2020년 1월 17일, 중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소가 개발한 세계 첫 1,000t급 규모화 태양연료(Solar fuel) 합성 시범 프로젝트가 간쑤(甘肅)란저우신구(蘭州新區)친환경화공단지에서 시운전에 성공함으로써 태양에너지 등 재생가능에너지를 액체연료로 전환시키는 산업화 생산의 첫걸음을 내디디었다. 태양연료 합성은 태양에너지, 풍력에너지, 수력에너지 등 재생가능에너지를 이용하여 전기를 생산한 다음 물전기분해에 의한 수소 제조, 이산화탄소 수소화에 의한 메탄올 전환 등을 통해 액체연료를 제조하여 재생가능에너지를 액체연료에 저장하는 과정을 의미한다. 간단히 말하면 태양에너지 등 재생가능에너지, 이산화탄소 및 물을 이용하여 청정 재생가능에너지인 메탄올 등 액체연료를 생산하는 과정을 의미한다. 이는 간헐적이고 분산된 태양에너지를 재생가능에너지로 수집하여 저장하는 에너지저장 기술이다. 동 프로젝트는 태양광발전, 물전기분해에 의한 수소 제조, 이산화탄소 수소화에 의한 메탄올 합성 등 3개 기본 단계로 구성된다. 전통적인 석탄, 천연가스로 메탄올을 제조하는 방법과 달리 동 프로젝트는 이산화탄소를 탄소 자원으로 이용해 이산화탄소 배출량 감소를 달성함과 아울러 태양연료 메탄올을 친환경적으로 생산함으로써 탄소 무배출을 구현했다. 동 프로젝트는 다롄화학물리연구소 리찬(李燦) 연구팀이 개발한 전기촉매 물분해에 의한 수소 제조 기술 및 촉매를 이용한 이산화탄소 수소화 메탄올 제조 기술을 기반으로 했다. 알칼리성 물전기분해에 의한 수소 제조 기술 분야에서 리찬 연구팀은 중국 자체 지식재산권을 보유한 신형 물전기분해 수소 제조 촉매를 개발함과 아울러 쑤저우(蘇州)징리(競立)수소제조설비유한회사와 공동으로 규모화(1,000표준입방미터/시간) 물전기분해 수소 제조 설비를 개발하여 물전기분해에 의한 수소 제조 원가를 대폭 절감시켰다. 이는 현재 세계에서 규모화 알칼리성 물전기분해에 의한 수소 제조 최고 효율이다. 이산화탄소 수소화 메탄올 제조 기술 분야에서 리찬 연구팀은 자체로 개발한 고용체(Solid solution) 바이메탈 산화물 촉매를 이용하여 이산화탄소의 고선택성, 고안정성 수소화 메탄올 합성을 달성했다. 동 프로젝트는 중국 에너지 안전 문제 완화, 더 나아가 글로벌 생태문명 건설에 중대한 의미가 있다. 이는 중국 서부지역의 풍부한 태양에너지 등 재생가능에너지 최적화 이용 방법을 탐색하여 태양에너지 등 재생가능에너지를 액체연료 메탄올로 전환시키는데 특고압 전기 사용을 제외한 효과적인 방법을 제공했다. 또한 태양연료 메탄올은 수소 담체(Carrier)로서 수소에너지 저장 및 수송의 안전 문제 해결에 도움이 된다.

2020년 1월 13일, 하얼빈(哈爾濱)전기(電氣)그룹 하얼빈전기기계공장유한책임회사가 담당한 해양재생에너지 자금 프로젝트 "600kW 해저식 조력발전기 전체 장치 제조"가 전문가 검수에 통과됐다. 이는 중국 최대 규모의 단일 설비용량 600kW 조력발전장치 제조에 성공했음을 의미한다. 동 프로젝트는 중국의 조력발전시스템 핵심 설비와 전체 장치 제조 기술 수준 및 생산 능력을 향상시켜 600kW 해저식 조력 발전 전체 장치의 국산화 생산을 달성하려는데 그 목적을 두고 있다. 해양 조석에너지는 태양에너지, 풍력에너지, 파랑에너지 등 재생 가능한 신에너지에 비하여 규칙성이 비교적 강하고 에너지가 안정하기에 비교적 높은 개발 가치가 있다. 하지만 에너지 분산, 저에너지 밀도, 열악한 해양환경 등 원인으로 조력발전장치의 효과적 개발은 매우 어렵다. 600kW 조력발전장치 제조 성공은 외진 섬에 대한 에너지 공급, 해수중 모니터에 대한 전력 공급 등 문제 해결 및 조석에너지 시장화 응용에 중대한 의미가 있다. 600kW 조력발전장치 개발 과정에서 발전장치의 신뢰성 및 유지보수성을 충분히 고려하여 수직갱 구조로 설계함으로써 발전장치 내부에 들어가 적시로 유지보수 할 수 있게 하여 조력발전장치의 유지보수가 어려운 문제를 해결했다. 뿐만 아니라 발전장치 밀폐, 오염방지/방부식, 동력전달 시스템 등에 선진기술을 도입함으로써 발전장치 운행 안전성 및 안정성을 향상시키는 동시에 태풍 등 열악한 환경에 대한 대응 능력을 강화시켰다. 2019년 9월 9일, 저장(浙江)저우산(舟山)자이뤄산(摘箬山) 해역에서 있은 600kW 조력발전장치의 해상시험 결과, 수력-전력 전환 효율은 37%에 달하고 시동 유속은 0.51m/s로 중국 최고 수준에서 도달했다.

난카이대학교 리웨룽(李躍龍) 연구팀은 샤먼대학교, 영국 랭커스터대학교 등의 연구팀과 공동으로 세계 최초로 페로브스카이트 재료에서 나노스케일 전하수송의 독특한 양자간섭 효과를 발견함으로써 양자효과 기반의 페로브스카이트 재료·장치 개발에 가능성을 제공하였다. 해당 성과는 "Nature Communications"에 온라인으로 게재되었다. 최근, 페로브스카이트 재료는 양호한 광전자학적 특성으로 재료과학 연구의 핫이슈가 되면서 태양전지, 발광다이오드, 광전식감지기 등 분야에 성공적으로 응용되고 있다. 페로브스카이트 재료에서 전하수송 과정은 해당 재료 성능에 영향을 미치는 핵심 부분이다. 페로브스카이트 재료에서 나노스케일 전자수송의 특이적 효과에 대한 연구·이해는 페로브스카이트 재료·장치 설계, 성능 향상에 중요한 지시적 의미가 있다. 리웨룽 연구팀은 일련의 페로브스카이트 양자점을 설계 합성한 후, 샤먼대학교 훙원징(洪文晶) 연구팀은 자체적으로 개발한 피코미터급 변위 조절 정밀도를 보유한 과학기기를 기반으로 페로브스카이트 양자점에 대한 원위치 테스트를 수행하였다. 연구팀은 금 전극이 페로브스카이트 크리스탈셀(crystal cell) 사이에서의 미끄럼 이동을 통해 단일 크리스탈셀 위 5Å 떨어진 서로 다른 연결부위 사이에서의 전하 수송을 테스트하였다. 이를 통해 동일 크리스탈셀의 서로 다른 부위에 전극을 연결시 전하 수송능력이 약 1개 수량급으로 뚜렷이 증강됨을 의외로 발견했다. 또한 랭커스터대학교 연구팀과의 협력을 통해 기존에 보고된 바 없는 상기 전기전도도 증강 현상은 전하가 나노스케일 페로브스카이트 재료에서 수송될 때 발생하는 양자간섭 효과에서 비롯됨을 규명하였다. 학제 간 융합 국제협력을 통해 획득한 해당 성과는 양자간섭 연구시스템을 페로브스카이트 재료 분야에로 확장시킴으로써 고효율 페로브스카이트 태양전지 등 광전 장치의 비밀을 밝힘과 아울러 양자효과 기반의 신형 고성능 페로브스카이트 광전 장치라는 새로운 연구 분야를 개척할 전망이다.

베이징우주시험기술연구소(항천 101연구소), 중국특종설비연구원, 중국과학원 이화학연구소, 베이징저탄소연구원 등 13개 부서는 중국 최초로 액체수소협력혁신연합체(이하 연합체)를 설립하여 수소에너지 장비 시험 테스트 기술의 배치를 가속화할 예정이다. 중국은 최대 수소 생산국이며 또한, 수소 사용 대국이다. 2050년에 이르러 중국의 수소에너지는 최종 에너지소비의 10%를 차지할 전망이다. 현재 중국의 수소에너지 산업은 제품 성능 테스트와 품질 검증에 관한 기술 경험이 부족하고 성숙한 수소에너지 장비 성능 테스트와 테스트 방법, 표준 및 인프라가 부족하며 완전한 수소에너지 장비 품질 평가 시스템과 테스트 검증 능력이 형성되지 않아 수소에너지 장비 보급과 안전 응용 진전에 심각한 영향을 미친다. 따라서 향후, 수소에너지 장비 테스트 분야의 지속적인 연구와 투자를 강화하고 지역 수소에너지 장비 테스트 기지를 구축하며 전국적인 수소에너지 장비 테스트 네트워크를 형성하여 수소에너지 테스트 수준을 향상시켜야 한다. 연합체는 액체수소 분야의 핵심 기술에 중점을 두고 액체수소 기술과 장비 연구, 개발, 시험, 테스트, 산업화 등 분야에서 산학연용(산업-학술-연구-응용) 협력을 전개하고 산업표준 제정과 정책 연구에 조력하며 중국의 액체수소 기술 개발, 표준 제정, 테스트 평가 및 기술 서비스를 이끌고 액체수소 기술과 산업의 자주화 발전을 촉진할 예정이다. 항천과기그룹유한회사는 수소에너지 관련 과학기술과 산업 배치를 추진하여 일련의 신제품, 신서비스를 형성하였고 국내 사용자의 새로운 수요를 충족시키고 있다. 아울러, 축적한 기술, 서비스 능력 및 투자 구축한 시험 장비를 다양한 형태로 국내 기업에 개방하여 새 협력을 모색하고 있다.

둥베이(東北)대학교 한웨신(韓躍新) 연구팀이 자체적으로 개발한 첨단 친환경 선광기술을 기반으로 한 주취안(酒泉)철강(그룹)유한책임회사의 "분광 부유자화배소 시범프로젝트"가 최근 풀가동 생산에 들어갔다. 자화배소 효과는 양호했고 분광(fine ore)으로부터의 철 회수율은 기존의 65%에서 85%이상으로 증가했다. 이는 부유자화배소기술의 첫 대규모 산업응용으로서 철광석 고효율 이용의 세계적 어려움을 해결함과 아울러 자원이용 효율을 대폭 향상시켰다. 주취안철강(그룹)유한책임회사 주변에는 10억 t의 선광이 어려운 철광석(아래 난선광 철광석으로 약칭)이 매장되어 있다. 해당 철광석은 광물구성이 복잡하고 철광물 과립 순도가 낮은 등 복잡계 난선광 저품위 산화철광석으로서 자원이용 효율이 낮다. 이를 감안해 동 회사는 2015년에 둥베이대학교와 공동으로 기술해결에 나섰다. 2년간의 연속적 시험을 거쳐 양호한 기술지표를 획득함으로써 미광(tailings) 자원화 이용에 기술적 토대를 마련했다. 둥베이대학교가 자체적으로 개발한 난선광 철광석 부유자화배소기술은 "World Metals"로부터 2016년 세계철강산업 10대 기술뉴스로 선정되었다. 해당 성과에 힘입어 2016년 8월 1일에 연간 165만 t 부유자화배소 1기 공사가 착공되었고 2018년 3월에 부유배소로 시스템이 본격적 시운전 단계에 진입하였으며 2018년 11월부터 1단계 연속 시생산을 시작해 끊임없는 최적화 작업 끝에 현재 풀가동 생산에 이르렀다. 둥베이대학교 연구팀은 2007년부터 난선광 철광석의 광물구성이 복잡하고 공생적 관계가 긴밀한 등 특성을 감안한 다양한 부유자화배소 신기술을 제안했다. 해당 신기술은 10여 년간 수십 개 국제·국내 발명특허를 획득했다. 아울러 부유자화배소와 관련한 다수 신형 산업장비모델을 개발해 국내외 철광석 부유자화배소 분야 핵심기술을 파악했다. 관련 기술로 안산철강(鞍鋼), 허강(河鋼), 타이강(太鋼) 및 "일대일로" 연선국가 시에라리온, 알제리, 모로코, 잠비아 등의 복잡계 난선광 광산자원에 대한 부유자화배소시험에서 획득한 배소효과 및 선별지표 모두 양호했다.

중국과학원 공정열역학연구소가 개발한 중국 첫 1,000t급 순환유동층석탄가스화장치가 간쑤(甘肅) 진창(金昌)에서 본격 납품되었다. 이는 중국이 청정·고효율 순환유동층석탄가스화기술을 합성암모니아 업계에 응용한 첫 사례이며 해당 기술의 응용보급은 합성암모니아 업계의 환경오염문제 해결에 새 경로를 마련할 전망이다. 현재 고정층 가스화로를 사용해 합성암모니아장치에 원료가스를 공급하는 질소비료업체가 중국 합성암모니아 생산능력의 40%를 차지한다. 오염의 심각성 문제로 질소비료업계의 50%를 차지하는 고정층 가스화로가 가동을 멈추었거나 심지어 완전 정지되었다. 매년 겨울철 심각한 오염문제로 빚어지는 수많은 질소비료업체 생산정지와 봄철 농업용 비료공급 간에 형성되는 모순은 매우 두드러진 상황이다. 재래식 석탄가스화기술에는 적용 가능한 석탄종류가 적고 오염이 심각하거나 또는 비용이 높은 등 문제가 존재한다. 이를 감안해 연구팀은 청정, 고효율, 저비용의 석탄종류 적용범위가 넓은 순환유동층석탄가스화기술을 개발했다. 관련 장치로 현지 분탄을 청정·고효율 원료가스로 전환시키는 비용은 30%~50% 절감될 뿐만 아니라 재래식 석탄가스로의 폐가스·폐수 오염을 제거해 기업에 약 5,000만 위안(한화로 약 84억 6,200만 원)의 비용절감 효과를 가져다줄 예정이다. 더불어 합성암모니아 업계의 환경오염방지 수준도 뚜렷이 향상시킬 전망이다. 해당 기술은 이미 비철야금, 도자기 업계 선두기업에 광범위하게 응용되고 있고 "일대일로" 연선국가에도 수출되고 있다. 현재 70개 기술제품이 산업화 되어 33억 위안(한화로 약 5,584억 9,200만 원)의 생산액을 창출했으며 연간 260만 t의 타르/페놀 함유 오수 배출을 감소시킬 수 있다.

중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 우중솨이(吳忠帥) 연구팀과 바오신허(包信和) 연구팀은 공동으로 성게형 티탄산나트륨과 다공성 활성화 그래핀을 결합하여 고에너지밀도, 고내열성을 보유한 유연성 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터를 개발했다. 마이크로 센서, 마이크로 로봇, 자가동력 마이크로 시스템 등은 마이크로 전기화학 에너지저장 소자를 떠날 수 없다. 해당 소자는 전극 크기가 μm 범위인 소형 전원으로서 유연성, 마이크로화, 지능화 집적 전자 제품의 핵심 전원으로 인정되고 있으며 현재 주로 마이크로 배터리, 마이크로 슈퍼커패시터 및 하이브리드 슈퍼커패시터로 분류한다. 마이크로 배터리는 고에너지밀도를 보유하고 있지만 출력밀도가 낮고 마이크로 슈퍼커패시터는 고출력밀도를 보유하고 있지만 에너지밀도가 낮다. 리튬이온 마이크로 슈퍼커패시터를 대표로 하는 하이브리드 슈퍼커패시터는 마이크로 배터리의 고에너지밀도 장점과 마이크로 슈퍼커패시터의 고출력밀도 장점을 동시에 보유한 신형 마이크로 전기화학 에너지저장 소자이다. 리튬이온 마이크로 슈퍼커패시터는 상기 장점을 보유하고 있지만 규모화 응용 면에서 금속 리튬의 자원 제한 및 비교적 높은 개발원가(리튬의 지각 내 함량은 0.006%) 제한을 받고 있다. 나트륨 자원은 지구자원의 약 2.74%에 달하기에 개발원가가 저렴하며 전기화학적 성질도 리튬과 유사하다. 따라서 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터 개발은 중요한 응용 전망을 보유하고 있다. 연구팀은 성게형 티탄산나트륨을 배터리형 음극으로 하고 다공성 활성화 그래핀을 커패시터형 양극으로 했으며 고압 이온액체 겔 전해액을 결합하여 유연성 나트륨이온 마이크로 슈퍼배터리를 성공적으로 제조했다. 또한 배터리형 음극과 커패시터형 양극의 효과적인 결합을 통해 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터가 3.5V의 고전압 조건에서 안정적으로 작동하게 했고 에너지밀도를 37.1MWh/cm3에 도달시킴과 아울러 초저 자가 방전 속도를 달성했다. 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터는 다방향 신속 이온 확산 통로를 보유하고 있기에 전하이동 저항을 대폭 감소시킴과 아울러 출력밀도를 뚜렷하게 향상시킬 수 있다. 동시에 소자의 평면기하학적 구조 및 이온 겔 전해액의 비가연성으로 해당 마이크로 소자는 양호한 기계적 유연성 및 80℃ 고온 안정성을 보유하고 있다.

중국선박중공그룹(CSIC) 하이좡(海装)유한회사가 자체 개발한 H210-10MW (메가와트) 해상 풍력 터빈이 설계 인증을 통과하여 중국의 초대형 해상 풍력 터빈의 공백을 메웠다. 기존에 건설된 중국의 해상 풍력발전소는 대부분이 근해에 위치하여 제한 요소가 많다. 심해 풍력 발전은 수심이 50미터 이상인 해역에 위치하여 풍속이 더 크고 풍력이 더 안정적이며 제한 요소가 적다. 또한, 대형 MW급 터빈은 발전량을 대폭 증가시키고 운영비용을 절감할 수 있어 해상 풍력발전의 방향이다. 10MW 해상 풍력 터빈은 향후 해상 풍력 발전 시장을 포착하고 중국의 풍부하고 광범위한 해상 풍력 에너지 자원을 효율적으로 개발하기 위한 주력 모델이다. 연구팀은 10여 년의 발전을 거쳐 CSIC 시스템 내부에서 풍력 터빈 블레이드, 기어박스, 엔진 및 제어 시스템 등 주요 부품을 포함한 전체 풍력 발전 산업 체인을 구축하고 토탈 솔루션 능력을 보유했으며 5MW 해상 풍력 터빈의 양산을 달성했다. CSIC는 지난 2년간 디자인 개발과 기술 공략에 1억 위안(한화 약 165억)이 넘는 자금을 투자하여 로드쉐딩, 블레이드, 피치시스템, 전동체인, 발전 시스템 등 다방면의 핵심 기술을 파악하여 성공적으로 10MW 해상 풍력 터빈을 개발했다. H210-10MW 해상 풍력 터빈은 중국 첫 속도 증가형 10MW급 해상 풍력 터빈이며 또한 중국 최초의 200미터 이상 직경의 해상 풍력 터빈이다. 고효율성, 고신뢰성, 중속, 중압, 집적식 및 전동식의 발전 시스템은 유닛의 가용성, 제조 가능성 및 유지 보수성을 크게 향상시키고 선진적인 전기 이중구동 가변피치 기술은 가변피치 시스템의 구동 능력과 안전 수준을 향상시켰다. 중국 첫 100m급 초장 유연성 탄소섬유 블레이드를 탑재한 10MW 해상 풍력 터빈은 중국의 다양한 해상 풍력구에 저면적으로 응용될 전망이다. 연간 평균 풍속이 10m/s(표준 공기 밀도)인 동일한 풍력 자원 조건에서, H210-10MW 유닛의 발전량은 H151-5MW 유닛에 비해 98% 증가할 수 있다.

난카이대학교 화학대학 천융성(陈永胜) 연구팀은 높은 전기전도성과 투과성, 낮은 표면조도를 동시에 구비한 은나노 와이어 유연성 투명전극을 제조하여 유연한 유기태양전지 구축에 사용한 결과 상업 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 유리전극을 사용한 장치와 동일한 성능을 획득했고 광전 변환(photoelectric conversion)효율은 16.5%에 도달했다. 이로써 기존 유연성 유기/고분자 태양전지가 기록한 광전변환효율 최고치를 경신했다. 해당 성과는 "Nature Electronics"에 게재되었다. 유연성 전자장치 특히 유기재료 기반 광전장치는 미래 전자장치의 발전추세로서 밝은 응용전망을 보유한다. 그 중 고성능 유연성 투명전극은 고효율 유연성 유기광전장치의 선결조건이다. 하지만 높은 전기전도성과 투과성, 낮은 표면조도를 동시에 보유하면서도 제조방법이 간단하고 친환경적인 유연성 투명전극 획득은 아직도 어려운 문제로 남아있다. 고성능 유연성 투명전극의 부재로 현재 유연성 유기광전장치 성능은 여전히 강성(rigidity)장치에 비해 많이 뒤떨어진 상황이다. 유연성 투명전극은 일반적으로 건식법(예를 들면 증착) 또는 용액처리[예를 들면, 슬릿 프린팅(Slit printing), 나노임프린트(nanoimprint) 또는 전기방사(electrospinning) 등] 공법으로 제조한다. 용액처리 방법은 건식법에 비해 원가가 저렴하고 대규모 프린팅 제조가 가능한 등 장점이 있어 잠재적 발전성이 크다. 연구팀은 고분자 전해질로 "유사격자" 구조를 보유한 은나노 와이어 유연성 투명전극을 제조해 우수한 성능을 구현했다. 동 유연성 투명전극은 표면조도가 낮고 기계적 성능 및 안정성이 양호하며 제조방법이 간단하고 친환경적이다. 해당 유연성 투명전극의 유기광전장치에서의 실용성을 입증하기 위해 연구팀은 해당 유연성 투명전극 기반 유연성 유기태양전지를 제조했다. 연구 결과, 해당 전극은 다양한 유형의 활성재료 및 단접합(unijunction)/적층 태양광발전장치에 적용 가능했다. 단접합/적층 유연성 유기태양전지의 광전변환효율은 각각 13.1%와 16.5%에 도달했고 기계적 성능도 양호했는바 연속 1,000회 굽힌 후에도 초기효율의 95% 이상을 유지했다. 저원가 고성능 유연성 투명전극은 유기태양전지 외에 유기발광다이오드(OLED), 트랜지스터, 센서 등 분야에서도 광범위한 응용잠재력을 보유한다.