| 초록 |
1. 연구목표 1) 최종목표 - 지속가능한 태양에너지원을 이용하여 고부가 화학물질을 선택적으로 제조할 수 있는 광에너지 전환물질을 활용하는 혁신적인 태양광 화학공장(Solar Chemical Factory) 핵심 원천기술을 개발 - 목표효율(1단계, 3년): 태양광 화학공장 시스템 태양광에너지 변환효율 효율(STF) > 2% under 1 sun of AM 1.5G simulated sunlight 2) 연차별 기술개발수준(TRL) 현황 3) 2017년도 목표(1단계, 2년차) - 광촉매 박막화 및 효율 향상 기술 개발 - 새로운 탄소계 광촉매 및 C 60 Polymer 가시광 광촉매 물질 개발 - 신규 광촉매를 이용한 CO 2 전환반응 개발“목표효율 STF(Solar to Fuel) > 1.5 %” 2. 주요 연구내용 1) 광촉매 박막화 및 효율 향상 기술 개발 - 태양광을 이용하여 고부가 화합물을 제조할 수 있는 광촉매의 박막화 및 효율 향상 기술 개발 - 목표효율 달성: 태양광 에너지 변환효율(Solar to Fuel) 1.5 % under 1 sun of AM 1.5G simulated sunlight 2) 새로운 탄소계 광촉매 및 C 60 Polymer 가시광 광촉매 물질 개발 - 가시광 에너지를 고효율로 전환하여 태양광 화학 공장시스템에 적용 가능한 고부가 화합물 제조용 신개념의 구조 및 특성을 지닌 광촉매 물질 개발 3. 주요 연구개발 결과 및 성과 1) 광촉매 박막화 및 효율 향상 기술 개발 - 필름형 광촉매 제조 과정에서 코팅 면의 두께 및 코팅 횟수 조절 기술을 개발하여 COF 광촉매의 우수한 재사용 가능성과 촉매 안정성을 부여하여 우수한 광화학 특성을 지닌 필름형 CTF 광촉매 광촉매 개발 (2017년 3월 특허 출원, 출원번호: 10-2017-0037455) - 태양광 에너지 변환효율(Solar to Fuel) 1.5 % 목표 효율 달성 2) 새로운 탄소계 광촉매 및 C 60 Polymer 가시광 광촉매 물질 개발 - 탄소 나노점들(CDNs)이 -C-O-Si- 결합 패턴을 통해 실리카 네트워크에 확실하게 연결되어 균일한 로프니스를 지니며, 일정한 공극 직경을 지닌 메조포러스 물질로서 탁월한 가시광선 감응성을 갖는 탄소 나노점-실리카(CNDSH: carbon nanodots-silica hybrid) 광촉매 개발(2017년 8월 ChemCatChem에 논문 게재, inside cover로 선정; 2017년 11월 현재 특허 출원 중) - C 60 풀러렌 분자 구조를 치환하여 특별히 설계된 기능성을 부여하여 구조적으로 안정적이며, 기능적으로 강력하여 광유기된 전하의 재조합 과정을 지연시켜 광전환 반응에 필요한 에너지 공급 과정이 원할하게 작동되는 필름 형태를 갖는 C 60 Polymer 가시광 광촉매물질 개발 4. 활용분야 및 계획 - 기후변화대응 핵심기술 분야 전반에 걸쳐 국가차원의 원천기술 확보와 기술경쟁력 제고를 위해 시급히 추진이 필요한 미래 유망 기술 분야임 - 향후, 본 과제 관련 학연 협동의 중-장기 대형국책사업을 유치 할 수 있도록 향후 사업단 규모의 과제기획을 추진할 계획임 5. 기대효과 1) 과학기술적 관점 - 태양광 융합시스템 원천기술의 확보를 통한 세계 기술력 및 관련 시장 주도 - 융복합 분야의 미래 실용화 기술 창출 2) 경제적 관점 - 나노기술 전 분야와 대체에너지 생산 및 청정 화합물 생산 분야에 미치는 경제적 효과는 산술하기가 어려울 정도로 막대할 것으로 예상 - 개발 성공시 세계 Sustainable Chemicals의 미래 시장 주도 가능 3) 사회적 관점 - 태양광 에너지 전환 분야는 기초 및 실용화 연구의 후속 실증 공정 및 시스템 구축 등 산업 전반에 파급효과가 큼 - 광에너지기술의 ET, NT, BT 분야와의 연계를 통한 학제간 융합은 핵심 소재의 생산, 응용, 실용화 분야에서 다양한 신규 산업과 고용 창출 가능 6. 차년도 (1단계 3년차) 연구 계획 1) 태양광을 이용하여 고부가 화합물을 제조할 수 있는 태양광 화학 공장시스템의 고효율화 2) 태양광 이용 CO 2 to CO 선택적 전환 기술 개발 3) 태양광 화학 공장 시스템에 적용 가능한 고부가 화합물 제조용 반응 기술 개발 7. 출구전략 1) 핵심 기술 확보 전략 - 본 기술은 정밀화학산업, 제약산업, BT 산업 전반에 파급효과가 막대한 고부가가치 창출형 광전환소재 및 필수 보조 소재 등의 미래 핵심소재 생산이 가능한 미래 원천 핵심기술임 - 현재 가시광 광촉매 기술의 최고 수준은 화학연이 보유하고 있으며, 고효율 광촉매의 제조/생산 기술의 확보가 시급한 실정으로, 최우선 순위로 안정성이 높은 고효율 광전환 기술 개발이 필요 2) 상용화 전략 - 본 기술의 미래 상용화를 위해서는 고효율의 대규모 반응이 가능한 가시광 광촉매의 개발이 선결되어져야함 - 향후 장기적으로 실수요자인 에너지 관련 산업체와의 실증화 사업을 통하여 파일럿 규모에서 기술 검토/개선이 필요함 3) 타 연구사업 연계 전략 - 정부 각 부처의 기후협약대처, 신재생에너지 및 친환경 생산기술 및 국제공동연구 등의 연구 사업에 ET-BT-NT 분야의 밀접한 협동 연구를 통한 대형국책사업을 유치하기 위한 과제기획 추진이 필요 ( 출처 : 2017년 주요사업 연구결과 요약서 2p ) |
