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SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 21
제1절 연구배경 21
1. 플랫폼(Platform)의 정의 21
2. 플랫폼 기술의 정의 및 분류 22
제2절 연구 필요성 및 추진전략 24
1. 플랫폼 기술 확보 및 적용 필요성 24
2. 플랫폼 기술 확보 및 적용 추진전략 29
3. '18년 연구 추진방향 및 연구목표 32
제2장 플랫폼 기술 관련 국내·외 사례조사 35
제1절 연구장비 공동활용 관련 국내·외 사례 35
제2절 계산과학 관련 국내·외 사례 39
제3절 엔지니어링 관련 국내·외 사례 40
제4절 연구품질 관련 국내·외 사례 42
제3장 연구장비 공동활용율 향상 45
제1절 연구장비 공동활용 활성화 45
1. 연구장비 통합관리 시스템의 운영 45
2. 대내·외 공동활용장비 자율사용 역량강화교육 진행 50
3. 촉매특성 분석 분야 신설 및 운영 54
4. 신규장비 도입 및 노후장비 개체 56
제2절 신규장비 도입 기준 수립 76
1. 추진 배경 76
2. 기준 수립 76
제3절 수요 맞춤형 기술지원 확대 79
1. 수요 맞춤형 분석지원 서비스 기획 79
2. 추진 전략 및 대응 79
3. 희망 과제 공모 및 지원 일정 80
4. 수요 맞춤형 분석지원 결과 81
제4장 계산과학 기반 구축 및 원내 적용 86
제1절 수요맞춤형 기술지원 확대 86
1. 계획 수립 86
2. 수행 및 결과 87
제2절 계산과학 전산자원 구축 112
1. 계획 수립 112
2. 수행 및 결과 112
제3절 전기화학반응 관련 계산과학 플랫폼 개발 117
1. 계획 수립 117
2. 수행 및 결과 118
제4절 계산과학 교육 및 의견수렴 129
1. 계획 수립 129
2. 수행 및 결과 130
제5장 엔지니어링 기술 확보 및 원내 적용 134
제1절 수요 맞춤형 기술 지원 확대 134
1. 전기충전인프라 구축용 염분차발전 원천기술 개발 134
2. 인도네시아 미활용자원의 청정연료 생산 상용화 패키지 개발 136
3. MAB 흡수제기반 CO2 포집 기술 0.5MW급 실증 139
4. 합성가스 중 CO2 포집용 파일럿 공정 개발 142
5. 초임계 이산화탄소 발전 시스템 최적화 및 운전기술 개발 145
6. 청정연료 Test Bed 구축 및 활용사업 151
7. 신재생에너지 이용 그린메탄 생산을 위한 핵심 융합기술 개발 155
8. 배가스로부터 이산화탄소 분리막 포집 신공정 개발 158
9. 저등급 연료-가스화-화학원료 통합기술 패키지 개발 162
10. 이산화탄소 포집-저장 해외실증 및 이산화탄소 전환효율 극대화 원천기술 개발 169
제2절 엔지니어링 원내 인프라 고도화 172
1. 엔지니어링 분석용 S/W 공동활용 확대 172
2. 엔지니어링 후보 업체(협력 업체) 리스트의 작성 174
제3절 KIER 맞춤형 엔지니어링 표준 업무가이드 도출 176
제4절 엔지니어링 교육 및 의견 수렴 179
1. 엔지니어링 교육 179
2. 엔지니어링 의견 수렴 180
제6장 연구품질 확대적용 182
제1절 연구품질 운영 프로세스 개선 182
제2절 연구품질시스템 ISO 인증 유지 186
제3절 연구품질 관련 원내 인식도 제고 191
제7장 결론 192
참고문헌 193
〈표 1-1〉 연구 추진방향 정리 32
〈표 1-2〉 본 과제정량적 기술목표 요약 33
〈표 1-3〉 핵심기술별 평가방법 33
〈표 2-1〉 공동분석실 구축사례 비교 35
〈표 3-1〉 연구장비 통합관리 시스템 구성 요소 및 역할 46
〈표 3-2〉 연구장비 공동활용 관리솔루션(RDMS) 적용 장비 목록 47
〈표 3-3〉 시스템 요구사항 반영 결과 48
〈표 3-4〉 원내 공동활용장비 자율사용 교육결과 52
〈표 3-5〉 경제협력권 공동활용장비 자율사용 교육결과 52
〈표 3-6〉 KIRD 공동활용장비 자율사용 교육결과 53
〈표 3-7〉 자율사용장비 10기 대상 교육이수자 통계 및 사용빈도 비교 53
〈표 3-8〉 장비별 도입 추진 현황 57
〈표 3-9〉 질량분석기 장비 도입 추진 과정 58
〈표 3-10〉 질량분석기 장비규격 59
〈표 3-11〉 질량분석기 NFEC 중복성 검토 59
〈표 3-12〉 저온전기로 장비 도입 추진 과정 61
〈표 3-13〉 저온전기로 장비규격 61
〈표 3-14〉 유기원소분석기 도입 추진 과정 63
〈표 3-15〉 유기원소분석기 NFEC 중복성 검토 63
〈표 3-16〉 유기원소분석기 장비규격 64
〈표 3-17〉 전유황분석기 도입 일정 66
〈표 3-18〉 전유황분석기 NFEC 중복성 검토 66
〈표 3-19〉 전유황분석기 규격 67
〈표 3-20〉 연구장비 관리 프로세스 69
〈표 3-21〉 장비별 도입 추진 현황 70
〈표 3-22〉 HR-XRD 도입 일정 71
〈표 3-23〉 HR-XRD NFEC 중복성 검토 71
〈표 3-24〉 HR-XRD NFEC 심의자료 및 결과 72
〈표 3-25〉 HR-XRD 장비사양 73
〈표 3-26〉 FE-SEM 도입 일정 74
〈표 3-27〉 FE-SEM NFEC 중복성 검토 74
〈표 3-28〉 FE-SEM NFEC 심의 발표자료 및 결과 75
〈표 3-29〉 FE-SEM 장비사양 75
〈표 3-30〉 신규 장비 도입 기준 77
〈표 3-31〉 중장기 신규 도입 장비 위험 관리 78
〈표 3-32〉 수요맞춤형 분석지원 특징 79
〈표 3-33〉 수요 맞춤형 분석 서비스 부작용 극복 전략 80
〈표 3-34〉 수요 맞춤형 분석 서비스 지원 분야 80
〈표 3-35〉 수요 맞춤형 분석 서비스 과제 신청 양식 및 선정 기준 81
〈표 3-36〉 수요 맞춤형 분석 서비스 과제 선정 결과 81
〈표 3-37〉 만족도 조사 결과 84
〈표 3-38〉 모니터링 결과 85
〈표 4-1〉 수요맞춤형 기술지원 활용 분야 86
〈표 4-2〉 수요맞춤형 기술지원 신청 절차 및 지원 계획 87
〈표 4-3〉 수요맞춤형 기술지원 과제 선정 기준 87
〈표 4-4〉 '18년 수요맞춤형 기술지원 선정 과제 및 담당자 88
〈표 4-5〉 GridSearchCV로 최적화한 Random Forest hyperparameter 104
〈표 4-6〉 신규 계산 자원 도입 계획 112
〈표 4-7〉 '18년 공용 클러스터실 추가 설비 구축 내역 113
〈표 4-8〉 '18년 신규 전산장비 도입 내역 114
〈표 4-9〉 '18년 원내 전산장비 집적화 내역 115
〈표 4-10〉 '18년 현재 계산자원 구축 현황 115
〈표 4-11〉 집적화 장비배타적 사용기간에 따른 추가 노드 제공량 116
〈표 4-12〉 외부전문가 초청 세미나 개최 계획 129
〈표 4-13〉 수요맞춤형 기술지원 성과발표회 개최 계획 129
〈표 4-14〉 계산과학 성과발표회 토의 내용 요약 133
〈표 5-1〉 엔지니어링 분야 수요 맞춤형 기술 지원 과제 목록 134
〈표 5-2〉 COMB Unit 상부 배가스 조성 138
〈표 5-3〉 MAB 포함 폐수의 조성 및 COD, BOD 계산 수치 140
〈표 5-4〉 실증 공장에 대한 Utility Consumption Summary 141
〈표 5-5〉 초임계 CO2 발전 기본 Cycle 내 설비별 성능에 대한 Simulation 예측 결과 147
〈표 5-6〉 초임계 CO2 발전 기본 Cycle에 대한 Case Study 조건 147
〈표 5-7〉 KIER Cycle-2에 대한 Case Study 결과 149
〈표 5-8〉 복열기, Heater, Cooler에 대한 전열 면적 150
〈표 5-9〉 47개 Parameter에 대한 Estimation 결과값 154
〈표 5-10〉 총 투자비 30% 감소 시 경제성 변화 168
〈표 5-11〉 엔지니어링 교육 및 의견 수렴 결과 179
〈표 5-12〉 엔지니어링 간담회 주요 의견 수렴 내용 181
〈표 6-1〉 1차 연구품질 모니터링 점검 항목 183
〈표 6-2〉 2018년 1차 연구품질모니터링 의견수렴 결과 184
〈표 6-3〉 2차 연구품질 모니터링 주안점 184
〈표 6-4〉 연구품질시스템 개정 배경 186
〈표 6-5〉 연구품질시스템 개정 주요내용 187
〈표 6-6〉 ISO9001 심사 결과 이력 189
〈표 6-7〉 연구품질시스템 담당인력 현황 190
〈표 6-8〉 연구품질 관련 대내외 교육 결과 191
[그림 1-1] 플랫폼 기술의 분류 22
[그림 1-2] 4세대 R&D로의 진화 27
[그림 1-3] R&D 체계에 대한 연구품질보증 28
[그림 1-4] 계산과학의 역할 및 기능 29
[그림 1-5] 계산과학 분야 원내 지원전략 30
[그림 1-6] 실용화 가치향상 기반기술 지원 및 엔지니어링 기술 개념 30
[그림 2-1] 스마트 엔지니어링 분야 40
[그림 2-2] NETL의 CCSI2 프로그램 41
[그림 3-1] 연구장비 통합관리 시스템 확정 개념도 45
[그림 3-2] 원내·외 사용자 교육신청 절차 50
[그림 3-3] 장비역량강화 교육 진행 51
[그림 3-4] 촉매특성 분석실 55
[그림 3-5] 촉매특성 분석 게시판 56
[그림 3-6] 질량분석기 설치 모습 58
[그림 3-7] Cryo pump 설치 모습 60
[그림 3-8] 유기원소분석기 설치 모습 62
[그림 3-9] 전유황분석기 설치 모습 65
[그림 3-10] 수요 맞춤형 분석 지원 결과 82
[그림 3-11] 분리막 슬러리 내 PSF함량에 따른 기공구조 변화 분석 83
[그림 3-12] 수전해 산소발생반응 시 전위변화에 따른 전극 표면 열화 분석 83
[그림 4-1] Pd-Ni 표면 모델 구조 및 Bromoanisole 분자 구조 89
[그림 4-2] Bromoanisole이 흡착된 Pd, NiPd 촉매의 안정 구조와 Charge Transfer 및 흡착에너지 결과 89
[그림 4-3] RGO (a), RGO 엣지 (b) 또는 기저면 (c)에 K가 흡착됨에 따른 K 흡착거동 및 전자구조 변화 91
[그림 4-4] KₓMnO₂ 판상(slab) 및 RGO-KₓMnO₂ 하이브리드 소재의 구조모델 92
[그림 4-5] KₓMnO₂ 판상 (slab) 과 RGO-KₓMnO₂ 하이브리드소재에서의 K원자의 표면흡착 그리고 벌크내로의 삽입(intercalation) 관련 에너지비교 92
[그림 4-6] Hydrated Nafion Builder 코드와 Force-field 검증 결과 94
[그림 4-7] 탄소지지체 주변의 이오노머 밀도 예측 분자동역학 결과 94
[그림 4-8] 분자동역학에 사용된 Hydrated Nafion 이오노머와 탄소지지체 95
[그림 4-9] 이오노머의 분자량에 따른 탄소지지체 부식으로 인한 이오노머 재배열 거동 95
[그림 4-10] 탄소지지체 부식에 따른 이오노머 재배열 후 이오노머의 두께 변화 96
[그림 4-11] Fe-EDTA와 KIER-A에서의 NO분자 흡착에너지 및 NO 흡/탈착에 따른 분자구조 변화 97
[그림 4-12] 시간에 따라 수집된 풍속 데이터의 일례 98
[그림 4-13] 풍속 데이터로만 작성한 capture matrix의 일례 98
[그림 4-14] 330개 데이터로 작성한 capture matrix 99
[그림 4-15] Q-Learning 프로그램 전체 순서도 100
[그림 4-16] Q-Learning 적용 결과 101
[그림 4-17] Deep Q-Network 적용을 위한 neural network 구성도 101
[그림 4-18] MERRA 제공 지상 50m 위치 전 지구 풍속 분포 102
[그림 4-19] 입력 인자와 연평균 풍속간 상관도 103
[그림 4-20] 전 지구 지형 데이터 분포 103
[그림 4-21] 다중회귀법으로 예측한 전지구 풍속 103
[그림 4-22] Random Forest 적용 결과 104
[그림 4-23] 전 지구 연평균 풍속 예측을 위한 인공신경망 모델 105
[그림 4-24] (a) hidden layer 수에 따른 정확도 비교 (b) 각 경우에서의 실제-예측 비교 그래프 및 예측값의 지도 시각화 결과 106
[그림 4-25] MoS₂/그래핀 전극에서의 리튬이온 삽입구조(왼쪽)와 리튬 이온 수에 따른 결합에너지의 선행연구와의 비교 그래프(오른쪽) 107
[그림 4-26] 그래핀 stage 수에 따른 삽입된 AlCl₄의 결합 에너지 및 안정한 구조 108
[그림 4-27] 흑연 전극 내 AlCl₄ 가 삽입된 gallery size에 따른 에너지 변화 108
[그림 4-28] MoS2/그래핀 구조에서의 AlCl₄ 삽입 구조 및 에너지 109
[그림 4-29] 가) 알루미늄이온 이차전지 흑연 전극의 충방전 전후 XRD 데이터, 나) 실험조건에 맞추어 모델링된 AlCl4 충전구조의 XRD 시뮬레이션 데이터 110
[그림 4-30] MoS₂/그래핀 전극에서 AlCl₄의 이동장벽 에너지 110
[그림 4-31] 2차원 이종 적층구조 모델링 자동화 프로그램 111
[그림 4-32] 공용 클러스터실 내부 전경 113
[그림 4-33] 기본 보유장비(E-2660v4)와 신규 도입장비(Gold 6130)의 사용 코어수에 따른 CPU 성능 벤치마크 결과 114
[그림 4-34] KIER 계산과학 플랫폼 개발 전략 모식도 117
[그림 4-35] 임의의 구조에서 표면원자를 추출하는 프로그램의 순서도 119
[그림 4-36] 입력 구조(좌측)의 unit cell인 u, v, w 방향 translation으로 supercell을 구성한 사례 120
[그림 4-37] 결정성을 가지고 있는 2D Graphene 구조로부터 푸리에 영역을 도출하는 과정 121
[그림 4-38] 일부 비정질화된 SiO2 구조로부터 푸리에 영역을 도출하는 과정 121
[그림 4-39] 입력 구조의 경계를 넘어 dummy cell atom과 연결된 원자의 예시 122
[그림 4-40] 2D 평면을 탐지하기 위한 PCA 분석 사례 122
[그림 4-41] (a) 목표 원자를 중심으로 국부적 PCA를 수행하는 모습 (b) PCA 활용 2D 평면 탐지 적용 전과 적용 후의 최외각 원자 수 변화. 123
[그림 4-42] 3D 구조에서 최외각 원자를 추출하기 위한 인접 원자와의 관계 모식도 124
[그림 4-43] (2NN+FFT+PCA) 방법을 이용하여 수행한 최외각 원자 탐지 결과 124
[그림 4-44] 국부 구조 유사관계 분석을 통한 고유 표면입자 선별 적용 예시 126
[그림 4-45] bridge 및 hollow 사이트 탐색 방법 및 예시구조(Pt 나노입자) 127
[그림 4-46] 표면 흡착 방향 벡터 결정 방법 127
[그림 4-47] TiO2 나노입자의 on-top 사이트에 물분자를 흡착시킨 구조 128
[그림 4-48] 외부전문가 초청 세미나 개최 모습 131
[그림 4-49] 수요맞춤형 기술지원 성과발표회 발표 장면 131
[그림 4-50] 계산과학 기반 수요맞춤형 기술지원 현황 132
[그림 5-1] 5kW급 염분차 발전 설비 PFD 및 Stack부 P&ID 135
[그림 5-2] 100kW급 염분차 발전 설비 PFD 및 UF 전처리부 P&ID 136
[그림 5-3] 고온 연소기 연계 반탄화 공정의 Schematic Diagram 137
[그림 5-4] 고온 연소기 연계 반탄화 공정(5 tpd 규모)에 대한 Aspen Plus 기반 모델링 139
[그림 5-5] MAB 기반 습식 흡수 실증설비 P&ID 검토 사진 및 설비 배치도 140
[그림 5-6] 견적 금액의 투자비 요소별 분석 141
[그림 5-7] 기계장치비의 공정 Section별 분석 142
[그림 5-8] 1Nm3/hr 급 가압 이산화탄소 포집 공정의 P&ID 143
[그림 5-9] KIERSOL 대량생산 시스템의 PFD 143
[그림 5-10] KIERSOL 대량생산 시스템의 P&ID 144
[그림 5-11] 초임계 CO2 발전 기본 Cycle에 대한 Aspen Plus 모델 146
[그림 5-12] 터빈 효율, 압축기 효율, CO2 유량을 고정한 상태에서 복열기 Pinch 온도와 복열기B로의 분기율을 변화시켰을 때 결과 분석 148
[그림 5-13] KIER Cycle-1과 2에 대한 Aspen Plus 모델 149
[그림 5-14] 터빈 및 압축기의 성능 곡선 150
[그림 5-15] 탈설계 Study 결과 요약 151
[그림 5-16] Oil과 Wax 성분에 대한 SIMDIS 기반 Pseudocomponent 생성 152
[그림 5-17] FT 반응기 및 후단 Separator에 대한 gPROMS 모델 152
[그림 5-18] gPROMS 내 Kinetic Equation 입력 화면 153
[그림 5-19] 1번 실험 Dataset에 대한 각 성분별 조성 예측 결과 155
[그림 5-20] 고정층/유동층 반응기 CFD 모사 수행 결과 156
[그림 5-21] 수전해-메탄화 통합시스템 플로우시트(Flowsheet) 157
[그림 5-22] 수전해-메탄화 통합시스템 공정흐름도 및 공정 시뮬레이션 주요 내용 158
[그림 5-23] 실험 데이터의 경향성 분석 그래프 160
[그림 5-24] CO2 농도 및 회수율 모델의 예측 결과 그래프 160
[그림 5-25] 배가스 내 CO2의 고순도, 고회수율 분리를 위한 2단 분리막 공정 모델 161
[그림 5-26] Coal-to-LAO 공정 기술경제성 분석의 개요 163
[그림 5-27] 습식 전처리 기반 Coal-to-LAO 제조 공정에 대한 BFD 165
[그림 5-28] 각 Section별 투자비 분포 166
[그림 5-29] 각 제품별 연간 판매수익 167
[그림 5-30] Feed 처리 규모에 따른 ROI의 변화 167
[그림 5-31] 공정 기준(Process design basis) 주요 내용 169
[그림 5-32] 각 전환공정의 공정흐름도 및 플로우시트 170
[그림 5-33] 각 공정별 민감도 분석결과 171
[그림 5-34] COMSOL의 CFD 및 Battery & Fuel Cell 모듈 173
[그림 5-35] gPROMS의 반응, 분리, Packing Column 전용 라이브러리 173
[그림 5-36] '엔지니어링 후보 업체 리스트' 총괄 요약표 174
[그림 5-37] 엔지니어링 후보 업체 리스트 '업체별 세부 정보' 예시 175
[그림 5-38] KIER 맞춤형 엔지니어링 표준 업무가이드 연간 작성 계획 176
[그림 5-39] KIER 맞춤형 엔지니어링 표준 업무가이드 내용 178
[그림 5-40] 엔지니어링 교육 진행 내용 및 사진 180
[그림 5-41] 엔지니어링 의견 수렴 간담회 진행 사진 181
[그림 6-1] 연구품질대상과제 선정 내용 182
[그림 6-2] 연리지시스템 개설 183
[그림 6-3] 2차 연구품질모니터링 전후 연구노트 활용율 변화 185
[그림 6-4] 최근 3년간 월별 연구노트 활용율 변화 추이 185
[그림 6-5] 연구품질시스템의 구성 186