업은 수요산업 요구 성능에 부합하는 대량생산 공정기술 개발과 신속한 글로벌 공급망 진입을 지원하는 것을 목적으로 하고 있다. 탄소나노·섬유·세라믹·금속·화학 등 5대 소재를 대상으로 총 10개의 첨단소재 제조공정을 확보하는 과제가 추진된다.

특히 이를 뒷받침하기 위해 한국탄소나노복합재연구조합이 운영하는 첨단소재 공정혁신 협력지원단을 중심으로 제조현장의 기술적 애로 해결, 인공지능 전환(AX), 전문인력 양성, 글로벌 수요기업 발굴 및 해외시장 진출을 유기적으로 연계함으로써 국내 소재기업이 글로벌 시장을 선도하는 ‘챔피언’으로 성장할 수 있도록 뒷받침할 계획이다.

■첨단소재 기술 확보 넘어 양산 공정 고도화 시급

제조AI 전환(M.AX)과 탄소중립으로 글로벌 제조업 패러다임이 변화함에 따라 미국, 유럽, 일본 등 주요 선진국들이 기술패권 및 공급망 안정과 직결되는 첨단소재 기술을 확보하고 신성장동력 산업으로 적극 육성하고 있다.

Fortune Business Insights가 2024년 발표한 자료에 따르면 세계 첨단소재 시장은 2023년 1,026억달러에서 2032년 1,746억달러 규모로 연평균 6.1% 성장할 것으로 예상되고 있다. 이에 선진국들은 첨단소재 연구개발과 함께 디지털 제조혁신, 파일럿 생산시설 구축, 신소재 상용화 등을 연계하며 첨단소재 기술 경쟁력 확보에 주력하고 있다.

‘구슬이 서말이라도 꿰매야 보배’라는 말이 있듯이 첨단소재 원천기술이 개발돼도 완제품 양산라인에 적용되지 못하면 헛수고가 된다. 일례로 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀은 개발됐을 당시만 해도 산업을 바꿀 ‘꿈의 신소재’로 불렸지만 상용화까지 숱한 시행착오를 겪었고 오랜 시간이 걸렸다. 대량생산 공정기술을 확보하지 못해 비싼데다 수요산업과 실증도 어렵고, 나아가 첨단산업에서 요구하는 소재 특성은 날로 빠르게 변화하면서 R&D 상용화 병목 현상이 반복되고 있는 것이다.

때문에 실험실 수준에서 우수한 성능을 구현한 소재라도 실제 산업현장에 적용하기 위해서는 대량양산 과정에서 균일한 품질과 성능을 유지해야 하며, 생산수율과 경제성, 신뢰성, 환경규제 등에 대한 검증도 필요하다.

이에 이번 첨단소재공정고도화 사업은 기존 제품혁신 중심의 소재부품 R&D를 넘어 핵심전략기술 분야에 필요한 첨단소재를 대상으로 양산성을 확보할 수 있는 공정 고도화와 함께 성능 검증, 수요기업 연계 및 사업화 지원까지 이어지는 전(全)주기를 지원한다는데 차별성을 두고 있다.

기존 소재부품 R&D 지원과제를 분석해 공급망, 파급성, 시장성 등을 종합적으로 고려해 시급성이 요구되는 10개 첨단소재 제조공정이 선정됐다. 또한 성과목표도 원가절감, 공정시간 단축, 공정 적용률 등 양산성 확보에 필요한 사항에 초점이 맞춰져 있다.

▲ ‘첨단소재공정고도화 및 기술역량 확보기술개발사업’ 과제 및 기대효과

■반도체·이차전지·우주항공 등 수요 맞춤형 10개 양산공정 혁신 추진

이번 사업은 반도체·이차전지·우주항공·첨단 모빌리티 등에서 필요로 하는 금속, 세라믹, 화학, 섬유, 탄소나노소재 등 5대 소재를 중심으로 10개 양산공정 혁신이 추진된다. 이를 통해 국내 첨단소재 산업의 주요 분야별 양산 애로기술을 해결하고 글로벌 시장 진출을 위한 경쟁력을 확보한다는 계획이다.

주요 과제를 살펴보면 먼저 금속 소재 분야에서는 전력반도체용 저열팽창 그래핀-금속 페이스트 제조공정 기술개발(주관: 대성금속)이 추진된다. 고발열 조건에서 안정적으로 기능하는 복합 페이스트 소재 양산공정 기술을 개발해 해외 의존도를 낮추고 전력반도체는 물론 우주항공 등 연관 산업에 적용을 확대할 예정이다.

세라믹 소재 분야에서는 기존 알루미나 소재에 고방열 소재를 결합하는 세라믹 고방열 필름용 산화알루미늄(Al₂O₃) 제조공정 기술개발(주관: 인오켐)이 추진된다. 이를 통해 초미세·고방열 소재 제조공정 기술을 확보함으로써 고대역폭메모리(HBM) 등 차세대 반도체에 필요한 열관리 수요에 적극 대응할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

화학 소재 분야에서는 터치·디스플레이 투명배면전극용 전도성 고분자소재(PEDOT:PSS)를 하루 1.5톤 생산할 수 있는 양산공정 기술개발(주관: 일동케미칼)이 추진된다. 이들 소재는 해외에서 전량 수입에 의존하고 있어 이번 공정 개발을 통해 수입의존도를 낮추고 다면적화 기술개발로 경쟁력이 강화될 전망이다.

섬유 소재 분야에서는 1400℃급 초고온 SiC(탄화규소) 섬유 내 산소 함량 및 섬유 손상률을 최소화하는 연속 생산 공정 기술개발(주관: 데크카본)이 추진된다. 초고온 SiC 섬유는 글로벌 시장에서 국가안보를 위한 전략물자로 분류돼 있어 수입도 쉽지 않은 만큼 이번 개발을 통해 자립화 및 우주항공, 에너지 등 수요산업 경쟁력 강화가 기대되고 있다.

탄소나노 소재 분야에서는 이차전지 도전재 등으로 수요가 늘고 있는 고순도·고결정성 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)를 연 1천톤 규모로 대량 양산·정제 할 수 있는 기술개발(주관: 제이오)이 추진된다. 이를 통해 SWCNT 생산성과 가격경쟁력을 확보함으로써 국내 이차전지 산업의 글로벌 경쟁력 강화를 지원할 계획이다.

이같은 양산공정 고도화는 첨단소재의 해외 의존도를 완화하는 동시에 국내 소재기업이 글로벌 첨단산업에서 요구하는 성능에 대응하고 시장을 개척할 수 있는 기반을 마련할 것으로 기대되고 있다.

▲ 첨단소재 공정혁신 협력지원단 추진 전략

■첨단소재 공정혁신 협력지원단, 글로벌 진출 위한 사업화 종합 지원

첨단소재 양산 공정의 고도화를 위해선 생산 안정성 확보를 위한 기술 확보와 함께 수요산업 변화에 대한 신속한 대응이 필수다. 특히 소재산업은 제조공정에 따라 제품의 미세구조와 물성, 품질이 달라지는 특성이 있어 공정조건의 정밀한 제어와 최적화를 위한 AI 도입이 필수가 되고 있다.

한국탄소나노복합재연구조합은 이러한 산업 환경 변화에 대응해 ‘첨단소재 공정혁신 협력지원단’(이하 협력지원단)을 운영하고, 사업에 참여하는 첨단소재 기업이 성공적으로 R&D 과제를 수행할 수 있도록 현장 기술애로 해결부터 AI 기반 제조혁신, 연구인력 역량 강화 및 글로벌 사업화 등을 종합적으로 지원할 계획이다.

현장 애로기술 해결을 위해 협력지원단은 소재·공정·시험인증 분야 전문가를 통한 맞춤형 컨설팅과 가상공학플랫폼을 활용해 기업의 기술적 문제를 진단하고 해결을 지원한다. 또한 기업별 AI 도입 필요 영역을 진단하고 맞춤형 컨설팅을 제공하는 한편, 소재·공정 분야와 AI를 연계한 교육을 통해 기업의 AX(인공지능 전환) 역량 내재화를 지원할 예정이다.

기업 실무자들의 AI 활용도 향상을 위해 추진되는 소재 AI 교육은 올해 기초과정을 시작으로 내년부터 기업 수요 및 최신 트렌드를 반영해 심화·응용·현장적용 과정 등 단계적으로 확대한다. 교육과정은 사전 온라인 교육, 이론 및 실습 교육을 병행함으로써 AI 소재 R&D 역량을 강화한다.

협력지원단은 기업별 성장단계와 기술개발 성과에 맞춰 국내 수요기업 발굴, 신시장 창출전략 수립, 수요기업 매칭, 글로벌 규제·인증 대응, 해외 판로개척 등을 종합적으로 지원해 연구개발 성과의 사업화와 글로벌 공급망 진입을 돕는다는 계획이다.

또한 사업의 효율적 운영을 심의·자문하는 운영위원회와 과제별 성과교류회 운영을 통해 우수사례를 확산하고, 향후 후속 연구개발 및 정책 연계 기반도 마련할 예정이다.

탄소나노복합재연구조합 박재민 사무국장은 “글로벌 공급망이 빠르게 재편되고 있는 상황에서 첨단소재의 기술자립은 단순한 수입 대체를 넘어 대한민국 제조 경쟁력의 지속 발전과 신성장동력 확보를 좌우한다”며 “수행기관 간 긴밀한 협력체계를 바탕으로 개발된 첨단소재가 실제 양산공정에서 요구하는 성능과 경제성을 확보하고 소재기업들이 글로벌 공급망의 핵심 공급주체로 성장할 수 있도록 적극적인 지원에 만전을 기하겠다”고 밝혔다.

▲ 지난 10월 20일부터 21일까지 열린 ‘2026년도 첨단소재공정고도화 및 기술역량확보기술개발사업 Kick-off 워크숍’에 참석한 한국탄소나노복합재연구조합과 과제 참여기업 관계자들이 기념 촬영에 응하고 있다.