[논문]수소 경제를 위한 국가R&D과제에서 연료전지전기차의 지식구조 탐색

최정우; 이지연; 이병희; 김태현

doi:10.5392/jkca.2021.21.06.306

[국내논문] 수소 경제를 위한 국가R&D과제에서 연료전지전기차의 지식구조 탐색
Exploring the Knowledge Structure of Fuel Cell Electric Vehicle in National R&D Projects for the Hydrogen Economy 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.21 no.6, 2021년, pp.306 - 317

최정우 (과학기술연합대학원 대학교) , 이지연 (과학기술연합대학원 대학교) , 이병희 (과학기술연합대학원 대학교) , 김태현 (한국과학기술정보연구원)

초록
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미국, 유럽, 중국, 일본 등 주요 선진국은 탄소 경제에서 수소 경제로의 전환을 위해 다양한 수소 경제 정책을 발표하며 연구역량을 집중하고 있다. 우리나라도 이러한 추세에 발맞추어 2019년 초 수소 경제 활성화 로드맵을 발표한 이래로 수소 경제 관련 법안을 마련하고 지원책을 실시하고 있다. 본 연구에서는 국가과학기술지식정보서비스(NTIS)의 국가R&D과제정보 최근 10년치 데이터를 활용해 수소 경제, 그중에서도 전·후방 파급효과가 크다고 할 수 있는 연료전지전기차 관련 R&D 현황과 지식구조를 파악하고자 한다. 연료전지전기차 관련 국가R&D과제(2020년 1월 기준) 1,479개의 원시 데이터를 바탕으로 네트워크 분석 및 텍스트 마이닝을 실시한 결과, 연료전지전기차 분야에서는 수소의 생산, 운반, 저장, 활용의 전 프로세스에 걸친 기술 및 시스템의 연구개발이 활발하게 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 본 논문은 해당 연구결과를 통해 현재 연료전지전기차 산업을 선도하고 있는 한국의 수소 경제 관련 정책 수립과 연구개발, 시장 전략에 대해 시사점을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With a global shift from carbon economy towards hydrogen economy, leading countries such as the U.S., Europe, China, and Japan are focusing their research capabilities on hydrogen research and development(R&D) by announcing various hydrogen economy policies. South Korea also has been following this global trend by announcing hydrogen economy roadmap in January 2019 and legislating hydrogen economy related law. In this paper, we tried to figure out the national R&D trend of Fuel Cell Electric Vehicle(FCEV) and its knowledge structure by using recent 10-year project data of National Technology and Information Service(NTIS). We collected 1,479 FCEV-related projects and conducted text mining and network analysis. According to the analysis, FCEV-related R&D has been actively carried out over the entire process of hydrogen production, transport, storage, and utilization. Furthermore, the paper provides insights into the government's policy agenda building and market strategy on the hydrogen economy.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

이를 통해 수소 자동차의 구성 기술을 파악하고, 현재 중요하게 다루고 있는 수소 자동차 연구개발과제를 도출하여 앞으로의 R&D계획 수립에 시사점을 제시하고자 한다.
본 연구는 NTIS의 데이터를 이용해 현재 수행 중인 수소자동차 관련 국가 R&D 과제의 지식구조를 탐색하고자 한다

제안 방법

수집한 과제정보에 에지와 노드를 설정하여 Gephi에 입력하고, 출력된 결과를 통해 연료전지전기차 국가R&D 과제 간의 상관관계를 분석하였다.
본 연구는 NTIS 국가 R&D 과제 데이터를 활용해 수소 자동차 R&D 동향을 분석하고, 지식구조를 파악한다
본 연구는 NTIS 국가 R&D 과제 데이터를 활용해 수소 자동차 R&D 동향을 분석하고, 지식구조를 파악한다. 이를 위해 본 연구는 과제 건수 및 총연구비에 기반한 기술통계와 더불어 네트워크 분석과 텍스트마이닝을 활용한 정성적 분석 결과를 도출하였다. 본 연구의 절차는 [그림 1]과 같다.
앞에서 수집한 과제의 연구목표요약, 연구내용요약, 기대효과요약 내용 중 조사, 특수부호 등 불필요한 어구를 제외하는 데이터 전처리 과정을 거쳤다. 이후 R의 형태소 분석 패키지인 NLP4kec를 사용하여 기사 제목과 내용에서 각각 2글자 이상의 명사와 용언 원형을 추출하고 확인하였다.
앞에서 수집한 과제의 연구목표요약, 연구내용요약, 기대효과요약 내용 중 조사, 특수부호 등 불필요한 어구를 제외하는 데이터 전처리 과정을 거쳤다. 이후 R의 형태소 분석 패키지인 NLP4kec를 사용하여 기사 제목과 내용에서 각각 2글자 이상의 명사와 용언 원형을 추출하고 확인하였다. 확인 결과 자주 등장하지만, 분석에 의미가 없는 용언인 “있다”, “하다” 등의 원형을 제외하기 위해 불용어(stopword)를 11개 등록하여 다시 전처리를 수행하였다.
텍스트마이닝에서는 각 문서에서 등장하는 원형의 빈도수를 바탕으로 시기별 키워드 변화를 비교하였다. 또한, 과제정보의 요약 텍스트를 활용한 토픽모델링을 수행하여 각 과제를 총 14개의 주제로 분류시키고 임의의 제목을 부여하였다. 이를 통해 최근 10년간 수소자동차와 관련하여 수행된 국가R&D의 핫토픽(hot topic)을 추출하였다.
본 연구는 분류별 통계를 국가과학기술표준분류체계의 연구분야분류와 적용분야분류를 기준으로 집계하였다. 연구분야와 적용분야는 대분류를 2차원 분류체계로 도입한 2008년의 재편(안)에 따른 것으로, 연구분야는 연구대상에 따라 자연, 생명, 인공물, 인간, 사회로 구분되며, 적용분야는 연구목적에 따라 공공, 산업으로 구분된다.
본 연구는 국가R&D 과제에서의 연료전지전기차 지식구조를 탐색하기 위해 네트워크 분석과 텍스트마이닝을 실시하였다

대상 데이터

본 논문은 우리나라 국가R&D의 종합포털인 NTIS에 수록된 국가R&D 과제 데이터 중 ‘연료전지전기차’ 관련 연구과제를 분석대상으로 한다
본 논문은 우리나라 국가R&D의 종합포털인 NTIS에 수록된 국가R&D 과제 데이터 중 ‘연료전지전기차’ 관련 연구과제를 분석대상으로 한다. 이를 위해 NTIS의 데이터 다운로드 서비스를 이용해 원시 데이터를 수집하였다. 세부 검색 조건으로는 키워드, 자료 수집 기간을 설정하였다.
통합 검색 결과 연료전지전기차(450건), 수소 자동차(4,840건)으로 나타나 본 연구에 적합한 키워드로 “수소 자동차”를 선정하였다
이를 통해 최근 10년간 수소자동차와 관련하여 수행된 국가R&D의 핫토픽(hot topic)을 추출하였다.
이 과정을 통해 총 1,479개의 국가R&D 과제를 수집하였다.
통합 검색 결과 연료전지전기차(450건), 수소 자동차(4,840건)으로 나타나 본 연구에 적합한 키워드로 “수소 자동차”를 선정하였다. 조사 대상 과제의 최신성(freshness)을 근거로 본 논문은 최근 10년간의 연구개발과제를 연구대상으로 하였다. 이 과정을 통해 총 1,479개의 국가R&D 과제를 수집하였다.
2010년부터 2019년까지 연료전지자동차 국가R&D 를 수행한 주체는 대학(658건), 중소기업(391건), 출연연구소(193건), 기타(83건), 중견기업(83건), 대기업(68 건), 국공립연구소(3건) 등으로 나타났다.
연료전지자동차 국가R&D를 가장 많이 수행한 기관은 한국화학기술연구원으로 10년간 총 46건의 과제를 수행하였으며, 그 다음으로 한국과학기술연구원(40건), 한국에너지기술연구원(32건), 서울대학교(28건), 한국화학연구원(28건), 전남대학교(27건), 울산과학기술원 (24건), 자동차부품연구원(21건), 부산대학교(20건), 중앙대학교(20건) 등이 뒤를 이었다.
네트워크 분석의 일환으로 수행한 연관규칙분석에서는 NTIS에서 수집한 2010년~2019년 수소자동차 관련 과제에서 “과제명_제목”, “한글키워드”, “연구목표 요약”, “연구내용 요약”, “기대효과 요약” 컬럼만을 추출하여 총 46,602개의 문장 단위로 분리하여 분석하였다

데이터처리

빈도 분석에서는 수집한 2010~2019년 연료전지 전기차 국가R&D과제에서 등장한 텍스트의 빈도 분석을 실시하였다
빈도 분석에서는 수집한 2010~2019년 연료전지 전기차 국가R&D과제에서 등장한 텍스트의 빈도 분석을 실시하였다. 특히 본 연구에서는 시간 흐름에 따른 키워드 변화를 파악하기 위해 2010~2014년과 2015~2019년으로 구간을 나누어 빈도 분석을 실시하였다. 이는 연료전지전기차의 기술개발 진척에 따라 국가R&D과제에서의 기술개발 목표 및 달성 효과에 실제로 변화가 있었는지 파악하기 위한 것이다.
연관규칙 분석은 “arules” 패키지를 사용하였고, 총 29,560개의 트랜잭션과 16,643개의 아이템을 가지고 단어 간 연관규칙을 산출하였다

이론/모형

네트워크 분석에는 Gephi를 활용하였다. 수집한 과제정보에 에지와 노드를 설정하여 Gephi에 입력하고, 출력된 결과를 통해 연료전지전기차 국가R&D 과제 간의 상관관계를 분석하였다.
토픽모델링에서는 R의 topicmodels와 ldatuning 패키지를 사용하여 최적 토픽 수인 k=14를 도출하고 비지도 학습 방법인 LDA를 사용한 토픽 자동 분류를 실시하였다. [그림 6]은 각 토픽에서 출현확률(beta)이 가장 높은 상위 10개 단어를 보여주는 것으로, 이를 바탕으로 [표 4]와 같이 저자가 임의의 제목을 부여하였다.
토픽모델링에서는 R의 topicmodels와 ldatuning 패키지를 사용하여 최적 토픽 수인 k=14를 도출하고 비지도 학습 방법인 LDA를 사용한 토픽 자동 분류를 실시하였다. [그림 6]은 각 토픽에서 출현확률(beta)이 가장 높은 상위 10개 단어를 보여주는 것으로, 이를 바탕으로 [표 4]와 같이 저자가 임의의 제목을 부여하였다.

성능/효과

중복되는 토픽에서 유사하게 나타난 단어들은 제외하고 비교적 설명력이 높은 단어들을 고려하였다. 결과를 종합하면 수소의 생산과 저장을 위한 기술개발, 안전하고 내구성 있는 장치 및 시스템 개발, 수소를 활용한 연료전지와 센서 개발, 관련 평가기술 개발 등으로 주제를 분류할 수 있었다.
중복되는 토픽에서 유사하게 나타난 단어들은 제외하고 비교적 설명력이 높은 단어들을 고려하였다. 결과를 종합하면 수소의 생산과 저장을 위한 기술개발, 안전하고 내구성 있는 장치 및 시스템 개발, 수소를 활용한 연료전지와 센서 개발, 관련 평가기술 개발 등으로 주제를 분류할 수 있었다.
그 결과 연료전지전기차 과제의 투자는 매년 크게 증가하고 있으며, 과제 분류를 조사한 바수소 경제를 구성하는 프로세스인 생산·운반·저장·활용 전반을 대상으로 하고 있었다.
여기에 수소 에너지는 화력·원자력 등 기존 발전 전원과 다르게 발전량이 일정하지 않은 신재생에너지에서 생산된 전력을 수소로 저장하고 활용할 수 있다는 점에서 분산전원으로 주목받고 있다
연료전지자동차 국가R&D 수행 주요 주체는 대학과중소기업, 출연연구소 등인 것으로 나타났고, 해당 주체가 수행한 국가R&D과제를 2015년을 전후로 구분 지어 키워드 빈도 분석을 실시한 결과 연료전지의 출현 빈도가 낮아지고, 촉매의 출현 빈도가 증가한 것을 확인했다.
연구분야에서는 연료전지와 수소, 저공해/대체에너지, 신재생에너지 등 주로 에너지 분야에 집중된 현황이 나타났고, 적용분야의 경우 에너지와 더불어 연료전지를 활용할 수 있는 제조업 분야에서도 국가 R&D가 진행되고 있는 실태를 파악할 수 있었다.
본 연구를 통해 현재 연료전지전기차 국가 R&D의주요 부처와 수행처, 그리고 연구의 주요 흐름을 파악할 수 있었다
여기에 수소 에너지는 화력·원자력 등 기존 발전 전원과 다르게 발전량이 일정하지 않은 신재생에너지에서 생산된 전력을 수소로 저장하고 활용할 수 있다는 점에서 분산전원으로 주목받고 있다. 따라서 전기 자동차와 수소 자동차는 자동차 산업에 한정 지어 비교하는 것이 아닌, 신재생에너지를 통한 제로 에미션 달성을 위해 상호 발전하는 관계에 있다.

후속연구

하지만 본 연구는 단일 키워드를 통해 분석을 실시하였기 때문에 우리나라에서 진행되고 있는 연료전지 전기차의 국가R&D 전체 과제를 다뤘다고 평가하기는 어렵다는 한계점을 지닌다
본 연구를 통해 현재 연료전지전기차 국가 R&D의주요 부처와 수행처, 그리고 연구의 주요 흐름을 파악할 수 있었다. 추후 수소경제 도입을 위한 국가R&D 정책 수립에 본 연구의 결과를 반영하여 효율적이고 체계적인 국가R&D 체제 구축에 기여할 수 있을 것이다.
하지만 본 연구는 단일 키워드를 통해 분석을 실시하였기 때문에 우리나라에서 진행되고 있는 연료전지 전기차의 국가R&D 전체 과제를 다뤘다고 평가하기는 어렵다는 한계점을 지닌다. 추후에는 이를 보완하여 우리나라 연료전지전기차 연구의 전체상을 세밀하게 그려낼 필요가 있다.

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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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