Update2024.04.29 (월)
그린환경에너지연구본부는 크게 그린환경기계 연구분야와 에너지플랜트 연구분야로 나눌 수 있다.
1.그린환경기계 연구분야
저탄소 녹색산업 및 제로에미션(Zero-Emission) 청정화에 대응하는 환경기계 장비 기술을 개발하는 분야로서 폐기물 플라즈마 자원환경 기계기술, 친환경 저탄소 엔진 기계기술, 유해가스 청정화 및 신재생에너지 기계기술 등을 중점육성하고 있다.
주요연구 목표는 폐기물 자원순환형 플라즈마 가스화 복합 환경기계 기술 개발, 수송용 저탄소연료 이용 엔진 핵심기술 개발, CO₂ 회수형 그린발전 및 청정 환경기계 시스템 핵심기술개발 등이다.
주요 성과로는 PFCs처리용 플라즈마 반응기 개발, DPF 재생용 플라즈마 버너기술 개발, 생활폐기물 열분해 용융시스템 개발, 폐FPR 선박 용융안정화 설비기술 개발, LFG를 이용한 350kW급 전소형 가스엔진발전시스템 개발, 황산미스트 및 미세분진 제거를 위한 발전소용 습식전기집진기 개발 등이 있다.
플라즈마 자원 연구실, 그린동력연구실, 신재생청정시스템연구실이 이 분야에 속한다.
●플라즈마자원연구실
플라즈마자원연구실은 플라즈마 원천기술을 이용 폐자원의 에너지화 및 활용을 극대화하는 응용 기술을 개발하고 있다.
플라즈마 발생 및 소재 관련 원천기술, 탄화수소로부터 수소 및 합성가스를 생산·응용하는 연구와 더불어 저부가가치의 폐자원으로부터 고부가가치의 에너지를 생산하는 연구, 폐차 잔재의 청정 에너지화 연구에 이르기까지 녹색 환경 기술의 근간이 되는 다양한 기초 및 응용 기술에 대한 개발을 수행하고 있다.
연구실에는 기계, 화공, 원자력 등 다양한 전문분야를 가진 11명의 정규직 연구원과 6명의 위촉연구원이 최근 사회의 화두가 되고 있는 녹색 성장에 기여할 수 있는 기술 개발에 매진하고 있다.
지난해 전체 연구비는 55억여원으로 7건의 SCI논문을 포함 55건의 국내외 논문 및 학술발표를 수행하면서 19건의 특허출원과 12건의 특허등록이라는 성과를 거뒀다.
연구실의 대표 연구사업은 ‘플라즈마 가스화 기술’. 플라즈마 복합 가스화 공정을 이용, 기존 가스화 공정보다 청정하게 더 높은 품질의 합성가스를 얻을 수 있는 신기술 분야다.
우리나라는 2006년 기준 전체 신재생에너지의 76%를 폐기물에너지로부터 공급받고 있는데 5%로 잡혀 있는 내년도 국가 신재생에너지 공급목표량 중 57%를 폐기물에 의한 공급으로 계획하고 있다.
때문에 폐기물을 단순 소각 처리하는 것이 아니라 폐기물로부터 양질의 에너지를 얻어 낼 수 있는 이 기술은 단순한 환경문제 이상의 경제적, 기술적 가치를 지닌다.
실제 지난해 연구실에서는 RPF의 플라즈마복합 가스화를 이용, 농도 80% 이상의 합성가스를 얻어내는데 성공했다.
연구실은 그 외에 플라즈마 원천기술과 관련해 경유차 DPF 재생용 플라즈마 버너를 기술 이전해 현장에 적용하기 시작했고 지구온난화 기체인 반도체공정가스의 처리를 위한 플라즈마 스크러버 기술, 반도체공정용 리모트 플라즈마 기술 등을 기술이전한 사례가 있다.
또 순수국내기술로 개발된 생활폐기물 가스화 용융로를 개발, 상용화 설비 건설에 성공하는 쾌거를 이루기도 했다.
연구실은 앞으로 플라즈마 복합 가스화의 실용화를 위한 추가 기술 개발 및 다양한 녹색 기술의 개발을 통해 저탄소 녹색 사회의 구현에 앞장설 것이다.
●그린동력연구실
그린동력연구실은 자동차용 엔진과 같은 동력원의 저공해화 및 고효율화 구현을 위해 새로운 연소기술과 배출가스 저감기술, LPG, 천연가스, 수소등을 비롯한 대체연료 이용 엔진기술을 연구하는 팀이다.
현재 18명의 정규직 연구원이 연구에 매진 중에 있으며, 주요 장비로 16개의 엔진실험용 동력계와 배출가스분석계 등 각종 측정장비를 갖추고 있다.
주요 연구성과로는 지난 1999년부터 연구실을 중심으로 국내외 핵심연구기관들이 컨소시엄을 이뤄 오랜 연구 끝에 기술 개발에 성공한 LPG자동차용 제3세대 LPG액상분사방식(LPLi, Liquid Phase LPG Injection)기술과 2004년 이후 국내 산업계와 공동으로 개발해 상용화에 성공한 전기히터방식 매연여과장치, 금속 필터 등 경유운행차용 매연여과장치 기술, 김포매립지의 매립가스를 이용한 가스엔진 발전시스템 등이 있다.
올해는 신개념 고효율 엔진기술, 신에너지 또는 대체에너지 이용 엔진기술, 배출가스 저감 기술 등 3가지 분야의 연구에 집중하고 있다.
신개념 고효율 엔진에 대한 연구로는, 가솔린 직접분사식 엔진개발, LPG 직접분사식 엔진개발, Air-hybrid 구동시스템 개발, 스크롤방식 스터링엔진 개발 등이 진행되고 있다.
신에너지이용 엔진기술로는 고효율 합성가스 엔진 발전시스템 개발, 수소-천연가스 혼합연료 엔진 개발, 미활용에너지 청정 고밀도화 기계기술개발이 진행되고 있으며, 배출가스 저감 연구로는 오프로드(off-road) 자동차용 배기후처리장치개발, 비산먼지 방지기술, 이동형 자동차배출가스 측정시스템 연구 등이 진행되고 있다.
앞으로 그린동력연구실은 우리나라 관련 산업발전을 선도하기 위해 글로벌 트렌드인 연비 향상, 이산화탄소 배출 저감, 저공해 자동차엔진 기술 및 부품기술 개발 연구에 매진할 계획이다.
●신재생청정시스템연구실
총 15명의 정규직 연구원과 23명의 위촉 연구원들로 구성돼 있는 신재생청정시스템연구실은 입자·기체상 유해물질의 제로에미션(Zero-Emission)화를 추구하는 청정시스템 기술, 순산소 연소 및 연료전지 시스템과 폐자원·폐열의 고품위 신재생 에너지 변환·이용 기술 개발 등을 통해 환경오염문제와 화석에너지위기를 해결하기 위한 국가 기간기술을 제공하고 있으며 지난해 SCI 13편, 국내 6편 등 총 99편의 논문 발표와 52건의 특허 실적을 보유하고 있다.
유해물질의 제로에미션화 연구 관련해서는 초미세 나노입자와 황산화물 등의 유해가스 고밀도 마이크로 하전, 나노 펄스 방전, 유전체 정전 제어 기술을 응용한 초청정 환경 제어 시스템 개발 연구를 수행 중에 있다.
대표적 연구로는 반도체 공정의 부식성 가스에서 유해 초미세 입자를 처리하는 탄소섬유 하전 및 유전체 박막 정전 집진 기술 개발을 들 수 있는데 이와 관련 지난해 2억6,000만원의 기술료를 계약한 바 있다. 추후 자동 세정형 친환경 실내 및 대기 공기 제어 기술 및 가스화 복합발전 등의 저탄소 발전용 고온 집진 세정 기술의 산업화 및 녹색 성장을 위한 핵심 기술 개발 연구를 수행할 계획이다.
청정발전기술 연구로 연료전지 시스템 모델링·시뮬레이션(M&S), 고효율 연료전지 주변설비(BOP) 개발, 고압 순산소 연소를 이용한 발전시스템 개발, 석탄가스 연료전지 복합발전(IGFC) 시스템에 대응하기 위한 순산소 연소 및 터빈기술 개발, 발전용 가스 터빈 연소기 개발 등을 수행하고 있다.
추후 선박용 연료전지 시스템 M&S 및 BOP 개발, 순산소 연소 발전시스템 실증 그리고 화력 발전 플랜트의 연료 다변화 대응 등으로 연구의 폭을 확대할 예정이다.
신재생 에너지 변환·이용 기술 개발 관련해 폐기물 고형연료(RDF) 제조 장치 기술 개발, RDF안전저장 및 고품질화 기술 개발 및 그린바이오 고밀도 액체연료 생산 기술 개발에 관한 연구를 수행하고 있으며, 지난해 이 분야에서 3억여원의 기술료를 징수했다.
특히 지구온난화가스 저감 및 신재생에너지 분야 신기술 개발을 위해, 미활용 바이오매스를 고밀도 액체 연료화해 환경친화적 재생에너지를 생산하는 기술개발에 주력하고 있으며 향후 기존 화석연료 시장을 대체할 그린바이오에너지원인 친환경 바이오원유를 적극 이용, 난방 및 전력생산에 활용함으로써 고유가 및 CDM에 능동적으로 대처한다는 방침이다.
2.에너지플랜트 연구분야
열유체기술을 바탕으로 에너지발생, 변환, 이용 및 신재생에너지 관련 플랜트의 공정설계 및 핵심기계 고효율화 기술 개발을 주요 연구 영역으로 하고 있는 에너지플랜트 분야는 에너지플랜트연구실, 에너지기계연구실, 플랜트안전신뢰성연구실로 이루어져 있다.
에너지플랜트와 같은 에너지시스템의 최적화 및 구성품의 고효율화 연구를 통해 에너지 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 안전에 대한 연구를 수행하고 있으며, 중점 사업으로 극저온 냉각시스템, 고효율 유체기계, 고성능 히트펌프, 원전용 기기의 신뢰성 및 성능평가 등에 관한 연구를 수행 중이다.
주요 연구목표로는 에너지플랜트 원천기술 개발 및 핵심기자재 개발을 위한 국가적 사업인 ‘Eco-Ener 플랜트 경쟁력확보사업‘, 국내 산업의 천연가스 플랜트 시장 공략을 후방지원하기 위한 ‘LNG·극저온용 기기 성능평가센터 구축사업’, 원자력 플랜트의 안전 및 핵심기기 국산화를 위한 ‘증기용 기기 운전성능시험 기술개발 사업’ 등이 있다.
대표적인 연구성과로는 고압에너지 회수형 컴팩트 역삼투식 해수담수화장치 개발, 적외선 센서 냉각용 스털링 냉동기 개발, 선박용 첨단 소화시스템의 소화성능 평가 및 설계해석 기술 개발 등이 있다.
●에너지플랜트연구실
에너지플랜트연구실은 미래의 에너지자원 개발 및 이용의 효율화를 위하여 필수적인 에너지플랜트와 관련된 핵심기술 개발을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 고부가가치 플랜트의 설계 기술 및 신개념 에너지플랜트의 원천 기술 개발에 관련된 연구를 수행하고 있다.
대상으로 하고 있는 플랜트에는 여러 종류의 가스플랜트와 담수화플랜트 등이 있고, 플랜트를 구성하고 있는 핵심기기 중에 열교환기, 밸브, 에너지회수장치 등에 대한 연구를 병행해 수행하고 있다.
그 외에 냉난방 및 산업용으로 사용되는 열펌프의 고효율화, 초소형 기기 응용을 위한 마이크로 열유체 소자, 반도체 소자 세정에 많이 사용되는 메가소닉 세정기술 개발 등 에너지 관련 일반 산업용 장치에 대한 연구도 수행하고 있다.
에너지플랜트연구실의 연구인력은 책임연구원 4명, 선임연구원 6명, 선임기술원 3명으로, 향후 가스플랜트, 담수플랜트 등 에너지플랜트 관련 기술개발에 연구역량을 집중할 계획이다.
가스플랜트와 관련해 에너지플랜트연구실에서는 천연가스, 수소, 이산화탄소 등의 액화, 수송과 관련된 기술에 대한 연구를 수행하고 있다.
천연가스 액화(액화온도 -162°C)를 위한 극저온 액화공정에 사용되는 열교환기를 마이크로 채널 구조를 이용해 개발하고 있으며 실사용 조건의 극저온 환경 열교환기 성능평가 시험 설비를 구축하고 있다.
수소는 액화온도가 -253°C로 천연가스 보다 매우 낮은 온도에서 액화되는데, 미래를 위한 기술로서 에너지기계연구실, 플랜트안전신뢰성연구실과 공동으로 고효율 수소액화기술을 개발하고 있다.
또한, 발전소 등의 이산화탄소 대량 배출원에서 포집된 이산화탄소를 효율적으로 수송해 저장하기 위한 기반기술인 이산화탄소 액화 기술, 포집된 이산화탄소의 지중격리에 필요한 이산화탄소 지중저장용 기계시스템의 공정기술 및 기자재를 개발하고 있다.
이 기술들은 지구온난화 방지를 위한 이산화탄소포집 및 저장(CCS, Carbon Capture & Storage)에 있어서 기계분야의 핵심기술이라 할 수 있다.
해수 담수 플랜트는 연구실에서 지속적으로 연구해온 분야로, 역삼투식 담수기술 및 소용량 고압 에너지회수 기술을 개발했으며 지난 2007년부터는 효성에바라와 함께 대용량 에너지회수장치를 개발 중에 있다.
또한 지난해부터 역삼투식(reverse osmosis) 해수담수화기술을 대체하기 위한 신기술로서 국내 최초로 저에너지형 정삼투식(forward osmosis) 해수담수화기술에 대한 연구를 진행하고 있다.
정삼투 기술은 세계적으로도 막 걸음마 단계에 있는 태동기술이다. 그리고 이 정삼투 기술을 역으로 운전하면 삼투압 발전이 가능하기 때문에, 담수화 기술과 함께 삼투압 발전 기술도 개발 중에 있다.
현재 4개의 기업과 4개의 대학 및 2개의 연구소가 참여해 지식경제부 지원의 Eco-Ener플랜트 경쟁력 확보사업의 일부로 진행 중에 있다.
밸브 분야와 관련된 연구로는 대일무역역조 개선에 기여하는 LNG 운반선 및 LNG 플랜트에 설치되는 극저온용 안전밸브를 개발하고 있으며 이와 함께 안전밸브의 성능시험설비 구축 및 평가절차를 개발하고 있다.
열교환기 분야와 관련된 연구로는 현재 개발 중인 천연가스 액화용 열교환기 관련 연구성과를 이용하여 이산화탄소 및 수소 액화용 열교환기 개발로 연구 분야를 확장하려 하고 있다.
미세유체소자분야는 마이크로바이오분야에 응용하기 위한 마이크로채널, 마이크로분리기, 마이크로믹서, 마이크로펌프 등에 대한 연구를 수행한 바 있다. 이 기술은 대량으로 질병을 진단하는 바이오칩과 극미량 혈액에서 혈장을 분리, 혈당을 검출하는 휴대형 혈당진단기기 등에 사용된다.
지난해부터는 마이크로채널기술을 기반으로 수중에서 용존산소를 분리하는 인공아가미기술에 대한 연구를 진행하고 있으며, 수중에서 동작하는 마이크로연료전지, 휴대형 수중 호흡기, 담수화기술, 물고기로봇기술 등에 응용이 예상된다. 특히 인공아가미기술은 창의적인 원천기술의 확보가 기대되는 분야다.
메가소닉 세정 기술은 반도체 제조공정에서 100nm 이하의 웨이퍼 미세패턴에 부착된 보다 미세한 입자의 세정에 필수적인 기술이다. 메가소닉 기술의 가장 중요한 특징은 패턴에 손상을 주지 않으면서 효과적으로 세정이 되도록 하는 것인데, 개발에 있어서는 메가소닉 진동자의 균일한 음압분포가 중요한 성능 지표다.
연구실에서는 진동자의 구조에 따른 음압분포 해석을 통해 메가소닉 진동자를 최적 설계하는 음압제어기술을 확립하고, 음압분포를 획기적으로 개선할 수 있는 연구를 수행하고 있다.
에너지플랜트연구실의 플랜트 분야 연구는 현재 시작단계이나 열·에너지시스템 분야의 지속적인 연구를 통해 축적한 기술을 이용, 최근에 지열원 및 폐열원 수축열 냉난방 시스템 최적화 기술, 공기 열원을 이용한 고온 축열식 컴팩트형 냉난방 시스템, 열연 ROT(Run Out Table) 현장 열유속 측정 기술, 반도체 세정용 초음파장치 기술 등을 기업체에 이전한 실적이 있다.
●에너지기계연구실
에너지기계연구실은 고효율화를 기반으로 에너지 발생·변환 기술의 고도화를 추구해 펌프, 압축기, 터빈 등의 유체기계를 포함하는 고효율 에너지기계기술, 극저온 냉동기술 및 센서·엑츄에이터 기술을 개발하고 있다.
중요성과로는 ‘적외선 센서 냉각용 스터링 극저온 냉동기 개발’을 들 수 있는데 군수용으로 야간 해안경비 및 감시, 조준 망원경 등에 사용되는 적외선 야간 투시경은 액체질소(-196℃) 이하의 온도 조건에서 선명한 영상을 만들어 주기 때문에 극저온 냉동기가 필요하다.
이에 연구실은 기동 및 휴대가 용이한 적외선 센서 냉각용 스터링 극저온 냉동기를 개발, 지난해 군사용으로 적합 판정을 받았다.
또 ‘선박추진용 워터젯(Waterjet) 사류펌프 개발’ 역시 군 함정용 중형 워터젯 추진시스템의 사류펌프를 개발해 축소모델 시험에서 세계 최고 수준의 효율(92%)을 달성 했으며 축소모델 사류펌프 장착 시험선의 실해역 시험을 완료하고 군사용 적합 판정을 받았다.
현재 진행 중인 주요연구과제로는 ‘LNG 극저온기계기술시험인증센터’ 구축사업이 있다.
LNG 선박 및 극저온용 기기의 국제공인인증센터를 구축하는 이 사업은 해당 분야 기기의 설계, 시험, 상품화 등을 포함하는 전 주기적 제품 개발 지원을 위한 것으로 지난 2008년 시작돼 오는 2012년까지 총사업비 421억원(한국기계연구원 180억원, 경남도 160억원, 김해시 81억원)을 들여 경상남도 김해시 주촌면 일반산업단지 내에 설치된다.
연구실은 고효율 저비속도 수직배럴형 다단원심펌프 개발, 냉동용량 4kW급(77K) 모듈형 스터링 극저온 냉동기 개발, 위성 적외선 열영상장비용 고수명 소형 극저온 냉동기 개발, 압전구동형 밸브·펌프·센서 응용 기술개발, 수압구동(Aqua Drive) 청정 에너지 시스템 기술개발 등을 주요 연구과제로 설정, 이 분야 연구에 주력할 계획이다.
●플랜트안전실뢰성연구실
플랜트안전신뢰성연구실에서는 ‘미래사회 대비 에너지플랜트 안전·신뢰성 기술 개발’을 목표로 고유가와 기후변화협약에 대응 가능한 신개념 에너지 플랜트 설비의 경쟁력 확보를 위한 설비 및 기기의 안전·신뢰성 기술개발을 위한 연구를 수행하고 있다.
주요 연구분야는 플랜트안전, 원자력안전, 화재안전 분야로 구분돼 있다.
플랜트안전 분야에서는 수소액화플랜트 안전·신뢰성 핵심기술 및 지중배전선의 열화진단을 위한 스마트 센서 네트워크 등에 대한 기술개발을 수행 중이며, 원자력안전 분야에서는 증기용 기기 운전성능 시험기술과 대일무역역조 대응 고신뢰성 고온밸브 등에 대한 기술 개발을, 화재안전 분야에서는 가상현실(VR)기반 소방안전대응 시뮬레이터와 철도차량 및 역사용 화재진압장치 및 성능평가방법 등에 대한 기술을 개발하고 있다.
연구인력은 책임연구원 5명, 선임연구원 6명, 선임기술원 2명으로 구성돼 있다.
특히 화재안전 분야에서 연구 중인 VR 기반 훈련용 종합 모의훈련 시뮬레이터는 가상환경에서 화재를 재현, 체험 및 소방훈련을 수행할 수 있는 실감영상기반 시뮬레이터로서, 소방공무원의 화재종류별 현장 대응력 제고를 통해 소방안전 대응효과를 극대화하며 일원화된 지휘·통제로 소방자원의 상호 협조체제를 구축할 수 있는 특징을 가지고 있다.
본 연구를 통해 사실적 화재상황 시뮬레이션의 요소기술 및 통합기술을 확보할 수 있으며, 일반 대중들이 직접 체험할 수 있는 체험관, 학습관 등에 적용해 설치·운영이 가능하다.
또한, 선박용 미분무수(Water Mist)소화시스템, 포말(Foam)소화시스템, 질소소화시스템 등에 대한 성능평가 기술을 기업에 이전, 1억3,300만원의 기술료를 계약했으며, 향후, 수탁처에서 상용화를 계획하고 있다.
원자력안전 분야의 증기용 기기 운전성능시험 기술개발 연구에서는 주요 대용량 안전밸브 및 원전용·일반산업용 대용량 관로기기의 성능검증시험 설비 및 인증체계 구축을 목표로 기술개발이 진행되고 있으며 여기서 구축된 시험설비를 이용해 오는 2012년부터 국내에 가동 중인 원전 및 신규원전의 안전밸브에 대한 성능시험을 시행할 준비를 하고 있다.
에너지 플랜트(해양플랜트, 정유, LNG, LPG 등)에서는 다양한 폭발성, 유독성 화학물질이 사용돼 사고위험이 상존하고 있으며 플랜트 설계의 주요 목표는 이러한 위험도를 낮추는 데 있다.
이는 플랜트 공정설비의 위험도 분석과 기계설비의 안전설계를 통해 이루어지게 되는데 에너지 플랜트 설계의 원천기술을 확보하기 위해서는 에너지 플랜트의 공정, 기기배치, 운영 중의 발생 가능한 모든 위험성(Hazards)을 평가, 계측, 정량화해 설계의 적합성을 분석하는 위험도 기반 안전 설계 기술, 이를 바탕으로 하는 플랜트 기계류의 설계, 시운전 및 운영에 필요한 안전기술 등의 연구개발이 필요하다.
플랜트안전신뢰성연구실의 이 분야 연구는 현재 초기단계지만 관련 기술 확보를 위해 연구역량을 집중하고 있다.
