[에너지데일리 변국영 기자] 5분 내 충전하고 1회 충전 시 600km 이상을 주행하는 전기차와 실리콘 한계효율을 극복하는 초고효율 태양전지 등 혁신적인 에너지 기술개발 과제들에 대해 7년간 300억원 규모의 연구개발 자금이 지원된다.

산업통상자원부는 18일 산업의 난제 해결에 도전하는 고난도 기술개발 사업인 ‘알키미스트 프로젝트’의 17개 후보과제를 공개하고 의견 수렴을 위한 공청회를 개최했다.

산업부는 공청회 의견 등을 토대로 알키미스트 프로젝트 취지에 맞는 혁신성과 도전성이 뛰어난 과제 중심으로 최종과제(5개 내외)를 6월중 선정하고 이 후 과제공고를 거쳐 수행기관을 선정(8월)할 계획이다.

최종과제로 선정된 과제에 총 7년간 300억원 내외 연구개발 자금을 지원할 예정이다. 구체적으로 2년간 진행되는 1단계 선행연구는 과제당 3배수 내외 연구기관에 소규모로 지원해 토너먼트형(경쟁형) 방식으로 진행된다. 5년간 진행되는 2단계 본 연구는 단계평가를 통해 과제당 연간 50억원 수준의 대규모로 단일 연구기관에 지원한다.

 

▲5분 충전 600km 주행 전기차

전기차 대중화를 위해 내연기관차 주유시간에 비해 긴 충전시간(30∼50분)과 짧은 주행거리(200∼400km)를 극복해야 하지만 이차전지의 충전속도를 결정하는 출력특성과 주행거리에 영향을 미치는 에너지특성은 트레이드 오프 관계다. 트레이드 오프 관계는 2개의 목표 중 하나를 달성하려고 하면 다른 목표 달성이 어렵거나 희생이 필요한 경우다.

이러한 기술적 난제에 도전해 5분 내 급속충전이 가능하며 1회 충전 시 600km 이상 주행이 가능한 전기차를 목표로 하고 있다.

이 기술이 개발되면 전기차 수용성을 획기적으로 개선해 내연기관차 중심의 자동차 시장은 전기차로 전환이 가속화 될 것으로 예상되며 국내 전기차 산업은 세계적 수준의 경쟁력 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

 

▲손쉽게 충전가능한 카트리지 교환형 수소전기차

수소를 에너지원으로 사용하는 수소전기차(FCEV)에 대한 관심이 고조되고 있으나 안전에 대한 우려와 님비현상 등으로 고압수소 충전을 위한 충전소 구축이 쉽지 않은 상황이다.

대형 수소충전소가 아닌 안전하고 편리하게 수소가 저장돼 있는 수소 카트리지를 차량 운전자가 직접 교환하는 방식으로 1회 교환(충전) 시 600km 주행이 가능한 새로운 개념의 수소전기차를 개발하는 것이다.

이 수소전기차가 개발되면 개인이 손쉽게 차량에 수소충전을 할 수 있어 수소차 사용자의 편의성이 획기적으로 개선되고 수소차 보급 확대에 기여할 것으로 보인다.

 

▲미세먼지 저감 자동차

내연기관 자동차는 운행 중 발생되는 미세먼지 등 도심지 대기오염에 악영향을 미치고 있으며 향후 상당기간 내연기관 자동차 운행이 불가피한 상황이나 이에 대한 효과적인 대응방안 미비하다.

주행 중 배출되는 미세먼지보다 더 많은 양의 미세먼지를 정화시킬 수 있는 자동차로 차량연비 등 에너지 이용효율 저하 없이 작동하는 차량용 공기청정 시스템을 개발하게 된다.

이 기술이 개발되면 갈수록 심각해지고 있는 대기 중 미세먼지의 저감을 위한 획기적 수단으로서 자동차를 활용해 효과적인 공기질 개선이 가능하다.

 

▲무선 에너지 공유 전기차

전기차 보급 확대에 따라 충전 인프라의 구축 확대가 병행돼야 하나 구축비용이나 설치장소 확보의 어려움 등이 전기차 대중화의 걸림돌로 부각되고 있다.

이에 따라 충전소를 이용한 전기차 충전횟수를 현저히 줄이고 에너지 이용효율을 극대화하기 위해 도로 운행 중 여러 대의 전기차 간 무선으로 에너지를 공유할 수 있는 기술이 개발된다.

전기자동차 보급에 따른 추가적인 전력설비 확충 및 충전인프라 구축 비용 절감에 기여할 것으로 기대된다.

 

▲실리콘 한계효율을 극복하는 초고효율 태양전지

이론적 한계효율이 31%인 상용화된 결정질 실리콘 태양전지(실질 효율 22∼26% 수준)는 거대자본을 바탕으로 저가 공세를 펼치는 중국이 글로벌 시장을 주도해 국내 태양광 산업과 시장을 위협하고 있다.

소재 혁신과 광 이용기술 극대화 등을 통해 현재의 제조단가를 유지하면서 35% 이상의 발전효율을 내는 차세대 태양전지를 개발한다.

국내 태양광 산업의 글로벌 경쟁력 강화, 태양광 발전소 설치면적 감소로 인한 국민 수용성 제고, 발전단가 저감으로 태양광 발전 보급 확대에 기여할 것으로 보인다.

 

▲고효율 투명 태양전지

기존 개발된 투명 태양전지는 태양 에너지 대부분을 차지하는 가시광 흡수가 낮아 발전효율의 하락 등 상용화에 한계가 있다.

가시광선 투과도가 50% 이상으로 건물, 차량 창문 등 다양한 곳에 설치 가능하며 발전효율은 15% 이상인 투명한 태양전지를 개발한다.

심미적인 투명 태양전지로 건축물과 자동차용 유리를 대체하는 등 태양광 시장의 확대가 기대된다.

 

▲100% 재활용 가능한 친환경 태양광 모듈

태양광 모듈은 사용수명 도래 후 폐모듈 해체 시 재활용을 위해서 고온처리를 통해 분해하나 기술적 한계로 회수되는 자원의 가치가 낮은 수준이다.

이에 따라 태양광 모듈의 해체와 자재 분리가 용이한 친환경 소재개발이나 모듈 디자인과 제조 혁신을 통해 경제성이 확보되는 100% 재활용·재처리가 가능한 친환경 태양광 모듈을 개발한다.

폐모듈 재활용에 대한 경제성과 친환경성 확보를 통해 태양광 수용성 제고, 국제특허와 표준선점을 통한 태양광 제품의 경쟁력 향상이 가능하다.

 

▲운송·설치·공간 제약을 극복한 풍력발전 시스템

풍력발전은 시스템을 대형화 할수록 경제성이 향상되나, 육상풍력은 운송 시 진입로 확보가 필요해 대형화 시 환경 훼손 문제와 운송 난이도 증가로 4∼5MW급이 한계다.

육상 풍력발전시스템의 1기(단일 지지구조물) 용량을 해상풍력 수준(5MW) 이상으로 확대 할 수 있는 풍력발전 기술을 개발한다.

풍력발전 부지 및 진입로의 환경 훼손을 최소화하며 동일 부지 내 높은 용량의 풍력시스템 설치가 가능해져 에너지 집적화, 설치비용 절감 등 발전단가 저감에 따라 풍력발전의 경제성 제고가 가능하다.

 

▲무소음 풍력발전시스템

육상풍력은 소음 등에 대한 주민 우려로 인허가 지연사례가 많으나 이를 근본적으로 해결할 소음저감 기술에 한계가 있다.

풍력발전기 주변가옥에서 소음을 느낄 수 없는 수준의 개선된 풍력발전시스템을 개발한다. 소음 측정지의 배경소음을 고려해 최소 35dBA의 환경 소음 기준을 만족해야 한다.

소음에 기인한 민원의 감소로 풍력발전 설치 가능 면적을 확대해 재생에너지 보급 확대에 기여하고 소음에 특화된 풍력시스템으로 제품 경쟁력을 향상시켜 해외시장 진출이 가능할 것으로 보인다.

 

▲카르노 효율 한계에 근접하는 히트펌프 기술

산업 현장, 가정의 냉난방 기기에 사용 중인 히트펌프는 성능 개선을 통한 효율향상이 이루어지고 있으나 운전에 필요한 기계식 압축기의 에너지 손실 등으로 카르노 효율에 한참 못미치고 있다.

기존 히트펌프를 대체할 수 있는 용량에 성능계수(COP)는 10 이상이 되는 히트펌프 시스템를 개발한다.

냉난방기(에어컨 등)의 소비 전력은 50% 이상 절감되며 국내 산업 전반의 에너지 소비량 감소로 원가 절감에 따라 산업 경쟁력 획기적 제고가 가능하다.

 

▲실외 미세먼지 공기청정기술

실내 미세먼지를 제거할 수 있는 공기청정 기술은 확보됐으나 실외 생활공간의 미세먼지를 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 입증된 고효율 공기청정기술은 사회적·기술적 난제다.

자체 생산된 에너지(태양광 등)로 운영이 가능하고 초미세먼지가 나쁨 수준일 때 실외 공간(학교 운동장 규모, 10,000m2)의 초미세먼지 농도를 보통 수준으로 유지할 수 있는 공기청정 기술을 개발한다.

학교, 공원 등 민감계층(어린이, 노약자 증)이 주로 이용하는 일정공간 내 미세먼지 걱정 없는 실외 활동이 가능하고 초미세먼지 배출시설 저감 설비에 적용하는 등 미세먼지 관리, 배출 저감이 가능하다.

 

분 야	과제명
자동차	5분 충전 600km 주행 전기차
	손쉽게 충전가능한 카트리지 교환형 수소전기차
	미세먼지 저감 자동차
	무선 에너지 공유 전기차
로봇	100m를 7초에 주파하는 로봇 슈트
	고난도 작업수행 아바타(원격조종) 로봇
	형상과 강성을 자유자재로 바꾸는 소프트 트랜스포머 로봇
	레고 블록 조립이 가능한 지능형 로봇 그리퍼(집게)
첨단 기계․장비	초연결 군집 생산용 홀론제조시스템(HMS)
	자율 생존형 해양 미세 플라스틱 수거 시스템
신재생에너지	실리콘 한계효율(31%)을 극복하는 초고효율 태양전지
	고효율 투명 태양전지
	100% 재활용 가능한 친환경 태양광 모듈
	운송․설치․공간 제약을 극복한 풍력발전 시스템
	무(無)소음 풍력발전 시스템
에너지효율향상	카르노 효율 한계에 근접하는 히트펌프
	실외 미세먼지 공기청정기술