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SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 20
제1절 연구배경 20
1. 플랫폼(Platform)의 정의 20
2. 플랫폼 기술의 정의 및 분류 21
3. 한국에너지기술연구원의 플랫폼 기술 적용 22
제2절 연구 필요성 및 추진전략 24
1. 플랫폼 기술 확보 및 적용 필요성 24
2. 플랫폼 기술 확보 및 적용 추진전략 30
3. '19년 연구 추진방향 및 연구목표 34
제2장 플랫폼 기술 관련 국내·외 사례조사 36
제1절 연구 장비 공동 활용 관련 국내·외 사례 36
제2절 계산과학 관련 국내·외 사례 40
제3절 엔지니어링 관련 국내·외 사례 43
제4절 연구품질 관련 국내·외 사례 45
제3장 연구 장비 공동활용율 향상 48
제1절 연구 장비 공동 활용 활성화 48
1. 연구 장비 통합관리 시스템의 운영 48
2. 대내·외 공동 활용 자율사용 역량강화교육 진행 50
3. ICP 분석실 신설 및 운영 57
4. 노후장비 개체 및 신규장비 도입 61
제2절 KOLAS 인정 획득 90
1. 추진 배경 90
2. 추진 과정 90
3. 추진 결과 99
제3절 수요 맞춤형 분석지원 수행 100
1. 수요 맞춤형 분석지원 서비스 기획 100
2. 추진 전략 및 대응 101
3. 희망 과제 공모 및 지원 일정 101
4. 수요 맞춤형 분석지원 결과 103
제4장 계산과학 기반 구축 및 원내 적용 110
제1절 수요맞춤형 기술지원 확대 110
1. 계획 수립 110
2. 수행 및 결과 111
3. 수요맞춤형 기술지원 연계 계산과학 교육 및 세미나 116
4. 수요맞춤형 기술지원 관련 의견수렴 119
제2절 수요맞춤형 기술지원 표준화 지침 수립 121
제3절 전기화학반응 관련 계산과학 플랫폼 개발 123
1. 계획 수립 123
2. 수행 및 결과 124
제5장 기술경제성 분석 기능 고도화 및 원내외 엔지니어링 기반 확대 134
제1절 기술경제성 분석 전문 SW 및 시스템 구축 134
1. 개요 134
2. Aspen Process Economic Analyzer 135
3. APEA의 공동활용 시스템 구축 139
제2절 원내 Pilot 설비 활용 현장 중심 엔지니어링 교육 140
1. 추진 배경 140
2. 수행 및 결과 141
제3절 엔지니어링 업무 가이드 보완 및 관련 교육 145
1. CFD 분야 엔지니어링 업무가이드 북 작성 145
2. 공정 분야 엔지니어링 업무가이드 북 완성 및 교육 146
제4절 수요 맞춤형 기술지원 심화/확대 149
1. 인도네시아 미활용자원의 청정연료 생산 상용화 패키지 개발 149
2. 초임계 이산화탄소 발전 시스템 최적화 및 운전기술 개발 152
3. 배가스로부터 이산화탄소 분리막 포집 신공정 개발 155
4. 시멘트 산업 배출 온실가스 저감 및 고부가 자원화를 위한 이산화탄소 포집-전환 일체형 공정 개발 159
5. 전기충전인프라 구축용 염분차발전 원천기술 개발 162
6. 이산화탄소 포집-저장 해외실증 및 이산화탄소 전환효율 극대화 원천기술 164
7. 신재생에너지 이용 그린메탄 생산을 위한 핵심 융합기술 개발 166
8. POME 바이오가스의 고질화 공정개발 168
9. C1 가스 전환 촉매 생성물로부터 미전환 C1 가스 선택적 회수를 위한 하이브리드 분리 소재 및 공정 개발 170
10. 10MW급 연소 후 건식 CO₂ 포집기술 고도화 및 50톤/일 압축·액화 기술개발 172
11. 연소 배가스 설비 활용 및 산업체 지원 176
12. 고집적·고안정성 효소 시스템을 기반으로 한 CO₂ 전환 공정기술 개발 181
13. 엔지니어링 기술을 이용한 탈염 폐비닐 열분해 공정 및 설비 최적화 186
제6장 원내 품질시스템 운영 및 고도화 193
제1절 연구품질 모니터링 실시 193
제2절 연구품질시스템 운영 및 개선 196
제7장 결론 200
참고문헌 201
〈표 1-1〉 한국에너지기술연구원의 플랫폼 기술 적용 방식 23
〈표 1-2〉 연구 추진방향 정리 34
〈표 1-3〉 연구내용별 목표 및 평가방법 35
〈표 2-1〉 공동분석실 구축사례 비교 37
〈표 3-1〉 연구 장비 통합관리 시스템 구성 요소 및 역할 49
〈표 3-2〉 연구 장비 공동 활용 관리 솔루션(RDMS) 적용 장비 목록 50
〈표 3-3〉 원내 공동 활용 자율사용 교육 이수 완료 후 최종 자율사용자격 획득 인원 54
〈표 3-4〉 원내 공동 활용 자율사용 교육결과 54
〈표 3-5〉 4차 인재양성 시험분석교육 교육결과 55
〈표 3-6〉 KIRD-패밀리중소기업 공동 활용 교육결과 55
〈표 3-7〉 자율사용장비 10기 대상 교육이수자 통계 및 사용빈도 비교 55
〈표 3-8〉 ICP 분석실 구축 일정 59
〈표 3-9〉 2019년도 노후장비 개체 및 차년도(2020년도) 도입장비 목록 62
〈표 3-10〉 X-ray 분석실 보유 장비 및 분석서비스 안내 63
〈표 3-11〉 HT-XRD 도입 추진 과정 64
〈표 3-12〉 HT-XRD 장비사양 64
〈표 3-13〉 FE-SEM 도입 추진 과정 66
〈표 3-14〉 FE-SEM 장비사양 66
〈표 3-15〉 TFT 구성원 및 업무분장 67
〈표 3-16〉 FE-TEM 추진 업무 내용 68
〈표 3-17〉 FE-TEM 도입을 위한 업무 추진 일정표 68
〈표 3-18〉 FE-TEM 장비용도 및 요구주요사양 70
〈표 3-19〉 FE-TEM 도입을 위한 수요조사 문항 73
〈표 3-20〉 수요조사 결과 74
〈표 3-21〉 장비기술세미나 세부 일정 78
〈표 3-22〉 자문위원 명단 80
〈표 3-23〉 FE-TEM 장비구매비 및 예산 집행 계획 84
〈표 3-24〉 FE-TEM 도입 추진 일정 85
〈표 3-25〉 KOLAS 인정 준비 일정 91
〈표 3-26〉 KOLAS 인정 대상 장비 91
〈표 3-27〉 타기관 KOLAS 인정 획득 현황 92
〈표 3-28〉 타기관 B/M 결과 92
〈표 3-29〉 KOLAS 인정을 위한 회의 93
〈표 3-30〉 구비 서류 94
〈표 3-31〉 시험자간 비교시험 결과 95
〈표 3-32〉 시험자간 비교시험 t 검정 결과 96
〈표 3-33〉 숙련도시험 평가 항목 및 평가 기준 96
〈표 3-34〉 숙련도시험 Z score 결과 97
〈표 3-35〉 숙련도시험 ASTM 및 추가 시험 데이터 98
〈표 3-36〉 숙련도시험 추가 시험 결과 98
〈표 3-37〉 숙련도시험 추가 시험 t 검정 결과 98
〈표 3-38〉 수요맞춤형 분석지원 특징 100
〈표 3-39〉 수요 맞춤형 분석지원 부작용 극복 전략 101
〈표 3-40〉 수요 맞춤형 기술지원 분야 102
〈표 3-41〉 수요 맞춤형 기술지원 추진 일정 102
〈표 3-42〉 수요 맞춤형 기술지원 분석 분야 선정 기준 103
〈표 3-43〉 수요 맞춤형 기술지원 선정 결과 103
〈표 3-44〉 수요 맞춤형 분석 지원 과제 선정 결과 103
〈표 3-45〉 만족도 조사 결과 108
〈표 3-46〉 모니터링 결과 109
〈표 4-1〉 수요맞춤형 기술지원 활용 분야 110
〈표 4-2〉 '19년 수요맞춤형 기술지원 선정 과제 및 담당자 111
〈표 4-3〉 '19년 수요맞춤형 기술지원 주요 수행 내용 113
〈표 4-4〉 수요맞춤형 기술지원 연계 계산과학 교육 및 세미나 117
〈표 4-5〉 수요맞춤형 기술지원 의견수렴 항목 120
〈표 4-6〉 수요맞춤형 기술지원 신청 절차 및 지원 계획 121
〈표 4-7〉 신규 도입된 계산자원 130
〈표 5-1〉 현장 중심 엔지니어링 전문 교육 과정 추진 경과 141
〈표 5-2〉 엔지니어링 업무가이드 북에 따른 원내 교육 결과 148
〈표 5-3〉 상업공정 PDP 업무 Scope의 정의 150
〈표 5-4〉 두 가지 최적 운전 조건의 비교 157
〈표 5-5〉 Case 1과 2의 각 설비별 에너지 사용량 비교 158
〈표 5-6〉 해석 조건 178
〈표 5-7〉 Case Study를 위한 Screen 형상 및 격자(Case 1~3) 188
〈표 5-8〉 CFD 유동 해석 조건 189
〈표 6-1〉 2019년 1차 연구품질 모니터링 점검 항목 193
〈표 6-2〉 2014년 이후 연구노트 평가결과 193
〈표 6-3〉 2019년 1차 연구품질모니터링 의견수렴 결과 194
〈표 6-4〉 2019년 2차 연구품질 모니터링 점검 항목 194
〈표 6-5〉 기존의 연구노트 평가기준 196
〈표 6-6〉 연구노트 평가기준 운영 관련 추진 경과 197
〈표 6-7〉 2014년 이후 연구노트 평가결과 197
〈표 6-8〉 연구노트 평가기준 개선(안) 199
[그림 1-1] 플랫폼 기술의 분류 21
[그림 1-2] 4세대 R&D로의 진화 28
[그림 1-3] R&D 체계에 대한 연구품질보증 29
[그림 1-4] 계산과학의 역할 및 기능 31
[그림 1-5] 계산과학 분야 원내 지원 전략 31
[그림 1-6] 플랫폼연구실 엔지니어링 연구그룹 중점 추진사항 32
[그림 3-1] 연구 장비 통합관리 시스템 활용 개념도 48
[그림 3-2] 원내·외 사용자 교육신청 절차 51
[그림 3-3] 원내 자율사용자 양성을 위한 장비역량강화 교육 진행 53
[그림 3-4] ICP 분석실 도면 58
[그림 3-5] ICP 분석실 전경 59
[그림 3-6] 산 증기 유출 방지 case 설치 모습 60
[그림 3-7] ICP 분석 지원 안내 공지 61
[그림 3-8] HT-XRD 설치 모습(본원 3연구동 103호) 63
[그림 3-9] FE-SEM 설치 모습(본원 3연구동 122호) 65
[그림 3-10] 사전기획보고서 및 심의발표자료 69
[그림 3-11] FE-TEM 예산심의 결과 69
[그림 3-12] FE-TEM 중복성 검토 결과 71
[그림 3-13] FE-TEM 도입을 위한 수요조사 설문지 72
[그림 3-14] 장비기술세미나 결과 79
[그림 3-15] 자문 위원 의견서 82
[그림 3-16] 내·외부 위원 TFT 회의 모습 82
[그림 3-17] 신소재 개발을 위한 빅데이터 DB화 과정 87
[그림 3-18] KS Q ISO/IEC 17025:2017 전환 계획 99
[그림 3-19] 수전해 다공성 분리막 무기입자 형상 및 기공구조 분포 106
[그림 3-20] 수전해 부하변동 운전 시 CoP전극 성능열화 회피를 위한 Mn의 효과 106
[그림 3-21] 활용성 극대화 데이터 저장 107
[그림 4-1] 계산과학 수요맞춤형 기술지원 현황 112
[그림 4-2] 수요맞춤형 기술지원 의견수렴 결과 120
[그림 4-3] 수요맞춤형 기술지원 표준화 문서 122
[그림 4-4] KIER 계산과학 플랫폼 개발 전략 모식도 123
[그림 4-5] 계산과학 플랫폼 원자단위 전산모사 모듈 개발 로드맵 125
[그림 4-6] 원자구조 DFT 계산 수렴성 도출 알고리즘 126
[그림 4-7] 띠구조 계산 자동화 예시(MgO) 127
[그림 4-8] 표면 원자 추출 알고리즘 갱신 결과 128
[그림 4-9] 분자흡착 방향 결정 알고리즘 변경 내용 129
[그림 4-10] 신규 도입한 계산과학 플랫폼 웹서비스용 HPC 130
[그림 4-11] 2차원 소재의 최적 van der Waals 거리 계산 방법 도출 131
[그림 4-12] 다양한 anion 및 dopant에 따른 구조 안정성 HT 계산 132
[그림 4-13] 태양광 소재 후보물질의 전자 띠구조 및 부분상태밀도 분석 132
[그림 4-14] 계산과학 자동화 플랫폼 A2P2(베타버전) 메인 페이지 133
[그림 5-1] 기술경제성 분석 소프트웨어 내 프로세스 요약 134
[그림 5-2] APEA 내 Project Basis View 화면 135
[그림 5-3] APEA 내 Process View 화면 136
[그림 5-4] APEA 내 Project View 화면 137
[그림 5-5] 각 설비별 맵핑을 통한 설비와 계장 정보의 반영 137
[그림 5-6] 투자비 산정 결과 화면 138
[그림 5-7] 현금흐름분석 결과 화면 138
[그림 5-8] APEA의 원내 SW 예약시스템 내 반영 화면 139
[그림 5-9] 해외 기관 교육용 파일럿 플랜트 현장(임페리얼 칼리지 런던) 140
[그림 5-10] 엔지니어링 전문 교육 과정-기본 과정 주요 내용 142
[그림 5-11] 엔지니어링 전문 교육 과정-응용A 과정 주요 내용 143
[그림 5-12] 엔지니어링 전문 교육 과정-브로슈어 주요 내용 144
[그림 5-13] KIER 맞춤형 엔지니어링 표준업무가이드–전산수치해석(CFD) 분야 작성 일정 145
[그림 5-14] KIER 맞춤형 엔지니어링 표준업무가이드–전산수치해석(CFD) 분야 내용 일부 146
[그림 5-15] 공정 분야 엔지니어링 업무가이드 북 완성본 사진 147
[그림 5-16] 엔지니어링 업무가이드 북을 이용한 교육 모습 148
[그림 5-17] 상업공정 모델링을 위한 공정 Scheme의 변화 149
[그림 5-18] 50 TPD 상업 규모 반탄화 공정에 대한 공정 흐름도(PFD) 151
[그림 5-19] 50 TPD 상업 규모 반탄화 공정에 대한 공간 배치도(Plot Plan) 151
[그림 5-20] 초임계 CO₂ 기본 Cycle에 대한 Dynamic Simulation 모델 152
[그림 5-21] Heater 열원 온도 하강 및 CO₂ 유량 증가 시 터빈 입구 온도 및 발전량 변화 153
[그림 5-22] Heater 열원 온도 및 CO₂ 유량 변화에 따른 Net Power의 변화 154
[그림 5-23] CO₂ 농도에 대한 3차 다항식 계수 및 실험값 대비 예측값의 일치도 155
[그림 5-24] CO₂ 회수율에 대한 3차 다항식 계수 및 실험값 대비 예측값의 일치도 156
[그림 5-25] 배가스 내 CO₂ 분리를 위한 2단계 멤브레인 분리 공정 156
[그림 5-26] 시멘트 Dust 이용 CO₂ 광물화 공정에 대한 PFD 159
[그림 5-27] gProcessBuilder 기반 시멘트 Dust 이용 CO₂ 광물화 공정 모델 160
[그림 5-28] 추가 공정 개선안 161
[그림 5-29] 5kW 급 역전기투석 기반 염분차 발전 설비 공정 흐름도(PFD) 162
[그림 5-30] 5kW 역전기투석 기반 염분차 발전 설비 3D Model(상) 및 설비 배치도(하) 163
[그림 5-31] 모듈형 이산화탄소 포집 설비 분해 현장 및 설치 현장 164
[그림 5-32] (a) 압축탄산 설비 공정흐름도 및 HMB, (b) 압축탄산 설비 공정 시뮬레이션, (c) 압축탄산 설비 공정배관계장도(P&ID) 165
[그림 5-33] 수전해-메탄화 통합 시스템의 모델 Flowsheet 166
[그림 5-34] 수전해-메탄화 통합시스템 시뮬레이션 주요 결과 167
[그림 5-35] TSA 바이오가스 건조공정의 Flowsheet 상 모델 168
[그림 5-36] 흡착 성능 비교 : 실험 결과(좌), 시뮬레이션 결과(우) 169
[그림 5-37] C1 가스 전환 공정의 하이브리드 분리공정 기본 초구조(좌) 및 주요 성능(우) 170
[그림 5-38] 맞춤형 분리막 모델 구조 171
[그림 5-39] C1 하이브리드 분리공정의 기본 모델 Flowsheet 171
[그림 5-40] CO₂ 포집 유동층 반응기 설계도면 172
[그림 5-41] CO₂ 포집 유동층 반응기 CFD 해석을 위한 형상 및 격자생성 173
[그림 5-42] CFD 해석결과 174
[그림 5-43] CO₂ 포집 유동층 반응기 내 압력분포 175
[그림 5-44] Pilot scale EP 설계도면 176
[그림 5-45] CFD 해석을 위한 Geometry & Mesh 177
[그림 5-46] CFD 유동해석 해석결과-유동 분포 178
[그림 5-47] CFD 유동해석 해석결과-차압 179
[그림 5-48] CFD 유동해석 해석결과-유량 변화 180
[그림 5-49] 기존 반응기 모델 선정 및 Geometry sizing 181
[그림 5-50] CFD 해석을 위한 Geometry & Mesh 182
[그림 5-51] Kinetic parameters(A & Ea) 183
[그림 5-52] 해석결과-Reactants mole fraction 184
[그림 5-53] 해석결과-Products mole fraction 184
[그림 5-54] 해석결과-Velocity 185
[그림 5-55] 열분해로 후단 촉매탑 설계 도면 186
[그림 5-56] CFD 해석을 위한 기본 형상 및 다양한 Screen 형상(Case 1~3) 187
[그림 5-57] 격자 생성 결과 187
[그림 5-58] CFD 유동해석 결과-Velocity Distribution 191
[그림 5-59] Case 1~Case 3의 측정 지점에서 RMS% 수치 비교 192
[그림 6-1] 2차 연구품질모니터링 전후 연구노트 활용율 변화 195
[그림 6-2] 연구품질시스템의 구성 196