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건설용 나노소재건설 분야에서의 나노융합 소재의 응용 및 시장 전망
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승인 2014.03.26  17:02:21
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산업시장분석실 책임연구원 유선희 (Tel: 02-3299-6054  e-mail: sunny@kisti.re.kr)

[요 약]

1. 나노소재의 10여년 이후 상업적 위치는 매우 높아질 것으로 기대되며, 세계 선진국뿐만 아니라 제조업이 활성화되고 있는 중국, 브라질, 인도, 러시아 및 동부유럽의 EU 가입국들에서도 그러할 것이다.
2. 나노 입자 분야에서 현재 그 비중이 크지는 않지만 성장성이 높은 영역중 하나가 건설 분야라 할 수 있는데, 건설 분야에서의 나노 분말의 융합 영역은 페인트 및 코팅, 유리 및 바닥재 등으로 구분할 수 있다.
3. 건설용 페인트 및 유지 보수용 코팅, 유리 및 바닥재들은 나노소재를 건설 분야에 상업적으로 이용한 초기의 사례 중 하나이며, 그외 유망한 응용 분야로는 외장용 자재(siding), 조명(lighting) 및 자기 정화 고정 세간(self-cleaning fixtures; 욕조, 변기, 세면대, 싱크대 등) 등을 들 수 있다.
4. 건설 분야 적용 제품에 대한 나노소재의 세계 수요는 2011년에 6천만 달러에서 2021년에는 2011년 대비 17배가 증가한 10억 달러로 타분야에 비해 성장속도가 빠른 것으로 예상된다.
5. 국내에서도 건설 분야의 성장률이 에너지 분야 다음으로 높음을 확인할 수 있으며, 2021년에는 그 시장 규모가 약 600억원에 이를 것으로 전망된다.

제품 개요
나노 크기로 제조될 수 있는 재료는 매우 다양하고 더 전통적인 재료와의 잠재적 상호작용과 자체의 고유 특성의 폭이 넓어 거의 모든 시장에서 응용이 가능하다. 이미, 나노소재는 건강 및 전자 분야 시장에서 주목할 만한 역할을 하고 있는데, 특히, 제약 및 웨이퍼 연마 슬러리가 이에 해당된다. 또한 나노소재는 다른 시장에도 침투하기 시작했는데, 자동차, 건설 재료, 에너지 저장 장치 및 다양한 소비재(의류, 개인 관리 제품 및 스포츠 장비 등과 같은)가 이에 포함된다. 약 십여 년 정도 지나면 나노소재의 상업적 위치는 매우 높아질 것으로 기대되며, 세계 선진국뿐만 아니라 제조업이 활성화되고 있는 중국, 브라질, 인도, 러시아 및 동부유럽의 EU 가입국들에서도 그러할 것이다.

2021년까지 나노소재는 잠재적 응용 및 시장 범위에서 거의 전세계에 걸쳐 건강 및 전자 시장분야에 있어서 중요한 영역이 될 것이다. 더욱이, 수많은 다른 틈새 시장도 부각될 것으로 예상되는데, 에너지 저장 장치, 건설 재료, 소비재, 자동차 및 패키징 분야가 이에 해당되고, 특히, 선진국과 제조 산업을 가진 나라에서 특히 이러한 경향이 클 것으로 예상된다.

특히, 본고에서는 시장 성장률이 에너지 분야 다음으로 클 것으로 예상되는 건설 분야에서의 응용 및 시장전망을 다루고자 한다.

관련 제품 동향
건설용 페인트와 유지 보수용 코팅제, 유리 및 바닥재들은 나노소재를 건설 분야에 상업적으로 이용한 초기 사례 중 하나이다. 유망한 다른 응용 분야로는 외장용 자재(siding), 조명(lighting) 및 자기 정화 고정 세간(self-cleaning fixtures; 욕조, 변기, 세면대, 싱크대 등) 등을 들 수 있으며, 이러한 응용 분야에서는 작은 입자 크기가 매우 중요한 속성에 해당된다. 나노입자들은 가시광선을 반사하지 않을 정도로 충분히 작아서, 투명 코팅, 자기 정화 유리제품 및 장식용 바닥재(decorative flooring) 보호 코팅제 등에 있어서 이상적인 재료라 할 수 있다. 그리고 기술적으로 더 유망한 응용 제품으로는 적외선 저항 나노입자로 구성된 아크릴 섬유로 제조된 유리가 있고, 나노크기 세라믹 강화제를 함유한 특수 고분자 코팅 유리 등이 있다.

   

<그림 1> 자기 정화 나노코팅

페인트 및 코팅

페인트 및 코팅에 있어서 나노소재의 수요는 2016년에 크게 확대될 것으로 기대된다. 페인트와 관련 제품들은 나노소재가 건설 분야에 응용된 가장 최초의 중요한 상용 분야중 하나이고, 향후 미래에 가장 큰 시장이 될 것으로 기대된다. 즉, 페인트는 나노소재의 응용 시장으로서 상당히 유망한 분야이지만 부분적일 수도 있다. 왜냐하면 페인트는 수많은 형태의 건설 프로젝트에서, 항균성, 자외선 보호 및 침식 저항성 등과 같은 다양한 이유로 사용될 수 있기 때문이다.

본고에서 다루는 건설용 페인트는 건물 또는 다른 구조물의 외부에 적용되는 페인트 및 코팅을 의미하며, 제조 공장에서 적용하는 코팅은 포함되지 않는다.

나노소재는 페인트의 성능을 획기적으로 개선하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 무기물 나노입자를 첨가함으로써 페인트층을 훨씬 더 견고하게 하거나 표면이 더욱 친수성을 갖게되기도 하는데, 이러한 친수성은 표면에 오염이 훨씬 더 부착되기 어렵게 만드는 역할을 하게 된다. 또한 페이트의 광물 함량이 기존의 페인트에서 보다 더 높기 때문에 훨씬 더 천천히 불에 타며, 색상 유지력도 더욱 증가되게 된다.

산업용 유지보수 코팅은 나노소재의 더 중요한 응용 분야가 될 것으로 예상되는데, 더욱 가혹한 환경일수록 나노소재의 성능 장점이 부각되게 된다. 즉, 고가 장비의 보호가 필요한 경우, 또는 코팅 실패로 더 많은 비용이 소요되는 경우 등이다.

유리
나노소재의 수요는 건축 분야에 사용되는 유리에서도 지속적으로 증가될 것으로 예측되는데, 주로 사무실 건물과 다른 구조물에서 자기 정화 유리에 대한 시장 확대에 따른 것이고, 기존 유리의 재처리 또한 중요한 시장이 될 수 있다.

자기 정화 유리와 기존 유리의 재처리가 나노소재의 초기 주요 응용 분야로 대표되지만, 서리방지(anti-fog), 광 및 온도제어 그리고 보안 등의 특성을 가진 유리 등도 수요가 기대되고 있다.

자기 정화 유리는 오염과 다른 재료의 파괴 및 제거를 도와주는 나노크기 이산화티탄(TiO2)을 함유하고 있으며, 상업적으로 가치있는 틈새 시장 제품으로 부각되고 있으며, 주로 하이엔드 거주용 및 상업용 구조물에서 사용이 가능하다. 비록 가격이 문제이긴 하지만, 이러한 성능의 장점으로 인해 폭넓은 응용 분야로의 사용이 기대되고 있다. 특히, 고층 빌딩 및 마천루와 같은 고층 건물은 특별히 매력적인 분야인데, 이는 유리창 청소와 관련된 위험과 비용 때문이다.

바닥재
바닥재에 대한 나노소재의 수요는 특히 2016년 이후에 성장할 것으로 예측된다. 실리카, 알루미나 및 점토와 같은 나노소재는 마모 및 흠집 저항성, 냄새 제어 및 자기 정화 특성 등과 같은 장점을 제공하기 위해 비닐 및 나무 바닥재 표면에 사용되고 있다. 비록 여전히 나노소재 수요 전체에 비해 상대적으로 적은 틈새 시장을 차지하지만, 바닥재는 나노소재에 있어서 초기의 건설 분야 응용중 하나였다.

알루미나가 첨가된 코팅제는 비닐 및 견고한 나무 바닥재 등과 같은 다양한 바닥재에 사용된다. 또한 마모 저항성 개선을 위해 카펫 섬유에 나노소재를 적용하려는 노력이 있어왔는데, 아직 상용 시장을 형성하지는 못하고 있다. 나노소재는 또한 오랜 동안 열화를 방지하기 위해 바닥재와 카펫에 UV 저항성을 부여하는데 이용되어 왔다.

견고한 표면의 바닥재는 나노소재의 사용이라는 관점에서 최근 가장 관심이 모아지는 분야이다. 나노크기 알루미나와 같은 나노소재는 흠집 및 마모 저항성을 포함하여 바닥재에 수많은 장점을 제공하며, 또한 이산화티탄은 유리에서와 유사하게 자기 정화용 표면을 제공하기 위해 콘크리트용 코팅제로 사용될 수 있다. 나노크기 실리카는 콘크리트의 압축강도 및 방수성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

기타 건설용 제품
건설 분야에서 외장용 자재(siding), 조명(lighting), 지붕 및 다양한 첨가제 등의 나노소재의 수많은 다른 용도가 시장을 형성할 것으로 기대된다. 특히 이러한 기타 사용은 2016년까지 상당한 성장을 이룰 것으로 기대된다.

초기에 나노 재료에 대한 외장용 자재 시장 대부분은 비닐 자재에 관한 것이고, 비닐 자재는 상대적으로 낮은 비용 때문에 인기있는 제품이지만, 더 비싸면서도 경쟁력을 가지기 위해서는 개선된 성능과 더 좋은 성능의 대체품이 지속적으로 제공될 필요가 있다. 나노소재는 비닐 외장 자재에 대해 UV 보호 및 흠집 저항성를 부여할 수 있다. 또한 섬유 시멘트 외장 자재도 나노소재를 함유하여 저항력을 가지게 된다.

건설 응용분야에서 사용되는 조명 기구에 있어서 나노소재에 대한 수요는 10여년간 최소한 유지될 것으로 예측된다. 그러나, 오랜 기간 동안, 나노크기 재료(특히 나노크기 형광체)는 에너지를 보전하고 비용을 절약하기 위해 다양한 조명 기술과 결합될 것으로 기대된다. 비록 나노크기 형광체가 조명 시장에 혁명을 일으킬 수 있다는 큰 희망이 있더라도, 표준 백열 및 형광 전구가 교체되기 전에 많은 연구개발이 여전히 요구된다.

현재 다른 건설 응용분야에서 사용되고 있는 나노소재의 양이 적기는 하지만, 특수 창문, 나노크기 점토에 의해 증가된(augmented) PVC 파이프 및 자기 정화 고정물들을 포함하여 수많은 제품들이 유망하다. 예를 들어, 자기 정화 화장실, 자기 정화 유리에 사용되는 것과 유사한 코팅의 고정 세간(fixtures; 욕조, 변기, 싱크대 등)들이 일부 시장에 출시되었는데, 이러한 자기 정화 고정 세간은 결국에는 상업적으로 중요하게 부상할 것으로 기대된다.

싱크대, 샤워기 및 화장실 용기 등의 표면이 나노입자 함유 코팅이 되면, 얼룩과 흠집 저항이 부여되고, 오염이나 다른 원하지 않는 물질이 거의 달라붙지 않도록 되기 때문이다.

시장 동향 및 전망
   

출처: The Freedonia Group, Inc. (2012)

건설 분야에서 사용되는 나노소재의 수요는 2016에 2억 달러로 2011년 6천만 달러에 비해 3배 이상 증가할 것으로 예상되며, 그 증가율도 에너지 분야의 증가율(46.2%) 다음인 25.9%로 타 분야에 비해 높을 것으로 추정된다.

건설 분야 시장은 전체 분야에 응용되는 나노소재 중 2001년에는 2.9%, 2006년에는 3.7%, 2011년에는 3%를 차지하였으며, 2016년에는 3.6%, 2021년에는 7%를 차지하면서 그 비중도 높아질 전망이다(<그림 1>).
   
 

   
 
Future Market Inc(2011)에 따르면 국내 시장은 Other Asia/Pacific 지역 시장의 절반(50%)을,  전 세계 시장의 6%를 차지한다고 추정할 수 있으며, 따라서 국내 시장은 <표 3>과 같이 추정할 수 있다. 추정에 따르면, 건설 분야의 성장률이 에너지 분야 다음으로 높음을 확인할 수 있으며, 2021년에는 그 시장 규모가 약 600억원에 이를 것으로 전망된다.

<표 3> 국내 산업별 나노소재 시장규모 추정(단위: 억원)

구 분

2001

2006

2011

2016

2021

전자

55

174

426

1,182

2,640

건강치료

114

234

402

900

2,220

에너지

1

10

87

300

1,200

건설

6

20

36

120

600

기타

28

96

267

798

2,640

합계

204

534

1218

3300

9300

 

 

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