머티리얼DX, 머티리얼즈인포매틱스-머티리얼 DX에 관한 조사결과(2021년)/야노경제연구소

 머티리얼 DX에 관한 조사결과(2021년)

【자료체재】

자료명：「2022년판 머티리얼 DX 관련 시장의 현황과 전망」

발간일：2022년 2월 25일

체  재：A4판 209페이지

【조사요강】

1. 조사기간: 2021년 9월~2022년 1월

2. 조사대상: 머티리얼DX의 유기재료 관련 기술연구기관, 생산판매 또는 취급기업 등

3. 조사방법: 당사 전문연구원의 대면취재(온라인 포함) 및 문헌조사 병용

<머티리얼 DX에서의 유기재료 시장 용어정의>

유기재료영역에서는 데이터 사이언스를 화학영역의 폭넓은 문제에 응용하는 케모인포매틱스(CI; Chemoinformatics, 화학정보학)라는 이름으로, 다른 재료에 비해 머티리얼즈 인포매틱스(MI; Materials Informatics) 분야에서 선행되어 왔으며, 화학물질의 합성과 의약품 개발 등의 과정에서 컴퓨터를 이용한 재료설계방법이 많이 사용되어 그 유용성이 실증되어 왔다.

본 조사의 머리티얼 DX에서의 유기재료 시장이란, 머티리얼즈 인포매틱스가 진화한 머티리얼 DX(데이터 구동형 재료 개발)를 이용한 유기재료 개발의 시장규모를 말하며, 메이커 출하금액 기준으로 산출하였다.

<시장에 포함된 상품 및 서비스>

머티리얼 DX에 의한 유기재료(고분자재료, 바이오재료, 저분자재료 등)

◆2025년 머티리얼 DX의 세계 유기재료 시장규모는 6,174억 엔으로 예측

~머티리얼즈 인포매틱스에서 보다 포괄적인 대응인 머티리얼 DX로 이행~

머티리얼 DX에서의 유기재료 시장규모 예측

야노경제연구소 조사

주1. 메이커 출하금액 기준

주2. 모두 예측치

1. 시장 개황

  일본의 재료분야에서는 강점인 기술 축적을 기초로 한 재료개발방법 외에 2010년대부터 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션과 AI 등 데이터 과학 등에 근거한 새로운 재료설계기법인 머티리얼즈 인포매틱스(MI; Materials Informatics)가 이루어져 다양한 성과를 거두어 왔다.

  현재 사회적 과제인 Society5.0와 SDGs 등의 실현을 향하여 머티리얼 사이언스(재료과학)는 큰 역할을 수행할 것으로 기대되고 있으며, 기업과 사업의 DX(디지털 트랜스포메이션)화와 같이 데이터 구동형 재료개발(머티리얼 DX)을 추진함으로써 매력적인 머리티얼의 개발과 그 기반이 되는 사이언스에 대한 도전과 가속화가 모색되고 있다.

  머티리얼즈 인포매틱스가 진화한 머티리얼 DX에서는 재료 데이터의 이용환경을 정비함으로써 조성/조직과 물성/특성의 상관관계에서 다면적인 재료 탐색을 가능하게 한다. 게다가 재료개발시간과 비용을 대폭 단축하고 기능에 근거한 재료설계가 크게 진전되어, 다양한 재료 데이터에서 재료기능 발현의 지도 원리를 찾을 가능성이 커지고 있다.

  머티리얼 분야에서는 세계의 선두 주자인 일본은 여러 나라의 급속한 추격을 받고 있다. 2020년에는 문부 과학성과 경제산업성을 중심으로 ‘머티어리얼 혁신역량 강화를 향한 전략 책정을 위한 준비모임’이 설치되어, 기본적인 개념과 향후 대응방향 등이 정리되었고, 2021년에는 통합혁신전략추진회의에서 ‘머티어리얼 혁신역량 강화전략’이 책정되었다.

  본 조사는 다른 재료들에 비해서 머티리얼즈 인포매틱스의 대응가 앞서고 있는 유기재료(고분자와 바이오재료, 저분자재료 등)를 대상으로, 머티리얼 DX를 이용한 재료개발의 시장규모를 계산하였다. 2025년의 머티리얼 DX 유기재료의 세계 시장규모는 메이커 출하금액 기준으로 6,174억 엔이 될 것으로 예측한다. 유기재료별로 상세하게 살펴보면 고분자재료가 전체의 약 93%, 바이오재료가 약 5%, 저분자재료가 약 2%가 될 것으로 전망한다.

2. 주목 토픽

사례①: MI에 의한 프로세스 탐색~층상물질로부터 고효율 나노시트 합성조건 탐색~

 층상물질과 나노시트 재료 등의 2차원 재료는 그 특이한 기능으로 주목을 받고 있다. 층상물질을 박리해서 단층부터 수 층 두께의 나노시트 재료를 쉽게 얻을 것은 이들 층상물질이 약한 반데르발스 힘으로 결합되어 있는 것에 기인한다.

  한편 전이금속산화물과 점토광물 등 층간 이온이 쿨롱의 힘으로 적층된 강직한 층상물질에 대해서는 박리 수법은 알려져 있지만, 수율 향상과 크기 제어, 표면 수식에 관한 연구가 충분치 않다.

  게이오기주쿠대학 이공학부의 오아키연구실에서는 실험 데이터에 기계학습 등의 데이터 과학적 방법과 연구자의 경험에 근거한 고찰을 융합한 새로운 머티리얼즈 인포매틱스(MI) 방법을 조합해서 기능재료의 개발을 가속화하는 것을 목표로 하고 있다.

  이를 통해 강직한 층상물질 층간에 게스트분자를 도입함으로써 유연한 층상유기복합체로 변환시키고, 이를 적당한 유기용제로 분산시킴으로써 표면수식 나노시트를 얻는 방법을 개척해 왔다. 이 방법에서는 층간게스트와 분산매의 조합에 의해 박리거동이 변화하여 수율 향상과 사이즈 제어가 가능해진다.

3. 장래 전망

  머티리얼 DX 유기재료의 세계 시장규모는 2030년에 1조 4,059억 엔(2025년 대비 227.7%)이 될 것으로 예측

  계면활성제 등 주로 저분자재료에 관해서는 전형적인 재료의 경우 핸드북 등에 집약되어 있어 머티리얼 DX(데이터 구동형 재료개발)를 실현하기 위한 데이터베이스로서 활용할 수 있다.

  한편 반도체 소자와 발광 소자 등 최첨단 전자재료에 관해서는 중요한 데이터의 대부분이 민간기업에서 높은 보안등급이 적용된 데이터로서 보존되고 있어, 오픈되어 있는 데이터가 매우 적다. 또 고분자재료와 복합재료 등 여러 소재로 이루어진 재료에 관해서는 구조와 특성이 그 조합과 프로세스에 크게 의존하므로, 입수할 수 있는 데이터가 지극히 한정되어 있어 머티리얼 DX 실현에서의 과제라 할 수 있다.

 유기재료는 일부 첨가제 등을 제외하면 분자 단체로 기능을 발현하는 용도는 적고, 집합체의 고차구조가 기능을 좌우하는 경우가 많다.  따라서 재료의 계측결과 데이터에서 이들의 고차구조를 예측할 수 있는 계산과학기술 및 계측 인포매틱스의 진보가 필수적이다. 다행히 일본은 계측 인포매틱스가 세계에서 가장 앞선 나라로, 이 점에서 세계를 리드할 수 있는 소지가 있다고 생각한다.

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