모비스 분기보고서 (2023.03)
1. 사업의 개요

가. 사업개황(1) 설립배경

당사는 응용소프트웨어 및 하드웨어 개발과 공급을 주된 목적으로 2000년 4월 11일 삼성전자 네트워크사업부와 멀티미디어연구소 연구원들을 중심으로 설립되었으며, 설립초기에는 우수 인력을 바탕으로 삼성전자 등 대기업 IT 솔루션 제공업체로서 멀티미디어 통신단말기 등을 공급하였습니다. 당시의 연구인력은 주요 매출처의 수요에 따라 차세대 웹비디오폰, 웹스크린폰, 홈네트워크 또는 인터넷 냉장고용 스마트패드 등 멀티미디어 유무선 통신기기 등을 개발하는데 특화되어 있었습니다. 2008년에는 국내 최초로 영상단말기 10만대를 KT에 공급하는 등 IT분야에서 지속적인 성과를 내고 있었습니다. 삼성전자 및 KT 같은 매출처의 엄격한 신뢰성 테스트로 단련된 개발경험은 자연스럽게 다양한 플랫폼, 오퍼레이팅 시스템(Operating System: OS), 유무선 통신 및 네트워크, 제어시스템, 프로그래밍 언어 개발 도구 등 광범위한 하드웨어 및 소프트웨어 설계 및 구현 기술력을 축적시켰습니다.

(2) 성장과정

당사는 2010년에 성장 전략 다변화의 일환으로 기존의 IT 사업에서 기초과학 기반 빅사이언스 분야의 특수 정밀제어 분야로 주력 업종을 확장하였으며, 제2창업 이후 2년간 약 30억원을 연구개발에 투입하여 2011년 가속기용 LLRF 제어시스템 개발에 첫 성공하였습니다. 이후 방사광가속기에서 방사광을 생성하는 장치인 언듈레이터(Undulator) 제어시스템과 수백개 장비로 구성된 가속기 전체를 통제하는 중앙통제시스템 개발에도 성공하면서 당사의 기술력은 관련 신규시장의 주목을 받기 시작하였습니다. 당사는 포항 4세대방사광가속기 사업을 중심으로 점차 사업분야를 확장하였으며, 단순히 해당분야의 경험만으로는 지속적인 혁신을 이루기 어렵다는 경영 철학 하에 산업현장과 기초과학분야에서 모두 최고의 능력을 인정받을 수 있도록 인재를 양성하였습니다. 이러한 전사적 투자에 따라 2012년에는 인류 최초로 세계 7개국이 프랑스 카다라쉬 지역에 공동으로 건설하는 국제핵융합실험로(ITER)의 전원장치 마스터제어시스템 프로젝트를 다원시스, 효성 컨소시엄과 수행하게 되었으며, 2013년 ITER 중앙제어시스템 프로젝트를 세계 유수의 연구소들을 제치고 국제입찰을 통해 단독수주를, 2014년에는 한국전력기술 및 국가핵융합연구소와 ITER 인터락 제어시스템 프로젝트를 수주하는 성과를 이루어냈습니다.

당사는 빅사이언스 시설물의 제어에 주로 이용되는 EPICS(The Experimental Physics and Industrial Control System) 기반 초정밀 특수제어 및 시스템 설계기술을 국내에서 유일하게 보유하고 있으며, 이 기술을 기반으로 가속기 제어시스템 및 관련 장비, 핵융합발전로 제어시스템, 머신러닝 솔루션을 공급하고 있는 기술집약형 벤처기업입니다. 당사가 주력사업으로 추진중인 대형 가속기, 핵융합 실험 장비의 구축 사업은 기초 실험 과학 분야 중 가장 기술집약적이고 다른 분야로의 기술파급 효과가 큰 산업이며 이 분야에 필요한 제어장비들에 요구되는 측정 및 제어의 정밀도는 개발의 전례조차 없는 펨토초(10의 마이너스 15승) 및 나노미터(10의 마이너스 9승) 단위인 경우가 많습니다. 이러한 국내 환경과 연구 개발의 어려움에도 불구하고 짧은 시간동안 이룩한 당사의 수주성과는 국내 빅사이언스 시설물의 초정밀제어에 큰 발전을 기대할 수 있는 성과로 볼 수 있습니다.

빅사이언스 시설물들은 최소 수십년 이상에 걸쳐 건설 및 개선이 이루어지며, 성능에 대한 검증이 없을 경우 관련 제품의 교체나 신규진입이 어려운 만큼 현재 가속기 및 핵융합 제어부문에서의 당사의 지위는 향후 수년간 지속될 것으로 예상됩니다. 또한 향후 3~5년간 국내에서 구축되는 가속기를 통해 당사 제품의 성능 검증이 완료될 경우 해외에서 구축 예정인 대규모 가속기사업에 대한 참여는 물론 의료용 및 산업용 소형가속기 시장에 진입할 수 있는 기회가 생길 것으로 예상되며, 2030년 핵융합발전소 DEMO시스템 건설 후 2040년부터 전세계적으로 핵융합발전이 본격화될 경우 당사는 가속기 및 핵융합 발전 제어시스템 분야에서 글로벌 기업으로 도약할 수 있을 것으로 예상됩니다.

당사는 2019년 1월에 임상CRO업체인 에이디엠코리아㈜의 지분 43.87%를 확보해서 바이오분야로 사업을 확장하였습니다. 과거 빅사이언스 시설물에 대한 정밀제어를 중심으로 사업을 진행했다면, 향후에는 보유하고 있는 머신러닝 플랫폼(MoI)이 적용될 수 있는 다양한 산업으로 사업을 확대할 예정입니다. 이러한 사업추진 방향은 당사가 상장 후에 투자 및 인수했던 회사들(노아에이티에스㈜/금융솔루션, ㈜휴네시온/보안, 에이디엠코리아㈜/바이오임상CRO, JAR시스템즈㈜/스마트팩토리)을 통해서도 알 수 있습니다.

나. 제품설명(1) 주요 제품라인업

당사의 사업군은 크게 가속기, 핵융합, 머신러닝(Machine Learning), 스마트팩토리 솔루션으로 분류되며, 각 사업군별로 정밀제어기능을 담당하는 시스템 및 장비들의 라인업이 구성되어 있습니다. 당사의 주요 제품 중 가속기 제어시스템 및 관련 장비는 포항가속기연구소의 4세대 방사광가속기에 납품한 EPICS 기반 LLRF(Low-Level Radio Frequency Controller), Undulator, SSA(Solid State Amp Controller), SMC(Stepping Motor Controller) 및 BPM(Beam Position Monitor) 등 입니다.

핵융합발전로 제어시스템은 현재 프랑스에 세계 최초로 시도중인 ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)에 납품되는 핵심 제어시스템으로 당사는 6개 부문의 제어시스템 중 5개부문의 제어시스템 구축에 참여하고 있습니다. 특히 3개의 중앙제어시스템 중, 컨벤셔널제어시스템인 CODAC(COntrol, Data Access and Communication) 프레임워크 구축 프로젝트(CODAC Framework Service; CFS)와인터락 제어시스템(Central Interlock System; CIS) 프로젝트을 수행하고 있어서 전체 ITER 제어시스템 구축의 핵심 참여기업으로 인정받고 있습니다. ITER의 성공적인 운영 후 2030년 이후 ITER 회원국(EU, 한국, 미국, 중국, 일본, 러시아, 인도)에 구축되는 DEMO 시스템 건설 및 본격적인 핵융합발전소 구축까지 당사의 참여는 지속적으로 확대될 것이 예상되고 있습니다.

당사의 제품을 정리해 보면 가속기부문에서는 가장 핵심파트인 입자의 가속을 담당하는 가속라인과 방사광을 발생시켜 기초과학 관련 실험을 실시할 수 있는 빔라인 관련 제품들이 있으며, 핵융합부문에서는 핵융합실험로를 총괄하는 중앙제어시스템과 하부 설비에 대한 제어시스템을 보유중이며, 스마트팩토리 부문에서는 ISO/TS16949/IATF 기반 하에 POP(생산시점관리시스템), MES(제조실행시스템), QMS(품질경영관리), SPC(통계분석관리), 설비관리, 금형관리를 하나의 솔루션으로 제공하는 QRP솔루션(All in one MES solution)을 공급하고 있습니다.

제품명	제 품 설 명

모비스	가
속
기	LLRF
(가속라인)	Low-Level Radio Frequency Controller
- 주요기능: 가속기의 공진RF의 왜곡과 변형을 실시간으로 측정하고 이를 보정하는 장비
- 세부사항
ㆍ 모든 가속기는 발사된 입자들을 원하는 만큼의 속도로 정확하게 가속시키기 위하여 해당 입자들을 고출력 RF에 공명시켜 가속시키는 구조를 가지고 있는데, 이 과정에서 가속되는 입자의 전압과 위상에 교란이 발생할수 있음. 이 부분을 수정해서 가속기의 성능을 유지시켜 주는 핵심장비임
ㆍ LLRF는 PAD PAC(Phase-Amplitude Detect Phase-Amplitude Control) 시스템으로도 불림
ㆍ 현재 당사의 LLRF는 세계 최고 수준의 RF 전압안정도와 위상안정도를 달성했으며, 2016년 6월 29일 포항 4세대방사광가속기의 시험운전 성공으로 제품성능이 검증된 상황임

Undulator
(빔라인)	- 주요기능: 가속된 전자뭉치를 전자석을 통해 굴절시켜서 방사광을 만들어내는 빔라인부분의 핵심장비
- 세부사항
ㆍ 언듈레이터는 방사광가속기에만 사용되는 장비이며, 6m가 넘는 거대한 기계구조물인 Undulator를 마이크론 단위로 제어해야함

SSA
(가속라인)	Solid State Amp Controller
- 주요기능: 정밀 증폭기로 가속기 내에서 LLRF가 만들어낸 몇 와트 수준의 RF 전압을 수백와트로 증폭시키는 기능을 수행하는 장비
- 세부사항
ㆍ당사의 제품은 일반 산업용 증폭기 대비 출력파워가 아닌 안정적인 전압과 위상안정도를 요구하고있으며, 2,856메가헤르츠(MHz) 펄스 모드에서 작동하는 900와트급의 증폭기임
ㆍ당사가 공급하는 SSA는 LLRF에서 원격제어되며 0.02%의 전압안정도와 0.03도의 위상 안정도 유지해야 하므로 정밀제어가 요구되는 제품임

SMC
(공용제품)	Stepping Motor Controller
- 주요기능: 가속기를 구성하는 모든 모터를 제어하는 장비
- 세부사항:
ㆍEPICS가 내장된 가속기용으로 특화된 장비로 이더넷 통신방식과 400MHz ARM920T CPU를 채택하여 최대 8개의 스테핑 모터를 빠르고 안정적으로 제어

핵융합	CFS
(중앙제어)	CODAC(Control Data Access and Communication) Framework Service
- 주요기능: 핵융합실험로(ITER)의 정상상태 운전을 상위에서 관리하는 중앙제어시스템으로 ITER에 공급되는 모든 플랜트 제어시스템(약 170여개)은 CODAC system에 맞춰서 설계
- 세부사항:
ㆍCFS는 ITER의 가장 핵심이 되는 중앙제어시스템으로 CODAC내에 플라즈마 제어를 위한 고속 네트워크 소프트웨어인 SDN(Synchronous Data Network) 소프트웨어는 당사가 개발을 담당한 것으로 SDN에 연결된 모든 중앙 서버 및 플랜트 시스템으로 하여금 각 노드 간 전송 성능을 안정적으로 보장함
ㆍ당사에서 제공한 SDN 소프트웨어를 사용하여 ITER에서 직접 10만회의 통신에 대해 테스트를 수행한 결과 평균 27 마이크로초의 전송 속도를 표준 편차 1.4마이크로초의 성능으로 데이터를 전송

CIS
(비상시 중앙제어)	Central Interlock System(장비보호를 책임지는 중앙 인터락 제어시스템)
- 주요기능: ITER의 장비 중 가장 고가의 초전도 코일을 비롯하여 수조 원에 달하는 토카막을 포함하는 모든 플랜트 장비의 보호를 관장하는 시스템
- 세부사항:
ㆍCIS는 비상시에는 CFS의 제어를 받지않고 별도의 제어를 하게 되므로 인간의 뇌를 기준으로 볼때 소뇌에 해당하는 부분으로 볼 수 있음. 비상시에 빠르게 대응하지 못할 경우 토카막이 녹아내리거나 초전도코일을 손상시킬수 있는 관계로 매우 중요한 중앙제어시스템 중 하나임
ㆍ중앙 인터록 시스템의 최종 설계 시에 수행된 신뢰도 분석결과: 모든 결과에서 우수한 성능을 유지하고 있음을보여줌

CPSS
(설비제어)	Coil Power Supply System(전원장치 마스터 컨트롤 시스템)
- 주요기능: 토카막이란 진공용기 내에 자기장을 실시간으로 제어하기 위해 플라스마 컨트롤 시스템 및 중앙 제어시스템과의 통신을 통해 플라즈마 제어를 위한 실시간 자기장 형태의 제어를 할 수 있게 하는, 핵융합 실험로에서는 가장 중요한 Plant I System 기능을 수행함
- 세부사항: 우리나라 다원시스를 포함하여 중국과 러시아 업체가 공급한 전원장치를 안정적으로 제어하여 핵융합 발전이 제대로 이루어 질 수 있게 만드는 중요한 설비제어 시스템임

스마트팩토리	QRP	POP(생산시점관리시스템)
MES(제조실행시스템)
QMS(품질경영관리)
SPC(통계분석관리)
설비관리, 금형관리 등을 하나의 솔루션으로 제공

머신러닝	MoI
(인공지능 엔진)	빅사이언스 시설물 제어- 가속기, 핵융합 제어에 적용 추진스마트팩토리 고도화- 스마트팩토리 고도화를 위한 별도의 서비스로 개발

ADM	임상서비스	임상1상/2상/3상	임상 1상
- 건강인 대상 독성 유무 파악
임상 2상
- 실제 환자 대상 성능 및 부작용 검증(투여량 등 확정)
임상 3상
- 2상 대비 대규모 환자 대상 실험

DNA니들	의약품 및
화장품용 DNA니들	의약품
- 백신, 피부질환치료제, 바이오의약품 패치 등에 적용
화장품
- 기능성화장품(미백, 주름개선 등)

(2) 주요 제품 및 기술

당사의 주요 제품은 가속기, 핵융합실험로 관련 “EPICS 기반의 초정밀 제어시스템 및 장비”와 All in one MES solution인 QRP입니다. 빅사이언스 분야의 정밀제어 시스템 설계 및 구현이라는 것은 단순히 공장이나 생산시설의 설계와는 달리, 표준으로 채택하고 있는 방대한 규모의 오픈소스 플랫폼(EPICS)에 대한 지식을 바탕으로 핵물리학뿐만 아니라 가속기, 핵융합로의 구조 및 작동원리 등에 대한 이해가 필요하며, 이를 제어 및 구현하기 위한 통신, 네트워크 및 임베디드 S/W 등에 대한 기술역량을 추가로 확보해야 가능합니다. 또한 빅사이언스 분야의 특성상 시스템의 오류나 고장은 큰 피해를 유발하거나 장기간 장비사용이 불가능한 상황에 이르는 관계로 실제 시스템에 적용한 다수의 reference 확보가 매우 중요한 경쟁요소로 작용하게 됩니다.

과거 산업용 제어시스템은 통합된 소프트웨어 플랫폼이 존재하지 않았으나 최근 대규모 투자를 통해 건설되는 핵융합발전시스템, 가속기시스템 등의 빅사이언스 분야는 수백 또는 수천 종의 계측 및 제어장비가 설치되고, 이런 장비들의 상태를 실시간으로 감시 제어하기 위해서는 경우에 따라 수백만 개의 제어 포인트들로부터 실시간으로 정보를 수집하고 제어하기 위한 방대한 규모의 제어 시스템이 필요합니다. 또한 최소 몇십년간 운영해야 할 거대시설물에 특정회사의 제품을 사용할 경우 시스템 구축에 있어서 다양성, 확장성에 제약이 있고 막대한 구축 및 운영비용, 상용제품 단종시 유지보수의 한계 등의 문제점이 존재할 수 있습니다. 이런 요구를 충족하기 위해 오랜 기간동안 플랫폼 개발이 이루어져 왔으며, 현재 빅사이언스 분야의 제어에 가장 신뢰성 있는 소프트웨어 솔루션으로 인정되고 있는 것이 바로 EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System) 플랫폼입니다.

EPICS는 입자가속기, 천체망원경과 같은 빅사이언스, 산업용 플랜트 등의 실시간 분산제어시스템으로 사용되는 소프트웨어 툴, 라이브러리, 응용프로그램들의 패키지로서 네트워크 기반의 클라이언트/서버의 분산형 구조로 되어있습니다. EPICS는 상용 분산제어시스템이 가지는 모든 기능을 제공하며, 현재까지 발표되어 있는 모든 주요 OS플랫폼 및 I/O bus 등을 지원하고 있습니다. 이에 따라 EPICS가 제공하는 응용프로그램 이외에도 많은 사용자가 개발한 다양한 하드웨어 드라이버, 라이브러리, 응용프로그램을 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

현재 EPICS는 빅사이언스 시설 운전에 필요한 분산 제어 시스템을 개발하고 구현하기 위해 광범위하게 사용되는 소프트웨어 개발 플랫폼으로 확고하게 자리잡았으며, 전세계 유수한 빅사이언스 시설의 자동제어 시스템 대부분이 EPICS를 기반으로 설계되고 있는 상황입니다. 개방형시스템인 EPICS는 다양한 환경에서 구축된 장비 등을 모두 포함할 수 있으며, 빅사이언스 분야에서 전세계적으로 협업을 통해 개발되어 사용되는 오픈 소스 소프트웨어 도구(Tool), 각종 라이브러리(Library) 및 응용 프로그램들을 집대성해 놓은 플랫폼으로 지속적으로 개선되고 있는 상황입니다.

당사는 EPICS 관련 플랫폼 기술을 바탕으로 EPICS 기반의 초정밀 제어 및 시스템 설계기술을 보유하고 있는 국내 유일의 회사입니다. 기존에 운영되고 있는 시스템 전체를 EPICS 기반으로 바꾸는 것은 비용 등의 이유로 인해 쉽지 않지만 향후 새로 건설되는 거대 과학시설 및 산업시설은 EPICS시스템의 개방성으로 인해 많은 부분이 EPICS 기반으로 설계, 운영될 예정인 점을 감안하면, 당사는 EPICS 기반 제어기술을 가지고 수년 내에 다양한 산업용 제어시스템으로 진출하여 사업을 확대할 수 있을 것으로 예상됩니다.

(3) 경기변동과의 관계

당사가 주로 영위하고 있는 산업은 미래에너지로 주목받는 핵융합 발전기와 기초과학 등의 발전에 필수적인 가속기의 제어시스템을 설계, 제작함으로써 범국가적 경쟁력을 확보하는 미래전략산업입니다. 또한 머신러닝을 통해 빅데이터 분석 솔루션을 제공하는 사업은 스마트팩토리를 비롯한 4차 산업혁명의 기반산업에 활용될 수 있어서 경기변동과의 연관효과가 존재합니다. 따라서 세계경제와 내수시장 경기, 기타 기업투자 환경 등에 따라 주 고객인 정부 산하 기관 및 기업의 투자예산은 간접적인 영향을 받을수 있습니다.

정부부문의 투자 이외에도 산업의 특성상 민간의료, 통신분야 등에서 추가 투자가 이루어질 경우 당사의 프로젝트 수주는 지속적으로 증가하게 되므로 경기변동에 따른 수요 변동현상은 비탄력적입니다.

(4) 계절적 요인

계절적 요인에 따른 수요 변동의 측면에서 볼 때 전반적으로 당사의 주력 산업 내 계절성에 따른 수요 변동은 관찰되지 않고 있습니다. 다만, 당사는 대부분의 매출이 수주를 통하여 발생하며, 진행기준으로 수익을 인식하고 있으므로 계절적인 영향보다는 프로젝트 완성 시점 및 결산 기준일의 예정원가에 따라 월별 및 분기별 매출변동이 발생할 수 있습니다.

(5) 제품의 라이프사이클

당사의 주력산업과 핵심기술은 최근에서야 주목을 받기시작한 도입기로 분야의 특성상 매우 긴 수명을 갖습니다. 가속기의 경우 원자핵 연구의 수단으로서 1930년경에 만들어졌으나 최근에 연구용, 의료용, 산업용으로 광범위한 분야에 확대, 적용되면서 그 수요가 국내를 비롯한 개발도상국 등으로 점차 확대되고 있습니다. 핵융합은 ITER 프로젝트 관련 국제기구가 2007년 출범하면서 미래 핵융합 발전로의 상용화를 위한 실험장치 제작단계에 있으며, 머신러닝 역시 2000년대 중반 인공 신경망 분야에 딥러닝(Deep Learning)에 대한 관심이 높아지고 빅데이터와 컴퓨팅 능력에 비약적인 발전으로 인해 이를 다양한 분야에 적용할 수 있는 기반이 마련되었습니다.

당사가 JAR시스템즈㈜과의 합병을 통해 진입한 스마트팩토리 사업부분은 국내외에 많은 경쟁기업들이 존재하지만 당사의 다른 사업부분과의 시너지가 매우 큰 관계로 향후 회사의 주요 사업 중 하나로 성장이 예상됩니다.

당사의 주력 산업 및 핵심 기술은 관련 시장에서 성공적으로 도입된 이후 다양한 응용분야로 확대될 것이 예상됩니다. 다만, 기술의 성장 및 보편화 과정에 맞추어 고객이 필요로는 제품ㆍ서비스 형태는 지속적으로 변화될 것입니다. 당사는 주요 프로젝트별로 연구개발 경험이 풍부한 핵심 인력의 우수성을 바탕으로 향후에 발생할 수 있는 고객의 요구를 예상하여 이에 맞는 정밀제어시스템을 지속적으로 개발하고 상품화할 예정입니다.

다. 산업의 특성(1) 주요 목표시장

당사가 영위하고 있는 사업은 기초과학 거대시설물(Big Science Instrument)에 대한 초정밀 제어 설계 및 구현능력을 기반으로 이를 제어할 수 있는 정밀 제어시스템 및 장비를 공급하는 것입니다. 여기서 빅사이언스라 함은 핵융합발전, 대형 입자가속기, 우주 발사체, 대형 천체망원경 등 일반적으로 국가 차원에서 막대한 자금을 지원하여 수행되는 대형 과학 프로젝트들을 지칭합니다.

(가) 가속기 부문

방사광가속기는 기본적으로 전자를 가속한 후 방향을 바꿀 때 발생하는 방사광을 이용해 물질의 구조를 분석하는 장치입니다. 즉, 전자총에서 발사된 전자가 선형가속기를 통해 빛의 속도로 가속된 후 삽입장치의 영구자석 속에서 진동할 때 방사광을 방출하는데 이런 방사광들이 중첩되어 강력한 빛을 내게 되는 원리를 이용하고 있습니다.

현재 우리나라는 3기의 연구, 의료용가속기를 구축(포항 4세대 방사광가속기, 대전 중이온가속기, 기장 중입자가속기)하고 있으며, 2020년까지 가속기 관련 당사의 목표시장은 3기의 가속기 건설사업에 참여하는 것입니다. 2016년 9월 29일 준공식을 마친 포항가속기연구소의 4세대 방사광가속기는 기존에 운영중인 3세대방사광가속기보다 100억배 밝고(고해상도), 펄스폭이 1,000배 짧아 살아 있는 세포의 동적현상을 실시간으로 관측할 수 있는 시설물입니다. 방사광가속기는 단백질 구조연구를 통한 신약개발, 고해상도 종양촬영을 통한 암치료법개발, 세계 최초 흡입식 신종플루치료제 리렌자개발 등과 학계에서 다양하게 활용되고 있으며, 1999년에는 베토벤의 머리카락을 방사광가속기로 분석한 결과 정상인의 100배나 되는 60ppm의 납이 검출되는 등 과학수사등에도 활용되고 있습니다.

기초과학연구원의 중이온가속기 라온(RAON)은 대전 신동지구에 95만 2천m2 부지에 13만m2 규모로 건설 중이며, '온라인 동위원소분리방법'(ISOL)과 '비행파쇄 방법'(IF)을 동시에 사용하는 세계 유일의 가속기로, 기초연구뿐 만아니라 의료, 원자력, 신소재 등 산업분야 전반에 활용될 수 있습니다. ISOL 방식은 두꺼운 표적에 양성자빔을 가속해 동위원소를 찾아내는 것이고, IF 방식은 얇은표적에 무거운 중이온(우라늄 등) 빔을 가속 충돌시켜 희귀동위원소를 생성하는 방식으로, 결국 한국형 중이온가속기인 RAON은 양성자에서 우라늄까지 다양한 중이온의 가속 충돌을 통해 물질구조를 변화시켜 희귀동위원소를 생성하고 이를 첨단 기초과학 연구에 활용하는 연구시설입니다. 당사는 2014년부터 기초과학연구원에 EPICS 제어시스템, QWR 저온유지모듈 제어시스템, LLRF, ISOL, RFQ Control System, BPM 시제품 등을 공급하고있으며, 2017년부터 본격적인 제품공급을 추진하고 있습니다.

원자력의학원의기장 중입자가속기는 의료용중입자 치료센터 설립을 위해 1,950억원의 예산으로 2010년~2017년 동안 추진중이며, 중입자가속기 치료시스템 구축 등을 목표로 사업을 추진하고 있습니다. 2009년 KDI 타당성 조사보고서에 따르면 8개 암에 대해 중입자가속기 치료시스템은 기존 방사선 치료대비 5년 생존율이 22.3% 증가하고 치료기간도 1~2주 정도로 단축할 수 있으며 양성자를 포함한 중이온(헬륨, 탄소, 질소, 우라늄 등)을 전자기의 힘으로 빛의 속도(초당 30만km)까지 가속하는 장비입니다. 예산 등의 문제로 추진이 지연되고 있지만 이미 건물이 모두 완성된 상태라 추진주체 및 방식조정을 통해서라도 가까운 시일 내에 사업추진이 재게될 것으로 예상하고 있습니다.

전세계적으로 일본(치바, 효고, 군마), 독일(GSI, 하이델베르그병원) 등 선진국에서만운영 중인 의료용 중입자가속기의 경우 현재 추진 중인 원자력의학원의 중입자가속기 이외에 전라남도, 충북 보은, 연세의료원에서 중입자 가속기 개발계획을 발표하고있습니다. 전라남도의 경우 호남고속철도 완전 개통 등에 대비, 의료 경쟁력 강화를 위해 국가 암 치료전문기관인 서남권 중입자치료센터 유치를 검토하고 있습니다. 전라남도는 인구 2,000만명당 1대꼴로 중입자 가속기 설치가 가능하다는 전문가들 견해를 반영, 서울 한국원자력의학원 중입자 치료센터, 부산 동남권원자력의학원 중입자 가속기에 이어 서남권에도 중입자 가속기를 설치해 달라는 의견을 정부에 전달했으며, 본 사업과 관련하여 한빛원전과 연계, 영광에 설치한다는 계획을 가지고 있습니다. 중입자 암치료센터 설립을 추진 중인 충북 보은군도 ㈜한국중입자암치료센터, 독일 ParTCoN GmbH(입자치료기술연구소) 등과 협약(MOU)을 체결했으며, 충북 보은군 산외면 신정리 16만5000㎡ 일원에 2019년까지 중입자가속기를 포함한 암 치료병원을 조성할 계획입니다.

연구개발용 가속기는 미국, 일본, 독일, 중국 등의 정부기관 및 연구소에서 개발되어 운영 중이며, 의료용, 산업용 소형 가속기는 기업체들이 공급하고 있으나 아직 국내에는 소형 가속기(의료용, 산업용)를 공급하는 업체는 없는 상황입니다. 소형 가속기 중 의료용은 동위원소 생산용과 암치료용이 있으며, 산업용가속기는 주로 반도체 가공용 이온주입장치, 전자빔/X선 조사장치, 질량분석 및 비파과검사용 등으로 구분될 수 있습니다.

(나) 핵융합 부문

현재 핵융합 관련 사업으로 당사의 목표시장은 ITER가 유일합니다. 하지만 ITER가 완공된 이후 운영이 성공적으로 이루어질 경우 2030년 이후에 ITER에 참여하고 있는 7개국에 건설되는 DEMO와 2040년 이후 본격적으로 시작되는 핵융합발전소가 미래 당사의 목표시장이 될 수 있습니다.

1) 핵융합에너지의 원리

핵융합반응은 핵분열반응과 상반되는 물리현상으로 수소와 같이 가벼운 원소들의 핵들이 서로 결합하여 헬륨과 같은 좀 더 무거운 원소의 핵을 만들어내는 현상이며, 이때에 질량결손에 의해 생겨나는 에너지는 방출되는 입자들의 운동에너지로 나오게 되는데 이를 발전(發電)에 응용하는 연구가 핵융합 연구개발입니다. 즉, 1억 5,000만℃이상의 고온에서 가벼운 원자핵이 융합하여 더 무거운 원자핵이 되는 과정에서 에너지를 창출해 내는 방법으로, 이러한 핵융합 반응을 연쇄적으로 일으켜 폭발에 이르게 하면 수소폭탄이고, 이를 제어해 에너지화 하는 것이 핵융합 발전입니다.

핵융합에는 막대한 열이 발생하는데, 이것은 아인슈타인의 질량과 에너지의 등가성(等價性)의 원리(E=mc2)에 의해 계산됩니다. 태양의 경우 엄청난 빛과 열이 핵융합과정에서 발생되게 되는데, 수소 1kg이 핵융합을 하면 0.9929kg의 헬륨이 만들어지면서 이때 사라진 0.0071kg의 질량이 에너지로 전환되어 태양의 막대한 에너지를 만들어 내는 것입니다. 이와 같이 원자들을 융합(Fusion)하는 과정은 엄청난 규모의 에너지를 방출하는데, 이는 화석 연료를 태우는 화학 반응의 4백만 배에 이르고, 핵분열 반응을 이용하는 기존의 원자력발전에 비해서도 동일질량 기준으로 4배 정도에 달합니다. 태양에서는 섭씨 1,500만 도의 초고온 및 엄청난 압력 하에서 핵융합과정이 일어나게 되는데, 지구 상에서 핵융합 발전을 실현하기 위해서는 섭씨 1억5천만도 이상의 플라스마를 생성하고 제어해야 하기 때문에 구현하기 매우 어려운 기술이지만, 성공할 경우 핵융합발전은 인류에게 안전하고 무한한 에너지원을 제공하게 되는 것입니다.

핵융합 발전은 원자의 핵이 반응하는 과정에서 발생하는 에너지를 이용한다는 점에서 기존 원자력발전의 핵분열 발전과 비슷합니다. 즉, 핵융합 발전도 기술적으로는 원자력발전의 일종이라고 할 수 있습니다. 하지만, 내부를 들여다보면 완전히 상반된 물리 현상을 이용하여 에너지를 생산한다는 것을 알 수 있습니다. 원자력발전은 우라늄이나 플루토늄 같은 불안정한 물질이 안정된 상태로 변하기 위해 원자핵 분열을 할 때 발생하는 열을 증기로 만들어 그 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것입니다. 우라늄과 같이 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 둘로 쪼개지면서 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자가 나옵니다. 이 중성자가 다른 원자핵과 부딪치면 또다시 핵분열이 일어나고 계속해서 이런 연쇄 반응이 일어나면서 막대한 에너지가 방출됩니다. 우라늄 1g이 핵분열 할 때 나오는 에너지는 석유 2톤을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는다고 합니다.

원자핵이 갈라지는 핵분열과 달리, 핵융합은 중수소와 삼중수소와 같은 가벼운 원자핵 2개가 핵력이라는 거대한 힘이 미칠 수 있는 거리까지 좁혀져 충돌하면 하나의 다른 원자핵으로 합쳐지면서 막대한 에너지를 발생시킵니다. 즉, 중수소와 삼중수소가 만나 헬륨과 중성자가 생성되는데 핵융합에너지는 중성자의 운동 에너지 형태로 나타납니다. 이때 중성자의 운동에너지는 열에너지로 바뀌어 증기를 발생시키고, 그 증기를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 핵융합 연료 1g은 석유 8톤에 해당하는 에너지의 생산이 가능하며, 욕조 반 분량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리 하나에 들어가는 리튬의 양만으로 한 사람이 30년간 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있습니다.

2) 핵융합 에너지의 장점과 단점

인류의 문명은 화석 연료를 이용한 에너지를 기반으로 19세기 이후 급속한 산업 발전을 이루었습니다. 그러나 석탄, 석유, 가스 등을 기반으로 한 에너지의 소비가 급증하면서 화석에너지의 고갈이 우려되고 있으며, 이에 따른 환경 문제도 주요 이슈가 되고 있습니다. 이에 대한 대안으로 원자력 발전이 대안으로 인식되었으나 최근 원전사고에 의한 피해에 따라 태양광, 풍력, 지열에너지 등 다양한 친환경 신재생에너지 기술에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

미래창조과학부에 따르면 현재와 같은 에너지 소비를 기준으로 석유는 40년, 원자력 발전에 사용되는 우라늄은 65년(재처리 시설이 없을 경우)인데 반해 핵융합발전에 필요한 연료는 지구 상에 풍부하게 존재하거나 핵융합반응 과정에서 지속적으로 생성될 수 있는 수소의 동위원소인 중수소(Deuterium)와 삼중수소(Tritium)로, 중수소는 바닷물을 증류하여 얻을 수 있고, 삼중수소의 경우 핵융합반응 중에 생성될 수 있는 관계로 약 1,500만년 분량의 핵융합 발전원료가 존재한다고 볼 수 있습니다.

또한, 핵융합발전은 이산화탄소나 다른 온실가스를 대기 중으로 방출하지 않고 원자력발전과 같은 핵페기물 문제도 없으며, 핵무기에 악용될 수 있는 핵분열 물질을 필요로 하지 않아 원전 사고에서 발생할 수 있는 핵반응로의 붕괴와 같은 현상이 없기 때문에 미래 에너지원 중 중요한 하나의 대안으로 검토되고 있습니다. 이에 따라 태양의 에너지 발생원인 핵융합은 대규모의 에너지를 제공할 수 있고 친환경적인 발전이 가능한 미래의 에너지로 인식되고 있습니다.

미래 에너지원은 자원량이 풍부하고, 어디서나 획득 가능하며, 저환경 파괴 및 저 폐기물량을 배출하는 친환경적인 녹색에너지원이어야 할 것입니다. 또한 미래는 합리적인 가격으로 충분한 양을 안정적으로 공급해 줄 수 있는 대용량 에너지원을 필요로 합니다. 핵융합에너지는 이러한 21세기 에너지원이 가져야할 주요 요건을 모두 충족시키는 최적의 대체에너지로 에너지 부족 문제와 지구 온난화 문제를 함께 해결할 수 있는 차세대 자원입니다.

현재의 에너지조달원으로 보편화 되어 있는 핵분열(원자력발전 등) 과정에서 발생하는 고준위 방사성 폐기물은 반감기가 만년 이상으로 오랫동안 안전하게 보관해야 합니다. 반면에 핵융합 과정에서 생성되는 부산물은 헬륨가스로 독성도 없고 방사성도 없습니다. 연료로 쓰이는 삼중 수소가 방사능을 갖고 있으나 반감기가 12.3년 정도라 빠르게 붕괴됩니다. 어떤 경우든 생산한 모든 삼중수소는 재생하여 발전소 내에서 빠르게 연소됩니다. 따라서 핵융합 발전에서는 방사성 연료를 발전소로 이동시키거나 발전소에서 배출할 필요가 없어 안전합니다. 그리고 핵융합 연료인 물과 리튬은 방사성이 전혀 없습니다.

(출처: 국가핵융합연구소)

핵융합에너지 생산을 위한 핵융합 발전의 단점은 기술 실현이 매우 어렵다는 것입니다. 핵융합에너지를 얻기 위해서는 앞으로 많은 자본과 시간이 투자되어야 할것으로보이며, 우리나라를 포함해 미국, 러시아, 일본, 중국, EU, 인도 등 7개국이 공동 추진 중인 ITER 프로젝트를 통해 핵융합에너지를 얻기 위해 노력하고 있습니다.

3) 핵융합에너지의 생성 과정

핵융합 발전은 발전로 안에서 초고온 플라즈마(Plasma)의 핵융합반응을 통해 생성된 중성자의 열에너지로 증기를 발생시키고, 그 증기가 터빈발전기를 돌려 전기를 생산하는 과정을 수행하게 됩니다.

Step 1. 고진공 용기안에 중수소와 삼중수소를 주입하고 플라즈마 상태로 가열합니다.

Step 2. 토카막의 자기력선 그물망을 이용해 플라즈마를 가둡니다.

Step 3. 플라즈마를 약 1억 5,000만˚C 이상으로 가열해 핵융합반응을 일으킵니다.

Step 4. 핵융합반응시 질량결손으로 발생한 핵융합 에너지가 중성자 운동에너지로 나타납니다.

Step 5. 중성자 운동에너지가 열에너지로 변환되어 증기를 가열, 터빈을 돌려 대용량의 전기를 생산합니다.

핵융합발전을 위해서는 다음과 같은 핵심기술이 필요합니다. 첫째, 에너지 출력을 높이기 위하여 고성능 플라즈마를 장시간 유지하고 제어할 수 있는 기술이 요구됩니다. 기존의 핵융합 실험장치는 장시간 고성능의 플라즈마를 유지하는 것이 어려웠습니다. 초고온의 플라즈마에서는 허리케인보다 더 복잡하고 이해할 수 없는 난류(유체분자들이 불규칙적이고 곡선적으로 이동하는 흐름)들이 발생하여 핵융합이 잘 되는 조건의 플라즈마를 만들고 제어하는 것은 매우 어렵습니다.

둘째, 핵융합 반응환경을 견딜 수 있는 재료기술이 필요합니다. 지구상에서 핵융합이 일어나기 위해서는 1억 5,000만˚C 이상의 초고온의 플라즈마 상태가 필요하며 이 때 핵융합 반응이 일어날 수 있도록 초고온의 플라즈마 상태를 유지할 수 있는 '토카막'이라는 용기가 있어야 합니다. 토카막 내의 플라즈마가 용기 내벽에 닿을 경우 온도가 낮아지거나 용기가 녹아내릴 수 있기 때문에 자기장을 통해 플라즈마가 일정한 도넛형태로 유지하며 움직할 수 있도록 제어하는 것이 필요합니다.

셋째, 핵융합 에너지를 전기로 변환시키는 동력변환기술이 필요합니다. 핵융합 반응을 통해 전기를 생산해낸 경험이 전혀 없는 상태로 이 문제 해결을 위해 2025년 이후 운영예정인 ITER에서 50MW의 에너지를 투입하여 핵융합 과정을 통해 500MW의 에너지를 만들어내는, 에너지 증폭률 10 이상을 목표로 기술개발을 추진 중입니다.

(다) 스마트팩토리 부문

당사의 스마트팩토리 솔루션(QRP)은 ISO/TS16949/IATF 기반 하에 POP(생산시점관리시스템), MES(제조실행시스템), QMS(품질경영관리), SPC(통계분석관리), 설비관리, 금형관리를 하나의 솔루션으로 제공하는 올인원 패키지로 다른 스마트팩토리 SW에 대한 차별점은 (1) 패키지화 정도와 (2) 패키지가 커버할 수 있는 기능의 차이로 볼 수 있습니다. 많은 스마트팩토리 프로젝트가 SI 중심으로 이루어지고 있고 몇 개의 기능들만 커버할 수 있는데 반해, 당사 제품은 완벽한 패키지화 수준과 함께 거의 모든 MES 기능을 커버할 수 있다는 것입니다.

당사는 보그워너 같은 글로벌 기업은 물론 원익큐브, 솔브레인, 한솔케미칼, 평화홀딩스, 쌍용자동차, 율촌화학 등 다양한 국내 기업들에게 스마트팩토리 솔루션을 공급한 이력을 보유하고 있으며 다양한 사업군으로 목표시장을 확대하고 있습니다. 특히 글로벌 자동차 부품 공급사인 보그워너PDS에 대한 QRP 솔루션 공급 건으로 해외 진출을 위한 발판을 마련했으며, 국내외 타 솔루션보다 기술부분과 확장성에서 완성도가 높다는 것을 인정받고 있는 상황입니다. 현재 당사는 QRP 솔루션의 인공지능 모듈개선에 주력하고 있으며, 이를 통해 스마트팩토리 시장에서의 경쟁우위 확보는 물론 해외진출을 위한 기반을 마련할 예정입니다.

(라) 머신러닝 부문

당사가 자체 개발한 MoI엔진은 AlphaGo Zero와 같이 RL(Reinforcement Learning) 기반의 머신러닝 알고리즘으로 빅데이터가 없는 분야의 최적화에도 적용 가능합니다. 당사는 이 역량들을 다음과 같은 가속기, 핵융합, 바이오, 스마트팩토리 분야를 중심으로 사업화를 진행하고 있습니다.

가속기, 핵융합 및 바이오 관련 머신러닝 적용은 정부과제 및 당사의 기존 사업과 연계하여 추진하고 있으며, 스마트팩토리 관련 적용은 설비의 이상징후 파악 등과 같이 선제적인 관리가 필요한 영역을 중심으로 사업을 확대하고 있습니다.

(2) 수요변동요인(가) 가속기사업

현재 구축이 완료된 포항 4세대 방사광가속기를 비롯하여 대전 중이온가속기, 기장 중입자가속기 등은 모두 최소 수천억원 이상이 투입되는 국가 기간산업입니다. 이러한 가속기 구축 사업은 대규모의 예산이 필요한 관계로 국가 총예산의 변동이나 부지선정 지연, 구축기간의 연장 등 사업일정이 연기될 경우 일부 수요의 변동이 발생할 수 있습니다. 다만 국내 중이온가속기의 성공적 건설 및 운영이 완료될 경우 입증된 당사의 제어시스템 기술력을 바탕으로 향후 소형 의료 및 산업용 가속기에 대한 추가수요가 발생할 가능성이 높습니다. 현재로는 기장 중입자가속기, 연세대의료원 및 지자체가 추진 중인 중입자가속기 사업과 해외 가속기 구축 관련 수요 등이 시장에서 확인되고 있으며, 가까운 미래에 동남아시아 및 중동지역을 중심으로 연구용 및 의료용 가속기 신규 구축수요가 증가될 예정입니다.

(나) 핵융합 발전로 사업

에너지경제연구원 및 딜로이트 컨설팅 자료에 따르면 현재 국내에서 운영 중인 원자력발전소는 총 23기로 건설 중인 원전 5기까지 합하면 우리나라는 총 28개의 원자력발전소를 보유하고 있으며, 발전량 기준으로 에너지 공급의 30%를 차지하고 있습니다. 전세계적으로는 2014년말 기준 588개의 원전이 있으며, 이중 74.5%에 해당하는 438개가 운영 중입니다. 국내 원전 중 이미 설계수명이 완료된 고리 1호기, 월성1호기를 제외하고도 2023~2029년까지 10기의 원전의 설계수명이 완료될 예정인 점을 감안하면, 향후 DEMO를 통해 핵융합발전소의 경제성이 검증될 경우 전세계적으로 2030년까지 479기의 원자력발전소 건설 관련 시장으로 예상되는 1,200조원의 시장의 일정 부분이 핵융합발전으로 이동할 될 것으로 예상됩니다.

(출처: 한국원자력문화재단)