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중소기업 기술로드맵 조회결과

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금속 및 세라믹소재

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에너지·환경 세라믹
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

에너지·환경 세라믹 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 화석에너지 고갈에 따른 기후변화, 수소경제 및 녹색환경 시대의 산업구조에 따라 기공 조절, 미세구조 제어, 고이온 전도성, 내구성 등의 특성을 갖춘 에너지 및 환경용 고효율 세라믹 소재 및 부품
  • 범위 : 에너지·환경 세라믹은 리튬이온전지로 대표되는 이차전지 및 SOFC/MCFC 연료전지용 세라믹 소재와 환경오염으로 야기된 물질정화 및 에너지청정화 등을 위해 사용하는 세라믹 소재 및 부품 등을 모두 포함
나. 주요 제품

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발
테마
공급망 관점세부기술
에너지·환경
세라믹
에너지 세라믹
  • 원재료 측면에서는 이트리아 복합 지르코니아, 탄소복합재, 리튬코발트, 망간 등의 복합산화물 합성기술
  • 다공성 나노분말 및 분리막, 이온전도성 소재 등
  • SOFC/MCFC 소재, 이차전지 소재(분리막 및 전도성막 소재) 등
환경 세라믹
  • 원재료 측면에서는 알루미나, 실리카, 티타니아, 활성탄소, 알루미노실리케이트, 제올라이트 등 합성기술
  • 무기필터 소재, 다공성 벌크 및 허니컴 소재 성형기술
  • 수처리용, 기상오염물 흡착재, 필터용 담체, 가스분리용 멤브레인, 수질 및 공기정화용 광촉매 부품화 기술 등
3. 시장현황 및 전망분석
가. 시장현황 및 전망

(1)세계시장
- 세계 환경산업 시장은 2010년 500억 달러에서 2015년 640억 달러로 연평균 6.8% 이상의 성장을 이루고 있으며 2018년까지 790억 달러에 이를 것으로 전망
- 환경오염 방지산업에 쓰고 있는 필터는 주로 고분자섬유나 금속 필터가 주종을 이루고 있으나, 점차 특성이 우수한 세라믹 필터로의 대체가 이루어지고 있어서 선진국을 중심으로 산업화가 활발하게 진행되고 있으며, 국내업체에서는 Ultrafiltration 영역까지 적용할 수 있는 여과막 제조기술을 축적
- 향후 성장세가 두드러질 분야로는 환경 관련 청정기술 및 공정개선 기술 등을 들 수 있고 에너지 관련 분야로는 신재생 에너지, 에너지 변환 및 저장소재 등이 될 것을 예상
- 에너지 세라믹 분야에서는 친환경 자동차, 소형 로봇, 전동 공구, 우주·항공 및 방위산업 등에서 신시장이 창출되어 리튬이차전지 및 연료전지에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 예상되어 2018년 1,500억 달러로 성장할 것으로 전망
- 세계 및 국내 환경시장의 지속적인 증가로 자동차 배기가스 처리를 위한 공해방지용 촉매시장은 최근 10여 년간 최고의 성장을 기록하고 있고 그 영향으로 세라믹 담체시장의 규모도 현재 환경 세라믹 시장규모 중 가장 큰 규모를 형성
- 일반 산업용 기계·구조 세라믹 시장의 경우, 크게 베어링, 노즐 등으로 대표되는 내마모 세라믹스와 방탄세라믹 소재로 시장이 구분되며 내마모 세라믹스의 북미 시장 규모는 약 740백만 달러(2015년), 방탄세라믹 소재의 북미시장 규모는 730백만 달러(2015년)로 파악
- 선진국에서는 항공/우주 분야의 기계·구조 세라믹 분야에 집중된 기술개발 투자가 이루어지는 것으로 알려져 있으며, 특히 항공용 엔진 분야의 경우 세라믹복합소재를 활용한 초고온용 내열부품의 개발이 급격히 진행되고 있음

[ 에너지·환경 세라믹의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

제품 시장현황 및 전망
구분주요품목201620172018201920202021성장률(%)
세계
시장
에너지·환경
세라믹 원료 분말
486 506 528 551 575 599 4.3
에너지
세라믹 소재/부품
1,374 1,461 1,565 1,670 1,782 1,901 6.7
환경 세라믹
소재/부품
686 736 789 846 907 972 7.2
합계(억 원) 2,546 2,704 2,881 3,077 3,286 3,510 6.8

*Advanced Ceramics, Industrial Study, #3091, Freedonia, 2013.11. (주 :2016년 미국시장 기준, 세계시장은 미국시장의 4배, 한국시장은 세계시장 1/20로 추정, 환율 1,100원/달러 계산, 에너지 및 환경관련 소재/부품 시장에서 세라믹 소재로 한정한 시장은 전체의 1/10로 추정)

(2)국내시장
-국내 환경 세라믹 시장은 2016년 기준으로 원료 및 소재·부품 포함 약 300억 원 이상의 시장을 형성하고 있으며 매년 약 4.5%의 성장을 유지할 것으로 전망
- 향후 성장세가 두드러질 분야로는 환경 관련 청정기술 및 공정개선 기술 등을 들 수 있고 에너지 관련 분야로는 신재생 에너지, 에너지 변환 및 저장소재 등이 될 것을 예상
- 환경오염 방지산업에 쓰고 있는 필터는 주로 고분자섬유나 금속 필터가 주종을 이루고 있으나, 점차 특성이 우수한 세라믹 필터로의 대체가 이루어지고 시장의 급격한 증가가 예상
- 자동차 배기가스 처리를 위한 공해방지용 촉매시장과 세라믹 담체시장의 규모는 현재 환경 세라믹 시장규모 중 가장 큰 규모를 형성

[ 에너지·환경 세라믹의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위:억 원, %)

제품 시장현황 및 전망
구분주요품목201620172018201920202021성장률(%)
국내
시장
에너지·환경
세라믹 원료 분말
270 285 301 318 336 355 5.6
에너지
세라믹 소재/부품
491 535 583 635 692 753 8.9
환경 세라믹
소재/부품
309 323 338 353 369 385 4.5
합계(억 원) 1,072 1,143 1,221 1,306 1,400 1,501 7.2

*Advanced Ceramics, Industrial Study #: 3091, Freedonia, 2013.11 (주 :2016년 미국시장 기준, 세계시장은 미국시장의 4배, 한국시장은 세계시장 1/20로 추정, 환율 1,100원/달러 계산, 에너지 및 환경관련 소재/부품 시장에서 세라믹 소재로 한정한 시장은 전체의 1/10로 추정)

4.기술분석
가. 기술동향 분석

(1) 세계동향

  • 해외의 경우 강화되는 에너지 및 환경규제에 대응하거나, 향후 관련 산업분야에서 기술적 우위를 확보하기 위하여 세라믹 소재에 대한 기술개발이 많이 이루어지고 있으며 상당부분에서 상용화가 이루어져 기술 및 시장을 선도
  • 이차전지 및 연료전지용 세라믹 소재는 일본 Mitsubishi, Smitomo 등이 주도적으로 연구개발 및 생산을 진행 중이고 후발 주자로는 중국 업체인 Kaixin, Guotai, Capchem 등이 이차전지용 전해질 생산 등을 주도
  • 수질정화용 세라믹 멤브레인은 알루미나나 실리카와 같은 산화물을 이용한 세라믹 MF, MUF, UNFN 멤브레인이 주로 개발되고 있고, 대표적인 응용분야는 공공용수의 유해물질 제거로 일본은 이 분야에서 Kyocera와 NGK가 세라믹 멤브레인을 기초로 한 대규모 시스템을 구축
  • NOK, NDK, Toshiba, Toto, Nippon Cement사를 중심으로 세라믹 분리 시스템 개발을 위한 연구개발이 진행되고 있으며, 현재 개발된 세라믹 멤브레인은 정수 시스템에 적용하여 평가받는 단계 도달
  • 세라믹 허니컴 중 대표적인 가솔린 자동차용 세라믹 허니컴 담체는 미국 코닝사에서 의해서 개발, 생산되어 오고 있는데 현재는 전 세계적으로 미국의 코닝사, 일본의 NGK, 일본전장, NGK가 대부분의 물량을 생산
  • 고온에서 열전도도가 우수하고, 부식저항성이 큰 모노리스 비산화물계 세라믹 필터(Monolithic Nonoxide-Based Ceramic Filters)는 독일의 Schumacher, 미국의 Pall Advanced Separations 및 IF&P 등에서 개발하여 산화물계 필터의 단점을 보완
  • 세라믹 필터의 실용화 사례로는 코닝, NGK 등의 일부 다국적 기업에 의한 코디어라이트(Cordierite)계 필터를 들 수 있고 고융점의 SiC 필터가 일본 Ibiden사에 의해 개발되어 프랑스의 푸조 승용차(Peugeot 607)에 장착되어 양산에 성공

(2) 국내동향

  • 리튬이차전지는 삼성SDI와 LG화학이 주도적으로 양산을 진행 중에 있고 전지셀을 구성하는 각 부품별로 국내 다수 업체가 기술개발 및 생산에 참여 중
  • 양극재 세라믹 생산은 L&F, Ecopro, Cosmo신소재, 대정이엠, 일진머티리얼즈, 한화케미컬 등이 주도적으로 참여하고 있고 음극재는 Posco Chemtech, GS Caltex, 애경유화 등이, 분리막 및 전해질은 CSTech, Soulbrain 등이 생산에 참여 중
  • 세라믹 멤브레인 관련 업체는 동서세라믹, 나노기공소재 등 몇몇 소규모 기업이 주로 다공성 알루미나 분말을 구입하여 생산하고 있으나, 수요 및 시장규모가 크지 않아 생산 활동은 제한적
  • 연료전지용 세라믹 분리막 및 이온전도막 기술수요는 현재 고분자막에 비하여 매우 작지만 세라믹이 가지는 열안정성, 화학적 안정성 등의 여러 장점 때문에 기술수요는 크게 증가할 것으로 예상
  • 세라믹 분리막 기술수요 중 액체분리 시장인 음료, 식수공정(쥬스, 음료수 분리, 포도주 등), 방사선 폐수, 종이펄프 산업의 폐수, 섬유산업 폐수처리, 석유화학공정(용매회수, 촉매회수), 발효산업(미생물분리, 이스트분리, 바이오매스 고형체 분리)등에서 많은 수요가
  • 현재 국내에서 세라믹 분리막 만을 전문적으로 생산하는 기업의 거의 없으며 세라컴, 나노기공소재, 영진세라믹 등이 자체적으로 일부 품목에 대해서 소량으로 생산, 공급하고 있는 실정
  • 국내 환경 세라믹 산업은 1980년대 소재산업이 활성화 된 이후, 1990년대부터 일부 업체를 통해서 기술개발을 통한 시장진입이 시도되고 있으나 고부가가치 소재부품을 개발하기 전에 후발개도국의 풍부한 인적, 물적 자원을 이용한 저가제품의 공세로 관련 시장의 잠식이 이루어져 현재는 분야별로 10개미만의 중소기업이 명맥을 유지
  • 이차전지 및 연료전지는 에너지 수요의 폭발적인 증가로 인하여 국내 대기업에서 전략적인 분야로 집중 육성하고 있고 이와 관련 에너지 세라믹 분야는 전체 전지를 구성하는 셀 시스템에서 전극 및 전해질 부분의 핵심부품으로 자리하는 추세이기 때문에 기술개발 진척에 따른 수요는 지속적으로 증가할 것으로 예상
  • 에너지·환경 세라믹도 소재기술이 갖는 특성상 개발제품이 최종제품으로 보다는 시스템이나 기기에 적용되는 중간제품의 성격이 강하기 때문에 최종 수요기업의 적용여부나 개발단가 문제 등에 의해서 중소기업의 기술개발 성과를 극대화시키기가 곤란
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 핵심기술 선정결과 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심 요소기술키워드
기상오염 저감용
다공성 세라믹스
유기금속 화합물 저감용 소재 및 필터 제조 기술 화합물 저감용 소재, 화합물 저감용 필터
복합 기공구조 다공성 세라믹 필터 제조 기술 다공성 세라믹 필터제조, 복합 기공구조
수질정화 세라믹스 수질 정화용 필터 수질 정화용 필터 제조 기술
세라믹스 복합 폼 필터 제조 기술 초미세입자 정화용 복합필터
이차전지 복합 산화물 세라믹스 리튬전지용 다공성 탄소전극 세라믹스 제조 및 평가 기술 고밀도 앙극, 음극 소재 기술 개발
리튬이온전지양극재 다공성 복합산화물 제조 기술 고밀도 앙극, 음극 소재 기술 개발