나노기술 및 정책 정보

 

이 보고서는 미국 에너지부 기초에너지과학(Basic Energy Sciences: BES) 촉매작용 과학 프로그램국의 촉매작용 기초 연구에 대한 투자를 심도있게 분석한 것이다. 촉매작용은 환경에 온화한 탄화수소 사용과 새로운 에너지원, 새로운 효율적인 에너지 시스템처럼, 현재와 미래의 에너지 해결에 핵심이다.

 

에너지는 미국이 직면한 가장 중요한 도전 중 하나다. 에너지 확보라는 국가, 경제적인 사명을 이루기 위해 에너지부는 에너지관련 문제에 집중하는 기초 물리-과학 연구를 지원한다. 촉매작용에 대한 연구는 연구 포트폴리오의 중요한 부분이다. 1999년부터 촉매작용 과학 프로그램은 대학과 국립 연구소에서 1000건 이상의 촉매 작용 기초 연구를 지원했다. 2007년엔 약 3800만 달러(BES예산의 3%)가 이 프로그램에 지원(대학에 더 많이 지원됨)되었다. 현재 이 프로그램은 78개 연구소에서 170 명의 중요한 연구자를 지원한다. 1999-2007년 까지 지원을 받은 주요 연구자는 약 20년 전에 박사학위를 받은 정교수다.

 

기초에너지과학 촉매작용 과학 프로그램 검토위원회(Committee on the Review of the Basic Energy Sciences Catalysis Science Program)는 촉매작용 기초 과학을 한가지 이상의 구체적인 촉매에 응용될 수 있는 충분한 촉매작용 시스템 혹은 물질에 대한 일반적인 이해 혹은 통찰로 규정했다.  

 

- 촉매작용의 구조와 반응환경을 모델링

- 나노구조화된 금속 산화물

- 바이오매스를 에너지 목적으로 전환

- 단일 위치 중합(single-site polymerization)- 현재 미국에서 20억 파운드의 폴리오레핀 생산에 이용되는 이 새로운 중합 과정은

더 효율적이며, 에너지를 덜 쓰고, 이전 기술보다 자본이 적게 들어 전세계의 폴리머 생산에 영향을 미쳤다.  

 

연구 포트폴리오를 면밀히 검토한 결과 위원회는 BES가 촉매작용 기초연구에 대한 투자를 잘했다는 결론을 내렸다. 프로그램은 촉매작용에 대한 세계적인 명성이 있는 지도자들에 대한 투자를 잘 유지관리하였으며 새로운 연구자들을 잘 모았다. 에너지부의 촉매작용 과학 구상(Catalysis Science Initiative: CSI)은 프로그램에 새로운 기금, 연구자, 혁신적인 연구 주제를 조달해주는 일을  훌륭히 해냈다. 하지만 프로그램 포트폴리오의 연구 질과 연관성에서는 차이가 있다.

 

촉매작용 과학 프로그램 포트폴리오는 불균일한(heterogeneous) 촉매작용과 균일한(homogeneous) 촉매작용 두 가지 유형에 분산되어있다. 이는 전통적인 학문의 분리에 따라 편의대로 나눈 것이나 연구자들은 전통적인 경계를 넘어서는 연구를 하고 있어 경계가 흐려지고 있다.

 

불균일한 촉매작용 - 이에 대한 연구가 프로그램의 많은 부분을 차지한다.

전통적인 불균일한 촉매작용 지원과정(grants), 표면과학 지원과정, 나노과학 지원과정, 촉매작용 과학 구상 지원과정, 이론 지원과정. 수소연료 구상 지원과정이 있다.   

 

균일한 촉매작용 - 이 분야에 대한 연구 지원과정은 현재의 포트폴리오보다는 적은 부분을 차지하나 촉매작용과학 프로그램에 큰 영향을 미쳤다.

단일 위치 중합(single-site polymerization) 지원과정, C-H활성화와 기능화 지원과정, 유기합성에서의 균일한 촉매작용 지원 과정, 생체관련(biorelated) 지원 과정 등이 있다.

 

- 촉매작용 과학 프로그램은 결정된 것을 지원하는 현재의 방식을 유지한다. 촉매작용 과학 구상처럼 여러 연구자가 관여하는 학제간 연구 프로그램은 유지되어야 하나 미래의 연구 팀은 더 많은 균일한 촉매작용과 생체촉매(biocatalysis) 연구자를 포함해야 한다. 프로그램은 미래의 기금지원 사업을 경험 많은 연구자와 신진 연구자의 균형을 유지하는 기구로 활용하여 연구를 수행하는 새로운 방법을 탐구한다.

- 촉매작용과학 프로그램은 계약자 모임과 다른 활동에서 지속적으로 참여를 넓힌다.

- 촉매작용과학 프로그램은 생산성이 높은 장기 연구자를 계속 지원하고 새로운 연구자를 모집한다. 불균일한 촉매 작용 연구 분야에서 연구업적이 최상인 연구자를 알아내 지원한다.

- 불균일한 촉매작용에서의 연구 과정 분배는 약간 변화가 필요하다. 고표면촉매(high surface area catalysts), 표면과학, 나노과학, 전기분해 같은 연구는 유지되어야 하나. 촉매제 설계와 합성 방법, 독특한 반응 시스템, 독특한 특성화 기술, 완전히 새로운 화학 반응에 대한 탐구하는 연구를 강조해야 한다.  이론적인 방법에 대한 개발 지원도 전체 연구에서 더 강조되어야 한다.

- 균형잡힌 균일한 촉매작용 포트폴리오는 새로운 촉매작용 시스템과 반응에 대한 더 큰 개발을 포함하기 위해 개별적인 기계적인 단계를 넘어서야 한다.

 

요약

1.       도입

2.       촉매작용 과학 프로그램 개괄

3.       촉매작용 과학 프로그램 포트폴리오 개괄

4.       기초 에너지 과학 촉매작용 과학 프로그램 포트폴리오 개발에 미치는 주요 영향

5.       촉매작용 과학프로그램 포트폴리오 분석

6.       발견과 권고