국내 세라믹 시장은 2020년 약 55조원대로 성장했다.
2017년 약 48조원에서 2018년 46조원으로 2조원 정도 줄어들었으나 2020년 크게 성장하며 2019년에 비해 약 6조4000억원 증가했다.
일반 세라믹 시장이 일정하게 감소하는 동안 전기·전자, 엔지니어링, 에너지·환경, 바이오 분야로 구성되는 세라믹 연관산업이 전체 세라믹 시장 성장을 이끌었다.
일본 파인세라믹 시장도 다시 성장기에 접어들고 있다.
일본은 글로벌 수준의 우수한 경쟁력을 보유하고 있을 뿐만 아니라 탄소중립과 친환경 트렌드를 타고 새로운 고성장기에 진입하고 있다.
파인세라믹은 물, 공기 등 환경정화용 세라믹 필터와 컨덴서를 시작으로 수많은 전자부품에 투입되고 있다.
세라믹 연관산업 40조원으로 성장
국내 세라믹 시장은 전기·전자, 엔지니어링, 에너지·환경, 바이오 등 파인세라믹의 
역할이 큰 세라믹 연관산업이 약 39조원으로 70%를 차지할 만큼 큰 비중을 차지하고 있다.
한국세라믹기술원(KICET)에 따르면, 국내 일반 세라믹 매출은 2020년 약 15조원으로 전체 제조업의 1.0% 수준을 차지했으며 세라믹 연관산업은 약 39조원에 달했다.
세라믹 연관산업 수출은 2021년 약 84억달러, 수입은 약 90억달러를 기록했으며 전기·전자가 수출의 56%, 수입의 62%를 차지하며 수출·수입을 주도했다.
수출은 태양전지용과 세라믹 유전체의 고정 콘덴서용이 2019년부터 2021년까지 1-2위를 다투고 있으며 정밀기계제어부품과 광학렌즈, 통신용 부품 모듈, 반도체·디스플레이 제조장비용 부품이 뒤를 잇고 있다.
특히, 통신용 부품 모듈은 2019년 6위, 2020년 5위, 2021년 4위를 기록하면서 비중을 확대하고 있다.
수입은 광학렌즈가 줄곧 수위를 지키고 있으며 세라믹유전체의 고정콘덴서용과 정밀기계제어부품용, 태양전지용 등 수출 순위와 크게 다르지 않은 양상이나 통신용 부품 모듈은 8-9위권에 위치해 수출에 비해 비중이 낮은 편이다.
일본, 탄소중립을 신성장 동력으로…
일본은 파인세라믹 시장이 전기자동차(EV)와 탄소중립 트렌드를 타고 새로운 성장기에 들어서고 있다.
파인세라믹은 최근 탄소 순환 실현에 빼놓을 수 없는 주역으로 평가받고 있으며 이산화탄소(CO2)의 회수·농축은 물론 수소로부터 합성연료를 획득하는 메타네이션(Methanation) 등에서도 중요한 역할을 하고 있다.
전기자동차를 비롯해 차세대 자동차 분야에서도 방열소재와 칩 부품, 경량화 니즈를 충족시키기 위해 금속의 대체소재로 고려되는 등 구조
용 세라믹이 크게 주목받고 있다.
2018년 일본 파인세라믹 시장은 3조엔(약 29조원)을 돌파해 4조엔을 눈앞에 두고 있다.
일본 파인세라믹스협회(JFCA)에 따르면, 2021년 기준 세라믹산업 총생산액은 약 3조6000억엔(약 35조원)에 달했다. 1990년대 초의 뉴 세라믹 시대에 이어 다시 성장기를 시작한 것으로 평가된다.
추부(Chubu) 지역을 비롯해 일본 각지에 소재한 파인세라믹 생산기업과 주변 소재·장치 생산기업도 세라믹용 비지니스가 성장하고 있다.
파인세라믹 성장의 견인차로는 기존의 자동차용 환경정화용 촉매와 센서, 전자부품 관련제품의 용도 확대, 구조용 부품소재, 의료용 등 응용분야의 꾸준한 성장에 더해 제3의 새로운 수요로 평가되는 탄소중립 관련 신시장 발흥이 꼽히고 있다.
100년에 한 번 찾아오는 대변혁기에 들어간 자동차산업은 전자화와 전기자동차, 통신 인프라와의 융합을 통해 1대의 자동차에 탑재되는 전자부품이 수십배, 수백배로 늘어나고 있다. 방대한 숫자의 전자부품이 사용되면서 필연적으로 세라믹 사용도 천문학적으로 증가하고 있다.
공장과 사업장에서 배출되는 이산화탄소를 회수해 원료 및 합성연료에 응용하는 고도 리사이클 분야도 최근 주목받고 있다. 메타네이션과 화학제품의 원료로 이산화탄소를 이용하는 산업순환형 리사이클이 기대되고 있으며 세라믹이 탄소중립 시대의 주역 소재 중 하나로 부상하고 있다.
소성 프로세스 레이저 소결 기술 개발
일본 파인세라믹센터(JFCC)는 레이저를 이용한 순간 소결 기술을 개발하고 있다.
나고야(Nagoya) 아쓰타(Atusta) 소재 재단법인 파인세라믹센터(JFCC)는 소재 개발에서 분석, 실험, 연구·시험·평가를 주도하고 있다.
에너지 절약과 온실가스(GHG) 대책의 중간 단계인 전력소자와 전력반도체는 반도체의 결함을 줄이는 것이 핵심이며 SiC(탄화규소), GaN(질화갈륨), Ga2O3(산화갈륨), AlN(질화알루미늄) 결함 등을 비파괴 방식으로 관찰하는 신기술을 개발했다.
뿐만 아니라 축전·에너지 디바이스 등 소재 성능의 고도화와 고기능화에 필요한 개발 분야에서 이론계산화학과 정보학을 이용한 MI(Material Informatics)를 활용하기 시작했다.
코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 감염대책 분야에서도 세라믹 기술을 이용해 초고감도 바이러스 검출용 자성미립자 개발을 추진하고 있다.
분무열 분해 등 분말합성 기술을 기반으로 다공질 산화철(Magnetite) 미립자 속에 나노미터 크기의 산화철 다량이 분산돼있는 구조체를 개발했으며 현재 사용되고 있는 주류 폴리머 입자보다 비표면적이 커 바이러스 검출용 캐리어 소재로 적합하고 검출감도가 향상에 기여할 것으로 예상된다.
개발이 완료되면 검사약으로 사용되고 있는 미크론 크기를 유지하면서 초상자성 특성을 지닌 세계 최초의 카복시기(Carboxy Group) 수식 산화철 미립자가 될 것이며 바이러스 및 종양 표지 검사약 및 약물전달 시스템(DDS) 분야의 수요가 기대된다.
신에너지 산업기술종합개발기구(NEDO)가 관리하는 종합과학기술·이노베이션 회의의 전략적 이노베이션 창조 프로그램(SIP)에서는 혁신적 설계 생산기술 과제로 레이저 소결 기술을 개발하고 있다.
레이저를 이용해 세라믹을 즉시 소결시키는 꿈의 기술로 관련기업들과 공동연구를 진행하고 있다.
세라믹은 전기로와 가스로에서 오랫동안 고온소성 프로세스를 거쳐야 하지만 레이저 소결 기술이 실용화되면 탈탄소화와 생산 프로세스 탄소중립 실현을 향해 세라믹산업이 크게 변화할 것으로 기대된다.
투명소결 시험체와 고강도 다공체 제작 성과를 거두고 있으며 앞으로 세라믹의 부가적인 제조기술과 표면개질 분야로 확대할 계획이다.
도소, 치과소재를 넘어 MLCC 시장까지…
일본 도소(Tosoh)는 치과소재, 적층세라믹 컨덴서(MLCC) 분쇄 용도까지 공략하고 있다.
도소의 지르코니아 분말 YSZ는 글로벌 치과소재용 시장에서 사실상 표준(De Facto Standard) 지위를 획득한 것으로 평가되고 있다.
도소는 환경관련용 수요 증가를 기대하고 있으며 치과소재용 라인업을 보강해 압도적인 점유율로 1위를 굳힐 방침이다.
도소는 2021년부터 신규 그레이드 확충을 위해 기존 소결 온도인 섭씨 1500도보다 낮은 1250도에서 소결시킬 수 있는 저온소결 그레이드 Zgaia를 공급하고 있으며 치과소재용 고속소결 그레이드를 개발하고 있다.
통상 지르코니아 치아의 소결에는 7시간에서 6시간 정도가 필요하나 도소가 개발하고 있는 고속소결 그레이드는 1시간 이내에 소결이 완료되며 신제품 개발은 마지막 단계에 들어선 것으로 평가된다.
사용자가 디테일한 색상 표현을 위해 착색소재가 함유된 분말을 혼합해도 지르코니아의 소결 과정에서 균일한 수축이 가능하도록 입자구조 설계를 최적화한 그레이드도 개발할 예정이다.
도소는 유력 수요기업에 대한 공급실적을 기반으로 새로운 니즈를 파악하고 경쟁기업들보다 빠른 속도로 신제품 개발까지 완료할 수 있는 긍정적 순환이 장점으로 평가되고 있다.
도소는 치과소재용 뿐만 아니라 MLCC용 분쇄 분야에서도 채용 확대를 추진하고 있다.
자동차 전장화와 스마트폰 등 통신 분야의 5G(5세대 이동통신) 보급으로 확대 추세인 MLCC 시장의 분위기가 긍정적 요인으로 작용해 10-15% 성장할 것으로 기대하고 있다.
전해질 지르코니아도 대형 용도를 중심으로 성장 기회를 엿보고 있다.
지르코니아는 산화물 이온의 도전성을 지니고 있어 고체산화물형 연료전지와 전해 셀에서 발전과 수소 생산의 효율성 제고에 기여하고 있다.
그린에너지 생산설비 개발과 보급 역시 지르코니아 분말 수요 확대로 이어질 가능성이 높다고 판단하고 지르코니아 분말 생산능력 확대를 검토하고 있다. (윤우성 기자: yys@chemlocus.com)
표, 그래프: <국내 세라믹 생산동황, 국내 세라믹 연관산업 수출입동향, 일본의 파인세라믹 부품·소재생산총액 변화, 일본 파인세라믹산업 발전 로드맵>
