제 21차 유엔기후변화협약당사국 총회(C0P21)의 파리기후협약이 채택됨에 따라 195개국의 범세계적 온실가스 감축 대응에 합의가 이루어졌다. 이에 따라 온실가스 감축에 관련한 다양한 기술들이 거론되고 있고, 그 중에 이산화탄소 포집/저장/전환 기술(CCUS)은 이산화탄소 감축의 실질적인 기여를 할 수 있는 수단으로 주목받고 있다. 하지만 CCUS 기술은 에너지 및 투자 효율성, 잠재적 저장 능력 등 상용화 단계에서 다양한 보완사항이 존재하며, 이를 해결하기 위한 여러 국가들의 연구개발 활동이 적극적으로 이루어지고 있다. 이에 효과적인 연구개발 전략을 수립하기 위해서 각 국의 CCUS 기술 유형 별 수준과 동향을 분석하고 향후 기술발전방향에 대해 대응하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 연구에서는 CCUS 기술에 대한 국가/기술별 특허 동향 분석을 수행하고자 한다. 분석결과, 구간별 기술 성장단계 분석에서 발전기 단계에 있는 것으로 나타났으며, 기술발전 수준이 가장 높은 포집/회수 분야에 60% 이상의 특허 출원이 이루어짐을 보였다. 해외 상위 출원인인 Alstom technology, Toshiba Corp, Mitsubishi heavy 등의 기업에서 이산화탄소를 포집/회수 하는 기술에 중점을 두고 있으며, 국내에서는 정부 연구기관들을 중심으로 포집 분야 외에 기술 초기 단계인 저장, 전환 분야에도 집중하는 것으로 나타났다. 2000년대 후반부터 CCUS기술 특허 출원이 급속히 증가했으며 많은 국가들이 이 기술에 관심을 갖으며 온실가스를 감축하려는 노력을 하고 있다.
제 21차 유엔기후변화협약당사국 총회(C0P21)의 파리기후협약이 채택됨에 따라 195개국의 범세계적 온실가스 감축 대응에 합의가 이루어졌다. 이에 따라 온실가스 감축에 관련한 다양한 기술들이 거론되고 있고, 그 중에 이산화탄소 포집/저장/전환 기술(CCUS)은 이산화탄소 감축의 실질적인 기여를 할 수 있는 수단으로 주목받고 있다. 하지만 CCUS 기술은 에너지 및 투자 효율성, 잠재적 저장 능력 등 상용화 단계에서 다양한 보완사항이 존재하며, 이를 해결하기 위한 여러 국가들의 연구개발 활동이 적극적으로 이루어지고 있다. 이에 효과적인 연구개발 전략을 수립하기 위해서 각 국의 CCUS 기술 유형 별 수준과 동향을 분석하고 향후 기술발전방향에 대해 대응하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 연구에서는 CCUS 기술에 대한 국가/기술별 특허 동향 분석을 수행하고자 한다. 분석결과, 구간별 기술 성장단계 분석에서 발전기 단계에 있는 것으로 나타났으며, 기술발전 수준이 가장 높은 포집/회수 분야에 60% 이상의 특허 출원이 이루어짐을 보였다. 해외 상위 출원인인 Alstom technology, Toshiba Corp, Mitsubishi heavy 등의 기업에서 이산화탄소를 포집/회수 하는 기술에 중점을 두고 있으며, 국내에서는 정부 연구기관들을 중심으로 포집 분야 외에 기술 초기 단계인 저장, 전환 분야에도 집중하는 것으로 나타났다. 2000년대 후반부터 CCUS기술 특허 출원이 급속히 증가했으며 많은 국가들이 이 기술에 관심을 갖으며 온실가스를 감축하려는 노력을 하고 있다.
In December 2015, 195 nations agreed to cut green house gas emissions in the Paris Climate Convention, and all over the world showed their willingness to participate in greenhouse gas mitigation. Accordingly, various technologies related to greenhouse gas reduction are being considered, among which ...
In December 2015, 195 nations agreed to cut green house gas emissions in the Paris Climate Convention, and all over the world showed their willingness to participate in greenhouse gas mitigation. Accordingly, various technologies related to greenhouse gas reduction are being considered, among which carbon dioxide capture, storage, utilization (CCUS) technologies are attracting attention as an unique technology capable of directly removing greenhouse gases. However, CCUS technologies are still costly and have low efficiency. It is still more important to analyze the level of CCUS technology before commercialization and to understand trends and to predict future direction of technology. Therefore, this study analyzes the patent trends of CCUS technology and derives implications for future directions. As a result of country analysis, the United States had the highest number of applications, and sectoral analysis shows that 64% of total patents are from capture sector. Companies such as Alstom technology, Toshiba Corp, and Mitsubishi Heavy are focusing on capturing carbon dioxide. In Korea, government research institutes have focused on storage and utilization technologies. In addition, since the late 2000s, patent applications have increased rapidly, and many countries have been interested in the development of the technology and have made efforts to reduce greenhouse gas.
In December 2015, 195 nations agreed to cut green house gas emissions in the Paris Climate Convention, and all over the world showed their willingness to participate in greenhouse gas mitigation. Accordingly, various technologies related to greenhouse gas reduction are being considered, among which carbon dioxide capture, storage, utilization (CCUS) technologies are attracting attention as an unique technology capable of directly removing greenhouse gases. However, CCUS technologies are still costly and have low efficiency. It is still more important to analyze the level of CCUS technology before commercialization and to understand trends and to predict future direction of technology. Therefore, this study analyzes the patent trends of CCUS technology and derives implications for future directions. As a result of country analysis, the United States had the highest number of applications, and sectoral analysis shows that 64% of total patents are from capture sector. Companies such as Alstom technology, Toshiba Corp, and Mitsubishi Heavy are focusing on capturing carbon dioxide. In Korea, government research institutes have focused on storage and utilization technologies. In addition, since the late 2000s, patent applications have increased rapidly, and many countries have been interested in the development of the technology and have made efforts to reduce greenhouse gas.
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문제 정의
이에 따라 기후변화 대응의 미래 핵심 기술로서 이산화탄소 포집/저장/전환 기술에 대한 선도적 기술 우위를 점하기 위해서는 기술 현황 및 특허 동향 분석을 통한 연구개발의 전략적 의사결정을 수립하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 이산화탄소 포집/저장/전환 기술 특허 분석을 통해 해당 기술 흐름과 특허 정보를 제공하고자 한다.
또한 해외상위출원 기관들은 이산화탄소 포집/회수 기술을 기반으로 특허 기술의 대형화와 온실가스 자원화를 위한 기술 실증에 주력하고 있으므로, 이산화탄소 시장 선도와 기술 경쟁력 강화를 위한 다양한 연구개발 및 정책적 지원이 활성화되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구는 2000년도부터 2016년도까지의 각 국의 CCUS 특허 분석을 통한 CCUS 동향 및 비교 분석 제시에 연구 목적을 갖으며, 이와 같은 연구 내용은 CCUS 연구개발 및 전략적 지원 방안 수립에 대한 근거 자료 제시로 연구 의의를 갖는다.
제안 방법
CCUS 기술에 있어서 포집, 저장, 전환 분야를 청구/권리범위로 하고 있는 특허에 대해서 각각 출원인 현황을 분석하였다(Fig. 12). 포집기술을 청구/권리범위로 하고 있는 특허의 주요 출원인은 Alstom Technology로 나타났으며, 저장기술의 주요 출원인은 한국지질자원연구원, 전환기술의 주요 출원인은 Exxonmobil Research Engineering로 파악되었다.
㈜ 윕스의 Wintelips DB를 이용하여 특허를 검색 및 재가공하였으며, 제목, 요약, 대표 청구항 및 전체 문서로 검색 범위를 확장하였다. 분석 대상의 기술분류는 CCUS기술의 핵심기술인 포집, 저장, 전환 세 개의 기술로 분류하였으며, 기술 분류 및 검색 키워드는 다음과 같다.
㈜ 윕스의 Wintelips DB를 이용하여 특허를 검색 및 재가공하였으며, 제목, 요약, 대표 청구항 및 전체 문서로 검색 범위를 확장하였다. 분석 대상의 기술분류는 CCUS기술의 핵심기술인 포집, 저장, 전환 세 개의 기술로 분류하였으며, 기술 분류 및 검색 키워드는 다음과 같다.
상위 출원인 분석에서의 7,726건의 특허는 주요국에 출원된 모든 특허출원건수를 의미하며, 기술단위 기준으로 패밀리 특허 그룹을 1건으로 집계하여 기술 분야의 출원건수가 아닌 기술건수를 파악하였다(Fig. 7). CCUS 관련 주요 출원인 출원건수는 Alstom Technology(311건), Toshiba Corp (216건), Mitsubishi Heavy(208건), Exxon Mobil Research Engineering (190건), 한국에너지기술연구원 (165건), General Electric (135건), 한국지질자원연구원 (128건), 한국전력공사 (115건) 등으로 나타났다 (Fig 7).
이에 따라 이산화탄소를 직접 없앨 수 있는 유일한 기술인 CCUS기술에 대한 연구개발이 본격적으로 시작되었고, 관련기술 특허출원이 2000년대 후반부터 급격하게 늘어났다. 이렇게 급속도로 성장하는 CCUS 기술을 분석하기 위해 2000년부터 2016년까지의 해당기술에 대한 주요국/출원인/기술별 특허동향분석을 실시하였다.
대상 데이터
7). CCUS 관련 주요 출원인 출원건수는 Alstom Technology(311건), Toshiba Corp (216건), Mitsubishi Heavy(208건), Exxon Mobil Research Engineering (190건), 한국에너지기술연구원 (165건), General Electric (135건), 한국지질자원연구원 (128건), 한국전력공사 (115건) 등으로 나타났다 (Fig 7). 주요 출원인 Top3는 특정국가에 집중된 출원을 하지 않는 것으로 판단된다.
본 연구에서 CCUS 기술 분류로 되어 있는 포집, 저장, 전환 분야의 특허 정보를 분석 대상으로 하였으며, 2000년부터 2017년 4월까지 출원 공개 또는 출원 등록된 한국, 미국, 일본, 유럽, 중국의 특허 시장을 범위로 특허 정보를 수집하였다.
주요 출원인 구간별 현황에서는 1구간 2000년 ~2003년, 2구간 2004년~2007년, 3구간 2008년 ~2011년, 4구간 2012년~2015년, 미공개 2016년 이후로 설정하였다(Fig. 9). 3구간에서 1구간, 2구간에 비해 특허 수가 크게 늘어났음을 볼 수 있었다.
CCUS 기술 분류에 따른 유효특허건수는 Table 4와 같다. 총 7726건의 유효특허가 수집되었으며, 기술 분야 간 중복되는 특허는 총 428개로 포집 및 저장에 해당하는 중복 특허 69개, 포집 및 활용에 해당하는 중복 특허 359개가 수집되었다.
성능/효과
CCUS 기술별·연도별 출원 비율을 보면 포집 분야의 비율이 전체적으로 가장 높게 나타났다.
11). CCUS 기술의 포집, 저장, 전환 등 모든 분야에서 2010년부터 2014년까지 출원이 가장 활발히 이뤄지고 있으며, 포집 분야는 Alstom Technology이 184건, 저장 분야는 한국지질자원연구원이 57건, 전환 분야는 Exxonmobil Research Engineering이 107건으로 가장 많은 출원을 한 것으로 나타났다.
시장 별 출원인 분석에서 한국은 자국인 출원율이 79%로 기술자립도가 가장 높으며, 일본, 중국, 미국, 유럽 순으로 내국인 중심의 출원율을 보였다(Fig. 5). 해외출원인들에게 시장성이 낮게 평가되는 것으로 판단된다.
우리나라의 특허 등록률은 59.5%으로 CCUS 기술분야 평균 수준(50.9%) 보다 높은 것으로 나타났다. 미국과 일본, 중국은 각각 55.
유럽을 제외한 한국, 미국, 일본, 중국은 모두 자국출원인이 1위로 나타나고 있으며, 유럽의 경우 미국 국적 출원인이 가장 많은 것으로 나타났다. 또한 한국, 일본, 중국의 경우, 외국인 출원인으로서 미국과 스위스가 각각 2위, 3위로 많은 특허를 출원하는 것으로 나타났다.
특정 시장의 출원 활동을 분석하기 위해서 출원 국가 별 연도별 동향을 나타내었다. 전반적으로 미국, 유럽, 일본, 한국, 중국 모두 2000년대 중반부터 출원 수가 증가함을 보이며, 감소하는 시기 또한 2012~2014년도부터 감소하는 것으로 나타났다. 한국의 경우 2014년에 208건으로 가장 많은 특허가 출원 되었으며, 미국은 2012년(333건), 일본은 2009년(150건), 유럽은 2011년(109건), 중국은 2013년(208건)으로 특허 출원 수가 많았던 것으로 나타났다.
저장 분야에서는 한국지질자원연구원, 한국해양과학기술원등이 전 세계적으로 많은 출원을 하는 것을 볼 수 있었다. 출원인 분석의 경우 국내의 출원인은 거의 연구기관과 기업 등의 출원율이 높은 것으로 분석되었으며, 포집 분야에서는 한국에너지기술연구원이 저장, 전환 분야에서는 한국지질자원연구원이 상위출원인으로 나타났다. CCUS 관련 R&D 증가에 따른 특허출원의 증가하는 추세를 보이고 있으며, 포집 분야에 특허출원이 집중되어 있어 향후 이 분야의 특허출원은 분쟁의 소지가 많을 것으로 예상된다.
포집 분야의 경우 2012년에 가장 활발한 특허출원을 한 것으로 나타났으며 저장 및 전환 분야는 각각 2010년, 2014년에 가장 많은 특허가 출원되었다. 출원인의 경우, 포집 분야는 Alstom Technology가 304건으로 가장 많이 출원을 하였고, 저장 분야는 한국지질자원연구원이 67건, 전환 분야는 Exxonmobil Research Engineering이 117건으로 가장 많은 특허 출원을 한 것으로 나타났다.
후속연구
국내 출원인의 저장 분야와 전환 분야에서의 특허 출원이 활발한 것으로 나타나며, 특히 해외 주요국에서 전환 분야의 출원이 저조하고 포집 분야에 집중되어 있기 때문에, 해외 출원을 위한 전략 수립이 필요할 것으로 판단된다. 또한 해외상위출원 기관들은 이산화탄소 포집/회수 기술을 기반으로 특허 기술의 대형화와 온실가스 자원화를 위한 기술 실증에 주력하고 있으므로, 이산화탄소 시장 선도와 기술 경쟁력 강화를 위한 다양한 연구개발 및 정책적 지원이 활성화되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구는 2000년도부터 2016년도까지의 각 국의 CCUS 특허 분석을 통한 CCUS 동향 및 비교 분석 제시에 연구 목적을 갖으며, 이와 같은 연구 내용은 CCUS 연구개발 및 전략적 지원 방안 수립에 대한 근거 자료 제시로 연구 의의를 갖는다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
CCUS 기술에는 어떠한 단계에서 보완사항이 존재하는가?
이에 따라 온실가스 감축에 관련한 다양한 기술들이 거론되고 있고, 그 중에 이산화탄소 포집/저장/전환 기술(CCUS)은 이산화탄소 감축의 실질적인 기여를 할 수 있는 수단으로 주목받고 있다. 하지만 CCUS 기술은 에너지 및 투자 효율성, 잠재적 저장 능력 등 상용화 단계에서 다양한 보완사항이 존재하며, 이를 해결하기 위한 여러 국가들의 연구개발 활동이 적극적으로 이루어지고 있다. 이에 효과적인 연구개발 전략을 수립하기 위해서 각 국의 CCUS 기술 유형 별 수준과 동향을 분석하고 향후 기술발전방향에 대해 대응하는 것이 무엇보다 중요하다.
이산화탄소 포집/저장/전환는 어떠한 방안으로 기대되는가?
본 연구에서 다루고자 하는 이산화탄소 포집/저장/전환(CCUS)은 기존 CCS 분야에서 확장된 개념으로 포집된 이산화탄소를 유용한 자원으로 재활용하여 부가가치가 높은 물질(value-added compounds)로 전환하는 기술 분야까지 포함된다. 이는 산업 및 발전소 부문에서 배출되는 이산화탄소를 포집, 수송(파이프라인, 전용 수송선 등 이용)하여 지층에 폐기·저장(고갈된 가스전 및 유전, 석탄층, 대염수층 등)하는 것으로 정의되며, 비용 대비 효과적인 온실가스 감축 방안의 하나로 기대되고 있다.
온실가스 배출량에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은?
온실가스 배출량에서 이산화탄소는 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 에너지 부분 및 시멘트, 철강, 화학산업 등 산업 현장에서 대부분의 이산화탄소가 배출이 되고 있다. IEA에서 발표한 보고서에 따르면, 2050년까지 온실가스 감축 기여 관련 연료 효율 증대, 신재생 에너지 등과 더불어 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술이 12%를 담당할 것으로 전망하였으며, 이산화탄소를 직접적으로 제거하는 CCS 기술을 온실가스 감축 미래 핵심 기술로 중요함을 강조하였다.
참고문헌 (6)
Breitzman, A. (2003) A discussion of patent activity and citation statistics, The Lemelson-MIT Program Workshop Paper, p.16-21.
Karki, M.M. (1997) Patent citation analysis: A policy analysis tool., World Patent Information, v.19, p.269-272.
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