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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.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 신규 균주로 가솔린 대체용 친환경 바이오연료 생산효율 높인다
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Posted by 매실총각

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.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 새로운 전극소재로 고성능 전기에너지 저장 시스템 실현
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Posted by 매실총각

Special Report l Energy Harvesting / 업체현황

 



 

아직은 기술개발 단계… 시장 형성위한 여론 형성중

 

에너지 하베스팅 분야에서 국내는 아직 기술개발단계로 상용화까지는 갈길이 멀다. 때문에 현재 이 분야 기업들의 연구개발과 함께 시장활성화를 위한 시장 여론 조성기에 들어가 있다.

이에 산학연 중심의 에너지 하베스팅 세미나가 왕성하게 진행되고 있다.

비즈오션은 지난 6월 ‘에너지 하베스팅 2012 차세대 에너지 소자 융·복합 기술 동향 및 상용화 전망 세미나'를 개최했다.

이번 세미나에서는 최근 버려지는 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기에너지로 변환하고 충전하여 활용하는 새로운 형태의 신재생 에너지인 ‘에너지 하베스팅’(Energey Harvesting) 기술에 대해 논의하고, 다양한 응용분야 창출에 따른 신규 비즈니스를 발굴할 수 있는 기회가 마련됐다고 주최측은 밝혔다.

세미나에서는 서울대학교 윤병동 교수의 ‘에너지 하베스팅 연구와 산업동향 그리고 미래전망’ 기조연설을 시작으로 ▲초고효율 나노기반 열전소자 연구개발 동향 및 최신이슈 ▲열전 발전 기술의 현재 그리고 미래 ▲2012 압전 에너지 기술/시장 분석 및 상용화 사례 ▲압전 세라믹 소자를 이용한 에너지 하베스팅 등의 내용이 발표됐다.

비즈오션 관계자는 “관련분야 핵심 전문가가 참석하는 만큼 다양하고 심층적인 양질의 정보 및 인맥 교류의 장이 형성될 예정”이라며 “대한민국 차세대 에너지의 미래발전 방향이 논의되는 자리인 만큼 많은 참여와 관심 부탁한다”고 말했다.

이 세미나는 지난해도 열려 큰 관심을 모았다. 지식경제부가 주최하는 대한민국녹색에너지대전과 신재생에너지 전시회의 부대행사로 진행되는 지난해 ‘Energy Harvesting 2011’은 차세대에너지원으로서 ‘에너지 하베스팅(Energy harvesting)’의 최신 기술를 소개했다.

 

 

KIST, 에너지 하베스팅 기술 교육

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주)은 에너지 하베스팅 기술교육에 나서고 있다. 최근 `에너지 하베스팅 기술 교육'을 산학연 기술 종사자 150여명을 대상으로 실시했다.

이 교육은 교육과학기술부 기반형 융합녹색연구사업 ‘하이브리드 에너지 하베스팅 기술 개발’ 과제의 일환으로 진행되는 것이다. 교과부는 지난해 6월 신성장동력 인력양성 및 녹색 기반기술 확보를 위해 기반형 융합녹색연구사업을 발족한 바 있다.

이 사업은 출연연과 대학을 연계한 연구단을 구성해 다양한 녹색 기반기술을 개발하고 석박사 중심의 융합녹색 전문인력을 양성하는 게 핵심이다.

총괄 연구책임자인 KIST 윤석진 재료소자본부장은 “에너지 하베스팅 기술은 열, 진동 등 주변의 사용하지 않는 에너지원으로부터 전기에너지를 수확하는 기술”이라며 “이번 기술 교육이 에너지 하베스팅 기술의 저변 확대 및 관련 기술 전문인력 양성에 공헌할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 

 

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실리콘랩, 에너지 하베스트 구동 무선센서 노드 출시

 

한편 미국의 실리콘래버러토리스(Silicon Laboratories)는 태양 에너지 하베스팅 소스로 구동되는 업계 최고 에너지 효율의 무선 센서 노드 솔루션을 출시했다.

새로운 턴키 에너지 하베스팅 레퍼런스 디자인을 통해 가정 및 빌딩 자동화, 보안 시스템, 산업 제어 애플리케이션, 의료용 모니터링 디바이스, 자산 추적 시스템 및 인프라, 농업용 모니터링 시스템을 위한 자기유지(Self-Sustaining) 초저전력 무선 센서 네트워크를 구현할 수 있다.

친환경적이고 사실상 고갈되지도 않는 하베스팅 에너지는 무선 네트워킹 시스템과 같은 여러 애플리케이션에 사용되는 배터리에 경제적이면서도 편리한 대안을 제시한다. 특히 대형 무선 센서 노드 애플리케이션에서의 배터리 교체는 매우 불편할 뿐만 아니라 극도의 온도 조건에서 신뢰성 또한 낮다. 무선 센서 노드는 메인 파워를 구동할 수 없거나 구동이 불편한 곳에 사용되기 때문에 주로 배터리를 많이 사용하고 있다. 에너지 하베스팅은 재활용을 위한 폐 배터리 및 매립될 배터리의 수를 줄임과 동시에 접근이 불가한 위치 때문에 배터리 교체가 불편했던 문제를 해결함으로써 이러한 애플리케이션을 보다 간소화할 수 있다.

실리콘랩의 전체 에너지 하베스팅 레퍼런스 디자인에는 무선 네트워크, USB 소프트웨어, RF 레이아웃의 로 설계, BOM, 도면 및 거버 파일(Gerber File)이 포함된다. 이 설계는 무선 MCU를 사용해 온도, 조명 수준 및 충전 수준을 측정하는 태양 에너지 구동 무선 센서 노드인 Si10xx, 센서 데이터 디스플레이를 위해 무선 센서 노드와 PC를 연결하는 무선 USB 어댑터, 최대 4개의 센서 노드로부터 데이터 디스플레이가 가능한 무선 센서 네트워크 GUI 등 3개의 부품으로 구성돼 있다.

마크 톰슨(Mark Thompson) 실리콘랩 부사장은 “녹색 기술을 위한 실리콘랩의 전세계적인 노력의 일환으로, 실리콘랩은 비용, 불편함 및 환경에 악영향을 주는 기존의 배터리로부터 무선 네트워킹 시스템을 자유롭게 하는 에너지 하베스팅 기술의 사용을 선도하고 있다”며 “실리콘랩은 초저전력 무선 MCU 기술과 첨단 에너지 하베스팅 시스템의 결합을 통해 업계 최고 에너지 효율의 자기유지 무선 네트워킹 솔루션을 제공하고 있다”고 밝혔다.

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Posted by 매실총각

풍력(Wind Power)발전, 가장 효율적 에너지 각광





 

 

풍력 발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(Aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.

풍력 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고 주요 구성 요소로는 날개(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자와 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치(Gear Box), 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 철탑 등으로 구성된다.

 

 

무공해 무한정 이용 가능한 청정에너지

 

풍력 발전은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준의 신 에너지 발전 기술이다.

또한 풍력 발전 단지의 면적 중에서 실제로 이용되는 면적은 풍력 발전기의 기초부, 도로, 계측 및 중앙 제어실 등으로 전체 단지 면적의 1%에 불과하며 나머지 99%의 면적은 목축, 농업 등의 다른 용도로 이용할 수 있다. 일반적으로 발전 방식에 따른 소요 면적은 풍력 1,335m2/GWh, 석탄 3,642m2/GWh, 태양열 3,561 m2/GWh 그리고 태양광 발전 3,237m2/GWh로서 풍력 발전이 가장 작은 면적을 필요로 한다.

풍력 발전은 공해 물질 저감 효과도 매우 커서 200kW급 풍력 발전기 1대가 1년간 운전하여 400,000kWh의 전력을 생산한다면 약 120~200톤의 석탄을 대체하게 되며 줄어드는 공해 물질의 배출량은 연간 SO2는 2~3.2톤, NOx는 1.2∼2.4톤, CO2는 300~500톤, 슬래그(Slag)와 분진(Ash)은 16~28톤에 달하며 부유 물질은 연간 약 160~280kg 정도 배출이 억제되는 효과가 있다.

풍력 발전 시스템의 발전 단가는 설치 지역의 풍력 자원에 따라 달라지나 현재 운전되고 있는 미국의 대규모 풍력 단지들은 약 750$/kW의 시스템 설치비와 약 5Φ/kWh 내외의 발전 단가를 나타내 기존 발전 방식과 경쟁 가능한 수준이다. 또한 계속적인 투자와 기술 개발이 병행되면 풍력 발전은 15년 안에 3.9Φ/kWh의 단가 목표를 달성할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

풍력 발전 관련 기술은 이미 실용화 단계이기 때문에 요소 기술 개발보다는 풍력 발전기의 저가화와 대형화 및 보급 확대에 치중하는 경향이다. 많은 국가에서 경쟁적으로 풍력 발전기를 보급하고 있다. 현재 가장 많은 풍력 발전기가 운전되고 있는 국가는 미국으로서 캘리포니아의 대규모 풍력 단지를 중심으로 현재 총 1,619MW용량을 지닌 2만여 대의 풍력발전시스템에서 연간 38억kW의 전력을 생산하고 있으며 시설추가에 박차를 가하고 있다.

미국은 AWEA(American Wind Energy Association)가 2000년도까지 약 100,000MW 정도의 풍력 발전기를 보급하기 위한 Wind Power 2000 계획을 채택하여 추진하고 있다.

유럽 국가 중 독일은 2000년까지 1,000MW의 보급이 이루어질 전망이며 영국은 950MW, 덴마크는 750MW의 보급 확대가 예상된다. 또한 2005년까지 영국이 2,200MW, 독일이 1,550MW, 덴마크가 1,050MW 정도의 풍력 발전기를 보급할 계획이므로 2000년대 초에는 전세계 풍력 발전의 보급 규모가 9,200~14,000MW 정도에 이를 것으로 전망된다.

 

 

국내기술, 단지건설 및 평가사업 지속

 

국내의 기술 개발 현황은, 1단계 대체 에너지 기술 개발사업으로 전국 64개 기상청 산하 기상 관측소의 통계 자료와 도서 및 내륙 일부 지역의 측정 자료를 이용한 풍력 자원 특성 분석이 우리 연구소에 의해 이루어 졌으나 지역적 조건에 크게 영향을 받는 풍력 자원의 특성때문에 아직 기초 통계 자료의 정비가 미흡한 실정이다. 따라서 앞으로 풍력 발전 유망 지역에 대한 풍력자원의 정밀한 평가와 풍력 단지 건설에 대한 타당성 평가 사업이 지속되어야 한다.

풍력 발전기 개발은 한국과학기술연구원이 1단계 대체 에너지 기술 개발 사업으로 20kW급 수평축 풍력 발전기의 국산화를 시도하였고 2단계 사업에서는 복합 재료 전문 업체인 한국화이바(주)가 다리우스형(Darrieus) 수직축 300kW급 풍력 발전기를 개발하여 시운전을 시도해 본 결과에 의하면 성능과 신뢰성의 확보가 충분하지는 못하였으나 본격적인 기술 개발의 계기가 되었다.

풍력발전의 국산화와 병행하여 이용 기술을 개발하기 위한 목적으로 한국에너지기술연구소는 이미 신뢰도가 확립된 외국의 풍력 발전시스템의 도입과 국내 시스템운용기술을 접목시켜 제주 월령에 100kW급 및 30kW급, 20kW급 풍력 발전기를 여러기 설치해 가동하고 있으며 계통 연계형 풍력 발전기의 이용 기술 개발과 성능과 운전 특성에 대한 각종 측정과 분석 작업을 수행하고 있다.

이밖에도 제주도 중문단지에 250kW급이 운영되고 있으며 제주도는 제주지역을 무공해 청정지역으로 발전시킨다는 목표아래 600kW급 풍차 4기를 구좌읍에 설치하여 가동하고 있는 한편, 최근에는 강원도가 대관령에, 전라북도가 새만금지역에 풍력단지의 조성을 계획하고 있다.

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Posted by 매실총각

녹색기술연구개발 컨트롤타워 구축

 

 



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Posted by 매실총각