4. 연구개발 과제 도출
4.2.4. 기타 연구과제
(1) 해양구조물 오염 방지 및 수명 연장을 위한 나노코팅 기술 개발
☐ 기술 개요
제안 기술명 해양구조물 오염 방지 및 수명 연장을 위한 나노코팅 기술 개발
☐ 개발기술의 목표 및 내용
연구개발 목표 해양구조물 오염 방지 및 수명 연장을 위한 나노코팅 기술 개발
연구개발 내용
Ÿ SiO2계 나노입자를 이용한 나노코팅 공정 기술 개발
Ÿ 미세분무가 가능한 스프레이 및 용매시스템 최적화된 다중/입체 분사 기술 개발 Ÿ 나노결정립의 광학적, 구조적 및 기계적 특성 분석
Ÿ 나노코팅된 해양구조물의 내오염성 및 내부식성 특성 평가
☐ 연차별 목표 및 내용
◦ 1차년도
연구개발 목표 SiO2계 나노입자를 이용한 나노코팅 공정 기술 개발
연구개발 내용
Ÿ 실리카(SiO2)계 기본 조성 조사 : 오염물질 배제특성 및 세정효율성이 기존 글라스 대비 2배 이상인 실리카(SiO2)계 기본 조성 조사.
Ÿ 나노코팅 두께 최적화 공정 기술 개발 : 미세분무가 가능한 스프레이 및 용매시스템 최적화된 다중/입체 분사 기술 개발.
Ÿ 플라즈마 표면처리 및 가스분위기에 따른 후열처리 공정 최적화
◦ 2차년도
연구개발 목표 SiO2계 나노입자 결정립의 광학적, 구조적 및 기계적 특성 분석
연구개발 내용
Ÿ 나노결정립의 광학적 특성 분석
Ÿ 나노코팅된 글라스의 반사도(reflectivity), 투과도(transmittance) 및 굴절률(refractive index) 특성 분석
Ÿ 나노결정립의 구조적 특성 분석
Ÿ 나노코팅된 글라스의 XRD, SEM 및 TEM 특성 분석 Ÿ 나노결정립의 기계적 특성 분석
Ÿ 나노코팅된 글라스의 접착력 및 강도 특성 분석
◦ 3차년도
연구개발 목표 나노코팅된 글라스의 내오염성 및 내부식성 특성 평가
연구개발 내용
Ÿ 내오염성 평가 : 기존 글라스와 대비하여 오염방지 코팅이 적용된 글라스 상의 부착 된 오염물질의 양을 정량적으로 비교하여 내오염성에 대한 객관적 데이터 산출 Ÿ 자연강우 세정효과 평가 : 오염물질이 부착된 글라스(코팅전․후)를 자연강우에 노출
후 잔류 오염물질의 양을 비교하여 세정효과에 대한 객관적 데이터 산출
☐ 연구개발의 필요성 및 동향
연구개발 필요성
Ÿ 해양구조물은 염분에 의한 부식이 되기 쉬워 해양구조물의 수명을 단축시키고 있 기 때문에 이를 방지하는 새로운 코팅 기술 도입이 필요
Ÿ 해양생물에 의한 오염과 가혹한 수중의 물리적/화학적 환경 (온도차, 충격, 스크래 치, 조류분비물 등)을 견디기 위한 해양구조물 코팅 신소재 개발이 필요
Ÿ 콘크리트 또는 철골 해양구조물이 완성된 후에도 코팅을 통하여 오염방지 할 수 있는 기술이 필요
연구개발 동향
국내 Ÿ 국내의 경우 (주)동화에서 해양생물부식방지제를 개발하여 생산중이나 상온에서만 사용 가능하여 심해와 같은 낮은 온도에서의 성능이 아직은 검증되지 않았음
국외
Ÿ 미국의 경우 US marine Corps에서 선박과 해양구조물을 위한 코팅제를 개발 하여 사용 중에 있음
Ÿ 일본의 경우 교량과 수중 구조물에 대한 스프레이 방식의 코팅제를 개발하여 사 용 중에 있음
☐ 기대효과
Ÿ 해양구조물의 손상 및 부식을 방지하여 수명 증대 Ÿ 심해 해양구조물 건설을 위한 국내외적 경쟁력 확보 Ÿ self-cleaning 효과로 인한 유지 보수비용 절감
☐ 성과 지표 및 목표치
Ÿ Contact angle : 80O 이상Ÿ 나노코팅 경도 : 8.0이상(ASTM D3363)
☐ 연구개발사업의 규모
연구기간(년) 연구개발비(백만원) 소요인력(명)
3 총: 900
(정부지원 700 + 민간 200) 20
(2) 해저 기지 에너지 공급을 위한 지열 발전 시스템
☐ 기술 개요
제안 기술명 해저 기지 에너지 공급을 위한 지열 발전 시스템
☐ 개발기술의 목표 및 내용
연구개발 목표 지열 발전 시스템을 이용한 해저기지 에너지 공급 장치 개발
연구개발 내용
Ÿ 지열발전 시스템에 대한 기존 연구를 분석하여 해저기지용 지열발전에 대한 연구 를 수행
Ÿ 한반도 해저 지반을 고려한 최적의 열변환 펌프 분석 및 도출 Ÿ 해저기지 전력공급을 위한 지열발전 시스템 개발
Ÿ 해저기지 냉난방용 히트펌프 개발 Ÿ 해저기지용 열병합 통합 제어시스템 개발
☐ 연차별 목표 및 내용
◦ 1차년도
연구개발 목표 한반도 해저 지반을 고려한 최적의 열변환 시스템 분석 및 도출 연구개발 내용
Ÿ 한반도 인근 해저 지열 에너지 자원 분석 Ÿ 한반도 인근 해저 열변환시스템 설치 공간 분석 Ÿ 사용용량을 고려한 최적의 열변환 펌프 도출
◦ 2차년도
연구개발 목표 해저기지 전력공급을 위한 지열발전 시스템 개발 Ⅰ 연구개발 내용
Ÿ 지열발전 시스템 동향 및 실증사례 분석
Ÿ 50인 이상 거주 해저기지 필요 전력 부하용량 산정 Ÿ 필요 전력용량에 따른 지열 전력발전 시스템설계
◦ 3차년도
연구개발 목표 해저기지 전력공급을 위한 지열발전 시스템 개발 Ⅱ 연구개발 내용 Ÿ 설계된 지열 전력발전 시스템의 시뮬레이션
Ÿ 전력시스템 시뮬레이션 결과 분석 및 보완
◦ 4차년도
연구개발 목표 해저기지 냉난방용 히트펌프 개발 연구개발 내용
Ÿ 해저 기지 냉난방 부하용량 산정 Ÿ 냉난방 설비 용량 설계
Ÿ 냉난방 용량 150(15℃ 기준)USRT급 냉온수 순환 펌프 설계
◦ 5차년도
연구개발 목표 해저기지용 열병합 통합 제어시스템 개발 연구개발 내용
Ÿ 해저기지용 열병합 통합 제어시스템 설계 Ÿ 해저기지용 열병합 통합 제어시스템 시뮬레이션 Ÿ 열병합 통합 제어시스템의 분석 및 보완
☐ 연구개발의 필요성 및 동향
연구개발 필요성
Ÿ 수심 200m 이하 해저기지에 적합한 독립전력 에너지원 필요 Ÿ 친환경적이며 반영구적 사용가능한 해저 에너지원 활용 Ÿ 냉난방 및 전력생산이 동시에 가능한 발전시스템 활용
연구개발 동향
국내
Ÿ 2000년 이후 지열열펌프를 활용한 건물 냉난방 시스템의 실증과 지중열교환기 성 능 확보를 위한 연구가 진행 중
Ÿ 해저기지에 대한 지열 전력발전 연구사례는 아직 없음
국외 Ÿ 해저기지에 대한 다양한 전력발전 시스템이 연구 중이나 지열 전력발전 연구사례 는 아직 없음
☐ 3.2.5. 기대효과
Ÿ 경제적 효과- 해저기지 필요 전력 자가생산에 따른 설비비 감소 - 신기술 개발에 따른 해양에너지 분야 국가 경쟁력 확보 Ÿ 기술적 효과
- 해저 지열자원 활용에 의한 독립전력생산 신기술개발 - 도출된 기술의 고심도 해저기지 전력시스템에 활용 Ÿ 정책적 효과
- 해양 친환경에너지 사용으로 녹색성장 실현 - 지열을 이용한 이산화탄소 배출 감소
☐ 성과 지표 및 목표치
Ÿ 냉온수 순환 펌프용량 : 냉난방 용량 150(15℃ 기준)USRT Ÿ 전력생산용량 : 200kW이상
☐ 연구개발사업의 규모
연구기간(년) 연구개발비(백만원) 소요인력(명)
5 총: 2,000
(정부지원 1,600 + 민간 400) 20
세부과제 구성 및 예산
세부과제 제목
예산 (억원)
1단계 합계
1차년 2차년 3차년 4차년 5차년 1 한반도 해저 지반을 고려한 최적의
열변환 시스템 분석 및 도출 4 4
2 해저기지 전력공급을 위한 지열발전
시스템 개발 Ⅰ 4 4
3 해저기지 전력공급을 위한 지열발전
시스템 개발 Ⅱ 4 4
4 해저기지 냉난방용 히트펌프 개발 4 4
5 해저기지용 열병합 통합 제어시스템
개발 4 4
계 20
(3) 해저 과학기지 건설을 위한 건설재료(자재)에 대한 해저환경/해양생물 의 영향 분석
☐ 기술 개요
제안 기술명 해저 과학기지 건설을 위한 건설재료(자재)에 대한 해저환경/해양생물의 영향
☐ 개발기술의 목표 및 내용
연구개발 목표 해양생물과 해저(심해/천해)환경에 노출된 다양한 건설재료(자재)의 열화 특징을 분석하여 해저 수심에 따른 최적의 건설재료(자재)를 선정/개발할 수 있는 DB를 구축함.
연구개발 내용
Ÿ 해양생물, 해저(심해/천해)환경, 그리고 다양한 건설재료(자재)의 특성 분석을 통한 심해 및 천해에 적용될 수 있는 건설재료(자재)의 선정
Ÿ 실험을 위한 해저구역의 조건과 실험용 건설재료(자재), 그리고 해양환경 측정기에 적합 한 잠수시험장치(Submersible Testing Equipment, STE)의 설계/제작/성능시험
Ÿ 해저(심해/천해)에 노출된 기간에 따른 실험용 건설재료(자재)의 열화 특징(화학적 및 역 학적 성질, 해양생물 및 유지체에 의한 손상 민감도 등) 분석
☐ 연차별 목표 및 내용
◦ 1차년도
연구개발 목표 해양생물, 해저(심해/천해)환경, 그리고 다양한 건설재료(자재)의 특성 분석 및 잠수시험장 치(Submersible Testing Equipment, STE) 개발
연구개발 내용
Ÿ 실험을 위한 해저구역(심해/천해) 선정
Ÿ 실험 해저구역의 해양생물과 해저(심해/천해)환경 분석 Ÿ 다양한 건설재료(자재)의 특성 분석
Ÿ 심해 및 천해에 적용될 수 있는 건설재료(자재)의 선정
Ÿ 실험을 위한 해저구역의 조건과 실험용 건설재료(자재), 그리고 해양환경 측정기에 적합 한 잠수시험장치(Submersible Testing Equipment, STE) 개발
◦ 2차년도
연구개발 목표 건설재료(자재)의 열화 특성 규명을 위한 해저 실험구역 구축
연구개발 내용
Ÿ 잠수시험장치(Submersible Testing Equipment, STE) 성능평가
Ÿ 건설재료(자재)의 열화 특성 규명을 위한 해저환경/해양생물에의 노출 기간 선정 및 실 험용 건설재료(자재) 제작
Ÿ 실험용 건설재료(자재), 해양환경 측정기가 탑재된 잠수시험장치(Submersible Testing Equipment, STE) 투하
◦ 3차년도
연구개발 목표 건설재료(자재)에 대한 해저환경/해양생물의 영향 규명 - 1
연구개발 내용 Ÿ 해저(심해/천해)에 노출된 기간에 따른 실험용 건설재료(자재)의 열화 특징(화학적 및 역 학적 성질, 해양생물 및 유지체에 의한 손상 민감도 등) 분석 및 DB 구축 - 1
◦ 4차년도
연구개발 목표 건설재료(자재)에 대한 해저환경/해양생물의 영향 규명 - 2
연구개발 내용 Ÿ 해저(심해/천해)에 노출된 기간에 따른 실험용 건설재료(자재)의 열화 특징(화학적 및 역 학적 성질, 해양생물 및 유지체에 의한 손상 민감도 등) 분석 및 DB 구축 - 2
◦ 5차년도
연구개발 목표 건설재료(자재)에 대한 해저환경/해양생물의 영향 규명 - 3
연구개발 내용 Ÿ 해저(심해/천해)에 노출된 기간에 따른 실험용 건설재료(자재)의 열화 특징(화학적 및 역 학적 성질, 해양생물 및 유지체에 의한 손상 민감도 등) 분석 및 DB 구축 - 3
☐ 연구개발의 필요성 및 동향
연구개발필요성
심해/천해의 해저에 과학/주거/관광용 기지를 건설하기 위해서는 건설재료(자재)의 해저환경 /해양생물의 영향에 의한 열화 특성을 규명하는 것이 최우선의 과제임.
연구개발 동향
국내 전무함.
국외
Ÿ 미국 등 일부국가에서 수행되고 있으나 천해를 중심으로 연구가 진행되고 있음. 또한 각국의 해양환경은 독특한 조건을 나타내고 있으므로 각국의 특이 조건에 적합한 해저 기지 관련 연구기 진행되어야 함.
☐ 기대효과
Ÿ 경제적 효과 : 자원보족 현상 등을 해결하기 위한 해저기지 건설 비용의 최적화
Ÿ 기술적 효과 : 해저환경/해양생물의 영향에 의한 건설재료(자재)의 열화 특성 규명으로 인한 재료 및 건설자재 개발을 촉진
Ÿ 정책적 효과 : 해저기지 건설기술 개발을 통한 인류의 거주 및 생활공간의 확장에 기여
☐ 성과 지표 및 목표치
Ÿ 잠수시험장치(Submersible Testing Equipment, STE)개발 1건
Ÿ 건설재료(자재)의 열화 특징 실험을 위한 해저 실험사이트 구축 1건
Ÿ 해양생물과 해저(심해/천해)환경에 노출된 다양한 건설재료(자재)의 열화 특징 DB구축 1건
☐ 연구개발사업의 규모
연구기간(년) 연구개발비(백만원) 소요인력(명)
5 총: 5,500
(정부지원 5,500 + 민간 000) 30~50명