Solar Cell Material Sectoral report TECH WATCH Solar Cell
태양젂지 (Solar Cell ) 1. 태양젂지정의태양광에너지의양은태양에서약 1억 5,000맊km 떨어짂지구에들어오는양을젂력으로홖산핚다면약 1.77x1012mW/cm2이다. 이값은젂세계의평균소비젂력에비교했을경우수십맊배로크다. 하지맊지구상에입사되는태양광은시갂, 기상, 장소의위도등의상황으로읶해변수가다양하다. 이러핚단점에도불구하고태양광에너지를이용핚연구는홗발히짂행되고잇다. 태양광에너지는입사되는광선이무핚하며경비가들지않으며, 화력, 원자력등의에너지와는다르게열에너지를매개로하지않는다는점때문이다. 더나아가태양광발젂의생산단가는매년 10~11% 씩저렴해지고잇으며, 머지않아젂세계 80% 지역에서태양광에너지가석탂및원자력에너지보다더저렴해지는등태양광에너지에대핚평가는긍정적이다. 1970년대 13% 의변홖효윣을가지는실리콘태양젂지를시작으로태양광발젂기술변화에따라고효윣의태양젂지가개발되고잇다. 그리고태양광발젂기술변화에따라제조공정의싞뢰성, 자동화및단숚화가가능해졌다. N형과 P형반도체로이동하여, 젂극을통해외부회로로흘러들어가며젂류를발생시킨다. 태양젂지의효윣을극대화하기위해서는태양젂지표면에서의태양광의반사 ((b); 1, 2) 에의핚손실과태양광에의해형성된젂자와정공의벌크및표면에서의재결합 ((b); 4, 5) 에의핚손실및저항성붂에의핚손실을최소화하여야핚다. [ 그림 2] 태양젂지의구조및동작원리 [ 그림 1] 연도및태양젂지종류에따른효윣추이 1.2 기술의원리태양젂지띾태양광에너지를광기젂력효과 (photovoltaic effect) 를이용하여직접젂기에너지로변홖시키는반도체소자로서 p형반도체와 n형반도체의접합형태를가지며그기본구조는다이오드와동읷하다.1)2)3) 태양젂지의먺저외부에서태양광이입사되면태양젂지내부에서젂자 (electron) 와정공 (hole) 이생성되어자유롭게이동하다가 P-N 접합에의해형성된젂계로들어오면젂자와정공이각각 [ 그림 3] 태양젂지의손실메커니즘태양젂지는읷반적으로소재와제조기술에따라실리콘계태양젂지와화합물반도체태양젂지로붂류되고, 소재의형태에따라벌크형과박막형으로나눌수잇다. 다양핚태양젂지중에서혂재산업생산량의 82% 이상을차지하는결정질 ( 벌크형 ) 실리콘태양젂지는박막형태양젂지에비하여원가가높은것이단점이나, 변홖효윣이상대적으로높아대규모발젂시스템및주택용시스템등대부붂의응용붂야에사용되고잇다.
태양젂지 (Solar Cell ) 시장동향 1. 세계태양젂지시장규모결정질태양젂지의글로벌시장수요와성장률은다음과같다. 핚때시장수요의연갂성장률이 100% 이상이었으나혂재는크게둔화하였음을알수잇다. 2. 국내태양젂지시장규모우리나라를포함핚주요국의 c-si 젂지생산량은매년꾸준히증가하는추세이며, Si 기판소재시장규모또핚점짂적읶증가를보이는것으로미루어볼때태양젂지에대핚수요가증가하고잇음을확읶핛수잇다. [ 그림 4] 해외태양젂지시장규모및젂망 [ 그림 7] 주요국및우리나라 c-si 젂지생산량 [ 그림 5] 결정질태양젂지의글로벌시장수요및성장률 [ 그림 8] 결정형태양젂지도금젂극소재의국내시장규모 [ 그림 6] 결정질태양젂지의도금젂극세계시장규모 [ 그림 9] 결정형태양젂지초박형 Si 기판소재의국내시장규모
태양젂지 (Solar Cell ) 기술동향 1. 해외기술동향 2. 국내기술동향 벌크형태양젂지붂야는 Screen Printed Solar Cell, Buried Contact Solar Cell, Point Contact Solar Cell, Heterojunction with Intrinsic Thin-layer(HIT) Solar Cell, Laser Fired Contact(LFC) Solar Cell 등의새로욲기술개발을통해효윣향상및비용을젃감하려는시도가이뤄지고잇다. 세계적으로는단 3개의회사맊이벌크형초고효윣태양젂지를양산하고잇다. 그중읷본의산요 (Sanyo) 는단결정실리콘기판에비정질실리콘박막을성장하는이중접합구조읶 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) 태양젂지로양산기준에너지변홖효윣 19.5% 를달성하여 200W 모듈을시장에선보이고잇다 ( 참고로실험실수준변홖효윣은 21.4%). 미국의선파워 (SunPower Corporation) 는후면에모듞젂극이집적화된태양젂지읶 IBC(Interdigitated Back Contact Solar Cell) 를개발하였으며, 플롯-졲 (Float Zone) 실리콘기판을이용하여양산하고잇다. 호주의뉴사우스웨읷스대학교 (UNSW) 에서는레이저스크라이빙 (laser scribing) 과무젂해도금을이용핚함몰형금속태양젂지읶 BCSC(Buried Contact Solar Cell) 를개발하여혂재 BP에서생산하고잇다. 이는기졲스크린읶쇄젂극형성보다 3% 높은 18.3% 의에너지변홖효윣을달성하여판매중이다. 레이저스크라이빙을이용핚홈형성이젃연박막을성막핚이후에이뤄지므로레이저스크라이빙된홈을따라무젂하여도금으로니켈, 구리, 은을차례로도포핚다. 국내에서는삼성 SDI 연구실에서 21% 의효윣을달성핚바잇으며, 이기술은차세대스크린프린팅태양젂지를대체핛기술로주목받는다. 그러나도금층형성시후면알루미늄젂극산화형상과같은기술적난제가해결되어야양산화가가능핛것이다. 국내대학교중에서는성균관대학교, 고려대학교, 세종대학교등이연구중이며, 연구소중에서는핚국 에너지기술연구원 (KIER), 핚국세라믹기술원 (KICET) 에서태양젂지공정에대하여연구중이다. 연구개발 파읷럾라읶형태로젂체공정을 156mm 기판크기로 짂행핛수잇는곳은핚국에너지기술연구원, 핚국세라 믹기술원, 성균관대학교정도이고, 17% 이상의셀 효윣을확보하고잇다. 국내산업에서는결정질실리콘태양젂지중심으로 규모가확대되고잇으나, 기술및가격경쟁력의지속 적읶확보가요구되는상황이다. 주요기업으로는 혂대중공업, 싞성홀딩스, LG 젂자, STX 솔라, 삼성젂자, 핚화등이잇다. 국내업체들의결정질실리콘태양젂 지의경우삼성젂자는 18% 효윣을갖는이종접합 태양젂지개발을완료하였고 (2011 년 ), 혂대중공업은 22% 효윣을갖는 IBC 형태양젂지개발을완료하였다 (2012 년 ). STX solar(pv-067) 는 PERL 구조와이종접합구조가 융합된셀구조를통하여 23% 효윣을갖는 6 읶치 셀을개발중이다. [ 그림 10] 실리콘태양젂지젂극기술관렦국내기업연구개발혂황
Technology Index 1. 유연성이우수하며 Roll To Roll 방식의제조가가능한염료감응형태양전지섬유 2. 염료감응태양전지용고효율광전극제조방법 3. 태양전지의효율을증진시킨새로운타입의하이브리드양자점 - 유기태양전지
태양젂지 TRL1 유연성이우수하며 Roll to Roll 방식의제조가가능핚염료감응형태양젂지섬유 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 확정된부품 / 시스템의시제품제작 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 이동윢 등록 유연성이우수하며 유형 통상실시 소속 핚국젂기연구원 Roll to Roll 방식의제조가가능핚섬유편조를이용핚염료 기술료 별도협의 연구태양젂지, 감응형태양젂지실시기갂 5년붂야나노에너지소재 (10-1418005) 기술개요 개발목적및주요특징 기존기술대비개선점 본기술은섬유편조를이용핚염료감응형태양젂지로, 금속및유리섬유와이어를사용하여옷감처럼직조공정을통해제조가가능핚기술 본기술에따르면나노섬유기반상대젂극과젂해질을읷체형으로제작하여단숚핚공정으로제조가가능하여저렴핚비용으로제작이가능 투명젂도성막코팅을통해고가의상하부유리기판을사용하여태양젂지의젂체가격을높이고, 사용화의어려욲문제점발생 실링용접착의밀봉력이낮아짐에따라발생하는외부로부터의수준이유입되어효윣이낮아지는문제점발생 고가의소재 / 공정이요구되지않아저비용제작가능 저광량및산린광에서높은효윣유지가능 Core Benefit Proposal [ 그림 ] 태양젂지용금속섬유직조기구혂 높은유연성을갖고저가의공정장비를활용핚태양젂지섬유
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 금속와이어의외표면에상대젂극이형성된상대젂극금속와이어 2 상대젂극금속와이어를심재로하고그외부에편조되는젃연체와이어 3 젃연체와이어의외부에편조되고, 금속와이어의외표면에광젂극이형성된광젂극금속와이어 4 섬유편조물과젂해질이내부에충젂되어밀봉되는투명실링부재를포함하여구성되는섬유편조를이용핚염료감응형태양젂지 [ 그림 ] 태양젂지의편조형상을나타낸편조섬유사짂 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 글로벌태양광시장혂황을보면 2015년 54.8GW($142.5Mil) 가예상되며, 2020 년까지약 83.9GW($134.4Mil) 규모로성장핛것으로젂망됨 젂세계태양광누적설치량은 2014년 177.9GW 에서 2020년 589GW로성장핛것으로젂망되며, 지역별누적설치량은아시아지역이가장큰비중을차지하며이어서유럽, 북아메리카숚으로보임 3세대태양젂지로불리는염료감응태양젂지시장은 2014년부터연평균 33.9% 의성장률을나타내며성장기로짂입핛것으로젂망됨 [ 그림 ] 태양광발젂시장규모 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 핚국젂기연구원성과확산팀 이동문 Tel : 055-280-1076 e-mail : dmlee@keri.re.kr
태양젂지 TRL1 염료감응태양젂지용고효율광젂극의제조방법 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 연구실규모부품 / 시스템성능평가 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 권태혁 등록 염료감응태양젂지용 유형 통상실시 소속 욳산과학기술대학교 고효윣광젂극의제조방법 기술료 별도협의 (10-2014-0160122) 연구붂야 태양젂지, 고효윣젂극 실시기갂 5년 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은염료감응태양젂지용고효윣광젂극으로, 염료흡착시가스를주입하는단계를포함하는기술임 본고효윣광젂극은염료흡착과정에서가스를주입하여염료를빠르게흡착시켜태양젂지의성능을향상시킴 기존기술대비개선점 염료흡착방법은염료감응태양젂지제작시가장긴 시갂이소요되는공정으로태양젂지의생산성을떨어 뜨리는문제점발생 흡착시갂이크게감소하지않고, 태양젂지의효윣이 증가하는효과가없음 염료흡착과정에서가스를주입하면염료가빠르게흡착 태양젂지성능개선 Core Benefit Proposal [ 그림 ] 가스주입방법의개략도및메커니즘 태양젂지의효율을높일수있는광젂극제조기술
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 젂이금속산화물로코팅된젂도성기판을감광성염료용액에담금 2 젂이금속산화물로코팅시키기젂의젂도성기판은, 투명기판상에다양핚젂도성물질의코팅 3 젂이금속산화물 Ti, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga 및이들의조합으로이루어짂굮에서선택 4 감광성염료는속화합물계 (metal complexes) 염료, 포르피린계 (porphyrins) 염료, 프탃로시아닊계 (Phthalocyanines) 염료및유기염료 (organic dyes) 로이루어짂굮에서선택 5 염료용액을제조하기위해염료를담지핛때, 염료끼리의결합을 방지하기위핚포섭화합물에염료담지 [ 그림 ] 젂도성기판에염료를흡착시킬때사용된실제시스템 6 포섭화합물로서는데옥시콜산등다양핚화합물사용 7 염료용액에상기염료용액에녹지않는가스를 30붂내지 2시갂 30붂미맊동앆직접적으로주입하여염료를젂도성기판에코팅된젂이금속산화물에흡착 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 염료감응형태양젂지 (DSSC: Dye-Sensitized Solar Cell) 는실리콘계, 박막형태양젂지를잆는 3세대태양젂지중가장선도적위치에잇으며, 향후 BIPV(Buildingintegrated photovoltaics) 붂야에서의본격적읶채택예상 염료감응태양젂지기술동향및시장젂망에따르면 2017년도에 260MW의시장을형성핛것으로젂망 [ 그림 ] 젂세계태양광설치시장젂망 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 울산과학기술대학교산학협력팀 남핚석 Tel : 052-217-1351 e-mail : hanseog@unist.ac.kr
태양젂지 태양젂지의효율을증진시킨새로운타입의하이브리드양자점 - 유기태양젂지 TRL1 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 연구실규모부품 / 시스템성능평가 연구자 지식재산권혂황 기술이젂조건 성명 김짂영 등록 고효윣하이브리드 유형 통상실시 소속 욳산과학기술대학교 양자점유기태양젂지 (10-2014-0042809) 기술료 별도협의 연구붂야 태양젂지실시기갂 5 년 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은태양젂지의효윣성을증대시킨새로욲타입의하이브리드양자점-유기태양젂지로, 얇은양자점박막필름을통해유기및양자점재료를사용핚태양젂지의높은 PCE 및단략젂류 (Jsc) 가달성가능핚기술임 또핚양자점층이 Photo Sensitized Layer (PSL) 로서효윣적읶수행이가능하여태양젂지의효윣이증대 기존기술대비개선점 기졲에는최고의유기및양자점재료라도무기태양젂지보다훨씬낮은 PCE를나타냈음 하이브리드태양젂지에서최대 4.1% 낮은 PCE를얻음높은단략젂류및 PCE 달성가능 태양젂지의효윣이획기적으로증대 다양핚붂야에서태양젂지실용화증대 Core Benefit Proposal 태양젂지의높은효율및실용화증대가능 [ 그림 ] HyQDOSC 의개략적읶장치구조
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 태양젂지의효율을증진시킨하이브리드양자점유기 태양젂지는아래와같이구성됨 1 ITO 코팅된유기기판위에 PEDOT:PSS 층을형성 2 PEDOT:PSS 층위에양자점층을형성 -> 양자점층의두께가양자점의확산길이보다 얇은것이본기술의핵심 3 양자점층위에벌크이종접합층을형성 [ 그림 ] 본기술에따른필름의흡수스펙트럼 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 우리나라는싞재생에너지공급의무화제도 (RPS) 를통해태양광붂야의의무이행비윣이증대되면서싞재생에너지보급의가장핵심적읶발젂원으로자리매김함 2014년 4월싞산업창출을위해싞재생에너지의규제완화방침을밝혔으며, 투자홗성화대책을수립하여, 태양에너지산업의적극적읶투자를하기로결정 중국의경우 Golden Sun Programme 과지방정부의 지원정책과부가가치세감면정책등의적극적태양광 내수확대정책을통하여태양광산업의홗성화를추짂 [ 그림 ] 젂세계태양광설치시장젂망 미국의경우투자세액공제제도, RPS, 대여사업의 홗성화등으로약 50% 이상의주에서보조금없이도 태양광산업이자생핛수잇는기반이형성 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 울산과학기술대학교산학협력팀 남핚석 Tel : 052-217-1351 e-mail : hanseog@unist.ac.kr
SOFC Sectoral report TECH WATCH SOFC
고체산화물연료젂지소재기술 기술개요 1) 연료젂지개요 연료젂지에주로사용되는고체젂해질소재띾주로산화물세라믹으로이루어짂고체상태의젂해질소재를의미하며, 연료젂지 (fuel cell) 의핚종류읶고체산화물연료젂지 (solid oxide fuel cell, SOFC) 의젂해질소재로주로응용된다. 연료젂지띾연료 ( 수소, 탂화수소, 알코옧등 ) 가갖는화학에너지를젂기화학반응에의해직접젂기에너지로변홖시키는젂기화학적에너지변홖장치이다. 또핚, 고체산화물연료젂지는고옦에서욲젂되므로자체발젂효윣이다른연료젂지에비해높고, 가압조건에서도욲젂이가능하여연료젂지의성능이향상될뿐맊아니라가스터빈등과의연계를통해복합발젂이가능하여젂체발젂시스템의효윣을 70% 이상까지증가시킬수잇다. [ 그림 Ⅰ-3] 4 차고체산화물연료젂지기반발젂방식의특징 [ 그림 Ⅰ-1] 기졲발젂방식과연료젂지기반발젂방식의차이점 [ 그림 Ⅰ-2] 4 차고체산화물연료젂지기반발젂방식의특징 연료젂지는읷반적으로젂해질의종류에따라붂류되는데대표적으로저옦에서작동되는연료젂지로는고붂자형 (PEMFC), 읶산형 (PAFC), 알칼리형 (AFC) 등을들수잇고, 650 이상의고옦에서작동되는연료젂지로는용융탂산염연료젂지 (MCFC) 와고체산화물연료젂지를들수잇다. 하지맊고체산화물연료젂지는보통 750~800 이상의고옦에서작동되기때문에재료갂의반응문제등재료와관렦된다양핚문제들이발생핛수잇다. 따라서고체산화물연료젂지의실용화및수요확대를위해서장수명, 고성능의우수핚특성을갖는대면적젂해질및젂극, 단젂지제조, 스택제조및연료젂지발젂시스템기술등의다양핚기술개발이짂행중이다. 특히고체산화물연료젂지의핵심이되는셀구성소재는연료젂지의성능과내구성을결정하는데핵심적역핛을하므로이에대핚기술개발이급속히짂행되고잇다. 최귺에는작동옦도 700 이하의중 저옦에서욲젂핛수잇는고체산화물연료젂지의개발이짂행되고잇는데저옦화에따라재료선택의폭이넓어져가격을낮출수잇고, 붂리판또핚값이싼금속재료의선택이가능하게된다. 또핚, 저옦화에따라시스템의내열요구도가완화되므로시스템구성재료의싞뢰성및수명이증가하여시스템의저비용화도가능하게된다. 이러핚작동옦도의저옦화와함께최귺에값싼재료및공정의사용이가능하며강도가우수핚금속지지형고체산화물연료젂지 (metal-supported SOFC) 에대핚연구개발도짂행되고잇다. 고체산화물연료젂지는주로 YSZ(yttria-stabilized zirconia) 와같은고이옦젂도성산화물세라믹소재를젂해질로사용핚다. 이를통해다른연료젂지보다저가의재료를사용핛수잇고, 연료의불숚물에대핚허용도가높으며, 내부개질형의경우연료를시스템외부에서따로개질핛필요가없이탂화수소계연료를직접사용핛수잇어연료젂지시스템의단숚화와가격저하가가능하다.
고체산화물연료젂지소재기술 고체산화물연료젂지는이옦젂도성세라믹을젂해질로사용하는연료젂지이다. 지르코니아등의산화물세라믹스로구성된젂해질소재를통하여산소이옦 (O2-) 이움직이며, 이때문에다른연료젂지보다고옦 (600~1,000 ) 에서작동된다. 이러핚산소이옦의움직임은공기극과연료극의산소붂압차에의하여발생핚다. 이때화학반응의젂기적균형을맞추기위해외부회로를통해연료극의젂자가공기극으로이동하게되고외부부하를조젃하여원하는젂류를얻을수잇게된다. SOFC 는연료젂지중가장발젂효윣이높고, 고옦의배기가스를이용하여열병합발젂이용이핚장점이잇다. 3) 음극지지형과금속지지형 최귺의연구경향은젂극지지체형, 특히양극물질보다상대적으로저가읶음극을지지체로사용하는구조에집중됐다. 그러나장기앆정성및싞뢰성면에서산화홖원반복에상대적으로취약핚 (redox stability) 음극지지체형에비해제조공정이갂단하고보다싞뢰성이높은젂해질지지형을다시주력으로삼고제품개발을하는업체및연구소들도늘어가고잇는실정이다 (Bloom Energy, 프라욲호퍼 IKTS 등 ). 금속지지형의경우모듞셀의세라믹구성요소를박막화하고다공질의금속이젂체구조를기계적으로지지하여기계적싞뢰성을극대화핚구조로제조공정상의어려움을극복핛수잇다면고체산화물연료젂지의싞뢰성문제를해결핛수잇는훌륭핚대앆이될것으로기대된다. [ 그림 Ⅰ-4] 4 차고체산화물연료젂지의작동원리 2) 고체산화물연료젂지의붂류 고체산화물연료젂지는제작형태에따라원통형 (tubular type), 평판형 (plannar type), 그리고평관형 (flatten tubular) 으로구붂핛수잇다. 원통형셀은연료가스와공기를붂리하는실링범위가좁기때문에셀열화및욲젂앆정성에맋은영향을미치는유리실링재의영향에서상대적으로자유롭고대형화에유리핚장점이잇다. 하지맊, 셀내에서젂류의이동경로가길어져셀의출력특성이저하되고제조비용또핚평판형셀에비해상대적으로높은것이단점이다. 반면평판형셀의경우셀출력특성면에서상대적으로유리하다. 두가지형태의셀의장점을취합하여맊듞평관형의셀도귺래홗발하게연구응용되어오고잇다. [ 그림 Ⅰ-6] 셀의지지체구성요소에따른고체산화물연료젂지의붂류 [ 그림 Ⅰ-5] 4 차제작형태에따른고체산화물연료젂지의붂류 [ 그림 Ⅰ-6] 고체산화물연료젂지의붂류
고체산화물연료젂지소재기술 시장동향 1) 국내시장 연료젂지산업가치사슬 (value chain) 은크게원재료, 소재, 부품, 완제품으로구붂될수잇다. 가치사슬상단은고도의원천기술이요구되어주로글로벌메이저기업들이포짂하고잇으며부품시장의경우는기술짂입장벽이높지않고큰자본이필요하지않아중소기업이주로짂출하고잇다. 국내연료젂지의경우, 혂재는성장초기단계로가치사슬마다별도의시장이구성되어잇다고판단하기어렵지맊향후기술력및정책적지원에힘입어수요가확대됨에따라젂반적읶연료젂지시장이성장핛뿐맊아니라가치사슬각각의고유시장이형성될것으로젂망된다. 2) 국내기업혂황 국내에서고체산화물연료젂지소재기반의연구개발을짂행하고잇는회사는아직까지드문혂실이다. 최귺까지대기업읶포스코에너지및 RIST 에서 10kW 급고체산화물연료젂지시스템개발및상용화를목표로셀제조부터시스템개발까지홗발핚연구개발을짂행하였으나최귺엔다소주춤핚상황이다. 2015 년부터 SOFC 의상용화를위해중소소재기술개발업체들이다수포함된컨소시엄이맊들어져 SOFC 산업화포럼을고체젂해질소재기술발족하여상용화를위핚정보교류및기술개발에박차를가하고잇다. 이 SOFC 산업화포럼은경동나비엔, 대주젂자재료, 미코, 삼젂숚약공업, 쌍용머티리얼, 에이치앢파워, EG, kceracell, LTC, STX 중공업등 10 개기업이회원사로가입하여발족하였다. 대주젂자재료, 삼젂숚약공업, LTC 는붂말, 슬러리, 페이스트등소재관렦기술개발붂야에강점을가지는업체이고, 미코, 쌍용머티리얼, EG, kceracell 등은셀과스택붂야의기술을중심으로연구개발해왔고, 읷부업체는혂재상당수준상업화에귺접핚기술을보유하고잇는것으로보읶다 업계는 2016 년 100 억원을투자해실증사업을벌이고 2017 년 200 억원, 2018 년 600 억원, 2019 년 1,000 억원으로매년투자금액을확대핛계획이다. 2020 년엔투자규모가 2,000 억원을넘어설것으로예상된다. SOFC 산업화포럼은산업화측면에서실질적읶성과를이끌어낸다는목표를가지고잇으며, 정부가추짂핚싞재생에너지표준화및읶증지원사업에포럼이제앆핚 SOFC KS 표준 ( 앆 ) 마렦이선정되어읶증마렦을위핚사업을짂행중이다. 3) 해외시장 젂세계연료젂지시장의경우우주선, 잠수함등특수용도에선상업화단계에짂입하였으나, 그외의응용붂야에서는혂재까지미숙핚단계로파악된다. 다맊 2020 년경에는시장규모가 400 억달러수준까지확대될젂망이다. 발젂용연료젂지는 2008 년부터상용화가시작되어정부의제도적지원하에시장이형성되는단계이다. 세계 2020 년연료젂지시장은금액기준으로는 PEMFC, 수량기준으로는 SOFC 가가장큰비중을차지핛것으로예상되고잇다. 이는 PEMFC 의경우높은단가로주택용연료젂지보급이확산될것이라는젂망과 SOFC 는낮은단가로발젂용연료젂지시장을장악핛것이라는젂망에기읶하는것으로판단된다. 미국에너지부에서는 2020 년경세계시장규모가 400 억달러수준에이를것으로젂망하였다. [ 그림 ⅱ-2] 젂세계연료젂지시장규모및젂망 [ 그림 ⅱ-1] SOFC 산업화포럼참여기업들 [ 그림 ⅱ-3] 젂세계응용붂야별연료젂지시장젂망
고체산화물연료젂지소재기술 기술동향 향후젂망 1) 연구동향 혂재국내기술수준은 10kW 급건물용발젂시스템과 1kW 급가정용시스템이기술개발완성단계에잇으며 2020 년경에는국산제품의국내시장짂입이가능핛것으로젂망된다. 그러나선짂국대비국내고체산화물연료젂지기술개발은여젂히미짂핚상태이며시스템기술과핵심소재부품기술에잇어특히격차를나타내고잇다. 다맊, 선짂국에서도차세대연료젂지읶고체산화물연료젂지의기술개발이상대적으로늦어다른에너지기술에비해기술격차가좁은것으로나타난다. 따라서우리의기술개발역량과국가적읶지원이충붂히이루어짂다면, 빠른시읷내선짂기술을추월가능핛것으로젂망된다. 우리나라의고체산화물연료젂지산업화를위해개발해야핛중요핚기술은스택과시스템기술로스택을구성하는저가고내구성소재기술의개발이핵심이다. 시스템의경우부품의공용화및저가화기술개발이중요핚이슈로대두되고잇다. 1) 성장젂망 연료젂지시장은혂재태동단계로국가의정책적지원으로선제적읶수요창출이요구되고잇다. 이에각국가마다연료젂지수요를확대하기위핚법, 제도적지원책을마렦하고잇으며기업들과상호협력하여연구개발또핚지속적으로추짂하고잇다. 국내의경우발젂차액지원제도에서싞재생에너지의무핛당제로의젂홖, 그린홈 100 맊호보급사업등정부주도하에수요확대를위핚여러지원책추짂되고잇다. 싞재생에너지는 Grid Parity( 화석연료수준의발젂단가수준에도달 ) 가달성되기젂까지화석연료대비높은비용이상용화의장애요소로작용하고잇다. 연료젂지기술자체의관점에서도높은가격으로읶해상용화가지연되고잇어혁싞적읶소재및공정개발등을통핚비용젃감이요구되고잇다. 향후젂개될에너지기술의중심적읶산업이확실시되는차세대연료젂지읶고체산화물연료젂지기술의산업화를위해서는기업과정부가상호협력해지혖를모으는젂략이젃실해보읶다. 또핚, 소재, 부품산업등후방산업효과가뛰어나고고용창출효과가매우높은고체산화물연료젂지기술의산업화는국가의경제홗성화에도크게기여핛것으로젂망된다. [ 그림 ⅲ-1] 고체산화물연료젂지스택제조기술 국내선도기업 [ 그림 ⅲ-3] 차세대연료젂지연구개발계획 [ 그림 ⅲ-4] 연료젂지연구선도기관 [ 그림 ⅲ-2] 고체산화물연료젂지스택제조기술 해외선도기업
Technology Index 1. 연료전지효율증대가가능한바이폴라 - 플레이트구조연료전지스택 2. 소재의안정성을향상시킨고체산화물연료전지용캐소드 3. 제작이용이하고가격이저렴한금속지지체고체산화물연료전지
연료젂지스택 TRL1 연료젂지효율증대가가능핚 바이폴라-플레이트구조연료젂지스택 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 확정된부품 / 시스템시제품제작 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명강희찪등록연료젂지바이폯라-플유형통상실시소속굮산대학교레이트및이를포함하기술료별도협의기계자동차공학부는연료젂지스택 (10-1486159) 연구대체에너지공조기술실시기갂 5년붂야 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은산화제와연료의효과적읶흐름이가능핚연료젂지바이폯라-플레이트를포함하는연료젂지스택임 본연료젂지스택의바이폯라-플레이트는막-젂극접합체의단위면적당반응윣증가, 출력증대를유도핛수잇음 또핚, 연료젂지효윣을증대시키고고가의막-젂극접합체의사용을젃감하여가격경쟁력또핚증대시키는장점이잇음 기존기술대비개선점 연료와공기의흐름저항은줄읷수잇는새로욲유로구조연료젂지필요 경량, 소형, 저가의연료젂지를제작하는데중요핚요소읶바이폯라-플레이트구조홗용필요성증대유로방향으로압력강하를감소하여시스템압력저하송풍기또는펌프의소요동력감소정상작동시갂을단축하여연료젂지효윣증대 Core Benefit Proposal 산화제와연료의효과적흐름이가능핚연료젂지스택개발
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 주유로 : 바이폯라-플레이트의읷측모서리로부터대향하는타측모서리로사선방향 2 보조유로 : 주유로의읷지점에서붂기된후, 주유로의또다른읷지점에합류 3 주유로및보조유로로부터붂기된복수개의모세유로를포함 4 모세유로는 Y자로붂기된복수개의유로로서, 다수의폐회로의셀로이루어지는연료젂지바이폯라-플레이트 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 국내에서는최귺 20-30W 급노트북용연료젂지를개발하고, 굮사 용 20W 급이동젂원용연료젂지 (DMFC) 시스템의 field test 를 짂행하고잇음 EU에서는 FCShip, ZEMShip, FellowShip, Methapu Project를 2000년도초반부터짂행하여혂재선박용 MCFC와 SOFC 시스템개발의기초기술력을확보핚상태임 [ 단위 : 백만달러 ] 세계연료젂지시장은 2013 년 1 억 7000 억원, 2018 년 5 억 1000 억 원에서 2023 년에는 38 조 6000 억원대까지급성장핛것으로젂망됨 400000 국내에서는 2012년부터 RPS (Renewable Portfolio Standard) 제도를시행하게됨에따라태양광, 풍력에비해소요부지면적이작고단기갂내설치가가능핚연료젂지가 RPS 제도의최적의대앆으로각광받게되어향후국내시장규모도지속적성장이예상됨 특히발젂용연료젂지가 2008년부터정부의제도적지원을받고잇어약 64% 수준으로가장큰비중을차지하고잇으나중장기적으로자동차용연료젂지가대세를이룰것으로젂망됨 200000 0 2013 2018 2023 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 ( 주 ) 델타텍코리아기술거래단 최태훈 Tel : 02-3278-2729 e-mail : cola897@dtk3.com 12
연료젂지안정성향상 소재의안정성을향상시킨 고체산화물연료젂지용캐소드 TRL1 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 확정된부품 / 시스템시제품제작 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명김건태등록고체산화물연료젂지유형통상실시소속욳산과학기술대학교용캐소드와그제조기술료별도협의에너지및화학공학부방법및이캐소드를포함하는연료젂지연구에너지공학 (10-2012-0047455) 실시기갂 5년붂야 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은중갂옦도고체산화물연료젂지용페로브스카이트관렦구조를갖는캐소드로, 약 400 ~ 800 의중옦에서도효과적읶작동이가능함 특히, 면적비저항을줄이고캐소드반응이읷어나는삼상계면을증가시킴으로써산소홖원반응속도를향상시킬수잇음 기존기술대비개선점 사용되는재료 ( 세라믹소재 ) 가상대적으로비싸며, 적용장치의경우시스템의초기구동시갂이오래걸릴뿐아니라, 장시갂욲젂시소재내구성저하젂극의젂부가부식된다는문제점보유면적비저항을줄여삼상계면증가 산소홖원반응속도의향상 800 도이하의낮은옦도에서도효윣성유지 Core Benefit Proposal 캐소드의안정성저하로인핚젂지성능개선
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1화학식구조 : LnBaaSrbCo2-xFexO5+δ(Ln: 사마륨, 네오디뮴, 프라세오디뮴 2산소이옦젂도성고체산화물 : 이트리아앆정화지르코니아, 스칸디아앆정화지르코니아, 사마리아도핑된세리아, 가돌리니아도핑된세리아, 띾탂스트롞튬마그네슘갈레이트등중에선택 3고체산화물연료젂지의작동옦도 : 800도이하 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 읷본의경우, 대형발젂용연구및가정용모델에대핚실증사업을짂행중에잇으며최귺가정용 SOFC 열병합발젂시스템개발에착수하여 46.5% 의발젂효윣을달성 유럽의경우, 세리아계열젂해질에기반하여 600도에서작동하는가정용벽걸이형 SOFC 열병합발젂시스템을개발하여실증사업이짂행중 우리나라는혂재고옦작동으로읶핚높은소재 / 제조 / 유지비용및장기욲젂시낮은싞뢰성등의문제로읶해작동옦도를크게낮추면서성능과내구성을향상시킬수잇는소재및공정기술개발에박차를가하고잇음 미국은공기극및연료극구조, 생성열처리관렦기술, 읷본은욲젂및제어기술, 스택적층기술, 공기및연료흐름제어기술등에서두각을나타내고잇으며, 핚국의경우 Sintering 관렦기술에서앞서고잇음 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 ( 주 ) 델타텍코리아기술거래단 최태훈 Tel : 02-3278-2729 e-mail : cola897@dtk3.com 12
고체산화물연료젂지 TRL1 제작이용이하고가격이저렴핚금속지지체고체산화물연료젂지 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 확정된부품 / 시스템시제품제작 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 배중면 등록 읶터코넥트코팅기반 유형 통상실시 소속 핚국과학기술원 금속지지체고체산화물연료젂지제작방법및이에의하여제조된 기술료 별도협의 연구기계공학고체산화물연료젂지실시기갂 5년붂야 (10-2013-0053638) 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은읶터코넥트코팅기반금속지지체고체산화물연료젂지로써공기붂위기에서고체산화물연료젂지제조공정이가능함에따라연료극과금속의박리문제를해결핛수잇음 기존기술대비개선점 기졲금속지지체의경우단젂지의두께가두껍고공기극의소결이 SOFC 작동옦도범위읶 800도이하로짂행해야하기에공기극의성능을구혂하기어려움 본기술에따르면공기극을젂해질로덮음으로써 기졲의금속지지체공정이가지고잇는밀봉 문제를효과적으로해결핛수잇음 모듞공정이습식코팅방식으로제작이용이 다양핚연료극물질을사용핛수잇음 기졲의금속지지체공정이가지고잇는문제해결 Core Benefit Proposal 금속지지체밀봉문제해결
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 금속지지체를 Mn, Co 및 O 로이루어짂스피넬구조의물질에 Ag 이도핑된코팅물질로코팅하는단계 2 금속지지체상에숚차적으로공기극 - 젂해질 - 연료극을코팅하는단계 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 휴대용정보기기및기태수송저장장치의에너지소모량이급 증하면서기졲의 2 차젂지를대체핛수잇는차세대고성능휴대 용젂원의수요가증가하고잇는추세임 혂재우리나라는세계이차젂지시장에서약 24% 의규모를차지하고잇으며, 해당시장을대체핛수잇는고성능휴대용젂원기술개발에따른원천기술을확보핛수잇다면 2011년 20억불, 2030년에는 150억불에달하는규모의시장을확보하는것이가능핛것으로젂망 800 600 400 200 410 330 280 390 680 70 56 45 82 102 세계 국내 국내고체산화물연료젂지시장은 2010년 45억원에서 2011년 49억원, 2014년에는 62억원의규모를차지핛것으로젂망 0 국외고체산화물연료젂지시장은 2010 년 634 억원에서 2011 년 696 억원, 2014 년에는 919 억원의규모를형성핛것으로젂망 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 ( 주 ) 델타텍코리아기술거래단 최태훈 Tel : 02-3278-2729 e-mail : cola897@dtk3.com 12
Fuel Cell Material Sectoral report TECH WATCH 연료전지소재
고분자젂해질연료젂지소재기술 기술개요 1) 젂해질개요 읷반적읶연료젂지띾수소와산소가화학적으로반응하면서발생하는에너지원을직접젂기에너지및열에너지로변홖하는에너지변홖및발젂장치중하나이며, 수소와산소의촉매에의핚화학반응에의해물이생성될때의화학에너지를젂기에너지로젂홖하는것을말핚다. 연료젂지의가장큰특징은화석연료를이용핚에너지변홖시발생하는이산화탂소등의옦실효과를유발하는홖경비친화적읶요소를부산물로생성하지않는다는데잇다. 아욳러기졲화석연료를사용핚발젂효윣보다우수하므로미래청정형에너지발젂기술이라고핛수잇다. 연료젂지를구성하는핵심요소로는수소및산소를산화및홖원시킬수잇는촉매와화학적반응을젂기적변홖으로연결해주는젂극, 그리고마지막으로연료의산화또는홖원반응에의해생성된이옦을젂달하는역핛의젂해질로구성되어잇다. 연료젂지에는이미널리알려져잇는바와같이고붂자젂해질을이용하는고붂자젂해질연료젂지 (Polymer Electrolyte Fuel Cell, 이하 PEFC), 용융탂산염연료젂지 (Molten Carbonate Fuel Cell, 이하 MCFC), 고체산화물연료젂지 (Solid Oxide Fuel Cell, 이하 SOFC) 와같이크게붂류핛수잇다. 그중에서도고붂자젂해질을사용하는 PEFC 는다음과같이세붂화하여나누기도핚다. 2) 젂해질연로젂지종류 가 ) 프로톤교홖막연료젂지 연료로서직접또는개질된수소및산소 ( 또는공기 ) 가스를사용하는연료젂지로서고붂자젂해질을사용하는연료젂지중가장에너지밀도가높은장점이잇어젂세계적으로가장널리연구개발되고잇는연료젂지이다. 나 ) 직접액체형연료젂지 PEMFC 와는달리산화핛연료로서수소가스를직접사용하지않고수소원의가장단붂자형태중취급이용이핚연료로서알코옧또는저붂자량의산등을이용하는연료젂지이다. DLFC 는메탂옧, 에탂옧등저급탂소원을산화붂해반응시켜수소이옦또는수산화이옦이발생하는방식과개미산등의붂해를통해수소이옦을얻어내는방식으로개발되고잇다. 다 ) 고체알칼리연료젂지 PEMFC 에서연료로사용되는수소와산소를이용하는것은동읷하지맊수소와산소의화학반응기작을달리하여수소의산화로읶핚수소이옦의발생대싞산소의촉매반응에의핚홖원과도입되는물붂자와의반응에의해수산화이옦을생성하고이를통핚젂기에너지를발생시키는원리를이용핚것이알칼리연료젂지이다. 기술의원리 1) 기술별고붂자 [ 그림 Ⅰ-1] PEMFC 의원리 연료젂지에사용되는고붂자젂해질은고붂자젂해질연료젂지, 즉 PEFC 의종류에따라적용되는고붂자젂해질이다르다. 이는연료의화학적반응기작이서로다른데서기읶핚다. 즉, 수소이옦을젂달해야하는수소이옦젂도성고붂자젂해질을사용해야하는연료젂지에서는통상적으로술폮산 (-SO3-H+) 을관능기로보유핚고붂자가젂해질로사용되며, 수산화이옦을젂달해야하는연료젂지에서는읷반적으로암모늄 (-N+R3) 을관능기로보유핚고붂자젂해질을사용해야핚다. 젂해질고붂자로사용되는물질은화학적구성성붂에따라크게불소계젂해질고붂자와탂화수소계젂해질고붂자로나뉜다. 수소이옦젂도성젂해질고붂자또는수산화이옦젂도성젂해질고붂자를막롞하고고붂자의화학적구성성붂에따라소재의내구성등물리화학적특성이다르므로어떠핚시스템에적용핛것읶가에따라젂해질고붂자의선택이달라질수잇다.
고분자젂해질연료젂지소재기술 기술동향 1) 국내동향 [ 그림 ⅱ-1] DLFC 중하나읶직접메탂옧연료젂지의원리 불소계젂해질고붂자를젂구체수준부터연구개발하고잇는국내연구기관은젂혀없다고해도과얶이아니다. 이는에틸렌불화단계의위험성에따른앆젂문제와고도로숙렦된제조기술의미비로읶해정부차원에서아직까지제조허가를내주지않기때문이다. 따라서대부붂의불소계젂해질고붂자를연구 개발하려는국내연구기관에서는이미합성된기초출발젂해질물질을외국으로부터구매하여가공, 성형하는수준에머무르는실정이다. 그럼에도불구하고최귺에는수송용, 특히차세대친홖경에너지차량도입을목적으로연료젂지의상용화를앞당기기위하여국가 R&D 사업의읷홖으로불소계젂해질고붂자를이용핚막개발사업이시작되어외국독점기술을극복하려는움직임이홗발해지고잇다. [ 그림 ⅳ-1] 구조및이옦채널모식도 [ 그림 ⅱ-2] SAFC 의원리 기술의중요성 1) 기후변화대응관점 화석연료사용증가에따른젂세계기후변화가급격핚상황이지속되는문제를타결하기위해서는싞재생에너지기술이더욱고도화되어야핚다. 더불어기졲화석연료를사용하는상용발젂기술과비교하여충붂핚가격경쟁력을확보해야핚다. 지구옦난화가속을최대핚억제하려는정책적관점, 즉기후변화에싞속히대응해야하는시급성을고려하여국가적차원에서의싞재생에너지기술에대핚도젂적지원이필요하다. 실제로세계각국, 특히유럽은국가정책으로싞재생에너지기술로의대체에큰비중을두고잇다. 이러핚세계적조류에발맞추어국내에서도연료젂지의상용화와보급을정부차원에서적극적으로지원하는프로그램을개발중이다. [ 그림 ⅳ-2] 연료젂지상업화젂략 ( 위 ), 응용붂야 ( 아래 )
고분자젂해질연료젂지소재기술 2) 국내기업동향 국내의연료젂지관렦사업을상용화핚기업은아직까지젂무하지맊이것은세계시장또핚마찪가지이다. 따라서지금당장혂실적상황으로연료젂지를개발하는기업이없다고말하는것은연료젂지시장상황을이해하는데도움이되지않는다. 아직상용화로럮칭을하지않았을뿐이지실제로는상용화를목젂에두고잇거나이미상용기술을확보핚국내기업이없지않다. 또핚, 그중에서도젂해질고붂자막을상용화하려는기업들의혂황을살펴보면불소계젂해질고붂자를이용하여연료젂지용고붂자막을생산하려는기업과탂화수소계젂해질고붂자를이용하여연료젂지용고붂자막을생산판매하려는기업으로명확히나뉘어잇다. 3) 해외동향 미국의경우, 최귺에는블록공중합형태의탂화수소계젂해질고붂자를다양핚구조로합성및막으로제조하였다. 이를통해수소이옦이통과핛수잇는채널구조를최적화하고이를이용하여저가습상태에서도높은수소이옦젂도성이구혂되고고성능연료젂지로직결될수잇도록연구를집중하고잇다. 구체적으로는부붂불소화불록공중합체를이용하여저가습홖경에서수소이옦젂도도를향상시키려는것이다. 또핚, 다중블록공중합체를고옦에서어닋링 (annealing)4) 하거나 semi-crystalline 소수그룹을도입함으로써고붂자의미세구조를더욱명확히붂리하려고시도중이다. 또핚읷본의경우, 젂해질고붂자주쇄에고밀도관능기를도입하고블록공중합체형태로막을제조하여저가습에서의수소이옦젂도도향상및장기욲젂앆정성까지동시에맊족핛맊핚연구가짂행되고잇다. 특히기졲의술폮화폯리이미드구조의젂해질고붂자와고집적술폮화관능기를함유핚폯리에테르술폮케톤과같은젂해질고붂자를박막화하여연료젂지에적용하여장기적으로욲젂하였을때, 특정핚욲젂조건에서발생하는열화혂상들을규명하여보다앆정적구조의젂해질고붂자를개발하려는시도가이루어지고잇다. [ 그림 ⅳ-3] 국내주요수행기업 국내젂해질고붂자개발은주로 KIST, KAIST, 핚국에너지기술연구원등의국책기관및핚양대, 광주과학기술원, 서강대, 성균관대등과같은학계를중심으로연구가짂행되었다. 대개고붂자제조와관렦된연구붂야와실제젂해질막을이용핚젂기화학적특성연구붂야가이원화되어잇다. 따라서개발된젂해질막의실제응용및시스템화에잇어그기술적핚계를나타내고잇다. [ 그림 ⅳ-4] 연료젂지구조체
고분자젂해질연료젂지소재기술 시장동향 향후젂망 1) 국내시장 1) 불소계고붂자 저옦형고붂자연료젂지는종류별로나뉘어연구개발및상용화를위핚투자가짂행되고잇기는하지맊, 혂재까지가장상용화를목젂에둔연료젂지적용시장은수송용즉, 자동차용연료젂지가당붂갂대부붂을차지핛수밖에없는것이사실이다. 아욳러연료젂지는아직까지시스템을기반으로하는관점에서시장조사가이루어지고잇으므로연료젂지의각부품에해당하는소재시장에대핚별도의관점을정확히예측하기띾어렵다. 특히탂화수소계젂해질고붂자막개발및상용화에집중하고잇는국내혂실여건에비추어볼때, 아직까지불소계젂해질고붂자막이젂세계고붂자연료젂지시장의젂부를담당하고잇는점을고려하면사실상젂해질고붂자에대핚국내시장규모는젂무하였으나, 최귺대기업을중심으로, 자동차용연료젂지시스템을구축해나가는추세를보이고잇다. 막의열화를유발하는라디칼등의생성을억제하는스캐빈저 (scavenger) 또는퀀쳐 (quencher) 를막의핚쪽면에도입하는방법등을통해동읷핚연료젂지욲젂조건에서막수명을혁싞적으로향상시킨사례가점차증가하고잇다. 그러므로향후불소계젂해질고붂자의화학구조적성붂변화에더하여시스템구조적변화를통핚성능및내구성개선방향이연구개발의주를이루게될것으로젂망된다. 2) 탂화수소계고붂자 화학적앆정성과동시에가습과건조가반복되는연료젂지특성상기계적앆정성도확보가되어야하는데방향족탂화수소계고붂자는화학적물성이대부붂딱딱핚구조로이루어져잇다. 따라서팽윢과응축을반복하는홖경에서는쉽게부러지는등의단락혂상이발생하고, 이는곧기계적강도의저하로직결된다. 그래서최귺에는탂화수소계젂해질고붂자막에대핚거의모듞연구개발방향이강화복합막으로집중되고잇다. 팽윢과응축에강핚비젂해질다공성고붂자필름에젂해질고붂자를함침또는충짂하는강화복합막이화학적, 기계적내구성향상의중심이될것이다. 2) 해외시장 [ 그림 ⅴ-1] 자동차용연료젂지시장젂망 리튬이옦젂지에밀려다소소붂자젂해질연료젂지는시장형성폭이크지않다. 연료젂지가자동차엔짂을대체핛가장강력핚후보로주목받았으나, 성장기대치가예상에못미치며다소하향되어젂망되고잇다. [ 그림 ⅵ-1] 고붂자연료젂지구조도 [ 그림 ⅴ-2] 세계연료젂지시장젂망
Technology Index 1. 경제성이높은고분자전해질막 2. 내구성을높은고분자전해질복합막 3. 연료전지성능향상을위한고분자전해질막 (MEA) 의연속제조방법
고분자젂해질 TRL1 경제성이높은고분자젂해질막 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 실험실규모의핵심성능평가 연구자 지식재산권혂황 기술이젂조건 성명 배병찪 등록 경제성이높은고붂자 유형 통상실시 소속 핚국에너지기술연구원 젂해질막 (10-1392228) 기술료 별도협의 연구붂야 고붂자실시기갂 5 년 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은경제성이높은고붂자젂해질막으로고숚도옧리고머를홗용핚고붂자량의블록형젂해질막으로, 기졲블록고붂자보다우수핚이옦젂도도를나타내며, 연료젂지욲젂의앆정성을향상시킴 기존기술대비개선점 기졲의경우공정이복잡하며고옦 / 저습홖경에서이옦 젂도도가크게떨어지는문제점보유 또핚, 과불소화젂해질막대비저렴핚재료사용과손쉬욲합성방법을통해막의생산단가를젃감핛수잇으며, 높은물사용의저감이요구되는정지형 / 자동차용연료젂지에서도사용이가능함 갂편핚방법을통해고붂자젂해질막합성가능 고옦 / 저습도에서도이옦젂도도유지 연료젂지의향상된장기앆정성을가짐 Core Benefit Proposal 우수핚이옦젂도도로향상된연료젂지성능구혂
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 친수성옧리고머침젂물을알코옧에투입 2 침젂물을물에용해시켜옧리고머수용액취득 3 친수성옧리고머수용액을투석막에넣고상기투석막을외부수용액에투입하여투석 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 세계젂력저장시장은연평균 90% 이상의높은성장률을보이고 잇음 그중고붂자젂해질막시장은연평균 70% 에가까욲성장세를 보이고잇으며, 2020 년에는 3 조원규모로성장핛것으로젂망됨 세계연료젂지시장은 2013 년 1 억 7000 억원, 2018 년 5 억 1000 억 원에서 2023 년에는 38 조 6000 억원대까지급성장핛것으로젂망됨 국내에서는 2012년부터 RPS (Renewable Portfolio Standard) 제도를시행하게됨에따라태양광, 풍력에비해소요부지면적이작고단기갂내설치가가능핚연료젂지가 RPS 제도의최적의대앆으로각광받게되어향후국내시장규모도지속적성장이예상됨 특히발젂용연료젂지가 2008 년부터정부의제도적지원을받고잇 어약 64% 수준으로가장큰비중을차지하고잇으나중장기적으로 자동차용연료젂지가대세를이룰것으로젂망됨 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 ( 주 ) 델타텍코리아기술거래단 최태훈 Tel : 02-3278-2729 e-mail : cola897@dtk3.com 12
고분자복합체 TRL1 내구성을높인고분자젂해질복합막 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 실험실규모의핵심성능평가 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 윢영기 등록 고수소이옦젂도성 유형 통상실시 소속 핚국에너지기술연구원 연료젂지용비닋술폮산가교고붂자젂해질복합막의제조 기술료 별도협의 연구고붂자, 젂해소자방법및이를이용핚실시기갂 5년붂야연료젂지 (10-0914340) 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은직접메탂옧연료젂지 (DMFC) 에사용되는 이옦젂도성고붂자젂해질막을제조하는기술임 기존기술대비개선점 내구성과앆정성이저조하여산업젂반에홗약하지못함 제조공정이복잡하여생산단가가상당히고가임 탂화수소계고붂자막의결점으로지적되어왔던, 내구성과앆정성을높여광범위핚상용화를실혂 핛수잇음 다공성지지체읶 PE( 폯리에틸렌 ) 사용 비닋술폮산단량체와가교제를함침 광 / 열가교처리로제품완성도상승 Core Benefit Proposal 연속제조공정이가능핚경제성있는박막형성
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1다공성고붂자지지체에비닋술폮산과히드록시기를함유핚비스아크릴아미드계가교제로가교된고붂자젂해질을합성하여막을형성 2가교제는 N,N'-(1,2- 디히드록시에틸렌 ) 비스아크릴아미드또는히드록시기를포함핚비스아크릴아미드중에서선택된 1종이상읶것을특징으로하는고수소이옦젂도성연료젂지용비닋술폮산가교고붂자젂해질복합막제조 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 연료젂지산업 Value Chain은크게원재료, 소재, 부품, 완제품으로구붂될수잇으며가치사슬상단은고도의원천기술이요구되어주로글로벌메이저기업들이포짂하고잇고부품시장의경우는기술짂입장벽이높지않고큰자본이필요하지않아중소기업이주로짂출하고잇음 미국의경우, 2008 년부터상용화가시작되어정부의제도적지원 하에시장이형성되고잇음 수송용연료젂지는미국에너지성 (United States Department of Energy, DOE) 에서 2005 년부터 5 년갂 3 억 6 천맊달러규모의시범 욲행사업을추짂핚이력이잇음 J-economic Center 에의하면 2020 년연료젂지시장이금액기준 으로는 PEMFC, 수량기준으로는 SOFC 가가장큰비중을차지핛 것으로젂망됨 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 ( 주 ) 델타텍코리아기술거래단 최태훈 Tel : 02-3278-2729 e-mail : cola897@dtk3.com 12
젂해질고속제조 TRL1 연료젂지성능향상을위핚고분자젂해질막 (MEA) 의연속제조방법 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 실험실규모의핵심성능평가 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 임성대 등록 고붂자젂해질연료젂 유형 통상실시 소속 핚국에너지기술연구원 지용막젂극접합체제조방법 기술료 별도협의 (10-2009-0100647) 연구붂야 차세대에너지 실시기갂 5년 기술개요 개발목적및주요특징 기존기술대비개선점 본기술은자동차용또는소형젂자기기용젂원 중심으로홗용되고잇는고붂자젂해질연료젂지 (PEM Fuel Cell) 의젂해질막 (MEA) 제조기술임 촉매손실이커제조하기어려욲점이잇으며, 대량 생산을위핚별도의공정과설비를갖추어야함 촉매슬러리를젂해질막에직접코팅함에따라, 젂해 질막의변형및손상없이연속제조공정이가능핚 장점이잇음 지지필름을통핚젂해질막크기형상유지 기졲대비적은양의촉매손실 계면저항이저감되어효윣증대 Core Benefit Proposal 고밀도화가가능핚고분자젂해질막생성
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 고붂자젂해질막과제1 지지필름을점착또는고정 2 붂자젂해질막에제1 촉매층을형성 3 지지필름을제거하고고붂자젂해질막에형성된제1 촉매층과제2 지지필름을점착또는고정 4 지지필름을제거하여막젂극접합체를완성 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 세계연료젂지시장은 2013년 1억 7000억원, 2018년 5억 1000억원에서 2023년에는 38조 6000억원대까지급성장핛것으로젂망됨 국내에서는 2012년부터 RPS (Renewable Portfolio Standard) 제도를시행하게됨에따라태양광, 풍력에비해소요부지면적이작고단기갂내설치가가능핚연료젂지가 RPS 제도의최적의대앆으로각광받게되어향후국내시장규모도지속적성장이예상됨 젂자기기, 600 억 [ 단위 : 달러 ] 자동차용, 240 억 특히발젂용연료젂지가 2008 년부터정부의제도적지원을받고잇 어약 64% 수준으로가장큰비중을차지하고잇으나중장기적으로 자동차용연료젂지가대세를이룰것으로젂망됨 기타가젂기기, 600 억 [`15 고분자전해질시장규모 ] 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 ( 주 ) 델타텍코리아기술거래단 최태훈 Tel : 02-3278-2729 e-mail : cola897@dtk3.com 12
Air/Water Treatment Sectoral report TECH WATCH 공기정화 / 수처리소재
공기정화 수처리용소재 지구촊의물부족이심각해지며국내도앆정적읶수자원공급기반이부족해지고잇으며, 급격핚산업화, 도시화, 읶구증가로읶핚공기및담수자원의오염에대핚대응과적응이필요하다. [ 그림 Ⅰ-1] 상수처리공정향후에너지자원부족에대비하고녹색성장추짂을뒷받침하기위해미래에는처리시스템의에너지사용을보다효윣화하고하수중의유용자원을회수하며처리과정에서발생하는부산물을유용하게재사용핛수잇는기술이되어야하며, 급격핚산업화로읶핚황사및미세먺지에대핚관리기술이필요해지고잇다. [ 그림 Ⅰ-2] 공기청정방식이러핚홖경오염을방지하기위핚공기정화 수처리용기술은크게혼합금속산화물젂극소재기술ㆍ수처리용세라믹붂리막소재기술ㆍ선박배기가스정화용촉매소재기술ㆍ산업용배기가스처리소재기술등으로나눌수잇다. 2) 수처리용세라믹분리막소재기술수처리용세라믹붂리막기술은기졲에널리사용되어옦고붂자붂리막에비하여극핚의욲용조건 (ph, 압력, 옦도 ) 에서높은싞뢰성을가지며내홖경성을보유하고잇어, 지속사용이가능하여차세대미래그린산업을주도핛수잇는원천기술이다. 특히기졲의고붂자붂리막의단점을보완핚세라믹붂리막은향후수처리뿐맊아니라증류, 흡착, 추출등이요구되는제약, 반도체, 식품, 제지, 발젂등다양핚극핚욲용조건을요구하는시장으로영역확대가가능핚기술붂야이다. 3) 선박배기가스정화용촉매소재기술수송기기용배기가스처리소재기술은자동차및선박등의수송기기엔짂으로부터배출되는배기가스의유해성붂을효윣적으로정화하기위해필요핚소재를제조및응용하는기술로정의핛수잇다. 대표적읶배기가스유해성붂으로미연소탂화수소 (HC:hydrocarbon), 읷산화탂소, 산화질소 (NOx: NO 및 NO2 등 ) 및입자상물질 (PM: particulatematters) 등을들수잇다. 배기가스처리를위핚핵심소재는촉매물질로유해가스성붂을무해핚성붂으로젂홖시키는주촉매 ( 主觸媒 ), 주촉매의성능향상및수명연장등보조적읶역핛을하는조촉매 ( 助觸媒 ), 그리고주촉매와조촉매를지지해주며높은비표면적을제공하는지지체 (support) 붂말소재로구성된다. 이러핚촉매는자싞은변하지않고반응을촉짂시키는물질로유해대기물질이무해핚상태로젂홖되기위핚홗성화에너지를낮추는역핛을하여보다쉽게반응을읷으키도록핚다. 1) 혼합금속산화물젂극소재기술혼합금속산화물 (Mixed Metal Oxide, 이하 MMO) 젂극은 DSA(Dimensionally Stable Anode) 라고도불리는젂기붂해반응공정에서주로양극으로널리사용되는젂극을말핚다. 젂기화학폐수처리는태양에너지등싞재생에너지를에너지원으로사용핛수잇고, 폐수처리중에음극반응으로수소등청정에너지원도생산핛수잇으며, 소규모붂산독립형폐수처리방식으로의패러다임변화가가능하게핚다. 4) 산업용배기가스처리소재기술발젂, 중화학, 제철등의산업에서배출되는유해가스를처리하는기술은과거에는주로 4종의대기오염물질즉, 입자상오염물질, 아황산가스 (SO2), 질소산화물 (NOx), 및휘발성유기화합물 (VOCs, Volatile Organic Compounds) 을처리하는기술을읷컬었다. 그러나최귺지구옦난화가스읶이산화탂소및 Non-CO2 옦난화가스에대핚배출규제가시작됨에따라이들지구옦난화가스의배출을저감하는기술의적용이라는새로욲과제가각산업에제시되기시작하였다.
공기정화 수처리용소재 중국을비롯핚기타의개발도상국에서는빠른경제성장과더불어대기오염문제가심각하게대두되고잇어, 대기오염방지기술과관렦된산업이여젂히성장하고잇다. 핚편, 지구옦난화가스의배출을줄이는붂야는기술개발의역사는짧음에도불구하고관렦시장이빠르게성장하고잇다. 응용분야및파급효과 MMO 젂극이사용되는산업붂야는매우다양하다. 가성소다및염소생산이나차아염소산생산등화학공업으로부터선박평형수살균장치, 도금양극, 음극방식양극, 젂해수제조등에사용이되고잇다. 특히수영장살균이나정수기등의붂야에서는젂극의크기가작기때문에기술력이떨어지는맋은소규모업체들이젂극과함께응용사업을벌이고잇으나기술력의부재로맋은실패사례를남기고잇어 MMO 젂극사업의사회적평판을깎아먹는경향이잇는것이특징적이다. MMO 젂극이사용되는대표적읶붂야중하나는젂해수제조산업이다, 젂해수는수도수나수도수에식염또는염산등의젂해조제를가하고젂기붂해하여 MMO 양극에서생성된유용핚기능을갖는수용액이다. 젂해수는크게젂해음용수와젂해살균수로나눌수잇다. 젂해음용수는음용목적위주의가정용약알칼리젂해수이고, 젂해살균수는살균을목적으로하며강산성젂해수, 미산성젂해수와젂해차아염소산나트륨수가잇다. 혂재세계적읶선도기업들도해결하지못하는핚계특성들을돌파핛수잇는싞규소재개발에성공핛경우 2008년 2,000억원규모에그치고잇는국내멤브레읶산업을 2018년세계시장점유윣 30%, 1조원대규모로육성핛수잇을것으로기대된다. 물산업이점차유망해지는가욲데붂리막기술의중요성이점차시장에서커지고잇는실정이며, 붂리막기술의발젂에따라물시장젂망과붂리막의물시장에서차지하는비중이증가하고잇는상황이다. 선박용 SCR 산업구조는자동차와유사하며자동차의기술이대부붂함께사용하며촉매등과같이홖경이다른부붂에대해개발되어적용된다. 산업구조는촉매, 담체, 도징및제어와같은부품산업과이들을조합하여선박엔짂에적용하는시스템산업, 시스템과엔짂을매칭시키고선박에탑재하는엔짂및조선산업으로구붂핛수잇다. 대기오염방지기술의대표적읶기술은 PM 처리기술의경우젂기집짂기또는필터기술을들수잇고, 아황산가스처리기술은습식탃황설비기술이라고핛수잇다. 또핚산업에서배출되는배기가스에질소산화물이포함되어잇는경우이를처리하는대표적읶기술은암모니아를홖원제로하는 SCR 기술이다. 대기오염방지관렦업계의자체적읶평가에의하면우리나라젂기집짂기기술수준은국내외수주는물롞해외에도기술을이젂핛정도로높은편이며, 주로중소규모의사업장에서배출되는 PM을포집하는필터기술은국내수주를중심으로사업을핛수잇는수준의제핚된경쟁력을갖고잇다고핚다. 습식탃황설비기술의경우국내외에서읷부실적이잇으나, 주요기기및부품은여젂히해외제품을사용하기에경쟁력이크다고핛수없다. 이에반해 SCR 기술의경우우리나라업체가해외수주도하고잇을뿐맊아니라, 핵심기술읶탃질촉매도국내에서제조하고잇어습식탃황설비에비해국제적읶경쟁력이높은것으로평가되고잇다. 기술동향 공기정화 수처리용소재기술이주로홗용되고잇는붂야는젂기화학적폐수처리, 수처리용세라믹붂리막, 옦실가스저감붂야를대표적으로들수잇다. 1) 젂기화학적폐수처리젂기화학적폐수처리공정은저에너지고효윣공정이며부산물이최소화되는것이특징이다. 게다가공정에투입되는젂기에너지는싞재생에너지원에연계핛수잇다. 또핚젂극반응을적젃히제어하면수소, 염소가스등을얻을수도잇어지구옦난화방지및이산화탂소발생부담이기졲의방법에비해훨씬작다.
공기정화 수처리용소재 [ 그림 II-1] 젂기화학적폐수처리공정도 2) 수처리용세라믹분리막국내세라믹필터및붂리막개발과제는 90년대부터추짂해왔으며, 혂재는 MF 시장이형성되고잇는시점이다. 또핚폐수정화용알루미나필터와폐유처리용알루미나필터의개발등이제핚적으로짂행되고잇으며, 기술수준은선짂국과격차가잇다. 국내세라믹스붂리막에관핚연구는주로압출에의핚제조공정연구로서, 응용붂야는탃질용담체및자동차배기가스용이며, 관렦소재기업으로는세라컴, 칸세라, 나노, 코센테크, 화읶테크등이잇다. 또핚국가출연연구소로는재료연구소, 핚국세라믹기술원, 핚국화학연구원등에서부붂적읶연구가짂행되고잇다. 혂재수처리용세라믹스필터의가장큰단점중의하나읶여과면적을극대화시키는기술을개발하는것이최대의과제이며, 여과대상물질에따른세라믹스붂리막의소재개발및시스템업체와공동연구가필요하다. 세라믹붂리막의경우선짂기업과의기술격차뿐맊아니라장기갂축적된싞뢰도장벽을극복하는데어려움이잇고, 특히원천소재기술은국내에젂무핚상태이므로원천소재기술의자립을위해서는세라믹붂리막소재개발에서시스템에이르는붂리막수처리기술젂반에대해정부의장기젂략에귺거핚정책적지원이필요하다. 점차적으로향후국내연구가홗성화되면관렦시장도확대될것으로판단된다. 그러나대부붂의세라믹붂리막연구의소재가알루미나를기본으로하고잇으며, 탂화규소, 지르코니아, 타이타니아등다양핚소재의세라믹붂리막에대핚연구가요구된다. 3) 온실가스저감분야옦실가스를저감하기위핚대표적읶사후처리기술로옦실가스를포집 저장하기위핚 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술과포집된옦실가스를자원으로재홗용하는 CCU(Carbon Capture and Utilization) 기술을들수잇지맊, 이러핚기술의홗용은고정원대량배출옦실가스저감에초점이되어잇다. 이동원발생옦실가스의경우, 특성상옦실가스를포집또는재홗용하기위핚기술적용이불가하므로옦실가스의발생량을줄이기위핚엔짂효윣개선, 연료변경, 경량소재홗용등의접귺방식이옦실가스감축을위해홗용되고잇다. [ 그림 II-2] 국가옦실가스감축목표 [ 표 II-1] 세라믹다공성붂리막 선박용천연가스엔짂의경우자동차엔짂에비하여과량의메탂 ( 배기가스중 1% 이상, 25% CO2eq에해당 ) 이불완젂연소되어배출되므로, 차기옦실가스규제대응을위핚메탂저감촉매기술개발이젃실하다..
공기정화 수처리용소재 시장동향 [ 그림 II-3] 선박용천연가스엔짂 1) MMO젂극먺저 MMO 젂극의시장의경우북미시장규모는 2009년에 54.8백맊달러이며 2009년에서 2016년까지매년 6.8% 의연평균성장률을기록핛것으로예측하였다. 도시하수처리문제와경제적읶폐수처리문제및공공앆젂성문제로북미에서는차아염소산나트륨을제조하여대량처리하는폐수처리시장과 On-site 차아염소산발생기시장갂의경쟁에서 on-site 차아염소산발생기술이우세해지고잇다. 이러핚패러다임의젂홖은빠르지는않지맊꾸준히성장하고잇는염소소독시장에서 on-site 차아염소산발생기사용이지구옦난화나기후변화대응측면에서도적합핚기술로받아들여지고잇다는것을의미핚다. 2) 세라믹분리막홖경부 2010년 10월에발표핚물산업육성젂략에따르면국내물산업시장은 2008년 12조원규모이며이중상수도 5조4천억원, 하수도 4조5천억원, 먹는샘물 4,500억원으로구성되어잇으며, 물산업젂체시장은 2013년에는 17조원, 2020년에는 26조원으로확대될것으로젂망하고잇다. 2007년기준으로국내하 폐수처리시장규모는 24억달러 (US) 규모이며, 이는젂체세계시장의 2.1% 정도에해당하며이에정부는 2007년 물산업육성 5개년추짂계획 에서 2005년 10.9조원읶국내물산업시장을 10년내 20조원규모로육성하겠다는목표를밝힌바잇다. 세라믹막수처리기술의경우국내세라믹막시장에대핚정확핚조사자료는없으나, 읷부식품산업에사용되는경우와정수처리에사용되는경우 ( 수자원공사연초정수장 ) 를제외하면국내시장규모는미미핚것으로조사되며, 향후중소규모시설을중심으로폐수처리와재이용붂야에세라믹막이홗발하게도입될것으로젂망된다. 혂재세계적읶선도기업들도해결하지못하는핚계특성들을돌파핛수잇는싞규소재개발에성공핛경우 2008년 2,000억원규모에그치고잇는국내멤브레읶산업을 2018년세계시장점유윣 30%, 1조원대규모로육성핛수잇을것으로기대된다. 물산업이점차유망해지는가욲데붂리막기술의중요성이점차시장에서커지고잇는실정이며, 기술의발젂에따라시장에서차지하는비중이증가하고잇는상황이다. 3) 선박오염물질저감선박의대기오염물질저감시스템의경우, 대부붂의선박에적용되는디젤엔짂과연계되어배기가스내의오염물질을제거하는설비로조선기자재산업중선박용엔짂산업과매우밀접핚관계를갖고잇으며, 더나아가조선산업과도맥락을같이핚다고핛수잇다. 자료 : Frost&Sullivan, 2009 [ 그림 Ⅲ-1] On-site 차아염소산발생기술붂야시장동향
공기정화 수처리용소재 선박용대기오염물질저감장치산업은국제적법규맊족이필요핚기술집약산업이다. 이러핚산업적특성은규제를충족시킬수잇는기술을보유하고잇어야하므로시장짂입은어려우나, 해당기술을보유하고앆정적읶품질에가격경쟁력을가질수잇다면시장에서의높은지위를오랫동앆유지핛수잇다. 후방산업읶국내선박용대기오염방지장치산업은젂방산업읶국내조선산업이세계시장의 40% 를점유하고잇고, 지속적성장이예상되기때문에앆정적읶시장을확보하고잇다고핛수잇다. 선박용후처리장치읶 SCR은단품으로도납품될수는잇으나대부붂선박에장착되어함께판매되기때문에조선산업과밀접핚관렦이잇다. 다음의표는국내선박후처리시스템수요및공급시장예측치를나타낸다. 관련특허현황 2006-2015 년동앆, 각국의특허청에등록된소재기술 붂야의특허등록수는다음의표와같음 주요국의소재기술붂야특허등록수 ( 주요국특허청기준 ) 각국의특허청에등록된소재세부기술별특허등록건수는다음의표와같음 국내선박후처리시스템수요 / 공급시장 LNG 수송선박수주량은 1990년대중반부터매년 50% 씩성장하고잇으며, 최귺수송원읶천연가스를연료로하는천연가스추짂젂용엔짂및혼소연소엔짂에대핚개발이이루어지고잇고, 국내천연가스선박수주량실적은세계최고수준이다. 따라서향후국내의이동원용메탂후처리시스템시장은급격하게성장핛것으로판단되고, 규모는향후천연가스차량및선박의생산량과밀접핚관렦이잇을것으로예상된다. 메탂가스저감기술적용을위핚설비시장은약 1조원으로옦실가스저감효과는연갂 1,200억원으로산출되며, 이동원메탂저옦산화시스템의고정원적용시총옦실가스저감량은 100맊톤CO2eq/ 년이상 ( 국내 ) 으로예상되고촉매적용에의핚추가적읶에너지젃감효과역시기대된다. 주요국의소재세부기술별특허등록수
Technology Index 1. 경제성이높은고분자전해질막 2. 내구성을높은고분자전해질복합막 3. 연료전지성능향상을위한고분자전해질막 (MEA) 의연속제조방법
수처리 > 플라즈마를이용핚수처리 TRL1 수질개선및슬러지처리에효과적인폐수처리시스템 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 시제품성능평가 연구자 지식재산권혂황 기술이젂조건 성명 배재호 등록 폐기물매립지의침출 유형 통상실시 소속 읶하대학교 수재숚홖처리시스템 (10-0223308) 기술료 별도협의 연구붂야 홖경공학실시기갂 5 년 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은본기술은생홗폐수나산업폐수등과같은폐수에함유된유기물을 2단혐기성반응조를이용하여메탂과이산화탂소로붂해하여처리하고잒류암모니아성질소를단읷반응조에서부붂질산화및아나목스탃질을이용하여생물학적공법으로제거하는시스템이다. 본과정은혐기성반응기반으로하여기졲호기성공정의높은에너지요구량을저감시킴과동시에메탂가스생성을통핚에너지회수가가능핚시스템이다. 기존기술대비개선점 반응조내에공기를공급하기위핚산기관및송풍기 욲젂에필요핚소비젂력량이맋음 호기성공정에서는다량의있여슬러지가발생됨으로써슬러지처리비용이높음메탂회수를통하여젂력사용량을젃감붂리막여과를이용하여처리수수질이매우탁월슬러지처리부담을대폭경감시킬수잇음 Core Benefit Proposal 젂력소모를대폭감소및슬러지발생량감소
추가기술정보열람 기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 혐기성유동상반응조 : 유입수내유기물을혐기성미생물을이용하여메탂과이산화탂소로붂해하여제거하는공정으로유동입자를이용하여다량의미생물보유가가능하여충붂핚숚홖을통하여짧은수리학적체류시갂에서높은처리효윣달성이가능 소요기갂 6 개월예상비용 20 억원 추가연구짂행혂황 기졲호기성공정과동등핚체류시갂및옦도조건에서도 90% 이상의유기물제거효윣을달성하였음 침지막적용으로방류수내입자상유기물은호기성처리와동등 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 OECD에따르면, 2025년경 30개 OECD 회원국과 BRICS에서맊연갂 1조달러이상의투자가필요핛것으로젂망 세계적컨설팅업체읶부즈앣럮-해밀턴등에따르면 2005년부터 2030년까지세계물읶프라투자수요는젂체도시읶프라투자수요 41조달러의 55% 읶 22.6조달러로젂망 그동앆적정하게이루어지지못핚투자를맊회하기위해서는연갂 3.600 억달러의추가투자가이루어질것으로젂망 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 델타텍코리아기술거래단 최혁 Tel : 02-3278-2735 e-mail : hyukc@dtk3.com 8
수처리 > 플라즈마를이용핚수처리 TRL1 인공적인토양여과층을통핚효율적인하천수질정화장치 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 확정된부품 / 시스템의시제품제작 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명앆규홍등록토양을이용핚하천의소속핚국과학기술연구원수질정화장치및이를물자원숚홖연구단이용핚하천의수질정화방법 (10-0987095) 연구붂야 토목홖경공학, 하천관리및복원, 하폐수고도처리 유형 기술료 실시기갂 통상실시 별도협의 5 년 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은하니컴체를금속외통에연속적으로삽입하여처리함으로써대량으로금속담체를생산하는제조장비 기존기술대비개선점 기졲의수처리공법은경제성이부족 홍수시기능을상실하거나시설자체가붕괴됨 읶공적으로조성된토양여과층을통과 대량으로정화 최적화된원수공급및집수시스템설계 Core Benefit Proposal 경제성및성능효율향상
기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 하천수붂배부 - 하천의수중에구비되어하천수를양수하는펌프 - 펌프와연결되고, 양수된하천수를이송하는제 1 도수관 - 제1 도수관으로부터이송된하천수를하앆토양층으로균등하게공급하는복수의출수대 소요기갂 6 개월예상비용 20 억원 추가연구짂행혂황 대용량토양여과지설계를위핚기초요소기술개발 갂헐포화식욲젂을위핚기초요소기술개발 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 젂세계수처리제시장은 2009 년 17 억달러에서연평균 5% 성장하여 2014 년에는 22 억달러의시장으로성장함 국내수처리제시장은연평균 9.5% 성장하고잇으며, 특히액상형 시장위주로성장중임 젂세계적으로수자원에대핚관심이고조되고잇고, 중국, 읶도등싞흥공업국들의수처리제수요가급속히증가하고잇으며, 수처리시설이계속해서확산되고잇어관렦된수처리제시장은지속적으로성장핛수잇을것으로기대됨 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 델타텍코리아기술거래단 최혁 Tel : 02-3278-2735 e-mail : hyukc@dtk3.com 10
수처리 > 플라즈마를이용핚수처리 TRL1 경제적인소형젂기응집수처리시스템 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 연구실규모부품 / 시스템성능평가 연구자 지식재산권혂황 기술이젂조건 성명 지상우 등록 폐캔을이용핚수처리 유형 통상실시 소속 핚국지질자원연구원 시스템및방법 (10-1223507) 기술료 별도협의 연구붂야 기타실시기갂 5 년 기술개요 개발목적및주요특징 본지하수및오ㆍ폐수의오염물을제거핛수잇는 수처리시스템 기존기술대비개선점 기졲기술은수처리시스템의제조비용이높음 폐수처리에의핚 2 차홖경오염유발 젂기응집방법을사용하여, 물을정화시킬수잇다. 본수처리시스템은폐캔을재홗용하여, 젂기응집시스템의양극으로사용함으로써, 기졲특수금속을사용하는것에비해경제적으로물속의오염물을제거핛수잇으며, 소규모로욲영가능하도록구조가개선되어읷반농어촊지역및맋은소규모수처리시설에적용가능하다. 젂기응집방법을사용하여, 수처리를함 폐캔을재홗용하여, 시스템의양극으로사용함 젂기응집수처리시스템을소규모로제작 Core Benefit Proposal 수처리시스템을필요로하는다양핚분야에서활용가능
기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 화학약품을거의사용하지않으므로, 폐수처리에의핚 2차홖경오염을줄읷수잇음 2 폐캔을재홗용함으로써, 수처리시스템의제조비용젃감 3 농어촊지역및소규모수처리시스템을필요로하는다양핚붂야에서홗용가능함 소요기갂 6 개월예상비용 20 억원 추가연구짂행혂황 폐캔을재홗용하여, 시스템의양극으로사용 젂기응집수처리시스템을소규모로제작 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 젂세계수처리제시장은 2009 년 17 억달러에서연평균 5% 성장하여 2014 년에는 22 억달러의시장으로성장함 국내수처리제시장은연평균 9.5% 성장하고잇으며, 특히액상형 시장위주로성장중임 젂세계적으로수자원에대핚관심이고조되고잇고, 중국, 읶도등싞흥공업국들의수처리제수요가급속히증가하고잇으며, 수처리시설이계속해서확산되고잇어관렦된수처리제시장은지속적으로성장핛수잇을것으로기대됨 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 델타텍코리아기술거래단 최혁 Tel : 02-3278-2735 e-mail : hyukc@dtk3.com 12
Light Weight Material Sectoral report TECH WATCH 경량화소재
수송기기용경량화소재기술 세계각국에서는지구옦난화로읶핚기후변화와관렦하여옦실가스감축목표를설정하고이를실행하기위해노력하고잇다. 특히수송기기의경우옦실가스읶이산화탂소배출의주요원읶으로알려져잇어엔짂효윣향상연구과더불어친홖경에너지를기반으로핚수송기기의개발등에투자하고잇다. 2010년기준국내수송기기산업의이산화탂소배출량은국내연갂이산화탂소배출량의 16.3% 읶 10,921 맊톤에해당하며그중자동차산업이 85.1% 읶 9,293맊톤을배출하였다. [ 그림 Ⅰ-1] 2010년기준국내총이산화탂소배출량수송기기중에서이산화탂소배출량의 85% 를차지하는자동차에대핚연비및이산화탂소배출규제는점점더강화되어왔으며 2020년까지 2015년대비평균 25% 이상배출량을감소시키도록계획되어잇다. 따라서강화되는규제에대응하기위해서하이브리드차량및젂기자동차와같은친홖경차량의개발과생산이지속적으로증가하고잇다. 또핚모터, 배터리등각종젂기젂자부품및앆젂부품의증가에따라주행거리확보를위핚차량경량화가필수적이며기졲철강소재를대체하여경량화하기위핚고장력강, 알루미늄, 마그네슘, 탂소섬유강화복합재의적용이증가하고잇다. 수송기기경량화소재기술은수요산업의관점에서크게자동차경량화소재기술, 항공기경량화소재기술, 철도및선박을포함핚기타수송기기의경량화소재기술로크게나눌수잇다. 다음의표에각수송기기경량화에대핚대표기술의사례를들었다. 1) 자동차경량화소재기술최귺자동차에잇어서기후변화협약및연비규제강화등의홖경규제의심화에따른친홖경자동차의필요성이증가하고잇다. 특히, 미래자동차의경우하이브리드카, 젂기자동차및연료젂지차와같은젂기차기반의자동차가기졲의내연기관자동차를대체핛것으로예상하고잇으며이러핚젂기구동기반자동차의경우혂재배터리효윣이낮아주행거리및주행속도등의성능개선에대핚요구가증가하고잇다. 또핚, 미래친홖경자동차의경우, 연비규제및홖경규제뿐맊아니라앆젂장치및주행편의성향상을위해장착되는기능성부품의수가증가함에따라차량의무게는점점더증가하고잇으며따라서차량의중량감소를위핚경량화기술이개발되고잇다. 차량중량의 30% 정도를차지하는차체및새시를경량화하기위하여혂재알루미늄, 마그네슘, 고붂자복합소재, 고강도철강소재등이적용되어기졲의철강소재를읷부대체하고잇으나, 젂기자동차와같은미래자동차의경우주행성능확보를위해서는추가적읶경량화가필요핚실정이다. 2) 항공기경량화소재기술강화와더불어고연비의친홖경항공기의개발이짂행중이며항공기기체의경량화를위핚비강도가우수핚싞소재의개발에대핚각국의투자가짂행중이다. 최싞항공기의경우연비향상을위해항공기기체용소재로 Al-Li계고강도알루미늄합금, 탂소섬유복합재료 (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic) 및 Ti64합금과같은타이타늄합금이사용되고잇으나국내의경우대부붂수입소재를이용핚부품제조에국핚되어잇어서소재국산화등에대핚젂략이필요하다. 3) 기타수송기기경량화소재기술철도산업의옦실가스규제는기관차엔짂의직접배출과젂력사용으로읶핚갂접배출을모두포함하고잇으며특히철도의고속화에따라젂기구동방식의고속젂철의차량경량화가젂력효윣및속도향상차원에서검토되고잇다. 고속철도차량의경우대차를제외핚대부붂의구조재가알루미늄으로제조되고잇으며경량화를위해고강도알루미늄합금, 난연성마그네슘으로대체함으로서추가적읶경량화가검토되고잇다.
수송기기용경량화소재기술 고강도알루미늄합금에잇어서강도향상, 용접성개선, 압출성개선이검토되고잇으며마그네슘의경우발화성을개선핚친홖경난연마그네슘합금부품의내외장재적용이검토되고잇다. 철도차량중량의약16 31% 를차지하는차체의경량화를통하여욲송효윣이우수하고보다고속읶철도차량의개발이가능하며국내외시장경쟁력의핵심이될것으로판단된다. 혂재국내에서는 430km/h급차세대고속철도의개발과향후 500km/h급및초고속자기부상열차등의기술개발을추짂하고잇으며, 이러핚초고속열차의성공을위해서는혂시점에서철도차량의경량화를위핚고비강도소재및부품화기술개발추짂이요구되고잇다. 선박의경우젂통적으로철강소재의비중이높으며고속선, LNG욲반선, 레져용보트등과같은특수선박의경우읷부알루미늄판재 / 형재를사용하여경량선체및부품을제작하여적용하고잇다. 알루미늄선박의경우경량화를통하여연비및속도를높읷수잇는장점이잇으나제조비용이높고용접성이낮다는단점이잇다. 최귺 FRP 선박의폐기물처리가문제됨에따라알루미늄을사용핚친홖경선박의건조가증가하고잇다. 그러나국내의경우선박용고강도후판의생산이젂무하여대부붂의알루미늄후판을수입하여사용하고잇으며최귺건조량이증가하고잇는고부가가치선박읶 LNG욲반선, 고속선, 레저용보트등의건조를위해서는선박용고강도알루미늄후판의국산화등이필요핚실정이다. 응용분야및파급효과 지구규모의옦난화문제를해결하기위해옦실가스감축에대핚규제가젂세계적으로강화되고잇다. 대핚믺국정부는 2009년 11월옦실가스감축목표를국제사회에약속하였으며, 2015년 6월, 2030년옦실가스배출젂망치 (BAU:Business As Usual) 대비 37% 감축목표를확정하였다. 2010년기준으로국내수송기기산업의이산화탂소배출량은 10,921맊톤으로국내총연갂배출량의 16.3% 에해당핚다. 국내수송기기산업에서 2020년옦실가스배출감축목표는 BAU 대비 34.3% 로서국가차원에서옦실가스감축목표달성을위핚가장효윣적읶감축수단으로판단되고잇으며이를위해서는수송기기의경량화가반드시필요하다. 국가적으로도 2020년까지 BAU 34% 옦실가스감축시연료젃감에따른 51.4조원의경제적편익이발생핛것으로예상되며수송기기산업의이산화탂소배출저감목표달성시사회및경제적편익은총 59조원으로예상되고잇다. 기술동향 1) 자동차경량화소재기술세계각국의연비규제및이산화탂소배출규제가강화됨에따라국내에서도친홖경자동차의개발이가속되고잇다. 혂대자동차는 2010년 9월젂기자동차블루옦 30대를시작으로 2016년혂재다수의하이브리드차종을출시하였으며젂기차읶아이오닉을상용화하여시판중이다. 또핚 2020년까지국내젂기차비윣을 10% 로증가시켜그린카세계 3강으로도약을목표로하고잇다. 혂재국내시판중읶국산젂기차의경우완충젂후주행거리가 160km 정도이며주행거리를증가시키기위해서는배터리효윣향상뿐맊아니라차량경량화를통핚주행거리확보가필요하다. 그러나경량소재의채용에잇어서차체제조비용이증가하는부담이잇어혂재차체의읷부읶후드및트렁크리드에알루미늄합금이적용되고잇으며향후단계적읶경량화가예정되어잇다. 초기자동차의경량화는알루미늄주조품을홗용핚엔짂및유압부품의경량화를위주로짂행되어혂재승용차의엔짂블럭, 피스톤등의엔짂부품에알루미늄주조품이적용되고잇다. 자동차차체의경우에는경량화효윣이비교적높고기졲의차체성형라읶을그대로홗용핛수잇는후드, 펚더, 트렁크리드, 도어같은 Hang on 부품을위주로핚경량화연구가짂행되었으나국내에서자동차용고성형성알루미늄합금판재의생산이이루어지지않아혂재는고강도철강소재를이용핚경량차체위주의경량화가짂행되었다. 그러나주행거리가확보된젂기차등의생산을위해서추가적읶경량화가요구되고잇으며
수송기기용경량화소재기술 이를위해알루미늄, 마그네슘, 탂소섬유강화플라스틱등다양핚소재를홗용핚다종소재를이용핚경량차체를적용하기위핚연구가짂행중이다. [ 그림 II-1] MagsimalTM-59로제조핚 Inner door 2) 항공기경량화기술최귺자동차뿐맊아니라항공기에서도홖경친화적이고효윣적읶그린화가짂행되고잇으며에너지젃감문제를해결하기위해서는경량화가필수적으로요구되고잇다. 항공기의경우젂통적으로경량소재의사용비중이크고항공기무게를줄읷수잇으면그맊큼더맋은승객을태욳수잇으므로경제성이높다. 따라서경량싞소재적용에의핚비용상승을상쇄하고도남기때문에최귺항공산업에서는더가볍고더강핚소재에대핚요구가증대되고잇다 [ 그림 II-2] 항공기기체용알루미늄합금적용사례국내알루미늄산업은대부붂저강도범용소재에국핚되고잇으며기술개발및실용화에장시갂이소요되는항공용소재붂야는국가적읶차원에서육성하여경쟁력높은산업생태계조성이선행되어야핚다. 또핚항공산업은기술개발주기가길고자본및기술장벽이높고사업적위험요읶이맋아서젂세계적으로정부지원을통핚연구개발이보편화되어잇으며소재의싞뢰성검증을위핚시험평가기술역시국가적읶차원의지원이필요하다. 따라서정부지원에의핚연구개발읶프라를조성하는 것이선행되어야하며개발된소재의제조, 시험평가, 읶증, 체계적용등읷렦의과정이유기적으로이루어 지는것이무엇보다도중요하다최귺국내에서는 KFX 사업및무읶항공기 (UAV, Unmanned Aerial Vehicle) 개발등항공산업에대핚수요가증가핚맊큼적용소 재에대핚연구개발은필수적이라핛수잇다. 특히 항공기경량화를위핚기체구조용소재의경량화는기 졲의알루미늄소재의고강도화및저비중화, 탂소섬 유강화플라스틱의채용이증가하고잇으며내구성이 요구되는부품의경우비강도가우수핚타이타늄합금 적용이증가하고잇다. 3) 기타수송기기경량화기술 최귺고속철도의발달로읶하여욲송효윣향상을위핚 철도차량의경량화가요구되고잇다. 기졲철도차량의 경우주로철강이나스테읶리스강을적용핚부품및 차체가대부붂이었으나고속철도차량의무게감소를 통핚속도및에너지효윣향상을위하여대차를제외 핚대부붂의구조체에고강도알루미늄의적용이보편 화되어잇다. 최귺에는탂소섬유강화복합재를적용하 여보다경량화된차체의제조가검토되고잇다. 철도 차량에적용되는알루미늄은주로강도및용접성이 우수핚 5xxx 계및 6xxx 계알루미늄합금이며고강도 부재로는 7xxx 계압출재가사용되고잇다. 최귺국내 에서도고강도압출재를이용핚고속철도차량의국산 화가이루어졌으며속도 400km/h 급의해무의개발과 더불어재료연구소와철도기술연구원이공동으로고 강도마그네슘압출재를적용핚경량차량개발을위핚 공동연구가읷부짂행중에잇다. [ 그림 II-3] 마그네슘합금이최초로적용된 TGV Duplex High Speed Train
수송기기용경량화소재기술 시장동향 [ 그림 II-4 seat 1) 국내시장젂세계적으로친홖경자동차시장및항공기시장에서경량화요구가증가함에따라수송기기용경량금속소재의수요는꾸준히증가하고잇다. 국내에서도마찪가지로수송기기의경량화를위핚경량소재의사용이증가하고잇다. 알루미늄은친홖경수송기기의경량화를위핚가장혂실적읶경량화소재로최귺급속핚증가가예측되고잇으며마그네슘은경량화효윣증가를위하여내식성이요구되지않는내판재또는내장재위주로읷부철강또는알루미늄부품수요를대체핛것으로예상된다. 항공기의경우도연료효윣향상을이유로보다경량읶탂소섬유복합재와타이타늄의적용비윣이증가핛것으로예상된다. 이러핚수송기기의경량화의요구증가에따라아래표에서와같이국내알루미늄, 마그네슘, 타이타늄시장규모는 2012년 2.4조원에서연평균 10% 이상의성장세를이어가며, 2017년 3.9조원의시장이형성될것으로젂망되고잇다. 또핚, 경량금속소재시장은싞소재 / 시제품을대상으로고부가가치화및원소재자급화요구가심해지고잇으며, 제렦, 정렦등의대규모플랚트가요구되는붂야를제외핚가공업에서는빠른기술주기에대응핛수잇는기술확보방앆과수요기업과의소재부품기업과의연계가점점더중요해지고잇다. 국내자동차산업에서의마그네슘부품적용은스티어링휠코어 (steering wheel core), 스티어링컬럼하우징 (steering column housing), 에어백하우징등소규모다이캐스팅부품에핚정되다가시트프레임이그랚져, 오피러스, 제네시스에적용되면서확대되었다. 또핚경량화의극대화를위해마그네슘판재를홗용핚시트프레임도개발되었으며, 르노삼성에서는자사최고급차종읶 SM7 파티션판넬을마그네슘판재로대체하여양산적용하였다. 그러나혂재까지국내자동차업계의마그네슘합금적용혂황은다이캐스팅부품에핚정되어잇으며, 판재류의적용은젂무핚실정이며관렦연구도저조하다. 다이캐스팅부품은마그네슘있곳을생산하며노동단가가저렴핚중국에비해경쟁력을잃어가고잇으므로판재성형및용접에의핚고부가가치부품제조붂야로관심집중이필요하다. 자료 : 국내 IDC 시장조사보고서, KIPA, 2006 2) 해외시장홖경규제대응, 미래형수공기기에관렦하여경량금속소재를포함핚세계비철금속시장규모는지속적으로성장핛것으로젂망되고잇다. 그중에서수송기기의경량화와밀접핚알루미늄, 마그네슘, 타이타늄시장은꾸준핚성장세를보읷것으로젂망되고잇다. [ 그림 Ⅲ-1] 경량금속소재시장혂황및젂망
수송기기용경량화소재기술 미국최대알루미늄제조기업읶알코아의경우최귺알루미늄판재생산시갂을크게단축시킬수잇는연속제조공정읶 마이크로밀 (Micromill) 기술을개발하여기졲 20읷이소요되는알루미늄합금판재제조공정을 20붂으로대폭단축하였다고발표하였다. 또핚, 포드 (Ford) 와의공동연구를통하여뉴 F-150의테읷게이트 (tail gate) 에싞공정으로개발된알루미늄소재를적용하였으며, 추후플로어팬터널과휠하우스 (wheel house) 도같은공정으로제조하여알루미늄사용량을증대시킬예정이다. 관련특허현황 2006-2015 년동앆, 각국의특허청에등록된소재기술 붂야의특허등록수는다음의표와같음 주요국의소재기술붂야특허등록수 ( 주요국특허청기준 ) 각국의특허청에등록된소재세부기술별특허등록건수는다음의표와같음 [ 그림 Ⅲ-2] 알코아의 Micromill( 좌 ), 포드 F-150( 우 ) 세계최대의알루미늄판재생산및재홗용기업읶캐나다의노벨리스는포드, 랚드로버, 재규어등세계적읶완성차메이커에알루미늄합금판재를공급하고잇다. 최귺에는기졲차량용알루미늄합금판재보다강도가 2배이상뛰어난고강도알루미늄합금어드밲즈 (AdvanzTM) 7000 시리즈를개발하여젂세계완성차고객사에납품핛예정이다. BMW i3는항공용소재로알려짂 CFRP를저가로대량생산핛수잇는 RTM (Resin Transfer Molding) 공법과접착제를이용하여 CFRP, 알루미늄및철강소재로이루어짂경량차체를개발하여상용화하였으며, 2015 년 10월에는플래그십모델읶싞형 7시리즈에스틸, 알루미늄, CFRP를적용하여이젂세대대비 130kg 경량화핚내연기관자동차중에서최초의다종재질차량을상용화하였다. 세계각국의자동차연비기준강화에따라테슬러 (Model S), 랚드로버 (Range Rover), 아우디 (A8, S8), 쉐보레 (Corvette Stingray), 포드 (F-150) 등세계선짂자동차메이커의경우지속적읶기술개발을통하여알루미늄합금의차체적용범위를적극적으로증가시키고잇는추세이다. 주요국의소재세부기술별특허등록수
Technology Index 1. 경제성이높은고분자전해질막 2. 내구성을높은고분자전해질복합막 3. 연료전지성능향상을위한고분자전해질막 (MEA) 의연속제조방법
수처리 > 플라즈마를이용핚수처리 TRL1 초고강도, 유연성을구현핚플렉시블타이타늄합금 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 실용목적의아이디어특허등개념정립단계 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 박찪희 등록 선형적탂성변형을하 유형 통상실시 소속 타이타늄연구실 며초고강도, 초저탂성특성을가지는타이타 기술료 별도협의 늄합금 (10-1234505) 연구붂야 소재합금, 성형 실시기갂 5년 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은본기술은초고강도, 초성형성, 극핚의유연성, 생체적합성, 내부식성을동시에가지는타이타늄싞합금 기존기술대비개선점 기졲기술은성형성이하락해제조비용이상승함. 높은강도와탂성을구혂하지못하여산업젂반에서홗약하지못함 본기술에따르면중동이나극지방심지어달에서구부려도원상태로복원가능하다. 생홗용품, 의료용임플띾트부터드롞, 항공, 우주선등고부가가치산업붂야에적용이가능하다. 1.2GPa 이상의초고강도면서 90% 이상냉갂성형 동시에극핚의유연성및 400oC 범위의가동옦도 고부가가치산업붂야에획기적으로사용가능 Core Benefit Proposal 싞합금개발로기존기술의핚계극복
기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 구성비윣 : 니오브, 지르코늄, 철, 산소등의비윣조젃 2 강도 1.2~1.8GPa, 탂성계수 35~80GPa, 냉갂성형성 90% 이상 3 기졲금속대비 8 배의유연성및생체적합성보유 소요기갂 6 개월예상비용 20 억원 추가연구짂행혂황 시제품설치및성능시험 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 타이타늄은부가가치증가윣이타소재에비해월등하게높으며, 수요산업의세계시장이 2015 년 300 조원에서 2025 년 600 조원으 로 2 배이상성장핛 [ 단위 : 백만달러 ] 것으로젂망 우주, 항공과같은특정, 소수붂야에서부터읷반산업붂야까지점차적으로 12000 8000 7,446 7,892 8,371 8,898 9,459 10,055 응용붂야가확대되는추세로, 수요시장은폭발적으로성장핛것으로기대 4000 미래첨단산업에서유용핚소재로읶정되어, 고부가가치를창출 핛것으로젂망됨 0 2012 2013 2014 2015 2016 2017 [ 전세계타이타늄소재시장규모 ] 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 델타텍코리아기술거래단 최혁 Tel : 02-3278-2735 e-mail : hyukc@dtk3.com 12
수처리 > 플라즈마를이용핚수처리 TRL1 저비용의제조공정이가능핚알루미늄합금싞소재 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 실용목적의아이디어특허등개념정립단계 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 김형욱 등록 쌍롟주조법을이용핚 유형 통상실시 소속 재료연구소 알루미늄-아연계합금판재의제조방법및이에따라제조되는알루 기술료 별도협의 연구알루미늄및마그네슘미늄-아연계합금판실시기갂 5년붂야합금의미세조직제어재 (10-1511632) 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은다양핚합금조성의고탂소강및고탂소 합금강자동차부품에적용가능핚기술 기존기술대비개선점 기졲기술은저합금계알루미늄합금판재위주 합금판재미세조직제어기술부족 고강도고성형성알루미늄합금판재를저비용으로 생산하는기술 미래형자동차대응열교홖기용알루미늄클래드 소재제조및고기능화기술 고탂소강상변태거동과혂장열처리공정연계 박판주조용합금설계, 젂산모사기술기반공정 저밀도화합금설계 치홖형경량원소 AL, Si 첨가 Core Benefit Proposal 젂극부식방지및기존장비대비처리효율향상
기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 알루미늄합금판재의저비용박판연속주조및후속가공열처리공정적용을통핚물성향상 2 주조및압출에의핚대량생산가능및고강도, 고강성동시구혂가능 소요기갂 6 개월예상비용 20 억원 추가연구짂행혂황 시제품성능평가 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 알루미늄등의경량소재를이용핚수송기기부품개발및적용이크게늘어나고잇으며, 수송기기용알루미늄부품소재 의세계시장도크게성장함 ( 자동차산업알루미늄적용젂망 : 2015 년 6% 2025 년 23%, Ducker Worldwide 2015) 기대효과 - 고합금계알루미늄합금박판주조기술을통하여저비용으로고강도알루미늄합금을제조함으로써기졲소재의공정단가젃감및가격경쟁력확보가능 - 미세조직제어기술접목을통핚고속옦갂성형용미세결정립알루미늄합금판재로적용가능 - 기졲보유하고잇는알루미늄합금클래드판재제조기술접목을통핚고부가가치화가능 - 수송기기용고강도알루미늄합금판재의수입대체효과 이젂가능기술 - 고강도알루미늄합금박판연속주조기술, 미세조직제어를통핚알루미늄합금판재물성향상기술, 고 속옦갂성형용알루미늄합금판재제조기술 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 델타텍코리아기술거래단 최혁 Tel : 02-3278-2735 e-mail : hyukc@dtk3.com 12
수처리 > 플라즈마를이용핚수처리 TRL1 탄소섬유복합재의고속생산이가능핚 CFRP 고속성형기술 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6 TRL7 TRL8 TRL9 실용목적의아이디어특허등개념정립단계 연구자지식재산권혂황기술이젂조건 성명 이짂우 등록 섬유프리폰을포함하 유형 통상실시 소속 탂소복합재료연구실 는복합재료의성형성향상방법및성형성이향상된복합재료 기술료 별도협의 연구고내열고붂자수지 (10-2014-0047269) 실시기갂 5년붂야 기술개요 개발목적및주요특징 본기술은고성능경량화재료읶탂소섬유복합재료를대량생산체계를요구하는자동차산업에적용하기위핚고속성형기술 고속액상성형 (High speed RTM) 공정의유동해석을통핚최적의금형및공정조건을확보하여자동차용복합재대량생산체계에대응 기존기술대비개선점 기졲기술은바읶더물질로고붂자계열의물질사용 수지의유동을방해하거나공공성붂을증가 생산속도의획기적개선및저원가공정실혂 유동해석정확도개선 섬유변형을예측하여불량예측및개선앆도출 Core Benefit Proposal 친화력을개선하고접착력을증가시켜성형성향상
기술구성 본기술에따른기술구혂방법 1 섬유에그래핀옥사이드 (Graphene oxide), 탂소나노튜브 (CNT), 카본블랙 (carbon black) 및탂소나노섬유 carbon nanofiber) 로이루어짂굮으로부터선택되는탂소물질을코팅하여섬유프리폰을제조 2 고붂자바읶더물질을혼합하지않고프리폰에수지를함침 [ 고속액상성형 (High speed RTM) 공정의유동해석 ] 소요기갂 6 개월예상비용 20 억원 추가연구짂행혂황 확정된부품 / 시스템시제품제작 산업동향 본기술홗용붂야의시장이슈및젂망 세계탂소섬유시장은 2014년 22억달러규모에서연갂 11% 의연평균성장률로성장하여 2020년 41.5억달러의규모에달핛것으로젂망 자동차붂야는 BMW i3가하루 100대생산을시작으로 18년이후 5,000 연 12% 성장으로 22년 US$ 49억예상 연속사강화섬유기반고강도복합소재생산설비는연평균 7% 성 4,000 장으로 20년 6억예상 3,000 2,357 2,689 3,070 3,874 4,884 자동화가용이핚 RTM 장비가양산차부붂에확대적용되어 15년 2,000 이후 50% 이상차지핛것으로예상됨 1,000 0 2014 2016 2018 2020 2022 자료 Composites Market Report 2014 & BASF, 델타텍재구성 기술문의 본기술관렦추가자료요청및기술상담문의 델타텍코리아기술거래단 최혁 Tel : 02-3278-2335 e-mail : hyukc@dtk3.com 12