관리번호

2023-첨단바이오신소재-일반-지정-1

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업바이오

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  ■ 신산업창출형  □ 해당없음

해당여부

□ IP연계  □ 표준연계  □ 디자인연계  □ BI연계  □ 경쟁형  □ 복수형    □ 국가핵심기술  □ 서비스형  □ 안전과제  ■ 탄소중립  □ 국제공동    □ BM형  □ 원스톱형  ■ 챌린지형  □ 통합형  □ 실증형

R&D

샌드박스유형

□ R&D 샌드박스(일반)  ■ R&D 샌드박스(지정)

과제명

바이오매스 함량 30% 이상 코팅소재의 바이오융합제조공정 및 응용제품 개발

품목코드

(HSK10)

류

호

소호

통계부호

(TRL : [시작] 3단계 〜 [종료] 7단계)

3

9

0

9

5

0

0

0

0

0

1. 개념 및 정의

ㅇ (개념) 바이오매스 유래 코팅 소재 원료(디이소시아네이트 등)의 바이오융합제조공정을 개발하고, 이를 통해 바이오매스 함량 30% 이상 탄소저감형 고성능 바이오 코팅소재와 응용제품을 개발

- 스마트 전자기기(스마트폰, 태블릿 등), 모빌리티 내외장부품(내외장 Garnish, 인조피혁, 인조가죽 등) 등 주력산업 제품에 주로 사용하는 고성능 코팅제의 주요 원료로는 석유계 기반의 수지가 사용되고 있으며, 전 세계적인 2050 탄소중립 정책으로 급변하고 있는 유럽, 미국 등 주요국 수출경쟁력 확보를 위해 고함량 바이오매스 원료를 사용한 고성능의 코팅수지 및 응용제품 개발이 시급함

- 바이오매스 인증 함량 25%를 넘는 고성능 바이오 코팅소재의 상용화에 진입한 미국, EU등의 시장 상황에 대응하여 바이오매스 함량 30% 이상의 고성능 코팅소재 및 이의 상업적 생산 기술과 이를 활용한 응용제품기술 개발을 통해 2030 탄소중립 달성과 글로벌 시장 진출 경쟁력의 확보가 필요.

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표 : 바이오매스 함량 30% 이상 고성능 코팅소재 원료의 바이오융합제조공정 개발 및 이를 활용한 고성능 코팅소재와 응용제품 개발

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표			단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	바이오매스 기반 디이소시아네이트(DI) 생산 기술 개발	바이오 매스 함량1)	%	≥ 70	-	70% (일본, Mitsui chemical)
		순도	%	≥ 99.5	99.5%	99.5% (일본, Mitsui chemical)
		Pilot scale	Kg	≥ 100	-	Plant scale (일본, Mitsui chemical)
2	바이오 DI 이용 고성능 코팅소재용 바이오 폴리우레탄 생산 기술 개발	바이오매스 함량1)	%	≥ 30	-	-
		Pilot scale	Kg	≥ 100	-	-
		Viscosity	cPs	4,000 ~ 10,000	12,000	-
		부착력2)		5B	5B	-
		표면경도3)		F-H	≥H	-
		고온고습4)	85℃, 85%	5B	5B	-
		내화학성5)	왕복횟수	30회	10회	-
		내마모성6)	시험운전 회전수	150회	100회	-
3	고성능 코팅소재용 바이오 폴리우레탄 적용 시제품 개발	시제품	건	≥ 3	-	-
		물성 적합도7)	적합여부	적합 (합격)	-	-

* 시험기준: 1) 바이오매스 함량 기준: ASTM D6866-04 기준, 2) 부착력 ISO 17872, 3) 표면경도 ISO 15184, 4) 고온고습 IEC60068-2-3, KS C 0222, 5) 내화학성 ISO 4433, 6) 내마모성 KS M 6624 7) 수요기업의 시제품 평가 기준

□ 개발 내용

ㅇ 바이오매스 함량 70% 이상의 바이오 디이소시아네이트 개질 및 생산 기술

- 바이오매스 함량 70% 이상의 바이오 디이소시아네이트 개발

- 바이오 디이소시아네이트의 대량 생산 기술 개발

- 성능(순도, 관련 물성 등) 및 바이오매스 함량 검증

ㅇ 바이오매스 함량 30% 이상의 고성능 코팅소재용 바이오 폴리우레탄 생산 기술 개발

- 바이오매스 함량 30% 이상의 고성능 코팅소재용 바이오 폴리우레탄 중합 기술 개발

- 코팅소재용 바이오 폴리우레탄의 대량 생산 기술 개발

- 성능(순도, 관련 물성 등) 및 바이오매스 함량 검증

ㅇ 바이오매스 함량 30% 이상의 바이오 코팅소재 적용 시제품 개발

- 바이오 코팅소재 적용 시제품(스마트 전자기기, 모빌리티 부품용 등) 제작 및 응용용도 적합성 검증

- 수요기업 연계한 물성 적합도 검증 및 평가 수행

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	코팅소재용 바이오 디이소시아네이트 생산 기술	7	바이오매스 함량 70% 이상, 순도 99.5% 이상 바이오 디이소시아네이트	공인시험기관
2	바이오매스 함량 30% 이상 고성능 바이오코팅소재 생산 기술	7	바이오 디이소시아네트 적용 바이오 코팅소재 (바이오매스 함량 30% 이상)	공인시험기관
3	바이오매스 함량 30% 이상 바이오코팅소재 적용 시제품 개발	7	바이오 코팅소재 적용 시제품	수요기업 및 공인시험기관

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 식물성 지방 유래의 폴리에스터 폴리올, 다양한 탄수화물 유래의 폴리에테르 폴리올, 리그노셀룰로우스 유래의 아로마틱 폴리올등의 제품이 개발되어 시장에 출시되었음

- 바이오 폴리올의 경우 BASF(독일), SK pucore(한국), RAMPF(독일), Cargil(미국)등에서 다양한 바이오매스 또는 플라스틱폐기물에서 추출하여 생산 및 시판 중

- 바이오 디이소시아네이트의 주요 원료인 다이아민은 국내 바이오기업에서 발효생산 라이신을 원료로 한 펜타메틸렌다이아민, 오르니틴을 원료로 한 테드라메틸렌다이아민의 바이오 공정 기반 기술을 개발하고 상용화 검토중

- 바이오 디이소시아네이트의 경우 일본의 Mitsui chemical이 펜타메틸렌디이소시아네이트의 상용화에 성공하고 STABiO™ 의 상표명으로 표준형 제품과 저점도 제품으로 출시함

- 코팅소재용 폴리우테탄의 경우 BASF(독일), RAMPF(독일), Covestro AG(독일), Huntman(미국), MCPU Polymer Engineering LLC(미국), WeylChem(독일) 등에서 바이오 폴리올을 원료로한 수용성 범용 코팅제용 폴리우레탄을 개발하고 상용화하였으나 스마트 전자기기, 모빌리티 부품등에 적용되는 고성능 코팅제 적용은 제한적임

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 국내 바이오소재기술은 글로벌 선진국 대비 매우 뒤처진 상태이며, 주된 이유는 수요기업의 무관심과 소재기업의 제품생산 기술 부족임

- 바이오매스 고함량 바이오폴리우레탄 개발 시 글로벌 화학 및 바이오 기업과 동등 이상 수준의 기술력 확보가 가능하며, 수요기업과의 연계를 통한 제품화 및 국내 다양한 산업 분야로의 추가 수요확보가 가능

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 고함량 바이오소재 개발과 동시에 제품화를 통한 응용분야 적용, 수요기업 연계를 통해 판로 개척 등을 통해 바이오 산업의 새로운 성장 동력 확보 가능

- 세계 바이오코팅소재 시장 규모 ‘22~’29년간 CAGR 9.5%로 ‘22년 115억 달러에서 182억 달러에 달할 것으로 예상 (출처 : Research and Market 2022)

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 2050 탄소중립에 따른 급속한 글로벌 환경변화로 페인트, 코팅소재 등의 정밀화학소재에 사용되는 원재료를 석유 기반 원료에서 탄소중립적이며 환경 친화적인 바이오매스 기반 원료로의 전환이 EU, 미국 등을 중심으로 빠르게 진행되고 있음

- 세계적인 탄소중립 흐름에 따른 소재 및 부품 산업의 환경규제는 지속적으로 강화되는 추세이며, 이에 대한 대응책의 일환으로 고함량의 바이오매스 소재 개발이 필요

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ (바이오 코팅소재) 자동차 내장부품용 스킨 및 쿠션소재, 가전제품의 단열재, 인조가죽 특성을 이용한 의류 및 생활용품 등

ㅇ (바이오 정밀화학제품 원료) 바이오 폴리올, 바이오 다이아민, 바이오 디이소시아네이트 등은 폴리우레탄, 폴리아마이드의 기초 원료, 가소제, 용매 등에 활용 가능

□ 기술적 기대효과

ㅇ 바이오 코팅소재 생산에 필요한 폴리올, 다이아민, 디이소시아네이트 등의 바이오메스 기반 생산 기술을 확보하여 다양한 바이오매스 고함량 화학소재 및 이를 이용한 제품개발 적용 가능함

- 2050 탄소중립 추진전략에 부합된 탄소저감 및 순환 연계형 바이오 소재의 기술경쟁력 확보를 통해 생산 중심의 바이오소재 국내기업의 기술경쟁력 제고 가능

□ 경제적 기대효과

ㅇ 2050 탄소 중립에 따른 급격한 시장 변화에 대응한 바이오 코팅소재의 개발을 통해 국내 화학기업의 바이오 화학제품 시장을 선점함과 동시에 국제 경쟁력을 재고할 수 있음

ㅇ 바이오매스 기반의 다양한 바이오코팅 원료 및 소재의 국산화를 통해 정밀화학 기초 원료의 선진화학기업의 종속화에서 벗어나 국내 화학기업의 원료 자립화를 촉진할 수 있음

□ 기타 사회․문화적 측면의 기대효과 및 파급효과

ㅇ 2050 탄소중립 정책에 부합하는 탄소순환형 바이오화학 융합공정을 통해 온실가스 저감등의 환경 문제 해결에 기여할 수 있음

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 57개월 이내 (1차년도 개발기간 : 9개월, 2~5차년도: 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘23년 7.8억원 이내(총 정부출연금 49억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한 없음 (기업 참여 필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수