냉장·초저온 기반 콜드체인 수요의 확대 배경

시장조사 전문 기관인 Global Market Insights에 따르면, 미국 바이오의약품 시장은 2021년 1352억 달러에서 2034년 약 2700억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. 이는 2배 이상으로 시장이 확대되는 것을 의미한다. 또한 시장조사 전문 기관 Precedence Research에 따르면 글로벌 세포·유전자 치료제 시장 규모 역시 2024년 기준 약 212억8000만 달러로 추정되며, 이후 지속적으로 성장해 2025년부터 2034년까지 18.7%의 연평균 성장률을 보일 것으로 예측되고 있다. 이에 따라 바이오의약품의 유통 과정 전반에서 핵심 역할을 하는 콜드체인 인프라에 대한 수요도 함께 증가할 것으로 예상된다.

과거에는 백신이나 인슐린 등 일부 품목만 콜드체인 운송이 필요했지만, 오늘날 전체 바이오의약품의 70% 이상이 냉장 또는 냉동 상태에서 운송·보관된다. 특히 유전자 치료제, mRNA 백신, 단일클론항체 등과 같은 고부가가치 바이오의약품은 생산부터 보관, 운송, 투약에 이르기까지 엄격한 온도 및 환경 관리가 필수다.

세포·유전자 치료제의 경우도 일반적으로╺150°C 이하의 극저온(Ultra-cold, Cryogenic) 상태에서 보관·운송되며, 특히 CAR-T* 세포치료제, 조혈모세포, 생체 샘플과 같은 일부 품목은╺196°C 수준의 액체질소 기반 초저온에서 운송해야 한다. 이러한 변화는 물류 기업들에 단순 운송 역량을 넘어, 정밀한 기술력과 품질 관리 역량을 갖춘 물류 시스템을 필요로 한다. 이는 바이오 산업의 확장과 함께 콜드체인 기반 바이오 물류 시장의 성장을 견인하는 핵심 배경이 되고 있다.

* CAR-T: 면역세포를 유전적으로 조작해 암을 공격하도록 만든 첨단 치료법

콜드체인 물류 산업(3PL)의 변화와 확대

바이오의약품의 수요가 급증하면서 이를 안전하게 환자에게 전달하는 콜드체인 기반의 3PL(Third-Party Logistics, 제3자 물류) 산업이 빠르게 진화하고 있다.

3PL은 기업이 물류 및 공급망 관리의 일부 또는 전부를 외부전문업체에 위탁하는 것이다. 다시 말해 특정 기업이 3PL을 이용 중이라고 하면, 자사 제품의 통관, 보관, 포장, 배송, 반품의 대행을 물류 전문 업체에 맡긴다는 의미다. 콜드체인 3PL은 특히 보관(Storage), 포장(Packaging), 배송(Delivery)이라는 물류의 핵심 단계 전반에서 온도 유지, 품질 관리, 디지털 모니터링 등 고도화된 서비스를 제공한다.

글로벌 리서치 기관인 Astute Analytica에 따르면, 글로벌 바이오제약 물류 시장은 2024년 1359억 달러에서 2033년 2522억 달러로 성장할 전망이다. 이는 약 1.85배의 시장 확대를 의미하며, 바이오의약품의 특성을 고려할 때 콜드체인 및 고도화된 물류 시스템에 대한 수요도 함께 증가할 것으로 예상된다.

<2020~2033년 글로벌 바이오 의약품 물류시장 규모 및 전망>

(단위: US$ 십억)

[자료: Astute Analytica]

현재 콜드체인 3PL 산업의 고도화는 단순한 운송을 넘어, 바이오의약품의 특수성을 반영한 전 주기 맞춤형 물류 체계로 발전하고 있다.

콜드체인 물류의 첫 단계는 안정적인 온도 유지를 위한 보관 설비다. 기존의 일반 창고와 달리, 바이오의약품을 보관하는 시설은 2~8℃ 냉장, -20℃ 냉동, -70℃ 초저온 등 다중 온도 구획이 필요하다. 글로벌 3PL 기업들은 GDP(Good Distribution Practice)* 인증 냉장창고, 자동 온도 조절 시스템, 실시간 모니터링 센서를 통해 24시간 실시간으로 품질을 관리할 수 있는 스마트 물류센터를 운영하고 있다.

* GDP(Good Distribution Practice) : 의약품의 유통(보관, 운송 등) 과정에서 품질을 유지하고, 오염이나 오용, 변질을 방지하기 위해 지켜야 할 국제 기준. 유럽연합(EU), WHO, 한국 식약처 등에서도 이 기준을 따르며, 특히 바이오 의약품, 백신, 혈액제제 같이 온도에 민감한 제품에 매우 중요. 글로벌 제약사나 바이오 기업들과 협력하려면 GDP 인증이 필수.

운송 중 온도 변화에 대응하기 위한 고기능성 패키징 기술 역시 급속도로 발전하고 있다. 상변화 물질(PCM: Phase Change Material) 냉매*, 진공 단열재(VIP: Vacuum Insulation Panel)를 활용한 다중층 포장재*가 개발되고 있으며, 최근에는 AI 기반으로 배송 시간과 외부 기온을 예측해 최적의 포장 옵션을 자동 제안하는 시스템까지 등장했다. 또한 포장재 내에 온도 기록 장치(Temperature Logger)를 삽입해 배송 중 이탈한 온도 데이터를 실시간으로 기록하고, 클라우드에 전송함으로써 철저한 이력 추적도 가능해졌다.

* 상변화 물질(PCM: Phase Change Material) 냉매: 고체와 액체 사이를 오가며 열을 흡수하거나 방출하는 냉각재

* 예시: 드라이아이스의 승화를 지연시키기 위한 진공 단열 구조의 특수 포장재

배송 중에는 전 구간 온도 연속성(Temperature Continuity)을 확보하는 것이 핵심이다. 일부 바이오 의약품은 수 시간 내 투여가 필요한 초민감 제품으로, 항공-육상-의료기관에 이르는 복합 운송 과정에서 단 1℃의 이탈도 허용되지 않는다. 이에 따라 GPS 기반 실시간 위치 추적, 이상 감지 시 자동 알람 시스템, 냉장 차량의 전력 이중화 설계 등이 적극 도입되고 있다.

이처럼 보관–포장–배송의 각 단계에서 품질과 온도를 일관되게 유지할 수 있는 역량이 콜드체인 3PL 기업의 경쟁력을 좌우하고 있으며, 이는 바이오 의약품 산업 전체의 지속 가능성을 결정짓는 중요한 기준이 되고 있다.

<한눈에 알아보는 바이오의약품 콜드체인 과정>

[자료: KOTRA 실리콘밸리무역관]

콜드체인 혁신을 이끄는 3PL–바이오 기업 간 전략적 협업

운송과 보관의 안정성이 치료 효과에 직결되면서, 바이오기업들은 콜드체인 전문성을 갖춘 물류사와의 파트너십을 중시하고 있으며, 이에 발맞춰 물류사들 역시 경쟁력 강화를 꾀하고 있다.

바이오·제약 산업 전문 미디어 Pharmaceutical Commerce(2025년 보도)에 따르면, UPS Healthcare Logistics는 2023년 대비 2026년까지 매출을 두 배로 확대해 약 200억 달러 규모를 목표로 하고 있으며, 이 과정에서 유럽의 Frigo-Trans와 BPL을 인수한 것으로 보도됐다. 또한 UPS는 콜드체인, 임상시험, 생명과학 물류 분야에서 업계 핵심 플레이어로 꼽히는 Marken, MNX, Polar Speed를 통합해, ‘UPS Healthcare Precision Logistics’라는 신규 브랜드로 재편했다. 이는 콜드체인 전 영역에서의 통합 운영 역량을 강화하려는 전략으로 평가된다.

DHL도 2024년 2월, 2억 달러 규모의 생명과학 물류 인프라 투자 계획을 발표했다. 이는 바이오의약품을 포함한 온도 민감 제품 수요 증가에 대응하기 위한 전략으로 해석된다.

국내에서는 세포·유전자치료(CGT*) 전문 바이오 기업인 GC녹십자랩셀이 “바이오코리아 2023” 참가를 통해 CAR-T 및 NK* 세포치료제 개발과 연계된 CDMO*·바이오물류 통합체계를 선보였으며, 호주 CRO*(위탁연구기관) 등 글로벌 파트너와의 임상·물류 협업도 확대하고 있다. 최근에는 한국계 바이오 스타트업 듀셀(Ducell)과 인공혈소판 CDMO(위탁 개발 및 생산 전문 업체) 계약을 체결하고, 고객 맞춤형 투트랙 물류 시스템 도입 등 기술 및 품질 역량 강화를 위한 투자도 이어가고 있다.

* CGT: Cell and Gene Therapy

* NK: 면역세포의 한 종류, (Natural Killer)

* CDMO: Contract Development and Manufacturing Organization

* CRO: Contract Research Organization

이러한 흐름 속에서, 미국계 3PL 기업의 아시아 지역 본부장 A 씨는 바이오 의약품 물류의 진화를 주제로 진행된 실리콘밸리무역관과의 인터뷰에서 자사의 대응 전략을 다음과 같이 설명했다.

“AI와 센서 기술을 결합한 콜드체인 모니터링은 향후 바이오 물류의 새로운 표준이 될 것으로 전망됩니다. 이에 대응해 당사는 AI 기반 스마트 시스템을 콜드체인 현장에 단계적으로 적용해 나가고 있습니다. 또한 최근에는 재사용 가능한 스마트 컨테이너와 온도 유지 성능이 입증된 소형 저장 용기에 대한 수요도 꾸준히 증가하고 있습니다. 고객의 이러한 니즈를 반영해, 맞춤형 고기능 포장 솔루션과 친환경 물류 기술의 적용 범위 역시 지속적으로 확대해 가고 있습니다.”

요컨대, 콜드체인 물류의 중요성이 높아지면서 글로벌 및 국내 3PL 기업들은 단순 운송 대행을 넘어, 바이오의약품의 품질과 안전을 종합적으로 책임지는 전문 파트너로 진화하고 있다.

코로나19 팬데믹 당시, 화이자는 자사의 mRNA 백신 운송 파트너로 미국 내 헬스케어 및 제약 물류 분야에서 인지도가 높은 맥케슨(McKesson)을 선택하지 않았다. 대신 국제 특송, 실시간 추적, 초저온 운송 인프라에 강점을 지닌 UPS, FedEx, DHL과 협력해 직배송 시스템을 구축했다. 이는 백신의 유효성과 품질 유지를 최우선으로 고려했기 때문이다.

당시 맥케슨은 미국 내 의료 유통망에서는 우위에 있었지만, 국제 배송이나 –70°C 이하의 초저온 운송 역량은 제한적이었다. 반면 글로벌 특송사인 UPS, FedEx, DHL은 긴급 국제 배송에 특화된 인프라와 바이오 물류 경험을 바탕으로, 화이자 백신의 빠르고 안전한 유통에 적합한 조건을 갖추고 있었다.

화이자는 자체 개발한 초저온 운송 상자(Thermal Shipper)를 통해 백신의 위치와 온도를 실시간으로 추적했고, 물류사들은 화이자의 초저온 콜드체인 요구에 민첩하게 대응했다. 이들 물류사는 백신 유통을 통해 수익뿐 아니라 초저온 콜드체인 분야에서의 전문성과 글로벌 파트너로서의 입지를 크게 강화했다.

이처럼 코로나19 팬데믹은 전 세계 물류 산업 전반에 ‘초저온 콜드체인’ 역량을 경쟁 요소로 각인시키는 계기가 됐고, 이후 글로벌 물류 강자들은 콜드체인 전용 창고와 운송망, 포장 기술 전문 기업 등을 인수·합병하며 전 과정의 통합 운영 역량을 강화하고 있다.

바이오의약품 콜드체인 유망 기업들과 기술

이러한 변화 속에서, 콜드체인 전 과정의 고도화를 가능하게 하는 핵심 기업들도 주목받고 있다. 바이오의약품의 품질과 안전을 확보하기 위해 정밀한 하드웨어와 소프트웨어 솔루션을 제공하는 이들 기업은 글로벌 물류사들과 협력하며 빠르게 생태계를 넓혀가고 있다.

아래는 미국 내 바이오의약품 콜드체인 산업에서 주요 기술력을 보유한 유망 기업들을 분야별로 정리한 것이다.

<미국 내 바이오의약품 콜드체인 기술을 보유한 유망기업들>

[자료: 각 사 공식 웹사이트, 실리콘밸리무역관 정리]

Cold Chain Technologies, Sensitech, BioLife Solutions 등은 이미 고기능 추적 및 보존 기술을 상용화하고 있으며, 일부 제품은 GxP* 기준의 실시간 모니터링 기능까지 갖추고 있다. Ember Technologies의 바이오 전문 자회사인 Ember Lifesciences는 자가 냉각 기능을 갖춘 스마트 콜드체인 박스를 선보이고 있으며, Overhaul은 AI 기반 예외 대응 솔루션 등을 제공하며 글로벌 시장 확대에 나서고 있다.

* GxP: 의약품의 제조, 시험, 임상 등 전 과정의 품질과 안전성을 보장하기 위한 글로벌 품질 규정

<Sensitech 의 모니터링 제품들>

[자료: Sensitech]

<Ember Technologies의 초저온 스마트 콜드체인 박스 ‘Ember Cube’(좌), 박스 이용자(우)>

[자료: Ember Lifesciences]

한편, 해외 상용화가 시작됐지만 아직 국내에 본격 도입되지 않은 아래와 같은 기술들은, 시장 수요와 공급 역량이 균형을 이루는 적절한 시기에 도입하는 것이 중요하다. 기술을 지나치게 이르게 도입하면 과도한 비용 부담이 발생할 수 있고, 반대로 시기를 놓치면 글로벌 시장에서의 경쟁력 확보에 뒤처질 수 있기 때문에 그 도입 시점과 파급 효과에 주목할 필요가 있다.

<차세대 바이오 콜드체인 핵심 기술들 >

[자료: 관련 기업의 기술자료, 실리콘밸리무역관 정리]

시사점

그간 식품 산업을 중심으로 한 콜드체인 물류는 이미 상당 수준 안정화돼 있다. 그러나 우리가 다시금 콜드체인 물류를 주목해야 하는 이유는, 바이오의약품이라는 ‘고부가가치 물류 품목’의 부상 때문이다.

바이오의약품은 세심한 관리가 요구되는 고위험·고민감도 특수 화물이며, 단순한 운송 이상의 고난도 물류 시스템이 요구된다. 이를 위한 콜드체인은 유통 수단일 뿐만 아니라 치료 효과와 환자 안전을 좌우하는 바이오의약품 제조 공정의 핵심 요소로 인식되고 있다. 이에 따라 3PL(Third-Party Logistics) 기업들 역시 단순 위탁 운송에서 벗어나, 기술력, 품질 관리 시스템, 국제 규제 대응 역량을 갖춘 ‘제약사의 전략적 파트너’로 진화하고 있다.

2021년 산업은행 보고서에 따르면, 당시 국내에는 바이오의약품 콜드체인에 특화된 물류기업이 소수에 불과했고 대부분 소규모에 그쳐, 제약사들이 자체 물류 역량 확보에 나서는 상황이었다. 그러나 현재는 GC녹십자랩셀, 삼성SDS, SCL헬스케어, 써모랩코리아, 한울티엘 등이 초저온 운송 시스템과 포장·센서 기술 등에 적극 투자하며 전문 역량을 강화하고 있다. 중소·스타트업 기업들 역시 콜드체인 물류 생태계 내에서 특정 틈새시장을 중심으로 빠르게 성장하고 있으며, 정부 지원과 벤처 투자가 동시에 이어지고 있다. 다만 UPS, DHL, Cryoport와 같은 글로벌 물류 대기업과 비교하면, 국내 전담 3PL 전문업체는 여전히 수가 적고, 전국 단위의 통합 물류망을 보유한 기업도 드물다.

그럼에도 국내 기업들은 선택과 집중 전략을 통해 각자의 영역에서 강점을 키워가고 있으며, 향후 콜드체인 기반 바이오 물류 산업의 경쟁력을 한층 더 끌어올릴 가능성을 충분히 보여주고 있다.

콜드체인은 이제 바이오산업의 성장을 결정짓는 ‘보이지 않는 경쟁력’이며, 이를 얼마나 선제적으로 준비하고 내재화했느냐가 향후 기업과 국가의 바이오 주권을 가를 핵심 변수가 될 것이다.

자료: Global Market Insights, Precedence Research, Astute Analytica, Straits Research, Wireless‑Life Sciences Alliance (WLSA), WHO, The Wall Street Journal, Pharmaceutical Commerce, IQVIA, 2021 산업은행 보고서, UPS Healthcare, NSW Health, 콜드체인 뉴스, DHL Supply Chain press release, PharmaLogisticsIQ, 이코노미스트, KOTRA 실리콘밸리무역관 자료 종합