바이오산업이 글로벌 최대 화두로 급부상하고 있다. 이상기후, 고령화, 기아 문제 등 인류 난제를 해결할 유망 산업으로 떠오르면서 글로벌 빅테크 등 세계 주요 기업들이 바이오산업을 미래 핵심 먹거리로 주목하고 있다.

특히 인공지능(AI)의 발전으로 바이오와 기술의 융합이 가속화되면서 바이오경제의 중요성은 더욱 커지고 있다. 경제협력개발기구(OECD)는 오는 2030년 바이오 기술이 전 산업 분야에 적용되며 글로벌 경제의 흐름을 바꿔 놓는 '바이오경제' 시대가 도래할 것으로 전망하고 있다.

이에 우리나라 정부도 바이오산업을 반도체에 이은 국가 주력산업으로 선정하고, 대규모 지원 사업을 추진하고 있다.

#바이오산업

바이오산업을 분류하는 방식은 국가 또는 기관마다 차이가 있다.  우리나라의 경우에는 2008년 국가기술표준원이 정한 '바이오산업 분류체계(2016년 개정)'에 따라 바이오산업을 8가지 대분류(바이오의약, 화학·에너지, 식품, 환경, 의료기기, 장비·기기, 자원, 서비스)와 51개 중분류로 세분화하고 있다. 반면, 다른 국가들은 대부분 그 범위를 명확히 구분하지 않고 있다.

미국에서는 여러 기관이 독자적으로 바이오산업을 구분하고 있다. 미국바이오협회는 헬스케어, 농업, 식품업 등 응용 분야별로 나누고 있으며, 미시간주 바이오 단체인 미시바이오는 북미산업분류시스템(NAICS)을 기반으로 △농업·식품 및 산업·환경 △바이오과학 제품 유통 △정보학 및 보건 IT △의료기기 및 장비 제조 △제약·치료제 △연구개발 등 6가지로 분류하고 있다.

이에 유럽 바이오 기업 연맹인 유로파바이오(EuropaBio)는 바이오산업을 레드바이오(의약), 화이트바이오(산업), 그린바이오(농업 및 식품) 등 3가지 색으로 간단히 분류할 것을 제안했다.

◆레드바이오

레드바이오는 혈액의 붉은색을 본떠 붙여진 명칭으로, 보건 및 의료 분야에 생명공학 기술을 적용한 산업이다. 질병 치료와 예방을 위한 신약·치료법(단백질 치료제, mRNA 백신) 개발부터 살아있는 유기체·세포, 생물학적 시스템을 사용해 질병 극복 및 건강증진을 목표로 개발된 제품·서비스 등을 포함한다.

이러한 레드바이오는 기존 의약품의 한계를 극복하기 위해 개발됐다. 기존 의약품은 다양한 화학 물질을 인공적으로 배합해 제작돼 환자에 따른 맞춤 치료가 어렵고 근본적인 치료에 한계가 있었으나, 레드바이오는 미생물 세포나 배양된 조직세포 등을 활용해 의약품을 제조하므로 맞춤형 치료가 가능하다.

글로벌 시장조사기관 비전리서치리포트에 따르면 세계 레드바이오 시장 규모는 2023년 약 4,927억 4,000만 달러로 추산되며, 올해부터 2033년까지 연평균 성장률(CAGR) 10.64%로 성장해 2033년에는 약 1조 3,543억 8,000만 달러에 이를 것으로 전망된다.

◆화이트바이오

화이트바이오는 생명공학 기술을 산업 공정에 적용해, 기존 석유 기반의 산업구조에서 탈피하는 동시에 화학 공정의 효율성 향상과 환경 보호를 목표로 하는 분야다.

한국과학기술기획평가원에 따르면 화이트바이오는 크게 △미생물, 효소, 식물, 폐원료 등을 이용해 재생 가능 연료를 생산하는 바이오 에너지(바이오디젤, 바이오에탄올) △원유와 천연가스 기반의 석유화학 소재를 대체할 수 있는 바이오화학 소재(생분해성 플라스틱, 바이오폴리머) △온실가스 또는 바이오매스 속 탄소 자원을 에너지 및 화학 산업 원료로 활용하는 바이오탄소(탄소포집 및 저장기술) 등 세 가지 분야로 분류할 수 있다.

최근 화이트바이오는 지구 온난화 등 기후변화에 대응하기 위한 대안으로도 주목받고 있다. 화학적 생산 방식이 아닌 '바이오 공정' 방식을 사용함으로써 제조 과정에서 이산화탄소 발생을 최소화하고, 생산 원료에서 나오는 바이오매스가 이산화탄소를 흡수해 탄소 중립에 기여할 수 있기 때문이다.

OECD는 2030년 세계 바이오 시장에서 화이트바이오가 차지하는 총 부가가치 비중이 39%에 이를 것으로 전망했으며, 레드바이오 및 그린바이오 비중보다 높을 것으로 내다봤다. 

◆그린바이오

그린바이오는 농업 및 식량 분야에 생명공학 기술을 적용해 농업 생산성 향상과 환경 보호를 도모하는 산업이다. 유전자 변형 작물(GMO), 스파트팜 기술, 바이오 비료 및 농약, 오염 물질을 분해하거나 제거하는 미생물·식물을 이용한 생물복원 등이 포함된다. 최근에는 기후변화에 대응하기 위한 새로운 육종 기술 개발연구도 활발히 이뤄지고 있다.

글로벌 빅테크 기업들이 AI 신약 개발 등 바이오산업에 공격적인 투자를 확대하고 있다. 대표적으로 AI 반도체 선도주자인 엔비디아는 지난해 AI 신약 개발 벤처기업 '리커전파마슈티컬스'에 약 5,000만 달러를 투자했으며, '수퍼루미날메디슨'의 3,300만 달러 규모 시드 라운드에도 참여했다.

또한 올해에는 'JP모건 헬스케어 컨퍼런스'(JPMHC)에서 AI 신약 개발 플랫폼 '바이오니모'(BioNeMo)를 선보였다. 바이오니모는 바이오 데이터를 활용해 단백질 구조 예측과 서열 생성, 분자 최적화, 결합구조 등 신약 개발에 필요한 파운데이션 모델을 제공하는 생성형 AI 플랫폼이다. 바이오니모를 활용하면 제약사들은 시행착오를 줄이고, 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

구글은 AI 신약 개발 스타트업 '아이소모픽랩스'를 통해 바이오 사업을 진행하고 있다. 올해 초 아이소모픽랩스는 글로벌 대형 제약사 일라이릴리 및 노바티스와의 전략적 협력을 발표했다. 일라이릴리와는 다중 표적 연구를, 노바티스와는 소분자 치료제 발견을 목표로 공동 연구개발을 추진하기로 했으며, 계약 규모는 각각 최대 17억 달러와 12억 달러에 달한다.

바이오 기술을 둘러싼 주도권 경쟁이 치열해지면서 국내 기업들도 바이오 분야로의 사업 다각화에 박차를 가하고 있다. 특히 레드·화이트·그린바이오 등 미래 바이오 기술 확보와 기반 구축에 속도를 내고 있다.

◆삼성바이오로직스

삼성바이오로직스는 차세대 바이오 기술로 떠오르는 항체-약물 접합체(ADC)를 통해 레드바이오 사업을 전개하고 있다. ADC는 특정 항체에 약물 및 링커를 결합해 만든 표적 항암 치료제로, 암세포 등 특정 목표 세포만을 공격하도록 설계됐다.

현재 삼성바이오로직스는 세계 최대 규모의 단일 항체 생산시설인 바이오캠퍼스 1, 2와 인접한 위치에 ADC 의약품 생산시설을 건설 중이다. 해당 시설의 생산 규모는 최대 500L이며, 연내 준공을 마치고 올해 말 본격적인 생산이 시작될 것으로 보인다. 

또한 삼성바이오로직스는 1500억 원 규모의 삼성 라이프 사이언스 펀드를 통해 ADC 기술을 보유한 국내외 바이오 기업에 대한 투자도 진행하고 있다. 실제로 삼성바이오로직스는 지난해 삼성물산과 함께 스위스 바이오 기업 '아라리스 바이오텍'(Araris Biotech)과 국내 신약 개발 전문 기업 '에임드바이오'(AimedBio)의 투자사로 참여했다. 투자금은 양사의 ADC 후보물질 개발 지원에 사용될 예정이다.

글로벌 시장조사기관 마켓앤마켓에 따르면 ADC 시장 규모는 2023년 약 97억 달러에서 연평균 15.2%로 성장해 오는 2028년에는 198억 달러에 이를 것으로 추산된다.

◆효성

효성은 화이트바이오 산업에 집중하며, 친환경 바이오 소재를 기반으로 글로벌 시장 공략을 강화하고 있다.

그동안 효성은 친환경 첨단 소재를 통해 원천기술을 개발해 왔으며, 지난해에는 미국생명공학 전문 기업 '제노'(Geno)와 기술 제휴를 맺고 화이트바이오 산업의 핵심기술을 확보했다.

이를 바탕으로 효성은 최근 베트남 바리우붕따우성 정부로부터 연산 20만 톤 바이오 부탄다이올(BDO) 공장을 신설하는 총 1조 원 규모의 투자를 승인받았다. 바이오 BDO는 사탕수수나 옥수수에서 얻은 당을 발효시키는 발효시켜 제조하는 화학소재로, 스판덱스 섬유, 자동차내장재(TPU), 포장재, 생분해성 수지 등이 포함된다.

◆GS칼텍스

GS칼텍스는 탄소 중립과 에너지 전환 대응 등 미래 환경 변화에 대응하기 위해 화이트바이오 생태계 구축에 주력하고 있다.

2007년부터 바이오 화학 사업을 미래 핵심 성장 동력으로 삼고, 재생 가능한 식물자원을 활용한 화학 제품의 생산 기술 개발에 착수했으며, 장기간의 연구 끝에 화이트바이오 혁신 원료 '2,3-부탄다이올'을 개발했다.

자연계에서 식물의 뿌리나 흙을 통해 쉽게 찾아볼 수 있는 2,3-부탄다이올은 석유계 폴리올을 대체할 수 있는 천연 원료로 잘 알려져 있으나, 그간 대량 생산의 한계에 부딪혀 왔다. 이에 GS칼텍스는 2,3-부탄다이올을 대규모로 생산할 수 있는 친환경 바이오 공정 및 기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.

특히 2,3-부탄다이올 생산공정은 GMO(유전자변형생물체)를 전혀 사용하지 않는 친환경 공법을 사용해 국제적인 친환경 인증을 획득했으며, '그린다이올'이라는 독자적 브랜드를 론칭해 국내외 유명 화장품 브랜드에 공급하고 있다.

아울러 GS칼텍스는 LG화학과 공동으로 개발 중인 생분해성 플라스틱 원료 '3-하이드록시프로피온산'(3HP)의 상용화 작업에도 박차를 가하고 있다. 앞서 GS칼텍스는 지난해 10월 "LG화학과 협력해 개발 중인 3HP 시제품을 2024년 1분기부터 본격적으로 생산해 상업화에 나설 것"이라고 발표한 바 있다.

◆CJ제일제당

CJ제일제당은 레드바이오부터 화이트바이오, 그린바이오까지 다양한 바이오 사업을 펼치고 있다.

지난 2022년 CJ제일제당은 마이크로바이옴 전문 기업 '천랩'을 인수해 레드바이오 전문 자회사 'CJ바이오사이언스'를 출범했으며, 네덜란드 유전자치료제 위탁개발 생산 업체인 '바타비아 바이오사이언스'의 지분 인수를 통해 레드바이오 사업에 본격적으로 진출했다.

이후 CJ바이오사이언스는 자체 개발한 4건과 신약개발 기업 4D파마에서 인수한 11건을 포함해 총 15개의 '마이크로바이옴' 신약 파이프라인 확보에 성공했다. 마이크로바이옴은 미생물(Microbe)과 생태계(Biome)를 합친 용어로, 사람의 몸 속에 존재하는 수십 조 개의 미생물과 유전자를 말한다.

화이트바이오 분야에서는 100% 해양 생분해 플라스틱 PHA 생산 기술을 보유하고 있다. 국내 최초로 해양 생분해 인증을 획득하기도 했다.

마지막으로, 그린바이오 분야에서는 '베스트아미노'(BEST AMINO) 브랜드를 통해 친환경 사료용 아미노산을 생산·공급하고 있다. CJ제일제당의 사료용 아미노산에는 트립토판, 쓰레오닌, 라이신, 메치오닌, 발린, 알지닌, 이소류신, 히스티딘 등 8종이 있으며, 이 중 트립토판, 알지닌, 이소류신은 글로벌 시장 점유율 1위 자리를 차지하고 있다.

바이오산업이 첨단 기술 발전과 함께 급성장하면서 주요국들의 글로벌 패권 경쟁이 치열해지고 있다. 실제로 미국·유럽·일본·중국 등은 바이오를 국가 전략 분야로 지정하고 기술 역량 강화 및 주도권 확보에 박차를 가하고 있다.

이에 국내 정부도 바이오를 차세대 주력산업으로 정하고 R&D 투자를 확대하는 등 첨단바이오 선도국과의 기술격차를 축소하기 위해 노력하고 있다.

산업통상자원부에 따르면 글로벌 바이오 시장 규모는 2021년 기준 약 2,500조 원으로 성장했으며, 이는 우리나라 3대 수출산업(자동차, 반도체, 석유화학)의 글로벌 시장 규모 합과 유사한 수치다.

우리나라는 2020년 '바이오산업 혁신 정책방향 및 핵심과제'를 발표하며 바이오산업에 대한 본격적인 대책 마련에 착수했다. 이 일환으로 2022년 윤석열 정부는 바이오산업을 반도체, 디스플레이, 양자 등과 함께 12대 국가전략기술로 선정하고 5년간 25조 원 이상 투자하는 '국가전략기술 육성방안'을 마련했다.

올해 4월에는 대통령 직속 국가과학기술자문회의 주재로 열린 관계부처 합동 '6차 국가과학기술자문회의 전원회의'에서 첨단바이오 선도국 도약을 위한 '첨단바이오 이니셔티브'를 심의·의결했다. 첨단바이오 이니셔티브는 바이오 가치사슬 강화와 레드·화이트·그린바이오 분야의 집중 육성을 핵심으로 한다.

구체적으로 정부는 △디지털 바이오 육성(바이오데이터 확보, 바이오 디지털 플랫폼 구축) △바이오 제조혁신(바이오 융합 신산업 창출, 바이오 파운드리, 바이오소부장) △바이오 의료기술 혁신(유전자 조절·편집 기술, 차세대 유전자 가위, 세포치료제) 등을 주요 과제로 선정했다.

이와 더불어 인프라 구축을 위해 바이오 선도국과의 글로벌 협력을 강화하고 선제적 법·제도 기반도 마련해 나가기로 했다. 특히 정부는 국가전략기술육성법(첨단바이오 4대 전략기술분야 지정) 제정과 생명공학육성법 개정(바이오 미래 유망기술 지정 및 사업화·표준화 지원)을 추진한다는 계획이다.

◆과학기술정보통신부

과학기술정보통신부(과기정통부)는 바이오 기술 혁신을 위한 원천기술 확보에 주력하고 있다. 제4차 생명공학육성 기본계획에 따르면 과기정통부는 바이오 분야 기술 수준을 2020년 77.9%에서 2030년 85%로 높이고, 국내 바이오산업 생산 규모를 43조 원에서 100조 원으로 확대하는 것을 목표로 하고 있다.

이를 위해 과기정통부는 올해 바이오·의료기술 개발사업의 시행계획을 확정하고 5,421억 원을 투자하기로 했다.

투자금은 합성생물학, 첨단뇌과학 등 첨단바이오 전략기술 및 미래 유망기술의 선제적 확보와 디지털 기반 연구 생태계 조성 등에 가장 많은 금액인 3,612억 원이 배정됐다. 나머지 예산은 신약‧의료기기·재생의료 등 바이오 핵심산업 육성에 1,518억 원, 글로벌 연구협력 협력 확대에 291억 원, 합성생물학 등 핵심기술 확보를 위한 신규사업에 219억 원을 투입하기로 했다.

황판식 과기정통부 기초원천연구정책관은 "디지털과 바이오 융합의 시대에 본격적으로 진입하고 있으며, 글로벌 기술패권 경쟁이 심화되면서 첨단바이오 기술의 전략적 중요성이 증대되고 있다"라며 "과기정통부는 바이오 기술이 국민건강 증진뿐만 아니라, 글로벌 난제 해결에 기여하고 신기술·신산업 창출을 통한 미래 성장동력으로 이어질 수 있도록 지속적으로 지원해 나갈 것"이라고 강조했다.

◆산업통상자원부

산업통상자원부(산업부)는 바이오 공급망 확보 중요성이 커짐에 따라 바이오제조 분야에서의 초격차 기술 확보 등 다양한 지원책을 마련하는 데 집중하고 있다. 

최근 산업부는 세계 1위 바이오 의약품 제조 허브로 거듭나기 위한 '바이오제조 혁신전략'을 발표했다. 해당 전략에 따르면 정부는 2030년까지 바이오 의약품 생산 15조 원·수출 100억 달러를 달성하고, 글로벌 첨단바이오의약품 CDMO(위탁개발생산) 기업 5곳과 5대 글로벌 바이오소부장 기업을 육성한다는 목표다.

이를 위해 산업부는 올해부터 2030년까지 6년간 첨단바이오 제조 기술 확보, 바이오소부장 생태계 조성, 산업 기반 구축, 글로벌 진출 지원에 2.1조 원의 예산을 투입하고, 17.7조 원의 민간투자를 유도하기로 했다. 

또한 첨단바이오 생산공정 고도화와 상용화를 가속화하기 위해 '한국판 BioMADE' 프로젝트를 추진하고, 미국 첨단바이오제조혁신센터 등과 협력해 글로벌 바이오 제조 혁신플랫폼을 구축하기로 했다.

안덕근 산업부 장관은 "바이오는 제2의 반도체산업으로 성장할 미래 먹거리이자 보건·안보를 위한 필수산업"이라며 "바이오 제조 혁신플랫폼 구축 및 소부장 생태계 조성을 통해 국내 바이오제조 산업의 발전을 적극 지원하겠다"라고 말했다.