[글로벌레포트] WEF가 주목한 2024년 글로벌 혁신을 이끌 10대 신흥 기술

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세계 10대 기술은 어떻게 선정될까?

10대 신흥 기술 보고서에는 WEF(World Economic Forum, 세계경제포럼)의 글로벌 미래 협의회 네트워크(Global Future Councils Network)와 대학, 연구 네트워크, 최고의 전문 기관에서 초빙된 2,000명 이상의 편집장으로 구성된 프런티어 네트워크, ‘10대 신흥 기술’ 운영 그룹 구성원들이 선정 과정에 참여했습니다. 29개국에서 300개 이상의 기술 후보군을 추출해 운영 그룹에서 참신성(Novelty), 적용 가능성(Applicability), 깊이(Depth), 역량(Power)을 기준 삼아 기술을 검토하고 이에 부합하는 10가지 기술을 선정했습니다. 선정된 10대 기술은 마지막으로 글로벌 시장조사기관인 CB인사이트(CB Insights)의 데이터를 활용해 특허 출원, 자금 동향, 지리적 상황 등을 고려한 추가 평가를 거쳐 보고서로 완성됩니다.

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① 과학적 발견을 위한 AI: 지식의 새로운 지평 개척

-필진– · Olga Fink: Assistant Professor, Intelligent Maintenance and Operations Systems, Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne · Thomas Hartung: Professor, Bloomberg School of Public Health, Johns Hopkins University · Sang Yup Lee: Senior Vice-President, Research; Distinguished Professor, Korea Advanced Institute of Science and Technology · Andrew Maynard: Professor, School for the Future of Innovation in Society, Arizona State University

최근 딥러닝 기술과 생성형 AI 및 기초 모델의 발전으로 과학 연구 분야의 혁신이 진행 중입니다. 과학자들은 학술 문헌을 채굴하기 위해 LLM(large language models, 대형언어모델)을, 새로운 가설을 브레인스토밍할 땐 AI 챗봇을, 대량의 데이터 분석에는 AI 모델을 활용합니다. 또한 이들은 AI와 로봇 공학 기술을 실험실 기반 연구와 통합해 연구를 혁신적으로 가속할 방법을 모색하고 있죠.

이러한 AI의 발전은 질병의 진단과 치료, 예방, 신소재 개발에 도움이 되고 있으며, 생물학에 대한 이해 확대를 통해 생명과학 발전 기반이 되기도 합니다. 예를 들어 단백질 구조 예측 문제를 해결한 구글 딥마인드의 Alphafold(알파폴드)의 등장 이전에는 실험 데이터를 기반으로 단백질 구조를 구축했다면, 이제는 Alphafold가 예측한 단백질 구조 모델로부터 시작해, 이를 검증하는 형식으로 바뀌게 됐습니다.

연구자들은 AI가 향후 몇 년간 과학적 발견 프로세스의 모든 부분을 변화시킬 것으로 예측합니다. 그렇지만 여전히 AI가 야기할 수 있는 윤리적 문제, 생성형 AI 콘텐츠의 소유권과 저작권 문제 등 해결해야 할 숙제들이 남아 있죠. 또한, AI 발전에 필요한 에너지 소비와 자원 추출로 인한 환경 변화도 고려해야 합니다

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② 프라이버시 강화 기술: 대규모 글로벌 협업 강화

-필진– · Olga Fink: Assistant Professor, Intelligent Maintenance and Operations Systems, Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne · Lisette van Gemert-Pijnen: Professor, Persuasive Health Technology, University of Twente · Dongwon Lee: Professor, Pennsylvania State University · Andrew Maynard: Professor, School for the Future of Innovation in Society, Arizona State University · Bastiaan van Schijndel: Innovation Manager, ZORGTTP

AI 발전이 데이터의 가치를 변화시키고 있습니다. 다양하고 방대한 데이터는 AI와의 연계를 통해 새로운 혁신을 불러옵니다. 그러나 AI를 통한 빅데이터 활용이 실효를 거두기 위해서는 개인 정보 보호, 보안 및 데이터 주권을 보호하는 효과적인 데이터 공유∙활용 기술이 필수적입니다. 제대로 된 데이터 보호 기술이 없다면 민감한 데이터 공유가 제한될 수밖에 없죠.

최근 몇 년간 이 문제를 해결하기 위해 Synthetic Data(합성데이터)와 Homomorphic Encryption(동형암호화) 기술에 대한 업계의 관심이 높아졌습니다. Synthetic Data는 데이터를 복제할 때, 개인이나 관련 조직, 정부 등과 연결되는 특정 정보가 제외됩니다. Homomorphic Encryption는 Raw Data(원본 데이터)를 직접 액세스하지 않고도 암호화된 데이터를 분석할 수 있죠. 이러한 기술의 발전으로 민감한 데이터 작업에 대한 많은 제한을 줄이고 생물학적 현상, 건강 관련 연구, AI 모델 교육 등 다양한 분야에서 글로벌 데이터 공유와 공동 연구의 가능성이 커지고 있습니다.

그렇지만 Synthetic Data는 Edge Case(엣지 케이스)*에 대한 데이터나 Outlier(이상치)*를 표현하기 힘들고, 두 기술 모두 여전히 공유된 데이터를 통해 원본의 민감한 데이터를 재구성할 수 있는 가능성이 존재하기 때문에, 기술의 추가적인 개선과 더불어 데이터 공유 관련 정책 도입이 필수적입니다.

*Edge case: 알고리즘이 처리하는 데이터의 값이 알고리즘의 특성에 따른 일정한 범위를 넘을 경우에 발생하는 문제

*Outlier: 본체에서 분리되거나 따로 분류되어 있는 물건, 표본 중 다른 대상들과 확연히 구분되는 통계적 관측치

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③ RIS(Reconfigurable Intelligent Surfaces): 무선 연결의 혁신

-필진– · Mohamed-Slim Alouini: Al-Khwarizmi Distinguished Professor, Electrical and Computer Engineering, King Abdullah University of Science and Technology · Joseph Costantine: Associate Professor, Electrical and Computer Engineering, American University of Beirut · Marco Di Renzo: CNRS Research Director, Laboratory of Signals and Systems (L2S), Paris-Saclay University · Javier Garcia-Martinez: Professor, Chemistry and Director, Molecular Nanotechnology Lab, University of Alicante

전 세계적으로 더 빠른 데이터 속도, 지연 시간 단축 및 에너지의 효율적 연결에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 2030년까지 6G가 출시될 것이라는 기대가 높아지면서 이러한 수요를 더욱 강화할 것으로 예상됩니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 미래 네트워크는 향상된 용량과 연결성, 그리고 환경 지속 가능성에 중점을 두어 설계될 필요가 있습니다.

RIS(Reconfigurable Intelligent Surfaces, 재구성 가능한 지능형 표면)는 메타물질, 스마트 알고리즘 및 고급 신호 처리를 사용해 일반 벽과 표면을 무선 통신을 위한 지능형 구성 요소로 전환합니다.
Smart Mirror(스마트 거울)와 유사하게 RIS는 전자기파의 정밀한 초점 제어를 가능하게 하여 간섭을 줄이고, 높은 전력 전송의 필요성을 낮추는데요. 또한, 적응력이 뛰어나 실시간으로 도달 전파의 구성을 다이나믹하게 조정할 수 있습니다. 이러한 특성으로 RIS를 통해 무선 통신 환경을 재구성하면 자원의 효율적 사용이 가능해지고, 무선 네트워크 에너지 효율성을 향상시킬 수 있죠.

시장 정보 보고서에 따르면, RIS는 향후 통신 환경의 중심이 될 것이 명확합니다. 다만 높은 하드웨어 비용, 기술의 안전하고 윤리적인 사용을 위한 명확한 표준 및 규제 도입 등의 선결 과제들이 남아 있습니다.

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④ HAPS(High Altitude Platform Stations): 인터넷 격차 해소

-필진– · Mohamed-Slim Alouini: Al-Khwarizmi Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering, King Abdullah University of Science and Technology · Mariette DiChristina: Dean and Professor, Practice in Journalism, Boston University College of Communication

HAPS(High Altitude Platform Stations, 고고도 플랫폼 스테이션)는 지구로부터 약 20km 높이의 성층권 고도에서 작동하는 관찰 및 통신 플랫폼입니다. 일반적으로 풍선, 비행선, 고정익 항공기의 형태로 성층권 고도에서 안정적으로 데이터를 전송합니다.

HAPS는 산, 정글, 사막처럼 험난한 지형에서 위성이나 지상파가 만족시킬 수 없는 연결성, 적용 범위와 성능 향상을 제공할 수 있어 기존 통신 인프라가 제대로 구축되지 않은 외곽 지역의 연결성을 향상할 수 있습니다. 국제전기통신연합(ITU)에 따르면 전 세계 인구의 약 1/3이 네트워크 연결이 차단된 지역에 거주하고, 여성과 노년층 일부가 디지털 불균형을 겪고 있습니다. 이를 해결하기 위해서도 HAPS의 역할이 중요합니다. 또한, HAPS는 재난 관리 지원, 광대역 커버리지 향상 및 환경 모니터링과 같은 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. HAPS가 변화하는 상황에 신속하게 배치하고 적응할 수 있는 능력은 적시에 정보와 커뮤니케이션을 통해 생명을 구할 수 있는 비상 상황을 관리하는 핵심적인 도구가 될 수 있습니다.

이러한 HAPS는 지연 시간 단축, 비용 절감, 더 큰 용량, 쉬운 하드웨어 업그레이드와 빠른 배포 등 많은 장점을 가지고 있어 시장 가치가 높습니다. 2023년 시장 규모가 7억 8,330만 달러로 평가되었으며, 2023년부터 2033년까지 연평균 성장률 10.4%로 꾸준한 성장세를 보일 것으로 예상하고 있죠. 그러나 HAPS는 기존 유인 항공기와 여러 면에서 차이점이 있고, 현재의 규제 프레임워크는 목적에 적합하지 않는데요. 때문에 HAPS의 안정적인 배치를 위해 새로운 정책과 지침에 대한 논의가 적극적으로 이뤄지고 있습니다.

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⑤ ISAC(Integrated Sensing and Communication) : 차세대 네트워크 구축

-필진– · Mohamed-Slim Alouini: Al-Khwarizmi Distinguished Professor, Electrical and Computer Engineering, King Abdullah University of Science and Technology · Joseph Costantine: Associate Professor, Electrical and Computer Engineering, American University of Beirut · Christos Masouros: Professor, Signal Processing and Wireless Communications, University College London

ISAC(Integrated Sensing and Communication, 통합 감지 및 통신)는 주변 환경을 감지하는 기능과 통신 기능을 단일 시스템으로 통합하여 동시에 데이터 수집과 전송을 가능하게 하는 기술입니다.

ISAC는 환경 인식이 가능한 무선 네트워크를 만들어 환경 매핑 및 인프라 모니터링 같은 기능을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 센서와 데이터 분석을 통해 대기, 수질, 토양 수분 및 기상 조건을 모니터링하는 환경 모니터링 시스템이 이에 해당합니다. 이러한 시스템은 스마트 농업, 환경 보호 및 도시 계획에 도움이 됩니다. 뿐만 아니라 광-무선 ISAC는 조명, 디스플레이 시스템을 무선 생태계의 일부로 통합해 전자기의 간섭 없이 통신과 감지를 가능하게 하고, 이는 스마트 헬스 케어 및 산업 제조와 같은 민감한 환경에서 특히 효과적으로 활용될 수 있습니다.

다만, 이러한 ISAC가 상용화되기 위해서는 기술적 장애를 극복해야 합니다. 또한, 통신 표준을 확립하며 네트워크 수준을 조정하는 등 지속적인 혁신과 협력이 필수적입니다

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⑥ Immersive Technology: 건설과 유지관리 위한 새로운 기반 마련

-필진– · Carlo Ratti: Professor, Urban Technologies, Massachusetts Institute of Technology · Landry Signe: Professor, Thunderbird School of Global Management, Arizona State University · Izuru Takewaki: President and Professor, Kyoto Arts and Crafts University Professor Emeritus of Architectural Engineering, Kyoto University

건설업은 세계에서 가장 크고 영향력 있는 산업 중 하나이며, 동시에 세계 이산화탄소 배출량의 40%를 차지하지만 디지털 혁명을 받아들이는데 더딘 편이었습니다. 그러나 Immersive Technology(몰입형 기술)는 건설업계를 변화시킬 가능성을 가지고 있습니다.

AI 기반 몰입형 현실 도구는 실제 모델과 디지털 모델이 일치하는지 확인할 수 있게 하여, 정확성과 안정성을 보장합니다. 몰입형 디자인 경험은 가설을 테스트하고, 잠재적 오류를 공사 시작 전 예측하고 적절한 솔루션을 제공합니다. 그 예로 이미 산업적으로 널리 사용되고 있는 ‘Digital Twin(디지털 트윈)’ 기술은 복잡한 도시 개발 계획의 결과를 시뮬레이션해 인프라를 더욱 발전시키고, 주민에게 더 나은 서비스를 제공할 수 있습니다. Immersive Technology는 설계에서 실행까지의 건설 프로세스를 간소화하여 효율성과 지속 가능성을 모두 향상시킵니다. 또한, 건설업의 노동력 부족 문제 해결에도 도움을 줄 수 있습니다. 일본의 한 건설 회사는 전국적으로 단순히 검사를 위해 현장으로 이동하는 데에만 100만 시간을 소요하고 있다고 합니다. 만약, 메타버스가 신뢰할 수 있는 원격 검사 기능을 제공한다면, 이동에 걸리던 100만 시간을 다른 중요한 작업에 재할당할 수 있죠.

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⑦ Elastocalorics: 새로운 냉각 기술

-필진– · Mine Orlu: Professor, Pharmaceutics, University College London · Wilfried Weber: Scientific Director, Leibniz Institute for New Materials

지구의 온도가 상승하면서 냉각 솔루션의 필요성도 급증했습니다. 국제에너지기구(IEA)는 공간 냉각을 위한 전 세계 에너지 수요가 향후 30년간 3배 이상 증가해 2050년까지 세계 전력 수요 증가의 약 37%를 차지할 것으로 예상합니다.

Elastocalorics(탄성열량) 기술이 적용된 열 펌프는 난방과 냉방에 필요한 에너지를 획기적으로 줄일 수 있는 혁신 기술입니다. 환경에 해로울 수 있는 냉매 가스를 사용하지 않으면서도 에너지 소비를 대폭 줄일 수 있는데요. 미국 에너지부 연구를 통해 기존 시스템의 가장 유망한 대안으로 평가받은 Elastocalorics기술의 핵심은 Mechanical Stress(기계적 응력) 를 받으면 열을 방출하고, 응력이 완화되면 냉각되는 소재에 있습니다. 이는 연속적인 응력과 이완 사이클이 작동할 수 있게 하죠. 결국, Elastocalorics는 온도 조절에 대한 요구를 충족시키면서도 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 사회적으로 이 기술은 Grid-based Electricity(그리드 기반 전기)가 제한적이거나 없는 지역에서도 냉방 접근성을 향상시켜 삶의 질을 개선하고 기후 변화의 핵심 측면을 해결할 수 있습니다.

이 분야의 연구는 빠르게 발전하고 있으며, 관련 연구 결과를 발표하는 과학 출판물과 관련 특허 신청이 급증하고 있습니다. 다만 Elastocalorics 열펌프가 널리 보급되려면, 몇 가지 장애물을 넘어서야 하는데요. 먼저 수백만 번의 가열, 냉각 주기를 견딜 수 있는 재료가 개발되어야 하고, 가열과 냉각을 유발하는 에너지가 효율적으로 이동할 수 있는 시스템 연구도 마무리되어야 합니다. 또한, 지속적으로 증가하는 냉각 수요에 맞춰 생산 규모도 크게 늘려야 합니다.

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⑧ Carbon-capturing microbes: 배출물을 가치있는 제품으로 변환

-필진– · Sang Yup Lee: Senior Vice-President, Research; Distinguished Professor, Korea Advanced Institute of Science and Technology · Hailong Li: Professor, School of Energy Science and Technology, Central South University · Wilfried Weber: Scientific Director, Leibniz Institute for New Materials · Zequn Yang: Associate Professor, School of Energy Science and Technology, Central South University

Microbial carbon capture systems(미생물 탄소 포집 시스템)은 미생물을 이용해 공기나 배기가스로부터 온실가스를 포집하고, 그것들을 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 화학 제품 등 고부가가치 제품으로 전환하는 친환경 기술입니다. 이를 위해 연구자들은 햇빛 또는 수소처럼 지속 가능한 화학 에너지를 사용해 가스를 흡수하고 변환하는 미생물을 개발하고 있습니다.

미생물을 활용한 탄소 포집 기술은 이산화탄소 톤당 50~100달러의 비용을 지불하여 배출량을 상쇄하는 대신 시장에 새 제품을 창출할 수 있어 기후 위기를 돌파하고 탄소 중립을 달성하기 위한 방안 중 하나로 떠오르고 있는데요. 이 기술은 특정 물질 생산을 증대하기 위해 세포 변형을 전문으로 하는 조직에 의해 추진됩니다. 일련의 성공적인 시연과 개념 증명이 뒤따르면서 Microbial carbon capture은 이제 파일럿에서 대규모 생산으로 전환할 준비가 되었습니다. 2022년까지 이 기술에 대한 글로벌 투자는 이미 64억 달러에 도달하여 시장에 출시할 준비가 되었음을 강조합니다. 이스라엘의 Seambiotic, 스페인의 Alga Energy 및 미국의 Bio Process Algae와 같은 회사들은 Microbial carbon capture systems의 상업적 실현 가능성을 탐구하기 위해 파일럿 규모의 시설을 구축했습니다.

그러나 이 기술은 여전히 본격적인 상업화를 방해하는 과제에 직면해 있습니다. 특히 대부분의 미생물이 저온 조건에 적응되어 있어, 고온의 산업 배기가스에서 이산화탄소를 포집하는 효율이 낮다는 점을 해결해야 합니다. 때문에 Microbial carbon capture systems을 최적화하기 위해서는 먼저 산업 배기가스 수준의 열과 산성 불순물에 대한 미생물 저항성을 키워야 합니다. 또한 Carbon-capturing microbes(탄소 포집 미생물) 개발을 위한 인프라 구축을 위해서는 풍부한 햇빛이나 지속 가능한 정청 에너지의 안정적인 공급이 필요하지만, 이는 전 세계 모든 지역에서 보장되지 않기 때문에 제약이 있습니다. 하지만 2022년까지 이미 이 기술에 대한 전 세계의 투자 금액이 64억 달러에 달할 정도로, 상용화 가능성이 높고 큰 성과가 기대되는 기술임에는 틀림이 없습니다.

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⑨ Alternative livestock feeds: 동물사료영양학의 혁명

-필진– · Mariette DiChristina: Dean, Boston University College of Communication · Javier Garcia-Martinez: Professor, Chemistry and Director, Molecular Nanotechnology Lab, University of Alicante

현재 세계 콩 생산량의 80%가 동물 사료로 사용될 정도로, 세계적으로 동물 사료 생산은 막대한 양의 자원을 소비하고, 삼림 벌채, 생물 다양성 손실, 토지 이용 변화 등 환경에 나쁜 영향을 미치고 있습니다. 이를 해결하기 위해 지속 가능하고 영양가 있는 Alternative livestock feeds(대체 가축 사료)의 개발이 중요합니다.

곤충, 단세포 단백질, 해조류, 음식물 쓰레기를 원료로 만들어지는 Alternative livestock feeds는 기존 사료에 대한 지속 가능하고 영양가 있는 대안으로, 사료 공급이 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 또한, 다양성과 영양가를 더해 동물 복지에도 중요한 역할을 합니다. 기존 사료보다 광범위한 영양소를 제공해 동물 건강과 복지를 향상하고, 잠재적으로 가축 자체의 품질을 키울 수 있죠.

Alternative livestock feeds 시장은 향후 10년간 가치가 크게 성장하여 2033년에는 82억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되지만, 환경 규제나 윤리적 우려 등의 해결 과제도 여전히 남아있습니다. 또한, Alternative livestock feeds와 친환경 연료를 만드는 데 사용되는 재료가 겹칠 경우, 재료 경쟁이 발생해 가용성이 줄어들고 잠재적으로 가격이 상승할 수 있습니다. 결국 Alternative livestock feeds의 성공은 이러한 과제를 해결하고, 보다 지속 가능하고 효율적인 사료 옵션에 대한 수요에 적응하는 능력에 달려 있습니다.

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⑩ Genomics for transplants, 이식을 위한 유전체학

-필진– · David K Cooper: Senior Investigator, Center for Transplantation Sciences, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School · Emanuele Cozzi: Professor, Transplantation Immunology, Padua University Hospital · Geoffrey Ling: Professor, Neurology, Johns Hopkins Hospital · Bernard Meyerson: Chief Innovation Officer Emeritus, IBM

미국에서만 100,000명이 넘는 환자가 장기 이식을 기다리고 있지만, 올해 이식 가능한 장기는 약 30,000개에 불과합니다. 이러한 수요-공급의 불균형을 해결하기 위해 동물 장기를 인간에게 이식하기 위한 연구는 30년 이상 계속해서 발전해 왔습니다.

Genomics for transplants(이식을 위한 유전체학)는 유전자 정보를 활용해 장기 이식의 성공률을 높이고 이식 거부 반응을 최소화하며 개인 맞춤형 이식을 가능하게 하는 혁신적인 의료 기술입니다. 크리스퍼-캐스9(CRISPR-Cas9)와 같은 유전자 편집 기술의 발전으로 다양한 유전자 조작이 가능해지면서, 동물 장기를 인간에게 이식하는 기술은 장기 기증자 부족 문제를 해결할 방안으로 부각되고 있죠. 특히 2024년 3월 최초로 비인간(돼지) 신장을 살아있는 사람에게 이식하는 데 성공하면서 장기 이식 기술 발전의 새로운 이정표를 세웠습니다.

동물의 장기를 인간에게 이식하는 이종 이식이 일반적인 치료법이 된다면 환자 수백만 명의 삶의 질에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 의료 경제에도 큰 변화를 불러올 수 있습니다. 하지만 유전자 편집 기술 개선과 비용 절감 외에도 사회적 수용에 관해 윤리적으로 고려해야 할 사항들이 많고, 치료 효과를 극대화하기 위해 초기 환자 실험을 통한 방대한 데이터 수집 과정이 남아 있습니다. 이 과정에서 발생할 데이터 보안 문제, 개인의 프라이버시 보호, 이종 이식에 관한 규제 프레임워크 등의 이슈까지 여전히 이종 이식의 상용화는 넘어야 할 산이 많은 편이죠

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※ 본 글은 WEF의 <Top 10 Emerging Technologies of 2024>보고서를 요약한 것입니다.

원문 URL : The Top 10 Emerging Technologies of 2024 | World Economic Forum (weforum.org)

※ 본 글은 일반적인 정보를 제공할 목적으로 작성되었으며, 특정 기업이나 개인의 개별 사안에 대한 조언을 제공할 목적으로 작성된 것이 아니므로, 구체적인 의사결정이 필요한 경우에는 당 법인의 전문가와 상의하여 주시기 바랍니다. 

※ 본 글은 GS칼텍스와 WEF의 사전 동의 없이 전체 또는 일부를 무단 배포, 인용, 발간, 복제할 수 없습니다.