에너지/환경

중국의 CCS 상용화 박두

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중국에서 탄소포집저장(CCS)기술은 에너지절감기술, 에너지효율기술, 신에너지기술과 함께 국가 ‘12.5규획’(2011-2015년)에 편입되었다. 당면과제는 CCS의 상용화다. 세계 이산화탄소 배출량의 지속적인 증가와 세계 각국 탄소세 징수압력의 형성에 의해 CCS기술은 탄소배출 저감의 비축기술로서 그 상용화가 기술진보와 원가절감의 작용으로 가속 페달을 밟고 있다. 화중과기대학 정추광(郑楚光) 교수는 <과학시보> 기자 취재 시 “CCS기술은 미래 기술이 아니며, 그 상용화 운영이 코앞에 다가왔다.”라고 지적했다. 1. 갈수록 중요해지고 있는 CCS 탄소배출 저감에는 세 가지 경로가 있다. 첫째, 에너지구조를 변화시키고, 신에너지, 특히 신재생에너지를 발전시키는 것이다. 둘째, 에너지 이용률을 향상시키는 에너지절감과 오염물방출감소이다. 셋째, 화석에너지로 배출되는 이산화탄소를 회수하고 저장 및 격리시키는 CCS이다. 정추광 교수는 중국이 오염물 방출감소를 위한 전략과 조치에서 에너지절감/오염물 방출감소를 집중적으로 추진하고, 신에너지 발전에 지속적으로 나서는 한편, 화석에너지, 특히 석탄의 이산화탄소 배출 저감에 더욱 큰 관심을 기울여야 한다고 주장했다. 신재생에너지의 에너지 밀도가 화석에너지보다 낮고, 실제 탄소배출 저감은 단기간 내에 공간적인 제한을 받기 때문에 기본적인 대체를 실현하기 힘들다는 지적이다. 따라서 에너지효율 향상과 에너지구조 고도화를 지속적으로 추진하는 한편 탄소포집저장을 강제적인 탄소배출저감에 대응하는 중요한 발전방향으로 간주해야 한다. 현재 CCS 가운데 이산화탄소 포집방식에는 주로 세 가지가 있다. 즉 연소 전 포집, 산소부화 연소(oxygen-enriched combustion), 연소 후 포집이다. (1) 연소 전 포집 연소 전 포집은 IGCC(석탄가스화복합발전)시스템에 주로 적용된다. 이 기술은 포집시스템이 작고 에너지소비가 적으며 효율 및 오염물질 제어분야에서 큰 잠재력이 있지만 투자비용 및 기존 발전장비와의 접목에는 문제가 있다. IGCC기술은 신설 발전소에만 적용된다. (2) 연소 후 포집 연소 후 포집이란 연소로 배출되는 연기 속에서 이산화탄소를 포집하는 것을 말한다. 에너지소비와 설비의 콤팩트성 분야에서 잠재력을 지니고 있으며 이미 상용화를 실현했지만, 원가절감과 대규모 배출저감의 문제에 직면해있다. (3) 산소부화 연소 산소부화 연소는 석탄화력발전소의 기술 프로세스가 대체적으로 변하지 않는 상황에서 공기 중의 산소와 질소를 분리시키며, 고농도의 산소와 순환하는 부분적인 연기를 혼합한 기체를 직접 활용해 공기를 대체하고, 고농도 이산화탄소부화 연기를 일차적으로 획득하여 처리 및 저장하는 것이다. 2. 산소부화 연소, 신규 붐 조성 산소부화 연소는 저렴한 비용으로 대규모 오염물 배출저감을 실현하는 신형기술이다. 기존의 석탄연소장치에서 산소로 연소공기를 대체하고, 연기순환을 활용해 연료를 수송하고 열을 조절하는 신형 연소방식이다. 이산화탄소의 고농도 부화를 획득할 수 있는 한편, 고효율 탈황/탈질 효과가 있으며, 운영비는 상대적인 우위를 지니고 있다. 산호부화 연소기술은 기존의 동종유형 기술에 비해 설비 투자비용, 발전비용, 이산화탄소 포집비용, 오염물배출 감소비용에서 모두 경쟁력이 강하다. 이산화탄소 자원화 이용 또는 탄소세 징수까지 감안할 경우 우위가 더욱 뚜렷하다. 이밖에 산소부화 연소기술은 기존의 석탄화력발전소 보일러시스템을 바탕으로 기술 성숙도가 높고 경제비용 우위가 뚜렷하며, 제로에 근접한 배출과 규모화 배출저감의 비교우위가 있는 것으로, 21세기 석탄연소기술의 중요한 발전방향이라 할 수 있다. 산소부화 연소기술은 많은 국가들에서 이미 공정 시범건설 준비단계에 진입했으며, 2008-2010년 사이에 전 세계에서 8개의 시범장치가 운영을 개시했다. 3. 중국 내 산소부화 연소기술의 발전현황 해외 일부 대기업은 세계에서 잠재력이 가장 큰 시장인 중국에 눈길을 돌리고 있다. 미국 Air Products사는 중국에서 석탄이 풍부한 산서성에 진입해 산소부화 연소 이산화탄소 정제기술을 산서국제에너지그룹이 건설하는 설비용량이 350MW인 산소부화 연소 발전시범프로젝트에 응용하고, 발전소에 대한 타당성 연구를 했다. 이 시범프로젝트는 산서국제에너지그룹 태원발전소에서 추진하게 되며, 포집한 이산화탄소를 정제한 후 다른 용도로 활용하거나 직접 저장할 예정이다. 미국 에너지부는 중국 국가에너지국과 공동으로 해당 프로젝트를 ‘중미 화석에너지 협력협정 부록2: 청정에너지’에 편입시켰다. 이 협력협정의 취지는 양국간 과학기술 협력이다. 미국 Air Products사는 세계 산소부화 연소기술의 선두수준을 대표하고 있다. 이 기업은 소형 시험에서 산소부화 연소기술을 활용해 포집한 이산화탄소를 정제할 수 있음을 규명했다. 기업은 산서국제에너지그룹에 산소제조와 이산화탄소 정제설비 연구 및 설계 관련 상세한 내용을 제공하고, 또한 두 세트의 장치를 선진국 수준으로 제작할 예정이다. 정추광 교수는 1995년 중국 최초로 산소부화 연소기술에 대한 기초연구를 전개했다. 2007년 중국 최초의 300kW급 산소부화 연소 및 오염물제거 종합실험시스템을 구축하고, 또 중국 내 관련 973계획, 863계획, 국가자연과학기금 중점과제를 주관했다. 현재 정추광 교수 연구진은 국가에너지석탄청정저탄소발전기술연구개발(실험)센터와 무한신에너지연구원에 의존해 중국 최초의 3MW급 산소부화 연소 전반 프로세스 실험시스템을 조만간 구축할 전망이다. 올해 5월 중국은 ‘35MWth 산소부화 연소 탄소포집 핵심기술, 장비 연구개발 및 공정시범’ 국가과기지탱(支撑)계획 프로젝트를 가동했다. 프로젝트는 정추광 교수 주도로 몇몇 산업부서가 참여한다. 프로젝트가 완료된 후 중국은 최초로 연간 10만톤 규모의 이산화탄소 포집 산소부화 연소 보일러시스템을 구축하게 된다. 정추광 교수 연구진의 기술로드맵에 의하면, 2014년 전까지 중국은 연간 10만톤 규모의 CCS시범사업을 수행하고, 산소부화 연소와 CCUS 간 결합을 실현하여 공기분리-압축-발전시스템을 최적화할 계획이며, 2020년 전으로 100만톤급 대형시범운영단계에 진입할 전망이다. CCS 산소부화 연소기술은 EOR 및 EGR과 결부되어 중국의 실제 상황에 부합되는 규모화 탄소배출저감과 자원화 이용의 효율적인 경로가 될 전망이다. 따라서 국가가 전략적인 차원에서 석탄연소의 규모화 배출저감과 자원화 이용기술 개발에 큰 관심을 기울여 산업의 규모화 시범사업을 조속히 활성화하고, 중국의 이산화탄소 배출저감사업과 저탄소경제 발전을 추진해야 한다는 주장이 제기되고 있다.

짚 연소 배출오염물질의 정확한 정량화 가능

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7월 1일 출간된 ‘환경과학기술지’에는 복단대학 환경과학 및 공정학부 천젠민(陈建民), 장허펑(张鹤丰) 교수 등의 짚 연소로 배출되는 대기오염물질 정량화 연구 최신성과가 실렸다. 이 연구는 짚 연소로 배출되는 대기오염 메커니즘 분야에서 실질적인 진전을 이룩했다. 중국은 농작물 짚 보유량이 세계 1위다. 가정용 연료와 노천소각의 두 가지 방식으로 짚을 처리할 경우 배출되는 대기오염물질과 대기입자상물질은 지역 환경품질, 기후변화, 인간건강에 중요한 영향을 미친다. 이번에 천젠민 교수 과제팀은 자체적으로 연구개발한 대형 에어로졸 스모그 챔버(Smog Chamber), 전용연소로, 선진 대기입자상물질 측정시스템을 통해 2004년도 중국의 옥수수/밀/벼 짚 생산량 및 연소비율 상황을 바탕으로, 짚 연소로 배출되는 가스상 오염물질, 입자상물질, 다환방향족탄화수소류(PAHs, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons), 알칼기 다환방향족탄화수소류(APAHs)의 정확한 정량화 배출 특징을 밝혀냈다. □ 짚 연소로 생기는 입자상물질의 배출량 - 톤당 볏짚 연소 배출 입자상물질: 260±50kg - 톤당 밀짚 연소 배출 입자상물질: 110±30kg - 톤당 옥수수 짚 연소 배출 입자상물질: 390±60kg □ 2004년 벼/밀/옥수수 짚 연소로 생긴 가스상 요염물질 배출량 - 일산화탄소: 2,300만톤 - 이산화탄소: 2억 5,000만톤 - 질산화물: 28만톤 □ 이산화탄소 배출량 - 톤당 밀짚 연소 배출 이산화탄소: 1,557.9kg - 톤당 볏짚 연소 배출 이산화탄소: 791.3kg - 톤당 옥수수 짚 연소 배출 이산화탄소: 1,261.5kg □ 2004년도 PAHs와 APAHs 배출량 - 다환방향족탄화수소류(PAHs) 배출량: 1,088톤 - 알칼기 다환방향족탄화수소류(APAHs) 배출량: 379톤 천젠민 교수의 소개에 의하면, 이 연구결과는 짚 연소원의 공기 품질에 대한 영향을 정량적으로 규명했으며, 이로써 연간 짚 연소로 배출되는 오염물질을 쉽게 계산해낼 수 있다. 이 연구성과는 중국의 온실가스 배출 제어 관련 발전전략, 국가차원의 짚 종합이용 가속화 정책, 대기오염 저감을 위한 과학적인 근거를 제공한다.

8개 도시 집중지원 에너지절감 오염물배출감소 시범공정 가동

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최근 재정부와 발전개혁위원회는 <에너지절감 오염물배출감소 재정정책 종합시범사업 전개 관련 통지>를 발표하고, ‘12.5’(2011-2015년)기간 북경시, 심천시, 중경시, 항주시, 장사시, 귀양시, 길림시, 신여(新余, 강서성)시 등 8개 도시에서 에너지절감 오염물배출감소 재정정책 종합시범사업을 전개하며, 또 이들 도시에 대한 재정지원을 확대하기로 결정했다. <통지>는 8개 도시가 지방정부를 책임부서로 하고 도시를 플랫폼으로 하여 에너지절감 오염물배출감소 재정정책 통합역량을 확대하며, 체제혁신을 가속화하고, 경제 구조조정과 발전방식전환에 적극 나서서 ‘12.5’기간 에너지절감 오염물배출감소 목표달성을 위해 기여할 것을 제시했다.   □ 에너지절감 오염물배출감소 재정정책 종합시범사업 6개 주요내용 ○ 낙후 생산능력과 설비를 도태시키고, 중점기업이 에너지절감기술을 업데이트하는 것을 지원하며, 선진 에너지절감/친환경 기술을 대거 보급시키고, 전략적 신흥산업의 발전을 가속화한다. ○ 에너지절감 및 대체에너지자동차 보급을 강화하고, 공공버스 우선발전과 각종 공공버스 편리화를 권장하며, 녹색여행을 권장한다. ○ 녹색건축의 발전에 적극 나서서 기존 주택과 공공건축의 에너지절감 개조를 추진한다. ○ 서비스업 집결지대나 집결단지 개조에 주력해 커뮤니티 서비스, 가사 관리 서비스, 재생자원 회수이용 등에서 민생을 위한 서비스업을 집중적으로 발전시킨다. ○ 완비된 도시 오수처리시설 관리네트워크를 구축하여 생활쓰레기의 무공해화 처리를 전반적으로 추진하며, 순환경제를 크게 발전시킨다. ○ 태양에너지, 풍력에너지, 바이오매스에너지, 지열에너지 등 신재생에너지의 규모화 이용에 적극 나선다. □ 정책 분야 지원 ○ 중앙재정은 에너지절감 오염물배출감소와 신재생에너지 발전을 지원하는 기존의 정책적 노력을 우선 시범도시로 기울이고, 프로젝트 투자, 지방투입, 에너지절감 오염물배출감소 효과에 근거해 시범도시를 장려한다. ○ 시범도시 정부는 재정지출 구조조정 역량을 확대하여 에너지절감 오염물배출감소 사업 활성화를 위한 자금을 마련한다.

700℃ 초초임계 발전기술 연구개발계획 본격 가동

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6월 24일 국가에너지국의 주도로 전력연구기관, 발전그룹, 전기설비제조업체가 ‘국가 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술 혁신연맹’ 최초의 이사회와 기술위원회 회의를 북경시에서 개최함으로써, 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술 연구개발계획이 본격적으로 가동되었다. 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술을 개발하는 것은 국가 에너지전략의 중요한 내용이자, 석탄위주 전력구조 고도화의 중요한 조치로서 화력발전기 효율의 효율적인 향상, 발전용 석탄소비와 오염물방출 감소가 가능하다. 청정석탄 화력발전기술 가운데 증기 매개변수 향상은 효율 향상 폭이 최대이고 가장 기본적인 발전방향이다. 오스테나이트(Austenite)계와 니켈계 합금소재를 기반으로 하는 고초초임계 기술은 경제성 대폭 향상과 이산화탄소 방출 감소가 가능하다. 700℃ 초초임계 발전기술은 600℃ 초초임계 발전기술에 비해 전력공급 효율을 48-50% 향상시킬 수 있고, 이산화탄소 방출을 14% 줄일 수 있다. 중국의 초임계와 초초임계 발전기술은 선진국에 비해 10년이 뒤져져있지만 자체 개발을 통해 600℃ 초초임계 발전기술 수준과 유닛 건설에서 모두 세계 1위에 올랐으며, 발전기 설계와 제조 및 운행 능력을 기본적으로 형성하고, 관련 선진 설계, 조립제조, 공법기술을 확보하고 있다. 국가에너지국에 의하면, 700℃ 초초임계 발전기술의 난제 및 해외와의 격차에 근거해 중국은 관련 기술발전로드맵(2010-2015년)을 그렸다. 로드맵은 종합설계, 재료응용기술, 고온재료와 대형 주조/단조품 개발, 보일러 핵심기술, 터빈 핵심기술, 부품검증시험, 보조기계 개발, 유닛 운행과 시범발전소 건설 등 9개 분야로 나뉜다. 로드맵의 목표 매개변수를 보면, 압력≥35 MPA, 온도≥700℃, 발전기 용량≥60만kW이다. 로드맵에 따르면, ‘12.5규획’(2011-2015년) 말 시범발전소가 설립될 전망이다.

중국공정원, 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구에 착수

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비전통 천연가스 개발로 에너지 판도가 바뀔 전망 6월 20일 중국공정원은 북경시에서 2011년 중대자문프로젝트인 ‘중국 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구’에 착수했다. 쉬쾅디(徐匡迪) 중국공정원 주석단 명예주석과 저우지쥔(周济均) 중국공정원 원장은 전략적 국가차원에서 프로젝트의 중대한 의미를 인식해야 한다고 밝혔다. 중동과 북아프리카의 정치적 혼란, 일본의 지진과 해일로 인한 핵위기 사태로 세계 에너지 공급과 이용 및 안전 문제가 대두하고 있다. 세계 주요 국가들은 오일가격, 안전, 기후변화 대처 압력에 직면하여 전략을 조정하고, 대체에너지 모색과 에너지 신기술 개발에 적극 나서고 있다. 이러한 배경에서 천연가스의 세계 에너지구조에서의 지위가 뚜렷이 높아지고 있다. 프로젝트 책임자 셰커창(谢克昌) 중국공정원 부원장은 천연가스가 미래 25년 사이에 주요 역할을 발휘하며, 21세기가 천연가스의 세기라고 하면서 프로젝트 입안배경에 대해 “천연가스 공급의 증가는 세계 경제 활성화, 경제운영비용 절감, 경제성장에 이롭다.”라고 소개했다. 비전통 천연가스의 급속한 개발이용에 힘입어 전통 에너지 이익관계로 구축된 지정학적 구조가 조정에 직면하여 세계 에너지 판도가 바뀔 것이라는 지적이다. 푸훙쥬(濮洪九) 중국석탄학회 이사장은 비전통 천연가스 개발이용은 석탄의 과소비를 줄일 수 있는 한편, 석탄의 채굴안전을 확보할 수 있다고 지적했다. 비전통 천연가스에는 혈암가스, 치밀가스, 석탄층가스, 천연가스수화물이 포함된다. 기본 구성은 천연가스와 비슷하며, 화석에너지에서 보다 깨끗한 에너지다. 세계 비전통 천연가스는 전통 천연가스 자원의 8.3배인 4,000조㎥로 자원이 풍부하다. 지난 10년간 세계 비전통가스는 이용량이 늘어나고, 비전통 천연가스는 생산량이 급증했다. 2008년 비전통 천연가스 생산량이 천연가스 생산량의 18%이며, 미국의 2010년 비전통 천연가스 생산량은 천연가스 생산량의 50%를 넘어섰다. 중국의 비전통 천연가스는 전통 천연가스의 5배 이상으로 자원이 풍부하다. 그러나 미국을 비롯한 선진국에 비해 중국의 비전통 천연가스 탐사 연구는 초기발전단계에 놓여있어 개발 잠재력이 크다. ‘중국 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구’프로젝트는 국제 에너지 구도변화를 추적하고, 중국 비전통 천연가스 형성의 지질조건, 자원분포, 부존법칙에 대한 조사연구 및 해외 비전통 천연가스와의 대조분석을 통해 중국 비전통 천연가스 탐사개발 핵심기술, 발전전략, 정책적 건의를 제시함으로써, 향후 10-15년 국가 에너지 전략적 정책결정과 계획을 위한 과학적 근거를 제공한다는 방침이다. 프로젝트 실시기간은 10개월, 참여 전문가는 150명(그 중 원사 26명)이고, 투입경비는 850만 위안이다.

금사강의 4개 대형수력발전소 건설 본격화, 삼협댐의 2배 규모

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중국장강삼협그룹은 6월 19일 북경시에서 최초로 사회적 책임 보고서를 발표하고, 금사강(金沙江)의 계락도(溪洛渡), 향가패(向家坝), 오동덕(乌东德), 백학탄(白鹤滩) 등 4개 대형 수력발전소 건설에 본격적으로 나서고 있다고 지적했다. 이 4개 수력발전소의 계획 설비용량은 4,300만kW로 삼협댐공정의 2배 규모에 해당하며, 연간 발전량은 1,900억kW/h다. 금사강은 장강의 상류이며, 유역면적은 47만 3,200㎢로, 장강 유역면적의 26%이다. 수량이 풍부하고 안정적이며, 낙차가 크고 집중되어 세계적으로도 수력자원이 풍부한 하천으로 유명하다. 수력자원 비축량은 1억 124억kW로 중국의 16.7%이며, 개발 가능한 수력자원은 9,000만kW이다. 계락도수력발전소는 2005년 건설에 착수하여 2013년 발전을 개시할 계획이며, 총 설비용량은 1,386만kW로, 중국의 2대, 세계 3대 수력발전소다. 향가패수력발전소는 2006년 건설에 착수하여 2012년 발전을 개시할 계획이며, 총 설비용량은 640만kW이다. 중국장강삼협그룹은 현재 오동덕과 백학탄 수력발전소 건설을 준비하고 있다. 이 두 발전소는 금사강 하류 개발 2기공사다. 2010년 국가발전개혁위원회가 이 두 발전소의 준비사업을 허가함으로써 금사강 하류 수력발전소 개발이 전반적으로 추진되었다.

심천선진기술연구원, 차세대 태양전지 공동연구 진전

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6월 초 중국과학원 심천선진기술연구원은 홍콩중문대학과 공동으로 광전 변환효율이 17%에 달하는 세계 최고수준과 비견될 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀렌) 박막형 태양전지를 개발했다. CIGS전지는 가격이 저렴한 유리, 플라스틱, 금속박편을 기판으로 하여 두께가 200분의 1mm인 다층 박막재료를 코팅해 만들어졌다. 흐린 날씨와 난반사광 조건에서 발전이 가능하여 고층건물이 즐비한 도시 환경에 적용된다. 일반 결정 실리콘 태양전지에 비해 50배 얇고, 비용을 절반 줄일 수 있어 ‘매우 유망한 차세대 신형 박막 태양전지’로 불린다. CIGS전지는 얇아 휴대하기 편리하며 성능이 안정적이어서 건축물 외벽 발전에 적합하다. 핸드백이나 가방에 넣어 실시간으로 전자제품 충전이 가능하며, 우주 및 군용 전자설비 전원으로도 사용이 가능하다. 옥상의 10㎡ 면적에 전지를 설치할 경우 4인 가정의 하루 사용에 충분한 5-6kW의 전기 공급이 가능하다. 10cm×10cm의 면적에 CIGS전지를 설치할 경우 햇볕이 내리쬐는 조건에서 휴대폰 한 대를 충전하는데 2-3시간밖에 소요되지 않으며, 가격은 30홍콩달러로 예상된다. CIGS전지는 또한 20년간 사용할 수 있고 가끔 전지 표면을 닦아주는 정도로 유지보수가 간단하다. 연구진은 현재 심천시에서 40cm×60cm의 면적에 사용할 CIGS전지를 연구 중이며, 1년 반이 지나면 개발이 완료될 것으로 예상된다. 이에 따라 배낭, 텐트에 응용될 전자제품 충전이 가능하여 상용화 수익이 높을 것으로 기대된다. 더 나아가 60cm×120cm 면적에 사용할 CIGS전지도 개발할 계획이다. 이 연구계획은 2년 동안 중국과학원, 심천시정부, 홍콩중문대학, 홍콩혁신과기국의 지원을 받았으며, 심천선진기술연구원 심천선진집적기술연구소 광전지태양에너지센터(光伏太阳能中心)와 홍콩중문대학이 연구개발을 진행했다.

대련화학물리연구소의 VRB시스템, 충방전 순환 1만회 돌파

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중국과학원 대련화학물리연구소 장화민(张华民) 연구원이 주도하는 에너지저장전지연구팀이 독자적으로 개발한 2kW급 총 바나듐 산화환원전지(All Vanadium Redox Flow Battery, VRB)의 내구성 고속측정시스템이 2007년 7월 6일부터 운행 이래 매일 7회의 충전 및 방전 순환을 진행했다. 2011년 6월 4일까지 1,429일 동안 무고장 운행했고, 운행시간 누계는 3만 4,000시간이 넘으며, 전지시스템은 1만회의 충전 및 방전 순환을 실현했다. 전지 모듈의 에너지효율은 뚜렷한 감쇠가 나타나지 않았다. VRB시스템은 일본의 스미토모전기공업주식회사에 이어 세계 두 번째로 1만회의 충전 및 방전 순환 시험평가를 통과했다. 평가결과, VRB는 뛰어난 신뢰성과 내구성을 지녔으며, 공정화와 산업화 개발을 위한 탄탄한 실험기반을 마련했다. 현재 이 전지의 내구성 고속평가 측정실험이 여전히 실행 중이다. VRB는 에너지저장 용량이 많고 수요별로 출력파워와 저장용량의 독자적인 설계가 가능하며, 충전 및 방전 전환 속도가 빠르고 순환수명이 길며, 전해질용액의 반복적인 재생사용이 가능한 한편, 안전성이 높고 환경 친화적인 특징을 지니고 있다. 현재까지 VRB는 3년 이상의 계통연계형 풍력발전 실제응용시범을 통과한 세계 유일의 메가와트 이상급 전기화학 에너지저장시스템으로서 풍력발전의 평활한 출력에 최적격인 에너지저장기술로 확인되었다. 장화민 연구팀은 2000년부터 레독스-흐름전지 기술 연구개발을 개시하고, 레독스-흐름전지시스템 관련 핵심소재, 구조 설계, 시스템 설계, 패키지기술, 조립기술, 테스트방법, 응용시범 등에서 큰 성과를 거두었다. 레독스-흐름전지 기술의 성과전환을 위해 연구팀은 박융(博融)산업투자유한공사와 공동으로 2008년 10월 대련융과(融科)에너지저장기술발전유한공사를 설립하고, 레독스-흐름전지의 공정화와 산업화 개발에 주력했다. 또한 2010년 중국 최초의 260kW급 VRB시스템을 개발하여 풍력발전 계통연계용 메가와트급 레독스-흐름전지시스템 개발을 위한 발판을 마련했다. 고효율, 저원가, 안전성, 신뢰성의 대규모 레독스-흐름전지 기술은 앞으로 풍력에너지, 태양에너지와 같은 신재생에너지의 보급과 응용, 스마트그리드의 구축에 중요한 역할을 발휘할 것으로 전망된다.

성도생물연구소, 미생물 연료전지의 전기생산 원리 규명

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미생물 연료전지(Microbial fuel cell, MFC)는 전기를 생산하는 미생물을 양극 촉매제로 삼아 유기물 중의 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 장치로서 폐수처리와 신에너지개발 영역에서 광범위한 응용전망을 지니고 있다. 현재까지 쉬와넬라(Shewanella), 테라박터 속(Terrabacter sp.), 클렙시엘라속(Klebsiella)과 같이 전기를 생산하는 많은 미생물을 발견했으나 이들 미생물은 중성 조건에서만 전기를 생산할 수 있다. 이론적으로 알칼리성 조건은 메탄 생산을 억제할 수 있어 전력출력에 이로우며, 알칼리성 폐수는 또한 공업 폐수의 중요한 구성요소이기도 하다. 전기생산 미생물의 유기대사로 생산되는 전자를 전극으로 전달하는 방법을 찾아내는 것이 그동안 MFC 연구의 중요한 방향이었다. 따라서 알칼리성 조건에서 미생물의 전기생산 원리를 연구하는 것은 MFC의 전력출력과 알칼리성 폐수의 생물처리에 모두 중요한 의미가 있다. 중국과학원 성도생물연구소 응용 및 환경미생물센터 리따핑(李大平) 연구원 과제팀은 미생물 연료전지의 전기생산 원리 연구에서 획기적인 진전을 이룩했다. 과제팀은 오염된 환경에서 호염기성(basophilic) 균주인 Pseudomonas alcaliphila를 분리했다. 이 균주는 알칼리성 조건에서 유기물을 분해하면서 전기에너지를 생산할 수 있으며, 최적 산도(pH)는 9.5이다. 과제팀은 Pseudomonas alcaliphila가 MFC체계에서 유기대사와 함께 페나진-1-카르복실산(phenazine-1-carboxylic acid,PCA)을 생산하며, 이 매개체가 전자 셔틀의 역할을 일으켜 전자의 유기물에서 전극으로의 전달과정을 실현함을 규명했다. 이 연구성과는 생물자원공학 분야 국제학술지인 생물자원기술(Bioresource Technology)에 게재되었다.

화북평원 인위적인 대기환경 오염 심각

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중국과학원 지구환경연구소 왕거후이(王格慧) 연구원 주도 연구팀은 관중(关中)평원과 화북(华北)평원에서 높은 산인 화산(华山)과 태산(泰山)의 봄철 에어로졸 동시관측을 통해 태산지역의 황산염을 제외한 EC(원소성탄소), OC(유기탄소), 질산염、암모늄염이 화산지역의 2-10배로서 화북평원의 인위적인 오염이 심각함을 규명했다. 이 연구성과는 SCI저널 ACP(대기화학 및 물리학회지) 최신호에 실렸다. 고산지역은 주야온도차가 크고 태양복사가 강하며 습도가 높기 때문에 그 대기환경은 지표와 다르다. 고산지역 에어로졸의 물리/화학적 특성도 도시의 에어로졸과 차이가 있다. 고산지역은 해발이 높아 에어로졸이 구름층에 진입하기 쉽기 때문에 지표에 비해 구름에 대한 영향이 더욱 뚜렷하다. 이밖에 고산지역의 대부분 에어로졸은 장거리 수송과정을 거치기 때문에 대기환경의 특징을 효과적으로 반영한다. 왕거후이 연구팀은 남경(南京)시의 여름철 먼지연무사건 연구를 통해 농촌에서 밀짚을 소각하면서 알코올 글리세롤, 포도당, 시니스트럴 글루코시드(sinistral glucoside) 등 유기화합물을 대량 방출함을 발견했다. 유기화합물은 도시지역으로 확산되어 자동차 배기가스와 결합해 입자 크기가 뚜렷이 증대되어 심각한 먼지연무를 생성한다. 이 결론은 농촌의 짚 소각으로 유기오염물을 방출하여 도시지역의 심각한 먼지연무현상을 초래했음을 밝히고 있다. 이 성과는 SCI저널 <대기환경(Atmospheric Environment)>에 발표되었다.