통해 규모의 효과로 신규 진입자의 경쟁에 대응하고 있다.
유럽, 미국, 인도와 같은 국제 광전지시장의 규모가 비교적 빠르게 증가하고 있지만 중국의 광전지시장은 아직 실질적 으로 가동되지 않아 전체적으로 규모가 여전히 작은 편이 며 광전지 발전소의 특허권 프로젝트의 낙찰 전기요금이 크게 인하했다. 유럽 광전지시장은 동 산업에 대한 정부의 보조금이 점차 감소하면서 2011년 시장 수요의 위축이 나 타날 것이며 신흥 국가들은 동 수요를 미봉하기 어려울 것 이다. 따라서 2011년 세계 광전지시장의 수요의 증가속도 는 30%를 초과하지 않을 것이다. 중국의 광전지 산업사슬 의 생산능력의 집단적인 확장이 예상되지만 각 세분 산업 별로 시장 수요가 달라질 것이다. 중국의 광전지기업들은 생산능력의 대폭적인 확장에도 불구하고 2011년에 상당 한 다결정체 규소를 수입하여 국내 시장의 수요를 만족시 킬 것이다. 전체 산업의 발전 속도가 둔화된 상황에서 비록 현재 다결정체 규소산업의 평균 마진이 30%에 달하지만 시장 가격이 소폭 하락하면서 평균 마진도 20%대로 하락 할 것이다. 또한 이에 의해 중국의 규소 결정체 전지 절편과 부품산업의 원가 압력이 다소 감소하면서 제품의 판매가격 도 다소 인하할 것이다.
(씨스켐, 2011년 3월 23일)화학산업도 스마트그리드로 날개단다
화학기업들이 스마트그리드(Smart Grid) 시장에 적극 적으로 눈을 돌리고 있다. 신/재생 에너지를 비롯해 전기자 동차(EV), 이차전지를 이용한 ESS(Energy Storage System) 등 스마트그리드 관련분야는 화학산업과 연관이
깊기 때문이다. 국내 화학기업들도 스마트그리드를 신 사 업으로 지정해 적극 추진하고 있다. 시장 관계자는“신/재 생에너지와 전기자동차가 이슈로 부상하면서 전력망을 이 용해 에너지를 전력화하는 스마트그리드에 대한 관심이 높 아졌다.”며”전력기업들이 우선적으로 스마트그리드 사업 에 나서고 있지만 신/재생에너지 및 전기자동차, 전지 등은 화학과의 연계가 필요해 화학기업들의 참여가 증가하고 있 다”고 밝혔다. 스마트그리드는 전력의 생산, 운반, 소비 과 정에 IT기술을 융합해 공급자와 소비자가 서로 상호 작용 함으로써 효율성을 높이는 지능형 전력망 시스템으로, 통 신기업과 건설기업이 최적의 주거 및 사무환경을 만들기 위한, Smart Place, 전기자동차와 충전소, 배터리교환소 를 구축하는 Smart Transportation, 풍력과 태양광 등 신 /재생에너지 생산과 저장, 전력망 연계 구축을 위한 Smart Renewable, 지능형 송전망, 디지털 변전소 및 전력시스 템 통합을 위한 Smart Power Grid, 소비자에 맞는 다양 한 전력서비스를 설계/운영하는 Smart Market 등 5개분 야가 있다. 신/재생에너지에 2차전지가 신사업 부상화학기 업들은 신/재생에너지, 에너지 저장장치(ESS), 전기자동 차 충전기, 전력 IT 등에 관심을 기울이고 있다. 에너지 저 장장치는 신/재생에너지의 변동성을 평준화시켜 에너지가 남을 때 저장함으로써 소비가 많을 때 다시 사용할 수 있게 도와주는 개념으로 리튬이온전지(Lithium-Ion-Battery) 나 수퍼 캐퍼시터(Super Capacitor) 등이 사용되고 있다.
(화학경제연구원, 2011년 3월 21일)
초고온 상태의 쇳덩어리 공중부양 성공
초고온 상태에서 물질을 공중에 띄워 고유 특성을 파악 하는 장치가 국내에서 개발됐다.
한국표준과학연구원(KRISS) 온도광도센터 이근우 박
사 연구팀은 특정물질을 용기에 닿지 않는 상태로 초고 온·과냉각의 극한환경이나 유사 우주환경을 만들 수 있는 정전기 공중부양장치를 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 정전기 공중부양장치를 이용해 1500 ℃ 이상
에서 철강 재료를 공중 부양된 상태로 녹여 철강소재의 응
고 온도 및 과냉각 온도, 물질상태의 변화 온도, 비열과 잠 열, 밀도 등에 대한 특성을 측정했다.
정전기 공중부양장치는 양쪽 금속판에 전기장을 흘려보 내 가운데 들어있던 물질이 공중으로 부상하도록 하는 원 리다. 부상한 물질에 레이저 빛을 쪼여 액화할 수 있다.
이근우 박사는“재료를 담는 그릇이 필요 없어 연구대상 물질이 용기와의 접촉에서 생기는 오염이나 측정 오류, 측 정 신호의 감소 등을 사전 차단할 수 있다”며“항공·우주 뿐만 아니라 공금속, 세라믹, 철강, 군사, 의료 등의 분야 물 질연구에 다양하게 활용 가능하다”고 말했다.
이미 미항공우주국(NASA)나 유럽우주국(ESA), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA) 등도 우주왕복선과 항공기 제트엔진 등에 쓰일 초내열강 물질 개발에 공중부양 장치 를 이용하고 있다.
이근우 박사는“우주환경을 이용한 연구는 국가 간 기밀 이어서 상호 정보교환이 어렵다”며“천문학적인 예산이 드 는 생물, 물리, 화학, 재료, 기계 등의 우주실험을 효과적으 로 수행하는 밑거름이 될 것”이라고 말했다.
(전자신문, 2011년 5월 6일)
식물광합성 모방 수소 생산기술 개발
식물의 광합성을 모방해 햇빛과 물로 청정에너지원인 수 소를 대량 생산하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
에너지가 높은 자외선이 아니라 가시광선을 이용하고, 고 체를 이용한다는 점에서 기존 기술과 차별화된다.
서울대 이종협 교수는 가시광선에 잘 반응하는 두가지 광 촉매를 나노(10억분의 1미터) 크기로 조합하고 두 물질 사 이에 금 나노입자를 넣은 ‘인공광합성 나노입자’를 개발, 물을 수소와 산소로 분리하는 데 성공했다고 밝혔다. 광촉 매는 빛을 쪼이면 자신은 변하지 않고 반응물을 다른 물질 로 변화시키는 물질을 말한다.
이 교수팀은 먼저 티타늄의 원소 몇 개를 탄소로 바꾼 ‘탄 소도핑 이산화티탄’이라는 새로운 구조의 물질을 만들어냈 다. 이 물질은 가시광선에서도 전자를 잘 받아들여, 결과적 으로 에너지가 낮은 가시광선을 받아 에너지를 높이는 효과 가 있다. 광합성 시 식물의 효소와 같은 역할을 하는 것.
이어 가시광선에서 자유전자를 쉽게 제공하는 특성이 우
수한 황화카드뮴(CdS)을 나노 크기로 쪼개 탄소도핑 이산 화티탄과 조합시켰다. 황화카드뮴에서 발생한 자유전자는 다른 광촉매 물질에 비해 반응활성이 매우 커 물을 분해해 수소를 발생시킬 수 있다. 여기에다 두 물질 사이에 금 나노 입자를 도입해 전자가 원활히 전달되도록 했다. 이 모습은 마치 농구공 위에 반쪽자리 삶은 계란을 여러 개 붙여놓은 듯하다.
이렇게 만들어진 입자에 물과 가시광선을 가하자 물이 수소와 산소로 분리됐다. 식물의 광합성은 이 후 또다른 과 정을 거쳐 물과 이산화탄소가 결국 물과 포도당, 산소로 바 뀐다.
실험 결과 이 인공광합성 나노입자는 기존 연구성과에 비 해 5배 이상 많은 양의 수소를 생산하는 것으로 확인됐다.
이종협 교수는“이번 연구는 식물 광합성을 모방한 신개 념 광촉매 기술 개발뿐만 아니라, 물에서 수소를 생산하는 신재생에너지 분야에도 적용되는 의미 있는 성과”라고 밝 혔다.
이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 중견연 구자지원사업(도약연구)과 세계수준연구중심대학(WCU) 사업의 지원을 받아 이뤄졌으며, 연구결과는 나노물질 분 야의 학술지인 ‘ACS 나노’4월호에 게재됐다.
(디지털타임스, 2011년 5월 3일)
빛으로 손쉽게 자가치유되는 고분자 코팅
손쉽게 구할 수 있는 광원을 이용하여 자가 치유할 수 있
는 고분자 기반의 물질이 미국 및 스위스 연구팀에 의해 개
발되었다. ‘Metallo-supramolecular polymers’로 불
리는 이 물질은 갈라진 틈이나 손상부위를 채울 수 있는 흐
름성 있는 액체성으로 자외선을 1분 이내로만 조사하여도 재응고된다. 이것은 독창적이고 혁신적인 재료연구로, 독 특한 고분자 재료의 다재다능성과 특성을 활용하면 기술적 문제를 해결하고 사회에 이바지하는 기회를 찾을 수 있다 고 국립과학재단 재료과학분과(Division of Materials Research)에서 고분자 프로그램을 맡고 있는 Andrew Lovinger는 밝혔다. 본 연구를 위해 미국 클리블랜드의 케 이스웨스턴리저브대학(Case Western Reserve University) 의 Stuart J. Rowan, 스위스 Adolphe Merkle Institute of the University의 Christoph Weder 및 매릴랜드 무기연구소 (Army Research Laboratory)의 Rick Beyer가 참여하였 다. 케이스 웨스턴 리저브대학에서 응용재료연구실을 맡고 있는 고분자공학 및 과학과 교수이자 주저자인 Stuart Rowan은, 비록 그 크기는 작지만 특정한 약한 분자간력의 장점을 활용하여 마치 거대한 분자처럼 움직인다는 측면에 서 이 고분자를 나폴레옹 콤플렉스(Napoleon Complex) 에 비유하고 있다. 본 연구는 사실 기초연구에 해당하며, 독 특한 특성을 갖는 매트릭스 즉, 독특한 기능성과 유용성을 가진 물질의 개발에 노력하고 있다고 Adolphe Merkle Institute의 디렉터이자 고분자화학 및 재료과 교수인 Christoph Weder는 밝히고 있다. 이 새로운 물질은 supramolecular assembly라는 메커니즘에 의해 형성된 다. 긴 체인과 같은 분자들로 구성된 보통의 고분자와는 달 리, 이 물질은 작은 분자들로 구성되어 있으며 metallo- supramolecular polymers를 형성하기 위해 분자접착제 (molecular glue)로 금속 이온을 사용하여 긴 고분자와 같 은 체인으로 조립될 수 있도록 되어 있다. 비록 이런 metallo-supramolecular polymers가 보통의 고분자와 많은 유사한 거동을 보이지만, 강도가 높은 자외선에 노출되 면 조립된 구조는 잠시 분해된다. 이런 변화는 원래 고체물 질이 흐름성이 좋은 액체물질로 전환하도록 한다. 다시 광선 의 조사가 멈추면, 이 물질은 다시 조립되고 응고된다. 또한 원래의 특성도 되살아난다.
(KISTI, 2011년 4월 25일)탄소나노소재, 3차원 조립기술 개발
최근 CNT(탄소나노튜브)나 그래핀 등 나노미터 크기의 탄소나노소재들이 새롭게 발견돼 학계와 산업계로부터 많
은 관심을 끌고 있다. 꿈의 신소재로 불리는 그래핀과 탄소 나노튜브는 탄소원자가 2차원적 평면상에 벌집 모양으로 결합된 화학구조로, 다이아몬드보다 강도가 높으면서 잘 굽 혀질 수 있고, 투명하면서도 전기가 잘 통하는 등 우수한 특 성들을 가지고 있다. 하지만, 자연 상태에서는 뭉쳐있거나 층층이 쌓여 흑연을 이루고 있어 개별적으로 분리하기 어려 운 문제점이 있었다. 이에 분자조립 나노 기술의 세계적 연 구그룹인 KAIST 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 그래 핀과 탄소나노튜브를 3차원 형태로 조립하는 원천기술을 개발했다. 또한 값싼 천연 흑연으로부터 단일층의 그래핀 유도체를 매우 높은 순도로 얻어내는데 성공했다. 김상욱 교수는“그래핀계 탄소소재의 넓은 표면적, 우수한 전기전 도성, 기계적 유연성 등의 우수한 물성을 차세대 2차전지나 태양전지, 디스플레이 등에 이용하기 위해 필요한 중요한 기술적 진보를 이루었다”며“탄소소재 연구에서 세계적 선 도그룹으로 인정받고 있음을 다시 한 번 확인했다”고 말했 다. 연구결과는 신소재분야 세계적 학술지인 Advanced Functional Materials 4월 22일자에 특집기획 초청논문 (Invited Feature Article)으로 발표됐다.
(화학경제연구원, 2011년 4월 25일)
독특한 이온성 액체 전지
독특한 경량의 에너지 저장 장치를 개발할 수 있는 새로
운 방법이 있다는 명백한 증거가 미해군연구소 소속의 재
료공학연구소의 과학자들에 의해 제시되었다. 부식성의 위
험한 액체 기반의 전지가 주류를 이루는 시대에서 벗어나,
비휘발성의 열에 안정적인 이온성 액체(ionic liquid)를 사 용함으로써 다양한 새로운 형태의 전지가 출현할 것으로 기대되고 있다. 산성이 높은 전해질을 사용하는 대신에, 이 온성 액체와 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)로 구성 된 고체 고분자 전해질의 제조와 방전압이 1.8볼트에 이르 는 독특한 형태의 고체전지 개발을 위해 이온성 액체가 사용 된다. 이온성 액체의 독특한 성질은 전지 분야에서 특히 눈 에 띈다. 이온성 액체는 상온에서 용해된 상태의 염(salts) 으로 존재하며, 증기압의 거의 없고 비가연성이며 다양한 전기화학 혹은 산업공정에서 반응성이 적은 많은 중요한 특 성들을 보유하고 있다. 다양한 전기화학적 공정에 이온성 액체를 사용하기 위한 관심의 증가는 이온성 액체의 높은 열 및 전기화학적 안정성에 기인한 것이라고 Thomas Sutto 박사는 밝히고 있다. 이 새로운 형태의 고체전지는 보통의 알칼라인 전지를 모방한 것이지만, 부식성 전해질을 더 이 상 필요로 하지 않는다. 부식성의 전해질을 사용함으로 인 한 사용상의 제약으로 인해 표준적인 전지의 기하하적인 형 태를 구현하는데 제한이 많으며, 전지를 보관하기 위한 내 부식성 용기를 필요로 하게 된다. 비수용성 전지에서의 reactive ionic liquid를 사용함으로써, 전통적인 전지에서 발견되는 산화망간(manganese oxide, MgO)과 아연과 같은 높은 알칼리성의 전해질을 위험한 물질을 대체할 수 있 다. 전기화학적 실험에서, 이런 reactive ionic liquid가 고 체 및 액체 전지 모두에서 전해질/분리막(separator) 역할 을 할 뿐만 아니라, 전지에서 전기화학적 반응을 일으킬 수 있다는 것을 알게 되었다. 일차 및 이차 전력원으로 비수용성 물질을 사용하게 되면, 이산화망간, 이산화납 및 산화은과 같 은 표준 양극 및 음극 물질을 사용하여 전지를 설계할 수 있게 된다. 본 연구의 핵심으로 이용되었던 이온성 액체는 1-ethyl- 3-methylimidazolium hydrogen sulphate(EMIHSO
4) 이지만, 질산염 및 dihydrogen phosphate 음이온을 기반 으로 할 경우에도 같은 용도로 사용될 수 있었다.
(KISTI 글로벌동향브리핑, 2011년 4월 19일)
차세대 초고밀도 메모리 소자 개발
초고밀도 집적이 가능한 차세대 메모리 소자를 국내 연 구진이 개발했다.
교육과학기술부와 한국연구재단은 이효영 성균관대 교 수 연구팀이 유기 라디칼 화합물을 이용, 매우 얇은 박막 형 태의 비휘발성 메모리 소자를 만드는데 성공했다고 밝혔다.
유기 라디칼(radical)은 분자구조상 적어도 1개 이상의 홀 전자를 포함한 유기 화합물을 말한다.
이처럼 물질의 분자구조 자체를 이용, 메모리 기능을 실 현하는 ‘분자 메모리 소자’의 경우 기존 메모리와 비교해 전자가 드나드는 인위적 ‘게이트’등이 필요 없기 때문에 단위 면적당 초고밀도 집적이 가능하다. 더구나 이번에 개 발된 유기 라디칼 메모리는 분자량이 1000 이하의 저분자 형태라 두께는 더욱 얇고 성능은 뛰어나다는 게 연구팀의 설명이다.
연구팀은 두 개의 금 전극 사이에 라디칼 상태의 나이트 록사이드(nitroxide)를 끼워 넣는 방식으로 메모리를 제작 했다.
이 교수는“이번 연구는 유기 라디칼을 활용해 만든 최초 의 저분자 메모리 소자로, 앞으로 휘어지는 배터리나 분자 컴퓨터 등에 응용될 수 있다”고 밝혔다.
이 논문은 지난 8일 화학분야 저명 학술지인 ‘앙게반테 케미’인터넷판에 실렸다.
(디지털타임스, 2011년 4월 18일)
Trevira, 부직포용 PLA 소재 개발
독일의 폴리에스터 업체인 Trevira는 NatureWorks
와의 제휴를 통해 바이오폴리머인 Ingeo를 이용한 세계
최초의 부직포用 PLA 소재 및 특수 폴리에스터 소재를 개
발했다고 밝혔다. 동 제품은 INDEX 2011 부직포 전시회
에 출품되었으며, 위생용 및 기타 고기능성 분야에 활용할
수 있을 전망이다. 관계자는“대다수 섬유분야와 마찬가지
로 부직포 분야도 지속가능성이라는 문제가 이슈화되고
있다”고 언급했다. 또한, “폴리에스터는 무독성, 가스발생
전무, 재활용 용이, 에너지 생산을 위한 연료로의 사용가
능 등 다양한 환경에 적합한 특성을 가지고 있다”며, “또
한, 외피역할을 할 수 있으므로 의료 및 식품용 분야에도
적합하다”고 밝혔다. Trevira는“Oekotex Standard
100과 같은 제품인증이 폐사의 지속가능성 측면에 매우
중요한 요소이며, DIN ISO 14001 및 ISO 9001 등과 같
은 환경/품질표준도 중요하다”고 설명했다. “Trevira의 친환경 제품은 금번 Ingeo 제품의 개발과 함께 기존 소재 를 대체하려는 수요업체의 요구사항을 만족시키는 데 기 여할 것“이라고 덧붙였다. 금번 신규발표 제품중 특수 폴 리에스터소재 중 하나는 열접착용 이성분絲로서 냅킨, 여 성용 제품 등 위생용 외에 방다/필터용 소재 등 자동차용 분야에 활용될 수 있다. 다음으로는 hydro-entangled 부 직포에 적합한 특수소재로서 습식 및 미용wipe 제조 등에 활용할 수 있다. 그 밖에 airlaid/wetlaid 부직포에 적합한 short-cut 섬유로서 위생용 제품 혹은 제지분야에 적합하 며 이성분絲와 유사한 분야에 활용이 가능하다. 난연섬유 의 경우 단열, 필터 및 침구용 충진재로 활용이 가능하며 기타 수요업체의 요구에 맞춘 특수제품도 생산, 공급하고 있다. 한편, 생분해성 섬유인 PLA는 재생가능한 식물유래 섬유로서 spunlace, wet-laid, carding 분야에 적합하 도록 개발되었다. 기본적으로는 습식 wipe, 위생용 제품, 기능성 부직포에 적합할 것으로 보인다. 동 제품은 위생용 을 위주로 수요업체 등을 통한 품질테스트가 진행 중이며, 동사는 향후 PLA 이성분絲를 개발할 계획이다.
(씨스켐, 2011년 3월 17일)
히타치, 3세대 리튬-이온 전지 공개
