대덕연구단지의 세라믹스 연구 현장(3) - 한국에너지기술연구원 에너지신소재응용연구부 등 2개 연구부서 총 31건 세라믹 연구과제 수행 박사급 연구원 31명, 산업체 공동연구·국제공동연구도 활발 수행 대덕연구단지내에 위치한 정부 출연기관인 한국에너지기술연구원(원장 손재익 www.kier.re.kr)은 우리나라 유일의 에너지 전문 연구기관으로서 에너지신소재응용연구부와 청정에너지연구부를 중심으로 세라믹스 관련 연구를 수행해고 있다. 한국에너지기술연구원은 합리적인 에너지 이용 및 에너지 효율 향상을 위한 에너지 절약기술, 화석에너지의 사용으로 인한 환경오염 저감 및 청정에너지 이용을 위한 에너지 관련 환경기술, 그리고 태양, 바람과 같은 무한, 무공해의 대체에너지기술에 대한 연구개발을 수행하고 있다. 에너지기술은 화공, 전기, 기계, 소재 등의 다각적인 종합 시스템 기술로서, 한국에너지기술연구원에서는 2000년대에 들어 에너지기술의 약진을 주도하는 공통요소 기술로 소재기술 개발에 대한 중요성을 인식하여 중점적으로 연구를 수행하고 있다. 이중 세라믹 관련 연구(표 1)가 가장 활발히 진행되고 있는 에너지신소재응용연구부(부장 한문희)의 세라믹 관련 연구분야는 크게 에너지 고효율화 소재기술, 에너지 환경친화형 소재기술 및 미래형 에너지소재 및 응용기술로 크게 분류되고 있다. 에너지 고효율화 소재기술에 대한 연구는 고온 고강도 및 내부식성 등이 우수한 고신뢰성 소재, 초고온, 초내열성의 극한환경에 적용 가능한 복합소재 및 지식집약형 고기능 첨단기술이 접목된 고성능 에너지소재의 개발을 통하여 혁신적 에너지절약을 위한 고효율 에너지소재 개발을 목표로 하고 있다. 에너지 고효율화 소재기술의 주요 연구실적 및 개발과제로는 에너지 다소비 설비(연소기, 로 등)에서 방출되는 700℃ 이상의 고온 및 부식성 가스분위기에서 사용 가능한 고온폐열회수용 세라믹 열교환기 부품, 용융금속 주조용 질화규소 결합 탄화규소 주입관 개발 등이 있으며 이산화탄소 배출량을 감소하기 위하여 프론티어사업으로 개발 중인 순산소 연소로에 저가의 산소를 제조 공급하기 위한 이온전도성 세라믹 분리막, 고휘도 백색 LED용 무기 및 나노형광체 개발, 무기 및 유기 Hybrid EL 및 투명전극소재 개발 등이 있다. 에너지 환경친화형 소재기술에 대한 연구는 환경 정화용 고효율 흡착 소재 개발, 기체·액체 분리용 고성능 분리막 소재 개발, 고온 기체용 다공성 세라믹 필터 소재 개발 및 환경 정화용 고활성 촉매 소재 개발을 통하여 청정 에너지화 기술개발을 목표로 하고 있다. 에너지 환경친화형 소재기술의 주요 연구실적으로는 세라믹 종이로 만든 허니컴 소자에 제습제인 실리카 졸, 메탈실리케이트 혹은 제올라이트를 함침하여 제습 로터 및 VOC제거용 허니컴 로터 개발, 50℃에서 약 900℃ 범위이고 압력 6기압에서 10기압 정도 범위에서 gas turbine으로 유입되는 가압유동층 배가스를 고효율로 정제하기 위해 필요한 고온고압용 세라믹필터, 나노 단위 결정기공을 갖는 지오라이트 분리막을 활용하여 대기 중에 방출되는 CO2를 N2로부터 선택 분리하는 기술 개발, 미세가공(MEMS) 세라믹 가스센서의 성능향상 기술, CO2 분리용 세라믹 분리막 등이 있다. 미래형 에너지소재 및 응용기술에 대한 연구는 차세대형 고출력 고밀도 전기화학 축전소재, 태양에너지의 광전기·화학적 에너지변환 소재 및 응용기술 개발을 통하여 미래 예측이 어려운 에너지원 개발을 목표로 연구를 수행하고 있다. 미래형 에너지소재 및 응용기술의 주요 연구실적 및 개발과제로 고체전해질 연료전지용 전극 및 전해질, 금속산화물을 이용한 신형전지 및 TiO2를 이용한 가시광 감응 광촉매 제조 및 이용기술 등과 같은 미래 에너지원의 개발이 있다. 또한 청정에너지연구부에서는 초임계 수열합성법을 이용하여 BaTiO3 분말의 합성연구가 진행 중이며 수소 연료전지연구부에서는 수소저장을 위하여 나노 카본 튜브의 합성 및 응용연구, 지르코니아계 고체전해질의 제조 및 특성향상에 대한 연구를 에너지시스템연구부에서는 지오라이트를 이용한 흡수제 개발 및 응용연구를 수행 중에 있다. 현재 한국에너지기술연구원의 연구 인력현황을 보면 박사 31명, 석사 5명의 재료공학 전공자들이 있으며, 이들을 중심으로 31과제의 세라믹 관련 과제(표 2)를 수행하고 있다. 이 중 에너지신소재응용연구부에서는 ‘내열·내식성이 우수한 고효율 복합재료 제조기술’(연구책임자 우상국) 연구를 비롯하여 29개의 과제를 진행하고 있다. 한국에너지기술연구원은 산업체와의 공동 연구를 활발히 함으로서 연구의 결과를 실용화시키는데 주력하고 있다. 업체 협력 과제 현황을 살펴보면 현재 (주)나이넥스와 협력사업인 ‘무기EL 및 LED용 고성능 발광 소재 및 조명광고시스템 이용기술개발’(연구책임자 한상도)을 비롯하여 19개 과제(표 3)를 수행하고 있다. 국제공동 연구를 살펴보면 인도, 중국 등과 공동으로 희토류 금속이온이 첨가된 나노형광체 제조에 대한 연구가 수행되고 있다. 향후 에너지 기기 및 시스템 기술의 고효율화를 위해서는 cross-cutting 기술로써 핵심 원천 기술인 소재기술 개발 없이는 불가능하므로 한국에너지기술연구원에서는 국내에 취약한 에너지 및 환경 분야로의 파급효과가 매우 큰 재료를 개발 추진함으로써 신에너지·환경산업의 독자적 기술기반을 구축하여 차세대 시장을 선점하는 연구를 수행해 나갈 것이라고 한다. 吳德根 기자 표 1. 에너지 관련 분야별 세부연구내용 한국에너지기술연구원(KIER) 전경 분야 주요 연구내용 - 초고온, 초내열성의 극한환경에 적용 가능한 복합소재 개발 - 나노기술 응용 코팅 기술 개발 - 미활용에너지 회수용 나노소재 및 응용기술 개발 절약 - 에너지 저소비형 분리막 소재 개발 - 물리/화학센서를 활용, 에너지 이용 공정의 최적화 및 자동화 연구 - 마이크로파 세라믹 건조기술 - 환경 정화용 고효율 흡착 소재 개발 - 기체/액체 분리용 고성능 분리막 소재 개발 환경 - 고온 기체용 다공성 세라믹 필터 소재 개발 - 환경 정화용 고활성 촉매 소재 개발 - 미량 검출 화학 센서로 유독성 가스의 배출 모니터링 기술연구 - 태양에너지의 광전기/화학적 에너지변환 소재 및 응용기술 개발 변환 - 열에너지 발생없이 전기로 발광하는 재료 및 소자의 제조 이용 연구 - 열화학적 수소제조용 금속산화물 소재 개발 - 고체산화물 연료전지용 전해질, 전극 개발 - 차세대형 고출력 고밀도 전기화학 축전소재 개발 저장 - 고온 열저장용 담체 제조 및 응용연구 - 수소저장용 소재 개발 표 2. 현재 진행중인 세라믹관련 과제 목록 재원 사업명 과 제 명 연구책임자 산자부 에너지절약 - 내열·내식성이 우수한 고효율 복합재료 제조기술 우상국 산자부 에너지절약 - 배가스 탈황용 탄화규소계 슬러리 분사노즐 국산화 개발 한인섭 산자부 에너지절약 - 가압유동층 복합발전용 고온 고압 집진필터 상용화 및 실증규모 집진시스템 개발 우상국 산자부 에너지절약 - 무기EL 및 LED용 고성능 발광 소재 및 조명광고시스템 이용기술개발 한상도 산자부 에너지절약 - 무기EL 및 유무기 hybrid EL용 형광체 소재개발 한상도 산자부 에너지절약 - 고휘도 백색LED용 무기 및 나노 형광체 개발 박주석 산자부 에너지절약 - 환경친화형 복합단열벽체 개발 김준수 산자부 에너지절약 - 무기질 중공형 소재 및 고성능 보온재 개발 한문희 산자부 대체에너지 - 원통형 고체산화물 연료전지 기반기술 송락현 산자부 대체에너지 - CIS계 박막 태양전지의 실용화 요소개발 윤경훈 산자부 부품소재 - 미세가공(MEMS) 가스센서의 성능향상 기술 이용 한상도 과기부 프론티어 - 저가 고순도 산소제조용 ITM 모듈 및 시스템 개발 우상국 과기부 프론티어 - 초고온용 질화규소계 내화재료 개발 한인섭 과기부 프론티어 - 고온 이산화탄소 분리용 세라믹분리막 소재 개발 한문희 과기부 프론티어 - 소각 배가스 고도 정화용 나노기공 고분자 여과체 개발 한문희 과기부 프론티어 - 건식 재생흡수제 조립화를 위한 슬러리 제조기술 개발 안영수 과기부 NRL - 고출력, 고전압 단셀(cell)형 Hybrid Supercapacitor 김종휘 과기부 NRL - 제습식 냉난방 공조기용 세라믹 rotor기술 개발 안영수 과기부 국책사업 - Rotor식 VOC 흡착농축장치 및 촉매연소장치 개발 김흥수 과기부 국책사업 - 광촉매를 활용한 고효율 수소제조 태양반응시스템 개발 전명석 과기부 나노기반 - 나노분말 공정 이용한 CIS 태양전지개발 전영갑 과기부 국제공동 - 전계발광용 신유기 금속 복합소재 제조 응용 한상도 과기부 국제공동 - 희토류 금속이온이 첨가된 나노형광체 제조 한상도 공공기술연구회 기본사업 - 고온용 열제어 나노소재 제조 및 응용기술 우상국 공공기술연구회 기본사업 - 고성능 전극소재 개발 이기성 공공기술연구회 기본사업 - 고출력 전기화학축전기 개발 진창수 공공기술연구회 기본사업 - 가시광반응 광촉매 나노코팅 입자 주현규 공공기술연구회 기본사업 - 중저온용 열제어 나노기공체 제조 및 응용기술 김흥수 중기청 콘소시엄 - 액상 반응소결 탄화규소 복합체의 성형기술 및 고성능화 우상국 중기청 콘소시엄 - 전기화학반응용 다공체 전극 제조 이용 기술 한상도 중기청 콘소시엄 - 유전가열기술을 이용한 세라믹시트의 건조공정개발 배 강 표 3. 업체협력과제 현황 과 제 명 연구책임자 협력업체명 - 내열,내식성이 우수한 고효율 복합재료 제조기술 우상국 대양산업 - 배가스 탈황용 탄화규소계 슬러리 분사노즐 국산화 개발 한인섭 대양산업 - 가압유동층 복합발전용 고온 고압 집진필터 상용화 및 실증규모 집진시스템 개발 우상국 우미세라믹스 - 무기EL 및 LED용 고성능 발광 소재 및 조명광고시스템 이용기술개발 한상도 (주)나이넥스 외 - 무기EL 및 유무기 hybrid EL용 형광체 소재개발 한상도 (주)GAKT 외 - 고휘도 백색LED용 무기 및 나노 형광체 개발 박주석 (주)이츠웰 외 - 환경친화형 복합단열벽체 개발 김준수 (주)대평세라믹스 - 무기질 중공형 소재 및 고성능 보온재 개발 한문희 (주)삼손퍼라이트 - 미세가공(MEMS) 가스센서의 성능향상 기술 이용 한상도 (주)세주엔지니어링 - 저가 고순도 산소제조용 ITM 모듈 및 시스템 개발 우상국 (주)대주정밀화학 - 초고온용 질화규소계 내화재료 개발 한인섭 (주)우미세라믹스 - 고온 이산화탄소 분리용 세라믹분리막 소재 개발 한문희 (주)엔비오 - 소각 배가스 고도 정화용 나노기공 고분자 여과체 개발 한문희 (주)프리첼홀딩스 - Rotor식 VOC 흡착농축장치 및 촉매연소장치 개발 김흥수 (주)남성세라믹 - 광촉매를 활용한 고효율 수소제조 태양반응시스템 개발 전명석 (주)나노팩 - 전계발광용 신유기 금속 복합소재 제조 응용 한상도 (주)한국EL - 액상 반응소결 탄화규소 복합체의 성형기술 및 고성능화 우상국 대양산업 외 - 전기화학반응용 다공체 전극 제조 이용 기술 한상도 (주)상호세라믹 외 - 유전가열기술을 이용한 세라믹시트의 건조공정개발 배 강 (주)희택