기술 고려대, '물·전기로만 에폭사이드 생산' 새 방법론 개발

플라스틱·섬유·접착체 합성 등 활용도 높은 '에폭사이드' 폭발성 있는 산소 대신 물 사용… 온실가스 배출 없는 친환경공정 개발     고려대학교 화학과 진경석 교수(왼쪽, 교신저자)와 김수연 석사(제1저자). (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지 [서울=뉴시스]윤신영 인턴 기자 = 고려대학교 공동연구진이 화학산업의 핵심 화합물인 '에폭사이드'를 물과 전기로만 생산하는 방법론을 개발했다.고려대는 화학과 진경석 교수 연구팀과 이화여대 남원우 교수, 한국기초과학지원연구원 김선희 박사, Radboud University Jana Roithová 교수 등 공동연구진이 에폭사이드를 생산하는 새로운 전기화학적 방법을 개발했다고 4일 밝혔다.   '에폭사이드(Epoxide)'는 에폭시수지, 접착제, 코팅제 등의 생산에 사용되는 원료다. 화학반응을 통해 의약품 및 계면활성제 등으로 변환될 수 있어 산업적으로 중요한 물질이다.가장 대표적인 에폭사이드는 '산화에틸렌'이다. 산화에틸렌은 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 계면활성제, 플라스틱, 섬유, 접착제, 에폭시수지 합성 등에 사용된다. 자동차 부동액과 폴리에스터 섬유 제조에 사용되는 에틸렌글리콜을 생산하는 등 2차적 활용도도 높다.현재 에폭사이드는 열화학 공정 기반의 올레핀 산화 반응을 통해 생산되고 있다. 에틸렌을 고온·고압의 환경에서 산소와 반응시키는 열화학 공정은 부산물을 생성하고 이산화탄소를 배출하는 단점이 있다.   연구진은 폭발성이 있는 산소 대신 물을 사용해 친환경적이고 안전한 전환 공정을 개발했다. 이들은 실시간 분광학 분석을 수행해 올레핀에서 에폭사이드로 전환되는 전기화학반응 메커니즘을 규명했다.에폭사이드 전기화학 공정은 온실가스 배출 없이 화학산업의 중요 화합물을 생성하는 하나의 모범사례가 될 것으로 기대된다.한편 이번 연구는 국제학술지 '미국화학학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 지난 29일 온라인 게재됐다.  

뉴시스 2025.02.04

기술 성신양회, 탄소배출 줄이는 인공어초 개발

성신양회가 참여한 컨소시엄이 탄소중립과 해양 생태계 복원에 기여할 수 있는 탄소 저감형 인공어초 제작 기술을 개발했다. 3일 업계에 따르면 성신양회는 최근 포스코이앤씨, 동산콘크리트산업과 함께 3종 슬래그 시멘트 기술과 3D 프린팅 기술을 결합해 탄소 저감형 인공어초 개발에 성공했다. 성신양회와 포스코이앤씨는 기존 제품 대비 시멘트의 슬래그 치환율을 최대 70%로 높여 자재 부문의 탄소 배출 저감에 기여할 수 있는 3종 슬래그 시멘트인 'PosMent-Max'를 개발했다.슬래그는 제련 과정에서 발생하는 부산물로, 주로 금속 산화물과 이산화규소의 혼합물이다. 슬래그 시멘트는 일반적인 시멘트(포틀랜드시멘트)에 제철 과정에서 발생하는 고로슬래그 미분말을 혼합해 만들기 때문에 내구성이 강하고 수화열도 낮은 시멘트 제품을 만들 수 있다. 또 슬래그가 시멘트 재료에서 차지하는 비중이 높아 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소도 상대적으로 적다. 동산콘크리트산업은 이를 소재로 정밀한 맞춤형 인공어초 구조물을 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술 방안을 구현했다. 이 기술을 통해 해양 생물 서식에 최적화된 복잡하고 정교한 구조를 구현할 수 있다. 기존 인공어초 제작 방식에 비해 에너지도 덜 쓰면서 시간과 비용까지 절감할 수 있게 된 것이다. 성신양회 관계자는 "탄소 저감형 인공어초 제작 기술은 해양 생태계 복원뿐만 아니라 육상 생태계 복원과 하천 개선 등 여러 프로젝트에서 맞춤형 구조물을 제작할 수 있는 기술적 가능성을 열었다는 점에서 의미가 있다"고 설명했다.

매일경제 2025.02.03

기술 한 번 충전으로 서울 부산 왕복…고성능 건식 배터리전극 개발

최적 도전재 적용 건식 전극설계 세계 최고 수준 용량·출력 달성 5배 두껍고 충전속도도 빨라    viewer 건식 공정을 이용한 두꺼운 전극 제작 기술. 연구그림=UNIST 한 번 충전으로 서울 부산 왕복이 가능한 배터리 전극이 개발됐다.울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 건식 공정을 통해 기존보다 5배 두꺼운 배터리 전극을 개발하는 데 성공했다고 3일 밝혔다.이 건식 전극을 적용하면 배터리 용량은 늘리고 빠른 충전속도를 유지할 수 있다. 화학용매를 사용하지 않는 건식 공정이 사용돼 환경 보호에도 도움이 될것으로 기대된다.전기차 대중화로 대용량 리튬이온배터리의 필요성이 커지면서 용량과 직결되는 전극은 최대한 두껍게 만들고 용량과 관련 없는 구성요소 비율을 줄이는 설계방식이 주목받고 있다. 하지만 기존에 쓰이던 습식 전극 제조 방식은 분말형태 전극 원료를 용매에 풀어내 제작하기 때문에 용매가 증발되는 과정에서 뭉침이 발생하기 쉬워 전극을 두껍게 만드는 데 한계가 있었다.연구팀은 건식 제조 공정을 통해 기존 보다 5배 두꺼운 전극을 개발했다. 이 전극의 합제층 밀도는 3.65g/㎤에 이른다. 합제층 밀도는 용량과 직결되는 원료 물질의 밀도다. 전극의 면적당 용량도 상용 전극의 5배에 해당하는 20㎃h/㎠이다.개발된 전극을 배터리에 적용하면 전기차의 주행 거리를 약 14% 늘릴 수 있다.정경민 교수는 “기존 전기차 배터리로는 서울 부산 왕복 주행이 어려웠으나, 이번 기술을 적용하면 600㎞ 이상의 주행이 가능해져 1회 충전으로 서울 부산 왕복 이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.또 이 전극은 전도성이 뛰어난 다공성 구형 도전재가 들어가 배터리 충전 속도도 빠르다. 일반적으로 전극이 두꺼워지면 리튬이온이 이동하는 거리가 늘어나 단위 시간당 뽑아낼 수 있는 전기량인 출력이 떨어지게 되는데, 출력이 떨어지면 충전 속도 또한 느리다. 다공성 구형 도전재 같은 특수소재는 이 같은 단점을 보완할 수 있지만, 기존 습식 공정에서는 사용하기가 까다로운 소재였다.제1저자인 오혜성 연구원은 “이번 기술은 환경 친화적인 건식 전극의 용량 증가와 성능 향상을 동시에 실현한 혁신적인 성과”라며 “코인셀 수준의 실험실 단계를 넘어 대규모 생산 공정에 적용 가능한 1Ah급 파우치셀에도 성능을 검증했다는 점에서도 의미가 있다”고 설명했다.이번 연구는 에너지 분야 최고 권위 학술지인 에너지와 환경(Energy & Environmental Science, IF 32.4)의 후면 표지논문(backcover)으로 선정돼 1월 21일 출판됐다. 연구수행은 국가과학기술연구회(NST)가 지원하는 창의형 융합연구사업 ‘탄소중립형 고에너지밀도 배터리를 위한 소재·공정 혁신 융합 솔루션 개발과제’를 통해 이뤄졌다.    건식 공정을 통해 기존보다 5배 두꺼운 배터리 전극을 개발하는 데 성공한 연구진. (왼쪽 하단부터 반시계 방향) 김규상 연구원, 정경민 교수, 오혜성 연구원(제1저자), 방지윤 연구원, 김산 연구원. 사진제공=UNIST

서울경제 2025.02.03

기술 태양광 패키지 이어 배터리 공장도 함께…한화·LG "UAM도 협력"

한화·LG, 에너지 동맹…"테슬라 잡자"태양광·배터리 1위 의기투합모듈·ESS·충전기 등 결합한'에너지 솔루션' 하반기 출시패키지 판매로 가격 경쟁력↑ 한화그룹과 LG그룹이 태양광발전부터 에너지저장장치(ESS), 에너지관리 소프트웨어(EMS), 전기차 충전에 이르는 ‘통합 전기 발전사업’ 시장을 공략하기 위해 손을 맞잡았다. 국내외 발전회사 및 각 가정에 ESS와 태양광 모듈 등 낱개 제품을 판매하는 것보다 두 회사의 역량을 묶어 패키지로 내놓으면 가격 및 품질 경쟁력이 크게 높아진다는 판단에서다. 두 그룹은 핵심 제품 개발·판매 협력은 물론 장기적으로 판매량과 시장 상황을 고려해 배터리 공장을 공동 설립하는 방안도 논의하기로 했다.2일 업계에 따르면 두 그룹은 올 하반기 한화솔루션이 만든 태양광 모듈, LG에너지솔루션의 ESS, 한화와 LG가 공동 개발한 EMS, 한화의 전기차 충전기 등을 결합한 가정용 에너지 솔루션 제품을 출시한다. 민관 발전 사업자에 각각 태양광 모듈과 ESS를 공급해오던 한화와 LG가 통합 제품을 내놓는 것은 이번이 처음이다.   태양광발전은 전기를 생산하는 태양광 모듈과 이를 저장하는 ESS, 저장해 놓은 전기를 필요할 때 내보내는 인버터, EMS 등으로 구성되는데 여기에 필요한 제품을 두 회사가 공동으로 공급하기로 했다. 태양광발전과 관련된 모든 시스템을 패키지로 묶어 파는 미국 테슬라 모델을 도입한다는 의미다. 이 시장 1위인 테슬라는 태양광 모듈과 ESS, EMS 등이 담긴 태양광발전 패키지 사업으로 분기마다 1조원이 넘는 이익을 내고 있다.한화와 LG는 태양광발전과 관련해 서로의 약점을 보완하고 강점을 극대화해줄 수 있다고 판단해 의기투합했다. 두 회사는 인공지능(AI) 붐에 따른 전력 수요 증가로 미국 태양광발전 시장이 갈수록 커지고 있는 점을 감안해 태양광 모듈의 짝꿍인 ESS용 배터리 공장을 함께 짓는 방안도 검토하고 있다.업계 관계자는 “태양광발전 시장은 도널드 트럼프 2.0 시대에 훨씬 더 커질 것”이라며 “한화 태양광 모듈과 LG 배터리의 품질, 기술력은 세계 최고 수준인 만큼 힘을 합치면 상당한 시너지를 낼 가능성이 크다”고 말했다. 이미지 크   美에 뜬 K에너지 드림팀美 가정용 전기 발전제품 시장…테슬라 점유율 30~40% 달해 테슬라가 보유한 타이틀은 ‘세계 1위 전기자동차 회사’뿐만이 아니다. 미국 가정용 발전 시장을 점령한 기업도 테슬라(점유율 30~40% 추정)다. 테슬라에너지 홈페이지에서 클릭 몇 번만 하면 직원이 가정을 방문해 태양광발전기와 에너지저장장치(ESS), 전기차 충전기, 에너지관리시스템(EMS) 등을 한 번에 설치해준다. 2022년까지 매년 적자를 낸 테슬라에너지 부문은 ‘통합’ 서비스가 궤도에 오르며 이익을 내는 회사로 변신했다. 따로 놀던 태양광발전 시장을 하나로 묶은 덕분에 매출 100억달러(지난해 추정치)에 30억달러 안팎을 영업이익으로 남기는 ‘알짜 사업’으로 키울 수 있었다는 분석이 나온다.태양광 모듈 및 ESS 시장 강자인 한화그룹과 LG그룹이 손잡은 이유가 여기에 있다. 두 회사가 힘을 합쳐 가성비 좋은 ESS, 태양광 모듈, 전력 운영 장치 등을 패키지로 내놓으면 테슬라와 겨뤄도 충분히 승산이 있다고 본 것이다. “테슬라를 잡아라” 최근 미국 신재생에너지 시장 트렌드는 통합이다. 각각의 회사가 공급해온 태양광 모듈과 ESS, 인버터(태양광으로 만든 전기를 가정용·산업용 전기로 바꿔주는 장치), EMS 등을 패키지로 묶어 판매하는 방식이다. 편의성과 호환성을 감안할 때 통합 서비스는 거스를 수 없는 대세라는 게 업계의 설명이다.   시장을 개척한 건 테슬라였다. 전기차를 만들면서 배터리 노하우를 익힌 테슬라는 태양광 모듈로 생산한 전기를 저장하는 ESS 분야 최강자 중 하나다. 가정용 ESS(파워월)와 대형 발전사용 ESS(메가팩) 제품을 두루 갖췄다. 2016년엔 태양광 패널 회사 솔라시티를 손에 넣으며 태양광발전 생태계를 구축했다. 테슬라는 태양광발전에 필요한 모든 제품을 통합해 ‘테슬라 생태계’를 조성했다. 여러 시스템이 한 몸처럼 움직이는 테슬라 시스템은 각각의 시스템을 엉성하게 묶어놓은 다른 제품을 압도했다. 한화와 LG는 테슬라처럼 혼자 모든 생태계를 꾸리기보다 동맹을 택했다. 한화와 LG는 엄청난 투자를 통해 태양광발전 생태계의 양대 축인 태양광 모듈과 ESS용 배터리 시장의 메이저 플레이어로 올라선 터다. 여기에 EMS, 전기차 충전 등 비어 있는 부문만 채우면 큰돈을 들이지 않고도 테슬라에 맞설 만한 태양광 통합 사업자가 될 수 있다고 판단했다. 올해 하반기 두 회사는 미국에서 생산하는 한화솔루션의 태양광 모듈, LG에너지솔루션의 ESS에 양사가 공동 개발한 EMS, 한화의 전기차 충전기 등을 통합한 제품을 내놓는다. 한화-LG 동맹 확대되나 한화 및 LG는 테슬라 및 일본·중국 업체와의 경쟁에서 승기를 잡기 위해 공동 연구개발(R&D)을 본격화하기로 했다. 서로의 제품 간 호환성을 높이는 작업을 벌이는 데 이어 태양광으로 만든 전기를 보다 효율적으로 쓸 수 있는 소프트웨어 기술 개발에 착수했다. 에너지 최적화가 통합 에너지솔루션의 경쟁력을 좌우하는 핵심 포인트가 될 것으로 판단했기 때문이다. LG에너지솔루션의 ESS 배터리 개발에 한화솔루션이 참여하는 방안도 논의하고 있다. 판매가 늘어나고 시장 상황이 유리하다면 미국에 ESS 배터리 공동 생산라인을 세우는 것을 검토하기로 했다.   업계에선 이번 동맹이 두 그룹 모두에 윈윈이 될 것으로 전망한다. 중국산 태양광 모듈에 밀려 위기에 빠진 한화솔루션과 전기차 캐즘(일시적 수요 둔화)으로 어려움을 겪는 LG에너지솔루션에 새로운 돌파구가 될 수 있어서다.두 그룹의 협력이 더 넓어질 가능성도 있다. 한화에어로스페이스가 개발 중인 도심항공교통(UAM)에 들어갈 배터리를 LG에너지솔루션과 함께 개발하고 있기 때문이다.

한경 2025.02.02