1		정책연구용역과제 제안요청서(RFP)
과 제 명		고온초전도 마그넷 기술 기반 국가 제조산업 혁신을 위한 중장기 전략 수립 기획연구
제안부서		정보·융합기술단			연구협력관			김시내 연구원
과제구분		공모 ( O )			지정 ( )
연구목적 및 필요성		☐ 초전도 기술은 금속, 합금, 세라믹 등의 물질이 낮은 온도에서 전기저항이 ‘0’이 되는 현상을 이용하여 전력을 효율적으로 전달하고 강한 자기장을 발생시킴으로써 여러 가지 응용에 이용 가능한 차세대 유망기술 ㅇ 액체헬륨(-269℃)을 냉매로 하는 저온초전도 기술은 MRI와 입자·방사광 가속기 등에 상용화되었고 액체질소(-196℃)를 냉매로 하는 고온초전도 기술은 고효율 전력전송 케이블이 상용화 초기단계에 있음 ㅇ 고온초전도 기술은 저온초전도보다 크기가 작으면서도 강력한 자기장을 만들 수 있어 훨씬 다양한 응용에 활용 가능한 기술 ※ 저온초전도 기반 상용 MRI는 1.5T의 자기장강도를 사용하며 고해상도를 만들기 위해서는 7T 이상이 필요하나 크기가 매우 커짐. 고온초전도 기술은 10T 이상의 고자기장을 작은 크기로 구현 가능 ※ 1T(tesla) = 10,000G(gauss), 지표면에서 지구 자기장의 세기는 약 0.5G ☐ 고온초전도 마그넷은 강한 자기장의 활용으로 전기기기의 크기를 줄이면서 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있는 Game Changer이며 광범위한 산업 분야에 적용 가능한 원천기술 - 의료(고해상도 MRI, 치료용 소형가속기 등) - 에너지(ESS, 풍력발전, 핵융합로) - 수송(수소전기추진 선박/항공기/차량, 고속철) - 제철(유도가열로), 환경(오폐수처리) - 국방(레일건), 과학(입자가속기) 등 ※ 고온초전도 전기기기는 기존의 구리로 만든 상전도 전기기기 대비 100배 이상의 에너지 밀도로 운전되어 월등한 성능향상 혹은 성능대비 기기의 소형화가 가능 ☐ 국내 고온초전도 마그넷 기술은 일부 대학 및 연구기관에서 산발적으로 진행 중이나 해외 선진국에 비해 국내 산·학·연 생태계가 매우 미약 ㅇ ㈜서남이 고온초전도 선재기술을 확보하고 있으나 아직 매출 미미함 ㅇ 미국 Bruker 사는 의료기기, 계측기기 등과 연계된 사업모델 및 MIT, 고자기장 연구소 등과 연계된 연구개발로 앞서가고 있음 ☐ 최근 국내에서 원천기술을 확보하고 있는 無절연 고온초전도 마그넷 기술은 고온초전도 전기기기의 상용화에 최대 걸림돌이었던 운전 안정성을 획기적으로 개선하며 세계적인 주목※을 받음 ※ Nature 誌 커버스토리 선정(2019년 6월), “Superconducting magnet breaks strength world record” (서울대 연구팀) ㅇ 2019년 국내 무절연 고온초전도 기술을 적용, 45.5 T 직류자기장 세계 최고 기록을 달성한 성과가 영국물리학회 산하 Physics World 주관 “Top 10 Breakthroughs for 2019”에 선정 ㅇ 미국·중국·EU·일본 등 선진국에서는 국가 고자기장 연구소를 중심으로 다양한 응용 분야(의료진단용 MRI, 신약개발 장비, 암치료용 가속기, 신재생 발전, 전기추진, 에너지 저장장치 등)로 무절연 고온초전도 마그넷 기술이 파급 중 ※ 주요 선진국의 국가 고자기장 연구소 : 미국-NHMFL, 프랑스-Grenoble, 네델란드 -Nijmegen, 일본-Tsukuba, Sendai, 중국-Hefei ※ 국내에서는 2012년 국가과학기술위원회가 단기간에 구축해야 할 국가 중점 대형연구시설로 국가 고자기장 센터를 선정하여 추진하였으나 무산된 이후로, 국가 차원의 연구개발 지원이 미비한 실정 ☐ 경제적·산업적 파급력이 큰 고온초전도 마그넷 기술의 패러다임이 바뀌며 상용화가 시작되고 있는 현시점은 상용화를 위한 핵심 기술 확보를 통해 미래시장을 선점할 수 있는 기회 ㅇ 미래 신산업 개척을 위한 핵심기술의 선제적 확보 필요 ㅇ 국내 고온초전도 기술 관련 산·학·연의 역량을 통합하여 부족한 경쟁력을 보완하는 전략 필요 ㅇ “길목 지키기”전략 필요 : 핵심 요소기술에 대한 공격적 특허 선점
주요 연구내용		☐ 고온초전도 마그넷 분야의 국내외 기술 및 시장 동향 분석 ○ 해외 주요 선진국의 고온초전도 마그넷 분야의 기술, 시장, 정책 및 산업 동향 조사·분석 ○ 국내 관련 인프라 현황 및 기술개발 동향 조사·분석 ☐ 고온초전도 마그넷의 핵심요소기술 도출 및 기술개발 로드맵 수립 ○ 고온초전도 마그넷이 적용될 주요 응용기기 분야에 따른 핵심 요소기술 분류 ○ 핵심 요소기술별 중장기 상세 기술개발 로드맵 설계 - 신기술의 최초 상용화에 핵심인 표준화(양산화) 및 전략적 특허 선점에 초점을 맞춘 핵심 요소기술별 세부추진계획 수립 ○ 국내에서 추진 중인 차세대 방사광 가속기, 그린 뉴딜, 국가 고자기장 센터 등 대형 국책 사업과 연계 및 사업 확대 전략 수립 ☐ 고온초전도 마그넷이 적용될 주요 응용분야의 기술과 시장 발전 전망 분석 및 고온초전도 마그넷 기술의 국가 대표기술 브랜드화를 위한 중장기 미래 발전전략 제시 ○ 향후 5–10년 기간의 고온초전도 마그넷 주요 응용분야의 발전 전망 예측을 통한 관련기술 확보 및 인프라 구축 전략 제시 ○ 관련분야 전문인력 양성 및 국내 산업생태계 확산전략 제시
기대성과 및 활용방안		☐ 고온초전도 마그넷 핵심 요소기술 개발 및 특허 선점 ☐ 광범위한 제조산업으로 막대한 파급력을 갖는 고온초전도 마그넷기술의 국가 대표 기술브랜드화 ☐ 고온초전도 마그넷 기반 제조산업 혁신을 통한 국가 경쟁력 제고
연구기간		2020. 8. 17. ~ 2022. 2. 16. (6개월)
연구용역비		70백만원		예산과목			원천연구기획평가사업
중복성 검토		선행연구와의 차별성
		연구과제명 (연구연도)	연구자 (연구방법)			연구목적			주요 연구내용
주요 선행 연구	1
	2
	3
	4
검토의견		※ 주요 선행연구와의 차별성 위주 의견 개진, 선행연구가 위의 표보다 많을 시 표를 추가하여 작성

2		정책연구용역과제 제안요청서(RFP)
과 제 명		새로운 개념의 PIM 반도체 기술에 적용 가능한 신소자 원천기술 개발 전략 수립을 위한 기획 연구
제안부서		나노반도체단			연구협력관			김시진 연구원
과제구분		공모 ( O )			지정 ( )
연구목적 및 필요성		☐ 다층적·융합적 기술 집적을 추구하는 4차산업혁명 시대에 있어, 방대한 정보의 저장 및 초고속 처리를 위한 반도체 기술이 필요 ○ 全산업이 지능화를 통해 차별화된 부가가치를 제공하는 인공지능 시대가 도래했음에도, 컴퓨팅 성능 자체의 혁신적 발전에는 한계 ○ 초고속 병렬연산을 위해서는 끊임없이 메모리와 고속 데이터 통신이 가능해야 하는 구조가 이루어져야 하며 전력 소모 역시 급증함 ☞ 現 컴퓨팅 구조는 대규모 병렬 연산에 있어 ① 데이터 병목·전력 소모 문제가 크며 ② 반도체 미세화 한계로 인한 집적도 한계 직면 ○ 이를 해결하기 위해서는 연산 장치와 메모리 간 물리적 또는 기능적 병합을 통해 영역 간 처리 데이터 대역폭의 혁신적 향상이 필요 ☐ 기존 컴퓨팅 구조의 한계 해결을 위한 연산과 저장 기능을 통합한 PIM(processor-in-memory) 기술이 새로운 패러다임으로 대두 ○ 프로세서-메모리의 물리적 근거리화·기능적 통합 및 융합을 위한 소자 레벨에서의 혁신과 새로운 패러다임 선도로 PIM기술개발 추진 ○ 상기 기술 예측에서 2세대 이후 PIM기술 구현을 위해 초경량 NPU 및 메모리 기술의 융합이 필연적이며 정부의 전략적 투자가 필요 - 이를 통해 메모리 반도체 강국의 위치를 공고히 하고 새로운 소자 및 공정기술 개발을 통해 시스템 반도체 분야 전반의 발전을 견인할 것으로 기대
주요 연구내용		☐ PIM 반도체개발을 위한 국내외 신소자 정책·기술·시장 동향 분석 ○ PIM 신소자 분야 국내외 기술, 시장 및 산업 동향 조사‧분석 ○ 해외 PIM 신소자 관련 정책, 투자 및 기술개발동향 분석 ○ 국내 PIM 신소자 정책, 투자, 기술개발 현황 및 시사점 분석 ○ PIM 신소자 관련 요소 기술 분석 및 병목기술, 도전기술 도출 ☐ PIM 신소자 핵심요소기술 분석 및 기술개발 로드맵 수립 ○ PIM 신소자 기술 개발 핵심 전략분야 도출 - 새로운 개념의 PIM을 위한 원천성 높은 반도체소자 기술 - 대역폭 확장을 위한 집적회로 구조 및 인터페이싱 요소 기술 - 양산 적용 가능한 일괄집적공정 기술 ○ 핵심 전략분야별 중장기 기술개발 로드맵 설계 - PIM 신소자 주요 요소 기술에 대한 향후 발전 방향을 제시하는 기술 로드맵 작성 ○ 핵심 전략분야별 차세대 중점 기술 제시 및 세부추진계획 마련 ○ 기 추진 중인 ‘차세대지능형 반도체 기술개발사업’과의 연계 전략 ☐ PIM 신소자 응용분야 전망 및 국내 PIM 신소자의 발전전략 제시 ○ PIM 신소자 관련기술 및 나노 공정 인프라 확보 전략 제시 - 향후 10년 내외의 PIM 신소자 응용 분야의 발전 전망 예측 ※ 국제적 트렌드 분석, 수요조사, 의견수렴 등 실시 - PIM 신소자 개발을 위한 특화된 국내 나노 공정 인프라 확보 전략 ○ 전문인력 양성 및 국내 산업생태계 발전전략 제시(소요예산, 추진체계, 성과연계 및 확산 등 중장기 전략 포함) ※ 국내의 연구개발 역량, PIM 신소자 활용현황 및 관련산업 생태계에 대한 조사·분석 포함
기대성과 및 활용방안		○ 세계최고의 메모리 기술력을 기반으로 인공지능 기술과 연계된 새로운 PIM 기술을 개발함으로써 두 기술의 동반 발전 가능 - 높은 기술적 파급력과 경제적 부가가치 창출을 통해 반도체 분야가 새로운 성장동력으로 자리매김할 수 있도록 지원 ○ 메모리/비메모리 간 융합 연구개발을 통해 차세대 초고성능 컴퓨팅을 위한 다양한 원천기술 개발 성과 창출 기대 ○ 심도 있고 균형 있는 반도체 기술을 축적한 국가 인재 양성
연구기간		2020. 9. 1. ~ 2021. 8. 31. (12개월)
연구용역비		80,000천원		예산과목			원천연구기획평가사업(2020)-위탁연구개발비
중복성 검토		선행연구와의 차별성
		연구과제명 (연구연도)	연구자 (연구방법)			연구목적			주요 연구내용
주요 선행 연구	1	차세대 지능형 반도체 기술개발사업(신소자) 실행계획에 관한 연구 (2019.09. ~ 2020.02.)	광주과학기술원 이병훈 (전문가 회의, 기술수요조사, 기술개발전략수립 등)			차세대지능형반도체 예타사업 조사 결과 반영한 세부실행기획 마련			- 차세대지능형반도체 관련 소자분야 원천기술 R&D 과제 확보를 위한 세부 실행방안에 대한 내용으로 전반적인 반도체 패러다임 변화를 선도할 범용 신소자 원천기술 및 집적검증 플랫폼 구축방안 제시
	2	반도체분야 미래 유망 핵심기술 확보를 위한 신규 대형 중장기 R&D 프로그램 기획 연구 (2017.04. ~ 2018.05.)	한국반도체연구조합 /이민영 (기술조사, 산업분석 등)			반도체분야 미래원천 핵심기술 집중 개발을 통한 중장기 국가 R&D 사업(안)을 기획			- 초저전력·초고성능 소자·공정을 위한 미래 원천기술 개발을 통해 기술적 초격차 확보기술 제시 - 인공지능 구현을 위한 어플리케이션에 최적화된 인공지능용 반도체 솔루션 기술 제시
검토의견		○ 선행연구는 50여년간 반도체 기술이 소자의 집적도를 높이는 미세화 패러다임에 의해서 발전해왔고, 한계에 도달한 미세화를 극복하여 미래 반도체 기술발전 특히 시스템반도체 분야에서의 새로운 패러다임을 선도하기 위한 초저전력, 고성능의 반도체 소자 연구방향을 모색함 - 이를 위해 다양한 원리의 신소자원천기술 뿐만 아니라, 개발된 신소자를 ‘웨이퍼 레벨’ 또는 ‘시스템 레벨’에서 검증하여 재현성을 제고하고 개발된 소자의 상용화를 위해, 설계 기술과의 연계방향 등을 포함하여 사업의 전체적인 방향을 제시하고 있음 ○ 반면, 동 연구는 컴퓨팅 성능의 제고를 위해 ‘메모리’ 기반의 신소자를 개발하는 방향을 연구하며, 그 중에서도 PIM 기술向 소자기술의 개발을 목적으로 연구 범위를 한정하여 추진할 계획임 - 시스템반도체 기술은 한국이 ‘후발주자’로서 연구개발의 시급성이 높고, PIM기술은 이미 성숙된 메모리기술을 기반으로 차세대를 준비하는 기술이므로, 두 분야의 연구는 연구의 범위나 목적이 다르며 도출되는 성과물도 전혀 달라, 미래 먹거리인 반도체 산업 전반의 경쟁력을 강화하기 위해 병행하여 추진할 필요가 있음

3		정책연구용역과제 제안요청서(RFP)
과 제 명		차세대 화학산업 패러다임 전환을 위한 R&D 전략 기획연구
제안부서		에너지환경단			연구협력관			문경은 연구원
과제구분		공모 ( O )			지정 ( )
연구목적 및 필요성		☐ 화석연료에 의존하는 기존의 화학산업은 석유자원 고갈 문제와 지구온난화, 이상기후, 환경오염 등 기후변화 위기에 직면 ㅇ 우리나라는 주로 석유화학산업에 의존하고 있으며, 이는 주로 원유에서 정제된 나프타를 원료로 하여 유가 변동 및 석유 보유량에 민감 ㅇ 한편, 전세계적으로 이산화탄소 배출을 줄이고 친환경 산업으로 전환을 추진하고 있으나, 코로나 19 상황으로 마스크, 장갑, 포장용기 등 일회용품 사용이 늘어나는 상황 ☐ 그간 정부는 기후변화 대응을 위해 바이오 리파이너리, 이산화탄소 포집·저장·활용 등 다양한 연구개발 사업 추진하고 있으나, 연구성과가 산업계로 확산되는데 한계 ☐ 글로벌 핵심 가치로 ‘순환경제(Circular Economy)‘가 대두하여 경제·사회 전반에 ‘지속가능성(Sustainability)‘이 확보된 발전 방향 필요 ㅇ 지속가능한 발전을 위해 환경 규제에 적응하고 자원의 재활용 등 환경 친화적 산업으로 전환 유인을 제공하기 위한 기술수요 발굴 ㅇ 바이오매스, 이산화탄소, 폐자원 등을 원료로 활용하여 화학산업 구조를 다변화, 고부가가치화할 수 있는 기술 확보 및 활용 가능성 검증 필요
주요 연구내용		☐ 국내외 화학산업 현황 및 주요 정책·기술·시장 동향 분석 ㅇ 국내외 화학산업 현황 조사·분석 ㅇ 주요국 순환경제 체계 진입 및 온실가스 감축, 환경규제에 대응하기 위한 관련 정책 및 기술 동향 분석 ㅇ 국내 화학산업 패러다임 전환을 위한 주요 정책, 투자, 기술개발 현황 및 시사점 도출 - 바이오 리파이너리, 탄소자원화, 폐플라스틱 새활용 기술 분야 국내 R&D 현황 분석 - 그간의 연구결과에서 보완사항 및 산업계 활용 미비 원인 분석 ☐ 차세대 화학산업 지속가능 발전을 위한 핵심 기술개발 전략 수립 ㅇ 바이오 리파이너리, 탄소자원화, 폐플라스틱 자원화 기술 중심으로 기술별 핵심 지원전략 도출 ㅇ 핵심 전략분야별 차세대 중점 기술 제시 및 세부 추진계획 마련 - (바이오 리파이너리) 환경규제 대응 및 친환경 화학소재 신시장 진입을 위한 차세대 중점 기술 - (탄소자원화) 저탄소 화학산업에서 탄소배출제로 화학산업으로의 전환을 위해 다양한 탄소원 및 재생에너지 활용 등이 연계된 탄소자원화 융합 기술 - (플라스틱 업사이클링) 폐기물 저감 및 플리스틱 대체 물질·소재 개발을 위한 플라스틱 자원화 융합 기술 - 차세대 화학산업 패러다임 전환을 위한 R&D 사업 기획 ㅇ 기 추진중인 관련 연구사업*과의 연계 및 융합, 응용 확대 방안 제시 * 차세대 바이오매스 연구단 사업(‘10-‘19), 바이오리파이너리를 위한 미생물 시스템대사공학 원천기술개발 사업(‘12-‘21), 차세대 탄소자원화 핵심 기술개발 사업(‘17-‘21) 등 ㅇ 차세대 화학산업 전환 기반 조성 및 전략 수립 지원을 위한 제도개선, 상용화 연계, 인프라 구축 방안 마련 - 기술의 지속가능성 확보를 위한 평가체계 및 기술의 개발·활용도를 높이기 위한 유인책 마련 방안 제시 - 차세대 화학기술개발 전략 수립을 지원하고 기술개발 실증·상용화 촉진을 위한 전략센터 운영 방안 제시
기대성과 및 활용방안		☐ 화학산업 기술혁신 가속화를 통한 글로벌 기술경쟁력 강화 ㅇ 국내 화학산업 기술 혁신을 가속화하여 글로벌 기술 우위 유지 ㅇ 석유 자원 중심의 화학 산업에서 차세대 화학산업으로의 패러다임 전환 및 국가 신성장 동력 확보 - 바이오 리파이너리 혁신 기술을 통하여 바이오 복합소재 생산 개발 효율성 향상 - 이산화탄소 및 폐플라스틱 자원화 기술을 통하여 온실가스 감축, 환경 문제 해결 등 ㅇ 차세대 화학산업 혁신을 위한 정책 수립 및 지원사업 기획
연구기간		2020. 9. 15. ~ 2021. 5. 14. (8개월)
연구용역비		80,000천원		예산과목			원천연구기획평가사업(2020)-위탁연구개발비
중복성 검토		선행연구와의 차별성
		연구과제명 (연구연도)	연구자 (연구방법)			연구목적			주요 연구내용
주요 선행 연구	1	신기후체제 대응을 위한 “탄소자원화 전략” 세부 이행계획 수립연구 (2017)	고영주(화학연)			탄소자원화 전략 이행을 위한 세부 추진계획 수립			탄소자원 활용기술 분야 장·단기 기술개발 전략 수립, 탄소자원화 실증단지 조성계획 수립
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검토의견		동 보고서는 기후변화 대응을 위한 탄소자원화 기술 중심의 이행계획 마련을 위한 연구로, 바이오 리파이너리, 플라스틱 자원화 관련 전략 수립 내용이 부재함. 아울러, 시간의 경과로 산업 및 기술개발 환경이 달라져 새로운 관점에서의 전략 수립 필요. (기후변화 대응 중심에서 지속가능성 확보 및 순환경제 진입 관점으로의 확대 필요)