에너지/환경

저온 플라즈마 기술을 이용한 항생제 처리 기술 성과

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최근, 중국과학원 허페이물질과학연구원 기술생물연구소 황칭(黄青) 연구팀은 안후이 화펑(华丰)친환경에너지절감과기유한회사와 공동으로 저온 플라즈마 폐수처리 기술을 개발함과 아울러 자체 개발한 의료폐수처리 설비로 오존을 생산하고 퀴놀론항생제를 비롯한 노르플록사신에 대한 분해처리를 했다. 또한, 표면강화라만분광법을 이용하여 노르플록사신에 대한 분해 효율과 메커니즘을 연구했다. 해당 성과는 "Chemosphere"에 발표되었다. 제약산업, 양식업 및 병원에서 배출되는 오폐수는 다양한 내화성 유기물 및 세균과 바이러스뿐만 아니라 대량의 항생제도 포함된다. 항생제를 포함한 이러한 폐수는 처리를 거치지 않고 기준미달 상태로 환경 수역에 배출되어 박테리아 내성 증가를 초래하고 생태평형에 심각한 영향을 미치며 또한, 인체 건강에 잠재적인 위협과 위험을 초래한다. 따라서 친환경적이고 고효율적인 새 항생제 폐수처리 기술과 설비 개발이 시급하다. 기존 연구팀은 저온 플라즈마 기술을 이용한 노르플록사신 분해처리 방안을 제한하였고 또한 처리 과정에서 오존의 분해효과가 뚜렷하다는 것을 발견했다. 오존의 노르플록사신 분해 메커니즘에 대한 심층적 연구 결과, 플라즈마가 생성한 오존은 노르플록사신을 신속 분해할 수 있고 또한 오존의 노르플록사신에 대산 산화분해는 주로 탈플루오르 반응, 카르복실기와 퀴놀론계 단열에서 나타났다. 저온 플라즈마를 이용한 오존 생산은 경제적이고 실용적이며 사용이 편리하고 친환경적이며 2차오염이 없고 실용성이 높다. 또한, 고효율적인 폐수처리 기술을 개발하고 플라즈마 의료폐수 처리기술의 응용과 발전을 추진함에 있어서 중요한 의미를 가진다. 해당 연구는 저온 플라즈마 기술의 환경 분야에서의 응용을 개척하였고 관련 기술과 설비도 시장 추진 단계에 있다.

중국과학원, 전기가수분해 수소제조 기술연구 진전 취득

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최근, 중국과학원 다롄화학물리연구소 기초국가중점실험실·태양에너지연구소 리찬(李灿) 연구팀이 개발한 차세대 전기가수분해 촉매가 쑤저우 징리 수소생산설비유한회사 및 커크렐-징리(쑤저우)수소에너지기술유한회사에서 제조한 규모화 알칼리성 전기가수분해 수소제조 파일럿 테스트 데모 엔지니어링 설비에서 안정적인 운행을 실현했다. 정격 작동조건에서의 장시간 운행 검증 결과, 전기가수분해 수소제조 전류 밀도가 4000A/m2로 안정적일 경우, 단위 수소제조 에너지소모는 4.1kWh/m3H2이하이고 에너지효율값은 86% 이상이며 전류밀도가 3000A/m2로 안정적일 경우, 단위 수소제조에너지소모는 4.0kWh/m3H2이하이고 에너지효율값은 88% 이상이다. 이는 현재 알려진 규모화 전기가수분해 수소제조의 최대효율이다. 태양에너지 등 재생에너지를 이용한 물분해에 의한 수소제조는 친환경 수소경제를 달성하는 유일한 방법이며 또한 미래 수소원료 전지의 수소에너지원 발전 방향이다. 태양에너지 등 재생에너지를 화학에너지로 전환하여 저장하는 핵심 단계는 가수분해(광가수분해와 전기가수분해)과정이다. 그중, 전기가수분해 수소제조 기술은 비교적 성숙되었고 이미 산업화 응용되었다. 그러나, 전기가수분해 수소제조 에너지 전환효율은 오랫동안 50-70% 사이에 머물고 있으며 전기가수분해 코스트가 고가로 행진하는 주요 원인이다. 해당 프로젝트의 진전은 수소에너지 분야의 발전과 수소에너지 경제 실현을 위하여 중요한 과학적 및 실제적 의의가 있다. 차세대 전기촉매는 1000M3/시간의 전기가수분해 수소제조 장비에 설치될 계획이다. 또한 란저우(兰州)신구 1000톤급 태양광연료 산업화 시범 엔지니어링 프로젝트에 응용되어 대규모 산업 전기가수분해 수소제조 설비의 에너지소모를 15% 이상 낮추어 전기가수분해 수소제조 산업의 에너지효율을 향상시킬 예정이다. 또한 생산원가를 대폭 낮추어 대규모 전기가수분해 산업화 달성을 추진할 전망이다.

중국과학원, 보하이 갈조 대발생 유래종 규명

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최근, 중국과학원 해양연구소 탕잉중(唐贏中) 연구팀은 보하이(渤海) 갈조(Brown water) 유발종에 대한 역사추적 및 생물지리학적 연구를 통해 갈조는 "외래 침입종에 의하여 유발되었다"는 가설을 뒤집었다. 해당 성과는 "Molecular Ecology"에 온라인으로 게재됐다. 갈조는 수산양식 및 생태계에 막대한 파괴를 초래하는 유해조류이다. 하지만 그 형성 원인에 대한 관점은 일치하지 않다. 해당 연구는 2009년 후 중국 보하이 해역 패류 양식업 및 생태계에 막대한 손실을 초래한 갈조에 초점을 맞추었으며 또한 최초로 갈조 유발종 유레오코커스 아노파게페렌스(Aureococcusanophagefferens)의 생활사 중에 휴면체 단계가 존재함과 아울러 해양 퇴적물에서 장기간 생존함을 입증했다. 갈조는 주로 2~3종 미세조류에 의해 유발된다. 그 중에서 갈조를 가장 흔히 유발하고 유발 규모가 가장 크며 또한 갈조 대발생에 가장 관심사로 떠오르고 있는 조류는 유레오코커스 아노파게페렌스이다. 중국은 미국, 남아프리카 다음으로 3번째 갈조 대발생 국가이다. 2009년 후 친황다오(秦皇島) 해역에서 여러 차례 발생한 갈조는 당지 수산양식업에 막대한 경제적 손실을 초래함과 아울러 생태계에 중대한 파괴성 영향을 초래했다. 연구팀은 유레오코커스 아노파게페렌스는 보하이 해역에서 적어도 1,500년 동안 생존했으며 또한 중국 남쪽의 남사군도로부터 북쪽의 베이다이허(北戴河), 단둥(丹東) 및 중국 4대 해역의 연안 양식 지역에 이르는 수심 3,450m 외해(Open sea)에 광범위하게 분포되어 있음을 발견했다. 해당 결과는 유레오코커스 아노파게페렌스가 북반구에서의 분포 기록을 남쪽으로 적어도 1,700Km 확장시켰다. 이로써 보하이 갈조는 외래 침입종에 의하여 유발된다는 가설을 뒤집었다. 유레오코커스 아노파게페렌스는 전세계 많은 해양에 광범위하게 분포된 종으로서 휴면체 생성은 해당 종의 전세계 분포 및 갈조 연별 재발생을 초래하는 주요 원인으로 추정된다. 해당 결과는 갈조 유발종 유레오코커스 아노파게페렌스의 "종의 유래" 및 전세계 지리적 본포 패턴을 인식하는데 도움을 줄 뿐만 아니라 갈조 대발생 원인을 심층적으로 연구하는데 중요한 과학적 근거를 제공했다.

2차 재열 발전기술 분야에서 세계선도

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최근, 중국국가에너지투자그룹 쑤쳰(宿遷)회사(이하 쑤쳰회사로 약칭)의 660MW 초초임계 2차 재열(Reheat) 발전장치 프로젝트 점화에 성공했다. 2019년 8월 28일까지 해당 프로젝트의 2대 발전장치의 발전량은 22.67억 kWh에 달했다. 해당 발전장치의 발전 석탄 소비량은 ≤256g/kWh, 발전효율은 ≥48%이고 환경지표는 세계 최고 수준에 도달했다. 해당 프로젝트의 2차 재열 탑식 보일러, 고효율 증기터빈 및 맞춤형 부속 설비, 지능형 발전 제어 시스템, 선진적인 친환경 설비 등 핵심 기술은 독자적 활용을 구현했다. 이는 중국의 고효율 유연성 2차 재열 발전 기술이 세계 앞자리를 차지했음을 의미한다. 석탄 생산/소비 및 전력(Electric power) 수요가 세계 1위인 중국의 화력발전 기술은 21세기에 들어서서 지속적인 발전을 거듭했다. 2004년, 중국은 60만 kW 초임계 발전소를 구축했고 2006년, 100만 kW 초초임계 발전소를 구축했으며 2015년, 100만 kW 초초임계 2차 재열 발전소를 구축했다. 예측에 의하면 2030년 및 2050년에 이르러 중국의 총 1차 에너지 소비에서 석탄이 차지하는 비율은 50% 및 40%로 하강될 전망이다. 다시 말해서 중국의 에너지 구조에서 석탄의 지배적 위치는 변화지 않으며 화력발전 기술은 중국에서 도태되지 않을 전망이다. 초초임계 발전장치는 더욱 높은 증기 온도 및 압력을 기반으로 하기에 준임계 열효율이 5%~7% 향상되고 2차 재열 기술을 적용한 후 열효율을 2%~3% 더한층 향상시킬 수 있다. 더욱 높은 열효율은 더욱 적은 석탄 소비 및 오염물질 배출을 의미한다. 2015년, 중국궈뎬(國電)그룹회사 장쑤(江蘇)타이저우(泰州)발전소 2단계 2차 재열 시범 프로젝트가 생산에 들어감으로써 전력공급 석탄소비가 세계 동일 유형 장치에 비하여 13.7g/kWh 감소되어 중국이 해당 분야에서 선도적 지위를 차지하는데 기반을 마련했다. 하지만 2차 재열 발전장치는 비교적 큰 부하 변화 범위에서 경제적 운행 보장 및 피크기 조절 능력이 부족한 문제점이 존재한다. 따라서 "고효율 유연성 2차 재열 발전장치 개발 및 프로젝트 시범"은 중국 "13차 5개년" 계획의 중점 연구개발 계획으로 선정됐다. 2016년 10월부터 궈뎬(國電)그룹은 화베이(華北)전력대학, 화둥(華東)전력설계원, 상하이전기(電氣)그룹 등 14개 기관과 공동으로 평균 연령이 39세인 148명으로 구성된 연구팀을 구축하여 2차 재열 발전 기술 연구를 수행했다. "유연성" 및 "고효율"을 구현하려면 보일러, 증기터빈, 시스템 설계 및 제어 시스템 최적화 등 핵심 기술을 파악해야 한다. 기존의 재료로 보일러 출구 증기 파라미터의 32.24MPa(a)/605℃/623℃/623℃ 도달은 한계점이다. 쑤쳰회사는 탑식 보일러를 채택함과 아울러 보일러 핵심 기술 파악을 통해 전열면(Heating surface) 배치를 최적화하고 온도 편차를 감소시킴으로써 광범위 부하 범위에서의 장기간 설계 파라미터 도달을 구현했다. 연구팀은 또한 2차 재열 발전장치의 고효율 열공급 핵심 기술을 파악했고 최초로 화력발전 분야에서 "증기-전기 더블드라이브(Steam-electric double drive)" 흡출 송풍기(Induced draft fan) 고효율 유연성 열공급 기술을 응용함으로써 대형 발전장치에 작은 보일러로 열공급하는데 양질적인 방안을 제공했다. 이외에도 연구팀은 2차 재열 발전장치의 불충분한 온도 조절 등 핵심 기술을 파악함과 아울러 역가열, 진공, 바이패스(Bypass), 주파수 변조 등 일련의 혁신 기술을 통합하여 최적화함으로써 발전장치의 쾌속 구동/정지, 심층적 피크기 조절, 고효율 유연성 등 핵심 지표를 구현했다. 쑤쳰회사의 고효율 유연성 2차 재열 기술은 완전한 자체 지식재산권을 보유하고 있으며 세계 선진 수준에 도달했다. 또한 정보 및 제어 시스템의 완전한 독자적 활용을 구현함과 아울러 최초로 석탄화력발전 분야에 지능형 발전 기술을 적용함으로써 2대의 66만 kW 발전장치의 운전을 제어하는데 10명의 인력이면 충분하고 전력망의 실시간 피크기 조절 요구도 만족시킬 수 있다. 연구팀은 지능형 발전 운행 제어 시스템(ICS) 및 지능형 발전 공공서비스 시스템(IMS)의 구조 및 기본 기능에 대한 심층적 개발 및 검증을 기반으로 4대 지능형 제어, 6대 지능형 관리 및 7대 지능형 센터를 구축하여 ICS 시스템이 운영된 후 해당 프로젝트의 고효율 운행, 선진적 제어, 지능형 모니터링 및 진단에 유력한 지원을 제공함으로써 발전장치 성능의 충분한 발휘를 보장하는 조건에서 일상 조작 작업량을 60%이상 효과적으로 감소시켰다. 현재 중국의 화력발전 설계, 장비 제조, 운영 유지보수 관리 등 기술은 세계 선진수준에 도달했으며 친환경 오염물질 배출도 세계 최고 수준에 도달함으로써 연도가스 탈황/탈질/먼지 초저배출, 탈황폐수 무배출, 고체폐기물 100% 재활용을 구현했다.

전고체 전지의 전극-전해질 접촉 병목문제 해결

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최근, 중국과기대 마청(馬騁) 연구팀은 칭화(清華)대학 난처원(南策文) 연구팀과 공동으로 배율성능이 전통적인 페이스트 코팅(Paste coated) 양극에 접근하는 복합 양극을 제조함으로써 전고체 전지(Solid-state battery)의 전극-전해질 접촉에 문제가 된 병목문제를 해결하는데 새 아이디어를 제공했다. 해당 성과는 "Matter"에 게재됐다. 연구팀은 전자현미경으로 페로브스카이트 구조 고체 전해질을 연구하는 과정에서 리튬이 다량 함유된 층상 산화물인 고성능 전극재의 구조는 페로브스카이트 구조 사이에서 에피택셜 성장 계면을 형성할 수 있으며 따라서 원자 규모에서 긴밀하고 충분한 고체-고체 접촉을 형성할 수 있음을 발견했다. 양자 사이의 에피택셜 성장 계면을 심층적으로 분석한 결과, 계면에서 15개 원자 평면(Atomic plane)은 1개의 불일치 전위(Misfit dislocation)를 형성함과 아울러 누적된 변형에너지를 방출함을 발견했다. 해당 메커니즘에 의한 에피택셜 성장 계면 형성은 전극과 전해질이 유사한 격자 크기를 보유할 것을 요구하지 않으며 또한 다양한 층상 구조 재료와 페로브스카이트 구조 재료 시스템 사이에서 에피택셜 성장 계면을 광범위하게 형성할 수 있다. 연구팀은 해당 결론을 실제 재료 제조에 이용하여 원자급 계면 결합 기반 전극-전해질 복합 전극재를 제조함과 아울러 성능 특성화를 달성했다. 해당 방법으로 제조한 고체-고체 복합재료 전극에서의 활성물질과 전해질 사이의 결합 충분 정도는 고체-액체 접촉 수준에 접근할 뿐만 아니라 배율성능도 전통적인 페이스트 코팅 기술로 제조한 고체-액체 복합재료 전극에 비하여 우수하다.

둥팡전기그룹, 중국 첫 10MW 해상풍력발전기 제조

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2019년 8월 21일, 둥팡전기(東方電氣)그룹이 개발한 자체 지식재산권을 보유한 중국 첫 10MW 해상 영구자석 직접 구동식 풍력발전기가 쓰촨(四川) 더양(德陽)에서 출하 테스트에 통과됐다. 2018년 10월 17일, 둥팡전기그룹 풍력발전유한회사는 10MW 해상풍력발전기 설계 제조 "통행증"인 중국품질인증센터가 발급한 10MW 해상풍력발전 장치 IEC 설계 인증서를 수여받았다. 이로써 둥팡전기그룹은 세계에서 두 번째, 중국 최초로 10MW 대형 해상풍력발전 장치 IEC 설계 인증서를 획득한 제조업체로 되었다. 10MW 해상풍력발전기는 중국 해역의 특성을 고려해 직접 구동식 영구자석+전출력(Full power) 주파수 변환 기술 로드맵을 채택하여 뛰어난 능동적 항태풍 성능을 보유하고 있다. 기존의 5MW 이하 풍력발전기에 비하여 10MW 풍력발전기는 엔진 사이즈가 크고 가공 제조 정밀도 요구가 높다. 엔진 테스트 과정에서 1차적으로 터닝(Turning)에 성공했으며 각종 지표는 모두 설계 기술 요구에 도달했다. 이는 중국이 대출력 해상 영구자석 직접 구동식 풍력발전기 개발 및 생산 제조 능력을 구비했음을 의미한다. 해당 발전기는 푸젠(福建) 싱화만(興化灣) 해상 바람장에 설치될 예정이다. 해상풍력발전은 새로운 청정에너지이다. 데이터 자료에 의하면 2018년, 톈진(天津) 해역에 구축된 총 설치용량 90MW, 18대의 5MW 풍력터빈으로 구성된 해상풍력발전소의 연간 발전량은 1.8억 kW·h에 달했다. 이는 8만 가구의 1년 전력 소비량에 해당된다. 이는 1년에 표준석탄(Standard coal)을 6.4만 t 절약할 수 있고 이산화탄소 배출량을 19.2만 t 감소시킬 수 있다. 향후 10MW 해상풍력발전기가 본격 투입될 경우 더욱 높은 발전 효율을 달성할 전망이다.

과불소화합물 전체 사슬 전이 규칙 규명

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최근, 중국농업과학원 농산물품질표준·검사기술연구소 쑤샤오어우(蘇曉鷗) 연구팀은 신형 잔류성 유기오염물질-과불소화합물이 고단백질사료 원료에서의 부존 특성 및 "사료-사육동물-인간" 전체 사슬에서의 전이/전환/노출 리스크를 논술했다. 해당 성과는 "Journal of Hazardous Materials"에 게재됐다. 최근년래 과불소화합물 등과 같은 신형 잔류성 유기오염물질의 생산량 및 사용량이 많아짐에 따라 환경으로부터 사료 및 식품 사슬에 유입되어 사료 및 식품 분야에 새로운 안전 리스크를 초래하고 있다. 우수한 성능을 보유하고 있는 과불소화합물은 광범위하게 응용되는 화학품으로서 종류가 다양하고 사용량이 많으며 또한 환경에서 매우 강한 잔류성을 보유하고 있다. 일부분 과불소화합물은 생물농축 능력 및 생물독성을 보유하고 있기에 "스톡홀름협약(Stockholm Convention)"에서 통제하고 있다. 과불소화합물 등 신형 유기오염물질이 "환경/사료-사육동물-가축가금 제품" 생산 사슬에서의 전이/전환 규칙은 확정되지 않았고 또한 부존 분포 특성을 규명하지 못했다. 상기 문제점을 감안해 연구팀은 과불소화합물의 단백질 친화성을 근거로 다양한 단백질 사료 원료의 긴사슬 및 단사슬 과불소화합물의 선택적 친화성 부존을 해석했다. 이를 토대로 연구팀은 전세계 범위 어분(Fish meal) 중 과불소화합물의 오염 수준을 심층적으로 연구했으며 실험 데이터 및 몬테카를로 모델을 결합하여 최초로 과불소화합물이 "사료-사육동물-인간 섭취" 전체 사슬에서의 전이/전환/노출로 인한 건강 리스크 수준을 예측하였다. 아울러 유럽연합에서 제안한 일일섭취허용량(TDI)과 비교함으로써 중국 다양한 지역 주민의 노출 리스크 차이성을 제안했다. 동 연구는 최초로 "사료-사육동물-인체노출" 관점에서 오염물질이 먹이사슬에서의 전이 및 부존 리스크를 해석했으며 실제 생산 관점에서 중국의 다양한 음식습관을 보유한 주민의 과불소화합물에 대한 노출 리스크를 규명함으로써 잔류성 유기오염물질이 동물성 식품 생산사슬에서 전이 예방통제에 지원을 제공했다.

태양광발전 원가 전력망 전력공급 원가보다 저렴

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2019년 8월 12일, 영국 "Nature Energy"에 발표한 최신 연구성과에 의하면 중국 도시의 상업·공업 전력공급에서 태양광발전 시스템에 의한 전력공급이 전력망에 비해 더 저렴한 것으로 나타났다. 이는 향후 중국 상업·공업 분야에서 태양광시스템의 사용을 늘리도록 자극할 전망이다. 태양광발전 가격이 전력망 전력공급 가격에 비하여 높을 경우 태양광시스템 구매에 대한 경제적 자극이 감소된다. 이를 감안해 많은 나라들은 태양광시스템에 보조금을 지불하는 방법을 채택한다. 대규모적 보조금을 제공하지 않는 나라라 할지라도 노동력과 시스템 하드웨어 원가가 비교적 낮을 경우 태양광발전 가격이 전력망 전력공급 가격과 동등한 수준에 도달할 수 있다. 스웨덴왕립공과대학(KTH Royal Institute of Technology) 옌진웨(嚴晉躍) 연구팀은 중국 도시의 태양광시스템 전기비와 총 전력 산출량을 추산함과 아울러 기타 도시의 전력망 전력공급 가격과 비교했다. 또한 전력망 기준계 조건에서 태양광발전 가격을 추산함과 아울러 석탄화력발전 가격과 비교했다. 결과, 중국의 344개 도시 상업·공업 태양광발전 시스템은 전력망 전력공급 원가보다 낮았다. 그 중에서 22% 도시의 그리드 연결(grid-connected) 태양광발전 시스템의 발전 원가도 선탄화력발전 가격에 비하여 낮았다. 전기에너지 주요 원천은 화력발전, 수력발전, 원자력발전 및 풍력발전 등 4가지이다. 이상적인 신에너지는 동시에 2가지 요구를 만족해야 한다. 1) 잠재량이 풍부하고 고갈되지 말아야 한다. 2) 안전하고 청정하며 인류에 대한 위협이 없고 환경을 파괴시키지 말아야 한다. 태양광발전은 새로운 재생 가능한 에너지로서 21세기 전세계 주요 에너지로 자리매김할 전망이다.

슈퍼수력발전소 우둥더발전소에 사용된 5가지 첨단기술

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중국 최대 수력발전기지인 진사강(金沙江) 유역에 구축예정인 20여 개 수력발전소에서 쓰촨-윈난 접경지역의 진사강 하류에 구축 중인 우둥더(烏東德)수력발전소는 중국 4위, 세계 7위의 1,000만 kW급 슈퍼수력발전소가 될 전망이다. 우둥더수력발전소는 아래 5가지 첨단기술을 사용해 세계에서 가장 스마트한 댐으로 거듭날 예정이다. 1) 댐 전체에 저열 시멘트 콘크리트 도입 우둥더수력발전소 댐은 콘크리트 이중곡률 아치댐으로 댐바닥 해발은 718m, 댐정상 해발은 988m, 최대 댐높이는 270m이지만 댐 밑부분 두께는 51m 밖에 안 된다. 비례 관계에서 우둥더수력발전소는 현재 세계에서 가장 얇은 300m급 아치댐이다. 콘크리트 타설 총량은 약 280만 m³에 달하는데 이 같은 체급의 콘크리트 타설공사에서 온도관리가 매우 중요하다. 온도변화가 크면 콘크리트에 균열이 발생해 댐의 안전을 위협하기에 온도는 수력발전소 구축에서 세계적인 어려움이다. 우둥더수력발전소가 위치한 진사강 건열하곡 지역은 일조가 강해 댐시공플랫폼의 기온은 최고 40여 °C에 달한다. 우둥더수력발전소 댐 전체에 저열 시멘트 콘크리트를 사용하기는 세계 수력발전소 구축사에서 처음이다. 측정한데 의하면 대기온도가 29°C인 시공현장에서 콘크리트 온도는 7.1°C에 그쳤다. 2) 분무기, 온도계/냉각호스 매설 등 냉각기법 적용 시공요구에 따르면 댐 콘크리트 타설온도는 18°C를 초과해서는 안 된다. 해당 요구를 만족시키기 위해 시공 막장에 분무기를 설치해 30~40°C 외부 온도에서도 막장 내 온도를 20~30°C 수준으로 통제 가능하다. 댐의 각 부위 온도를 전방위적으로 감지하기 위해 콘크리트 내에 온도계 및 냉각호스를 매설해 콘크리트 온도에 대한 실시간적 감지가 가능하다. 또한 지능 수냉시스템으로 냉각수 유량을 자동적으로 조절함으로써 콘크리트 냉각과정에 대한 지능화를 실현했다. 3) 댐 기저부 투수 방지용 1만여 개 그라우팅 구멍 암석과 암석, 댐과 산체(mountain body) 간 틈새에 시멘트페이스트를 주입·응고시켜 하나로 융합시키는 것은 마치 뼈에 칼슘을 보충하는 것과 같다. 우둥더수력발전소 댐의 최심부 그라우팅/배수 통로는 댐 밑부분을 가로질러 양쪽 산체에 이른다. 댐 상류에서 하류로의 투수를 방지하기 위해 땅 속에 커튼 그라우팅 구멍을 뚫었는데 최대 깊이는 110m에 달한다. 메인 커튼 그라우팅 총공사량은 50만 m이고 그라우팅 구멍 수는 약 1만여 개에 달한다. 이들 전부를 연결시키면 하나의 큰 방수막 같이 물을 댐 상류에 샐 틈 없이 가둘 수 있다. 4) 능동 방호망 설치해 비탈면 붕괴 방지 우둥더수력발전소가 위치한 진사강 하류는 절벽이 깊은 협곡이다. 장기간의 빗물 침식과 햇볕 노출로 인해 산체와 비탈면에 낙석붕괴 위험이 항상 존재한다. 잠재적 위험을 제거하기 위해 시공 초기에 자연노출 측면비탈의 쇄석 및 표층토를 제거한 후 5만여 가닥의 얕은 층 앵커와 4,000여 가닥의 깊은 층 앵커로프를 설치해 산체를 고정시켰다. 앵커로프는 수십 미터 깊이에 박혀 암석과 산체를 하나로 단단히 고정시킨다. 그 다음 200개 축구장 크기에 해당하는 100만 m² 면적의 능동 방호망을 설치해 측면 비탈면 전부를 덮어씌웠다. 인위적 굴삭으로 형성된 측면비탈에 한해 콘크리트를 그라우팅·분사해 암반 전체를 고정시켰고 고도별로 수동 방호망을 설치했다. 방호망을 설치해서부터 중대 위험상황을 여러 차례 성공적으로 제거했다. 이외, 산체에 모니터링센서를 매설하는 등 지질재해 모니터링시스템을 구축함과 아울러 수문기상센터와의 연동을 통해 측면비탈에 발생하는 미세한 변위변형을 조기에 경보할 수 있다. 5) 지하발전소 메인 건물 굴착높이 세계 1위 우둥더수력발전소 댐 정상부 양쪽 산체 간 거리는 300m밖에 안 된다. 공간이 협소한 관계로 270m 높이의 댐구조물을 제외한 대부분 건물구조는 산체와 지하에 은폐돼 있다. 발전소 주요 발전설비인 수력터빈장치가 위치해 있는 메인 건물도 댐 양측 산체에 자리한다. 우둥더 지하발전소 메인 건물의 굴착길이는 333m, 경간은 32.5m, 높이는 89.8m인데 이는 30층 높이의 고층건물에 해당한다. 89.8m 높이는 지하발전소 메인 건물 굴착의 세계 기록을 경신했다. 우둥더수력발전소는 2020년 7월에 저수를 시작해 2021년 12월에 전력을 생산할 예정이다. 완공 후 연간 약 1220만 t의 표준석탄을 절약해 3,050만 t의 이산화탄소와 10.4만 t의 이산화황 배출저감 효과를 거둘 수 있다. 향후 진사강 유역의 우둥더, 바이허탄(白鶴灘), 시뤄두(溪洛渡), 샹자바(向家壩) 등 4개 계단식 발전소의 설치용량은 4,646만 kW 규모에 달할 예정인데 이는 2개 "싼샤프로젝트"에 해당한다. 뿐만 아니라 연간 발전량은 약 1,900억 kW·h에 달해 21세기 대표적인 세계 최대 그린에너지기지로 자리매김할 전망이다.

세계 첫 1,000t급 CO2 자원화 이용 "만능 용제" DMF 합성 파일럿 장치 구축

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최근, 금속유기화학국가중점실험실 딩쿠이링(丁奎嶺) 연구팀은 촉매에 의한 이산화탄소(CO2)전환의 혁신적인 새 기법-CO2로부터 "만능 용제" N,N-다이메틸폼아마이드(DMF)를 제조하는 새 경로를 개발했다. 2019년 8월 6일, "CO2 자원화 이용 DMF 합성 플랜트 기술, 공법 및 장비" 프로젝트는 전문가위원회의 과학기술 성과 평가에 통과됐다. 해당 기술은 세계 선진 수준에 도달했다. 해당 프로젝트는 세계 최초의 CO2 원료로부터 DMF를 합성하는 산업화 공정이다. 연구팀은 CO2 온실가스 자원화 이용 문제를 오래 동안 연구했다. 또한 다년간 촉매에 의한 수소화 분야 연구 경험을 기반으로 신형 유기금속촉매를 개발해 온화한 조건에서 CO2를 "탄소 자원"으로 사용함과 아울러 화학적 전환을 거쳐 메탄올, DMF 등 화공 원료를 제조함으로써 CO2 자원화 이용에 "녹색화학"적 해결 방법을 제공했다. 아울러 "석탄가스" 일산화탄소(CO)를 원료로 하는 전통적인 방법을 개변시켰다. 해당 새 공법은 CO2, 수소 및 디메틸아민을 원료로 한다. 연구팀은 촉매로 CO2를 전환시켜 DMF를 합성하는 새 촉매 시스템, 새 플랜트 기술, 새 장비를 개발했으며 1,000t/년의 파일럿 장치를 구축했다. 해당 파일럿 장치는 이미 1,200여 시간 안정하게 작동했다. 72시간 테스트 결과, 해당 장치는 작동이 안정적이고 제품 순도는 99.5% 이상이며 선택성은 99.97% 이상이고 단일 라운드 전환율은 59% 이상이며 제품 1t 당 촉매 소모는 0.65g 이하, 디메틸아민은 640.42Kg, 수소는 320.1표준입방미터, CO2는 331.7표준입방미터이다. 해당 프로젝트의 촉매반응 시스템 및 촉매 시스템은 독창성을 보유하고 있다. 연구팀은 촉매반응 메커니즘 연구 및 촉매 분자 설계를 통해 균일촉매의 선택성, 활성 및 안정성 최적화 제어 어려움을 해결했으며 CO를 원료로 하는 전통적인 공법을 개변시켰다. 해당 핵심 기술은 국제특허를 출원함과 아울러 미국, 유럽, 일본 시장에 진입했다. 해당 프로젝트의 반응기 설계 및 핵심 장비는 창의성을 보유하고 있다. 연구팀은 해당 촉매반응의 "2-쾌속 1-느림(兩快一慢)" 과정 및 캐스케이드(Cascade) 특성에 근거하여 제트(Jet) 및 버블링(Bubbling) 결합형 반응기 설계 아이디어를 제안하여 신형 균일촉매 반응기 핵심 설비를 개발했고 2개 발열반응 특성에 근거하여 고정밀 온도 제어시스템을 개발했으며 경량물질 제거, 탈수, 정제, 안전제어 등 유닛 및 시스템을 통합함으로써 공법 및 장치의 유연성 제어, 안전하고 안정한 작동을 달성했다. 해당 기술 공법은 합리하고 고효율적일 뿐만 아니라 반응조건이 온화하고 친환경적이다. 또한 에너지 효율의 전환율은 53.8%에 달한다. 1t 제품을 생산하는데 종합 에너지소모는 0.3064t 표준석탄(Standard coal), 폐가스 배출은 6.67표준입방미터이며 고체폐기물/폐수 무배출을 달성할 수 있다. 1,000t급 파일럿 장치 구축은 CO2 자원화 이용에 새 경로를 개척했으며 기존의 CO를 원료로 하는 산업화 기술에 비하여 원료 원가를 절감시켰을 뿐만 아니라 원료가 풍부하고 "3가지 폐기물"의 배출을 대폭 감소시켰다. 새 공법은 CO2 및 수소를 원료로 이용하기에 과잉 수소 및 CO2 업체 및 기업의 경제적 효익을 뚜렷하게 높일 수 있다. 향후 해당 신기술의 산업화 시범 장치 구축을 가속화할 전망이다.