기술혁신의 경제학: 이론적 토대, 확산 메커니즘, 그리고 한국 혁신정책의 진화

기술혁신은 현대 경제성장의 핵심 동력이자 산업구조 변동의 근본 원인이다. 단순한 발명(invention)이 시장에서 가치를 창출하는 혁신(innovation)으로 전환되는 과정은 경제학의 오랜 연구 주제였으며, 슘페터(Joseph A. Schumpeter)가 20세기 초 『경제발전의 이론』(1912)에서 기업가의 창조적 파괴(creative destruction)를 통한 신결합(new combinations)을 강조한 이래, 기술혁신의 경제학은 신고전파 성장이론의 한계를 보완하면서 독자적 학문 영역으로 성장해왔다. 솔로우(Robert Solow)는 1957년 미국의 1인당 산출 증가의 약 87%가 자본·노동 투입이 아닌 잔차(residual), 즉 기술진보에 의해 설명된다는 실증 결과를 제시함으로써, 기술혁신을 외생변수에서 경제분석의 중심으로 끌어올리는 결정적 계기를 만들었다. 이후 로머(Paul Romer)의 내생적 성장이론(1986, 1990)은 지식을 자본·노동과 더불어 생산함수에 내재화하면서, 지식의 비경합성(non-rivalry)과 부분적 배제가능성이 만들어내는 수확체증과 시장실패를 동시에 다루는 분석틀을 확립했다. 본 보고서는 이러한 흐름 위에서 기술혁신의 정의와 유형, 혁신의 원천, 확산 이론, 혁신시스템, 지식 외부효과와 정책 개입의 논리, 그리고 한국의 혁신정책 사례를 차례로 검토한다.

1. 기술혁신의 정의와 분류: 점진적 혁신, 급진적 혁신, 그리고 슘페터 Mark I·II

기술혁신은 좁게는 새로운 제품·공정의 상업적 도입을 의미하지만, 넓게는 OECD 『Oslo Manual』(2018) 4판이 규정하듯 제품혁신·공정혁신·마케팅혁신·조직혁신을 포괄한다. 핵심은 ‘새로움(novelty)’과 ‘실행(implementation)’의 결합이며, 따라서 발명이 특허로 등록된 단계만으로는 혁신으로 보지 않는다. 시장에서 채택되어 가치 흐름을 만들 때 비로소 혁신이 성립한다.

혁신은 변화의 강도에 따라 점진적 혁신(incremental innovation)과 급진적 혁신(radical innovation)으로 나뉜다. 점진적 혁신은 기존 기술 궤적(technological trajectory) 안에서 성능·원가·신뢰성을 개선하는 활동으로, 일본 제조업의 카이젠과 한국 반도체 공정 미세화가 대표적 사례이다. 반면 급진적 혁신은 기술 패러다임(Dosi, 1982)을 단절시키며 산업 경계를 재편한다. 증기기관, 전기, 트랜지스터, 인터넷 프로토콜은 모두 산업 전반에 영향을 미친 일반목적기술(general purpose technology)로 분류된다. 헨더슨과 클라크(Henderson & Clark, 1990)는 제품을 구성하는 부품(component)과 부품 간 결합방식(architecture)을 구분해 모듈혁신·아키텍처혁신 개념을 추가했는데, 이는 자동차 전동화처럼 부품 자체보다 통합방식의 변화가 더 큰 충격을 주는 현상을 설명한다.

슘페터의 혁신 유형론은 산업조직론과 깊게 연결된다. Schumpeter Mark I(『경제발전의 이론』, 1912)은 독립 기업가의 창조적 파괴를 강조하며 신규 진입자가 산업을 흔드는 동학을 그린다. 반면 Schumpeter Mark II(『자본주의·사회주의·민주주의』, 1942)는 대기업의 사내 R&D 조직이 혁신을 일상화한다고 본다. 넬슨과 윈터(Nelson & Winter, 1982)는 이 두 양식을 ‘창조적 파괴 체제(widening)’와 ‘창조적 누적 체제(deepening)’로 정식화했다. 산업별 진입장벽·전유성(appropriability)·기술기회에 따라 어떤 체제가 우세한지 달라지며, 제약·반도체처럼 R&D 집약도가 높은 산업은 Mark II에 가깝고, 소프트웨어·콘텐츠처럼 진입장벽이 낮은 산업은 Mark I에 가깝다. 한국 산업의 경우 반도체·디스플레이는 Mark II적 누적학습이 결정적이며, 게임·플랫폼은 Mark I적 신생기업의 약진이 두드러진다.

2. 혁신의 원천: 과학기반 혁신과 DUI, 사내 R&D와 외부 협력

혁신은 어디에서 오는가. 학계는 크게 두 학습양식을 구분한다. STI(Science, Technology, Innovation) 모드는 명시지(explicit knowledge)와 과학적 원리에 기반한 R&D 활동을 통해 혁신이 일어나는 양식이고, DUI(Doing, Using, Interacting) 모드는 현장 경험·문제해결·고객-공급자 상호작용에서 축적되는 암묵지(tacit knowledge)에 기반한다(Jensen, Johnson, Lorenz & Lundvall, 2007). 제약·바이오·반도체 신소재처럼 기초과학 의존도가 높은 산업은 STI 비중이 크고, 조선·자동차·기계산업은 두 양식의 결합이 결정적이다. 한국의 빠른 추격은 DUI 학습이 STI 인프라와 결합한 결과로 평가된다.

기업 차원에서 혁신의 원천은 사내 R&D, 외부 협력, 인수합병, 사용자 혁신으로 구분된다. 첸스브로(Henry Chesbrough)는 2003년 『Open Innovation』에서 폐쇄형 혁신모형의 한계를 지적하며, 외부 지식을 유입(inbound)하고 미사용 기술을 외부로 유출(outbound)하는 개방형 혁신을 제안했다. P&G의 ‘Connect+Develop’이 대표적 사례이다. 폰 히펠(Eric von Hippel)의 사용자 혁신(user innovation, 1988) 연구는 산업장비·의료기기·스포츠용품에서 선도 사용자(lead user)가 제조사보다 먼저 혁신을 일으키는 현상을 입증했다. 한국에서도 게임 모드 제작자, 의료기기 임상의사 주도 개량이 사용자 혁신의 사례로 보고된다.

흡수능력(absorptive capacity, Cohen & Levinthal, 1990) 개념은 외부 지식을 활용하기 위해서도 내부 R&D가 필요함을 보여준다. 즉 사내 R&D는 신지식 창출 기능뿐 아니라 외부 지식을 인지·해석·통합하는 기능을 동시에 수행한다. 이는 기업의 R&D 지출이 단순 비용이 아니라 학습역량 투자임을 시사하며, 신생국이 선진기술을 모방·개량하려 해도 일정 수준의 자체 R&D 기반 없이는 불가능하다는 점에서 후발국 산업정책 설계에 중요한 함의를 갖는다.

3. 확산 이론: Rogers의 5단계, S-curve, Bass 모형

새로운 기술이 발명되어 시장에 등장한다고 모두 채택되지는 않는다. 확산(diffusion)은 혁신이 시간에 걸쳐 사회 구성원에게 채택되는 과정이며, 이 단계에서 비로소 경제·사회적 영향이 실현된다. 로저스(Everett Rogers)의 『Diffusion of Innovations』(1962, 1995)는 잠재 채택자를 혁신가(innovators, 약 2.5%), 조기수용자(early adopters, 13.5%), 조기다수자(early majority, 34%), 후기다수자(late majority, 34%), 지각수용자(laggards, 16%)의 다섯 집단으로 구분하고, 누적 채택률이 S자 곡선을 그린다고 정식화했다. 채택을 결정하는 다섯 요인은 상대적 이점(relative advantage), 적합성(compatibility), 복잡성(complexity), 시험가능성(trialability), 관찰가능성(observability)이다. 모바일 간편결제의 빠른 확산이 카드 결제 대비 상대적 이점과 시험가능성이 컸기 때문이라면, 농업용 친환경 기술은 결과 관찰이 어려워 채택 속도가 느리다.

배스(Frank Bass)는 1969년 채택률을 혁신계수 p(외부 영향, 광고·매체)와 모방계수 q(내부 영향, 입소문)로 분해하는 미분방정식 모형을 제시했다. dN(t)/dt = (p + q·N(t)/m)·(m − N(t)) 형태의 Bass 모형은 내구재 신제품의 누적 판매를 사전 예측하는 실무 도구로 정착했으며, 컬러TV·휴대전화·5G 가입자 예측에 폭넓게 응용되어왔다. 모방계수 q가 클수록 확산이 가팔라지며, 디지털 네트워크 효과(Metcalfe’s law)가 강한 플랫폼은 q가 매우 큰 사례로 해석된다.

S-curve는 기술의 성능 향상에도 적용된다. 한 기술 패러다임은 성숙단계에서 한계수확이 체감하고, 이를 돌파하는 신패러다임이 등장한다(Foster, 1986). 진공관에서 트랜지스터, 자기디스크에서 SSD, 내연기관에서 전기구동으로의 전환이 모두 S-curve의 연쇄 사례이다. 후발기업이 기술 도약(leapfrogging)에 성공하는 시점은 대체로 기존 기술의 한계수확 체감 구간이며, 한국 반도체가 일본을 추월한 시점도 D램 미세공정의 곡선 변곡점과 일치한다는 분석이 있다(Lee & Lim, 2001).

4. 혁신시스템: 국가혁신체제(NIS)와 클러스터

혁신은 고립된 기업 활동이 아니라 제도·조직·관행의 망에 배태된 집합적 과정이다. 프리먼(Christopher Freeman, 1987)이 일본의 추격을 분석하며 처음 사용한 ‘국가혁신체제(National System of Innovation, NIS)’ 개념은 룬드발(Bengt-Åke Lundvall, 1992)과 넬슨(Richard Nelson, 1993)에 의해 이론적·비교사적으로 확장되었다. NIS는 R&D 수행 주체(기업·대학·공공연구소), 자금공급자(정부·금융기관·벤처캐피탈), 인력공급자(교육시스템), 규제·표준·지식재산 제도, 그리고 이들을 매개하는 사용자-공급자 네트워크의 총체이다. 같은 기술이 도입되더라도 NIS의 구성에 따라 흡수·재창출 양상이 달라진다.

지역 차원에서는 클러스터(cluster) 이론이 발전했다. 포터(Michael Porter, 1990)의 다이아몬드 모형은 요소조건, 수요조건, 연관·지원산업, 기업전략·경쟁구조의 네 요인이 클러스터 경쟁력을 결정한다고 설명한다. 실리콘밸리·바덴뷔르템베르크·에밀리아로마냐의 사례는 지리적 근접성이 만들어내는 암묵지 공유와 노동시장 풀(pool)이 혁신 생산성을 끌어올린다는 점을 보여준다. 한국의 판교 테크노밸리, 대덕 연구개발특구, 오송 바이오클러스터는 이러한 모형의 한국적 적용 사례로 평가된다.

기술시스템(Technological Innovation System, TIS) 접근(Carlsson & Stankiewicz, 1991; Bergek et al., 2008)은 특정 기술 분야에 초점을 맞춰 지식개발·기업가적 실험·자원동원·시장형성·정당성 부여·외부효과 발생 등 7대 기능을 진단한다. 수소경제, 소형모듈원전(SMR), 차세대 배터리처럼 신생 기술의 성장 경로를 평가할 때 TIS 분석이 정책 진단 도구로 활용된다. 또한 부문혁신체제(Sectoral Innovation System, Malerba, 2002)는 지식기반·행위자·제도가 산업별로 어떻게 다른지를 보여주며, 동일 국가 내에서도 제약과 조선의 혁신 동학이 왜 다른지를 설명한다.

5. 지식 외부효과·시장실패와 정책 개입: 특허, 보조금, 세제

지식은 일단 창출되면 추가 사용자에게 한계비용이 0에 가깝게 제공될 수 있는 비경합재이며, 동시에 완전한 배제가 어려운 준공공재이다. 애로우(Kenneth Arrow, 1962)는 이 비전유성(non-appropriability)이 사적 R&D 투자를 사회 최적 수준보다 낮추는 시장실패를 야기한다고 분석했다. 또한 R&D는 결과의 불확실성, 비대칭정보로 인한 자금조달 곤란, 매몰비용 성격이 강해 자본시장만으로는 자금공급이 부족하다. 이 세 가지(외부효과·불확실성·금융제약)가 혁신 정책 개입의 정당화 논거이다.

대표적 정책 도구는 특허로 대표되는 지식재산제도, 직접 R&D 보조금, 조세지원(세제 공제), 정부 조달, 인증·표준, 그리고 인력양성이다. 특허는 일정 기간 배타적 권리를 부여해 전유성을 인위적으로 높이지만, 동시에 명세서 공개를 통해 후속 혁신의 기반을 제공한다는 양면성이 있다. 너무 강한 특허보호는 후속 연구를 봉쇄하는 ‘반공유지의 비극(anticommons)’(Heller & Eisenberg, 1998)을 야기할 수 있어, 보호의 폭과 길이 조정이 정책의 핵심 과제이다.

R&D 보조금은 외부효과가 큰 기초·원천연구와 시장실패가 심각한 분야(예: 백신·기후기술)에 효과적이다. 그러나 ‘피킹 위너(picking winners)’의 어려움, 사중손실(deadweight loss), 행정비용 문제로 인해 보편적 세제지원과 결합하는 것이 일반적이다. 한국의 연구·인력개발비 세액공제는 대기업 0~2%, 중견기업 8%, 중소기업 25%(2024년 기준 일반형)로 차등 설계되어 있으며, 신성장·원천기술 분야는 추가 공제가 적용된다. 정부조달은 수요 측 정책 도구로, 초기 시장형성과 학습효과 축적에 기여한다. 미국 SBIR(Small Business Innovation Research)과 유럽의 사전상업적조달(PCP)이 대표 사례이며, 한국도 혁신제품 지정·공공조달 연계를 확대하고 있다.

‘임무지향형(mission-oriented) 혁신정책’(Mazzucato, 2018) 논의는 단순한 시장실패 보정을 넘어, 탄소중립·고령화·식량안보 같은 사회적 도전과제를 중심으로 기술혁신과 산업정책을 결합할 것을 주장한다. EU Horizon Europe의 5대 미션, 미국 인플레이션감축법(IRA)의 청정에너지 세액공제는 이러한 흐름의 구현체이며, 한국의 ‘초격차 12대 국가전략기술’ 지정도 동일한 맥락에서 해석할 수 있다.

6. 한국의 혁신정책 사례: 추격에서 탈추격으로

한국은 1962년 제1차 경제개발 5개년계획 이래 60여 년간 추격형 혁신정책을 운용해왔다. 1966년 KIST 설립, 1970년대 대덕연구단지 조성, 1980년대 특정연구개발사업 출범, 1990년대 G7 프로젝트, 2000년대 차세대 성장동력, 2010년대 미래성장동력, 2020년대 12대 국가전략기술·R&D 100조 시대는 시기별 추격 단계와 정책 도구의 진화를 보여준다. GDP 대비 R&D 투자 비중은 1991년 1.84%에서 2022년 5.21%(OECD 통계)로 세계 최고 수준에 도달했고, 인구당 연구원 수, 인구당 특허 출원 수에서도 상위권을 유지한다.

대표적 성공 사례인 반도체 산업은 1983년 삼성전자의 64K D램 개발 이래 정부의 ‘초고집적반도체기술 공동개발사업’(1986~1993)이 4M·16M·64M D램 공동개발을 지원했고, 이는 메모리 세계 1위 산업으로 이어졌다. 핵심은 정부가 직접 기술을 선정·이전한 것이 아니라, 기업이 주도하고 정부가 컨소시엄 거버넌스·표준·인력공급을 보조한 ‘기업주도-정부보완’ 모델이라는 점이다(이근, 2019). 최근 K-반도체 전략(2021)과 ‘반도체 특별법’ 논의는 첨단 패키징, 소부장(소재·부품·장비) 자립화, 인력양성을 결합하고 있다.

K-바이오는 시기적 후발성에도 불구하고 바이오시밀러(셀트리온, 삼성바이오에피스)와 CDMO(삼성바이오로직스, SK바이오사이언스)에서 글로벌 위치를 확보했다. 정부는 1990년대 후반 ‘생명공학 육성 기본계획’ 이래 기초연구(과학기술정보통신부), 임상지원(보건복지부), 산업화(산업통상자원부), 인허가(식품의약품안전처)를 다부처 협력으로 운영해왔으며, 오송·송도 바이오클러스터, 첨단재생바이오법, 글로벌 임상시험 인프라가 결합된 구조이다. 다만 신약 원천기술과 모달리티(modality) 분야는 여전히 추격 과제로 남아 있다.

탈추격기 한국 혁신정책의 과제는 다음과 같다. 첫째, 모방-개량형 R&D에서 원천·도전형 R&D로의 비중 이동이 필요하다. 2023년 R&D 예산 구조조정 논쟁은 그 전환의 진통을 보여준 사례이다. 둘째, 대기업-중소기업 간 혁신 격차와 지역 간 격차의 완화가 필요하다. 셋째, 탄소중립·인구구조 변화 같은 임무지향형 과제로의 정책 재편이 요구된다. 넷째, 글로벌 가치사슬 재편 속에서 핵심광물·첨단소재의 공급망 안정성과 혁신을 결합하는 ‘안보-경제 통합 혁신정책’이 부상하고 있다. 다섯째, 데이터·소프트웨어 산업의 상대적 약세를 보완하기 위한 디지털 전환 가속과 규제 합리화가 과제이다.

결론적으로 기술혁신의 경제학은 슘페터의 창조적 파괴와 솔로우의 잔차, 로머의 내생적 성장, 프리먼·룬드발·넬슨의 혁신체제론을 거치며, 시장실패와 제도설계의 결합으로 발전해왔다. 한국은 후발추격의 성공 사례이자 탈추격 전환의 시험대이며, 이 과정에서 축적된 정책 학습은 신흥국에 의미 있는 참고가 된다. 동시에 한국이 직면한 인구구조 변화·탄소중립·지정학적 공급망 재편은 단일 기업이나 정부 부처가 풀 수 없는 시스템 차원의 도전이며, 혁신체제의 거버넌스·재정·인력·규제·국제협력을 종합적으로 재설계할 것을 요구한다. 향후 혁신정책의 성패는 시장과 정부, 과학과 산업, 대기업과 중소·창업기업, 수도권과 비수도권, 그리고 국내와 국제의 다층적 협력 구조를 어떻게 정합적으로 작동시키는가에 달려 있다.