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변환효율 10% 급 중온 열전발전모듈 핵심기술개발에 관한 연구(I)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
o 중온 열전발전모듈 관련 기술개발 배경
- 높은 성능을 가진 새로운 열전소재(Skutterudite, Half-heusler, Sn-chalcogenide...)의 등장과
전세계적으로 막대한 폐열 에너지자원의 회수 필요성 부각으로 중온열전발전 기술의 관심 증가
- 기술적 완성도가 높은 저온영역의 열전모듈과는 달리 중온(300~ 800℃)영역 열전모듈의 기술
개발 연구는 아

변환효율 10% 급 중온 열전발전모듈 핵심기술개발에 관한 연구(I)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
o 중온 열전발전모듈 관련 기술개발 배경
- 높은 성능을 가진 새로운 열전소재(Skutterudite, Half-heusler, Sn-chalcogenide...)의 등장과
전세계적으로 막대한 폐열 에너지자원의 회수 필요성 부각으로 중온열전발전 기술의 관심 증가
- 기술적 완성도가 높은 저온영역의 열전모듈과는 달리 중온(300~ 800℃)영역 열전모듈의 기술
개발 연구는 아직까지 미비한 수준이며 핵심 요소기술 개발을 통해 세계최초로 기술의 독창성
및 원천성 확보가능

o 중온열전발전모듈 기술개발의 필요성
1) 기술적 측면
- 2000년대 초반부터 개발되어 사용화를 앞두고 있는 중온열전발전소재를 실제로 소자화 할 수
있는 모듈 기술의 부족으로 모듈제작 기술개발 요청이 증가하고 있음
- Sn Chalcogenide 계열의 소재가 2014년 Nature지에 개제되어 세계최고성능의 ZT값을 나타내고
있음이 입증되었으며 본 연구에서 실용화를 바탕으로 계획하고 있는 Polycrystalline 계열의 Sn
Chalcogenide는 세계 최초연구로 원천성이 명확함
2) 경제/산업적 측면
- 국내 여러 업체들이 열전발전모듈과 이를 활용한 시스템 개발에 적극적인 관심과 기술이전, 공
동개발의 의지를 나타냄
- 중온열전발전모듈 개발의 시점이 해당 기술의 시장진입의 시작점이 될 것이 명백한 것으로 인식
되고 있음


팔라듐막을 이용한 0.5Nm3/h급 수소제조공정 핵심기술 개발(I)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
o 중온 열전발전모듈 관련 기술개발 배경
- 높은 성능을 가진 새로운 열전소재(Skutterudite, Half-heusler, Sn-chalcogenide...)의 등장과 전세계적으로 막대한 폐열 에너지자원의 회수 필요성 부각으로 중온열전발전 기술의 관심 증가
- 기술적 완성도가 높은 저온영역의 열전모듈과는 달리 중온(300~ 800℃)영역 열전모듈의 기술 개발 연구는 아직까지 미비한 수준이며 핵심 요소기술 개발을 통해 세계최초로 기술의 독창성 및 원천성 확보가능

o 중온열전발전모듈 기술개발의 필요성
1) 기술적 측면
- 2000년대 초반부터 개발되어 사용화를 앞두고 있는 중온열전발전소재를 실제로 소자화 할 수 있는 모듈 기술의 부족으로 모듈제작 기술개발 요청이 증가하고 있음
- Sn Chalcogenide 계열의 소재가 2014년 Nature지에 개제되어 세계최고성능의 ZT값을 나타내고 있음이 입증되었으며 본 연구에서 실용화를 바탕으로 계획하고 있는 Polycrystalline 계열의 Sn Chalcogenide는 세계 최초연구로 원천성이 명확함
2) 경제/산업적 측면
- 국내 여러 업체들이 열전발전모듈과 이를 활용한 시스템 개발에 적극적인 관심과 기술이전, 공동개발의 의지를 나타냄
- 중온열전발전모듈 개발의 시점이 해당 기술의 시장진입의 시작점이 될 것이 명백한 것으로 인식 되고 있음


플랙시블 에어로겔 블랑켓 기술 개발(I)

o 실리카 에어로겔은 90~99% 기공율을 갖는 나노 기공성 비정질 물질로서, 현재까지 인류가 개발한 소재 중에서 가장 뛰어난 초단열성/초다공성/초경량성/극저유전성 등의 특성을 갖고 있어 건물용, 산업용, 우주항공용, 선박용 및 방산용 등의 단열재, 흡음재, 방화재 및 충격완화재 외에 환경 및 전기전자 분야에 무한한 응용 가능성을 가진 유망 소재임
o 에어로겔 블랑켓은 섬유상 웹인 폴리에스터, 유리섬유, 세라믹 섬유 등과 에어로겔을 복합화 시켜 에어로겔 블랑켓을 제조함으로써 에어로겔의 낮은 기계적 강도와 성형 및 취급이 용이 하지 않는 문제점 등을 해결할 뿐만 아니라 섬유상 쉬트형태로 만들어져 유연성이 있다는 장점이 있어 응용처의 제한이나 시공상의 애로사항 등을 해결할 수 있는 에어로겔 소재 응용기술임


분리막을 이용한 연소전 이산화탄소 포집 핵심 요소기술 개발(Ⅱ)

o 연소전 CO₂ 포집기술은 저비용, 대용량 CO₂ 포집과 더불어 고효율 발전이 가능한 차세대 “발전 + CCS" 기술임.
- 수소 이용을 위한 IGCC(석탄가스화 복합발전), IGFC(IGCC+연료전지), NGCC(천연가스 이용 복합발전) 공정과 연계, CO₂ 포집과 더불어 고효율 발전가능 기술임.
- DOE의 Hydrogen from coal (2009) 자료에 의하면, 습식흡수제(Selexol 등)를 이용한 포집공정 대비 분리막을 이용할 경우, 전체 공정구성 비용이 25% 감소, 발전효율은 19% 증가한다고 보고하고 있으며, CO₂ 포집단가 ($10/tCO2) 만족 가능한 유일한 기술로 평가받음.

o 분리막을 이용한 연소전 CO₂ 포집 연구는 미국(FutureGen), 일본(Eagle) 및 유럽(CACHET) 등 선진국을 중심으로 활발히 진행 중임.
- 미국 : Praxair, United Technologies Research Center, Western Research Institute, Worcester Polytechnic Institute에 pre-commercial 규모의 스케일업 연구를 지원하고 있음.
- 유럽 : ECN, SINTEF를 비롯 8개 기관에서 분리막, 모듈, 공정설계, 건설, 운전 등 분야별 연구 진행하고 있음. 특히 네덜란드 ECN은 Hysep 모듈 개발, 이를 적용하여 이탈리아 Technimont LT SpA에서 20Nm³/h급 수소제조 플랜트 건설, 500시간 연속운전 자료 확보함.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 5
• 변환효율 10% 급 중온 열전발전모듈핵심기술개발에 관한 연구 ... 7
• 목차 ... 9
• Ⅰ. 일반현황 ... 11
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 12
• 1. 배경 및 필요성 ... 12
• 2. 최종목표 ... 14
• 3. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 ... 14
• Ⅲ. 추진 전략 ... 15
• 1. 기술개발팀 편성도 ... 15
• 2. 주요 기술개발 이슈 ... 15
• 3. 타개전략 ... 16
• Ⅳ. 추진 실적 ... 18
• 1. 성과목표 및 기술목표 달성도 ... 18
• 2. 추진계획 대비 실적 ... 21
• 3. 계획대비 진도 부진 시 개선대책 ... 34
• Ⅴ. 향후 계획 ... 34
• 1. 계속과제인 경우 ... 34
• 2. 평가의견 반영 내역 ... 35
• 붙임 위탁과제 보고서 실용화형 고성능 Metal Chalcogenide 중온 열전신소재 개발 ... 37
• 팔라듐막을 이용한 0.5Nm3/h급 수소제조공정핵심기술 개발 ... 55
• 표지 ... 55
• 목차 ... 57
• Ⅰ. 일반현황 ... 59
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 60
• 1. 배경 및 필요성 ... 60
• 2. 최종목표 ... 61
• 3. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 ... 61
• Ⅲ. 추진 전략 ... 62
• 1. 기술개발팀 편성도 ... 62
• 2. 주요 기술개발 이슈 ... 63
• 3. 타개전략 ... 64
• Ⅳ. 추진 실적 ... 65
• 1. 성과목표 및 기술목표 달성도 ... 65
• 2. 추진계획 대비 실적 ... 70
• 3. 계획대비 진도 부진 시 개선대책 ... 104
• Ⅴ. 향후 계획 ... 105
• 1. 계속과제인 경우 ... 105
• 붙임 위탁과제 보고서 : 50Nm3/h급 분리막반응기 공정 설계 및경제성분석에 관한 연구 ... 107
• 플랙시블 에어로겔 블랑켓 기술 개발 ... 127
• 표지 ... 127
• 목차 ... 129
• Ⅰ. 일반현황 ... 131
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 132
• 1. 배경 및 필요성 ... 132
• 2. 최종목표 ... 133
• 3. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 ... 133
• Ⅲ. 추진 전략 ... 134
• 1. 기술개발팀 편성도 ... 134
• 2. 주요 기술개발 이슈 ... 134
• 3. 타개전략 ... 135
• Ⅳ. 추진 실적 ... 136
• 1. 성과목표 및 기술목표 달성도 ... 136
• 2. 추진계획 대비 실적 ... 142
• 3. 계획대비 진도 부진 시 개선대책 ... 149
• Ⅴ. 향후 계획 ... 149
• 1. 계속과제인 경우 ... 149
• 붙임 위탁과제 보고서 : 에어로겔 복합화를 위한 소수화겔최적화 기술 개발 ... 151
• 분리막을 이용한 연소전 이산화탄소 포집 핵심요소기술 개발 ... 171
• 표지 ... 171
• 목차 ... 173
• Ⅰ. 일반현황 ... 175
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 176
• 1. 배경 및 필요성 ... 176
• 2. 최종목표 ... 177
• 3. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 ... 177
• Ⅲ. 추진 전략 ... 179
• 1. 기술개발팀 편성도 ... 179
• 2. 주요 기술개발 이슈 ... 180
• 3. 타개전략 ... 181
• Ⅳ. 추진 실적 ... 182
• 1. 성과목표 및 기술목표 달성도 ... 182
• 2. 추진계획 대비 실적 ... 187
• 3. 계획대비 진도 부진 시 개선대책 ... 217
• Ⅴ. 향후 계획 ... 217
• 1. 계속과제인 경우 ... 217
• 2. 종료과제인 경우 ... 218
• [붙임] 위탁과제 보고서 분리막을 이용한 연소전 이산화탄소 포집 공정 모델링 ... 219
• 끝페이지 ... 250