나노기술 및 정책 정보

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미국 에너지부(Department of Energy: DOE)는 일본 신에너지.산업기술종합개발기구(NEDO)와 같이 대학, 국립연구소 및 기업에 R&D 자금을 제공해 에너지 관련의 기술개발을 하고 있다. 그러나 NEDO와 크게 다른 점은 정책 입안과 그 실행을 동일 조직 내에서 실시하고 있는 것이다. 또한 DOE는 원자력, 화력발전 등을 포함하는데 반해 NEDO는 태양광 발전 등의 신 에너지로 한정되어 있다. 한편 일반 산업기술의 고도화를 지원해 이노베이션 창출을 목표로 하고 있는 점 등이 차이점이다.

본 고는 2007년 2월과 6월에 미국 캘리포니아주 몬트레이에서 개최된 연료 전지에 관한 회의 및 뉴욕 폴리테크닉 대학에서 개최된 IUMACRO`07 회의에서 발표된 DOE 연구자의 DOE 연료 전지에 관한 정책 성과를 토대로 정리한 것이다.

[“20 in 10” 정책]
2007년도부터 10년 후인 2017년까지 미국에서 사용되는 가솔린을 20% 삭감하는 정책이다. 그 내역은 재생가능 및 대체연료의 공급을 늘려 2017년에는 350억 갤런. 이 수치는 2012년 목표의 약 5배에 상당하는 연간 가솔린 사용량의 15%이다. 승용차나 경트럭의 성능을 향상(예를 들면 경량화 등)시켜 85억 갤런을 없앤다. 이는 5%에 상당하며 총 20% 삭감한다.

[대통령의 선진 에너지 이니셔티브]
에너지원을 다양화하는 R&D를 촉진하는 정책이며 DOE에 대해 22% 예산 증가로 되어 있다. 그 내용은 석탄 연구 이니셔티브, 솔라 아메리카 이니셔티브, 풍력 에너지, 글로벌핵에너지 파트너십 등이 중심. 천연가스 수요의 삭감과 에너지 코스트의 저감 도모를 목적으로 하고 있다.

[수소 연료 주도권]
5년간에 12억 달러를 배분. 2008년에는 2007년보다 증가시킨 3.09억 달러. 향후 4년 이내에 연료 전지의 코스트를 현재의 50%이하로 하는 등이 내용이다. 2015년을 목표로 수소 연료 코스트 2~3 달러/gge, 연료 전지 코스트 30달러/kW 이하, 주행거리 300마일 이상을 가능하게 하는 수소 탱크의 개발 등이다. (gge = gallon gasoline equivalent )

[DOE의 지원 연구테마]
다음은 DOE가 지원하고 있는 주요 연구테마 및 연구 장소이다.
* 막 및 이온 도전성
- 연료 전지막의 플로톤 수송 컴퓨터 시뮬레이션(유타대학)
- 새로운 플로톤 도전성 플루오르 폴리머(Clemson 대학)
- 수소 제조용 3종 합금 고속 ab initio 계산법(카네기멜론 대학)
- 졸겔법에 의한 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI) 막의 작성(RPI)
- 수증기중의 전기 분해용 나노 콤퍼지트 전극의 개발(U.Penn)
- 이오노머(Ionomer)중의 이온 전도성 이론, 모델링 및 그 시뮬레이션(CWRU)
- 전극 및 전해질 계면의 플로톤 이동의 계산, 이론 및 실험적 검토(UT)
- 중간 온도역(＜299℃)의 연료 전지를 위한 폴리머로 기능화 된 제올라이트 플로톤 도전성막(Cal Tech)
- 차세대 연료 전지용 플로톤 교환막(UNC)
- PEM막 내구성 향상을 위한 새로운 금속간 촉매(코넬대학)
- 연료 전지 및 전해막용 OH- 전도 시스템의 기초(LANL)
- 복잡한 분자 환경에 있어서의 전하 이동 수송 및 반응성에 관한 연구(PNNL)
- 전해질 고분자중에 한계까지 가해진 이미다졸 및 이미다졸륨(LBNL)

* 물 수송
- PEM 연료 전지중의 물 수송의 선진 모델(CFD)
- 수회-40℃환경이있던 PEMFC 스택의 발전 성능의 데먼스트레이션(Nuvera)
- 막중의 촉매, 가스 확산 및 마이크로 폴라스층이 누수, 건조 또는 동결, 해빙됐을 시의 과도적 모델(LANL)

* 촉매
- 내구성, 저가격, 고성능 정극(3 M)
- 설계된 공공(空孔)을 가지는 에어로 겔 카본상의 3원 합금의 설계(UFCFC)
- 초저량 귀금속을 지닌 나노 촉매 및 비귀금속/헤테로 원자 폴리머 나노 복합체(LANL)
- 비백금 음극 촉매(ANL)
- 내구성 및 고성능 음극탄체-흑연화 카본 및 카본 표면을 텅스텐 카바이드로 피복한 탄체-셀 하드웨어(PNNL)
- 2000hr 이상의 내구성이 있는 PEM 용 씰재(UTCFC)
- 표면 질화된 철 크롬 합금 세퍼레이터(ORNL)

* 본 자료는  일본NEDO(신에너지 산업기술 종합개발기구) 해외 리포트 NO.1004의 내용을 요약 정리한 것임