초록 ▼

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
1. 친환경적이며 지속가능한 신재생에너지의 필요성
√ 제한된 화석연료와 이를 연소하면서 발생하는 대기오염을 해결하기 위해 친환경적이며 청정한 에너지 생산의 필요성이 부각되고 있음. 이산화탄소 저감 및 기온상승 제한 정책에 청정 수소 생산은 온실가스 배출이 없는 연료를 생산한다는 점과 이산화탄소를 전환하는데 이용되는 수소를 친환경적으로 공급할 수 있다는 데 그 당위성이 입증됨.
√ 국내 에너지 공급의 97% 이상을 수입하고 있을 정도로 우리나라의 에너지 경쟁력인 현저히 낮은 순위

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
1. 친환경적이며 지속가능한 신재생에너지의 필요성
√ 제한된 화석연료와 이를 연소하면서 발생하는 대기오염을 해결하기 위해 친환경적이며 청정한 에너지 생산의 필요성이 부각되고 있음. 이산화탄소 저감 및 기온상승 제한 정책에 청정 수소 생산은 온실가스 배출이 없는 연료를 생산한다는 점과 이산화탄소를 전환하는데 이용되는 수소를 친환경적으로 공급할 수 있다는 데 그 당위성이 입증됨.
√ 국내 에너지 공급의 97% 이상을 수입하고 있을 정도로 우리나라의 에너지 경쟁력인 현저히 낮은 순위에 머무르고 있음. 특히나 신재생 에너지(수력, 풍력, 조력, 태양력, 등) 생산 기술은 3% 못 미칠 정도로 기술력과 생산력이 저조함.
2. 차세대 광-하이브리드 수소 생산 시스템 개발의 필요성 및 중요성
√ 광-하이브리드 수소생산원천기술을 선점한다면, 대부분의 에너지원을 수입하는 우리나라의 에너지 자립 한계를 극복할 수 있음. 또한 광전극의 PV 보다 매우 저렴하기 때문에 생산비용 절감에도 크게 기여하여 실용화를 앞당길 수 있음.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 목표
1. 태양광 에너지원을 기반으로 물을 분해하여 수소를 생산하는 차세대 광-하이브리드 수소생산 원천기술 개발인가되는 외부전압 없이 구동하는 광전기화학적 하이브리드 수소생산 시스템 개발
√ 광촉매 개질 및 조촉매와의 결합을 통한 고효율 광소재 및 광전극 개발
√ 태양광- 수소전환 효율 > 12% (1 sun, 50h)
2. 광촉매-효소-미생물 융합을 통한 광 바이오 수소 생산 시스템 개발
√ 광-바이오 태양광 수소 전환 효율 >5%

Ⅳ. 연구개발결과
√ 광촉매 및 광전극 형태 개질 : 나노구조화를 통해 효과적인 광여기 전자 전공의 분리
√ 촉매 내 도핑： 소량의 불순물을 첨가함으로써, 전자전달 효율 향상
√ 촉매 표면 개질 : 비백금 기반 전기촉매를 이용하여 표면을 개질함으로써, 안정성 향상 및 표면 전자/전공 전달 촉진
√ 복합적으로 개질된 광촉매 및 광전극의 30% 이상의 활성 증대 및 안정성 확보
√ PEC 하이브리드 적용을 위한 전반적인 시스템 완비 및 시험
√ PEC tandem 시스템을 이용하여 7.7%의 STH 달성, PV-EC 시스템을 이용하여 12% 달성
√ 효소 전극의 최적화 고정화 기술을 통한 비 백금계 광촉매-효소 융합 수소생산 기술 확보
√ 광촉매-효소 전극으로 이원화된 시스템 개발을 통한 고효율 텐텀 수소 생산 구축

Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
√ 개발될 차세대 광 하이브리드 PEC 수소생산 시스템은 태양에너지와 물이 공급되는 환경에서 장소 불문하고 설치 및 사용이 가능하므로 지역 및 에너지 자원 편재의 한계 극복 가능함.
√ 태양에너지와 물로 수소를 생산하는 과정에서 다른 부산물의 생산이 없기 때문에 친환경적이며 특히나 생산된 수소는 화학에너지의 하나로 높은 에너지 밀도를 가지기 때문에 신재생 에너지 개발 취지에 매우 부합함.
√ 본 연구 진행과정에서 비단 수소 생산 기반 연구뿐만 아니라, 반도체 소재의 나노구조화/도핑 및 전기촉매의 개발이 동시에 진행되므로 반도체 및 무기 소재 산업, 박막 및 나노구조화 산업 발전에 적용됨.
√ 특히나 광촉매 바이오 융합 수소 생산 시스템에서는 폐수를 전자 발생, 수소생산이 진행되므로 폐수처리에도 효과적인 기술이 됨.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅰ.Unbiased photoelectrochemical hybrid hydrogen generation system
1. Tandem system combining photocatalyst/photoelectrode and perovskite solar cell
2. Solar to hydrogen efficiency >12% (1sun, 50h)
√ Nanostructuring of photocatalyst and photoelectrodes for photoexcited electron/hole pair

Ⅰ.Unbiased photoelectrochemical hybrid hydrogen generation system
1. Tandem system combining photocatalyst/photoelectrode and perovskite solar cell
2. Solar to hydrogen efficiency >12% (1sun, 50h)
√ Nanostructuring of photocatalyst and photoelectrodes for photoexcited electron/hole pair separation
√ Doping in photocatalyst for electron transport property
√ Surface modification with non-pt based electrocatalyst for effective electron transfer on surface and long-term stability
√ Set-Up for unbiased solar hydrogen evolution system using PEC-Solar cell

Ⅱ.Development of the photocatalyst-enzyme-microbial hydrogen generation system
1. Photocatalyst-bio solar to hydrogen efficiency > 5%
√ Development of photoanode suggested doping and applied junction with oxide and semiconductor
√ Optimization of enzyme based cathode and development of non-pt electrocatalyst
√ Set-up of photocatalyst-enzyme-microalgae system and production of hydrogen evolution efficiency over 5 %

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 7
• 제 1 장 연구개발과제의 목적 및 필요성 ... 8
• 제 1 절 연구개발과제의 목적 ... 8
• 제 2 절 연구개발과제의 필요성 ... 9
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 11
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 11
• 1. 기술 현황 ... 11
• 2. 시장 현황 ... 13
• 3. 경쟁기관 현황 ... 13
• 4. 지식재산권 현황 ... 14
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 개발 ... 16
• 제 1 절 연구개발 추진 전략과 추진체계 ... 16
• 제 2 절 연구개발 결과 ... 18
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 46
• 제 1 절 연도별 목표달성도 ... 46
• 제 2 절 관련분야에서의 기여도 ... 47
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용 계획 ... 48
• 제 6 장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학 기술정보 ... 49
• 제 7 장 참고문헌 ... 50
• 끝페이지 ... 53