[논문]특허 정보 분석을 통한 CCUS 연구개발 동향 분석

김정민; 김성용; 배준희; 신영재; 안은영; 이재욱

doi:10.9719/eeg.2020.53.4.491

특허 정보 분석을 통한 CCUS 연구개발 동향 분석
Analysis of Patent Trends on the CCUS Technologies 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.53 no.4, 2020년, pp.491 - 504

김정민 (한국지질자원연구원 미래전략연구센터) , 김성용 (한국지질자원연구원 미래전략연구센터) , 배준희 (한국지질자원연구원 미래전략연구센터) , 신영재 (한국지질자원연구원 CO2지중저장연구단) , 안은영 (한국지질자원연구원 미래전략연구센터) , 이재욱 (한국지질자원연구원 미래전략연구센터)

초록
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지속적인 기후변화와 지구온난화로 인해 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약(UNFCCC) 당사국총회(COP21)에서 모든 당사국(195개국)이 온실가스 감축에 참여하는 파리협정이 체결됨에 따라 전 세계적으로 온실가스 감축에 대한 다양한 기술이 거론되고 있으며, 그 중에 CO₂를 감축시키는 것이 가장 효율적이라고 분석 되었다. 이에 따라 CO₂ 포집/저장/활용 기술(CCUS)은 CO₂ 감축의 실질적인 기여를 할 수 있는 수단으로 주목받았으며, CCUS기술 분야에 대해서 많은 국가들의 연구개발 활동이 활발히 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이산화탄소 포집/저장/활용과 관련된 기술의 특허 동향 분석을 통해 CCUS 연구개발 및 전략적 지원방안 수립에 근거를 제시하고자 한다. 특허 분석은 미국, 한국, 일본, 유럽, 중국의 특허를 검색하여 총 10,137건을 수집하였고, 국가별 특허분석 결과 미국의 수가 가장 많았다. 기술별 분석에 따르면 포집에 관한 기술이 60%로 높았지만, 최근에는 활용에 관한 기술이 점점 증가하고 있는 것으로 나타난 만큼 이에 대한 기술 실증과 연구개발 및 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 될 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

Given the continued climate change and global warming, various technologies for greenhouse gas reduction were discussed worldwide as all 195 countries participated in the Paris Agreement on the reduction of greenhouse gases. The agreement was adopted at the 21st Conference of Parties to the UNFCCC (COP21), which was held in Paris, France, in December 2015, and it revealed that reducing CO2 is the most efficient method of greenhouse gas reduction. Accordingly, carbon capture/utilization/storage (CCUS) technology has been noted as a means of making practical contributions to CO2 reduction, and research and development (R&D) activities in many countries are active in the field of CCUS technology. Therefore, this study aims to provide a basis for CCUS R&D and strategic support measures by analyzing patent trends in technologies related to CCUS. The patent analysis collected a total of 10,137 patents in the United States, Korea, Japan, Europe, and China; the number of patents in the United States was the highest according to patent analysis by country. According to an analysis by technology, capture-related technology was high at 60%, but given the recent increase in technology related to utilization, technology demonstration, R&D, and policy support should be continued.

주제어

표/그림 (16)

표 Table 1. Patent searching DB and search range
표 Table 2. Classification of CCUS technologies
표 Table 3. Searching keywords for trend analysis of CCUS R&D
표 Table 3. Continued
그림 Fig. 1. Number of CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage) patent applications per year.
표 Table 4. Number of effective patents associated with CCUS technologies (Unit: item)
그림 Fig. 2. Yearly number of patent applications by country.
그림 Fig. 3. Number of applicants and their share by countries.
그림 Fig. 4. Applicant analysis by market by countries.
그림 Fig. 5. Registration rate of major countries.
그림 Fig. 6. Ranking of active companies and research institutes in CCUS patent activities.
그림 Fig. 7. Patent applicant status by major market country.
그림 Fig. 8. Analysis of specific technology by period.
그림 Fig. 9. Patent application share by technical classification.
그림 Fig. 10. Patent trends by technical classification.
표 Table 5. Patent applicant status by technical classification (Unit: item)

AI 본문요약
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문제 정의

또한 해외상위 출원 기관들은 이산화탄소 포집/회수 기술을 기반으로 특허 기술의 대형화와 온실가스 자원화를 위한 기술 실증에 주력하고 있으므로, 이산화탄소 시장 선도와 기술 경쟁력 강화를 위해 기술 실증과 연구개발 및 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 될 것으로 판단된다. 본 연구는 2000년도부터 2020년도까지의 각 국의 최근 CCUS 특허 분석을 통한 기존의 CCUS 동향 및 비교 분석 제시에 연구목적을 갖으며, 이와 같은 연구 내용은 이후 CCUS 연구개발 및 전략적 지원 방안 수립에 대한 근거 자료제시로 연구 의의를 갖는다.
이에 따라 가장 많은 배출량을 차지하는 이산화탄소를 직접적으로 제거 할 수 있는 유일한 기술인 CCUS 기술에 대한 관심의 증가로 본격적인 연구개발이 시작되었고, 관련기술 특허출원이 2000년대 후반부터 급격하게 늘어났다. 이렇게 급속도로 성장하던 CCUS 기술을 분석하기 위해 2017년에 2000년부터 2016년까지의 해당 기술 분야에 대한 주요국/출원인/기술별 특허동향분석을 실시하는 선행연구(Bae et al., 2017)를 수행하였고, 해당 기술 분야에 대한 최근 특허동향을 알아보기 위해서 본 연구를 수행하였다.

제안 방법

CCUS 기술에 있어서 포집, 저장, 활용 분야를 청구/권리범위로 하고 있는 특허에 대해서 각각 출원인 현황을 분석하였다(Table 5). 포집기술을 청구/권리범위로 하고 있는 특허의 주요 출원인은 Alstom Technology로 나타났으며, 저장기술의 주요 출원인은 한국지질자원연구원, 활용기술의 주요 출원인은 Exxonmobil Research Engineering로 파악되었다.
㈜ 윕스의 Wintelips DB를 이용하여 특허를 검색 및 재가공하였으며, 제목, 요약, 대표 청구항 및 전체문서로 검색 범위를 확장하였다. 분석 대상의 기술분류는 CCUS기술의 핵심기술인 포집, 저장, 활용 세 개의 기술로 분류하였으며(Table 2), 기술 분류 및 검색키워드는 다음과 같다(Table 3).
㈜ 윕스의 Wintelips DB를 이용하여 특허를 검색 및 재가공하였으며, 제목, 요약, 대표 청구항 및 전체문서로 검색 범위를 확장하였다. 분석 대상의 기술분류는 CCUS기술의 핵심기술인 포집, 저장, 활용 세 개의 기술로 분류하였으며(Table 2), 기술 분류 및 검색키워드는 다음과 같다(Table 3).
상위 출원인 분석에서의 10,137건의 특허는 주요국에 출원된 모든 특허출원건수를 의미하며, 기술단위 기준으로 패밀리 특허 그룹을 1건으로 집계하여 기술 분야의 출원건수가 아닌 기술건수를 파악하였다. 그 결과 CCUS 관련 주요 출원인 출원건수는 Alstom Technology (286건), Toshiba Corp (272건), Mitsubishi Heavy (247건), ExxonMobil Res &Eng (241건), General Electric (226건), 한국에너지기술연구원 (203건), 한국전력공사 (147건), 한국지질자원연구원 (145건), Saudi Arabian Oil (97건) 등으로 나타났다(Fig.

대상 데이터

본 연구에서 CCUS 기술 분류로 되어 있는 포집, 저장, 활용 분야의 특허 정보를 분석 대상으로 하였으며, 2000년부터 2020년 6월까지 출원공개 또는 출원 등록된 한국, 미국, 일본, 유럽, 중국의 특허 시장을 범위로 특허 정보를 수집하였다(Table 1).
주요 출원인 구간별 현황에서는 1구간(2000년~2003년), 2구간(2004년~2007년), 3구간(2008년~2013년), 4구간(2014년~2018년), 미공개(2019년~2020년)으로 설정하였다(Fig. 8). 3구간에서는 1구간, 2구간에 비해 특허 수가 크게 늘어났음을 볼 수 있었다.

성능/효과

CCUS 기술의 포집, 저장, 활용 등 모든 분야에서 2010년부터 2014년까지 출원이 가장 활발히 이뤄지고 있으며, CCUS 기술별·연도별 출원 비율을 보면 포집 분야의 비율이 전체적으로 가장 높게 나타났다.
그 결과 CCUS 관련 주요 출원인 출원건수는 Alstom Technology (286건), Toshiba Corp (272건), Mitsubishi Heavy (247건), ExxonMobil Res &Eng (241건), General Electric (226건), 한국에너지기술연구원 (203건), 한국전력공사 (147건), 한국지질자원연구원 (145건), Saudi Arabian Oil (97건) 등으로 나타났다(Fig. 6).
기술별 동향 분석에서는 가장 기술발전 수준이 높은 포집 분야가 아직도 60%의 점유율을 차지하고 있지만, 구간별 특허동향을 살펴보면 포집과 저장분야는 3구간까지 증가하는 추세를 보이다가 4구간에서는 감소하는 것으로 나타났고, 활용 분야는 4구간까지 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있다. 선행연구 결과와 비교해보면 3년 동안 포집 분야는 1,456건, 저장 분야는 191건 활용 분야는 960건이 증가하면서 활용 분야가 빠르게 기술별 점유율을 높이고 있다.
다만 최근(2019년, 2020년)에 출원이 감소한 것은 특허출원 후 1년 6개월이 지나야 공개되는 특허 제도의 특성 때문인 것으로 파악된다. 따라서 CCUS 관련 특허출원은 2010~2014년에 가장 활발하였으며, 2012년 1,006건으로 가장 많은 특허가 출원되었다.
우리나라의 특허 등록률은 65%로 CCUS 기술 분야 평균 등록률(55%) 보다 높은 것으로 나타났다. 미국과 일본, 유럽, 중국은 각각 64%와 52%, 46%, 42%의 특허 등록률을 보였으며, 2017년 특허분석에서는 평균등록률이 50.9%로 최근 3년간 4.1%가 증가하였다(Fig. 5). 그 중 한국의 경우 총 특허는 1,775건 중에 현재 Active(등록이 유지되고 있는 특허 또는 심사중(전)단계로 특허 등록의 여지가 존재하는 특허) 특허는 1,135건으로 나타났으며, 현재 966건이 등록되어 그 권리가 유지되고 있다.
1과 같다. 분석기간 초기인 2000년대 초반부터 2000년대 중반까지는 소폭의 증가를 보이고 있으며 2007~2011년까지 크게 증가하였고, 2012년에는 정점으로 2013년부터 감소하고 있는 것으로 나타났다. 2013년부터 현재까지 감소하는 추세를 보이고 있으나, 이는 해당 기술 분야의 긴 기술개발 주기를 감안하면 소폭의 감소하고 있지만, 장기적으로는 연구개발의 확대에 따른 특허출원은 지속 성장가능성이 높다고 판단된다.
시장 별 출원인 분석에서 한국은 자국인 출원율이 78%로 가장 높으며, 중국, 일본, 미국, 유럽 순으로 내국인 중심의 출원율을 보였다. 자국인 출원율이 높을수록 기술자립도는 높지만 해외 출원인들에게 시장성이 낮게 평가되는 것으로 판단된다.
우리나라의 특허 등록률은 65%로 CCUS 기술 분야 평균 등록률(55%) 보다 높은 것으로 나타났다. 미국과 일본, 유럽, 중국은 각각 64%와 52%, 46%, 42%의 특허 등록률을 보였으며, 2017년 특허분석에서는 평균등록률이 50.
특정 시장의 출원 활동을 분석하기 위해서 출원 국가별 연도별 동향을 나타내었다. 전반적으로 미국, 유럽, 일본, 한국, 중국 모두 2000년대 중반부터 출원 수가 증가함을 보이며, 2010년을 전후하여 감소하는 추세를 보이는 것으로 나타났다. 한국의 경우 2014년 211건으로 가장 많은 특허가 출원 되었으며, 미국은 2012년(343건), 일본은 2011년(156건), 유럽은 2011년(122건),중국은 2018(328건)으로 특허 출원 수가 많았던 것으로 나타났다.
CCUS 기술 분류에 따른 유효특허건수는 Table 4와 같다. 총 10,137건의 유효특허가 수집되었으며, 기술 분야 간 중복되는 특허는 총 620개로 포집 및 저장에 해당하는 중복 특허 150개, 포집 및 활용에 해당하는 중복 특허 466개 및 기술 분야 모두 중복되는 특허는 4개가 수집되었다.
출원인 분석의 경우 국내의 출원인은 다른 국가와 달리 연구기관의 출원율이 높은 것으로 분석되었으며, 포집 분야에서는 한국에너지기술연구원이 저장, 활용분야에서는 한국지질자원연구원이 상위출원인으로 나타났다. 포집 분야의 특허는 전체 특허의 60% 수준으로 많은 특허출원이 집중되어 있어, 향후 이 분야의 특허출원이 활용분야의 기술개발과 함께 분쟁의 소지가 많을 것으로 예상된다.
포집 분야의 경우 2012년에 가장 활발한 특허출원을 한 것으로 나타났으며 저장 및 활용 분야는 각각 2010년과 2011년, 2014년에 가장 많은 특허가 출원되었다. 출원인의 경우, 포집 분야는 Alstom Technology가 281건으로 가장 많이 출원을 하였고, 저장 분야는 한국지질자원연구원이 74건, 활용 분야는 Exxonmobil Research Engineering이 117건으로 가장 많은 특허 출원을 한 것으로 나타났다.

후속연구

포집 분야의 특허는 전체 특허의 60% 수준으로 많은 특허출원이 집중되어 있어, 향후 이 분야의 특허출원이 활용분야의 기술개발과 함께 분쟁의 소지가 많을 것으로 예상된다. 국내 출원인의 경우 상대적으로 저장 분야와 활용 분야에서의 특허 출원이 활발한 것으로 나타나며, 해외 주요국에서는 저장 분야의 출원이 매우 저조하고 포집과 활용 분야에 집중되어있기 때문에, 저장 분야 외에 포집과 활용분야의 해외출원을 확대하기 위한 전략 수립이 필요할 것으로 판단된다. 또한 해외상위 출원 기관들은 이산화탄소 포집/회수 기술을 기반으로 특허 기술의 대형화와 온실가스 자원화를 위한 기술 실증에 주력하고 있으므로, 이산화탄소 시장 선도와 기술 경쟁력 강화를 위해 기술 실증과 연구개발 및 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 될 것으로 판단된다.
국내 출원인의 경우 상대적으로 저장 분야와 활용 분야에서의 특허 출원이 활발한 것으로 나타나며, 해외 주요국에서는 저장 분야의 출원이 매우 저조하고 포집과 활용 분야에 집중되어있기 때문에, 저장 분야 외에 포집과 활용분야의 해외출원을 확대하기 위한 전략 수립이 필요할 것으로 판단된다. 또한 해외상위 출원 기관들은 이산화탄소 포집/회수 기술을 기반으로 특허 기술의 대형화와 온실가스 자원화를 위한 기술 실증에 주력하고 있으므로, 이산화탄소 시장 선도와 기술 경쟁력 강화를 위해 기술 실증과 연구개발 및 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 될 것으로 판단된다. 본 연구는 2000년도부터 2020년도까지의 각 국의 최근 CCUS 특허 분석을 통한 기존의 CCUS 동향 및 비교 분석 제시에 연구목적을 갖으며, 이와 같은 연구 내용은 이후 CCUS 연구개발 및 전략적 지원 방안 수립에 대한 근거 자료제시로 연구 의의를 갖는다.

참고문헌 (11)

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Zhu, L. and Fan, Y. (2011) A real options-based CCS investment evaluation model: Case study of China's power generation sector. Applied Energy, v.88, p.4320-4333.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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