[논문]특허정보를 활용한 습식 이산화탄소 포집 기술동향 분석

이윤석; 이수진; 이정구; 홍순직

doi:10.12656/jksht.2015.28.5.250

특허정보를 활용한 습식 이산화탄소 포집 기술동향 분석
Technology Trend Analysis of CO2 Solvent by Patent Information 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.28 no.5, 2015년, pp.250 - 257

이윤석 (한국과학기술정보연구원) , 이수진 (한국과학기술정보연구원) , 이정구 (한국과학기술정보연구원) , 홍순직 (공주대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

As recognized by all scientific and industrial groups, carbon dioxide ($CO_2$) capture and sequestration (CCS) could play an important role in reducing greenhouse gas emissions. This paper is aimed at identifying evolving technological trends from the objective information of patents related to carbon capture technology by solvent. In this study the patents applied in korea, japan, china, canada, US, EU from 1993 to 2013 were analyzed. The result of patent analysis could be used for R&D and policy making of domestic CCS industry.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 이산화탄소 습식 포집공정 분야의 기술을 개발함에 있어, 이산화탄소 습식 포집공정 기술 관련 분야인 흡수제 분야 및 공정 분야의 기술을 포함하는 한국, 미국, 일본, 유럽에 출원된 특허정보를 체계적으로 분석하고 국가별 관련기술의 출원현황, 특허수준, 분야별 기술의 다양성 등을 비교함으로써 이산화탄소 습식 포집공정 분야의 트렌드를 살펴보고, 최근 부상 기술 등을 도출하여 전략적인 연구개발 계획 수립에 활용할 수 있도록 객관적이고 체계적인 특허정보를 제공하는데 그 목적이 있다.
수계 흡수제의 개발인자는 흡수능, 흡수속도, 재생에너지, 흡수제 손실(휘발도, 화학적 안정성) 등이 있다. 이러한 인자들은 트레이드오프(Trade-off) 관계에 있으므로 분석된 핵심특허는 블렌딩 흡수제에서 최적특성을 나타낼 수 있는 물질 및 이들의 조합에 관한 것이다. 이에 흡수성능으로 ①흡수능/흡수속도, 재생성능으로 ②재생에너지, 흡수제 손실 관련항목으로 ③휘발도/화학적 안정성의 개발인자를 도출하였다.

제안 방법

이산화탄소 습식포집 관련 기술동향, 핵심기술지표, 핵심특허의 기술전개 추세를 파악하기 위해 미국 특허를 대상으로 특허의 정성분석을 실시하였으며 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 기술동향 및 핵심기술지표로 개발핵심 요인, 개발 목표, 개발방향 및 이와 관련된 특허들에 대해 분석하였다. 전반적인 특허정성분석을 요약하자면 습식 포집 기술의 요소기술은 흡수제, 공정, 시스템으로 분류하였다.
미국등록특허에 나타나는 특허의 인용관계(citation)을 이용하여 특허가 기술적으로 영향을 미치는 정도(피인용도의 비율)와 패밀리 국가수(시장확보지수)를 통해 연구주체의 특허가 질적 수준 또는 시장확보를 위한 노력 정도를 평가하기 위해 출원인 국적별 시장력/피인용 상관관계를 분석하였다. 여기서 피인용도 지수(CPP, Cites Per Patent, 특정 특허권자의 특허들이 이후 등록되는 특허들에 의해 인용되는 회수의 평균값) 값이 클수록 주요특허 또는 원천특허를 많이 가지고 있다는 것을 의미하며 많이 인용되는 특허를 가진 특허권자는 경쟁에서 유리한 위치를 점할 수 있음을 의미한다.
미국, 유럽, 일본, 한국, 중국, 캐나다 특허를 중심으로 분석하였으며, 분석방법은 한국과학기술정보연구원(KISIT)에서 개발한 ‘계량정보 분석시스템(KITAS)을 이용하였다. 본 분석에서는 흡수제와 공정으로 기술을 분류하여 분석을 수행하였으며, 흡수제는 비수계, 저수계, 저수계-첨가제, 저수계-이론으로 기술을 소분류 하여 Table 1에 나타내었다.
수계 공정 관련 특허의 개발인자로 재생에너지 에너지 저감을 위한 ⑤열통합(Heat integration)을 기반으로 하였다. 이 밖에도 ⑥아민 손실의 최소화, ⑦ 물 사용량 최소화를 위한 공정 개선 특허가 출원되고 있으며, 최근 ⑥, ⑦과 관련하여 흡수탑 세정부(Water Washing Section)에 대한 특허가 공개되고있다.
이산화탄소 습식포집 관련 기술동향, 핵심기술지표, 핵심특허의 기술전개 추세를 파악하기 위해 미국 특허를 대상으로 특허의 정성분석을 실시하였으며 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 기술동향 및 핵심기술지표로 개발핵심 요인, 개발 목표, 개발방향 및 이와 관련된 특허들에 대해 분석하였다.
이에 흡수성능으로 ①흡수능/흡수속도, 재생성능으로 ②재생에너지, 흡수제 손실 관련항목으로 ③휘발도/화학적 안정성의 개발인자를 도출하였다.

대상 데이터

CCS 습식 포집 관련 특허정보 분석은 33개국 특허를 주 1회 업데이트하고 있는 글로벌 기술특허 분석플랫폼인 “KISTI G-PASS”데이터베이스를 이용하여, 1994년 1월부터 2013년 12월까지 출원 공개된 CCS 건식포집 관련 특허를 기술분류에 따른 검색키워드를 조합하여 검색하였다.

이론/모형

미국, 유럽, 일본, 한국, 중국, 캐나다 특허를 중심으로 분석하였으며, 분석방법은 한국과학기술정보연구원(KISIT)에서 개발한 ‘계량정보 분석시스템(KITAS)을 이용하였다.

성능/효과

또한, 흡수제와 공정을 동시에 언급한 특허는 공정관련 특허로 분류하여 기술의 중복분류를 허용하지 않았다. 그 결과 습식포집 관련특허는 938건이며, 이중 흡수제 관련 특허는 254건(비수계 32건, 저수계 190건, 저수계-이론 32건), 공정관련 특허가 684건 이였다. 일반적으로 특허 출원 후 18개월이 경과된 후 특허가 공개되므로 미공개상태의 특허가 존재하는 2012-2013년 자료는 유효하지 않다.
핵심특허 분석결과, 저수계 흡수제는 성숙기에 도달하였으며 흡수능/흡수속도, 재생에너지 뿐만 아니라 휘발도, 화학적 안정성 등 종합적인 성능을 최적화하기 위한 블렌딩 흡수제가 출원되고 있다. 또한 저수계 공정도 성숙기에 도달하였으며 열통합을 이용한 개선 뿐만 아니라 흡수제 손실, 물 사용량 등 종합적인 성능을 최적화하기 위한 개선공정이 출원되고 있는 것으로 나타났다.
이산화탄소 습식포집 특허에 대한 정성 분석 결과, 미국 특허에 한정한 경우, 세부기술별로 볼 때, 흡수제 특허의 경우 아민계 흡수제가 주류이며, 블렌딩 흡수제로 꾸준히 출원되고 있는 것으로 나타났다. 비수계 흡수제 특허 출원은 미미하며, 공정 특허의 경우도 저수계 공정특허가 주류이며, 비수계 특허 출원은 미미한 것으로 나타났다. 흡수제 기술 동향은 아민계 흡수제가 지속적으로 출원되고 있는 가운데Advanced Aqueous로 분류될 수 있는 다양한 흡수제(촉매촉진, Enzyme, 상분리, 실리콘계 등) 기술들이 출원되고 있으며, 공정 기술동향은 수계흡수제 공정 개선이 지속적으로 출원되고 있는 가운데 발전소연계 관련 특허가 증가하고 있다.
이산화탄소 습식포집 특허에 대한 정량 분석 결과, 연도별 특허 출원 동향은 출원이 증가하는 추세이며, 2000년 중후반 들어 상승세가 두드러졌다. 세부기술별로 볼 때, 수계 흡수제(A_AQU+A_AQU_AD) 특허 출원은 동일한 경향을 보이며, 이러한 경향은 수계 공정(P_AQU+P_AQU _HY)의 경우 더욱 뚜렷하게 나타났다. 비수계 흡수제(A_NON)는 2010년 이후 본격적으로 출원되고 있으며 비수계 공정(P_NON) 관련 특허는 아직 출원되고 있지 않은 것으로 나타났다.
이산화탄소 습식포집 특허에 대한 정성 분석 결과, 미국 특허에 한정한 경우, 세부기술별로 볼 때, 흡수제 특허의 경우 아민계 흡수제가 주류이며, 블렌딩 흡수제로 꾸준히 출원되고 있는 것으로 나타났다. 비수계 흡수제 특허 출원은 미미하며, 공정 특허의 경우도 저수계 공정특허가 주류이며, 비수계 특허 출원은 미미한 것으로 나타났다.
주요 기관별 기술 개발 포트폴리오는 Fig. 4와 같이 한국의 에너지기술연구원과 전력연구원, 해외의 미쓰비시중공업(일본), Alstom(미국), 도시바(일본), 간사이전력(일본), BASF 등 국내외 주요 기업들이 흡수제를 포함한 공정 관련 기술개발을 활발히 하고있는 것으로 나타났다.
주요출원인 분석 결과 상위 10위 주요출원기관 중 7기관(MHI, Alstom, Toshiba, Kansai Elec., Babcock, Hitachi, 한전)이 발전소 주기기(보일러, 스팀터빈) 라이센스사 혹은 발전사임을 볼 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	습식 흡수제를 이용한 연소후 이산화탄소 포집 공정은 어떤 공정인가?	습식 흡수제를 이용한 연소후 이산화탄소 포집 공정은 석탄, 천연가스와 같은 화석연료의 연소시 발생하는 배기가스 중 이산화탄소를 포집하는 공정이다.이 공정에서 40~60oC의 배기가스는 흡수탑에서 흡수제와 접촉하기 위해 보내지며, 배기가스 중 이산화탄소는 흡수탑에서 흡수제와 화학적으로 결합한다.
	기술동향 및 핵심기술지표로 무엇에 대해 분석하였는가?	이산화탄소 습식포집 관련 기술동향, 핵심기술지표,핵심특허의 기술전개 추세를 파악하기 위해 미국 특허를 대상으로 특허의 정성분석을 실시하였으며 그결과를 Table 3에 나타내었다. 기술동향 및 핵심기술지표로 개발핵심 요인, 개발 목표, 개발방향 및 이와 관련된 특허들에 대해 분석하였다. 전반적인 특허정성분석을 요약하자면 습식 포집 기술의 요소기술은흡수제, 공정, 시스템으로 분류하였다.
	습식 흡수제를 이용한 연소후 이산화탄소 포집 공정의 과정은?	습식 흡수제를 이용한 연소후 이산화탄소 포집 공정은 석탄, 천연가스와 같은 화석연료의 연소시 발생하는 배기가스 중 이산화탄소를 포집하는 공정이다.이 공정에서 40~60oC의 배기가스는 흡수탑에서 흡수제와 접촉하기 위해 보내지며, 배기가스 중 이산화탄소는 흡수탑에서 흡수제와 화학적으로 결합한다.화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제는열교환기를 거쳐 가열되어 탈거탑의 상부로 주입된다. 흡수제의 재생은 통상 100~140oC의 온도 및대기압 정도의 압력에서 탈거탑에서 수행된다. 이산화탄소가 제거된 흡수제는 열교환기를 거쳐 다시 흡수탑으로 펌프에 의해 이송되며, 포집된 이산화탄소는 압축되어 지중 저장 또는 석유회수증진공정 등에이용된다[5].

참고문헌 (9)

Technologies and policy Trends of CCS (Carbon Capture and Storage) for mitigation of greenhous gas and low carbon green growth", KISTEP, 2010. 01.
http://climateaction.re.kr/news01/20674, Institute, Climate Change Action, 2011.10.5.
S. D. Park : "Carbon Capture Technology", News & Information for Chemical Engineers, 27(2) (2009) 143 (Korean).
J. C. Kim, J. M. Kim, H. S. Kim, etc. : Carbon Capture, Storage and Conversion Technology, Cheong Moon Gak (2013) (Korean).
I. Y. Lee : " $CO_2$ Capturing Technologies by solvent in electric power filed", News & Information for Chemical Engineers, vol. 32, NO. 1, 2014 (Korean).
K. R. Jang and J. H. Lee : "Status and Prospect of $CO_2$ Captureing Technologies by solvent", News & Information for Chemical Engineers, vol. 29, NO. 5, 2011 (Korean).
Y. E. Kim, S. C. Nam, Y. T. Lee and Y. I. Yoon : "Study of $CO_2$ Absorption Characteristics in Aqueous $K_2CO_3$ Solutionwith Homopiperazine", Chemical Gengineering, 21(3) (2010) 284-290 (Korean).
B. Zhao, Y. Sun, Y. Yuan, J. Gao, S. Wang, Y. Zhuo and C. Chen : "Study on corrosion in $CO_2$ chemical absorption process using amine solution," Energy Procedia, 4 (2011) 93-100.

상세보기
F. Qin, S. Wang, A. Hartono, H. F. Svendsen and C. Chen : "Kinetics of $CO_2$ absorption in aqueous ammonia solution," Int. J. Greenh. Gas Con., 4(5) (2010) 729-738.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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