정부 ‘한계 돌파형’ 미래에너지 원천기술 R&D과제 착수

정부 ‘한계 돌파형’ 미래에너지 원천기술 R&D과제 착수 금속-공기전지·신 열전물질 등 10개 과제에 2200억 지원   정부가 ‘한계 돌파형’ 미래 에너지기술 R&D에 나선다. 한계 돌파형 미래 에너지기술 개발사업은 지금까지 정부가 추진해 온 에너지기술 R&D가 응용 및 상용화기술 지원에 치우쳐 에너지원 별, 기업간 경쟁이 치열해 져 시장 선점과 제품 수출에 한계가 있다는 지적에 따른 것이다.  지경부(장관 최중경)는 10년간 최대 2200억원을 지원하는 ‘에너지 미래기술 R&D 과제’를 최근 공고했다. 이번 과제는 금속-공기전지 등 10개 과제로 구성됐으며, 각 과제별로 10년간 최대 220억원을 지원해 원천기술부터 상용화까지 전주기적인 기술개발을 추진할 예정이다. 7월 5일까지 과제를 접수 받아 사업자 선정평가를 거쳐 9월부터 기술개발에 착수할 계획이다. 지경부 에너지기술팀 관계자는 “획기적 성능향상과 상용화 목표시기 단축을 통해 해외시장선점이 가능한 기술로, 기존 특허에 종속되지 않는 원천기술 개발을 지원할 계획”이라고 말했다. 현재 세계 각국은 미래형 에너지기술 개발을 위해 각축을 벌이고 있으며, 이에 따른 특허경쟁 또한 치열하다.  이번 계획은 그간 에너지R&D가 단기적 응용·상용화기술 개발에 치우쳐 시장을 리드하는 핵심 원천기술이 부족한 상황을 개선하기 위한 조치라고 지경부는 밝혔다. 실제로 정부는 지금까지 단기간에 미래형 에너지기술을 확보하고, 상용화를 추진하기 위해 원척기술보다는 응용 및 상용화기술 개발에 정책자금을 쏟아 부어 왔다. 최근 3년간 정부의 에너지R&D사업 예산은 응용·상용화 기술개발에 96.9%, 원천기술에 3.1%가 지원됐다. 정부는 최근 신재생에너지 분야를 필두로 국내 주요기업들이 기술개발 참여를 강화하고 있어 상용화 기술 분야에서는 어느 정도 국산 기술이 해외기술은 따라 잡았다고 판단, 다시 원천기술 개발로 정책 방향을 선회하는 것이라는 에너지전문가들의 평가가 나오고 있다.  지경부는 지난해 9월부터 미국 에너지부(DOE) 산하 R&D기관인 ARPA-E 등 선진국의 추진현황을 조사하고, 에너지기술연구원 등 13개 출연연구소로 구성된 TF 활동 및 기업 수요조사를 통해 109개의 후보 기술을 도출, 2차례의 전문가 평가를 거쳐 최종 10개 과제를 선정했다.  ARPA-E는 지난 2008년 미국 에너지부(DOE) 산하의 R&D 관리기관으로 설립됐으며, 에너지 분야의 원천기술 확보를 위해 3300억원을 투자하고 있다. 10개 과제를 살펴보면 금속-공기 이차전지는 현재 상용화되어 있는 리튬이온전지 대비 에너지 밀도를 이론적으로 5∼10배 이상 향상시킬 수 있다. 휴대용 IT제품 사용 시간을 5∼10배 이상 늘릴 수 있으며, 전기자동차에 적용할 경우 한번 충전으로 서울-부산을 왕복할 수 있다. 신 열전물질은 버려지는 열에너지(지열, 태양열, 자동차 폐열 등)로부터 전기를 생산해내는 청정에너지기술이다. CPU 같은 전자부품을 냉각하기 위한 열전냉각기, 반도체 프로세스에서 웨이퍼의 온도조절을 위한 냉각플레이트 등에 활용 가능하며 기존의 냉각기술을 대체한다는 계획이다. 양자점 고효율 태양전지는 양자점 직경을 나노수준으로 줄여 양자구속효과를 통해 효율을 극대화하는 고효율 저비용 태양전지다. 다중접합 실리콘 양자점 태양전지의 경우 원천기술개발을 통해 최대 40.7% 효율 달성이 가능할 것으로 기대되고 있다. 직접 탄소 연료전지는 고체의 탄소와 공기를 주입해 전기를 생산하는 차세대 발전장치다. 발전 효율이 60∼65%로 매우 높아 석탄 등 자원의 효율적 이용이 가능하고 배출되는 이산화탄소를 포집할 수 있다. 선정된 과제는 상용화까지 10년간 전주기적으로 지원하고, 단계별로 평가해 기대에 못미치는 기술은 제외한다는 방침이다. 원천기술 개발 단계(4년)에서 연구소·학계 중심으로 4년간 연 10억원 규모로 지원하고, 응용·상용화 단계(3년)에서는 각각 3년간 중소·중견기업을 중심으로 연간 30억원을 지원한다는 계획이다. 미래에너지기술 10개 과제 1 마그네슘 전지 ▶금속 마그네슘 음극, 마그네슘 전도성 유기 전해질, 마그네슘 이온 출입에 적합한 양극으로 이루어진 이차전지로 저가격과 장수명이 장점임 ▶리튬이온전지에서 사용하는 리튬 대비 자원이 풍부한 마그네슘을 사용해 근본적으로 전지 가격을 낮출 수 있음 (금속가격 기준 약 50배 저렴) 2 금속-공기전지 ▶금속(리튬, 아연)-공기 이차전지는 현재 상용화 되어 있는 리튬이온전지 대비 에너지 밀도를 이론적으로 5∼10 배 이상 향상시킬 수 있는 차세대 전지로 향후 미래 생활 패러다임을 혁신적으로 바꿀 수 있는 기술 ▶금속음극, 전해질, 촉매를 포함한 공기극으로 구성되며, 대기 중에 포함돼 있는 산소가 공기극에서 활성 물질로 작용, 이 때 발생하는 전기화학적 에너지를 전기에너지로 변환하는 원리 3 리튬이온전지(LIB) 고체 전해질 ▶고이온전도성 고체전해질(10-4 Scm-1 이상, 기존 10-6 Scm-1 이하) 소재와 고에너지밀도 전극 소재를 적용한 전고체형 리튬이차전지 -기존의 액체전해질의 안정성, 장기 신뢰성 등 기술적 난제를 해결해 생산비용을 50% 절감하고 에너지밀도를 3배 이상으로 향상할 뿐 만 아니라 다양한 타입의 전지개발이 가능 4 신 열전물질 ▶버려지는 열에너지(지열, 태양열, 자동차 폐열 등)로부터 전기를 생산하는 청정에너지 기술 ▶열전냉각장치 시장은 CPU와 같은 전자부품을 냉각하기 위한 열전냉각기 등 전자기기의 냉각기술을 대체해 온실가스를 저감하는 효과 ▶차량 배기열, 산업용 폐열을 재활용하여 전력을 생산하는 시장 형성가능 5 혁신적 철강 냉각기술 ▶획기적인 가속냉각 제어기술 개발로 후판 판변형을 감소시켜 불필요한 후처리 냉간교정을 거치지 않고, 불필요한 에너지소비를 파격적으로 줄이는 에너지 효율 향상 기술 ▶후판고급재 냉간교정의 에너지소비율을 1/10로 저감해 연 36MJ/Ton(2020년)의 에너지절감효과를 가짐 6 SIP기반의 황화광물 정밀탐광기술 ▶황화물을 포함한 금속광물 탐사에 제한이 많았던 기존의 시추공 물리탐사를 대체하는 광대역 유도분극 반응 탐사기술(SIP) 개발 * SIP : Spectral Induced Polarization ▶황화광물에 유도분극이 반응하는 진폭과 위상차를 해석을 통해 탐사를 하는 기술로 광대역의 지역을 저비용으로 단기간에 광물분포도 획득 7 양저점 고효율 태양전지 ▶기존 태양전지의 효율 한계를 극복하는 저비용 초고효율 태양전지를 개발함으로써 태양전지 산업의 숙원인 그리드패리티를 달성하기 위한 기술 ▶실리콘 입자를 수 nm의 구(求)상으로 형성해 일정높이 적층한 구조를 갖는 실리콘 양자점 태양전지는 양자구속효과에 의해 밴드갭이 증가해 가시광선 대역뿐만 아니라 적외선 및 자외선 대역을 활용해 최대 40.7%의 광전변환율을 달성할 수 있는 3세대 태양전지. 8 부유식 풍력기반 기술 ▶전세계적으로 부유식 풍력발전시스템의 개발이 진행중에 있으나 아직 실용화 초기단계로 집중적인 기술개발시 원천기술 선점 기회가 있음 ▶심해용 부유식 하부구조물 및 플랫폼에 대하여 복합 해양환경을 고려한 새로운 개념의 설계기술개발이 필요하며, 또한 이에 대한 설계표준을 정립할 필요가 있음 9 직접탄소 연료전지 ▶직접탄소 연료전지는 고체의 탄소와 공기를 주입해 전기를 생산하는 차세대 발전장치임 ▶발전 효율이 60-65%로 매우 높아 석탄 등 자원의 효율적 이용이 가능하고 이산화탄소 배출을 줄일 수 있으며 배출되는 이산화탄소를 농축 과정 필요없이 포집할 수 있어 친환경적인 발전 장치임 ▶직접탄소연료전지에 사용할 수 있는 연료인 탄소는 석탄, 무연탄뿐만 아니라 바이오매스, 폐플라스틱, coke와 같은 화학공정 부산물에서 쉽게 얻을 수 있기 때문에 에너지자원의 다변화가 가능함  10 열화구조 분석 및 내구성 향상기술 ▶기존 연료전지의 기술적 난제인 성능저하 매커니즘의 원인을 규명하여 고 내구성 기반의 소재를 개발 ▶현재 고분자 연료전지시스템의 수명은 2만 시간에 불과, 열화구조 분석을 통해 9만 시간까지 수명을 연장해 경제성 제고 ▶합금촉매, 강화 이온막 등 내구성 확보와 백금 담지량 감소 및 저가 대체 이온막 개발을 통해 연료전지의 경제성을 확보하여 상용화를 촉진

 

출처: 에너지 경제신문(2011년 06월 08일 (수)