대형연구시설의 의의와 특징 및 정책이슈

권기석 (’13.8.1.)

□ 대형연구시설의 개념과 유형

○ 대형연구시설과 관련된 기존의 선행 연구들의 경우 주로 대형연구시설의 정의 및 개요, 분류 등 현황제시 및 어떠한 대형연구시설에 우선적인 투자를 해야 하는지에 대한 우선순위 선정 등에 초점이 맞추어져 있음

○ 대형연구시설의 개념에 있어서 대형과 연구시설의 의미는 연구자에 따라 다양하게 정의될 수 있다. 즉, 대형에 있어서 얼마나 커야 대형인지, 시설에 있어서 이동성이나 공간에 대한 구체적 개념 정의가 필요

○ 국가과학기술위원회(2012)는 일반적인 정의를 제시하였는데, 대형연구시설(Large Research Facilities)을 ‘첨단 과학기술분야에서 뛰어난 성능으로 다양한 연구에 활용됨으로써 해당분야에 중요한 영향력을 발휘할 수 있는 대학 및 연구소 등에 구축된 대규모 연구시설’로 정의하고 있음. 이때 ‘대형’이란 50억 이상의 구축비용에 복잡성, 위험도, 기간 등의 개념적 요소가 추가될 수도 있음 이 때 ‘연구시설’이란 건물과 구별되는 이동하기 어려운 연구장비 또는 설비를 갖춘 독립적 공간을 의미함. OECD(2002)는 “물리, 화학, 바이오, 천문, 지구환경, 해양, 우주, 항공 등에 사용되는 거대과학(Mega-Science)에 필요한 첨단 고가시설 및 장치”로 규정하고 있는데 이는 과학의 분야별 특성을 고려한 정의로 볼 수 있음

○ 한편 유사한 개념으로서 핵심연구장비(Core Research Equipment)가 있음. 기초과학연구원은 이를 ‘국제과학비즈니스벨트에서 세계 최고수준의 기초과학 연구 및 발전을 위해 필수적으로 구축해야하는 공동활용 목적의 고가 연구장비(연구시설 포함)'로 정의하고 있음. 핵심연구시설·장비는 과학기술 하부구조를 지탱하는 과학기술의 창출기반으로 연구개발 수행에 있어서 반드시 필요한 핵심요소로서, 연구개발(R&D)의 3요소인 연구과제, 연구인력, 연구시설·장비를 필수요소로 하고 있다. 핵심연구장비 정의에 부합하고 특정분야에 국한되지 않은 광범위한 기초과학연구 분야에서 활용 가능한 미래수요까지 예측하여 연구시설·장비의 구축이 절대적으로 필요하며, 미국․EU․영국 등 주요 선진국들은 중장기적인 연구시설․장비 로드맵을 수립하고 주기적으로 이를 지속적으로 수정‧보완하고 있음

○ 라테나우연구소는 대형연구시설에 대하여 보다 학술적인 정의와 설명을 제시함 (Rathenau Institute, 2009). 이에 따르면, 건물과 장비 등 자본유관항목, 연구자와 실험실 등 지식유관항목, 사무실 및 보조직원 등 지식무관항목 등 세 가지 관점을 유기적으로 연계하여 정의할 수 있음. 즉, 대형연구시설은 수많은 연구장비가 하나의 통합된 시설로서 결합할 수 있고, 정보통신기술의 발전에 따라 지리적으로 분산되거나 가상적일 수도 있는 복합자본자산(complex capital asset)이라는 것임. 또한 대형연구시설은 과학적 연구과정의 일부이며 과학을 위한 도구(tools for science)이면서 과학의 도구(tools of science)이기도 함. 즉 대형연구시설이 단순히 과학적 사실을 밝혀내는 수단으로서의 역할만 하는 것이 아니라 과학의 방법과 관리, 조직을 결정하는 역할까지 한다는 것임

○ 국가과학기술위원회(2012)는 대형연구시설의 유형에 대하여 언급하고 있는데, 구성요소에 따라 가속기나 수퍼컴퓨터와 같은 장비기반형, 해양공학수조와 같은 특수한 연구환경을 제공하는 환경조성형으로 나누고 있음. (국가과학기술위원회, 2012). 또한 이동성에 따라 핵융합로와 같은 고정형, 쇄빙선과 같은 이동형이 있다고 함

○ 한편 대형연구시설의 형태에 따라 네 가지 유형으로 분류되기도 함 (Rathenau Institute, 2009)

- 첫째, 단일시설(single-site facility)로서 물리적으로 단일한 위치에 있는 하나의 장비 또는 장비들의 집합체임

- 둘째, 분산시설(distributed facility)로서 분산된 장비나 이들의 네트워크로 함께 모여 하나의 대형연구시설을 구성함

- 셋째, 이동시설(mobile facility)로서 과학연구용으로 특수 설계된 차량이나 선박이 있음

- 넷째, 가상시설(virtual facility)로서 가상천문대(virtual observatory)와 같이 정보통신기술이나 인터넷을 기반으로 한 과학연구시스템이 있음

□ 대형연구시설의 중요성

○ 최근 연구개발의 규모와 비용이 증대되면 대형연구시설의 중요성이 증가하고 있음. 특히 연구장비의 비용이 증가하면서 경제학자들이 언급하는 자본 대비 노동의 비율과 유사한 연구시설 대비 연구인력의 비율이 연구개발에 있어 중요한 영향을 미친다는 것임 (Stephan, 2012). 즉, 우수한 연구시설의 활용이 연구개발의 성공 여부와 질적 수준에 결정적인 역할을 한다는 것임. 따라서 기존 과학기술 패러다임을 바꿀 수 있을 정도로 독창적이고 획기적안 연구성과의 창출이 가능함

우리나라에서 거대과학기술은 정책적으로 12개 분야, 즉 우주, 천문, 기상, 해양, 극지, 생명, 원자력, 핵융합, 가속기, IT, 기계, 건설교통 등으로 구성되어 있음. 노벨상 수상 81%, 진보적 연구결과 63%가 연구시설·장비를 통해 산출되고 있음(NSF, 1997)

○ 국가적으로 보았을 때, 대형연구시설은 과학기술의 하부구조를 지탱하는 창의적 지식생산의 핵심요소라고 할 수 있음. 지식의 지평을 확장하는 세계적인 과학적 성과 창출 뿐 만 아니라 경제적으로도 전후방 연관효과를 통해 기존산업의 경쟁력을 강화시키고 신산업과 연계되어 새로운 일자리를 창출하기도 함(국가과학기술위원회, 2011). 또한 기존기술에 대한 근본적이고 혁신적 해결책을 유발하여 新산업 창출의 촉매제로 작용할 수 있음

○ 이러한 대형연구시설은 국내적으로 기업, 대학, 정부 간의 공동연구 활성화를 통해 협력 및 융합연구의 거점으로서 활용될 뿐 만 아니라 방대한 연구 데이터의 축적으로 통해 다수의 연구자를 지원할 수 있음. 따라서 국내 고급인력 유출 방지와 동시에 해외 고급인력의 효과적인 유치와 활용이 가능하며 국제 연구개발 협력 및 공동 참여가 가능해 짐. 국제적으로는 첨단 대형의 공동연구 프로젝트의 수행을 통해 중요한 과학적 문제에 도전할 뿐 만 아니라 선진국 과학자들의 노하우 전수의 장이 되기도 함. 이를 통해 세계 최첨단 연구 성과를 목표로 하기 때문에 과학기술분야의 국제적 리더십을 발휘할 수 있는 기회를 제공함

최근 노벨상은 최고의 연구장비를 기본으로 과학인재의 열정과 노력으로 수상 : 가속기를 이용한 T.Maskawa(일본, 2008년) 외 49명, NMR(핵자기공명) 등 고자기장환경을 이용하여 R.Ernst(스위스, 2003년) 외 33명이 노벨상을 수상함

EU 20개국의 공동으로 구축한 유럽원자핵공동연구시설(CERN)의 거대강입자가속기 (Large Hadron Collider)를 통해 ‘힉스 입자(Higgs Boson) 추정 물질’ 발견 사례가 있음

□ 대형연구시설의 특성(비용, 접근성, 공간)과 연구개발

○ 대형연구시설은 다음과 같은 특징을 지니고 있음

- 대형연구시설은 신규투자, 업그레이드 및 대체투자의 규모가 개별연구자나 기관의 역량을 넘어서거나 특별한 재정지원프로그램이 필요한 경우가 많음

- 일부 대형연구시설들은 국가 내에서나 세계적으로 독특한 시설로서, 신규구축비용이 과다하거나 이용자의 수요가 아주 많지 않아 해당 국가에서 하나만 존재하는 시설들임. 이러한 시설은 특수한 공공의 목적에 부합하거나, 관련 연구의 유형상 해당국가가 타 국가의 시설에 의존할 수가 없어 자국에 구축되어야 하는 특징을 가짐

○ 대형연구시설 구축의 비용은 연구의 진행방식에 큰 영향을 미침. 국제열핵융합원자로(ITER, international Thermonuclear Experimental Reactor)나 초거대 망원경 (OWL, Overwhelmingly Large Telescope)과 같이 막대한 비용이 투입되는 연구프로젝트인 경우 국제협력으로 이루어지기도 한다. 실제로 미국은 비용이 어마어마하게 들어가는 천문대 건설 프로젝트에 대한 국제 비용분담의 원칙을 강조하고 있음 (NRC, 2001)

○ 대형연구시설에 대한 접근성도 연구개발에 있어 중요한 영향을 미침. 접근성은 지리적, 비용적, 제도적 관점에서 생각해 볼 수 있음. 지리적 접근성은 거리가 멀거나 국외에 위치한 경우 제한될 수 있으므로 연구시설의 활용도를 높이기 위해서 적절한 입지(location)를 고려해야 함. 또한 대학원생이나 신진연구자들에 연구시설이 개방될 수 있도록 제도적 개선을 고려해야 함

○ 대형연구시설의 공간 또한 과학기술 프로젝트의 성공에 중요한 요인이 됨(Stephan, 2012). 연구시설에는 최소한의 물과 전기가 공급되어야 하며, 경우에 따라 청정실, 무진동실, 특별한 배기장치 등이 필요한 경우가 있음. 연구자 또한 연구실을 배정받으며 연구책임자의 연구공간은 팀 규모에 영향을 미치며 연구 성과와 연계됨. 다음 그림은 미국의 분야별 대학 연구시설의 할당 공간의 변화를 보여주고 있음. 다른 분야에 비하여 생물학, 생의학, 보건 및 임상과학 분야의 공간 확대가 두드러지고 있음

<그림> 미국의 대학 연구소의 순수 연구할당공간의 추이 (1988년-2007년)

※ 출처 : Stephan (2012), p.197.

○ 대형연구시설의 특징이 다음과 같이 일곱 가지로 정리된 바 있음 (Rathenau Institute, 2009)

- 첫째, 대형연구시설의 투자규모는 개별연구자나 기관, 재정지원 프로그램의 역량을 넘어섬. 따라서 국가적인 차원의 예산관리 및 시설운영이 요구되는 경우가 많음

- 둘째, 대형연구시설은 잠재적 학습효과, 네트워킹효과, 클러스터 효과를 가짐

- 셋째, 대형연구시설은 자체적인 연구그룹과 행정인력들로 구성됨

- 넷째, 대형연구시설은 제도적 기반이 마련되어 있어 다양한 관련 당사자들의 역할과 정기적 평가, 소유권, 예산제도 등에 대한 자체적 관리체계를 가지고 있음

- 다섯째, 대형연구시설은 지역적 성향보다는 국가적, 국제적인 차원에서 인적, 재정정, 물리적 기반을 두고 있음

- 여섯째, 일부 대형연구시설은 국가적, 국제적으로 매우 희귀한 시설로서 구축비용이 과다하거나 수요가 많지 않아 해당국에만 존재하는 시설인 경우가 있음

- 마지막으로, 유료 또는 무료로 외부이용자들의 접근이 가능하다는 점이 지적될 수 있음

□  대형연구시설의 역할

○ 대형연구시설의 역할은 과학적 역할, 인적자본, 경제적 역할, 사회적 역할 등 크게 네 가지로 정리될 수 있음 (Rathenau Institute, 2009). 첫째, 과학적 역할로서 다양한 시설들을 하나의 대형연구시설 네트워크에 연계시킴으로서 연구자들은 수행되는 관찰과 실험의 횟수를 급격하게 늘릴 수 있음. 이를 통해 연구의 범위를 획기적으로 확대할 수 있다. 한편 인력과 전문성, 과제를 한곳에 집중시켜 연구를 통합하고 특히 다학제 연구에서 강점을 발휘할 수 있음

○ 둘째, 대형연구시설에 있어서 사회적 자본은 과학자 자체의 네트워크 뿐 만 아니라 기업과 정부단체, 시민사회 등으로 확장되며 일반사회에 영향을 미치는 데에 중요한 역할을 함. 이는 관련 당사자들의 학습과정과 지식공유를 촉진하는 촉매 역할을 함. 특히 사회적 자본을 통한 인적자본의 축적이 대형연구시설에 중요함. 이를 통해 대형연구시설에 유능한 연구자들이 모이게 되고 인력을 훈련시키며 선구적 연구를 수행할 수 있도록 해줌

○ 셋째, 경제적 역할로서 먼저 한 국가 내에 대형연구시설이 구축되면 지역 및 국가경제에 혜택을 미침. 고용창출에 있어서 일시적으로는 시설의 건설과 개발에 따른 일자리 창출임. 장기적으로는 시설에 근무하는 인력인 과학자, 직원과 시설에 서비스를 제공하는 업체의 일자리를 창출하며 이차적으로는 시설의 인력과 이용자들이 주택 등 지역의 서비스를 활용하면서 창출되는 일자리가 있음

○ 넷째, 대형연구시설은 사회가 직면하는 문제들에 대한 지식과 이해를 증대시킴. 예를 들면 의학연구에서 부터 지속가능한 생태계, 기후, 생물다양성 등에 대한 연구를 심화시킴. 간접적으로는 다양한 사회혁신에 기여하는데 사회혁신이란 공공영역에서 활로를 찾는 새로운 제품과 서비스, 개념 등을 의미함. 1930년에 구축된 로렌스버클리방사선연구소의 사이클로트론이 암과 같은 질병을 발견하고 치료한 것을 그 예로서 들 수 있음. 또한 과학의 소통과 교육 등 과학대중화에 중요한 역할을 함. 이러한 시설은 대중들이 과학을 친숙하게 느끼게 하며, 차대세 과학자의 영감을 자극함

□ 대형연구시설 관련 이슈

○ 대형연구시설과 관련된 쟁점을 다음과 같이 제시할 수 있음 (Stephan, 2012). 첫째, 형평성의 문제를 제기할 수 있음. 대형연구시설에 대한 접근성이 개선되면서 광범위한 연구자의 접근이 가능해져서 연구자간 형평성이 개선되었다고 볼 수 있음. 그러나 대형연구시설의 구축비용이 기하급수적으로 증가하고 연구결과의 질과 양에 미치는 영향이 극대화되면서 형평성에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 높아지고 있음. 특히 공공부분 연구자의 경우 재정적인 한계로 기업의 연구자에 비해 상대적으로 열악한 연구시설에서 연구할 가능성이 높음. 이는 상업성이 큰 생명공학 분야에서 두드러짐

○ 둘째, 대형연구시설 구축에 대한 시장의 경쟁과 가격이 알려져 있지 않음. 즉, 독점적인 시장구조가 형성되어 있을 가능성이 큼. 따라서 이 시장의 효율성을 확보하기 위해서 다양한 시장정보의 공개와 독점구조에 대한 개선이 필요함. 특히 시설 및 장비의 공급이 어떻게 이루어지며 가격 설정에 대한 세부정보가 제시되어야 함

○ 셋째, 매몰비용의 문제가 있음. 초대형연구시설의 경우, 막대한 자원이 필요로 하며 이미 투입이 진행되는 경우 매몰비용이 크기 때문에 투자결정에 있어 신중하고 과학적인 접근을 할 필요가 있음. 이러한 투자가 과연 다른 연구개발분야에 대한 지원을 축소하거나 늘리지 않으면서 할 만한 것인지에 대한 심도 있는 의견수렴과 분석이 필요함