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나노탄소소재
* 발행 년도 : 2016년
1. 기술로드맵

나노탄소소재 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위

- 정의 : 나노탄소소재는 초경량/고강도 복합소재 분야와 전기적 특성을 활용한 고전도성 복합소재 분야에 활용될 수 있는 CNT(carbon nanotube), 그래핀 등을 포함

나노탄소소재란 탄소 기반의 나노소재로서, 탄소의 0차원 구조체인 탄소 양자점 혹은 플러렌, 1차원 구조체인 탄소 나노 리본 및 탄소 나노 튜브, 2차원 구조체인 그래핀 등을 일컫는 소재

- 범위 : 나노탄소소재를 물질의 상태에 따라 분류 하면, 크게 탄소 양자점, 플러렌, 탄소 나노 리본, 탄소 나노 튜브, 그래핀 등으로 나눌 수 있으며, 이는 각각의 제작 방법에 따라 top-down 방식, bottom-up 방식으로 구분

3. 시장현황 및 전망분석
가. 시장현황 및 전망
  • 탄소나노튜브시장은 2010년 세계시장 6.7억달러로 크지 않았으나 이후 연평균 10.4%씩 성장 하여 2016년 11.0억달러 정도의 시장으로 예상
    • 다중벽 탄소나노튜브시장이 6.3억달러, 단일벽 탄소나노튜브시장이 0.4억달러로 현재는 다중벽 탄소나노튜브시장이 대부분
  • 용도별 시장점유율은 고분자 복합소재가 4억 7,290만 달러(69%)로 가장 크며 전자소재 6억 850만 달러(10%), 에너지소재 5억 480만 달러(8%)를 형성
  • 탄소나노튜브는 전 세계 100여 업체에서 생산중이며 전체시장의 66%를 상위 4개회사가 점유
  • 그래핀 플레이크를 응용한 인쇄전자용 잉크, 터치패널용 투명전극 등은 초기시장이 형성되었거나 곧 형성될 것으로 전망
  • CVD 그래핀은 양산화를 위한 핵심적인 기술이 확보되지 않아 분야별로 시장 형성에 최소 3년에서 10년의 시간 소요 예상
  • 품질 향상 및 경제성 확보에 따라 유연 디스플레이, 고기능성 배리어, 해수담수화 등 수처리막 등에 응용될 것으로 예상되며 2025년 65.2억불 시장 형성 예상
  • 나노복합소재에 대한 세계 소비량은 2013년에 190,562톤으로 약 12억 달러에 이르고, 2014년에는 225,060톤으로 약 14억 달러, 2019년에는 584,984톤으로 약 42억 달러에 이를 것으로 예상
  • 나노탄소소재의 세계시장 전망은 주요 전방산업의 시장 현황 및 전망치와 성장률을 기준으로 2015년부터 2020년까지 추정
[ 나노탄소소재 분야의 세계 시장규모 및 전망 ] (단위 : 백만달러, %)
제품 시장현황 및 전망
구분‘15‘16‘17‘18‘19‘20CAGR
('13~'15)
나노탄소소재 1,076 1,202 1,401 1,569 1,757 1,968 12
탄소나노튜브 1,099 1,213 1,339 1,479 1,632 1,802 10
Total 2,175 2,415 2,740 3,048 3,389 3,770 11
[ 나노탄소소재 분야의 국내 시장규모 및 전망 ] (단위 : 억 원, %)
제품 시장현황 및 전망
구분‘15‘16‘17‘18‘19‘20CAGR
('13~'15)
나노탄소소재 1,169 1,283 1,397 1,662 1,828 2,011 10
탄소나노튜브 913 1,023 1,146 1,284 1,438 1,611 12
Total 2,082 2,306 2,543 2,946 3,266 3,622 12
4. 기술분석
가. 기술동향 분석

(1) 세계동향

  • 나노탄소소재 기술의 지난 7년(‘10~’16) 간 출원동향17)을 살펴보면 연도별로 출원경향이 지속적으로 감소하고 있어 지속적으로 나노탄소소재 관련 기술개발이 다소 주춤하고 있는 것으로 나타남
    • 각 국가별로 살펴보면 미국 출원경향은 급격히 감소 추세, 한국, 일본 및 유럽은 증감을 반복하고 있음
  • 국가별 출원비중을 살펴보면 미국이 56.9%로 최대 출원국으로 나노탄소소재 기술을 리드하고 있는 것으로 나타났으며, 한국이 22.0%, 일본이 14.5%로 비슷한 수준의 출원비중을 보이고 있으나 최근 미국의 출원 감소추세가 두드러짐
나노탄소소재 세계동향

(2) 국내동향

  • 국내 출원인 동향을 살펴보면 대기업은 삼성전자의 출원건수가 가장 높게 나타났으며, 중소기업에서는 어플라이드카본나노의 출원건수가 높게 나타남
  • 기업 이외의 주요출원인을 살펴보면 한국전기연구원, 전자부품연구원, 한국에너지기술연구원 등 연구소/공공기관의 출원이 다수 나타났으며, 대학은 고려대학교, 연세대학교, 울산대학교의 출원이 높은 것으로 분석
5. 핵심요소기술 선정
  • 확정된 요소기술을 대상으로 산․학․연 전문가로 구성된 핵심기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정
  • 핵심기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합성 (10)을 고려하여 평가

[ 나노탄소소재 분야 핵심기술 ]

핵심요소기술 선정
분류핵심기술개요
소재 합성 기술 고기능성 탄소 나노 튜브 합성 기술 고강성 또는 기능화를 위하여 고분자와 복합화되는 단일벽, 다중벽을 포함한 탄소나ㅗ튜브의 제조 공정 기술
소재 기반 응용 기술 탄소 나노 튜브 멤브레인 형성 기술 특정물질을 선택적으로 투과시키는 CNT막의 형성 기술
고효율 슈퍼캐퍼시터용 탄소 나노재료 고밀도의 에너지 저장을 위하여 필수적인 높은 비표면적의 전극을 구현하기 위하여 그래핀 등 나노 카 본이나 금속산화물 나노입자를 분산시켜 제조하는 복합소재
ESS 적용 나노소재 전력계통으로부터 전기에너지를 받아 화학에너지로 저장한 후 전기에너지로 변환하여 전력계통에 공급 하는 에너지저장시스템에 사용되는 배터리용 전극 소재 기술
고성능 이온전달 소재 기술 전력계통으로부터 전기에너지를 받아 화학에너지로 저장한 후 전기에너지로 변환하여 전력계통에 공급 하는 에너지저장시스템에 사용되는 배터리용 이온전달 소재 기술
Flexible Display용 발색소재 제조기술 디스플레이 재료로서 고응답/고휘도를 발현하고 재료의 투명성과 Flexibility를 구현할 수 있는 색재료 제 조기술