오태광의 바이오 산책 <58> 바이오경제와 디지털 바이오경제 (Bioeconomy and Digital Bioeconomy) > News Insight

 산업혁명이 시작된 후,세계경제는 거의 석탄, 석유 등 화석자원을 사용하여 많은 에너지를 생산하여 생산성을 높이는 화석자원 위주 경제(Economy)였다. 산술급수적 먹거리 생산으로 기하급수적으로 늘어나는 인구의 의식주를 제공하기 위해 생산기술개발에 역점을 두다 보니 획기적 생산을 위해 모든 자원을 동원하게 되어 환경오염의 원인이 되었다. 획기적으로 늘어나는 인구에 필요한 수요를 맞출 수 있는 공급량이 결정되면, 제한된 지구 생태계를 최대한 활용할 수 있는 기술개발로 공급량을 수요에 맞추는 힘겨운 상황으로 수요/공급을 유지해 왔다. 

하지만, 결국, 끝없이 증가하는 수요를 맞추기 위해 무분별한 과잉 공급은 자연환경 파괴로 풍요로움은 얻었지만, 환경오염으로 지구생태계의 파괴는 삶의 질을 극도로 낮추게 하였다. 환경오염의 결과는 기후변화, 농경지 및 생산기반 파괴에도 불구하고, 지속적으로 수요증가를 만족시키는 공급 창출은 지구 생태계를 극단적으로 비정상을 유발하였다. 기후변화는 인류의 미래까지 위협하고 있어서, 현재의 화석자원 의존형 경제모델을 지속가능한 경제시스템으로 과감한 변화가 요구되고 있었다.

재생 가능한 안정적인 자원으로 탄력적인 소재 개발, 환경을 보호하는 저공해 이동 및 에너지 생산 방안, 지능적 세포 및 유전체 기반 개인 맞춤형 의료 개발 등과 같이 살아있는 생물체 같이 스스로 순환이 되는 바이오기술을 도입하게 되었다. 무공해, 저에너지, 고효율의 살아 있는 생물체와 같이 지속 가능하여, 끊임없이 정화(淨化)되는 기후 중립적 친환경 경제 체제인 바이오경제(Bioeconomy) 체계가 등장하였다. 즉, 후손도 살 수 있는 좋은 미래 지구를 만들기 위해서 환경문제와 사회적 이익의 올바른 균형이 필요하여 심지어 탄소제로(Carbon zero) 달성으로, 지속 가능한 생물기능 기반 경제로 전환하고 있다. 

결국, 자원과 환경을  동시에 보존하면서, 경제적 번영을 누릴 수 있는 올바른 균형과 혁신을 전제로 하는 수요와 공급이란 경제 원리가 바이오경제의 주체이다. 나아가서, 디지털 컴퓨터와 경제의 합성어인 디지털 경제(Digital economy)는 생산, 유통, 무역 등 실질적 실물경제 활동이 인터넷(Internet)이나 웹(World Wide Web, WWW), 블록체인(Block chain) 등으로 아날로그(Analogue) 대신 2진법의 디지털을 사용하여 효율적이고 신속한 수행을 할 수 있는 신 경제 체제가 동시에 도입되고 있다. 주로, 대면/비대면 어떤 방법도 가능하고, 기업 간(B2B), 기업과 소비자(B2C), 소비자 간(C2C, 또는, P2P(개인과 개인 간))은 물론 시간, 장소에 구애됨이 없이 실시간으로 수행할 수 있는 큰 장점이 있다.

디지털 바이오경제는 고효율, 저공해, 저에너지를 전제로 한 재생가능한 바이오경제 시스템이 마치 살아있는 인간이 온몸에 촘촘한 신경 그물망으로 즉각적으로 신호가 전달되고 반응하듯이 인터넷 시스템이 디지털 경제에 도입되었다.  신속·정확한 디지털의 특성으로 전기와 같이 빠르게 연결되어서 시공간 제약 없이 수요/공급을 실시간으로 가장 능률적으로 기동할 수 있는 경제 체제로 평가되고 있다. 바이오경제부터 디지털 경제에 이어 디지털 바이오경제 시스템에 대해서 바이오 전공자 관점에서 필자의 생각을 기술하여 본다.

<바이오경제(Bioeconomy)>

 바이오경제는 재료, 화학 물질 및 에너지의 기본 구성 요소가 재생 가능한 생물자원처럼 살아서 반응하는 경제로 정의할 수 있고, 2015년 11월 베를린에서 열린 제1차 글로벌 바이오경제 정상회담은 바이오경제를 "모든 경제 부문에 걸쳐 상품과 서비스를 지속할 수 있게 제공하기 위한 생물학적 자원, 과정 및 원칙의 지식 기반 생산 및 활용"이라고 정의 하였다. 바이오경제는 재생 가능한 바이오매스 활성화와 이를 통한 융합기술로, 모든 살아있는 천연자원의 1차 생산뿐만 아니라, 제약, 의료, 관리의 Healthcare산업, 화학, 에너지, 환경 등의 산업 분야까지 1 산업, 2 산업, 3 산업 모두 포함된다. 

한편, 글로벌 바이오 시장은 현재 반도체 시장의 3배 이상에 이르는 거대한 규모이고, 세계 경제 성장률은 3%인데 비해 바이오산업은 연평균 7.7%로 성장하고, 바이오 시장규모는 2021년 5,041억US$이고 2027년까지는 9,114억US$로 예상한다. 바이오산업의 장점은 인류의 가장 큰 걱정거리인 감염질병, 인구 고령화, 환경오염, 에너지 고갈 등의 문제해결에 가능한 수단을 제공하여 인류 미래를 책임질 수 있는 미래성장 산업이다. 시장경쟁력 강화를 위해 바이오 분야로 진출하는 기존 다국적기업이 증가하고 있고, 기업과 정부의 연구투자가 획기적으로 증가하여 거대한 신 시장 창출도 가능하다. 

하지만, 가장 큰 문제점은 복잡하고 엄격한 규제와 국가별 규제 차이로 인한 진입​장벽이 높고, 강력한 규제와 허가기준이 있어서 윤리적, 사회적, 환경관리 문제와 관련된 위험부담이 매우 높다. 연구개발에도 비용과 시간이 아주 많이 필요하여 위험부담이 높은 산업이어서, 보다 안전한 투자를 위해서 장기적 관점에서 접근할 필요성이 있다. 바이오산업은 바이오 의학 산업, 바이오 화학ᐧ에너지산업, 바이오 식품산업, 바이오 환경산업, 바이오 의료기기산업, 바이오 장비/기기 산업, 바이오 자원 산업과 바이오 서비스산업으로 분류(한국 바이오산업 정보서비스(KBIOS))하고 있는데, 현재의 모든 산업 분야가 포함되고 있다. 

최근, 우리나라도 저성장ᐧ기후변화극복을 위한 “바이오경제 2.0 추진 방향”이 산업통상자원 부(2023.7.19.)에서 발표하였고, 기존 의약품 중심의 “바이오경제 1.0”을 뛰어넘어 바이오 의약품 제조에 국제적인 초격차를 확보하고, 더불어 바이오 신소재, 바이오에너지, 디지털 바이오 등 바이오 신산업을 본격적으로 육성하기 위해서, 살아있는 바이오 자원에 기반한 공정 제품 서비스를 활용하여 경제, 사회의 발전과 지속 가능한 성장을 실현하는 경제기적인 바이오경제 시스템을 도입하기로 하였다. 

 바이오경제 2.0 추진 방향으로 2030년 세계 1위 바이오 의약품 제조 국으로 도약, 바이오 신소재 산업 활성화, 바이오에너지 상용화, 디지털 바이오 혁신생태계 구축과 바이오경제 기반 구축이란 추진 방향으로 2030년 바이오경제 생산 규모를 100조 원, 수출 규모 500억 US$를 목표로 달성할 계획이다. 글로벌 바이오 분야의 트랜드는 그림 1과같이 고도화, 분업화, 친환경, 융합을 달성하고자 하고, 그림2와 같이 실현을 위해서 4가지(세계 1위 바이오 의약품, 바이오 신소재, 친환경 바이오에너지, 혁신적 디지털 바이오) 와 1가지 (바이오 경제기반 달성)하여 바이오경제 선도국가로 도약을 목표로 한다.

<디지털 경제(Digital economy)>

 인터넷을 기반으로 이루어지는 모든 경제 활동을 디지털 경제라고 하고,  흔히 말하는 전자 비즈니스 (e-Business)를 의미하는데, 생물이든 무생물이든 관계없이 On line 상에서 초 연결이 가능하여 활용성이 무한히 확대되고 있다. 디지털 경제 성공은 독창성(Creativity), 고객(Customer), 신용(Credit)을 전제로 하고 수요/공급의 경제 원칙이 Off line에서 On/Off line으로, 대면에서 비대면까지 확대, 기존의 아날로그(Analogue)에서 컴퓨터의 2진법(0, 1)을 사용하는 디지털로 바뀌면서 빠른 속도연산과 판단으로 다양한 4차 산업혁명 비즈니스 모델/법칙을 만들어 줄 수 있다. 디지털 경제의 주체인 기업은 인터넷을 기반으로 사업을 하기 때문에 거대한 인프라(Infra) 투자는 불필요하여 아이디어를 가진 적은 인력으로도 사업할 수 있는 장점이 있고, 클라우딩(Clouding)을 이용한 실시간 수요/공급, 기술개발 등 경제 활동이 빠르게 이루어진다.  

전자-비즈니스의 가장 큰 특징은 작은 기업인 벤처가 중요한 경제의 수요/공급 중심이 되어 큰 경제 Network 형성에 중요한 역할을 한다. 초기에는 구축하기 위해 크지 않는 비용이 필요하지만, 일정 시기가 지나면 이익이 폭증하는 수확 체증의 법칙이 작용하는 것도 참여하는 벤처의 기업 성장특징이 되고 있다. 디지털 경제를 지배하는 키워드는 외형적 팽창보다 그 속에서 일어나는 거대한 경제 Network 간의 패러다임 변화이다. 신속·정확을 생명으로 하는 디지털의 특성을 집약한 광속(光速)경제, 전 세계를 국경 없이 경쟁 및 협력체제로 연결하는 메가-컴피티션(Mega-Competition), 시너지 효과를 위해 여러 기업이 기능별로 힘을 합친 C-커머스(Collabora-Commerce) 등 새로운 개념이 창출되어 실행하고 있다. 

소비 형태 역시 온라인을 통해 상품이 다양화·전문화되고 있으며, 인터넷이나 전자-마켓 장소(e-market place)를 통한 제품정보들이 다양하게 소개된다. 제품대상도 식 의료·화학·환경·여행·컨설팅 등 기존유형의 상품에서 벗어나 무형 상품으로 서비스가 강화되고 있고, 사용 폭/범위도 새로운 창의적 내용이 도입되어 광폭으로 넓어졌다. 또한, 인터넷 전자상거래의 중심이 B2C(기업→소비자)에서 B2B(기업→기업), P2P(개인→개인)로 전환되고 있는 가운데 업종별 전자-마켓 장소가 디지털 경제의 새로운 원동력으로 주목을 받고 있다. 

고객인 소비자의 중요성도 커지는데, 생산자와 소비자가 인터넷을 통해 직·간접적으로 만날 수 있게 되면서, 소비자가 시공간의 제약 없이 원하는 기업/상품을 마음대로 고를 수 있게 되었다. 디지털 경제에서는 모두 기업(B2B), 기업과 개인(B2P), 개인과 개인(P2P) 간의 제휴가 큰 비중을 차지하므로 기업과 개인의 신용도가 생존을 좌우한다.

디지털 경제의 주가 되는 소통 및 정보교환기술인 인터넷, 웹, 블록체인 기술 등이 자유롭게 사용되고 있다. 지식정보뿐만 아니라 시장 정보, 연구개발 정보 등도 웹을 통해서 가능하여, 공적이고 가치가 높은 정보도 직접적으로 접근할 수 있을 뿐만 아니라 시장/상품/제조 등의 정보는 항시 실시간으로 전 세계의 각종 웹에서 쉽게 취득할 수 있게 된다. 화석경제에서 사용했던 지불수단인 화폐, 금, 수표, 은행 계좌 등에서 디지털 경제에서는 가상 거래인 블록체인을 사용하기 시작하였다. 블록체인은 블록에 데이터를 담아 체인 형태로 연결, 수많은 컴퓨터에 동시에 이를 복제해 저장하는 분산 형 데이터 분산 기술로 여러 대의 컴퓨터가 기록을 검증하여 실행하므로 해킹을 막아 주는 기술이다. 은행이나 국가 또는 국제 전문기관이 신용도를 보장하여 경제 활동이 일어나는 것처럼 여러 대의 컴퓨터에 분산하여 기록하고 검증하여 가치를 인정함으로 현재의 은행과 전문 검증기관과 같은 역할을 하는 것이지만, 아직은 더 많은 기술적 진화가 필요하다.하지만, 2009년 블록체인 기술을 적용해 암호화폐인 비트코인이 개발되었고, 현재는 수많은 블록체인을 사용하고 있다. 

 결론적으로 디지털 경제가 기존경제와 구별되는 특징은 무엇인가? 디지털 경제의 가장 큰 특징은 생산과 소비가 중간단계를 거치지 않고 직접 연결됨으로써 비용을 크게 절감할 수 있다는 것이다. 산업별로 차이가 있겠지만 전자상거래를 도입하면, 많게는 전자산업의 경우처럼 30~35%의 비용 절감을 기대할 수 있고, 적어도 철강의 경우에도 5~6% 정도의 비용을 절감할 수 있다고 한다.

 또 다른 특징 중의 하나는 시간과 지리적 공간의 벽이 무너지면서 글로벌 경제가 쉽게 이루어진다는 점이다. 노동과 자본 등 기존의 생산 요소들은 공간적 제약으로 인해 이동이 자유롭지 못했지만, 빠르게 정보와 지식은 현재도 어디서든지 어떤 시간에도 자유롭게 이동될 수 있고, 앞으로는 새로운 형태의 노동과 자본이 많이 등장하여 시간/공간의 제약을 초월할 것으로 예상한다. 

따라서 디지털 경제에서는 최신설비를 갖추고 제품을 생산하여 판매함으로써 부를 축적하는 대신에 공장과 유통망 없이도 세계를 상대로 개발/생산/영업/서비스를 할 수 있게 된다. 좋은 디지털 경제를 달성하기 위해서 정부는 초고속 통신망과 같은 하부 구조를 구축하여야 하고, 아울러 건전한 디지털 인재 양성이 매우 중요하고, 기업은 수익모델 개발을 위한 지식경영으로 전환하여야 하고 개인은 자신의 숫자적인 경력이 아니라 자신의 부가가치를 높이는 방안으로 노력을 하여야 한다. 이렇게 되면, 성과급 위주, 평생 일자리 개념 거부, 고용/해고에 자유로운 탄력적 일자리 등으로 발전할 것이고, 일자리 경쟁에는 이력서보다는 노동에 대한 특성화/전문화로 경합할 것이다.

<디지털 바이오경제>

  2030년 제조업의 1/3이 바이오 기반공정으로 대체되어 진화하고, 바이오 대혁신이 세계 경제에 60%이상 영향을 미친다는 분석 결과가 보고(미국 바이든 행정부 행정명령(2022))되고 있다. 즉, 바이오 기술의 혁신으로 4차 산업혁명의 기조인 디지털트랜스포메이션(Digital Transformation)에서 바이오 대전환으로 디지털 바이오경제가 대두(일본 게이단렌(2022.6), 우리나라 바이오 대전환(2022, 12))되면서 가까운 미래는 5차 산업혁명을 예고하고 있다. 이런 추세는 20세기까지가 화석의존 경제에서 21세기에 시작된 살아 움직이는 바이오경제 시대를 더 빠르게 달성하기 위해서는 바이오경제가 디지털화되는 것은 필수적인 요소라고 생각한다. 바이오경제가 산업성장과 고용은 물론 의식주, 환경과 에너지의 새로운 생산/공급을 전제로 지속 가능성을 유지하면서도, 인간의 질병을 극복하고 고령화 문제를 해결하는 길은 아날로그(Analogue) 경제를 디지털화하여 빠른 혁신이 요구되고 있다. 이를 달성하기 위해서는 바이오경제가 디지털화한 디지털 바이오경제 체제 도입이 필수적이다. 

미국은 2022년 9월 “생명공학·바이오 제조 이니셔티브(Initiative)”라는 계획을 발표하여 바이오 기반 기술로 에너지, 화학, 소재 등 기존 제조 산업을 혁신하겠다는 정책적 포석을 발표하였다. 우리나라도 코로나19 사태로 백신·감염 병 치료제에 국가적 주권을 뼈저리게 느꼈고, 이를 통해 국민의 안전을 지키며 경제 산업의 발전을 위해 바이오경제의 패러다임의 급변하였다는 것을 공감하였다. 기존의 바이오 R/D가 가졌던 긴 회임(懷妊)기간, 고비용, 낮은 성공률이라는 한계점을 극복하기 위해서는 디지털 기술의 도입으로 “바이오 대전환”이란 변화가 필요하여 그림 1과 디지털 바이오 혁신 전략으로 디지털 바이오경제를 달성하고자 하고 있다. 

디지털 바이오 전략을 중심으로 혁신 추진전략은 <그림 3>과 같이, 추진체계는 <그림 4>와 같이 설정하였다. 우선, 디지털 바이오 신기술/산업 창출은 IT 기술과 유전자 기술을 부품화하여 신개념 연구/산업 육성하는데 기반으로 구축하는 바이오 파운드리(Bio Foundry)를 3,000억 규모로 조성하고 있다. 바이오 파운드리는 마치, 반도체 파운드리 같이, 바이오 분야에 디지털 기술을 융합해 새로운 구조의 DNA를 설계하고, 단백질과 효소를 부품으로 이용해서 인실리코(in silico)로 가장 적합한 공정을 만들어 신규기능소재나 신 공정을 만드는 세포·미생물 생산 공장이다. 또, 생물이 만드는 수십만 개 이상의 화합물을 병렬 실험할 수 있는 재료가 되는 DNA 암호화 화합물 은행 등도 조성한다. 아울러 뇌-기계 인터페이스, 뇌 질환, 뇌 신호 기술개발/사업화를 활성화하고, 생체이식 바이오칩, 전자 인공 장기기술 및 전자 약을 개발한다. 생체 내 미생물 군집인 마이크로바이옴 건강 예방/치료제, 난치 질병의 신개념 신약개발 및  긴급한 펜더믹 감염 병의 예방/치료 약 개발로 예방/치료 의약품의 국가적 주권을 확보한다. 

디지털 바이오 기반 기술로는 분석, 제어 원천기술, 가상 화 기술 등을 확보하여 유전자 편집, 제어, 복원기술을 2배 이상 향상하고, 줄기세포 지도, 인공지능 기반 신약 플랫폼을 확보한다. 아울러 국가 바이오 데이터 공유 플랫폼을 완성하고, 기본적으로 신규 개발 분야에 관한 법, 제도정비와 디지털 바이오 인력양성과 융합연구를 활성화 시킨다. 미래 디지털바이오 인력구축 문제를 해결하기 위해서 미국 과학기술 정책국(OSP)은 미국 내 범 부처협력을 기반으로 인재 양성 계획(The Wite House, Building the Bioworkforce of the Future: Expanding Equitable Pathway into Biotechnology and Biomanufacturing Jobs, 2023.6)을 수립하고 있다. 디지털 바이오경제 시대를 이끌 인재는 앞으로 디지털 바이오경제 성공에 가장 중요한 요인이 될 것으로 판단한다. 

<맺는말> 

 지속 가능한 기술로 저공해 고효율, 저에너지의 공정을 추구하는 바이오 기술을 단지 바이오 분야 기술에만 적용할 것이 아니라, 물리, 화학, 식 의학, 환경 등 전 산업 분야로 확대해서 적용하는 바이오경제는 지금까지의 화석의존 경제에서 바이오경제로 대전환하는 계기가 되었다. 하지만, 화석의존 경제에서 수요를 감당하게 한 과잉생산 기술은 급격한 환경오염을 유발하여 발생한 기후변화로 인류의 미래가 위협받고 있다. 지구 환경변화로 발생하고 있는 감염병, 환경파괴, 농지손실 등 엄청난 재해는 지속 가능한 바이오경제 필요성을 만들었고, 현재, 지속 가능한 산업을 달성하기 위해서 심지어 CO2 가스 배출이 없는 탄소제로 산업화 기술이 요구되고 있다. 

탄소제로의 산업화 기술은 지금까지 화석의존 경제체계를 무력화하여, 늘어나는 인구(2050년, 97억 명)의 수요를 감당하기 어렵게 한다. 따라서 지속 가능한 바이오경제의 필요성은 아주 커지만, 회임기간이 길고 비용이 많이 들 뿐만 아니라 성공확률이 낮은 현재의 바이오 기술로는 난감하다. 하지만, 빠른 속도로 진화하고 있는 ICT 분야의 바이오기술을 접목하기 위해서는 모든 바이오 데이터를 디지털화하는 디지털 바이오 시스템이 만들어야만, 바이오의 근본적 문제점을 해결하여 빠른 산업화를 달성할 수 있다고 생각한다. 이미, 디지털 바이오의 기술적인 수요는 이미 많이 연구 투자되어 있고, 앞으로 투자되는 민관의 협력으로 잘 구축된다면, 수많은 놀라운 바이오 경제연구 결과가 산업화 할 수 있을 것이다. 

하지만, 디지털 바이오 연구 환경도 가까운 미래에 예상되는 가장 어려운 문제점인 인재 양성과 법적 규제 제도에 대한 면밀한 검토가 필요하다. 개발된 디지털 바이오 연구결과를 산업화하는 인재는 앞으로 많은 수요가 예상되지만, 현재로는 공급이 어려운 실정이다. 우선, 바이오와 디지털에 대해서 각각 분야의 인재도 부족하고, 2가지 전공을 동시에 이해하고 실행할 수 있는 인재는 매우 부족하여 지금부터 계획적으로 인재를 양성할 필요가 있다고 생각한다.

아울러, 법과 규제에 관해서도 구체적인 검토가 필요하다. 즉, 한 가지 이상 기술이 융합된 제품 규제가 각각 적용된 기술 분야별로 따로 법적 규제가 되지 않게 하기 위해서는 기술에 대한 R/D연구와 마찬가지로 법적 규제 연구도 동시에 수행하여야 한다. 디지털 바이오경제는 과학의 발전 속도에 힘입어 아주 빠른 속도로 진화하고 있고 산업적 성과도 이미 가시화되고 있지만, 인재, 법적 규제 문제뿐만 아니라 아직 찾아서 해결해야 어려운 장벽은 많을 것이다. 신규 창의적 과학기술 연구와 인재교육, 규제 문제 등이 동시에 발전/진화하는 연구가 이루어져야 한다. 이렇게 되어야만, 빠른 산업화와 동시에 생산되는 신 융합 상품의 안정적인 공급이 확보되어야 해당 디지털 바이오산업의 국제적 선도우위를 달성할 수 있는 성공을 할 수 있다고 생각한다. 

<ifsPOST>