보고서 정보
주관연구기관 |
한국화학연구원 Korea Research Institute of Chemical Technology |
보고서유형 | 연차보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-12 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201500012799 |
과제고유번호 |
1711022420 |
사업명 |
한국화학연구원연구운영비지원 |
DB 구축일자 |
2015-07-18
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키워드 |
바이오가스.기체분리막.메탄.고도산화 수처리.세라믹 중공사막.Biogas.Gas separation membrane.Methane.Advanced Oxidation Process(AOP).Ceramic hollow fiber membrane.
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초록
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1. 연구목표
○ 최종목표
- 바이오 메탄 정제용 고분자 분리막 원천소재/중공사막 개발
ㆍ분리막 소재: 선택도 40 이상, 중공사막 투과도 100 GPU 이상
ㆍ막분리 공정: 메탄순도 95% 이상, 메탄회수율 90% 이상, 처리용량 6 Nm3/hr
- 고도 산화 수처리용 세라믹 중공사막 제조 기술 개발
ㆍ기공크기: ~0.1μm, 기공율 35% 이상, 수투과도 100 LMH 이상, 산화효율 60% 이상
○ 2014년도 목표
- 바이오 메탄가스정제용 중공사막 개발 (총 3년
1. 연구목표
○ 최종목표
- 바이오 메탄 정제용 고분자 분리막 원천소재/중공사막 개발
ㆍ분리막 소재: 선택도 40 이상, 중공사막 투과도 100 GPU 이상
ㆍ막분리 공정: 메탄순도 95% 이상, 메탄회수율 90% 이상, 처리용량 6 Nm3/hr
- 고도 산화 수처리용 세라믹 중공사막 제조 기술 개발
ㆍ기공크기: ~0.1μm, 기공율 35% 이상, 수투과도 100 LMH 이상, 산화효율 60% 이상
○ 2014년도 목표
- 바이오 메탄가스정제용 중공사막 개발 (총 3년 중 3년차)
ㆍ분리막 소재 메탄선택도 40이상, 중공사막 투과도 100GPU 이상
ㆍ막분리 공정: 메탄순도 95% 이상, 메탄회수율 90% 이상, 처리용량 6 Nm3/hr
- 고도산화 수처리용 세라믹중공사막 지지체 제조 기술개발 (총 3년 중 1년차)
ㆍ기공크기: ~0.1μm, 기공율 30% 이상, 수투과도 100 LMH 이상
2. 주요 연구내용
- 바이오 메탄가스정제용 중공사막 개발
ㆍ유기성 폐기물 유래 바이오 메탄의 고순도 정제용 고분자막 원천소재 개발
ㆍ고투과성 중공사 막모듈 및 저에너지 소모형 공정시스템 개발
- 고효율 고도산화 수처리용 세라믹 중공사막 소재 및 제조 원천기술 개발
ㆍ세라믹 중공사막 소재 선정 및 중공사막 제조 기술 연구
ㆍ세라믹 중공사막 구조 및 특성 평가
3. 주요 연구개발 결과 및 성과
- 메탄/이산화탄소 분리용 신규 용해성 폴리이미드 소재의 투과선택도를 개선하기 위하여 다양한 dianhydride와 diamine을 사용하여 폴리이미드단일중합체 및 공중합체를 합성함. 개발된 DOCDA-ODA 폴리이미드 공중합체 중 6FDA를 20% 첨가한 소재의 경우 이산화탄소 투과도 3.65barrer, 이산화탄소/메탄 선택도 60으로 투과도가 2배 향상된 결과를 나타냄. 폴리이미드 단일중합체 및 공중합체 관련 특허를 확보함.
- 중공사막 개발은 크게 폴리이미드와 폴리이서설폰을 대상으로 연구를 진행하였음. 현재 상용화된 고선택성 소재인 폴리이서설폰소재를 대상으로 방사조건의 개선을 통해 당해 연도 연구목표 이상의 선택도 41, 투과도 120 GPU의 기체분리용 중공사막을 개발하였음. 폴리이미드의 경우 DOCDA-ODA 폴리이미드를 대상으로 수평균 분자량 30,000 정도로 1회에 400g을 생산하는 규모의 제조조건을 확보하였으며 이를 대상으로 중 공사막의 시험방사를 수행하였음.
- 고도산화 수처리 공정의 핵심기술인 세라믹 분리막의 소재의 선정 및 이를 이용한 중공사막 제조 기술을 확보하였으며, 제조된 세라믹 중공사막에 대한 구조 및 특성 평가를 수행한 결과, 당해 연도 연구목표인 기공크기 ~0.1μm, 기공율 30% 이상, 수투과도 100 LMH 이상의 성능을 달성하였음.
- 본 연구를 통해 국내 특허출원 4건, 국외 특허출원 1건, 국내학회 표 34건, 해외 학회발표 2건, 국내외논문 5건, 기술이전 1건의 성과를 얻었음.
- 기술이전 : 수처리용 세라믹 중공사 멤브레인 제조기술 1건 ((주)유원컴텍, 6천만원)
- 환경신기술 인증: 전처리 2단 분리막 PSA의 순차적 적용을 통한 매립지 메탄가스의 자동차 연료화 환경 신기술 인증 확보
4. 활용분야 및 계획
- 기체분리막은 매립지, 음식물, 축산, 오폐수 등 유기성 폐기물의 메탄 자원화 등과 관련하여 2030년에 바이오메탄 정제시장, 천연가스 정제, 처리 및 질소부화, 수소분리, 산소분리 및 향후 온실기체, 신재생에너지, 천연가스 정제, 세일가스 정제 등에 적용이 가능.
- 국내 기체분리막 회사인 에어레인, 시노펙스, 코오롱, 제일모직 등에 개발된 분리막 소재 및 중공사막을 기술이전하고 이러한 기업들과 함께 기체분리막 기술을 개발하여 전세계 시장에 진입할 예정.
- 고도산화 수처리용 세라믹 중공사 분리막 기술은 수질악화, 난분해성 폐수 증가, 환경규제 강화, 첨단 장비의 고밀도화와 고집적화에 따른 높은 청정수준의 요구, 심각히 대두되는 에너지 저감 문제들에 대응할 수 있는 기술로써 향후 관련시장의 성장이 예상되며, 고도 하폐수 처리 및 정수 처리, 해수담수화 전처리 기술 등 수처리 분야 시장 진입이 가능함.
5. 기대효과
- 메탄분리용 분리막 원천소재 확보로 국내외 바이오 메탄 신재생 연료 및 플랜트시장 확보 및 2008년 현재 9000억(8.46억불)규모의 천연가스처리 및 질소부화, 수소분리, 산소분리 용도로 향후 온실기체, 신재생 에너지, 천연가스 정제, 세일가스 정제 등 2020년에 20억불로 예상되는 기체분리막 시장의 교두보 확보.
- 고도산화 수처리용 세라믹 중공사 분리막 제조 핵심기술 확보로 고부가가치 환경, 청정에너지, 자원관련 기술 자립 및 전세계 분리막 미래 시장을 선점함으로써 국가경쟁력을 확보하며 물 산업의 발전 및 해외 시장개척에 기여.
6. 차년도 연구계획
고효율 해수 담수화용 핵심 분리막 소재 연구 개발
- 기존 해수담수화 공정 대비 에너지 소비율 60% (4.0→2.5 kwh/m3), 회수율 80%로 향상시킬 수 있는 해수담수화용 단위공정 분리막 핵심 소재 및 시스템 개발
- 1단계 연구목표 : MF/UF: 400/80LMH, FO: 20LMH, RO: 1.2(F/Fo), 0.8(R/Ro), PRO: 15bar, MD: 5LMH(VMD)
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