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KAIST 연구진, 전해질 첨가제로 최초 장수명 배터리 기술 개발

편집부 2024-08-08

정수 처리용 이온교환막 기술 동향

편집부 2024-07-12

스마트공장(Smart Factory)을 위한 사출성형 모니터링 데이터 분석 (부제: 사출성형 공정 그래프(Graph)에 대한 분석 및 이해)

편집부 2024-07-12

KIST, 에너지 저장능력 대폭 향상된 다재다능 섬유 개발

편집부 2024-06-24

화학연, 이산화탄소를 화학 원료로 전환하는 세계 최대 규모 CO2 활용 건식 개질 플랜트 완공

- CO2를 전환하여 석유화학 원료인 합성가스를 생산하는 연간 8천 톤 규모의 건식 개질 플랜트 완공- ㈜부흥산업사와 공동 기술개발, 탄소중립 시장 진출을 목표로 ’24년부터 CCU 제품 생산 계획 전 세계적으로 탈 탄소 움직임이 빠르게 진행되고 있으며, 탄소중립이 기후변화 문제를 넘어 국내 산업 경제를 위협하고 있는 상황에서, 국내 연구진이 이산화탄소(CO2)를 석유화학 원료인 합성가스(H2, CO)로 전환하는 기술의 실증화에 성공하였다. 한국화학연구원(원장 이영국) CO2에너지연구센터 장태선 박사 연구팀은 이산화탄소로부터 석유화학 플랫폼 화합물인 합성가스를 생산할 수 있는 핵심 실증 촉매 및 공정기술을 개발하였다. 본 기술을 이전받은 ㈜부흥산업사는 연간 8천 톤의 합성가스 생산이 가능한 세계 최대 규모 CO2 활용 건식 개질* 플랜트를 울산 산업단지 내에 구축 완료하였다.* 건식 개질 기술: 이산화탄소와 메탄을 반응시켜 합성가스를 제조하는 기술 울산 부흥산업사 공장 내 건식 개질 플랜트 건설(8,000톤/년 합성가스 생산) 한국화학연구원 장태선 박사(사진) 연구팀이 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 세계 최고 건식 개질 기술을 개발하여 (주)부흥산업사로 기술이전하였다. 이와 관련하여, 6월 5일(월) 오후 2시, ㈜부흥산업사 울산공장*에서 ‘CO2 활용 건식 개질 플랜트’ 완공식을 개최하였다. 본 행사에는 울산광역시 경제부시장, 한국화학연구원 원장, 울산항만공사 부사장, 한국동서발전(주) 탄소중립 실장, 미래기술융합원 원장 등 관계 기관 인사들이 참석하여, 플랜트 완공을 다 함께 축하하였다.* 주소: 울산광역시 남구 황성동 841-3 CO2 활용 건식 개질 플랜트 완공식에서 이영국 원장이 축사를 하고 있는 모습 CO2 활용 건식 개질 플랜트 완공식에서 참석자들이 테이프 커팅식을 하고 있는 모습 이번 연구 성과는 화학 분야 유일 정부출연연구기관인 화학연과 국내 CCU 전문기업인 ㈜부흥산업사와의 오랜 공동연구를 통해 이뤄낸 쾌거이며, 특히 소재에서부터 공정에 이르기까지 순수 국내 기술로 개발되었기에 더욱 의미가 있는 것으로 평가된다. 이번에 완공된 플랜트 운영을 통해 상용화를 위한 막바지 연구를 수행하고, ’24년부터는 CCU(Carbon Capture and Utilization, 탄소 포집 및 활용) 제품을 본격적으로 생산할 계획이다.수소와 일산화탄소로 이루어진 합성가스는 암모니아, 알코올, 플라스틱 등 다양한 화학 원료의 필수적인 핵심 물질이다. 하지만 석유화학 산업에서 합성가스를 생산하고 있는 기존의 기술들은 모두 온실가스를 대량으로 배출하는 문제점이 있다. 따라서 기존 기술 대비 온실가스를 획기적으로 줄일 수 있는 ‘온실가스 감축형 합성가스 제조 기술’이 필요하다.이에 연구팀은 CO2를 합성가스로 제조하는 건식 개질 기술의 핵심 원천촉매 및 공정을 개발하여, 세계 최고의 온실가스 감축 효과를 보이는 합성가스 제조 기술을 확보하였다. 기존의 건식 개질 기술은 반응 중 탄소 입자 생성에 의한 촉매 비활성화로 인해 상용화가 어려워 지난 100여 년 동안 석유화학산업의 오랜 숙제로 남아있었는데, 연구팀은 탄소생성이 크게 억제된 세계 최고 수준의 실증 촉매 및 맞춤형 공정을 개발하였다.이를 통해, 약 1ton의 일산화탄소를 생산하면 약 1.053ton의 이산화탄소를 감축하게 되는 일거양득의 효과*를 얻을 수 있으며, 합성가스 제조 공정에 약 1만 시간가량을 적용할 수 있는 안정한 촉매를 확보하였다.* 본 연구팀 실험 결과를 반영한 ‘국내외 환경변화에 따른 CCS 정책 추진계획 수립 연구’보고서(에너지경제연구원, 국무조정실·과학기술정보통신부·산업통상자원부·해양수산부 연구용역사업 보고서, 2018.12) ㈜부흥산업사는 구축된 건식 개질 플랜트 운영 및 후속 연구를 통해서 촉매 효율을 높이고 공정을 최적화하여 기존 석유화학 유래 제품 대비 온실가스 감축 효과를 극대화하고 경제성을 확보할 계획이다. 그 외에도 제조된 합성가스를 활용하여 초산, 메탄올, 디메틸카보네이트를 제조하는 등 다양한 분야에 응용하기 위한 준비도 지속 진행 중에 있다.화학연 이영국 원장은 “이번 세계 최대 규모 CO2 활용 건식 개질 플랜트는 핵심 촉매와 공정개발 모두 국내 기술로 확보했다는 점에서 의의가 있으며, CCU 기술이 탄소중립 실현에 실질적으로 기여할 수 있음을 보여주는 좋은 사례가 될 것으로 기대한다.”고 말했다.이번 연구는 한국화학연구원 기본사업, 산업통상자원부 에너지 기술개발사업 지원으로 수행됐다.

편집부 2023-08-21

서울대 공대 항공우주공학과 윤군진 교수팀, 고분자 전해질막 수명평가 신기술 개발

- 국제 저명 저널 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’ 표지논문 선정 서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 항공우주공학과 윤군진 교수팀(임형준 박사, 김건우 박사과정생)이 연료전지의 핵심 구성요소 중 하나인 고분자 전해질막의 수명을 평가하는 새로운 기법을 개발했다고 밝혔다.고분자 전해질막은 음극에서 해리된 수소이온이 양극으로 이동할 수 있는 통로 역할을 하며, 효과적으로 전류를 생성하는데 핵심적인 역할을 한다. 무엇보다 고분자 전해질막의 내구성은 전체 연료전지의 성능과 수명에 직접적인 영향을 미친다. 하지만 고분자 전해질막의 기계적·화학적 열화 메커니즘은 복잡하며, 이를 동시에 정확하게 이해하고 평가하는 것은 어려운 과제로 여겨져 왔다. 왼쪽부터 윤군진 교수, 임형준 박사, 김건우 박사과정생 이번 연구에서는 고분자 전해질막의 화학적 열화 메커니즘을 정량적으로 분석하고, 화학적 분해로부터 발생하는 취성화 메커니즘을 실험적 관찰을 통해 새롭게 제안했다. 또한 화학적 열화 정도에 따른 외부 하중에 의한 파손패턴도 미소스케일 단위의 관찰을 통해 분석했다. 이를 통해 연료전지 가동 중에 발생하는 고분자 전해질막의 열화 및 거동을 실험적으로 관찰했으며, 연료전지의 전체 수명과 성능을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 가능성을 제시했다.연구팀은 기계적·화학적 열화를 동시에 고려해 수명을 예측할 수 있는 전산모사를 이용한 평가법을 제시했다. 실제 실험을 통해 얻을 수 있는 정보를 정확하게 반영하면서 시간이 오래 소요되는 내구성 실험을 대체할 수 있는 새로운 방법론을 제공한다. 이를 통해 연료전지의 내구성과 성능을 평가하는 사이클을 간소화해 비용 및 시간을 혁신적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.윤군진 교수는 “이번 연구를 통해 연료전지의 핵심 구성요소인 고분자 전해질막의 수명과 성능을 실험적 관찰을 바탕으로 효율적으로 평가하고 예측하는 기법을 새롭게 개발할 수 있었다”며, “이는 연료전지의 안정성과 효율성을 더욱 높이는 데 중요한 기여를 할 것”이라고 말했다.한편 해당 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구사업과 BK21사업 및 서울대학교 연구본부 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 5월 14일 국제 저명 저널인 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’에 표지논문으로 선정됐다.· 논문명: Durability and Performance Analysis of Polymer Electrolyte Membranes for Hydrogen Fuel Cells by a Coupled Chemo-mechanical Constitutive Model and Experimental Validation- 제1저자: 서울대학교 항공우주공학과 임형준 박사- 공저자: 서울대학교 항공우주공학과 김건우 박사과정생- 교신저자: 서울대학교 항공우주공학과 윤군진 교수 https://eng.snu.ac.kr/

편집부 2023-07-23

KIST, 서울 상공 ‘에어택시’ 등장 앞당길 신소재 개발

취재부 2023-06-11

KIST, 과산화수소 대량생산을 위한 고효율 탄소 촉매 개발

취재부 2023-06-11