지난 호에서는 ‘산업기술지도의 이해’라는 제목 으로 산업기술지도에 대한 개념, 목적, 유형 및 작 성방법 등을 간략히 소개하였다. 산업기술지도란 먼저 미래에 개발되어야 할 특정 신제품 또는 신 기술을 예측한 후 이 제품 또는 기술을 개발하기 위하여 실행되어야 하는 정책적, 기술적 지향로를 거꾸로 찾아가는 방식으로 작성된다. 즉, 미래 수 요를 충족시키기 위하여 대체기술을 알아내고, 선 택하며, 개발하는 것을 돕는 요구지향적 기술 계 획 과정의 결과로 기술지도가 제작되는 것이다.
전세계적으로 국가차원 또는 산업 및 기업차원 에서 새로운 경제환경에서의 경쟁력 확보를 목적 으로 각종 비전을 담은 기술지도가 많이 작성되고 있으며, 최근 국내에서도 산업자원부 및 과학기술 부를 중심으로 기술지도가 작성되고 있어 기술지 도에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 부응하여 본고에서는 미국의 Vision 2020에서 화학공학과 관련되어 작성된 기술지도를 소개하고 분석함으 로써 앞으로 국내 화학공학 관련 기술지도 작성에 견인차 역할을 하고자 한다.
Vision 2020 및 기술지도
미국 DOE의 산업기술국(Office of Industrial Technology, OIT)에서는 미국 산업의 경쟁력 향 상을 목적으로 화학산업과 같은 에너지 다소비형 산업에 대하여 2020년까지 원료 및 에너지 소비 절감과 폐기물 배출 저감을 위한 구체적 방안을
마련하도록 하였다. 이에 따라 화학산업에 대해서 는 300개 이상의 화학회사와 관련협회들이 공동 작업을 통하여 2020년 화학산업에 대한 통합된 비 전을 제시하는 보고서 ‘Technology Vision 2020:
The U.S. Chemical Industry’(Vision 2020)를 작 성한 바 있다[Vision 2020 보고서 및 관련 로드 맵에 관한 web site 참조: www.chemicalvision 2020.org, www.ccrhq.org/vision]. 1996년 작성된 이 비전 보고서에는 다음 4가지 핵심 기술 분야에 대하여 생산성 및 비용 효율 향상, 에너지 소비량 절감, 환경 보전 등의 총괄적인 목표가 제시되어 있다.
① new chemical science and engineering tech- nology
② supply chain management
③ information systems
④ manufacturing and operations
Vision 2020의 해당 기술 분야 목표를 달성하고 세부기술영역에 대한 체계적인 연구개발 전략을 수립하기 위하여 산업체 주도의 기술지도 작성 작 업을 시작하였다.
Vision 2020의 기술지도는 산업체의 수요 측면 에서 해당 기술 분야에 대한 목표를 설정한 후, 산·학·연의 공동 워크샵을 통하여 현재 기술 수 준으로 해당 목표를 달성할 때 어려움을 파악하고, 남석우·홍성안
한국과학기술연구원 연료전지연구센터, {swn, sah}@kist.re.kr
이를 해결하기 위한 핵심 기술 영역 및 세부 연구 개발 사항을 도출함으로써 작성되었다. 현재까지 9개 분야(①biocatalysis, ②combinatorial che- mistry, ③computational chemistry, ④compu- tational fluid dynamics, ⑤ materials of con- struction, ⑥materials technology, ⑦new pro- cess chemistry, ⑧reaction engineering, ⑨separa- tions)에 대한 기술지도가 완성되었으며, 이외 분야 에 대해서도 기술지도가 계속 작성되고 있다. 이 중 여기에서는 반응공학, 분리기술, 신공정화학의 세 분 야에 대하여 작성된 기술지도를 분석해 본다.
목표 및 세부 분야
상기 화학공학 관련 기술지도를 작성할 때 공통 목표로 설정된 사항은 원료 이용율, 물 및 에너지 사용량, 유독물 및 오염물 방출량을 현저히 저감 시킨다는 것이며, 정량적으로는 2020년까지 다음 환경경제지표를 30% 줄인다는 것이다.
물, 에너지 사용량, 원료 이용량, 유독물 및 오염물 방출량 환경경제지표 = ---
가치의 증가
(value added = 수익–원료가격)
이외에도 C1 화합물의 이용 20% 증대, 새로운 연구개발 수단에 의한 시장진입시기 30% 단축, 매년 15% 새로운 생산품 제작 및 적용 증대, 생산 비 25% 절감 등의 목표를 신공정화학 분야에서 찾아볼 수 있다. 이러한 목표에는 21세기 사회경 제적 변화에 따라 산업의 변화가 불가피하다는 인 식아래 미국 화학산업의 기술 경쟁력을 유지/확 보하기 위해서는 생산품의 품질을 향상시키고, 단 위 투자비와 운영비를 저감시키며, 설비를 보다 유연하게 가동하고자 하는 Vision 2020의 내용이 담겨 있다.
한편 기술지도를 작성할 때 목표 달성을 위해서 제시된 다양한 시나리오 및 이에 따른 연구개발 내용을 분류하여 몇 가지 세부기술 분야를 결정하 고 이에 대한 기술지도를 그리게 되는데, 화학공 학과 관련된 기술지도에서 결정된 세부기술분야 를 살펴보면 [표 1]과 같다.
반응공학 기술지도
반응공학 기술지도[Vision 2020 Reaction Engineering Roadmap, A.I.Ch.E, 2001]는 1999 년 미국화학공학회에서 주최한 워크샵을 통하여 작성되었다. 산업체, 학교, 정부연구소에서 46명의 표 1. 화학공학 관련 기술지도에서 세부기술분야
Industrial Segment –Basic Chemicals –Specialty Chemicals –Pharmaceuticals –Polymers Technology Segment
Reaction –Reactor System Design and Scale-up Engineering –Chemical mechanisms
–Catalysis –Novel Reactors Cross-Cutting –Expermental tools –Simulation Model –Sensors –System Integration –Adsorbent –Bioseparations –Crystallization –Ditlute Solutions Separations –Distillation
–Extraction –Membranes –Separative Reactors –Ion Exchange –Novel Feedstock New Process –Reaction Media
Chemistry –Process Conditions/Equipment –Cross Cutting(catalysis and others)
기술분야 세부기술분야
전문가가 모여 위에서 언급한 목표를 달성하기 위 하여 반응공학 분야에서 향후 필요로 하는 연구개 발 내용을 정리하였다.
먼저 산업부문에서 현 기술의 한계와 이를 극복 하기 위하여 필요한 연구개발 분야를 [표 1]에서 와 같이 기본화학제품, 특수화학제품, 제약제품, 고분자 및 중간체로 나누어 브레인스토밍을 실시 한 후 이 결과를 바탕으로 반응공학 기술부문의
기술지도를 작성하였다. 기술부문은 반응시스템 설계 및 대형화, 화학반응 메커니즘, 촉매 및 신형 반응기의 4부분으로 분류하여 세부기술 별로 연 구개발 내용을 정리하고, 여기에 우선 순위를 부 여하였으며, 또한 연구개발 수행 시기를 단기 및 중장기로 분류하였다. 최종적으로는 연구개발의 상호 연관관계를 파악하여 [그림 1]과 같은 반응 공학 기술지도를 완성하였다. 여기서 보면 반응공
그림 1. 반응공학 기술지도.
학의 여러 분야에 대하여 다소 광범위한 기술 내 용이 언급되어 있으며, 단기 및 중기 개발 목표가 제시되지 않아 반응공학에 대한 총괄적 기술지도 임을 알 수 있다. 반응공학 기술부문에서 우선 순 위가 가장 높게 나타난 연구개발 내용을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
반응시스템 설계 및 대형화: 미세가공기술을 이 용한 마이크로 반응기 제작과 이를 이용한 반응시 스템 설계 데이터 확보, 모델 검증을 위하여 필요 한 물리화학 및 이동현상 특성 데이터의 효율적 확보, 실험실, 파일럿 및 실제 공장 규모의 반응기 특성분석 및 규모별 반응기 거동의 상호관계 규명 방법 개선.
화학반응 메커니즘: micro-kinetic 실험 능력 확 보, 반응 모델에 용매영향 통합 방법 개발, 공정 화학 및 모델링을 결합하는 도구 개발, 분자 구조
로부터 거시적 특성 및 반응속도 특성 예측 방법 개발.
촉매: in-situ 특성분석 및 센싱 방법 개선, 촉매와 반응기를 동시에 최적화시키는 시스템 통합 기술 개발, 고체 매트릭스를 위한 촉매 및 연료전지 촉 매 개발.
신형 반응기: 자기조립 반응기, 급속 가열/냉각 반응기, 접촉이 개선된 반응기, 외부 필드의 도움 을 받는 반응기, 광합성 반응기, 극한환경 반응기 개발 등.
한편 연구개발 내용 중 반응공학의 일부분 또는 전체에 걸쳐 공통적으로 필요한 주요 부분을 실험 적 도구, 모델링, 센서, 시스템 통합의 4부분으로 따로 정리하여 연구개발의 우선 순위를 설정하고, 상호 연관관계를 파악하여 [그림 2]와 같은 기술
그림 2. 반응공학 공통 연구개발 분야.
지도를 작성하였다. 보다 향상된 실험실 규모의 반응기와 on-line 센서는 모델의 입력 데이터를 제공하는데 필요하며, 성능이 향상된 모델은 반응 기를 효율적으로 설계하고, 화학공정을 최적화하 는데 사용된다. 열역학 및 반응속도 데이터는 이 러한 모델에 입력하기 위하여 필요하다. 시스템 통합화는 새로운 기술을 실제에 적용하는데 시간 과 경비를 절약시켜 준다. 이러한 기술개발이 수 행되면 그 결과로부터 생성물에 선택성이 높고 수 율 및 순도가 높은 제품의 생산이 가능한 반응기 가 제작될 수 있으며, 이 반응기를 사용하는 시스 템은 원료 및 에너지가 적게 소모되고 폐기물 방 출량이 적으며 신제품 생산에 보다 적합할 것으로 기대된다.
분리기술지도
분리기술지도[Vision 2020 Separations Road- map, A.I.Ch.E., 2000]는 흡착, 결정화, 증류, 추 출, 막분리, 분리반응(separative reactors), 이온 교환의 7개 분리기술과 공통분야로서 생물분리공 정(bioseparations) 및 묽은 용액(dilute solutions) 과 관련되어 미국화학공학회 주관으로 개최된 4번의 워크샵에서 얻어진 결과를 종합하여 제작 되었다. 분리공정은 산업에서 투자비 및 운전비의
40~70%를 차지하므로 기술지도를 통하여 핵심 기술을 분석하고 이를 개발하여 적용하면 에너지 사용량 저감 및 폐기물 배출량 절감에 큰 기여를 하리라 기대된다. 현재까지 알려진 분리기술은 적 용기간 및 기술의 성숙도에 따라 [그림 3]과 같이 다양한 분포를 보이고 있으나 모든 기술이 아직까 지 개선의 여지가 남아있으며, 특히 최근 하이브 리드형 분리공정 개발 가능성이 높아져 가능한 모 든 분리공정분야에 대한 기술지도가 필요하게 되 었다. 세부 분리기술별로 필요한 연구 중 가장 우 선 순위가 높은 것은 아래와 같이 나타났다.
흡착: 선택성, 안정성 및 구조가 보다 향상된 흡착 제, 흡착제 성능 예측 도구, 흡착 공정 설계 및 상 업적 적용 가능성 예측 수단 개발.
결정화: 기/액 평형 및 결정 성장 메커니즘 분석 을 위한 물성 데이터 및 분자 모델링 능력 개발, 과포화 정도 측정 기기 개발.
증류: 물리적 현상에 대한 이해 향상, in-situ 샘플 링 방법 향상, 유체 흐름 가시화 방법 개발, 성능 예측 모델링 도구 개발.
추출: 새로운 용매 개발, 기초적인 물리적 공정에 대한 상세한 이해, 보다 향상된 물성 데이터베이 스 제작.
막분리: 연구 결과의 경제성 분석, 가동성 및 적용 성이 뛰어난 막분리 시스템 개발, 새로운 분리막 재료 개발, 경제적인 표면적 증대 기술 개발, 성능 예측 모델 개발.
분리 반응기: 새로운 재료, 우선 순위 설장을 위한 경제성 평가, 설계 능력 향상.
100 Years
First Use
Invention Patent Activity Wanes
Filtration
Froth Flotation Extraction Melt Crystallization
Decantation
Solution Crystallization Centrifugation Azeotropic Distillation
Ion Exchange Adsorption: Liquid Adsorption: Gas
Membranes: Gas Membranes: Liquid Leaching Liquid Membranes
Affinity Separations Dilute Solutions
Technical Sophistication
Use
Distillation
그림 3. 분리공정의 성숙도.
이온교환: 선택도가 향상된 새로운 재료 개발, 효 과적인 재생 방법 개발, 저가 물질 개발, 혁신적인 이온교환 장치 및 하이브리드 시스템 개발.
생물분리공정: 보다 적용성이 높은 촉매 개발, 막, 추출, 흡착 및 혼성 분리기술에 기초를 둔 생물분 리기술 개발, 물성 데이터 확보, 성능 예측 모델의 확장, in-vitro 합성기술 개발, closed-loop 발효공 정 개발.
묽은용액 분리공정: 물리적 현상 및 분자간 화학 에 대한 보다 상세한 이해, 물성 데이터베이스 개 선, 성능 예측 모델 개선, 하이브리드 시스템 등을 이용한 분리기술 개선.
이 중 묽은 용액 분리에 관한 기술지도는 [그림 4]와 같으며, 수용액으로부터 미량의 이온성 물질 및 유기물질 분리와 유기용매로부터 미량의 오염
물질 제거에 대한 현황, 미래 예측, 현 기술의 한 계, 필요한 연구개발 내용이 자세히 분석된 후, 기 초 자료, 예측 모델, 재료 및 장치와 공정 시스템 분야로 나뉘어 기술지도가 작성되었다.
한편 분리기술 전분야 또는 일부 분야에 걸쳐 공통으로 요구되는 연구개발 사항은 신재료, 신 물성 자료, 신 예측 모델, 파일럿 플랜트 시험을 통한 실제 기술 적용 가능성 시험 등이 있다. 하이 브리드 분리공정 개발도 공통적으로 연구개발이 필요한 분야인데 생물공정 및 묽은용액 분리공정 에 특히 요구된다.
신공정화학 기술지도
신공정화학 기술지도[New Process Chemistry Technology Roadmap, A.C.S., 2001]는 1999년 및 2000년 미국화학회에서 주최한 5번의 회의를 통하여 작성되었다. 원료가 매체(media)와 함께 반응공정을 통하여 생산품으로 변화하는 화학공
그림 4. 묽은 용액 분리기술 지도.
정에서 원료, 매체 및 반응공정에 대하여 필요로 하는 연구개발 내용과 촉매와 같은 공통분야에 대한 연구개발 내용을 정리하였다. 우선 순위가 높은 연구개발 내용은 [표 2]와 같다.
여기서 화학공학과 관련된 공정 부분을 살펴보 면 필요한 기술은 신형 촉매반응기로서 음파반응 기, 미세반응기, 매우 짧은 접촉시간 반응기, 분리 막과 결합된 반응기 기술이다. 새로운 반응공정은 경제적이면서 보다 균일한 반응이 일어나도록 해 야하고, 공정에 유연성이 높으며, CO
2
배출량 절 감에도 효과가 있어야 한다. 또 다른 기술개발 분 야로는 클로로알칼리 공정에서 새로운 전기화학 및 신형 반응기를 적용하여 에너지 소모량을 30%줄이는 것이다.
공통 기술개발 부분으로는 촉매 개발이 있으며, 탄소/탄소 및 탄소/수소 결합의 활성화를 위한 촉 매, 특히 산화촉매의 개발이 필요하며, 이들 촉매 는 앞으로 C1 화합물을 원료로 사용할 때 필수적 일 것이다. 중요한 화학제품에 선택성이 높은 촉 매 개발도 또 다른 연구개발 분야이다. 선택성을 향상시키는 방법으로 플라즈마나 마이크로웨이브 등 외부 에너지를 사용하는 반응기를 고려할 수 있다. [그림 5] 및 [그림 6]에 화학공정 및 촉매관 련 기술지도를 각각 나타내었다.
한편 신공정화학 부문에서는 신촉매, 대체 용매 개발을 위하여 유망한 도구로서 조합(combi- natorial) 기술과 전산 설계 기술 개발, 그리고 경 제성 조기 평가 기술 개발도 언급하고 있다.
표 2. 신공정화학에서의 최우선 연구개발 내용
Nobel Feedstocks Reaction Media Process
Cross Cutting Condition/Equipment
New/better technologies(from catalysts to reactors) for conversion of C1 molecules (e.g., photocatalysts, thermal catalysts, electrocatalysts, low temperature conversion) Cost-effective production and selective catalytic methods for use of H 2 O 2 , N 2 and O 2
Catalysts for photo- decomposition of water into hydrogen, and photochemical CO 2 fixation
Capability to use formate esters and other CO 2 -derived molecules as chemical building blocks
Exploration of entirely new chemistries in new media Solvent-less processes for polymerization and organic chemicals
Differentiated examples of key chemistry with improved yield and selectivity(base or acid-catalyzed reduction- oxidation)
Alternative processing media (e.g., supercritical media, water, plasmas)
Kinetic and thermodynamics of mass transport processes in alternative media (time limits, polar/non-polar solvents, surfactant behavior, diffusion coefficient, viscosity, dissolution rates)
Alternative reactor concepts (biomass & petrochemical) New cells/cell chemistry for chlor-alkali production Novel, scalable reactor designs using alternative techniques such as plasmas, microwaves, electrochemistry, photochemistry
Lower cost/better performance materials for electrochemical processes
New catalysts for carbon/
carbon, carbon/hydrogen and carbon/nitrogen bond activation Improved catalytic selectvities Chemistry at interfaces and in muti-phase systems Catalysts to polymerize lower- purity monomers
Mechanistic understanding of enzymatic catalysis for polymer production Metabolic engineering to control structure and features of polymers
Electrocatalysis(role of
acceptors, mechanisms of
degradation)
R&D Needs Mid-Term
Near-Term Long-Term
2020 Present
Alternative Reactor Concepts
New Cells and Cell Chemistry
for Chlor- Alkali Production
Reduce feedstock Iosses to waste or by-
products by 90%
Increase use of C1 compounds as feedstocks by 20%
Reduce industry-wide energy intensity by 30%
Reduce emissions and effluents per unit
output by 30%
Lower production costs by 25%
Reduce industry- wide energy intensity by 30%
Reduce emissions and effluents per unit
output by 30%
Lower production costs by 25%
Lower costs for capital, starting materials, and downstream
processing Improved uniformity of the reaction, through better utitization of materials
Increased flexibility, i.e., ability to change
the process
30% reduction in cell energy requirements Explore use of oxygen as a
feedstock
Increase Iongevity of electrode materials
Understand and ultimately be able to control reactions at the electrode interface
M
Ongoing
PERFORMANCE TARGETS FOR
2020
INDUSTRY GOALS
2020
Reactor design and scale-up Reaction mechanisms Solids handling Separations Process Controls
ENGINEERING AREAS
High priority Medium priority
HM
Explore advanced reactor concepts for petrochemicals and biomass, including novel catalytic reactors, sonic reactors, micro-reactors, short-contact time reactors, innovative membrane reactors, and novel reactor conditions (Plasmas, microwaves, electrochemistry, photochemistry, liquid nitrogen)
HDevelop lower cost, higher performance materials for electrochemical processes
HDevelop continuous processing systems to replace batch processes (bulk solids, large dimension products, electrochemical)
M
Investigate in situ methods for generating high energy compounds as intermediates
MExplore hybrid separation techniques that combine a biological step
M그림 5. 화학공정장치 기술지도.
Low-cost, one-step, direct oxidation for key chemical processes Develop selective oxidation catalysts for key chemical processes
Catalyst deactivation /regeneration processes
Reactor design and scale-up Reaction engineering/kinetics Alternative reaction conditions ENGINEERING AREAS
ENGINEERING AREAS Present
R&D Needs Mid-Term
Near-Term Long-Term
Ongoing 2020
PERFORMANCE TARGETS FOR
2020
INDUSTRY GOALS
2020
New Catalysts for Carbon/
Carbon and Carbon/
Hydrogen Bond Activation
Improved Catalytic Selectivity
High priority Medium priority
HM
M
M H
H H
H
Approach 100%
selectivity Reduce the energy and costs now associated with
distillation Achieve higher
yields with reduced wastes
and by-products
Reduce feedstock Iosses to waste or by-
products by 90%
Increase use of C1 compounds as feedstocks by 20%
Reduce ernissions and effluents per unit
output by 30%
Reduce feedstock Iosses to waste or by-products by 90%
direct propylene oxidation terminal oxidation of alkanes dehydrogenation of alkanes direct conversion of benzene to phenol catalytic oxidation of organics using oxygen Increase knowledge and science needed for catalyst development tools and activation science (e.g., in situ characterization of catalytic mechanisms)
Expand applications for enantio-selective catalysts
Develop more selective catalysts for key chemical processes, including olefin epoxides, acrylic acid and acrylonitrile from propane or propylene, meth-acrylic from C4 compounds, and selective alpha-olefins Explore the fundamentals of
using external energy inputs (e.g., photoelectric, plasmas, microwaves) to enhance selectivity
Expand applications for control of polymer structures and morphology Expand applications for shape-selective catalysis
Pursue alternative reactor concepts as a route to increased selectivity
그림 6. 촉매기술지도.
기술지도의 응용 및 확장
지금까지 미국 Vision 2020에서 화학공학과 관 련된 기술지도에 대하여 간략히 알아보았다. 이러 한 기술지도는 작성하는데 그쳐서는 안되고 기술 지도를 작성한 주체가 공동으로 기술지도에서 나 타난 핵심 기술을 우선적으로 개발하여야 산업 발 전에 이바지하게 된다. 실제로 미국 DOE/OIT에 서는 화학산업 기술지도에 나타난 핵심기술을 개 발하기 위하여 1998년부터 지금까지 1억달러 이 상을 투자하였으며, 이 중 산업체 지원은 절반 정 도로 나타났다. 우리나라에서는 아직 화학산업체 의 기술지도에 대한 정확한 인식이나 중요도가 크 게 부각되지 않고 있으나 급변하는 경제환경에서 기술의 비교우위를 확보하려면 기술지도 작성을 통하여 핵심 기술을 파악하고, 공동연구개발 체제 를 정비하여 정부의 연구개발 지원을 유도하는 보 다 체계적인 기술개발전략이 요구된다하겠다.
한편 앞에서 언급한 Vision 2020의 기술지도는 반응공학, 분리기술, 신공정화학 분야에 대하여 다 소 광범위한 기술내용을 언급한 총괄기술지도에 해당한다. 즉, Vision 2020의 목표를 달성하기 위 한 핵심 기술은 언급되었지만 그 범위가 너무 넓 어 세부기술 개발에 대하여 세부기술지도가 추가 적으로 요구된다. 한 예를 들면 촉매 부문에서 핵 심 기술로 연료전지 촉매 기술이 언급되었지만 특 정 연료전지에 대하여 촉매 기술 개발에 관한 구 체적인 내용을 포함하는 보다 상세한 연료전지 촉 매 기술지도가 필요한 것이다.
이러한 세부 기술지도에는 미래 수요에 따른 정 량적인 목표와 중간 목표가 설정되고, 이 목표를 달성하기 위하여 필요한 기술 개발의 시간표가 나 타나야 한다. 최근 국내에서 활발한 연구개발이 수행되고 있는 연료전지에 대해서는 산업자원부 주도로 비교적 상세한 기술지도가 완성되어 있으
2001 2004 2007 2010
2002 2003 2005 2006 2008 2009
스택기술, 고분자/전극 접합체,
기술, 고분자 전해질막 기술,
개발목표, 5kW급 시스템,
(가정용)
50kW급 시스템, (on-site용 및 수송용)
경박단소형 75kW급 시스템, (수송용)
불소계 및 비불소계 전해질막 제조기술, 개질 및 강화전해질막 기술,
고성능 MEA 제조기술 (1W/cm2) 고 CO 저항성 MEA 제조기술 (10ppm)
유로 설계기술, Graphite 분리판 기술,
5kW 스택,
메탄가스 개질기,
메탄올 개질기, 휘발유 개질기, 압축수소 탱크,
50kW 스택, 75kW 스택,
고출력 밀도 기술 (1kW/L 이상)
장기운전(5000시간) 기술,효율향상(50%) 기술, 시동(0.5분) 및 부하추종(1초),
고도화 기술, Composite 분리판 기술,
가격 저감화 (50$/kW) 기술, 스택 제작 및 운전 표준화 기술,
분리판 경박 단소 및, 연속 제조 기술, 고기능성 고분자 전해질막,
제조기술 (0.1S/cm)
장수명(5000시간)MEA, 제조기술,
금속 분리판 기술,
그림 7. 자동차용 고분자연료전지 총괄기술지도.
며[연료전지 기술지도, 연료전지기술연구회, 산업 자원부(에너지관리공단), 2002], 여기서 자동차용 고분자연료전지에 대한 총괄기술지도와 연료전지 스택에 대한 세부기술지도를 소개하면 [그림 7]
및 [그림 8]과 같다. 연료전지 자동차에는 부피 및 무게가 작고 효율 및 내구성이 뛰어나며 경제 적인 75kW 용량의 고분자연료전지가 필요하다.
이런 제품을 10년 내에 개발하기 위하여 필요한 세부핵심기술로는 고분자전해질막 기술, 고분자/
전극 접합체 기술, 스택기술이 있으며, [그림 7]에 나타난 정량적인 목표를 세부핵심기술 개발을 통 하여 달성할 수 있어야 한다. 고분자연료전지 스 택기술을 세분해 보면 분리판 기술과 스택 및 시 스템 기술로 나뉠 수 있으며, [그림 8]은 세부스 택기술 개발을 통하여 목표인 75kW급 연료전지 제작하는 기술의 시간표를 나타낸다.
맺는말
최근 국내 화학산업은 중국과 같은 후발 개도국 의 추격과 선진국의 견제가 날로 심화함에 따라 매 우 어려운 상황에 처해 있으며, 최근 청소년의 이공 계 기피현상은 이러한 난관을 더욱 심화시키고 있 다. 국내 화학산업의 기술 경쟁력을 계속 유지하기 위해서는 BT, IT, NT, ET 분야의 고부가가치 제품 생산을 위한 보다 체계적인 연구개발이 이루어져야 할 것이며, 이에 따라 화학공학 교육 및 연구 개발도 관련 산업의 경쟁력 확보를 위한 목표 달성을 위해 서 변화되어야 할 것이다. 산업체의 연구 개발 수요 에 관한 조사를 통하여 앞으로 필요한 핵심 연구개 발 영역에 대한 기술지도가 작성되면 보다 효율적으 로 기술개발 투자가 이루어 질 것이며, 이에 따라 국 내 산업의 경쟁력이 향상될 것이다. 정부 및 화학관 련 산업체와 한국화학공학회를 비롯한 여러 학회 차 원의 화학공학 기술지도 작성을 기대해 본다.
