바이오산업이란 바이오산업은 생명공학기술을 기반으로 생물체의 기능과 정보를 활용하여 제품 및 서비스 등 다양한 부가가치를 생산하는 산업이다. 바이오산업은 생명공학기술 발전에 따라 의약, 농업, 화학·에너지 분야에 적용될 뿐만 아니라 기술이 융합되면서 적용되는 산업의 범위가 확대되고 있다. 

바이오산업 현황

바이오산업은 생명공학기술 발전에 따라 산업 전반에 걸쳐 경제 성장을 주도함과 동시에 건강·식량·환경 문제 등 인류 난제를 해결함으로써 삶의 질을 향상시킬 수 있는 미래 유망산업으로 주목된다. 특히, 기술융합을 통해 신부가가치 창출이 가능하여 바이오 경제가 부각되고 있다. 
 
세계 주요국들은 글로벌 바이오 경제 시대의 주도권을 획득하고자 전략적으로 중장기 계획을 수립하고 관련 제도와 규제를 개혁하는 등 바이오산업을 육성하는 중이다. 우리나라 역시 국제사회의 노력에 발맞춰 바이오 분야를 차세대 주력산업으로 육성하고자 정책 추진 및 R&D 투자를 확대하고 있다.

바이오산업 특성상 R&D 성과가 시장 점유율 향상으로 직결되어 정부는 바이오 기술(BT) 분야 R&D에 적극적으로 투자하고 그 규모를 지속적으로 확대중이다. 바이오 기술 분야 R&D 투자는 정부 위주로 수행되어 왔으나, 2019년 처음으로 민간투자 규모가 정부투자를 넘었으며 2020년에도 민간투자 비중이 54%로 정부투자 비중을 상회하고 있다. 

2020년 국내 바이오산업 중 생명·보건의료 분야의 기술격차는 최고기술 보유국인 미국 대비 3.1년, 기술수준은 77.9%로 평가된다. 국내 바이오산업은 제약산업을 필두로 기술수출 등의 가시적인 성과를 창출하고 있으며, 기술수출 발생 시 계약조건도 2021년에 13조 원 이상의 최고치를 기록했다.

국내 제약·바이오산업의 기술수출 실적

국내 바이오산업은 R&D 투자규모와 기술수준이 향상됨에 따라 국내 뿐만 아니라 해외진출도 확대되어 2020년 시장규모가 17조 원을 돌파하며 지속적으로 규모가 성장하는 추세다. 바이오산업 성장세와 향후 시장 성장 잠재력에 따라 벤처캐피탈(VC)의 신규투자 중 바이오 기술(BT) 분야의 신규투자 증가가 두드러지고 있다.

바이오산업은 의료 분야를 넘어 농업과 화학·에너지 등 다양한 분야로 확장됨에 따라 레드 바이오, 그린 바이오, 화이트 바이오로 분류. 생명공학기술이 의·약학 분야에 응용된 레드 바이오 중심에서 자원·환경 등 글로벌 난제에 대한 대안으로 그린 바이오 및 화이트 바이오 분야가 신성장 산업으로 대두되고 있다. 

레드·그린·화이트 개념과 범위 

레드 바이오산업은 의약학적 개발목표를 설정하고 신물질의 설계, 합성 및 효능검색 연구를 반복하여 개발대상 물질을 선정하는 기초물질 탐색 및 원천기술 연구 단계를 시작으로 동물 대상의 전임상 시험과 안전성 검사, 최적용량 결정, 약물의 유효성 등을 확인하는 임상시험을 거쳐 신약 허가 및 제조, 판매 단계로 이루어진다.

그린 바이오는 생명자원 및 정보에 생명공학기술이 적용된 개념으로, 지속가능하고 환경 친화적인 식량 작물·축산, 식품, 천연·바이오 소재 세부 분야로 구분되며 특히 기술의 중요성과 산업적 실현가능성, 파급효과 등을 토대로 그린 바이오 5대 유망산업이 선정된다.

그린 바이오 5대 유망산업은 마이크로바이옴, 대체식품, 종자, 동물용 의약품 등의 생명자원에 따라 분류되고 해당 산업은 소재탐색 및 발굴부터 제품 설계 및 개발, 시험 평가, 생산 단계를 거쳐 최종 제품화되기까지 오믹스 분석기술, 유전자가위기술, 배양기술 등 다양한 생명공학기술이 개별 혹은 융합되어 활용되고 있다. 

화이트 바이오는 원유·천연가스를 기반으로 한 기존 석유화학 산업과 달리 바이오 매스 기반이다. 납사·에틸렌에 화학 공정을 가해 기초화학물질에 해당하는 중간체를 만드는 것이 아니라 바이오 슈가에 생물공정을 적용하여 기초화학물질을 만든다는 점에서 차이가 존재한다.

바이오 연료는 바이오 매스를 기반으로 열화학적 생물화학적·물리화학적 변환을 통해 얻어지는 연료를 의미한다. 바이오 연료는 크게 고체 연료인 바이오 고형연료, 바이오에탄올과 바이오디젤과 같은 액체연료, 기체연료인 바이오 가스로 분류된다.

바이오 시장 현황 및 전망

바이오의약 시장은 2017년 2,303억 달러에서 연평균 8.4%로 성장하여 2023년 3,735억 달러 규모로 확대될 전망이다. 바이오 신약 시장은 세포 및 유전자치료제 등으로 바이오의약 시장을 주도하여 연평균 5.9%로 성장할 전망이며 바이오시밀러 시장은 바이오 신약에 비해 소규모를 형성하고 있으나, 향후 주요 블록버스터 바이오 신약의 특허 독점권이 만료되면서 연평균 24.6%로 급속히 확대될 것으로 전망된다. 전체 의약품에서 바이오 의약품 비중은 2012년 19%에서 2020년 30%로 증가하였으며, 2026년 37%까지 지속적으로 증가할 전망이다. 

바이오서비스 시장은 2017년 447억 달러에서 연평균 12.8%로 성장하여 2023년 916억 달러 규모로 확대될 전망이다. 생물제제 및 바이오시밀러에 대한 R&D 활동 증가 → CRO 시장 성장 촉진 CDMO 기업들은 대기업을 대상으로 생산역량을 강화할 수 있는 탄력적인 채널이자 소규모 바이오 제약사에게는 전문기술 제공 및 위험성을 공유하는 역할을 하며, 바이오의약 산업의 글로벌 분업화 추세에 따라 의약품 생산 시장에서 차지하는 비중이 늘어나고 있다.

바이오인포매틱스 시장은 2017년 7.2억 달러에서 2023년 19억 규모로 성장이 예상되면서 레드 바이오 시장 중 가장 작은 비중을 차지하는 반면 연평균 성장률은 18.0%로 가장 높은 편으로 확인된다. 종양학 및 희귀병 치료, 진단 응용 프로그램에 대한 연구가 시장 성장을 이끌 전망이다. 공공 시퀀싱 프로젝트의 발달 및 연구 분석 비용 관련 투자 증가는 시장 성장을 뒷받침 할 전망이다.

국내 동물용 의약품 산업규모 전망

국내 종자산업 산업규모는 2019년 1,665억 원에서 연평균 9.5%로 2030년 4,506억 원으로 늘어날 것으로 예상된다. 분자육종, 디지털육종 및 신육종(NBT) 등의 기술발전 촉진을 통해 미래 종자시장이 상당히 성장할 것으로 기대된다. 선진국 수준의 종자기술 확보를 위해 빅데이터, 디지털 분자 육종, 유전자가위, 제형화 등 신육종 관련 기술개발 투자를 확대하는 중이다.

국내 동물용 의약품 산업규모는 2019년 1,414억 원에서 연평균 8.0%로 2030년 3.297억 원으로 확대될 것으로 예상한다. 기존 복제약 중심의 화학제제 시장에서 단백질 재조합 기술 등을 활용한 동물백신, 인의학 분야 줄기세포 치료제 등 생물학적 제제 중심의 새로운 동물용 의약품 시장 확대 예상

전 세계적으로 탄소중립 달성을 위해 바이오 플라스틱 시장은 2020년부터 2025년까지 연평균 21.7%로 성장 전망된다. 국내 시장 역시 동기간 연평균 13.5%로 성장하여 2025년에 2억 9,400만 달러 규모의 시장을 형성할 것으로 예상한다.
(단위: 백만 달러)

국내 바이오 시장 주요 이슈

2019년, 전 세계 바이오 연료 생산량은 55억 7,853GWh 수준이다. 전 세계 생산량 중 유럽과 아시아의 비중이 각각 36%, 35%로 가장 높은 편이다. 2020년, 국내 바이오 연료 생산량은 약 390만 TOE에 해당된다. 바이오 연료는 목재팰릿, 바이오 디젤, 바이오 중유, 바이오 가스 등을 포함한다. 

바이오산업 특성상 매출 대비 연구개발비 비중이 높은 구조이며, 특히 바이오 의약품의 경우 생산설비 구축 시 높은 투자 비용이 발생하여 개발부터 생산까지 전체 밸류체인을 영위할 경우 대규모 자금 투자가 발생하여 경제성이 낮다. 

국내 바이오산업의 경우 선진국 대비 기술수준이 70~80% 수준으로 나타나고 있다. 레드 바이오의 경우 기술격차를 좁혀가고 있으나, 여전히 선진국가와 기술격차가 존재하고 후발주자인 중국으로부터 기술수준이 추월 당했다. 화이트 바이오 역시 미국 대비 기술격차가 약 3~4년인 것으로 조사되고 있다.   

2006~2015년 동안 미국 FDA에서 임상을 수행했거나 진행 중인 자료를 조사하여 임상단계별 성공률을 분석했다. 그 결과 100개의 바이오 의약품 중에서 최종적으로 신약으로 승인되는 것은 10개 수준으로 R&D가 사업화까지 연결되는 데까지 확률이 낮은 특징이 존재한다.

글로벌 바이오 의약품 시장에서 한국이 차지하는 비중은 2019년 매출 기준으로 0.7% 수준으로 1%에 못 미친다. 미국은 61.%를 차지하며 글로벌 시장 주도하고 있으며 일본과 중국도 세계 5위권 내에 진입했다. 

레드·그린·화이트 바이오산업의 핵심 이슈를 해결하고 글로벌 시장에서 경쟁력을 제고하기 위해선 밸류체인의 전반적인 비용 절감을 통해 경제성을 확보하고 자체 기술개발과 제휴를 통한 기술력 제고, 다양한 사업화 시도가 이루어지는 시장 환경 등 여러 대책 마련이 필요할 것으로 분석된다. 신약 설계와 생산을 분리하여 신약 생산은 CDMO 업체를 활용하며 생산 비용을 절감하고 생분해 플라스틱인 PLA를 대량으로 생산하여 규모의 경제 효과를 통해 생산 비용을 절감할 수 있다.

ESG 목적 달성을 위해 경제성이 확보된 바이오 원료를 찾는 투자를 진행 중이며, 이를 달성 시 향후 형성될 시장에서 선점효과를 가질 것으로 기대된다. 기존에는 밸류체인 중 일부의 사업 모델만 영위했지만 전체 밸류체인에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 자체적으로 기술을 개발하여 기술 선진 기업, 합작법인 설립 등 적극적인 제휴를 통해 기술경쟁력을 확보해야한다.

[자료 제공=삼정KPMG 경제연구원]
[정리=이주형 기자]