바이오연료 C3~C4 혼합알코올을 생산하는 기술 개요

한국과학기술연구원(KIST) 청청에너지연구센터 엄영순, 이선미 박사 연구팀은 나무(바이오매스)에서 추출한 당(Sugar)과 해바라기, 땅콩, 유채 같은 유지작물로부터 추출한 바이오디젤의 부산물(글리세롤)에 새로운 야생균주를 이용하여, 바이오연료로 사용이 가능한 이소프로판올(C3 알코올)과 부탄올(C4 알코올)을 선택적, 효율적으로 생산하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존에는 다양한 유전자 조작 혹은 균주를 통해 바이오연료를 생산하는 기술이 발표된바 있으나, 부탄올 생산율이 낮고, 아세톤과 같이 연료에 적합하지 않은 성분이 잔존하는 한계가 있었다.  

엄영순 박사팀은 바이오연료인 부탄올과 이소프로판올을 선택적으로 생산하는 신규 야생균주를 성공적으로 발굴하고, 당과 함께 바이오디젤 부산물을 포함한 탄소자원을 이용하여 바이오연료인 부탄올(C4 알코올)과 이소프로판올(C3 알코올) 생산을 효과적으로 증가시키는 방법을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 이 바이오연료는 친환경 청정바이오연료이며, 코팅제, 페인트, 접착제 등 용제에 사용되는 기존 석유계 부탄올을 대체해 사용할 수 있다.

바이오부탄올은 현재 선진국에서 널리 사용되고 있는 바이오에탄올보다 에너지 밀도가 높고, 연비손실이 적어 엔진 개조 없이 가솔린 차량연료로 사용이 가능하다. 지난해 12월 미래창조과학부에서 GS칼텍스의 바이오부탄올을 생산하는 기술을 ‘대한민국 기후변화대응 10대 기술’에 선정하면서 적극적으로 지원하겠다고 밝혔을 정도로 차세대 바이오연료로 손색이 없다. 또한 바이오부탄올은 지난 6월 정부가 발표한 ‘기후변화대응 10대 핵심기술’의 바이오연료로서 향후 활용될 계획이다. 

KIST 엄영순 박사는 “이번 연구로 바이오연료인 혼합 알코올을 선택적으로 높은 효율로 생산하는 우수한 야생 균주를 확보하게 되었으며, 바이오디젤 부산물인 글리세롤을 이용함으로써 바이오연료 적합성이 뛰어난 부탄올 생산을 높일 수 있었다”라고 밝혔다. 또한 “향후, 야생 균주를 개선하여 바이오연료의 효율을 높이는 연구를 계속할 예정”이라고 말했다.

현재 정부의 방침으로 시행될 국내 바이오디젤 의무혼합율 2.5%를 향후 5%까지 상향조정계획과 향후 바이오알코올 의무혼합 도입을 고려한다면, 이번에 개발된 바이오연료 도입으로 신재생연료혼합의무화(RFS: Renewable Fuel Standard) 정책 구현과 기후변화 대응정책에 기여할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

한전 전력연구원은 배전망 운영의 효율 향상을 위하여, 배전센터 단위의 계통을 관리할 수 있는 ‘통합 배전망 운영시스템’을 개발하고 대전충남지역본부 4개 사업소에 시스템을 구축하여 시범운영을 시작했다고 밝혔다.

한전은 배전선로의 전압과 전류, 고장정보 등 선로상태를 원격에서 실시간으로 감시 제어가 가능한 배전망 운영시스템(Distribution Automation System, DAS)을 운영 중이다.

현재 본 운영시스템의 주장치 서버와 계통관리 데이터가 전국 190여개의 사업소에 위치하고 있고, 41개의 배전센터에는 자체 계통 데이터만 관리하고 있어, 시스템 최적화를 위한 통합 운영기술이 필요했다.

전력연구원은 ‘통합 배전 자동화(DAS) 파일럿시스템 시범운영’에 따른 설명회를 지난 10월 27일 대전충남지역본부에서 배전계획처 등 관계자가 참석한 가운데 개최했다.

본 개발기술을 고창전력시험센터에서 자체 기능시험 등 실증시험을 완료했으며, 올 10월부터 한전 대전충남지역본부의 4개 배전센터에 시스템을 구축하여 앞으로 4개월간의 시범사업을 통해 시스템의 안정성과 신뢰도를 확보하는 동시에 현업 부서의 의견을 수렴하여 시스템을 개선할 계획이며, 향후 전국의 배전망 운영시스템을 업그레이드하여 본격 운영할 계획이다.

전력연구원이 개발한 통합 배전망 운영시스템은 사업소 단위의 소규모 배전계통을 센터 단위의 대규모 배전계통으로 통합 제어·감시가 가능하여 시스템의 운영 효율성을 획기적으로 증대하는 것이다. 

배전선로 실시간 감시·제어 기능, 상태 이력 관리기능 및 단말 처리기능, 배전계통 정보관리 등 사업소 단위로 개별적으로 운영되던 기존 시스템을 통합했으며, 본 시스템은 배전센터 통합감시 및 고장복구, 시스템 장애 발생 시 후비 시스템 자동 기동, 재난·재해 대비 복구 솔루션 등 다양한 기능을 탑재, 고장 발생 및 복구 시 해당 이력을 실시간 저장하는 기능을 개발하여 사고원인 분석에도 활용이 가능하다.

전력연구원 해당 연구 관계자는 본 시스템이 전사적으로 도입되어 활용될 경우 배전지능화 신규 투자비와 유지보수 절감 등으로 향후 10년에 걸쳐 최소 100억 원 이상의 경제적 개선효과가 있을 것이라고 전했다.

또한 전력연구원은 다양한 전력신기술 대두에 따른 융·복합 플랫폼으로서의 역할을 통해 전력산업을 둘러싼 여러 이해관계자가 함께 동반성장할 수 있는 기회가 될 것이라고 밝혔다.

철/바나듐 프러시안 블루 아날로그의 결정구조 및 원소 분포

전력난의 해결을 위한 수단으로 각광받고 있는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 풍력, 조력, 태양열, 수력, 화력 발전과 같은 수단을 이용해 발생한 에너지의 잉여 에너지를 저장하기 위한 시스템이다. 기존 리튬 이차전지의 경우, 높은 생산 단가와 안정성 문제에 의해 대용량 전력 수요 대비를 위한 에너지저장 시스템으로의 적용에는 한계가 있었다. 최근 국내 연구진이 저비용으로 고효율과 고 안정성을 확보할 수 있는 물을 기반으로 하는 수계 이차전지를 위한 새로운 금속유기구조체(MOF, Metal-Orgnic Framework) 전극 소재 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지융합연구단 정경윤 박사팀은 금속유기구조체 소재군의 하나인 프러시안 블루 아날로그(Prussian Blue Analogue) 구조를 기반으로, 전기화학적으로 높은 활성도를 보이고 저가의 소재합성이 가능한 철과 바나듐의 전이금속을 도입하여 에너지 저장 특성이 우수하면서, 저비용, 우수한 가공성을 지닌 신규 전극 소재를 개발했다.

철/바나듐 프러시안 블루 아날로그 소재는 저비용과 높은 수율을 확보할 수 있는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 개발되었으며, 합성 과정 중 금속이온 간의 상대농도비와 용매의 수소이온농도(pH) 최적화를 통하여 소재의 결정성 향상과 소재 내부에 공공(Vacancy) 형성을 유도하여 소재의 결정 구조가 유지되면서도 동시에 높은 이온전도도를 확보할 수 있어 에너지 저장 측면에 있어 매우 유리한 특성을 가진다.

연구진은 철/바나듐 프러시안 블루 아날로그 소재가 기존 동일 군 소재(60mAhg-1) 대비 150% 이상의 높은 에너지 저장 용량(~100mAhg-1)을 발현하며 100%에 이르는 높은 충·방전 효율을 나타낼 뿐만 아니라 높은 출력 특성을 보이는 것을 실험을 통해 확인했다. 이는 구조 내의 철과 바나듐 전이 금속 이온이 모두 전기화학적 반응에 기여하는 다중 산화환원 반응(Multiple Redox Reaction)과 구조 내의 공공(Vacancy)을 통한 높은 이온 전도 특성에 따른 것이다.

KIST 정경윤 박사는 “본 연구에서 개발된 철/바나듐 프러시안 블루 금속유기구조체 기반의 전극 소재는 우수한 에너지 저장 용량을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 소재의 우수한 가격 경쟁력, 가공성, 소재 구조 다변화 가능 등의 특성을 보유하고 있어 수계 이차전지 외에도 다양한 차세대 전기화학적 에너지 저장 소자 분야에 있어 폭넓은 활용이 기대되는 신규 소재이다”라고 밝혔다.

나노총알 모양의 새로운 나노 광촉매 소재

식물 잎의 광합성을 모방하여 수소와 화학연료를 생산하는 인공광합성 기술은 미래 대체 에너지원을 개발한다는 의미에서 관심을 받고 있다.

한국연구재단은 용기중 교수·장현명 교수(포항공대), 이재성 교수(울산과학기술원) 공동연구팀이 인공광합성의 핵심기술인 새로운 나노 광촉매 기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 것은 대표적인 광촉매 이산화티타늄의 결정구조 중 제3의 결정구조인 브루카이트(Brookite)로, 이는 자연적으로 매우 희귀하고, 합성이 어려운 특징이 있어 연구가 거의 이루어지지 않았다. 연구팀은 간단한 용액반응을 이용하여 독창적인 구조의 브루카이트 나노소재를 성공적으로 합성할 수 있었다. 또한 합성된 나노총알 모양의 브루카이트 광촉매를 수소 도핑하여 전기적 특성을 향상시켰으며, 이를 통해 인공광합성 광전극으로서 매우 우수한 특성을 나타냄을 밝혀냈다.

특히 기판 위에 나노광촉매를 직접 합성함으로써 광촉매의 회수가 쉽도록 하고, 전극소재로의 활용이 매우 편리하며, 지금까지 많이 연구되지 않은 새로운 결정구조의 나노 광촉매를 개발했다는 점에서 활용의 폭을 넓혔다. 

용기중 교수는 “이 연구 성과는 새로운 나노 광촉매를 개발할 수 있는 원천기술을 개발한 것이다. 친환경적으로 유해물 분해가 가능하고, 회수가 쉽기 때문에 향후 인공광합성을 통한 수소 생산 및 화학연료 제조 등 대체에너지 생산 및 친환경 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구를 통해서 새롭게 합성된 브루카이트 나노 광촉매는 인공광합성을 통한 수소생산 효율을 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 또한 그 동안 거의 연구되지 않았던 이산화티타늄의 제3의 결정구조를 단결정의 고품질 나노소재로 합성하고 최초로 광전류를 측정하여 물질의 특성을 밝혔다는데 학술적 의의가 높다. 인공광합성 외에 브루카이트 나노 광촉매는 오염물질 분해 등 다양한 친환경 분야에도 활용가능성이 높을 것으로 기대된다.

이 연구성과는 미래창조과학부(한국연구재단) 기초연구사업(기초연구실) 지원으로 수행되었으며, 국제적인 학술지 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 10월 26일자에 게재되었다.

재하도급 가능 여부

[질의]
전문건설업을 등록한 전문건설업자가 하도급 받아 시공 중인 공사 내용 중 전기공사에 해당하는 부분을 전기공사업을 등록한 전기공사업자에게 재하도급이 가능한지 여부
[회신]
전기공사업법 제2조제6호부터 제8호에 의하면 전기공사의 하도급이란 도급받은 전기공사를 공사업자인 수급인이 다른 공사업자(하수급인)와 체결하는 계약을 말하는 것으로 정의하고 있으며, 같은 법 제3조제1항에 따라 전기공사는 전기공사업을 등록한 자가 아니면 도급받거나 시공할 수 없고 이를 위반하는 경우에는 같은 법 제42조제1호에 해당하여 1년 이하의 징역 또는 1천만 원 이하의 벌금에 처하게 됩니다.
아울러, 같은 법 제14조제1항에 따라 전기공사업자는 도급받은 전기공사를 다른 공사업자에 하도급주어서는 아니 되며, 다만 대통령령으로 정하는 경우에 한하여 도급받은 전기공사의 일부를 다른 공사업자에게 하도급 줄 수 있는 것입니다.
즉, 같은 법 시행령 제10조에서 규정하고 있는 바와 같이 수급인이 시공관리 책임자를 지정하여 하수급인을 지도·조정하면서 도급받은 전기공사중 공정별로 분리하여 시공해도 전체 전기공사의 완성에 지장을 주지 아니하는 부분에 한하여 일부 하도급이 가능하다 할 것입니다.
이 때 도급 받은 전기공사 중 공정별로 분리하여 시공할 경우 전체 전기공사 완성에 지장을 주지 않는 부분인지의 여부는 공사의 특성, 목적, 기타 현장의 여건 및 책임한계 등을 고려하여 발주자가 판단할 사항으로 생각됩니다.
또한, 같은 법 제14조제2항에 따라 전기공사의 재하도급은 금지되며, 다만 하도급받은 전기공사중에 전기기자재의 설치 부분이 포함되는 공사로 그 전기기자재를 납품하는 공사업자가 그 전기기자재를 설치하기 위하여 전기공사를 하는 경우에는 재하도급이 가능합니다.
따라서 전기공사업자가 아닌 자는 전기공사를 도급 또는 하도급을 받을 수 없으므로 전기공사업자가 아닌 자가 전기공사를 도급받았다면 변경 계약을 통해 전기공사 공종은 제외하고 발주자와 전기공사업자가 직접 전기공사계약을 체결하여 전기공사를 수행하도록 해야 할 것입니다.

다른 공사업자의 의미

[질의]
전기공사업법 제14조제1항에서 규정하고 있는 다른 공사업자의 의미
[회신]
전기공사업법 제14조제1항에 따라 전기공사의 하도급은 금지되며, 다만 대통령령으로 정하는 경우에 한하여 도급받은 전기공사의 일부를 다른 공사업자에게 하도급 줄 수 있습니다.
즉, 같은 법 시행령 제10조에서 규정하고 있는 바와 같이 수급인이 시공관리 책임자를 지정하여 하수급인을 지도·조정하면서 도급받은 전기공사중 공정별로 분리하여 시공해도 전체 전기공사의 완성에 지장을 주지 아니하는 부분에 한하여 일부 하도급이 가능함을 알려드립니다.
이 때 도급 받은 전기공사 중 공정별로 분리하여 시공할 경우 전체 전기공사 완성에 지장을 주지 않는 부분인지의 여부는 공사의 특성, 목적, 기타 현장의 여건 및 책임한계 등을 고려하여 발주자가 판단할 사항으로 생각됩니다.
또한, 위 같은 법 제14조제1항에서 명시하고 있는 ‘다른 공사업자’란 같은 법 제2조제3호에서 규정하고 있는 바와 같이 ‘전기공사업을 등록한 자’를 말합니다.

전기공사 하도급 인력지원 용역의 적용 여부

[질의]
본사에서 직접 자재구매를 하고, 현장소장, 안전관리자, 공사관리자를 직접 현장에 파견하여 시공관리를 하도록 하며, 현장인력 시공분에 한하여 인력지원용역(하도업체)으로 시공할 경우 전기공사업법에서 규정하고 있는 하도급에 위반되는지
[회신]
전기공사업법 제3조에 따라 전기공사업을 등록한 자가 아니면 전기공사를 도급받거나 시공할 수 없으며, 이를 위반하게 되면 같은 법 제42조제1호에 해당하여 1년 이하의 징역 또는 1천만 원 이하의 벌금에 처하게 됩니다.
또한, 같은 법 제14조제1항에 의하여 공사업자는 도급받은 전기공사를 다른 공사업자에게 하도급주어서는 아니되며, 이를 위반하는 경우에는 같은 법 제42조제4호에 해당하여 1년 이하의 징역 또는 1천만 원 이하의 벌금에 처하게 됩니다.
이는 도급받은 전기공사를 직접 시공하지 아니하고 그가 도급받은 공사의 전부를 다른 공사업자에게 하도급 주어 시공하게 한다면 건실한 시공을 원하는 발주자의 이익을 해하게 될 뿐만 아니라, 신의성실의 원칙에도 반하게 되기 때문에 도급받은 전기공사의 일괄하도급을 엄격히 금지하고 있는 것입니다.
다만, 같은 조항의 단서 규정에 의거, 같은 법 시행령 제10조에 정하는 요건 즉, 도급받은 전기공사중 공정별로 분리하여 시공해도 전체 전기공사의 완성에 지장을 주지 아니하는 부분을 하도급하고, 수급인이 시공관리책임자를 지정하여 하수급인을 지도·조정하는 경우에는 예외로 하여 일부 공정의 하도급은 가능하다 할 것입니다.
따라서 수급인이 도급받은 전기공사의 일부 공정을 직접 시공하고 전기공사업법시행령 제10조에서 규정한 요건을 충족한 경우에 한하여 다른 일부 공정을 하도급주는 것은 가능한 것이며, 수급인이 재료만 구입하고 시공은 전적으로 하수급인에게 하도록 한다거나 일부 공정이라 하더라도 전기공사업을 등록하지 않는 자에게 하도급 주는 행위는 전기공사업법 위반이 됨을 알려드리오니 유념하시기 바랍니다.

한국전기공사협회 www.keca.or.kr

디지털 서지 카운터

온도라벨 전문기업 (주)삼광코포레이션(www.thermolabel.com)이 서지를 가시적으로 표현할 수 있는 서지인디케이터와, 서지가 흐른 횟수까지 체크할 수 있는 디지털 서지 카운터를 소개했다.

동사의 서지인디케이터는 설비의 뇌격 검증 및 관측용으로써, 접지선을 절단하지 않고 간편하게 설치할 수 있는 것이 특징으로, 별도의 전원 없이 사용이 가능하며, 점검·보수가 필요 없다.

서지인디케이터의 동작원리는 이러하다. 접지선에 뇌격 전류가 흐르면 주위에 자속이 발생해 접지선에 부착된 표시기의 코일부에 전류가 유도되고, 해당 전류에서 발생되는 에너지로 인해 발화부가 점화되며 내장된 화약이 폭발, 표시부에 안료가 분무되어 뇌격 전류의 흐름을 표시한다.

한편 서지의 횟수까지 체크할 수 있는 디지털 서지 카운터는 (주)삼광코포레이션의 최신제품이다.

서지를 한 번 체크하고 나면 새로 교체해야 되는 서지인디케이터의 불편을 개선한 이 디지털 서지 카운터는 10년 이상 사용이 가능하고, 여러 번 서지를 체크한 뒤 리셋(Reset)할 수 있는 기능도 적용됐다.

이와 관련해 (주)삼광코포레이션의 김성진 대표이사는 “지난해 일본에서 개최된 대규모 전력 전시회에서 처음 소개된 이 디지털 서지 카운터는 당시 개발단계였음에도 불구하고 많은 바이어들의 눈길을 사로잡았다”라며 제품의 혁신성에 대해 소개했다.

글로벌 에너지관리 및 자동화 전문기업 슈나이더 일렉트릭(한국 대표: 김경록)은 기업의 프로세스 디자인과 시뮬레이션 그리고 트레이닝 및 최적화 시스템을 위한 새로운 클라우드 소프트웨어 플랫폼인 심싸이 온라인(SimSci Online)을 출시한다고 밝혔다. 새로 출시된 심싸이 온라인은 업계 최초로 프로세스 디자인 및 엔지니어링 소프트웨어를 서비스 형태로 제공한다.

슈나이더 일렉트릭의 심싸이 온라인은 어떤 기기에서도 기존의 설치 솔루션과 동일한 고성능의 시뮬레이션 소프트웨어를 제공한다. 또한 플랫폼 방식으로 기존 설계 및 엔지니어링 정보를 클라우드에 저장할 수 있도록 지원해, 기업의 효율성과 지속가능성, 연결성을 증진한다. 이를 바탕으로 사용자에게 보다 큰 가용성을 제공하며, 합리적인 가격으로 기업의 투자수익률(ROI) 또한 높인다. 특히 심싸이 온라인은 오직 사용 시간에 대한 요금만을 부과하기 때문에, 소프트웨어를 지속적으로 사용하지 않는 작은 기업에게 매우 합리적이다.

심싸이 온라인에 대한 특징은 아래와 같다:

- 편리한 접근성: 인터넷 연결을 통해 언제 어디서나 접근이 가능하다.

- 향상된 가용성: 시스템 유지 보수 조건이 없으며, 사용자의 추가적인 요구에 따라 뛰어난 확장성을 제공한다.

- 낮은 유지/보유 비용: 기업 및 프로젝트의 요구에 따라 항상 최신 버전을 지원해, IT 유지관리와 관련된 비용이 없다.

슈나이더 일렉트릭의 디자인, 시뮬레이션 및 최적화 사업부의 담당대표인 토비아스 셸레(Tobias Scheele)는 “많은 고객들은 여러가지 버전의 소프트웨어를 관리하는 것에 어려움을 겪고 있다. 시뮬레이션 기능을 클라우드에 적용한 심싸이 온라인을 통해, 고객들은 필요에 따라 우리의 시뮬레이션을 언제 어디서나 사용하며 그 혜택을 누릴 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

심싸이 온라인 라인업 중 가장 먼저 출시되는 제품은 심싸이 단심 온라인(SimSci DYNSIM Online)이며, 이는 투자 비용을 감소하고 공정 수율을 개선하는 포괄적인 프로세스 시뮬레이터이다. 심싸이 DYNSIM 온라인의 공식 출시는 2016년 말이며, 추가적인 응용 프로그램의 출시는 2017년에 이루어질 예정이다.

‘증기 발전설비’와 ‘초임계 이산화탄소 발전설비’ 개념도

현대중공업과 한국전력이 세계 최초로 폐열(廢熱)을 이용한 차세대 발전설비의 원천 기술을 개발했다.

현대중공업은 1일(화) 영국 로이드선급협회(Lloyd’s Register)로부터 ‘2MW급 초임계(超臨界) 이산화탄소 발전설비’에 대한 기본 승인(AIP, Approval in Principle)을 받았다고 밝혔다.

이번에 개발한 초임계 이산화탄소 발전 기술은 증기에 비해 낮은 온도로도 초임계 상태(액체와 기체의 성질을 동시에 가지며 가장 높은 발전 효율을 내는 상태)에 도달하는 이산화탄소를 가열해 터빈을 구동하는 방식으로, 육상은 물론 대형 선박에서 사용되는 엔진의 배기가스를 열원으로 이용한다.

특히 기존 증기발전기보다 효율은 최대 30% 이상 높고, 크기는 1/3로 소형화가 가능해 경제성이 뛰어나다.

또한 폐열은 물론 신재생에너지, 원자력 등 다양한 열원을 이용할 수 있고 GW급 대형발전소까지 적용할 수 있어 차세대 발전기술로 평가받고 있다. 초임계 이산화탄소 발전설비 시장은 오는 2023년이면 14조원 규모로 급성장할 것으로 전망돼, 미국?일본 등 해외 선진기업을 중심으로 관련 기술 상용화 경쟁이 치열한 상황이다.

이번 인증으로 양사는 자체 기술을 바탕으로 초임계 이산화탄소 발전설비를 제작할 수 있는 설계 능력을 공인받게 됐으며, 내년부터 성능 및 실증 테스트에 나서 오는 2019년까지 제품을 상용화한다는 계획이다.

현대중공업과 한국전력은 이를 통해 엔진발전 플랜트, 저온 폐열 및 선박을 활용한 발전분야의 공동사업 진출을 도모하고, 폐열을 재활용한 에너지 신사업도 추진할 예정이다.

주원호 현대중공업 중앙기술원장은 "선박과 육상 엔진발전설비의 에너지효율을 크게 높이는 초임계 이산화탄소 발전설비를 개발함에 따라 에코십(Ecoship)과 친환경 엔진발전 분야에서 차별화된 기술 경쟁력을 확보하게 될 것"이라고 말했다.

김동섭 한국전력공사 전력연구원장은 “초임계 이산화탄소 발전은 발전효율 향상을 통해 온실가스 감축에 기여하고, 화력 및 원자력발전과 연계가 가능해 잠재력이 큰 차세대 발전 기술”이라고 말했다.