KITECH 생산기술 전문지

e-Fuel은 재생에너지를 활용해 제조되는 탄소중립 연료로, 기존 내연기관과의 높은 호환성을 기반으로 탈탄소 사회 전환을 위한 유력한 수단으로 주목받고 있다. 그러나 CO₂ 수소화 반응은 가역적인 평형 특성으로 인해 생성물 축적 시 전환율이 제한되는 문제가 있으며, 이를 극복하기 위한 기술로 분리막 반응기 시스템이 제안되고 있다. 본 논문에서는 생성물 선택적 제거를 통해 반응 평형을 생성물 방향으로 유도하고, 전환율과 선택성을 동시에 향상시킬 수 있는 촉매–분리막 통합 반응기 기술의 개념과 대표적 연구 사례를 정리하였다. 또한, 다양한 분리막 소재 및 구조에 따른 성능 차이를 비교하고, 산업적 실용화를 위한 기술적 과제로서 분리막의 내구성, 촉매와의 계면 안정성, 제조 공정의 복잡성, 선택성–투과도 간의 trade-off, 장기 운전 시 막 오염 문제 등을 논의하였다. 본 연구는 향후 e-Fuel 생산을 위한 고성능 분리막 반응기 기술 개발에 있어 기술적 방향성과 설계 전략 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

e-Fuel, 촉매-분리막 반응기, 반응 평형 제어

본 글은 ESG(Environmental, Social, and Governance) 경영의 일환으로서 자발적 탄소시장의 구조와 운영 현황, 그리고 제언을 포함한 미래의 전망을 제시한다. ESG에서 특히 환경은 기후 변화 대응을 위한 국제적 의무 공시와 연계되어 중요성이 증가하고 있으며, 자발적 탄소시장은 기업의 친환경 경영을 위한 주요 수단으로 부상하고 있다. 자발적 탄소시장은 인증 기관, 프로젝트 개발자, 제3자 검증 기관, 평가 기관, 거래소, 최종 구매자 등으로 구성되며, 각각이 독립적인 역할을 수행한다. 운영 측면에서 자발적 탄소시장은 2024년 까지 누적 46억 톤의 크레딧이 발행되었고, 이 중 12억 톤이 소각되어 탄소 중립 선언에 활용되었다. 비록 최근 거래량은 감소 추세지만 가격은 국내 배출권 거래제 수준을 유지하고 있으므로, ESG 전략의 일환으로 자발적 탄소시장의 크레딧 활용 가능성은 높을 것으로 기대된다. 그린워싱을 비롯하여 자발적 탄소시장의 실효성에 대한 문제점이 일부 지적되고 있으나, 이를 해결하고자 환경적 건전성을 제고하기 위한 노력이 다양하게 이루어지고 있다. 향후에는 국내 기업들이 보다 신뢰할 수 있는 자발적 탄소시장을 활용하여 ESG 경영을 강화해 나갈 필요가 있다.

자발적 탄소시장, ESG 경영, 환경적 건전성, 탄소 중립

전 지구적 차원의 폐플라스틱 문제 해결을 위한 지속가능한 해법으로 화학적 재활용 기술이 각광받고 있으며, 그중 금속-유기 골격체(Metal–Organic Frameworks, MOFs)는 정밀한 구조 설계성과 기능화 가능성을 갖춘 차세대 이질촉매로 주목받고 있다. MOF는 높은 비표면적과 조절 가능한 활성점(Open Metal Sites, OMS)을 기반으로 다양한 고분자 구조에 선택적으로 작용할 수 있으며, PET, PU, PLA, PCL 등 범용 플라스틱의 열화학적 분해 반응에서 탁월한 성능을 보인다. 특히 Zn, Zr, Cr 기반 MOF는 에스터 결합의 활성화, 반응 속도 향상, 생성물 선택성 제고 등의 효과를 통해 고순도 단량체 회수 및 폐기물 가치화에 기여할 수 있다. 본 원고에서는 MOF 구조와 촉매 기능 간의 연관성, 주요 촉매 사례, 기능화 전략, 반복 사용성, 연속공정 적용 가능성 등 다양한 기술적 요소를 검토하였으며, MOF 촉매 기술이 자원순환형 화학공정과 탄소 저감형 산업 구조 전환의 핵심 플랫폼으로 발전할 수 있는 가능성을 제시하였다.

플라스틱, 자원순환, MOF촉매

하이드로겔(Hydrogel)은 다량의 수분을 포함한 3차원 고분자 네트워크로 구성되어 있으며, 우수한 생체적합성과 유연한 물리적 특성으로 인해 바이오 및 전자소재 분야에서 주목받고 있다. 특히 최근에는 웨어러블 센서, 스마트 헬스케어 기기 등 차세대 기술과의 융합 가능성이 확대되면서, 하이드로겔의 고기능화에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 글에서는 하이드로겔의 정의와 제조 방식(화학적/물리적 경화 방법)을 간략히 소개하고, 약물전달, 상처치유, 조직재생 등 기존 바이오 응용 외에도, 전기전도성과 피부 접착 특성을 활용한 웨어러블 센서용 소재로의 응용 가능성을 다룬다. 특히, 고기능 하이드로겔 개발을 위해 요구되는 이온 전도도, 내구성, 자가치유, 복원력 향상 등의 기술적 요소와 함께, 이를 구현하기 위한 분자설계 전략인 이중 네트워크(DN) 시스템과 비공유결합 기반의 에너지 소산 메커니즘에 대해서도 논의하였다. 또한 본 고에서는 한국생산기술연구원에서 수행 중인 고강도 하이드로겔 기반 웨어러블 센서용 소재 개발 및 차세대 에너지소재로서의 하이드로겔 응용 가능성(CO₂ 흡착소재, 프로톤교환막, 겔전해질 등)에 대해서도 간략히 소개하고자 한다.

하이드로겔, 웨어러블 센서, 이중네트워크(DN), 차세대 에너지 소재

반도체용 초저온 칠러의 경우, 냉매(Refrigerant)를 직접 순환시킬 수 없기 때문에 간접 냉각을 위하여 냉각유체(Coolant)를 이용한 2차 냉각시스템이 필수적으로 구축되어야 하고, 세부적으로는 열전달을 위한 냉각유체 물질의 선정(특히 어는점 문제), 열교환기 설계, 열교환기 소재, 열교환기 회로 설계 등 사전에 고려할 부분이 많아 이를 해결하기 위한 방안이 시급한 상황이다. 공기냉매를 적용한 칠러의 경우, 공기의 비열과 냉각유체간의 비열차이가 매우 커, 냉동기가 구동이 잘되더라도, 제대로 냉열을 냉각유체로 전달하지 못할 문제가 발생할 가능성이 매우 높다. 단기적으로 이 문제를 해결하더라도, 냉매가 더 이상 온도가 내려가지 않는 문제(-120℃ 이하 동결)가 존재한다. 이 문제를 해결을 위해서는 단순한 장치로는 해결되지 않으며, 복합적인 시스템의 요소 기술을 개발해야 된다. 따라서, 이 시스템의 핵심구성품인 컴팬더(Compander), 인터쿨러(Intercooler), 복열기(Recuperator), 2차 열교환기 등 통합적인 공기 냉매 적용 터보 초저온 냉동 시스템 개발이 진행되고 있다. 그리고, 최근 탄소중립 및 온실가스 규제에 관련한 이슈가 국내외에 대두되고 있으며, 이에 따라 온실가스와 관련된 CFO/HFC 등의 냉매에도 국제 산업 무역규제 강화로 인한 친환경 냉매 기술 개발이 필요하다. 다만, 초저온(-80℃이하) 냉동기에 적용되는 냉매들은 온난화지수가 높은 냉매들만 존재하여, 향후 2016년 키갈리 개정의정서 합의에 따라 국내에서도 지구온난화 방지에 대한 노력으로 High GWP(Global Warming Potential) 냉매의 감축 및 친환경 냉매 이용이 급부상하고 있다. 따라서, 최근에는 이를 해결하기 위하여, 다양한 연구가 진행되고 있으며, 혼합냉매의 조성 변화 또는 운전조건의 변화에 따른 냉동기의 성능특성에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 해설서는 이러한 혼합냉매의 제조 방법을 인공지능 기법을 적용한 구매자 요구를 반영한 초저온 냉동기용 혼합 냉매 제조 및 검증 시스템을 설명하여, 혼합냉매를 사용하는 칠러 개발 연구에 기여하고자 한다.

빅데이터, 혼합 냉매, 선정 모듈, 제조 모듈, 평가 모듈

아디픽산(adipic acid, ADP)은 나일론 6,6의 필수 전구체로, 플라스틱, 폴리우레탄, 가소제 등 다양한 산업 분야에서 중요한 원료로 활용되고 있다 [1]. 전 세계적으로 매년 300만 톤 이상의 아디픽산이 생산되고 있으며, 글로벌 시장 규모는 2025년까지 약 80억 달러에 이를 것으로 전망된다. 기존의 생산 방식은 대부분 석유 기반 화학 합성법으로, 특히 질산 산화(NO) 공정을 통해 이루어지고 있다[2]. 이 공정의 주요 과정은 벤젠에서 출발하여 사이클로헥산, KA 오일(사이클로헥사논/사이클로헥사놀 혼합물)을 거쳐 최종적으로 아디픽산을 생산하는 과정이다. 이때 필수적으로 사용되는 질산(HNO3)은 다량의 아산화질소(N2O)를 부산물로 발생시킨다. N2O는 이산화탄소 대비 300배 이상의 온실가스 효과를 가지며, 오존층 파괴 및 산성비 발생 원인으로 알려져 있다[1,2]. 따라서 환경에 미치는 영향을 줄이고 지속 가능한 발전을 실현하기 위한 바이오 기반 아디픽산 생산 기술 개발이 전 세계적으로 중요한 과제로 떠오르고 있다.

아디픽산, 생물학적 생산, 바이오, 역 아디픽산 경로, 뮤코닉산 경로

지속 가능한 자원 순환 사회로 나아가기 위해 바이오 기반 폴리에스터 개발에 관한 관심이 급증하고 있다. 바이오산업의 급격한 발전으로 바이오를 이용한 단량체를 개발할 수 있으면서 석유 기반 플라스틱을 대체하는 유력한 폴리에스터 연구가 대두되었다. 특히 폴리에스터는 가역적 에스터 결합을 하고 있어 생분해성, 재활용 공정을 활용이 가능하고 저탄소 발자국 등의 장점으로 자원 순환성을 높이는 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 원고에서는 바이오 기반의 지방족 및 방향족 폴리에스터와 그 엘라스토머 소재의 최근 개발 동향과 함께 상용화 전략 등을 고찰하였다. 특히 물성, 생분해성, 화학적 재활용 등에 대해 분석하였고 바이오 기반 소재가 자원 순환 경제에서 가지는 기술적, 정책적 의미를 논의하였다.

바이오, 폴리에스터, 방향족, 지방족

본 글은 파리협정 제6.2조 협력적 접근법을 통해 추진된 스위스-태국 전기버스 국제감축 사업 사례를 중심으로 온실가스 국제감축 사업의 구조와 절차를 체계적으로 분석한다. 온실가스 국제감축 사업이란 국외에서 온실가스를 감축하고 발생하는 감축 실적을 국제적으로 이전하여(ITMO) 활용하기 위한 사업을 의미하며, 전 세계에서 제6.2조 협력적 접근법에 기반하여 수행된 온실가스 국제감축 사업은 스위스-태국의 전기버스 사업이 유일하다. 사업은 양국 간 이행 협정 체결을 시작으로, 각 국가가 개별적으로 승인 진술서를 작성한 뒤, 감축 실적을 실제로 이전하는 절차로 진행되었다. 이행 협정에는 제6.2조 협력의 구체적인 절차와 조건이 제시되었으며, 승인 진술서에는 협력적 접근법 명칭, 승인된 ITMO 양, 사업 참여자 등 주요 정보가 명시되었다. 감축 실적의 이전은 태국 내 등록부에서 배출권을 자발적으로 취소하고, 스위스 내 등록부에 재 발행하여 NDC에 적용하는 방식으로 이루어졌다. 국제감축 사업에 참여를 희망하는 국내 기업 및 기관들은 스위스-태국 전기버스 사례를 참고함과 동시에, 향후 다양한 국제 사례들을 지속적으로 모니터링하여 파리협정 제6.2조 기반 사업을 원활하게 운영할 수 있도록 지속적인 관심과 철저한 준비가 요구된다.

파리협정, 제6.2조 협력적 접근법, 국제감축 사업, ITMO

전 세계적으로 자원 고갈과 신규 자원 채굴에 따른 환경 부담이 심화되면서, 자원의 효율적 사용과 순환경제로의 전환이 핵심 과제로 부각되고 있다. 이러한 흐름 속에서 국가자원생산성지표는 자원의 연간 투입량 대비 창출된 경제적 부가가치를 나타내는 지표로, 지속가능한 자원관리 정책의 수립과 평가에 있어 중요한 성과지표로 기능한다. 자원 효율성과 지속가능한 소비·생산 구조로의 전환은 UN 지속가능발전목표(SDGs) 중 12번 목표에서 핵심 과제로 명시되어 있으며, 특히 지표 12.2.2(Resource Productivity)를 통해 자원 생산성 향상 수준을 정량적으로 관리할 것을 권고하고 있다. UN SDGs는 각 국가가 자체 생산한 통계를 기반으로 관련 지표를 공표할 것을 권장하고 있으나, 실제로는 여러 국가에서 통계 작성 기반이 미흡하거나 제도적으로 정비되지 않아 국제기구가 산정한 값을 대신 활용하는 경우가 많다. 우리나라 역시 이러한 한계 속에서 OECD, UNEP, Eurostat 등 국제기구에서 제공하는 수치를 통계청 ‘지표누리’를 통해 공표하고 있다. 그러나 우리나라의 경우에는 국가자원생산성지표 산정을 위해 필요한 대부분의 통계가 이미 국가승인통계로 존재함에도 불구하고, 국제기구 값에 의존하고 있어 이의 개선이 요구된다. 국가청정생산지원센터 순환경제실은 2010년부터 국가자원생산성지표의 개념을 도입하고, 국내 적용 방안을 마련해 지속적으로 관련 지표를 산출해왔다. 2019년부터는 정부출연사업 (자원생산성기반구축)의 일환으로 통계화를 본격 추진하였고, 이를 웹페이지 등을 통해 산·학·연에 제공하고 있다. 우리실에서는 국제기구의 작성 가이드와 기준을 반영하여 지표를 산출하고 있으나, 국제기구에서 공표하는 수치와 일부 괴리가 있는 점을 확인하였다. 이러한 불일치는 국제 비교의 신뢰성을 저해할 뿐 아니라, 국내 정책 설계 및 성과 평가 시 기준 혼선을 초래할 수 있다. 이에 따라 국제기구의 산정 방식과 국내 산출 체계를 항목별로 정밀 비교하고, 각 세부 항목의 통계적 신뢰성과 현실 적합성을 종합 평가하여, 통계의 정합성을 강화하였다. 그 결과, 2025년 7월부로 ‘국가자원생산성지표’는 국가통계로 승인(승인번호: 제115041호)을 받았으며, 공신력을 확보하였다. 본 기고는 해당 통계가 단계별 정합성 및 신뢰성 확보하여 국가통계로 승인된 사례를 공유하는 데 목적이 있다.

순환경제, 자원효율성, 지속가능성, 국가자원생산성지표, 국가승인통계

천안과 아산의 일반 산단의 주역 분야는 자동차 부품&기계 금속(천안), 디스플레이&반도체&자동차(아산)로 구성되어있다. 충남도 반도체 산업은 수도권에 이어 전국 2위 규모이며 ‘21년 기준 반도체 관련 기업은 1,225개로 높은 비중을 차지하고 있다. 국내 AI & AX와 관련된 기술 개발 및 기존 공정 내 적용에 대한 중요도가 증가하면서 충청도 내 산단 및 제조 분야에서도 기술 도입을 진행중이다. 반도체&디스플레이 산업에서는 AI&AX 기술 도입을 통해 생산 효율성을 높이고 첨단 기술 개발에 적극적으로 투자를 하고 있다. 특히 대기업을 중심으로 기술 개발 및 도입이 활발히 진행중이며 생산성 향상, 품질 안정화, 에너지 효율화를 달성하고 있다. 중소기업은 AI&AX 기술 기반의 공정 혁신에 대한 기술 도입 초기 단계에 머무르고 있다. 국내 중소기업은 자본, 자문 인력, 공정 데이터 인프라 부족이 복합적으로 확보가 어려워 AI&AX 기술 적용이 미비한 실정이다. 중소기업이 대기업 수준의 품질 기준과 기술 요건을 충족하기 위해서는, 실험실이나 공장 내부의 제한된 자원만으로는 한계가 존재한다. 실증 기반의 시험 환경 제공이 가능한 테스트베드의 구축이 필요하며 기술 상용화와 납품 전 검증을 위한 핵심 인프라 구축이 요구된다. 테스트베드는 단순한 장비 지원을 넘어 중소기업의 기술 겁증, 품질 인증, 생산공정 최적화 등 전방위적인 역할을 수행하며 기술 상용화의 관문이자 공급망 진입에 주요 역할을 수행한다. 따라서, 정부 지원 사업을 통해 테스트베드의 생태계를 조성하고 충남 지역의 반도체디스플레이의 중소 기업에 기술 지원을 통해 산업 경쟁력을 확보할 수 있다.

반도체, 디스플레이, AI, AX, 테스트베드

일반적으로 휘발성 유기화합물 중 비극성 물질인 벤젠이나 톨루엔과 같은 화합물은 같은 비극성을 가진 활성탄에 흡착이 잘 일어난다. 하지만 포름알데하이드나 아세트알데하이드와 같은 저분자 극성 화합물의 경우 분자 크기도 매우 작아 일반 활성탄의 경우 흡착 반응이 일어나더라도 파과가 굉장히 빨리 발생하게 된다. 본 특허는 1차적으로 폐기물인 커피박을 이용하여 온실 가스 중 하나인 이산화탄소를 활성화제로 하여 기공을 발달시킨 흡착물질을 제조하고, 2차적으로 커피박 원료 내 포함된 질소 성분을 흡착물질에 최대한 농축시켜 탄소-질소 결합을 유도해 극성을 띄게 하여 저분자 알데하이드류를 제거하는 것이다.

휘발성 유기화합물, 포름알데하이드, 아세트알데하이드, 커피박, 이산화탄소

물질안전보건자료(MSDS)는 유해 화학물질의 안전관리에 필수적인 정보체계로, 특히 Section 11의 독성 정보는 근로자 보호와 사고 예방에 중요한 근거로 작용해왔다. 그러나 전체 화학물질의 절반 이상이 독성 정보가 미비한 현실은 중소기업의 시험 비용, 윤리적 문제, 생리학적 차이 등의 요인으로 인해 여전히 해결이 어렵다. 이에 본 연구는 기존의 실험적·비실험적 독성 예측 방법의 특성과 한계를 고찰하고, 2027년 국내에 한글 버전으로 도입될 예정인 QSAR Toolbox의 활용 전략을 제안하였다. QSAR Toolbox는 화학물질의 분자 구조를 기반으로 독성을 예측할 수 있는 무료 소프트웨어로, Read-Across, 카테고리화 등의 기법을 통해 동물실험을 최소화하면서도 신뢰성 있는 위해성 평가를 가능하게 한다. 이를 통해 고위험 산업의 중소기업들이 저비용으로 독성 예측 및 안전한 작업환경을 위한 Safety Barriers 구축에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Safety Barriers, QSAR Toolbox, 작업장 안전, 작업자 안전

열교환기는 일반적으로 열 에너지가 다른 두 작동 유체를 통한 뜨거운 유체에서 차가운 유체로 에너지의 효율적으로 전달하여 물체를 가열하거나 냉각하는 에너지 교환에 사용된다. 열교환기는 의료계, 산업계, 식품계 등 다양한 분야 전 범위에 걸쳐서 널리 사용되고 있다[1] 예를 들면, 초소형 의료기기부터 초대형 발전용 산업 플랜트에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 활용되고 있다. 최근 국내·외에서는 전 산업 분야에 탄소배출 저감 또는 온실가스 배출 저감 기술 개발/적용이 빠르고 광범위하게 진행되고 있다. 에너지 분야에서는 화석연료 사용 저감, 신재생에너지 확대 그리고 사용 에너지 및 연료의 회수 또는 재활용 기술에 대한 개발과 적용확대가 급속히 증가되는 실정이다. 다양한 열교환기의 종류가 존재하지만 초임계 CO2 브레이튼 사이클은 높은 온도와 압력 조건을 가지기 때문에 작동 조건을 만족할 뿐만 아니라 높은 열전달 성능과 쉘앤튜브형 열교환기 대비 작은 부피를 가지는 인쇄회로 열교환기 (Printed Circuit Heat Exchanger, PCHE)가 적합하다[2]. PCHE는 판형 소형 열교환기 90 % 이상의 높은 열 교환 효율과 함께 기존 전열 관형 방식에 비해 1/10 이하로 축소 제작이 가능한 장점이 있다. 또한, 스테인리스, 초합금 등 고급 재질을 사용하여 초고온(900 ℃ 이하), 초고압(1500 bar 이하)의 극도로 가혹한 운전 환경인 핵융합 공정이나 초임계 공정에서도 적용이 가능하기 때문에 여러 탄소 저감 시스템에 적용이 가능한 차세대 열교환기로 불리고 있다[3]. 본 원고는 초임계 사이클에 적용되는 PCHE는 판형 소형 열교환기 기본 설계의 주요 요소들 도출하였고, 이 주요 요소들을 추후 설계에 참조하고자 한다.

마이크로 채널, 인쇄회로 열교환기, 설계인자, 열전달, 사이클

전 세계적으로 고령화가 가속화됨에 따라 요양서비스 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 요양보호사의 근무 여건과 건강 문제에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 돌봄로봇이 요양보호사의 신체적·정신적 부담 경감에 미치는 효과를 정량적으로 평가하고자 하였다. 이를 위해 현직 여성 요양보호사 10명을 대상으로 이승과업과 체위변환 과업에 대하여 로봇을 활용한 경우(RC)와 수작업(MC)의 부담 정도를 비교하였다. 신체적 부담은 근활성도, 관절 각도, 주관적 부하로 평가하였으며, 정신적 부담은 난이도, 안전, 감정적 스트레스로 구성된 설문을 활용하였다. 분석 결과, 두 과업 모두에서 로봇을 활용할 경우 근육 부하와 주관적 부하가 유의미하게 감소하였으며, 정신적 스트레스도 일부 지표에서 유의한 개선이 확인되었다(all p<0.05). 방사형 그래프를 활용하여 해당결과를 시각화하였으며, 과업별 부담 특성과 로봇 도입 효과를 직관적으로 제시하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구는 돌봄로봇의 효과에 대한 정량적 근거를 제공함으로써, 로봇 기반 돌봄기술의 확산과 정책적 의사결정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

사회복지 서비스업, 요양보호사, 돌봄부담, 이승, 체위변환, 정량화

최근 잉크젯 프린팅 기술은 디스플레이, 반도체 패터닝, 바이오 프린팅, 마이크로전자 소자 제작 등 다양한 산업 분야에서 고정밀 재료 분사 공정으로 주목받고 있다. 특히 Photoresist, 전도성 나노잉크, 고점도 바이오 소재와 같은 고기능성 유체를 미세 형상으로 정밀하게 패터닝할 수 있다는 점은 공정 복합성과 비용 부담이 큰 기존 광학식 리소그래피 및 접촉식 코팅 공정을 대체할 수 있는 대안으로 평가된다. 고정밀을 요구하는 잉크젯 공정에서는 잉크의 물성을 안정적으로 유지하는 것이 분사 품질과 공정 신뢰성을 좌우한다[4]. 따라서, 잉크 온도를 정밀하게 제어하는 히팅 모듈의 역할이 핵심적이며, 히팅 모듈의 열적 거동을 정확히 제어하는 것은 필수 과제이다. 실제 산업 현장에서는 온도 안정화 지연과 온도 불균일로 인해 공정 효율과 수율이 저하되는 문제가 발생하고 있다[5]. 이는 열전달 효율 감소로 이어져 생산 비용의 상승으로 직결된다. 기존 연구들은 잉크젯 히터의 재료나 노즐 구조의 최적화에 초점을 맞춰왔지만, 모듈 내부의 유체 순환과 열적 거동을 정량적으로 해석한 사례는 드물다. 따라서 히팅 모듈 전체 시스템 관점에서 내부 유동과 열전달 특성을 해석적으로 접근할 필요가 있다. 본 연구는 잉크젯 히팅 모듈의 열적 특성을 해석 중심으로 정밀 분석하고, 이를 바탕으로 최적 공정 조건 및 설계 조건을 제시하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 CFD 모델을 구축하고, 난류 모델과 연성 알고리즘 및 사용자 정의 함수 등 다양한 해석 기법을 적용하여 실제와 유사한 공정을 모사하였으며, 다양한 펌프 유속과 히터 출력 조합에 따른 온도 분포 및 안정화 시간을 정략적으로 분석하였다.

잉크젯 프린팅, 헤드 모듈, 유체 온도 균일도, 열해석

지역난방은 특정 지역이나 건물 전체에 열전달을 기반으로 설계된 난방 시스템으로, 지역 사용자의 열 수요에 대응하기 위한 열 분배 네트워크 시스템을 사용하며, 버려지는 지역 연료 또는 열 자원을 활용하고 있다. 지역난방에 적합한 열 수요는 주거, 공공, 상업건물에 대한 난방과 급탕 등이 있으며, 이 중 급탕은 수요처에 신속하게 온수를 공급하기 위한 지역난방 시스템의 부속 시스템이다. 급탕 수요는 계절적 변화뿐만 아니라 요일별·시간대별로 부하 패턴의 변동성이 심하고, 이로 인해 지역난방 시스템의 안정적인 수급 관리와 적정 수준의 효율성 확보에 어려움이 따른다. 따라서 지역난방 열 공급의 최적 제어를 위해서는 열 생산부터 열 운송 및 분배 시스템까지의 전주기 통합 제어가 필요하며, 공동주택 단위의 열수요 예측을 통하여 열원 생산원가 낭비 및 분배 과정에서의 손실을 최소화할 수 있다. 열원 공급설비의 최적 운영과 열에너지 저장 시스템(Thermal Energy Storage, TES)의 제어 및 피크 부하 절감을 위한 열 수요 예측 기술은, 최근 기온과 일사량 등 다양한 기상 데이터를 활용한 회귀 및 시계열 분석, 딥러닝 등 기계학습 기반 AI 예측 모델의 고도화와 함께 활발히 연구되고 있다. TES 제어란 원하는 온도영역에서 열을 저장하고 방출하는 축열·방열 운전을 말하고, 이를 통해 열원 설비의 부하를 평탄화하고, 과부하 또는 과잉 설비 운전을 방지하는 효율적인 운영 방식을 의미한다. TES의 축·방열 운전은 예측된 열 수요량을 바탕으로 필요한 만큼만 열을 저장한 뒤, 피크 부하 저감과 열 공급 효율 향상을 위해 실제 열 사용량과 시간대에 맞춰 방열을 수행한다. TES의 최적 운전을 달성하기 위해서는, TES가 적용된 공동주택의 열사용 패턴에 대한 실증 운전 데이터를 기반으로 예측 모델을 구현함으로써, TES의 적정 용량 설계 조건을 확보하고 정량 축열 운전을 통해 공간적 제약 해소 및 경제적 효과를 기대할 수 있다. 본 글에서는 TES 연계 지역난방 급탕 공급 운전의 효율성 제고를 위하여, TES가 설치된 공동주택의 급탕 열사용 실측 데이터를 기반으로 개발한 기계학습 예측 모델의 분석 결과를 소개하고자 한다.

지역난방, 급탕 수요예측, 기계학습, 심층 신경망, 열에너지저장시스템

산업 부문은 전 세계 에너지 소비와 온실가스 배출의 상당 부분을 차지하고 있으며, 이에 따라 탄소중립을 위한 대체 열원 기술로 히트펌프 시스템이 주목받고 있다. 특히, 산업 공정에서 발생하는 폐열을 활용하는 고온 히트펌프 기술은 에너지 효율과 온실가스 감축을 동시에 달성할 수 있는 기술로 평가된다. 본 원고에서는 고온 히트펌프 기술의 현재 수준을 분석하고, 현 기술의 한계와 고온 히트펌프의 기술 개발 및 보급을 위한 해결 과제를 정리하였다. 고온 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 요소 부품의 개발, 고온용 친환경 냉매의 개발 및 안정성 확보 기술 개발, 디지털 트윈 기술과 같은 통합 설계 및 제어 기술 개발뿐만 아니라, 시스템의 모듈화, 표준화 등도 고온 히트펌프의 산업 현장 도입을 위한 핵심 요소로 논의된다. 최종적으로는 정부, 산업계, 연구기관 간의 장기적인 협력을 통해 고온 히트펌프 기술이 산업의 구조적 전환과 탄소중립을 실현할 수 있을 것으로 기대된다.

고온, 히트펌프, 산업

공기열 히트펌프는 외기를 열원으로 활용하여 에너지를 공급하는 고효율 저탄소 냉난방 기술로, 탄소중립 및 에너지전환을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다. 그러나 외기 조건에 따른 성능 변화가 크기 때문에 정밀하고 신뢰성 있는 시험을 통해 제품 성능을 정량적으로 검증하는 인프라 구축이 필수적이다. 본 논문은 KS B 6275 시험규격 및 고효율 기자재 보급사업 조건에 따라 공기열 히트펌프의 성능을 평가하는 시험방법과 환경챔버 기반 시험설비의 구성 및 적용 가능성을 제시한다. 특히 온습도 제어가 가능한 대형 챔버를 기반으로 다양한 시험 조건을 구현할 수 있으며, 건물·산업·농수산업용 히트펌프는 물론 건조기, 제습기, 특장차 등 다양한 제품의 성능시험이 가능하다. 이를 통해 중소기업 기술지원, 고효율 조건 검증, 신재생에너지 정책 대응에 기여할 수 있는 기반 기술로서의 시험 인프라의 중요성을 논의한다.

공기열 히트펌프, 성능시험, 시험설비, 기술지원 인프라, 환경챔버

본 연구는 시멘트 산업 공정에 적용 가능한 넓은 온도 범위(Wide Temperature Window, WTW) SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매 기술의 환경영향을 전과정 평가(Life Cycle Assessment, LCA) 기법을 통해 분석하였다. 기존 상용 SCR 촉매 대비 개발된 WTW SCR 촉매는 240∼420℃의 넓은 운전 온도 범위에서 높은 탈질 효율을 유지하며, 공정 단순화와 에너지 절감이 가능한 장점을 가진다. 본 연구에서는 시멘트 소결 공정을 대상으로 NOx 1kg 저감을 기능 단위로 설정하고, WTW SCR 촉매 기술과 기존 촉매 기술의 환경영향을 비교·분석하였다. 평가 결과, WTW SCR 촉매 적용 시 미세먼지(PM2.5eq.)는 약 81%, 지구온난화(CO2eq.)는 약 86%, 광화학적 산화물(NOxeq.)은 약 26%의 환경영향이 줄어드는 것으로 확인되었다. 본 연구는 미세먼지 및 온실가스 저감을 위한 기술 개발의 실질적 감축 효과를 정량적으로 입증한 사례로, 향후 관련 기술의 환경성 검토 및 정책 지원의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

탈질촉매, 환경영향, 전과정 평가