초록 ▼

□ 세부과제 Ⅰ 전략적 국제공동연구 발굴 및 지원 프로세스 고도화
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
• 기 구축한 기술수요맵 및 온라인 플랫폼을 활용하여, 향후 국제공동연구 가능 기관 및 연구분야 발굴에 활용
• 동시에 발굴된 아이템들을 국제공동연구 과제로 진전시킬 수 있는 다양한 원내 프로그램을 개발하고 지원

(출처 : 요약문 10p)

□ 세부과제 Ⅱ 다공성 탄소 지지체 촉매 개발을 위한 호주 CSIRO와의 공동연구
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
ㅇ 탄소의 다양

□ 세부과제 Ⅰ 전략적 국제공동연구 발굴 및 지원 프로세스 고도화
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
• 기 구축한 기술수요맵 및 온라인 플랫폼을 활용하여, 향후 국제공동연구 가능 기관 및 연구분야 발굴에 활용
• 동시에 발굴된 아이템들을 국제공동연구 과제로 진전시킬 수 있는 다양한 원내 프로그램을 개발하고 지원

(출처 : 요약문 10p)

□ 세부과제 Ⅱ 다공성 탄소 지지체 촉매 개발을 위한 호주 CSIRO와의 공동연구
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
ㅇ 탄소의 다양한 pore 구조 조절 기술 (KIER: 저등급 석탄 기반 porosity 조절 기술, CSIRO: mesoporous, hierarchical 탄소, 석탄 기반 structured 탄소 지지체, structured 고체산화물 지지체)의 결합 통해 고효율, 다기능성 촉매 개발 가능함
ㅇ 촉매 품질 개선
- 탄소 지지체는 coking 저항성 높으므로 촉매 지속성 증가됨
- 높은 열전도도에 의해 상용 반응기에서 높은 열효율 나타낼 수 있음
- 탄소 지지체 촉매는 환원 공정 불필요하여 공정 단순화 통해 효율 높일 수 있음
ㅇ 폐촉매는 가스화 등에 의해 쉽게 recycling하여 금속 회수 및 에너지원으로 이용 가능하므로 환경적으로 유리
ㅇ MOU 협력 관계에 있는 CSIRO와의 공동 연구 통해 상호 보완적 기술 획득 및 기술 스펙트럼 확장
ㅇ 자원 보유국으로서의 호주와의 협력 통한 우리나라 에너지 안보 강화
ㅇ 수소 수요는 연료전지 등의 증가와 더불어 급격한 증가 예상되며, 본 연구에서 개발된 고효율, 고지속성 structured porous 탄소 지지체 촉매에 의해 충당될 수 있음

(출처 : 요약문 280p)

□ 세부과제 Ⅲ KIER-NETL 글로벌협력 연구를 위한 사전기획 연구
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
가스 하이드레이트 및 computer-aided engineering 분야에서 모두 NETL 연구그룹과 글로벌협력 연구과제를 기획하는데 합의하여 차년도 주요사업 계획서를 준비하였다. 본 기획과제를 통해 협력과제를 도출한 경험을 잘 활용하여 이후에도 양 기관이 지속적으로 상호 관심분야에 대한 협력이 이어질 수 있도록 좋은 사례가 되기를 바란다. 또한, 협력주제를 발굴하면서 겪은 여러 경험이 잘 전해질 수 있도록 기록으로 남겨야 할 것이다.

(출처 : 요약문 471p)

□ 세부과제 Ⅳ Facet (111) 기반 코어-쉘 nanosheet 전극촉매용 신규 지지체 소재 개발 (Ⅰ)
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
1차년도 연구의 주요 방향은 지지체 소재의 변경이 전극촉매 전체의 내구성에 긍정적인 영향을 미치는 지 그 여부를 확인하는 데 있었다. BNL에서는 탄소 나노입자상에 NbN,Ta₃N₅ 및 ZrN를 형성시키는 제조법에 대한 탐색 및 가속기 기반 분석을 진행하였다. BNL에서 제조된 신규 지지체 2종 (0.5 ~ 1.0) g은 KIER로 공유되어 조성, 표면적, 분산도 등 기본적인 물성정보를 확보하였으며, 이에 대해 Pd_NS (Palladium Nanosheet)를 담지하는 공정 연구가 진행되었다. 최종으로는 Pd_NS@Pt 구조의 코어쉘 활성금속이 분산된 신규 전극촉매가 제조되어 이에 대한 전기화학적 평가를 통해 지지체 소재의 조절을 통해서 전극촉매 자체의 내구성 향상을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이 과정에 질량활성과 사이클 내구성에 대한 1차년도 정량적 목푯값을 초과하는 결과를 확인할 수 있었다.

NbN, Ta₃N₅ 및 ZrN이 분산된 탄소계 지지체의 적용이 전극촉매 내구성 향상에 긍정적인 효과를 가져 옴은 1차년도 연구에서 확인이 되었다. 상기의 기초 연구는 향후 신규 지지체에 대한 Scale-up 제조 기술 확보 및 활성금속 담지 기술 최적화를 위한 기반기술로 활용될 수 있다. 또한 지지체의 조성, 형상, 표면특성 등이 활성금속 담지 공정 및 촉매의 활성과 내구성에 미치는 영향을 보다 높은 수준의 분석을 통해 확인하는 과정이 필요하다.

(출처 : 요약문 498p)

□ 세부과제 Ⅴ 섬유강화 복합소재를 이용한 구조일체형 면상발열체 기술 개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ 본 과제에서는 기존 면상발열체의 내구 한계를 극복하고, 무게증가 효과를 줄이기 위한 대안으로 비강도 및 비강성이 높은 폴리머기지 섬유강화 복합재료의 개념을 면상발열체 구조에 적용하였음. 주 하중 방향으로 직조된 유리섬유패브릭에 발열특성에 맞게 설계된 탄소섬유 직조패턴을 적용한 섬유강화 복합소재를 제조기술을 확보하였으며, 10GPa 이상의 구조강성과 110MPa 이상의 인장강도를 갖는 구조기능성 면상발열체 성형 기술을 확립하였음
○ 구조기능성 검증을 위한 ASTM D-3039 재료물성 시험에서는 구조강성의 경우 과제목표를 260% 초과한 26GPa의 강성을 확보하였으며, 인장강도의 경우 290.5MPa 수준을 달성하였음. 본 과제에서 제안한 glass-carbon hybrid 복합재료의 경우 이종 재료로 구성된 구조층의 접촉면에서 층간분리에 의한 박리가 발생할 수 있는 요인이 있었지만 적층별 배향각 설계를 통해 이를 극복하여 초기 층간분리 현상을 억제하였으며 최종 파손 단계 전까지 설계구조물성을 유지하는 것을 확인하였음
○ 발열기능성 검증을 위한 Cold-climate 챔버 내에서의 de-icing 시험에서는 인위적으로 5mm두께로 얼음을 착빙시키고 20분 이내 de-icing이 가능한지 여부를 확인하였으며, 최종적으로 11분 14초 내에 착빙된 얼음의 박리를 확인하여 제빙시간 기준 사업목표를 178% 초과하여 달성하였음을 확인함
○ 기존의 제빙시스템과 연동하는 착빙진단시스템은 국부적인 착빙발생을 진단할 수 없어 착빙진단 후 구조물 전체에 열을 전달하여 제빙을 하는 방식이 일반적이며 이로 인한 에너지 소모량이 크다는 한계가 있음. 국부 착빙진단에 대한 1차년도 연구에서는, 측정된 고유진동수를 바탕으로 얼음의 착빙 위치 및 크기를 진단하는 착빙진단방법을 개발하였으며, 다양한 착빙조건들에 대한 고유물성치들을 수집하여 머신러닝 기반으로 학습시킴으로서 착빙 발생 시 국부적 정보를 예측하는 착빙진단 기술을 확보하였음
○ Cantilever형태의 시편 구조체에 대해 착빙 위치 및 착빙량(무게)를 검증하는 실험을 통해, 최종적으로 인위적으로 발생시킨 착빙위치와 크기의 오차에 대해 중요도가 높은 cantilever 구조물의 tip과 mid range 영역의 진단에서는 14.7% 이내의 오차범위를 갖는 머신러닝 기반 착빙진단시스템을 개발하였음
○ 2차년도(2020) 최종 목표인 8%이내 착빙진단기술의 달성을 위해 array형 동시다점 잠열변화 감지기술을 제시하였으며, 1열 5채널로 구성된 국부 착빙감지 기술을 통해 착빙 시점 및 착빙 두께를 부가적으로 감지하여 구조물이 작동중인 상황에서도 지속적으로 착빙상태를 모니터링 할 수 있는 기술을 확보하였으며, 향후 머신러닝에 필요한 빅데이터를 추가 확보하여 착빙 감지의 정확도를 개선하기 위한 기반기술을 확보하였음
○ 1차년도에 개발한 성과를 기반으로 구조일체형 de-icing기능 복합소재를 태양광 및 풍력발전 등 신재생에너지 기반기설에 적용할 경우 활용성에 대한 평가를 검토한 결과는 다음과 같음. 폭설 발생 시 PV모듈에는 100kgf/m² 이상의 단위면적당 적설하중이 증가할 수 있으나 de-icing을 통해 사전 하중요인을 제거할 수 있으며, 기존 TPT(PVF/PET/PVF) backsheet를 대체하여 발열기능성 하중지지 backsheet로 활용할 경우 모듈 중량의 75%를 담당하는 cover glass의 무게를 63% 저감하면서도 38%의 module강도 개선을 달성하여 태풍 또는 폭설발생시 PV모듈의 파손가능성을 저감할 수 있음
○ 또한, 제안 기술을 혹한지역 wind turbine blade의 de-icing용으로 적용 할 경우 헬리콥터 등을 사용한 기존의 hot water-jet 기술(5k$/day)대비 유지보수 비용 및 시간의 저감이 가능하며, 기존 블레이드 내부에 설치된 덕트를 통한 hot-air 방식 기술에 비해 부가적인 무게증가요인 없이 20분 이내에 de-icing이 가능하다는 장점이 있음.de-icing기술 적용 시 풍력발전에 있어 혹한기 착빙으로 인한 20-25%의 에너지 생산손실을 10%대로 감소시킬 수 있으며, 제빙을 위하여 소모하는 에너지량을 기존 AEP(연간발전량)기준 10%대에서 5%이하로 저감할 수 있으므로 겨울철 재생에너지 설비의 운용 경제성 개선이 예상됨

(출처 : 요약문 530p)

□ 세부과제 Ⅵ 연소후 배가스 적용 대상 재생에너지 저감이 가능한 탄소계 CO₂ 흡착제 개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
노팅엄대학교에서는 폴리이소시아네이트 폼으로부터 활성탄을 제조하여 연소배가스 온도 조건인 40-50℃에서 기존 활성탄보다 CO₂ 흡착능이 우수한 활성탄을 제조하였다. 이 소재를 이용하여 한국에너지기술연구원에서는 재생에너지 분석을 수행하였고, 온도스윙이 아닌 동일한 온도에서 감압탈착을 통해 재생에너지를 0.8 GJ/tCO₂ 수준까지 달성할 수 있음을 확인하였다. 이동층 흡착/탈착 실험을 수행하여 해당 소재 적용이 가능한 이동층 연속공정개념 특허 출원 및 설계인자를 도출하였다.

(출처 : 요약문 547p)

Abstract ▼

□ Advancement of Developing Co-beneficial Global Project Using Technology Assessment Map and On-line Platform
Ⅳ. Result and Recommendations
• Through the technology demand map and online platform, new capabilities to find potential international R&D cooperating institutes and research areas

□ Advancement of Developing Co-beneficial Global Project Using Technology Assessment Map and On-line Platform
Ⅳ. Result and Recommendations
• Through the technology demand map and online platform, new capabilities to find potential international R&D cooperating institutes and research areas
• Development and assistance to make a progress on collaboration project finding

(출처 : SUMMARY 12p)

□ KIER-CSIRO joint R&D for development of porous carbon-supported catalysts
Ⅳ. Result and Recommendations
ㅇ Highly efficient & multifunctional catalysts can be developed by combining various pore structure control technology of carbon (KIER: low grade coal-based porosity control technology, CSIRO: mesoporous, hierarchical carbon, coal-based structured carbon support, structured solid oxide support)
ㅇ Improved catalyst quality
- Carbon support has high coking resistance, increasing catalyst lifespan
- High thermal conductivity allows high thermal efficiency in commercial reactors
- The carbon support catalyst does not need a pre-reduction step, so the efficiency can be increased by simplifying the process
ㅇ Waste catalyst is easily recycled by gasification/combustion, allowing easy metal recovery and obtaining extra energy
ㅇ Korea's energy security is strengthened through cooperation with Australia
ㅇ Hydrogen demand is expected to increase rapidly with the increase of fuel cells, etc., and can be covered by the high-efficiency, high-sustainability structured porous carbon support catalyst developed in this study

(출처 : SUMMARY 282p)

□ KIER-NETL Joint International R&D Plan for the Global Project Development
Ⅳ. Result and Recommendations
Two CPs for 2020 global research collaboration were released in the research area of gas hydrate and computer-aided engineering. These collaboration projects will be firstlystarted cooperative project between KIER and NETL. This experience will serve to ‘pave the road’ for research collaboration of the other research topics between KIER and NETL. In this regard, problems and approaches through the whole negotiation process should be left over to the archives.

(출처 : SUMMARY 472p)

□ Enabling carbon-based CO₂ adsorbents capable of reducing the thermal regeneration energy in post-combustion capture at operational flue gas temperatures
Ⅳ. Result and Recommendations
UNOTT manufactured activated carbon from poly-isocyanate foam, producing activated carbon with better CO₂ adsorption than conventional one at the flue gas temperature condition of 40-50°C. Using this material, KIER conducted an analysis of regeneration energy and confirmed that regeneration energy is up to 0.8 GJ/tCO₂ level through vacuum desorption at the same temperature, not by temperature swing. Patent applications for concept of moving-bed continuous process and design factors for those materials were derived by conducting a moving-bed adsorption/desorption experiment.

(출처 : SUMMARY 548p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 목차 ... 5
• 세부과제 Ⅰ 전략적 국제공동연구 발굴 및 지원 프로세스 고도화 ... 7
• 요 약 문 ... 9
• SUMMARY ... 11
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 15
• 그림목차 ... 17
• 표목차 ... 19
• 제 1 장 서 론 ... 21
• 제 2 장 전략적 공동연구 발굴 기회 확대 ... 22
• 제 1 절 전략적 국제공동연구 발굴 필요성 ... 22
• 제 2 절 전략적 국제공동연구 발굴 확대 전략 ... 24
• 제 3 장 전략적 국제공동연구 확대를 위한 세부 연구 활동 ... 30
• 제 1 절 글로벌 기술 수요 및 기관 맵 구축 ... 30
• 제 2 절 고객지향적 온라인 플랫폼 구축 ... 57
• 제 3 절 국제공동연구 발굴 및 기획 ... 62
• 제 4 절 국제협력활동 확대 및 글로벌 위상 제고 ... 79
• 제 4 장 기대효과 및 결론 ... 86
• 참 고 문 헌 ... 88
• 부 록 ... 89
• 부록 1. 글로벌전략리포트 No.1 (국제공동연구 전략기획을 위한 국제협력 대상 기관 특허 분석(CCS, 에너지 저장 분야) ... 91
• 부록 2. 글로벌전략리포트 No.2 (美 의회, 州 정부, 글로벌기업(RE100) 에너지 전환 정책) ... 125
• 부록 3. 글로벌전략리포트 No.3 (미국 수소연료전지 기술개발 현황 및 전망) ... 211
• 부록 4. 글로벌전략리포트 No.4 (Macro-Level Analysis of ARPA-E) ... 241
• 세부과제 Ⅱ 다공성 탄소 지지체 촉매 개발을 위한 호주 CSIRO와의 공동연구 ... 277
• 요 약 문 ... 279
• SUMMARY ... 281
• CONTENTS ... 283
• 목차 ... 288
• 그림목차 ... 292
• 표목차 ... 299
• 제 1 장 서 론 ... 301
• 제 1 절 배경 및 필요성 ... 301
• 제 2 장 다양한 금속의 저등급 석탄 지지체로의 분산성 ... 305
• 제 1 절 Nickel 분산 ... 305
• 제 2 절 Copper 분산 ... 323
• 제 3 절 다양한 Non-PGM 금속 분산 ... 325
• 제 4 절 PGM 금속 분산 ... 333
• 제 5 절 혼합 금속의 분산 ... 339
• 제 6 절 MOx 지지체 기반 상용 촉매의 TEM image ... 342
• 제 3 장 Eco 석탄 지지체 촉매의 MSR 활성 ... 343
• 제 1 절 활성 금속 Screening ... 343
• 제 2 절 Ni-기반 촉매 ... 344
• 제 3 절 Rh-기반 촉매 ... 352
• 제 4 절 Pd-기반 촉매 ... 359
• 제 5 절 상용 MSR 촉매인 Hifuel R120의 품질 평가 ... 360
• 제 6 절 Eco Coal과 Alumina의 촉매 지지체로서의 비교 ... 363
• 제 7 절 CSIRO의 탄소 지지체 촉매의 MSR 활성 평가 ... 371
• 제 4 장 Eco 석탄 지지체 촉매의 CO2 Methanation 활성 ... 375
• 제 1 절 1st Trial ... 375
• 제 2 절 2nd Trial ... 383
• 제 5 장 촉매 활성과 활성탄 Pore 구조의 상관관계 연구 ... 390
• 제 1 절 다양한 pore 구조의 활성탄 제조 및 분석 ... 390
• 제 2 절 활성탄 촉매 지지체 선정 및 반응성 ... 400
• 제 3 절 촉매 활성 (MSR)과 활성탄 pore 구조의 상관관계 분석 ... 408
• 제 4 절 촉매 활성 (CM)과 활성탄 pore 구조의 상관관계 분석 ... 423
• 제 5 절 활성탄 지지체 nickel 촉매의 분석 ... 432
• 제 6 장 석탄 지지체의 Pore 구조 Tailoring ... 435
• 제 1 절 열분해 온도에 따른 영향 평가 ... 435
• 제 2 절 Steam activation 조건에서 활성화 온도의 영향 평가 ... 436
• 제 3 절 Steam activation (650 ℃) 시 활성화 시간 영향 평가 ... 437
• 제 4 절 CO2에 의한 활성화에서 온도의 영향 평가 ... 438
• 제 7 장 Ash-free coal (AFC)와 activated carbon(AC) 지지체 촉매의 toluene reforming 활성 평가 ... 440
• 제 1 절 서 론 ... 440
• 제 2 절 실험방법 ... 440
• 제 3 절 Ni/AFC, Ni/AC 촉매의 characterization ... 442
• 제 4 절 Ni/AFC와 Ni/AC의 toluene steam reforming ... 444
• 제 5 절 24.4Ni/AFC-Imp와 14.9Ni/AC-IWI의 분석 ... 446
• 제 8 장 Methanol steam reforming (MSR)의 경제성 분석 ... 450
• 제 1 절 MSR의 현황 분석 ... 450
• 제 2 절 Economic analysis ... 451
• 제 9 장 CSIRO와의 Interaction Activity ... 454
• 제 1 절 대학원생 2명의 CSIRO 파견 연수 실시 ... 454
• 제 2 절 Agreements 작성 및 진행 ... 456
• 제 3 절 상호 방문 ... 457
• 제 4 절 Communication ... 467
• 제 10 장 결 론 ... 468
• 세부과제 Ⅲ KIER-NETL 글로벌협력 연구를 위한 사전기획 연구 ... 469
• 요 약 문 ... 471
• SUMMARY ... 472
• CONTENTS ... 473
• 목차 ... 474
• 그림목차 ... 475
• 표목차 ... 476
• 제 1 장 서 론 ... 477
• 제 1 절 개요 ... 477
• 제 2 절 기술협력 필요성 ... 479
• 제 3 절 기술개발 현황 ... 480
• 제 4 절 기술개발 이슈 ... 481
• 제 2 장 목표 및 내용 ... 482
• 제 1 절 목표 ... 482
• 제 2 절 내용 ... 482
• 제 3 장 결 과 ... 483
• 제 1 절 가스 하이드레이트 분야 ... 483
• 제 2 절 Computer-aided engineering 분야 ... 488
• 제 4 장 결 론 ... 492
• 참 고 문 헌 ... 494
• 세부과제 Ⅳ Facet (111) 기반 코어-쉘 nanosheet 전극촉매용 신규 지지체 소재 개발 (Ⅰ) ... 495
• 요 약 문 ... 497
• 세부과제 Ⅴ 섬유강화 복합소재를 이용한 구조일체형 면상발열체 기술 개발 ... 525
• 요 약 문 ... 527
• 세부과제 Ⅵ 연소후 배가스 적용 대상 재생에너지 저감이 가능한 탄소계 CO2 흡착제 개발 ... 545
• 요 약 문 ... 547
• SUMMARY ... 548
• CONTENTS ... 550
• 목차 ... 551
• 그림목차 ... 552
• 표목차 ... 553
• 제 1 장 서 론 ... 555
• 제 1 절 개요 ... 555
• 제 2 절 글로벌협력 필요성 ... 556
• 제 2 장 연구개발 목표 및 내용 ... 557
• 제 1 절 연구목표 및 핵심 연구내용 ... 557
• 제 2 절 TRL 명세서 ... 559
• 제 3 절 정량적 성과 목표 ... 560
• 제 3 장 연구개발 결과 ... 561
• 제 1 절 주요 수행업무 ... 561
• 제 2 절 화학적 특성 분석 ... 564
• 제 3 절 감압 탈착 ... 567
• 제 4 절 재생에너지 분석 ... 570
• 제 5 절 이동층 실험 ... 572
• 제 4 장 결 론 ... 580
• 참 고 문 헌 ... 581
• 끝페이지 ... 582