"폐유기물, 버리지 않고 새로운 자원으로?"- 과기정통부, 「제 3차 혁신도전 프로젝트 추진위원회」 개최, 2020년도 기획연구 주제 확정

"폐유기물, 버리지 않고 새로운 자원으로?"- 과기정통부, 「제 3차 혁신도전 프로젝트 추진위원회」 개최, 2020년도 기획연구 주제 확정

 

부서 과학기술정책과 : 2020.09.24.

 

“폐유기물, 버리지 않고 새로운 자원으로?”

- 과기정통부, 「제 3차 혁신도전 프로젝트 추진위원회」 개최-

- 2020년도 기획연구 주제 확정-

□ 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 과기정통부)는 9월 24일(목) ‘제3차 혁신도전 프로젝트 추진위원회(이하 추진위)’를 통해 ‘20년도 기획연구 테마 3개를 확정한다.

ㅇ ‘혁신도전 프로젝트(이하 프로젝트)’는 산업·사회적 측면의 다양한 문제 정의에서 시작하는 도전적 목표설정과 임무지향적 기획을 특징으로 하고 있다.

ㅇ 이에, 다양한 민간 연구개발(R&D) 경험을 바탕으로 전문성을 갖춘 추진단장(정민형, ‘20년 5월 임명)이 연구테마 발굴·기획 및 프로젝트를 총괄 관리하고, 각 연구테마별 기획을 바탕으로 별도 임명되는 사업단장은 ‘경쟁형 연구개발(R&D)’, ‘기술구입’, ‘목표 재조정’, ‘조기종료’ 등 유연한 제도를 적용하여 개별 사업의 연구 전주기를 관리하게 된다.
□ 한편, ‘혁신도전 프로젝트 추진단(이하 추진단)’은 지난 2차 추진위(7월 24일)에서 ‘20년도 연구테마 5개 중 2개*를 확정한 후, 추가 연구테마 3개를 선정하기 위해 연구테마 후보 발굴(약 90건), 전문가 검토 및 부처협의를 거쳤으며, 20개 출연연**과 과학기술 한림원, 공학 한림원 등이 참여하였다.

* △ 초대용량 빅데이터의 영구보존을 위한 신개념 메모리 기술(DNA메모리) △ 해난사고 신속한 초동대응을 위한 수공양용형 무인잠수정(AUV) 기반기술 개발

** 출연연 대상 혁신도전프로젝트 설명회 개최(’20년 8월, 세종) 및 후보테마 접수

□ 그 결과, 3차 추진위에서 확정된 3개 테마는 다음과 같다.

1. 지속가능 환경을 위한 폐기물 재자원화

<모든 성상(Phase)의 폐유기자원 업싸이클링 공정기술 개발>

ㅇ 폐유·폐유기용제와 같이 환경·인체 유해성이 심각한 폐유기자원을 소각·매립 등 처리대상으로서의 시각에서 벗어나, 유기 화합물 원료자원이 될 수 있는 C2 단량체(에틸렌(C2H4), 아세틸렌(C2H2))로 재생산하는 것을 목표로 한다.

ㅇ 플라즈마의 높은 에너지를 활용하면, 기존의 재활용 절차와 달리, 고체·액체·기체 등 모든 상의 폐유기자원에 동일공정 처리로 비용절감 및 C2 단량체를 원료로써 수요에 따라 유연하게 활용하는 것이 가능하고, 매립·소각 등에 의한 환경오염을 해결가능하다는 점에서 혁신성과 기술적 도전성이 있다.

2. 난치 질환자의 자가치료·정밀관리를 위한 디지털 시스템

<자폐성 장애를 위한 혼합형 디지털치료제 기술 개발>

ㅇ 자폐성 장애는 국내에서 연평균 8%씩 빠르게 증가하고 있으나, 뚜렷한 약물치료법이 없고, 상급병원 치료 접근성이 떨어지는 측면이 있어, 일상생활 속에서 간편하게 조작하고 치료할 수 있는 소프트웨어·하드웨어 혼합형 디지털 치료제 개발을 목표로 한다.

ㅇ 소프트웨어 기반 질환관리 앱(App)의 형태를 벗어나, 데이터·인공지능·센서 등을 결합한 치료·피드백 시스템으로서의 혁신성이 있으며, 높은 기술적 난이도와 약물치료의 대안으로서의 도전성이 있다.
3. 드론 활용 국가재난 상시·정밀감시 체계

<다목적 성층권 드론(무인기) 기술 개발>

ㅇ 구름이 없고 태양광 에너지가 풍부한 성층권(12~18Km)에서 기상관측, 재난·국경감시 등 다양한 임무장비를 탑재하고 장기간 운용될 수 있는 성층권 드론(무인기) 개발을 목표로 한다.

ㅇ 고해상도·24시간 관측으로 기존 위성관측 체계를 보완*하여 예측 정확성을 개선하고 운용비용 절감이 가능한 점에서 혁신성이 있으며, 체공시간·적재중량·통신지원 범위 확대 등 도전성이 인정되는 테마이다.

* △정지 위성: 36,000km 상공에서 우리나라를 상시관측 가능하나 해상도 한계, △저궤도 위성: 500~1,500km 상공에 위치하여 높은 해상도가 가능하나, 지구 주변을 공전하므로 우리나라만을 상시 관측하는 것이 불가

□ 각각의 테마들은 추진단 주도하에 내년 3월까지 과기정통부, 환경부, 복지부 등이 주관부처로 참여하여 세부 연구목표, 과제구성, 수행 방식 등 구체적인 사항을 기획할 예정이다.

ㅇ 기획이 완료된 후에는 부처가 주관하여 사업예산을 확보하고, ‘22년부터 신규 연구개발(R&D) 사업으로 착수할 계획이다.

□ 정민형 추진단장은 “올해 확정된 5개의 연구테마를 마중물로 국가 연구개발(R&D)에 도전성과 혁신성을 불어 넣을 수 있도록 하겠다”며,

ㅇ “향후에도 연구결과의 성공, 실패에 연연하기 보다는 연구과정에서 파생되는 파급효과를 극대화하기 위한 방향으로 사업을 운영하도록 하겠다” 고 밝혔다.

□ 과기정통부 고서곤 과학기술정책국장은 “정부 연구개발(R&D) 예산 24조원 시대를 맞아, 혁신적이고 도전적인 연구개발(R&D)이 더욱 활성화될 수 있도록 정책적 지원을 아끼지 않겠다.”고 말했다.

붙임1. 제 3차 혁신도전 프로젝트 추진위원회 개최 계획

붙임2. 연구테마별 설명 자료

붙임 1

제 3차 혁신도전 프로젝트 추진위원회 개최계획

□ 회의 개요

ㅇ (일시) ’20. 9. 24(목) 15:00~16:30

ㅇ (장소) 프레이저플레이스 센트럴 2층 서대문룸(서울시 중구)

ㅇ (참석대상) 혁신도전프로젝트 추진위원회 위원장 및 위원, 혁신도전프로젝트 추진단장(간사) 등

ㅇ (안건) 총 2건

- (제1호, 보고) 제2차 혁신도전 프로젝트 추진위원회 의사록 보고

- (제2호, 심의) 2020년 제2차 혁신도전 프로젝트 연구테마선정(안)

□ 세부 일정(안)

시 간
세 부 내 용
비 고
15:00∼15:05 (‘05)
◦ 개회 및 인사말씀
위원장
15:05∼15:10 (‘05)
◦ 상정안건 소개
위원장
15:10∼16:10 (‘60)
◦ 안건보고 및 심의

- (1호) 제2차 추진위원회 의사록 보고

- (2호) ‘20년 제2차 혁신도전프로젝트 연구테마선정(안)
추진단장
16:10∼16:25 (’15)
◦ 종합 토론
모든 위원
16:25∼16:30 (‘05)
◦ 마무리 말씀
위원장

 

붙임 2

연구테마별 설명 자료

 

▣ [ 연구테마1 ] 지속가능 환경을 위한 폐기물 재자원화
- 모든 성상(Phase)의 폐유기자원 업싸이클링 공정기술 개발-

 

사회적 문제
ㅇ 환경오염에 대응하기 위한 국제적 관심과 글로벌 규제가 강화*되는 가운데, 우리나라도 생활·산업 폐기물이 지속적으로 증가** 추세

* △ 전기전자 제품 내 사용이 제한되는 유해물질 대상 확대(’19, RoHS(EU)),
△ 선박배출 황산화물 기준 3.5% → 0.5%로 강화(‘20, 국제해사기구)
** 폐기물 발생 현황: (‘13) 393,117 → (‘18) 446,102 톤/일 (5년간 13% 증가)

ㅇ 특히, 제조 등 산업시설에서 발생하는 폐유기자원(플라스틱, 폐유·폐유기용제, 폐기가스 등)은 환경·인체에 더욱 유해하며, 비중·증가속도 면에서 더욱 심각

※ 사업장 폐기물 중 환경오염·인체유해성이 큰 물질은 ‘지정폐기물’로 분류·관리 되며, 그 중 폐유·폐유기용제·합성수지·고무 등 폐유기자원 발생량은 약 6,400톤/일 규모로 43.4%를 차지 (‘18년, 5년간 약 19% 증가)
현재 문제해결 방식
ㅇ 폐유기자원은 재활용/소각/매립으로 처리

- (기체) 바이오가스는 대형 생산시설 자체 활용(35%), 발전(17.4%) 등으로 사용되나 상당량이 소각·방출(16.5%*, 이상 ’17년 기준)

* 5,304만m3/년 = 매년 10만가구 도시가스 사용량, 환산가치: 약 369억원

※ 바이오가스는 메탄(비중: 50~70%) 등 유독성분 최소화를 위해 방출 전 소각하며, 같은 이유로 석유시추 시 발생하는 유기가스는 전량 소각·방출

- (액체) 폐유·폐유기용제의 경우, 이온정제·감압증류* 등의 폐유회수법으로 대부분 재활용(78%)되며, 나머지는 소각·매립(22%)으로 처리**

* 이온정제: 원심분리 + 이온을 활용한 침전분리 / 감압증류: 증류탑 이용
** 기준: ‘18년 폐유·폐유기용제 배출량 6,339톤/일(’13년 대비 약 19%증가)

- (고체) 폐플라스틱·합성수지·합성고무 등은 재활용(58%), 소각(36%), 매립(6%)

* 기준: ‘18년 생활·사업장 배출 플라스틱·폐합성수지 등 17,261톤/일

⇨ 재활용이 전반적으로 높은 비중을 차지하나, 전처리 작업 등 복잡한 공정절차, 고비용 등의 한계*가 있으며, 소각·매립은 환경오염의 원인

* (폐유) 시설비, 약품비, 회수·수송비 등 낮은 경제성 (플라스틱) 수집된 플라스틱을 재분류 후, 분쇄, 세척, 건조 등 절차가 복잡 / 재활용 처리 공정에서도 CO2 발생
새로운 아이디어

< 핵심 아이디어 >

 

폐기물을‘처리’가 아닌‘판매’가 가능한 자원으로 변환할 수 없을까?
➜ 공정이 단순하고 활용도가 높은 고부가가치 자원으로 재생산

ㅇ 플라즈마의 높은 에너지를 활용하여 폐유기물을 유기 화합물의 기초 원료가 되는 고순도 C2 단량체(에틸렌(C2H4), 아세틸렌(C2H2))로 분리·변환

 

- 폐기물의 모든 형태(고·액·기)에 공통 적용되는 표준반응기 개발

- C2 단량체의 고효율 추출, 잔여물의 친환경적 처리기술 개발

- 폐기물 회수비용 절감을 위한 현장처리 시스템 개발(폐유 회수·수송비용: 정제비용의 2~3배)

▣ [ 연구테마2 ] 난치 질환자의 자가치료·정밀관리를 위한 디지털 시스템
- 자폐성 장애를 위한 혼합형 디지털치료제 기술 개발 -

 

사회적 문제
ㅇ 중증 정신질환으로 인해 환자 개인은 물론, 사회·경제적 부담이 증가

 

전체 장애인
지적 장애인
자폐 장애인
일상에서 타인도움이 필요한 비율
34%
79%
87%
장애로 인한 월 추가비용
16.5만원
28.7만원
60.8만원
부모 의존 비율
21%
73%
99%

ㅇ 치료 및 재발방지를 위해 장기간 지속적인 모니터링과 관리가 필요하나, 상급병원 외래·입원 등 치료 접근성이 제한되고 일상에서의 치료·관리가 어려움 → 관리의 단절과 악순환

※ 상급종합병원의 수도권 편중(44%), 정신과 보호병상 감소(‘11년, 1,021개 → ‘18년 857개)

※ 코로나 사태를 전후하여, 정신질환 등록률 감소(25%→13.5%), 적극 사례관리율 감소(65.4%→55.3%), 재발율 증가(21.9%→32.8%)

ㅇ 특히 자폐성 장애는 국내 연평균 8%씩 증가하는 추세이나 타(他)중증 정신질환과 달리, 약물 등 확실한 치료법이 없어, 전 생애에 걸쳐 가정에서의 보호·관리에 의존
현재 문제해결 방식
ㅇ 자폐성 장애의 경우 행동교정, 의사소통 및 심리치료 등 증상완화 및 발달·학습 프로그램 등에 의존

* 약물은 우울증·불안장애 등 동반질환 개선을 위해 사용하나 자폐성 장애 치료제는 아님

주요 중증 질환별 치료법
비정신질환
암
· 수술, 항암치료(약물), 방사선 치료
당뇨
· 약물, 운동, 식사
정신질환
(중증)
조현병
· 약물, 인지행동 치료, 교육, 가족치료
조울증
· 약물, 교육, 면담치료 등
자폐
· 행동·의사소통치료(언어·미술·운동 등), 가족치료

ㅇ 3세대 치료제로 분류*되는 디지털 치료제가 대안으로 주목 → 아직 앱(S/W) 기반 상담·복약지도 등 자가관리 프로그램 수준에 머물러 있어 적극적 치료제로는 미흡
* 1세대, 알약 등 저분자 화합물 → 2세대, 항체·단백질·세포 등 생물제재 → 3세대, 디지털 치료제
새로운 아이디어

< 핵심 아이디어 >

 

자폐성 장애를 일상생활에서도 적극적으로 치료할 수는 없을까?➜ 앱(SW)·센서·AI 등을 결합한 복합 디지털치료제 개발

ㅇ 자폐성 장애 Data 수집·분석 및 앱(S/W)·센서 등을 결합한 치료제를 개발하고, AI를 적용한 실시간 모니터링·분석 플랫폼 구축 → 전통 치료법을 대체하는 자가·정밀 디지털 치료제 개발
- 자폐성 장애 사용자의 조작을 최소화할 수 있는 지속·정밀한 건강평가, 진단, 치료, 피드백의 선순환 시스템 개발

 

▣ [ 연구테마3 ] 드론 활용 국가 재난 상시·정밀감시 체계
- 다목적 성층권 드론 기술 개발 -

 

사회적 문제
ㅇ 전지구적 온난화의 빠른 진행으로 폭염·호우·폭설 등의 발생빈도가 증가하고 이는 대형 자연재해로 이어져 사회·경제적 손실

* 1880년 이후, 전 지구 평균기온이 가장 높았던 10년 중 9년이 2000년 이후 발생(美해양대기청, 2018)

ㅇ 특히, 우리나라의 경우 산이 많은 지형적 특성으로 기상예측이 어렵고, 최근 국지성 폭우·폭염·폭설 등 기상 이상현상이 늘어나는 상황

* 우리나라 기상청의 강수 정확도는 46%(‘17년 감사원)

** ’18년, 폭우·폭설·태풍·지진 등 기상재해에 의한 피해액·복구액은 6,000억원 규모이며, 사망·실종자 53명, 이재민 2,487명에 달함
현재 문제해결 방식
ㅇ 인공위성을 활용하여 기상을 예측하나, 고고도 정지위성은 해상도가 낮아 정밀 예측이 어려우며, 저고도 위성은 지속적으로 우리나라만을 모니터링할 수 없는 한계

ㅇ 막대한 위성 개발비용(최소 400억원 이상), 제작·발사비용(최소 350억원 이상)도 인공위성만을 관측·감시 자산으로 활용하는데 제한사항으로 작용
새로운 아이디어

< 핵심 아이디어 >

 

성층권의 장점을 활용하여 위성의 관측 한계를 보완할 수 없을까?➜ 상시·정밀감시가 가능한 성층권 드론 개발

 

<드론운용 환경으로서의 성층권(지상 10~50Km)의 특성>

 

· 구름이 없어 날씨가 급변하지 않고, 낮 동안 태양광이 풍부
· 공기밀도가 낮아* 적은 에너지로 멀리 날 수 있고, 한 곳에 오래 머물 수 있음
* 공기밀도: 지상의 1/15 수준, 공기압력: 지상의 5% 수준
· 18Km 이상의 고도에서는 바람이 약하고 관제탑 통제가 없어 자유비행 가능

ㅇ 성층권에서 고중량 장비를 적재하고 1개월 이상 장기체공이 가능한 성층권 드론을 개발하여 국지성·돌발 기상 정밀관측·연구 및 산불·화재, 국경 감시 등 다목적으로 활용

ㅇ 현재까지 진행된 선행 연구결과를 발전시켜 상용화로 연결

<주요 개발 사례>

 

· 제퍼S(에어버스社) : ‘18년, 23Km 성층권에서 5kg 장비탑재 후 26일간 비행

· EAV-3(韓 항우연) : ’20년, 22km 성층권에서 2kg 장비탑재 후 2~3일간 비행