세토電子工業 농업용 LED라이트
2색의 빛으로 식물성장・살균
식물공장에 “태양”을 공급하고 싶다. - 세토電子工業(富山縣 射水市, 사장 南雲弘之)의 뜻은 높다. 전광표시판으로 키우던 노하우를 총동원하여 발광다이오드(LED)의 광원 만들기에 시행착오를 거듭했다. 본사 공장 근처에 있는 비닐하우스. 야채 화분 위에는 천장에 매달린 흰색 기재가 쭉 늘어서 있었다. 하우스 안의 센서가 온도와 습도 등을 판독하여 컴퓨터에 데이터를 모으고 있다. 「매일 보러 온다」는 종업원은 야채의 성장 정도를 자세하게 관찰하여 이상이 없는가를 확인하고 있었다.
흰색 기재는 농업용 LED라이트. 식물이 빛을 원하는 시간에는 붉은 색의 빛을 내어 광합성을 촉진한다. 하루 종일 그대로 내버려두지 않고 시간을 나누어 쏘이게 하는 편이 효율적으로 성장하는 것 같다. 녹색의 빛으로 바꿀 수도 있는데, 그럴 경우 살균이나 병의 예방에 효과가 있다고 한다.
멜론이나 가지 등 폭넓은 식물에 대응할 수 있다. 자택에서도 딸기를 키우고 있다는 南雲사장은 「일반적으로 키울 때보다 수확량을 10~20%정도 늘어난다」며 웃는다. 가격은 미정이지만 조만간 발매에 나선다. 세토電子工業은 1979년에 설립하여 전광표시판 메이커로서 알려져 있다. 조립 작업 등의 진척상황을 나타내는 「진척관리판」등을 만들어 자동차 메이커의 생산성 향상에 공헌한다.
그러나 최근에는 일본기업의 설비투자 삭감을 피부로 느껴 회사 차원의 다음 성장전략이 필요하게 되었다. 급성장하는 LED조명에 대한 참여도 생각했으나 「대기업을 이길 수는 없다」(南雲사장)고 단념. 중소기업으로서도 존재감을 나타낼 수 있는 니치(niche)시장을 탐색하고 있었다. 그때 마침, 富山縣立大學이 생물공학과를 개설한다는 것을 듣고 南雲사장은 직접 강의를 들었다. 「전기와 식물의 지식을 조합시키면 다른 곳에는 없는 유일한 제품을 만들어 낼 수 있다」. 공장에서 농장으로 LED를 가져오려면 재배 노하우의 축적과 기술력의 향상이 반드시 필요하다. 2009년에는 식물 육성 프로젝트를 시작해 전임 스태프를 두었다. 올 1월에는 실험용 비닐하우스도 설치. 8월에는 판매 자회사를 흡수하여 농가나 농협에 대한 본격 제안을 시작했다.
富士經濟의 조사에 따르면 식물공장을 포함하는 「시설재배 플랜트」의 일본 내 시장은 2015년에는 96억 엔까지 팽창할 것이라고 한다. 고작 6년 만에 1.5배가 된다는 계산이다. 東京電力 福島縣 제1원자력발전소의 사고로 안전한 농산물에 대한 관심은 높아지고 있어 시장에는 더욱더 순풍이 불어올 듯하다.
단, 식물농장에는 큐피와 大成建設도 이미 참여한 상태. 전국의 중소기업도 관련기기의 개발에 힘을 쏟고 있어 경쟁은 더욱 심해지고 있다. 세토電子工業의 농업용 LED라이트가 보급될지 어떨지는 품종개량이 아닌 “기술개량”의 결과에 달려 있다. 일경산업

중국, ‘리튬이온전지 전극 재료’ 연구에서 새로운 성과 달성
고용량(High Capacity) 리튬전지(Lithium battery)의 발전(發展)은 ‘전극 재료(electrode materials)’ 성능의 향상에 영향을 많이 받는다. ‘전극 재료’의 나노화는 리튬이온(Lithium-ion)의 확산 속도를 향상시키는데 유리할 뿐만 아니라 ‘전극 재료’와 ‘전해질 용액(Electrolyte solution)’의 침습성(Invasive)을 개선하는데도 유리하여 재료의 ‘전기화학 성능’을 뚜렷이 향상시킬 수 있다.

[그림] 페로센(Ferrocene)을 필링(Filling)한 단일 벽의 탄소나노튜브를 로드 캐리어(Load carri-er)로 한 금속 산화물 나노 알맹이 표시도

하지만 여러 차례의 충전, 방전 과정에서 이런 ‘고 활성(活性)의 나노 알맹이’들은 쉽게 분말화 되기 때문에 용량(容量)의 신속한 감쇠(Attenuation)를 유발하게 된다. “어떻게 하면 고용량, 고출력, 장수명의 ‘전극 재료’를 개발할 것인가”라는 과제는 현재 리튬이온전지 연구개발 분야에서의 중점 과제가 되고 있다.
중국 푸쳰성(福建省) 푸저우시(福州市)에 위치하여 있는 ‘중국과학원(中國科學院)’ 산하 ‘푸쳰(福建) 물질구조 연구소’ 소속 ‘구조 화학 국가 중점 실험실’의 관룬후이(官輪輝) 연구원 연구팀은 중국 ‘국가 과학기술부(MOST)’의 ‘국가 중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)’ 지원 하에 각 종 탄소나노튜브(CNT) 재료를 캐리어(Carrier)로 활용하여 ‘전극 재료’의 안정성을 대폭 향상시키는데 성공하였다.
관룬후이 연구원 연구팀은 관련 연구를 통해 ‘온화(溫和)하고 젖은 화학 반응 합성 방법’으로 각 종 ‘금속 산화물 나노 알맹이’를 탄소나노튜브(CNT), 나노 각(角), 그래핀(Graphene) 등 캐리어에 균일하게 로드(Load)시켜 균일하게 로드되어 있는 ‘탄소 베이스의 금속 산화물 복합 나노 재료’를 합성해는데 성공하였다. 동 ‘탄소 베이스의 금속 산화물 복합 나노 재료’는 순환 안정성, 배율(倍率) 성능 등 분야에서 우수한 ‘전기화학 성능’을 나타내고 있다.
단일 벽의 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotubes)의 튜브 내부를 필링(Filling)하여 수정한 동시에 튜브 외부 로드 처리를 거쳐 개발된 ‘복합 음극 재료’의 비교 용량(容量)은 900mAh/g 수준에 달하며 현재의 상품화 음극 재료의 3배 수준에 달하고 있다(Chem. Comm. 2011, 47, 5238). 탄소나노 각(角)을 캐리어로 한 음극 재료는 양호한 전기화학 안정성을 보유하고 있으며 새로운 유형의 탄소나노 재료 응용 전망을 나타내고 있다(Chem. Comm. 2011, 47, 7416；RSC ADV.DOI: 10.1039/C1RA00267H).
연구팀은 원 위치의 산화환원반응 디자인을 통해 형태구조를 통제할 수 있는 ‘탄소나노튜브 로드(Load) MnO2 나노 복합 재료’를 합성해냄으로써 리튬공기전지(Lithium-air batteries)의 양극 재료로 직접 활용할 수 있게끔 하였다. 동 ‘복합 재료’는 순환 및 배율 성능 면에서 뚜렷한 향상을 실현하였다(Electrochem. Comm. 2011, 13, 698).
그 외, 연구팀은 단일 벽의 탄소나노튜브 표면 설계를 통해 5나노 보다 작은 ‘고도(高度) 분산 Pt 베이스 코어 쉘(Core-shell) 재료’를 합성하였다. 동 Pt 베이스 원자가 에탄올(Ethanol)에서의 촉매 산화 능력은 상품화 Pt/C의 8배 수준에 도달한 것으로 나타났다. 이런 합성 방법은 Pt를 효율적으로 이용하는 연료전지(Fuel cell) 촉매제를 디자인하고 합성해내는데 필요한 새로운 기술 루트를 제공해 주고 있다(Energy Environ. Sci. DOI: 10.1039/c1ee02044g). GTB

MAXene - 그라핀과 유사한 구조의 금속-탄소 화합물

[그림] Ti3AlC2로부터 합성된 Ti3C2 Maxene의 주사전자현미경 이미지
원자 하나의 두께를 갖는 탄소원자로 구성된 2차원 평면 구조체인 그라핀에 대한 연구는 그라핀이 발견된 해인 2004년 이후 현재까지 다양한 연구소와 대학에서 매우 활발하게 진행 되고 있다. 그라핀은 기존의 반도체 물질보다 뛰어난 이동도를 가질 뿐 아니라 매우 높은 기계적 강도를 지닌다는 점에 있어 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 하지만 탄소원자만으로 이루어진 매우 간단한 화학적구조로 이루어지며 약간의 불순물 또는 결함에 의한 특성변화가 크다는 점은 그라핀의 가장 큰 장점인 동시에 그라핀의 실용화에 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 이밖에도 그라핀 층간의 낮은 반데르발스 접착력에 의한 그라핀 층의 박리현상은 그라핀의 실용화를 제한하는 또 다른 장애물로 여겨지고 있다. 그라핀과 같이 단일 원자층으로 구성된 2차원구조체인 동시에 그라핀에 비해 복잡한 화학적 조성을 갖는 물질이 있다면 앞서 언급한 그라핀의 실용성을 제한하는 요소들을 가지지 않기 때문에 그라핀과 유사한 특성을 지니면서도 우수한 실용성을 지니는 물질이 될 수 있을 것이다.
Dixel University의 교수인 Yury Gogotsi와 Michel Barsoum은 Advanced Materials에 개제된 “Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of TI3AlC2”라는 제목의 논문을 통해 그라핀과 같은 2차원 원자배열을 가지는 탄화물을 합성할 수 있는 기술을 발표했다. Yury Gogotsi와 Michel Barsoum의 논문에 따르면 그들이 합성해낸 2차원 탄화물은 하나 이상의 원소로 구성된 단일 원자층의 2차원 구조체로 단일원소로 구성된 그라핀에 비해 특성을 변화시킬 조성 적 변수가 많기 때문에 다양한 특성으로 합성될 수 있다고 한다. Barsoum교수는 3성분계의 탄화물 또는 질화물을 일컫는 MAX상에 대한 연구를 가장 최초로 시작한 과학자 중 한명이다. MAX의 M은 티타늄, 탄탈륨 등의 전이금속, A는 알루미늄, 인듐 등의 A Group에 속한 금속, X는 탄화물 또는 질화물을 의미하며 현재까지 60개 이상의 MAX상 물질이 발견되었다.
단일 원자층의 2차원 구조체가 층층이 쌓여있는 층상구조를 지닌 MAX상 물질들은 때로는 금속과 같은 때로는 세라믹과 같이 거동하는 흥미로운 특성을 갖는다. 또한 2차원 구조와 화학적 조성 덕분에 MAX상은 탄화물로부터 합성된 다공성 탄소나노 구조체(CDC: Carbide-Derived Carbon)를 만들기 위한 중간단계 물질로도 사용될 수 있다. CDC는 불산을 이용하여 MAX상 물질에서 M과 A를 제거하는 방식으로 만들어진다. MAX상 물질과 CDC가 혼재된 물질을 만들 수 없을까? 라는 의문을 품은 Dixel University의 연구팀은 MAX상 물질로부터 A를 선택적으로 제거하기 위한 연구를 수행하였으며 이를 통해 MAX상 물질과 CDC가 혼재된 하이브리드 물질을 합성하는데 성공했다.
Dixel University의 연구팀이 개발한 MAX-CDC 하이브리드 물질의 제조방법은 매우 단순하다. 연구팀이 개발한 MAX-CDC 하이브리드 물질의 제조방법을 요약하면 다음과 같다.
①볼밀 이용한 Ti3AlC2의 합성 ②합성된 Ti3AlC2분말을 HF용액에 담금 ③HF-Ti3AlC2 수용액의 원심분리 ④냉간프레스를 이용한 MAX-CDC 플레이크 제조. 연구팀은 앞서 설명한 방식으로 제조된 MAX-CDC 하이브리드 물질의 특성을 확인하기 위해 XRD, SEM, TEM등의 분석을 수행하였으며 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometer)를 이용하여 화학적 조성을 확인하였다.
일련의 분석과정을 통해 연구팀은 그들이 합성한 물질이 MAX-CDC 하이브리드 물질이 MAX물질인 Ti3AlC2로부터 A물질인 Al이 선택적으로 제거된 Ti3AlC2임을 확인하였으며 티타늄(Ti)과 탄소(C)가 2차원적으로 배열된 구조를 지니고 있음을 확인하였다.
연구팀의 리더인 Michel Barsoum에 따르면 그들은 Ti3AlC2 이외의 다양한 MAX상 물질로부터 MAX-CDC 하이브리드 물질의 제조가 가능함을 확인하였으며 단일원자층 구조의 질화 탄소도 동일한 방식을 이용해 합성할 수 있음을 밝혀냈다고 한다. 연구팀은 실제로 Ta4AlC3로부터 Ta4C3 MAX-CDC 하이브리드 물질을 합성해 내는데 성공했다.
MAX상 물질은 MA상의 선택에 따라 다양한 조성으로 만들어 질 수 있기 때문에 조성에 따른 MAX-CDC물질의 구조 및 특성의 체계적인 분류가 용이함은 물론 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 다양한 MAX-CDC물질의 특성을 예측하는 것이 용이하다. Dixel University의 연구팀은 MAX-CDC 하이브리드 물질이 그라핀과 유사한 구조 및 특성을 가진다는 점을 고려, MAX-CDC 하이브리드 물질에 MAXene이라는 이름을 붙였다. 그라핀과 유사한 원자배열을 가지면서 조성변화를 통한 특성변화가 가능하다는 점을 고려할 때 MAXene은 매우 광범위한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 보인다. 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션에 따르면 MAXene의 화학적 조성변화를 통해 MAXene의 층간계면 특성과 밴드갭을 변화가 가능한 것으로 예측된다. MAXene은 단일원자 층의 원자배열 구조를 갖기 때문에 그라핀과 같이 매우 넓은 표면적을 자랑한다. 따라서 MAXene로 제작된 전극의 적용을 통해 리튬-이온배터리 및 연료전지의 에너지 저장밀도를 획기적으로 높이는 것도 가능할 것으로 예상된다. ACB

소자에 열로 정보입력
電流 불필요 産總硏이 현상 발견
산업기술총합연구소의 湯淺新治 나노스핀트로닉스 연구센터장 등 연구팀은 네덜란드 기초과학재단과 공동으로 전류를 사용하지 않고 열로 정보를 입력하는 새로운 현상을 발견했다. 온도차로 정보를 전달할 수 있으므로 가령 LSI 속에 생기는 폐열을 사용한 에너지 절약 소자의 실현이 가능하다고 한다.
열에너지를 전자스핀으로 바꾸는 새로운 현상 「제벡 스핀터널 효과」를 발견했다. 종래의 스핀트로닉스 연구에서는 자성체로부터 반도체 실리콘 속에 스핀의 정보를 입력하기 위해 전류를 사용했다. 그러나 그렇게 되면 많은 전자에너지가 열이 되어 낭비되어 버리는 문제가 있다.
이번에 제벡 스핀터널 효과를 사용함으로서 전류를 사용하지 않고 열을 이용하여 자성체의 전자스핀이 가진 디지털 정보를 실리콘 속에 입력하는데 성공했다. 전류를 사용하지 않고 가열에 의한 새로운 스핀 주입법이 된다. 실리콘, LSI 속에 생기는 폐열을 재이용하여 스핀 정보를 입력하면 새로운 그린 IT가 실현된다. 일간공업

브라질 연구팀 - 균열생성을 최소화한 MgO기반 내화물 개발

[그림] MgO와 바인더의 혼합을 위해 사용된 패들 믹서
브라질의 한 연구팀에 의해 주물형태로 제작될 수 있는 새로운 타입의 내화물이 개발됐다. 브라질은 철강과 비철금속 산업이 발달된 나라 중 하나이다. 때문에 브라질의 내화물관련 산업의 규모 또한 크다. 일반적으로 주물형태의 내화물은 열에 강할 뿐 아니라 알칼라인 슬래그에 잘 견딜 수 있는 산화마그네슘(MgO)을 주성분으로 하며 주조의 용이성을 위해 첨가되는 바인더와 공정의 용이성을 위한 용도로 칼슘산화물 등과 같은 산화물을 소량 포함하고 있다.
바인더는 수소화된 알루미나, 실리카, 알루미나 콜로이드 그리고 인산염 등을 주원료로 한다. 현재까지 개발된 다양한 종류의 주조 가능한 MgO 내화물은 MgO와 바인더의 혼합에 의해 발생되는 몇 가지 문제점 때문에 실용화되지 못하고 있는 실정이다. MgO와 바인더 사이에 발생하는 문제들은 다음과 같다. 첫 째는 MgO와 바인더의 주원료인 Mg(OH)2간의 큰 밀도 차에 의해 부피팽창이 발생하여 균열이 발생하는 현상이다. 두 번째 문제는 MgO와 칼슘산화물간의 반응물에 의한 것으로 두 물질의 반응을 통해 만들어진 생성물은 MgO보다 취약한 내열특성을 갖는다.
Salomao, Bittencourt, Pandolfelli로 구성된 연구팀의 연구목표는 마그네슘기반의 바인더 물질을 개발하여 앞서 언급한 문제점들이 발생하지 않으며 더욱 빠른 경화속도를 가지는 MgO기반의 내화물을 개발하는 것이다. 이를 위해 Salomao의 연구팀은 Mg(OH)2의 부분적 하소를 통해 MgO 화합물을 합성해 내는 방식을 채택, 다양한 조건에서 합성된 MgO화합물의 특성분석을 통해 가장 이상적인 조건을 찾아내는 방법으로 연구를 진행하였다. 연구팀은 총 4가지 종류의 입자크기를 갖는 하소된 MgO에 칼슘알루미네이트를 3~6% 질량비로 혼합한 시편을 제작하여 각각의 시편의 기공도, 압축응력 등을 분석하였다.
연구팀의 리더인 Salomao에 따르면 MgO입자의 크기가 시편의 특성에 많은 영향을 미치며 입자의 크기가 작을수록 부피팽창이 적게 일어남은 물론 높은 기공도를 가지기 때문에 부피팽창에 의한 균열을 효과적으로 막을 수 있다고 한다. Mg(OH)2는 380℃~600℃사이의 온도범위에서 분해하며 분해 시 수증기를 발생시키며 이 때 내화물에 균열이 발생한다. 연구팀은 Mg(OH)2의 분해에 의해 발생되는 균열을 최소화 시킬 수 있는 MgO의 하소분위기를 찾기 위한 연구 또한 진행하였으며 그 결과 600℃에서 하소된 MgO분말에 3% 질량비의 칼슘알루미네이트를 포함하는 조건의 경우 가장 이상적인 특성을 보여준다고 한다. ACB

고초점 라만분광법을 이용한 강탄성특성 분석기법
American Ceramic Society(ACS)의 최신호는 편광 고초점 라만분광법(Polarized confocal raman spectroscopy)을 GPS와 같이 사용하여 강탄성 특성을 가진 안정화 산화세륨 지르코니아에서의 상전이 도메인을 찾아내고 분석할 수 있는 기술에 대한 논문을 소개하고 있다.(doi:10.1111/j.1551-2916.2011.04737.x) 논문의 저자인 Boldon과 Gentleman은 라만분광법을 활용하여 지르코니아 기반물질로 구성된 서멀베리어재료의 In-Situ, 비파괴 분석기술에 대한 연구를 진행하였다.
지르코니아의 강화기구에 대한 연구는 오래전부터 활발히 진행되어오던 연구 분야다. 정방정계로부터 단사정계로의 상변화현상을 이용하여 강도를 증가시키는 상전이 경화는 가장 일반적인 강화기구 중 하나이다. 하지만 상전이 강화는 상태도상의 상변화가 일어나는 온도구간에서만 적용가능하기 때문에 800℃이상의 온도구간에서 사용되는 물질의 경우 상변화에 의한 강화기구를 이용할 수 없다. 800℃이상의 고온에서 사용되는 물질의 강화를 위해선 강탄성이라는 국부적 상변화에 의한 강화기구를 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다.
ACS에 소개된 논문의 저자인 Boldon과 Gentleman은 논문을 통해 강탄성 물질은 “최소한 두 개 이상의 에너지적으로 안정한 결정 배열방향을 갖는 물질로 외부의 스트레스에 반응하여 결정의 배열방향이 변화하는 물질”로 정의하고 있다. 정방정 다결정 지르코니아의 경우 각각의 도메인을 구성하는 정방정 결정의 C축 즉, 결정의 방향이 x, y, z방향으로 동일한 비율로 분포되어 있다.
강탄성 물질인 다결정 지르코니아에 하중이 가해지면 다결정 지르코니아를 구성하는 도메인 중 C축이 하중과 평행하게 배열된 도메인의 C축은 외부의 하중과 수직한 방향으로 전이며 이것이 강탄성강화의 기본 메커니즘이다. 강탄성 효과에 의해 정방정계 지르코니아 다결정의 강도가 증가되려면 외부의 스트레스(하중)에 의한 상전이 현상을 통해 에너지흡수가 일어나야 한다. 일반적으로 라만분광법은 벌크물질의 특성분석을 위해 사용된다.
하지만 Boldon의 연구팀은 편광 고초점 라만분광법을 이용 물질의 표면에서 일어나는 상전이 현상을 관찰하는데 활용하는 기술을 개발했다. 연구팀이 개발한 편광 고초점 라만분광법을 통해 얻어진 이미지는 강탄성 상전이가 일어나는 영역을 지도와 같이 보여주며 이미지에 표시된 상전이 영역의 투과전자현미경 분석을 통해 강탄성 상전이 영역의 더욱 자세한 정보를 얻어낼 수 있다. Boldon의 연구팀은 실험을 위해 18% 몰분율의 산화세륨 안정화 지르코니아를 사용하였으며 외부로부터 안정화 지르코니아에 스트레스 가하기 위해 Vicker 압입 경도계와 다이아몬드 모루를 사용하였다. 그림1의 맨위에 있는 사진은 광학현미경을 통해 얻어진 이미지로 점선으로 표시된 영역은 Vicker경도계에 의해 압입된 영역이며 오른쪽 아래의 점선으로 표시된 영역은 압입된 부분으로부터 전파된 균열을 보여주고 있다. 가운데 이미지는 편광 고초점 라만분광법에 의해 얻어진 이미지로 밝은 점으로 표시된 부분은 결정의 C축 방향이 사진의 방향과 수직한 영역을 나타내며 어두운 점으로 표시된 부분은 평행한 영역을 나타낸다. 실선으로 표시된 부분과 같이 균열을 따라 배열된 밝은 영역은 그 부분에서 강탄성 상전이가 일어났음을 알려준다. 가장 아래에 있는 사진은 강탄성 상전이가 일어난 부분을 확대한 이미지 이다.
Boldon과 Gentleman에 따르면 편광 고초점 라만분광법을 이용한 강탄성 상전이 분석은 강탄성 물질의 어느 부분에서 강탄성 상전이가 일어나는지를 GPS처럼 실시간으로 알아낼 수 있게 해주는 매우 유용한 툴이 될 수 있을 것이라고 한다. ACB

그린에너지 기업에 대한 에너지첨단 연구프로젝트사무국의
지원계획 발표
미국의 에너지 첨단연구 프로젝트 사무국 (ARPA-E: Advanced Research Projects Agency-Energy)은 플로우 배터리, 열전소자를 이용한 열회수 에너지, 바이오연료 등의 그린에너지 분야의 기업들과 희토류 대체물질 생산과 관련기업들 중 우수기업을 선정하였으며 선정된 기업들의 제품개발과 상용화를 위한 시설투자비용을 지원한다고 발표했다. ARPA-E의 이번 지원은 기업 당 150만 달러에서 600만 달러 규모로 이루어지며 사업전개가 이루어질 경우 민간투자캐피탈의 참여를 통해 추가적으로 최대 1억 달러의 자금을 추가로 지원할 것이라고 한다. ARPA-E의 지원 프로젝트에 선정된 기업들은 다음과 같다.

[그림] 에너지원별 전력생산량
▶Phononic Device
Phononic Device사는 버려지는 열로부터 전기를 생산해 내는 반도체 물질을 제조하는 기업으로 ARPA-E로부터 300만 달러, 민간투자캐피탈로부터 1100만 달러의 지원을 받는다.
▶Priums Power
Priums Power사는 플로우 배터리 관련 업체로 플로우배터리의 성능을 결정짓는 핵심소재인 고내구성 전극을 제조하는 업체로 ARPA-E로부터 200반 달러, 민간으로부터 1100만 달러의 자금을 지원 받게 된다.
▶OPX Biotechnologies
OPX Biotechnologies사는 박테리아를 이용한 바이오연료 생산기업으로 ARPA-E로부터 600만 달러, 민간으로부터 3650만 달러의 자금지원을 받을 예정이다.
▶Fritz Prinz/Stanford University
Fritz Prinz사와 Stanford University는 기존의 배터리와는 다르게 이온이 아닌 전자의 이동을 이용한 배터리인 All-electron 배터리를 개발하였으며 현재 All-electron 배터리의 상용화에 관한 연구를 진행하고 있다. Fritz Prinz사와 Stanford University는 ARPA-E로부터 150만 달러, 민간투자캐피털로부터 2500만 달러의 자금지원을 받게 된다.
▶Transphorm
Transphorm사는 전력변환소자에 사용되는 갈륨나이트라이드(GaN)기반의 전력용 반도체를 제조하는 업이다. GaN기반의 전력용 반도체는 다른 반도체에 비해 빠른 스위칭특성과 높은 이동도를 가지기 때문에 전력변환 시 발생하는 에너지 손실을 줄여주는 역할을 한다. Transphorm사는 ARPA-E로부터 300만 달러, 민간으로부터 2500만 달러의 자금을 지원받게 될 예정이다. ACB

실리콘 속의 게르마늄 나노-섬에 대한 새로운 고찰
덴마크의 오르후스 대학(Aarhus University)의 연구진은 결정질 실리콘 속에 삽입된 게르마늄 나노-섬(nano-island)의 광방출에 대한 새로운 연구결과를 발표했다. 이러한 나노-섬은 실리콘 칩 속에서 광학적 활동을 할 수 있지만 이런 목적을 달성하기 위해서는 아직 넘어야 할 장애물들이 많이 남아 있다. 현재, 광방출을 하기 위해서 초저온이 필요하고 전하의 오거 재조합(Auger recombination)은 효율적인 광방출을 심각하게 방해하고 있다.
나노-섬에서 전자-홀 쌍(여기자)의 수가 증가할 때 순간 재결합 속도(instantaneous recombination rate)가 급격하게 증가한다는 것을 증명했는데, 이것은 오거-재조합 프로세스의 3체(three-body) 특성을 확인시켜준다.
광학적 여기에 의해서, 수많은 여기자는 훨씬 더 느린 3체 동역학에 따라 초기에 빠른 오거-재결합 프로세스를 이끌면서 나노-섬에서 자발적으로 생성될 수 있다. 이 기간 동안 얼마나 많은 여기자가 섬 속에서 존재하는지를 검출된 빛의 양으로 직접 알 수 있게 했는데, 이것은 오거 프로세스에서 단일 여기자가 없기 때문에 가능했다. 이런 연구결과는 방출된 빛의 스펙트럼 성질을 독립된 정보로 사용함으로써 확인되었다.

[그림] 실리콘 속의 게르마늄 섬

오거-재결합 프로세스는 10 ns 동안 이루어진다. 이 기간에는 게르마늄/실리콘 계면 형상에 매우 민감한데, 이 연구 결과로 재결합의 형상적 효과에 대한 더 나은 이해를 이끌 수 있을 것이다. 또한 방출 프로세스는 단일 실행으로 여기자의 수에 따른 방출 특성을 편리하게 확인할 수 있다. 실리콘 속의 게르마늄 섬에 대한 오거-재결합 프로세스의 상세한 이론적 모델을 이 연구에서 이룰 수는 없었지만 이 결과도 매우 가치있는 것이다.
게르마늄 섬은 실리콘과 게르마늄의 결정질 구조로 되어 있으며 분자빔 에피택시에 의해서 제조되었다. 섬은 약 20 nm의 지름과 몇 nm의 높이를 가진다(그림 1의 상부 그림에서 왼쪽 어두운 부분). 전자-홀 쌍의 광학적 여기는 배주파형(frequency-doubled) 티타늄:사파이어 레이저를 이용했는데, 이것은 100 fs의 펄스 기간을 달성하기 위해서 모드-락(mode-locked)되었다. 이 형광-검출 장치는 1 ns로 시간 해상도가 제한되었다. 이 연구결과는 저널 Nanotechnology에 “Auger-decay dynamics of germanium nano-islands in silicon” 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1088/0957-4484/22/43/435401). GTB

Dow Kokam-ORNL의 차세대 리튬-이온 배터리 실용화를 위한 생산기술개발 프로젝트
▶오크리지국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Lab)은 Dow Kokam사와의 550만 달러
규모의 프로젝트를 수행할 것이라고 발표했다. ‘생산기술개발 파트너쉽(AMP:Advanced Manufacturing Partnership)’이라는 이름의 ORNL과 Dow Kokam간의 이 프로젝트는 차세대 리튬-이온 배터리의 상용화와 생산기술 개발을 목적으로 진행될 예정이다. ORNL은 차세대 리튬-이온 배터리 분야의 독보적인 연구소로 프로젝트를 통해 ORNL은 Dow Kokam사의 연구개발 인력과 함께 차세대 리튬-이온 배터리의 성능향상과 상용화를 위한 공동연구를 진행할 것이라고 한다. ORNL의 뉴스릴리즈에 소개된 기사에 따르면 ORNL과 Dow Kokam사는 AMP프로젝트가 계획되기 전인 2010년 초부터 차세대 리튬-이온 배터리의 전기화학 및 미세구조 분석, 생산공정 및 성능평가 기술 등의 다양한 분야에 대한 공동연구를 진행해 왔다고 한다.

 [그림] 2010 파리모터쇼를 통해 공개한 Dow Kokam사의 자동차용 고용량 리튬-이온 배터리
뉴스릴리즈에 소개된 AMP관련 기사의 제목인 “과학기술 최강국으로서의 미국의 지위 확고화를 위한 노력”은 이번프로젝트에 대한 Dow Kokam과 ORNL이 차세대 리튬-이온 배터리에 매우 높은 기대를 걸고 있음을 보여주는 것 같다. Dow Kokam사는 Dow Chemical사와 TK Advanced Battery LLC, 그리고 Groupe Industriel Marcel Dassault사의 공동출자를 통해 설립된 기업이다. Dow Kokam사는 자동차, 선박 등의 교통 분야에 사용될 고용량의 리튬-이온 배터리를 생산하는 업체로 Dow Kokam사가 개발한 최신 리튬-이온 배터리는 리터 당 500watt-hour의 매우 높은 에너지 밀도를 자랑한다. ACB

ESM(Electrochemical Strain Microscopy)을 이용한 이온이동도 측정 기술
고체산화물 연료전지의 작동에 있어 핵심적인 반응은 산소의 환원반응으로 이 반응은 전해질, 촉매, 그리고 가스의 세 가지 상이 만나는 삼상경계(triple-phase boundary)에서 이루어진다. 세 가지 상의 물질이 만나 서로 반응하는 삼상경계에서 일어나는 반응과 반응이 일어나는 부분에서 벌어지는 다양한 현상들을 관찰하는 것은 매우 어려우며 그 부분을 구성하는 재료의 특성을 평가하는 일 또한 매우 어려운 일이다.
하지만 삼상경계 영역에서의 발생하는 다양한 반응을 관찰하고 이미지화 할 수 있는 기술이 개발된다면 그 기술은 분명 연료전지의 구동 메커니즘은 물론 연료전지의 사용 시 발생하는 각종 문제점들의 원인을 규명하는데 큰 역할을 할 것이다.
“연료전지의 구동원리를 완벽히 규명해 낸다면 연료전지를 구성하는 재료들의 특성을 최적화 할 수 있을 것이며 이를 통해 연료전지의 효율과 수명을 획기적으로 향상시키는 것이 가능할 것입니다.” ORNL 고체산화물 연료전지 연구팀의 리더인 Amit Kumar은 이야기 했다.
Kumar의 연구팀은 얼마 전 Nature chemistry에 개제된 논문을 통해 전기화학 스트레인 현미경(ESM: Electrochemical Strain Microscopy)을 이용하여 고체산화물 연료전지의 고체전해질로 사용되는 이트륨안정화 지르코니아의 표면에서 일어나는 산소 환원과 산소확산을 직접 측정하는 기술을 개발했다고 발표했다. Kumar의연구팀이 개발한 ESM 분석기법은 현재까지 아무도 시도 해본적 없는 완전히 새로운 기술로 ESM분석기법을 이용하면 10나노미터 스케일에서의 전기화학적 반응도와 이온전류를 측정할 수 있다. ESM 분석은 주기적으로 변하는 바이어스가 인가되는 프로브 팁으로 시편의 표면을 스캔할 때 발생하는 이온이동에 의해 표면이 분해되는 현상을 이용하는 기술로 스캐닝에 의해 일어난 분해흔적들이 스캐닝된 표면에 지도와 같이 남아 표면의 특성을 나타낸다.
Kumar연구팀의 웹사이트는 ESM기법에 대해 다음과 같이 설명하고 있다. “전기장이 인가된 팁이 고체 전해질 표면 위를 스캔하며 지나갈 때 이동하는 이온들은 표면의 형태를 변화시키며 스캐팅에 의해 발생한 표면변화의 분석을 통해 전해질 상에서의 전기화학적 반응도와 이온전류를 측정할 수 있다.”

[그림] ESM (Electrochemical Strain Microscopy)를 통해 얻어진 고체전해질 표면 이미지

ESM기법의 유용성에 대해 Nature Chemistry에 개제된 논문의 공동저자이자 미국 세라믹협회(ACerS: American Ceramic Society)의 회원인 Sergei Kalinin은 다음과 같이 이야기 했다. “만일 당신이 연료전지의 구동원리를 이해하기 위해 연료전지 내부를 관찰 한다면 반응에 참여하는 원자들이 어디에 위치해있는 지를 관찰하기 보다는 반응에 의해 만들어진 이온들이 어떻게 이동하는 지를 관찰하고 싶어 할  것입니다. 고체산화물 연료전지 내부에서의 이온은 마치 액체와 같이 움직입니다. 절대 고정된 상태로 있지 않습니다. 고체산화물 연료전지의 효율을 높이기 위해선 이 이온들의 움직이는 속도 즉, 이온이동도를 최대한 높게 만들어야 합니다. ESM기법은 이온이동도를 직접 측정할 수 있기 때문에 이온이동도를 향상시키는 연구에 매우 유용하게 사용될 수 있습니다.”
ESM 기법은 고체산화물 연료전지 이외에도 리튬-이온 배터리, 리튬-에어 배터리, 반도체 등의 이온이동도를 측정하는데 활용될 수 있다. ESM기법에 관한 Kumar와 Kalinin의 논문은 “Measuring oxygen reduction/evolution reactions on nanoscale”(doi: 10.1038/nch-em.1112)라는 제목으로 Nature Chemistry에 개제되었다. ACB

슈퍼컴퓨터 시뮬레이션으로 CNT의 물 침투의 엔트로피 근원을 드러내다

[그림] 갇혀있는 물분자를 나타내는 2.0 nm 직경의 카본나노튜브의 Caltech 시뮬레이션 묘사
최근 PNAS에서 발표된 논문에서 카본나노튜브, 물분자의 수소 결합과 엔트로피 사이의 상호작용에 논의 되었다. 이 연구를 하고 있는 Caltech 연구자들은 이것이 개선된 물 여과로부터 야기될지도 모른다고 말한다.
많은 그룹의 연구원들은 물이 CNTs 안으로 흐르는 경향이 있다고 알고 있었지만 Caltech의 새로운 소식에 따르면 “분자 레벨에서는 안정화된 액체들은 스스로 작은 영역과 같은 곳에 갇히기를 원하는데 아무도 왜 그런지 설명하려하지 않는다” 라고 말한다.
CNTs의 지름에 의존하는 거동은 엔트로피 고려에 의해 일어나는데, 예를 들어 엔트로피는 H2O가 튜브 안으로 들어가거나 물의 수소결합을 깰 때 초래하는 에너지 손실을 능가할 때 증가한다. 이러한 조건들이 만날 때 안정한 물이 미리 튜브 안으로 자발적으로 흐를 수 있다. Caltech의 Material과 Process Simulation Center에 있는 연구원들은 10 직경의 CNTs(0.8-2.7nm)를 고려하였고 크기에 의존하는 3개의 CNT 패턴의 흐름을 발견하였다.
●0.8-1.0 nm 지름의 CNT : 근본적으로 물의 증기와 같은 조건을 만들어 이를 맞추기 위해 물 분자들이 차례로 정렬을 하고 따라서 더 자유로운 운동을 한다.
●1.1-1.2 nm 지름의 CNT : 결정화 된 물과 같은 물 분자들의 작은 더미를 쌓기 위한 충분한 공간이 있다. 그리고 이와 같은 크기의 범위 내에서 엔트로피가 아닌 결합은 물의 침투를 위한 구동력이다.
●1.4-2.7 nm 지름의 CNT : 비록 물이 “더 큰 배열 공간을 가지는 샘플” 이라는 것에 국한될지라도 얼음과 같은 정렬을 유지하기 위한 너무 많은 공간이 존재하고 어떤 수소결합이 깨지는 곳이 존재하지만 또한 액체 상태의 물처럼 거동하기 시작한다.
책임 연구원 Tod Pascal과 William Goddard는 그들이 효율적인 “두개의 상을 가지는 열역학 모델”라 부르는 분자와 분자 사이를 슈퍼컴퓨터 계산으로 대체한 알맞은 시뮬레이션 algorithm을 개발했다. 이 발표에서 Goddard는 “오래된 방법으로는 같은 엔트로피에 도달하기 위해 컴퓨터 처리 시간으로 8년이 걸리는 우리는 지금 36시간 안에 도달한다.”라고 언급하였다.
Goddard는 그들의 업적이 CNTs를 통과하는 물 이동의 이해와 일반적인 나노구조와 나노유체에 관한 소중한 이론적인 기초를 설립하였다고 말한다. 그는 이것이 나노여과 장치로 이어질 수 있고 CNT와 같은 직경크기의 기공을 가지는 슈퍼분자를 만들어 담수화를 위한 가능한 방법을 제안한다. Goddard는 예를 들어 고분자가 용액의 밖으로 물을 “빨아들이기(suck)”하는 것을 만들 수 있다고 말한다. “Entropy and the driving force for the fill-ing of carbon nanotubes with water”. ACB

미국 에너지부(DOE): 연료전지/수소저장시스템의
시장성조사 프로젝트
▶계획 발표
미국에너지부(DOE: Department Of Energy)는 2011년 8월 연료전지와 수소저장 시스템의 시장성을 조사할 3곳의 연구소를 지정, 향후 5년간 총 7백만 달러의 연구비 지원하는 프로젝트를 진행할 것이라고 발표했다. DOE의 뉴스릴리즈에 따르면 선정된 3곳의 연구소는 Directed Technologies Inc, Lawren Berkeley National Lab, Battelle Institute로 이들 연구소에서는 연료전지와 수소저장장치의 생산에 사용될 장비의 가격에서부터 제조에 투입될 인력의 고용에 필요한 비용, 원자재 가격동향 등의 다양한 요소들을 고려하여 생산비용 변화를 예측, 이를 기반으로 연료전지/수소저장장치의 시장성을 분석할 것이라고 한다. 다음은 프로젝트에 참여할 연구소와 수행할 연구에 대한 간략한 소개이다.
▶Directed Technologies Inc.
Directed Technologies Inc.는 두 가지의 연구를 진행할 예정이다. 그 첫째는 승용차 및 버스에 사용될 경량 연료전지의 생산을 위해 필요한 투자비용 및 향후 인력, 원자재 가격동향을 고려한 생산비용을 예측하는 연구이며 두 번째는 수소저장장치의 생산비용 예측을 통한 수소저장장치의 시장성을 분석하는 것이다. Directed Technologies Inc.가 DOE로부터 받게 될 지원금은 700만 달러이다.
▶Lawrence Berkeley National Lab
Lawrence Berkeley National Lab은 250kW이상의 용량을 갖는 대형발전용 연료전지의 시장성을 분석할 예정으로 DOE로부터 190만 불의 연구지원금을 받게 된다.
▶Battelle Memorial Institute
Battelle Memorial Institute는 두가지 분야에 대한 연구를 진행할 예정으로 그 첫 번째는 25kW 이상의 용량을 갖는 백업용 발전기 분야이며 두 번째는 대규모 백업용 발전기 또는 열병합발전 시스템에 사용될 100에서 250kW사이의 용량을 갖는 연료전지의 시장성 조사를 담당할 예정이다. Battelle Memorial Institute는 DOE로부터 총 200만 불의 연구지원금을 받을 예정이다. ACB

시카고랜드에서 새로운 세라믹 금속 할로겐 가로등으로 이룬 건강해 보이는 불빛을 찾다
일부 미국 도시들은 그들의 밤하늘 계획을 위해 대중적인 나트륨등으로부터의 대체품을 찾고 있다. 예를 들어 시카고는 최근 16,300개의 오래된 나트륨등을 세라믹 금속 할로겐등으로 교체하고 있다고 발표였다. 16,000개 이상이라고 하면 아주 많게 느껴지지만 이 도시는 거의 10배에 해당하는 오래된 조명들을 가지고 있는 만큼 단지 상대적으로 아주 작은 단계에 불과하다.

[그림] 더 나은 스펙트럼과 더 저렴하게 작동되는 가로등이 시카고와 다른 도시들에 설치되어있다

시카고는 또한 1,000개의 정지신호(또 다른 작은 양)를 LED로 전환시키고 있다. 도시 계획 설계자는 그들이 불빛 당 전력량의 $40~$70의 돈을 절약할 것이고 세라믹 금속 할로겐 등은 오래된 모델보다 50% 오래 유지될 것이라고 말한다.
새로운 가로등과 정지신호사이에 이 도시는 연간 $1.8 백만 달러의 돈을 절약하고 15,000 미터 톤에 해당하는 CO2 방출을 줄이는 것을 기대하고 있다. 실제의 전환은 $13.8백만 달러에 해당하는 DOE 승인의 유효성 때문에 지금 시행되고 있다. 이 도시의 교통과는 결국 모든 가로등을 대체할 것이라고 말한다.
통화 절감 이외에도 이 도시는 이러한 새발표에서 CMH등이 개선된 빛 스펙트럼을 제공하고 빛의 “오염”을 줄인다고 말하고 “낮은 전력량에도 불구하고 그 조명은 오래된 조명기구보다 밝기 혹은 눈을 위해 더 밝게 나타나고 그리고 물체의 실제적인 색을 제공한다. 게다가시카고의 금속할로겐 조명기구는 그 기구에 따라 50에서 100%사이의 ‘sky glow’(light traveling up, instead of down)을 줄인다.
그들은 또한 ‘빛의 무단침입’(가까이에 있는 건물들 혹은 가정과 같이 원치 않는 공간에서의 빛의 반짝임)을 줄인다”라고 언급하고 있다. 새로운 등의 근원은 명확하지않다. 비록 다른 사람들이 그것은 GE 생산품 이라 생각하지만Chicagomag 웹사이트는 그것이 Philips에서 만든 CosmoPolis 라고 주장한다. Lux 매거진은 올해 초 Pilips와 GE CMH 생산품을 비교했다.
새로운 등이 나트륨등에 의해 제공된 이익으로 인한 보안을 줄일 것인가? Chicago Tribune은 오래된 등이 잘 수행되지 못했다고 보고한다. “미국과 다른 곳에서 큰 규모의 나트륨등 채택 이후로 밤에 모든 물체를 오렌지 색깔로 보이게 만들어서 다른 색으로부터 하나의 색을 말하는 사람의 능력을 감소시키기 때문에 경찰이 용의자의 신원을 확인하는데 방해를 받을 수 있는 것을 보여줌으로 연구가 완료되었다.” Atlantic 매거진에 따르면 뉴욕, 앵커리지, 산호세, 피츠버그 그리고 로스엔젤레스를 포함한 도시들이 가로등을 대체하려고 한다고 말한다. ACB

탄소 나노튜브 변형 센서 개발
1. 연구의 경위
산업 기술 종합 연구소는 수직 배향하는 긴 단일 벽 탄소 나노튜브 (CNT) 필름을 고밀 도화 처리하고 실리콘 웨이퍼에 피복시킨 웨이퍼를 제작하는 데 성공했습니다. 이 고밀도 배향 CNT 웨이퍼를 부드러운 기판의 원하는 위치에 임의의 배향 방향으로 붙여 기술을 개발하고 신축성 있는 고분자 기판과 CNT를 결합 부드러운 장치를 만들 수 있도록 되었기 때문에, 이번 스트레인 센서에의 응용을 시도했습니다.
2. 연구의 내용
그림 1에 CNT 스트레인 센서의 제작 방법을 보여줍니다. 실리콘 기판상에 합성한 수직 배향 단층 CNT 필름을 기판에서 떼어 내고 신축성 있는 실리콘 고무 기판에 필름의 배향 방향이 수평이 되도록 정렬, 이소 프로필 알코올(IPA)에 침지(해 기침) 시킵니다. 이 후 IPA 건조 때 필름의 단층 CNT끼리 흡수 행복하고 고밀도화하고 동시에 단층 CNT 필름을 기판에 흡수, 밀착시킵니다. 이렇게 하여 신축성 기판 위에 고밀도화한 배향 단층 CNT 필름의 웨이퍼를 제작했습니다. 이 제작 시에 배향 단층 CNT 필름의 배향 방향을 기판을 왜곡하는 방향과 직교하도록 하여 CNT 스트레인 센서를 제작했습니다.
CNT 스트레인 센서의 응용으로 호흡 발성 손의 움직임 다리의 움직임을 모니터링 하는 장치를 시작했습니다. 그림2에 측정 결과를 나타냅니다. 무릎의 움직임을 모니터링 하는 스타킹 (그림 2a)는 무릎을 굽히면 변형이 더해져 전기 저항이 증가하고 스트레칭으로 변형이 해제되지 전기 저항이 작아 지지만, 다리의 움직임에 따른 전기 저항의 변화를 감지할 수 있습니다 (그림 2b). 또한 점프를 하는 무릎 빠른 굴신 동작과 착지에 따른 충격을 흡수하는 동작도 감지되었습니다. 또한 장갑의 손가락 각각 CNT 변형 센서를 설치 (그림 2c) 손가락을 움직이면 각 손가락의 모양을 확인할 수 데이터 글로브로의 이용 가능성을 확인하였습니다 (그림 2d). 이러한 CNT 스트레인 센서는 장치로 내구성이 우수하기 때문에 여러 사람이 반복 사용할 수 있습니다.

[그림 1] CNT 스트레인 센서의 제작법

[그림 2] CNT 스트레인 센서를 이용한 무릎이나 손가락의 움직임 모니터링
3. 향후 계획
이번에 개발한 CNT 스트레인 센서는 인체의 큰 움직임도 측정할 수 있으므로 웨어러블 디바이스에의 응용이 가능합니다. 예를 들어 의료 분야에서 개화 시 환자의 움직임을 방해하지 않고 모니터링 하거나 호흡 모니터 및 데이터 글로브로의 이용도 생각됩니다. 또한 컴퓨터 게임의 입력 장치로 레크리에이션 분야에의 응용도 생각할 수 있습니다. 미래 기업 등과의 연계를 추진 장치의 실용화 연구를 진행할 예정입니다. GTB

“꿈의 기술” 초전도 송전 실용화
전기 저항이 제로가 되어, 손실을 크게 줄일 수 있는 “꿈의 기술”이라 불리는 “초전도” 송전 실용화가 시작되고 있다. 스미토모 전기 공업과 후루카와 전기 공업 등 일본 업체의 초전도 케이블 개발 진행 중이며 내년부터는 일본 국내에서 처음으로 실증 실험도 시작된다. 각사 모두 수년 내에 시장이 본격화될 것으로 예상하고 있지만, 원전 사고의 영향으로 실용화가 앞당겨질 가능성도 높다. 현재 일본 업체가 기술적인 우위를 가지지만, 한국 등의 해외 업체의 추격이 거세다.
▶내년 첫 실증 실험
스미토모 전기의 카즈히코 응용 개발 부장은 요코하마 츠루미구에 있는 도쿄 전력 아사히 변전소에서 내년 봄부터 시작 초전도를 활용한 일본 국내 최초의 실증 실험을 실행한다. 실험에서는 50 만 가구 분에 해당 20만 킬로와트의 전력을 초전도 케이블을 사용하여 일반 가정에 이송된다. 일본 국내 초전도 시장의 본격화는 2020년 이후로 예상되며 시장보다 기술이 선행해 왔다. 스미토모 전기는 올해 세계 최대 규모의 초전도 케이블 생산 거점, 오사카 제작소(오사카시 고노 하나 구)에서 케이블 소재의 연간 생산 능력을 1000 ㎞에 배가시켰다.
그 배경에 있는 것이 해외 프로젝트의 급속한 진전이다. 구미 등에서 해상 풍력 발전과 메가 솔러(대규모 태양광 발전소) 등 재생 에너지를 통합한 대규모 계획이 진행 중이며, 이에 따른 스마트 그리드(지능형 전력망) 계획도 확대되고 있다. 재생 에너지의 보급에는 불안정한 발전 출력을 어떻게 극복 하느냐가 과제이지만, 초전도 케이블을 사용하면 송전 손실을 거의 제로로 하여 송전망을 더욱 효율화할 수 있다. 회사도 이미 중국과 독일, 미국 등 실험 시설용 케이블의 출하를 개시하고 해외 수요 획득에 노력하고 있다.
▶양산 태세
고하전공(古河電工)은 10월 유럽 전기 대기업 필립스(네덜란드)에서 미국 초전도 소재 제조 업체 수퍼 파워 인수를 단행했다. 이 회사는 지난 6월 대형 원전 1기 분에 맞는 150만 ㎾라는 세계 최대 규모의 전류를 보낼 수 있는 초전도 케이블 개발에 성공하는 등 기술력으로 선도하고 왔지만, 양산 설비를 가지고 있다. 나카무라 카즈노리 상무는 “원전 사고가 결과적으로 순풍되었다. 초전도 시장은 예상 이상으로 빨리 확대될 전망이다. 슈퍼 파워를 인수하여 구미 시장에서 본격 전개에 목표를 붙여 2년 후 양산을 시작한다”고 전했다.
초전도 케이블은 전기 저항이 제로가 되는 극저온에서 전류를 흘리는 전선이다. 일반적으로 구리에 전기를 흘리면 전기 저항에 의해 약 5%의 손실이 발생하지만, 초전도는 이것이 제로가 되어 송전 효율이 높아진다. 초전도 현상은 1911년 발견된 올해로 100 년째를 맞이하지만, 그래도 실용화는 아직이다.
80년대에 고온 초전도 소재가 주목 일본 국내외 기업들이 대거 연구 개발에 나섰다. “실용화는 곧”이라고 했지만, 붐은 오래가지 않았다. 초전도 소재 가공이 생각 외로 어렵고, 경기 침체로 철수가 잇따르고 있다.
▶해외 동향
붐이 꺼진 이후에도 꾸준히 연구를 계속하고 있던 기업이 있다. 그 중에서도 스미토모 전공과 고하전공(古河電工)은 레어 메탈 (희소 금속) 등을 원료로 한 초전도 케이블 개발에 성공하였다. 기술적인 우위에서는 일본 업체가 시장을 획득할 가능성은 높다.
단, 해외 세력도 가만히 있지는 않는다. 한국의 LS 전선과 프랑스 넥상 등이 초전도 케이블 개발에 성공하였다. 특히 LS 전선은 올 가을 미국 초전도 케이블 소재의 유력 메이커 아메리칸 슈퍼 컨덕터 등과 공동으로 한국에서 송전 실험을 시작, 일본 업체를 격렬하게 뒤쫓고 있다.
노무라 증권 금융 경제 연구소에 따르면 초전도 케이블 관련 투자는 2030년까지 일본 미국 유럽에서 1670억 달러(약 13조 560 억 엔)으로 예상되며 80%가 구미 투자이다. 일본 국내에서는 초전도 기술을 이용한 자기 부상 열차 실험도 행해지고 있지만, 실용화는 27년 예정이다. 반면 해외에서는 초전도의 국가 프로젝트가 잇따르고 있다. GTB