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전세계적으로 희소금속의 중요성이 높아지고 있는 가운데 일본은 '04년부터 원소전략 개념을 도입하고 '07년부터는 원소전략사업을 추진. lsquo;12년 7월 제122회 혼다(本田)재단간담회에 참석한 도쿄공업대학 프론티어연구기구 호소노 히데오 교수는 rsquo;원소전략 : 미래를 창조하는 재료 lsquo;를 통해 일본 원소전략 추진과 주요국의 재료 연구 현황을 고찰 1. 일본의 원소전략 추진 현황 □ ('07년 원소전략) '07년 일본 경제산업성과 문부과학성은 합동 사업으로 lsquo;원소전략 rsquo;을 출범 ○ (정의) 원소전략(元素戰略)은 '04년 일본에서 처음 도입한 개념으로 lsquo;평범한 원소를 이용해 고성능 #65381;고기능 재료를 개발 rsquo;하는 전략 - 원소전략에 따라 기존의 재료에 새로운 시각에서 접근해 새로운 기능을 찾아내는 연구를 시행 ○ (목표) 희귀 #65381;부족 자원에 대응할 수 있는 자원의 효율적 이용 기술과 함께 유해 물질 #65381;재료를 대체할 수 있는 재료를 개발 - 산업 생산에서 효율적인 재료 이용 기술과 제조 공정 기술을 개발함으로써 희소 #65381;부족 자원의 고갈에 대처하고, 유해 물질 #65381;재료 사용량을 획기적으로 줄일 수 있는 대체 재료와 기술을 제공 ○ (과제) '07년 원소전략에서는 무해한 원소 #65381;물질을 이용한 대체재료 연구, 전략 원소의 유효기능 고도((高度) 활용, 실용재료 설계 기술 등 3개 주제에 대해 16개 과제를 선정 '07년 lsquo;원소전략 rsquo;의 16개 과제 (1) 풍부하고 무해한 원소 혹은 물질을 이용한 대체재료 연구 고분산 귀금속 미니멈화 촉매의 물질설계 및 프로세싱 구마모토대학 ( lsquo;08 채택) 탈귀금속을 목표로 한 나노입자 자기형성 촉매 신규 발굴 원자력연구개발기구( lsquo;07채택) 귀금속 프리(Free)·나노하이브리드 촉매 창제 홋카이도대학( lsquo;07 채택) 귀금속 대체분자촉매를 이용하는 혁신적인 에너지변혁 시스템 개발 규슈대학( lsquo;08 채택) 低희토류 원소 조성 고성능 이방성 나노복합체 자석의 개발 히타치금속( lsquo;07 채택) ITO대체로 이산화티탄계 투명도전극재료 개발 가나가와과학기술아카데미( lsquo;07) 압전(壓電)프론티어 개척을 위한 바륨계 신규 거대전압재료 창조 야마나시대학( lsquo;07 채택) 알루미늄 양극산화막을 이용한 차세대 불휘발성 메모리 개발 물질·재료연구기구( lsquo;07 채택) 복합계면제어를 통한 백금족 원소Free 기능성 자성재료 개발 츠쿠바대학( lsquo;09 채택) 유기분자를 활물질로 이용한 2차전지 고성능화 및 충방전기구 해명 오사카대학( lsquo;09 채택) 환경 친화적인 포스트 리튬이온 2차전지 창조 규슈대학( lsquo;09 채택) 아연을 대체하는 용융AI합금계 도금을 통한 표면처리강판 개발 도쿄공업대학( lsquo;07 채택) (2) 전략원소의 유효 기능 고도(高度) 활용 재료 유비쿼터스 원소협동전략 도쿄공업대학 ( lsquo;08 채택) 서브 나노 격자물질 중 수소가 유발하는 신기능 도호쿠대학 ( lsquo;07 채택) 규소 산소계 화합물의 정밀합성을 통한 기능설계 와세다대학 ( lsquo;08 채택) (3) 원소의 유효 이용을 위한 실용재료 설계기술 화학포텐셜도(圖)에 입각한 다원계 기능재료의 정밀제어 교토대학 ( lsquo;09 채택) ○ (성과) '07~'11년 사업기간 동안 자석재료, 전지재료, 전자재료 등의 분야에서 기술적 성과를 달성 - (자석재료) 디스프로슘* 非사용 자석을 가능하게 할 유망 기술 씨앗을 확보 * 디스프로슘(dysprosium) : 라틴족에 속하는 희토류로 강자성체로 이용 - (전지재료) 물질 창출로부터 부품소재 평가까지 일관된 연구 시스템 확립 - (전자재료) 미래를 지배할 물질단위로 평가받는 메조스코픽*의 해석 및 설계 * 메조스코픽(mesoscopic) : 원자보다는 크지만 일반 물질보다는 훨씬 작은 중간 크기의 영역으로 mu;m나 nm에 해당하는 크기 ※ 원소전략 성공사례 : C12A7 #9656; 도호쿠대학 원자분자재료과학 고등연구기구와 도쿄공업대 프론티어 연구기구는 시멘트 성분인 lsquo;C12A7 rsquo;을 초전도체로 변환시키는데 성공 - C12A7은 희소원소를 사용하지 않고 일반 원소를 이용해 신기능 재료를 실현함으로써 원소전략의 핵심 물질로 평가 - 일본은 lsquo;C12A7 rsquo;과 같은 일반 재료의 금속화 매커니즘을 규명함에 따라 이를 벤치마킹한 신재료 개발작업을 더욱 가속화할 것으로 예상 □ (新원소전략) 대학과 국립연구소의 대형 연구시설을 유기적으로 연계해 하나의 프로젝트와 같이 운영해야할 필요성이 제기되면서 '12년 7월 문부과학성은 거점형성형 lsquo;新원소전략 사업 rsquo;을 발족 ○ (목표) 재료 분야에서 세계 최고 수준의 소형 연구거점 프로그램을 확립한다는 목표 하에 희토류를 사용하지 않는 신재료 개발 ○ (분야) 자석재료, 촉매 #65381;전지재료, 전자재료, 구조재료 등 4개 분야에서 연구개발을 추진 - (자석재료) 자석 성능에 관여하는 각 원소의 역할을 해석하고 희토류 영구 자석과 성능은 동등하지만 희소원소를 이용하지 않는 새로운 자석을 개발 - (촉매 #65381;전지재료) 촉매나 이차전지 부자재에 대해 고체, 기체, 액체 상태에서의 원소 상호 반응을 해석하고 귀금속이나 희소원소를 사용하지 않는 대체 재료를 개발 - (전자재료) 기초물리, 계산과학, 첨단해석기술을 융합해 반도체, 투명전극·반도체, 유전체 등 전자부품 재료개발에 효율적인 새로운 대체재료 개발 - (구조재료) 기초과학 단계부터 재료의 강도나 인성과 같은 상반된 성질을 해석해 희소원소를 대폭 줄인 구조재료의 대체재료 개발 ○ (운영) 신원소전략 사업 기간은 10년으로 '12년도 예산은 22.5억엔이 책정 - 자석재료, 촉매 #65381;전재재료, 전자재료 3개 분야에는 연간 6~7억엔을 투입하고, 구조재료 분야는 새로운 원리 탐구 기간을 고려해 일단 연간 1.5억엔을 지원하기로 결정 - 분야별로 거점을 정하고 이를 지원하는 연구 네트워크를 구성하는 방식 * (사례) 전자재료 분야에서는 도쿄공업대학을 거점으로 물질재료연구기구와 고에너지가속기연구기구가 팀을 이루고, 여기에 도쿄대 물성연구소의 계산물질과학이니셔티브가 가세함으로써 하나의 프로젝트 체제가 형성 2. 주요국의 재료 연구 현황 □ 주요국들은 각국의 강점을 바탕으로 희소자원에 접근하고 있기 때문에 대응 방식이 상이 ○ (미국) 희소금속이 사용되는 방위 장비의 유지 등 국가 안보 관점에서 재료 연구에 접근 재료연구와 원소제약에 대한 주요국가의 접근법 국가 전략 내용 각국의 강점 미국 lsquo;안보 rsquo; 전략 (국력을 기반으로 조달) 방위 장비 유지 등 국방의 관점에서 희소자원의 공급망을 재건 국력을 기반으로 한 자원외교력 EU lsquo;기준·규제 rsquo; 전략 (무역협정, 표준·기준) 조약을 통해 불공정거래와 비합법적 출하를 규제해 안정적인 희소자원 공급을 실현 국제 규제 수립시 발휘되는 lsquo;투표 수 rsquo; 중국 lsquo;자원 독점 rsquo; 전략 (수출규제) 희소자원을 정치·외교 수단으로 활용하고 자원의 이점을 경제적 이점으로 연결 자원보유국의 독점적 공급력 일본 lsquo;기술개발 rsquo; 전략 (기술개발) 감량, 대체, 순환 기술을 개발·보급해 희소자원에 대한 의존도를 감소 재료 ·소재 관련 기술력 출처 : 일본 공익재단법인 혼다재단 |
