초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 1, 2차 산업 공정의 대표적 화석연료 사용 영역인 중·저온 공정의 기체 예열에 있어, 탄소배출 저감을 위해 신재생에너지인 집광형 태양열 에너지를 이용하는 기술을 개발하고자 한다. 특히, 본 기술의 핵심은 태양열 에너지 흡수체로서 열전도성이 뛰어난 카본나노튜브(CNT)를 활용하기 위해, 높은 대류 열전달 계수를 갖는 유동층 적용에 적합한 입자 성형 기술 개발과 집광된 태양열의 효율적 전달을 위한 최적의 유동층 예열기를 개발하는 것을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 탄소나

□ 연구개요
본 연구는 1, 2차 산업 공정의 대표적 화석연료 사용 영역인 중·저온 공정의 기체 예열에 있어, 탄소배출 저감을 위해 신재생에너지인 집광형 태양열 에너지를 이용하는 기술을 개발하고자 한다. 특히, 본 기술의 핵심은 태양열 에너지 흡수체로서 열전도성이 뛰어난 카본나노튜브(CNT)를 활용하기 위해, 높은 대류 열전달 계수를 갖는 유동층 적용에 적합한 입자 성형 기술 개발과 집광된 태양열의 효율적 전달을 위한 최적의 유동층 예열기를 개발하는 것을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 탄소나노튜브를 활용한 에너지 흡수체 (CNT microbead) 개발
- 기존 방법대비 경제적이고, 제조 단계를 줄이기 위해 m-cresol을 이용한 유동층에 적합한 vertically aligned CNT micro-bead 제조 방법을 개발.
- 개발된 CNT microbead 는 CNT 집적도, 구형도 및 표면 거칠기 등의 물성과 유동성이 CNT 분말 대비 개선되었고, 최종적으로 입자 흡열기 내에서 기존 SiC 대비 투과창 정전기 발생 문제를 해결하여 높은 태양광 투과율을 유지하고, 높은 입자 흡수기의 열효율율을 제공함.
(2) 태양광 조사량 향상 예열기 개발 (Tube-type 투과창 입자 흡열기 및 측면 투과창 입자 흡열기 개발)
- 태양광 조사면적을 확장시킨 새로운 유동층 기체 예열기를 개발함.
- 개발된 예열기에 대해, 다양한 입자에 대해 태양열 기체 예열기의 성능을 확인하고, 개발된 CNT micro-bead 적용 결과, 향상된 열에너지 생산량 및 에너지 효율의 가능성을 확인함.
- Tube-type 투과창 흡열기의 장점을 반영하고, 태양광 에너지 이용 (solar collection) 편의성을 증대시킨 측면 투과창 입자 흡열기를 개발하고, 효율성 증대를 확인함.
(3) 최적 시스템 설계안 및 열효율 예측 모델 도출
- 수력학적 특성 연구결과에 기반하여, CPFD 모사를 수행하고, 이로부터 반응기 내부 태양광 에너지 흡열 메카니즘에 대한 이해 및 개선점을 확인하였고, 최종적 열효율 예측 모델에 기반한 설계자료를 도출함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
화석연료를 이용한 다양한 산업 영역에서 중·저온 기체에 대한 요구가 크며, 본 기술 을 이용함으로써, 1차 및 2차 산업의 탄소 배출 저감에 크게 기여할 것이다. 본 연구개발 결과는 열공급에 있어 신재생에너지로서 태양열을 이용하는 기술로서, 기체의 가열 뿐 만 아니라, 태양열을 직접적으로 활용 가능한 다양한 분야 (기체 및 액체의 가열 등)에 적용 가능함. 특히, 입자 흡열기 이외에도 태양에너지 집열 시스템의 노하우를 바탕으로 다양한 영역에 접목 가능함.
또한, 소재 영역에 있어 탄소 나노튜브는 현재까지 많은 장점에 비해, 전자 산업에서 일부 응용/적용되고 있고, 에너지 산업 분야의 응용 및 적용은 미미하다. 이에 본 개발기술은 신재생 에너지 분야로의 CNT 적용을 가능하게 해 줄 것으로 기대되며, 향후 환경 등 다른 영역으로 탄소나노튜브 성형 기술을 확대 응용할 예정임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 탄소나노튜브를 활용한 에너지 흡수체 개발 ... 4
• 2) 태양광 조사량 향상 예열기 개발 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 31