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배기가스에는 HC와 NOx, CO, CO₂, 미세먼지 등 유해물질이 다량 함유되어 있어 인체에 치명적이다. 전 세계적으로 배기가스의 저감을 위해 촉매기술 연구가 활발히 진행 중이다. 산화촉매는 화학공정에서 발생하는 VOCs 또는 유기성 악취 등을 처리하는데 활용되며, 특히 자동차 배기가스 중 NOx의 배출량을 줄이는 데 핵심적인 역할을 한다. 선택적 촉매로 작용하는 환원(SCR) 시스템도 이용되는데, 이때 촉매는 환원조절시스템 내에서 가장 많이 나오는 공해 성분인 NOx를 제거하는 역할을 수행한다. Technavio에 따르면 전 세계 배기가스 정화 촉매 시장은 2020년 109억 2,746만 달러에서 연평균 성장률 6.04%로 증가하여, 2025년에는 146억 4,973만 달러에 이를 것으로 전망하였다. 

‌지구온난화의 주요 원인으로 지목되고 있는 CO₂를 제거하기 위해 방출된 CO₂를 포집 및 저장(CCS) 하거나, 포집된 CO₂를 전환하여 제품으로 활용하는 CCU기술이 활발히 진행 중이다. CO₂를 반응원료로 활용해 다양한 탄소화합물로 전환하는 활용기술에 다양한 촉매가 사용되고 있다. 더불어 재생에너지의 보완재로 수소가 주목받으며, 전 세계 수소 수요가 증가하였다. 국내는 수소 활용분야에서 글로벌 경쟁력을 확보하였으나, 수소 생산 및 저장・운송 분야는 미흡한 상황이다. 때문에 저가 고성능 촉매 및 전극 소재를 위한 기초 원천기술 개발이 필요하다. 

 한편, 플라스틱의 사용량이 급증하여 폐플라스틱의 재활용 필요성은 더욱더 커지고 있다. MarketsandMarkets에 따르면 전 세계 플라스틱 폐기물 관리 시장은 2019년 325억 8,000만 달러에서 연평균 성장률 3.05%로 증가하여, 2024년에는 378억 6,000만 달러에 이를 것으로 전망하였다. 자연환경에서 미세플라스틱의 완전한 분해는 매우 어렵기 때문에, 안정적이고 반응성 및 선택성이 뛰어난 촉매 개발은 폐플라스틱의 효과적인 분해를 위해서 매우 중요한 기술이다.  

 이에 본원 R&D정보센터에서는 대기환경⸱탄소중립 기반 촉매 화학공정 기술 개발에 대한 수요에 선제적으로 대응하고자 「대기⸱환경오염 측정센서 기술동향과 공기정화･ESG 관련 촉매 R&D 분석」 을 발간하였다. 본서는 대기오염물질 정화/제거 촉매 및 환경센서 기술, CO₂ 화학전환 촉매 기술, 폐플라스틱 분해 촉매기술, 수소 생산/운반분야 촉매기술 등 총 4편으로 구성되었다. 본서가 학계⸱연구기관 및 관련 산업분야 종사자 여러분들에게 다소나마 유익한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다. 

제 Ⅰ편 대기오염물질 정화·저감 촉매활용과 센서개발

제 1장 대기오염물질 저감·정화 촉매기술 연구동향

1. VOCs 저감기술과 촉매 컨버터 주요동향

1) VOCs 저감기술과 촉매 컨버터

(1) 정의 및 필요성

(2) 가치 사슬

(3) 정책 동향

가. 국내 정책동향

나. 해외 정책동향

A) 미국

B) 중국

C) EU

2) VOCs 저감기술과 촉매 컨버터 기술동향

(1) 기술범위 및 특징

(2) 국내 연구개발 추진 사례

(3) 기술 개발 이슈

가. 저온 구동 고효율 제올라이트 기반 VOCs 흡착 공정

나. 마이크로웨이브를 활용한 VOCs 저감 장치

(4) 생태계 기술 동향

가. 해외 플레이어 동향

나. 국내 플레이어 동향

(5) 주요 플레이어 특허동향

가. 해외 연도별 출원 동향

나. 해외 국가별 출원 동향(건수)

다. 국내 연도별 출원 동향

라. 국내 국가별 출원 동향(건수)

3) 촉매 컨버터 시장동향

(1) 기술 개요

(2) 시장 현황

(3) 시장 동향

가. 글로벌 전체 시장 규모

나. 세부항목별 시장 규모

다. 지역별 시장 규모

라. 국내 시장 규모

A) 전체 시장 규모

B) 세부항목별 시장 규모

(4) 기업 동향

가. BASF

나. Johnson Mathey

다. Umicore

라. Heraeus

마. IBIDEN

2. 대기오염물질 저감을 위한 광촉매 연구개발 최신동향

1) 질소산화물 저감 아스팔트 혼합물의 광촉매 적용사례

(1) 광촉매

가. 광촉매 정의

나. 광촉매 종류 및 원리

(2) 광촉매 아스팔트 혼합물의 적용사례

가. 국내

나. 해외

(3) 결론

2) 광촉매 제품 질소산화물 저감성능 평가 사례

(1) 대상 및 방법

(2) 연구결과 및 고찰

가. 광촉매 제품 및 현장 적용

A) 광촉매 제품 종류

B) 광촉매 제품 현장 적용

나. 현장 직접 평가 사례

A) NOx 농도 측정기 이용

B) 이동형 광 반응기 이용

C) Sampling pipe 이용

다. 현장 간접 평가 사례

A) Passive sampler 이용

B) 표면 부산물 분석

라. 실험실 평가 사례

A) 광 반응기 및 내구성 실험 장치 이용

B) 광 반응기 이용

마. 광촉매 제품 현장 성능 평가 고찰

(3) 결론

3) 광촉매를 이용한 대기 중 질소산화물 저감에 대한 연구

3. 대기오염물질 저감을 위한 SCR(선택적 촉매 환원) 연구개발 최신동향

1) 노후 특수⋅화물 차량 PM/NOx 저감 촉매기술 연구

(1) 연구 배경

(2) 실험

가. 촉매 선정 및 특성평가

나. SDPF 코팅 Slurry 제조 및 코팅

다. 시스템 제작 및 동력계 시험

A) 시스템 제작

B) 동력계

(3) 결과

가. SCR 활성물질에 따른 deNOx 특성

나. SDPF 촉매 loading량에 따른 deNOx 및 배압 특성

다. 동력계 시험 결과

(4) 결론

2) Sb 첨가에 따른 VWTi 촉매의 질소산화물 저감연구

(1) 연구 배경

(2) 실험

가. 촉매 제조방법

나. 실험장치 및 방법

다. 촉매 특성 분석

A) TEM/EDS(transmission electron microscopy/energy dispersive X-ray spectroscopy)

B) BET(Brunauer-Emmett-Teller)

C) H₂-TPR (temperature programmed reduction)

D) FT-IR (fourier transform infrared spectometer)

E) O₂-TPD (temperature programmed desorption)

(3) 결과 및 고찰

가. Sb 첨가에 따른 VWSbTi 촉매의 물리⋅화학적 특성

나. Sb 첨가에 따른 VWSbTi 촉매의 탈질성능 영향

(4) 결론

3) 텅스텐 함량에 따른 NH₃-SCR 바나듐계 촉매 연구

(1) 연구 배경

(2) 실험

가. 촉매의 제조

나. 실험장치 및 방법

(3) 결과 및 고찰

가. 바이오가스 열병합 발전에서 발생하는 NOx 제거를 위한 NH₃-SCR 성능 비교

나. 바이오가스 열병합 발전의 배가스 특성에 따른 NH₃-SCR 반응활성 평가

A) 질소산화물 농도에 따른 탈질촉매의 반응활성 평가

B) 산소 농도에 따른 탈질촉매의 반응활성 평가

C) 수분 농도에 따른 탈질촉매의 반응활성 평가

D) 탈질촉매의 산화 환원 특성 분석

E) 탈질촉매의 암모니아 흡착 특성 분석

F) 탈질촉매의 일산화탄소 산화력 평가

G) 탈질촉매의 내황성 평가

H) 탈질촉매의 내열성 평가

(4) 결론

4) 저온형 금속지지체 탈질 코팅촉매 연구

(1) 연구 배경

(2) 실험 방법

가. 금속지지체 코팅촉매 제조

나. 특성분석 및 성능평가

(3) 결과 및 고찰

가. 금속지지체 특성분석

나. 금속지지체 코팅촉매 부착력 분석

다. 금속지지체 코팅촉매의 활성평가

(4) 결론

5) 탈질촉매시스템을 이용한 원소수은 산화 실증사례

(1) 연구 배경

(2) 석탄화력발전소 SCR 탈질공정에서 원소수은 산화성능 실증사례

가. V₂O5/TiO₂계 탈질촉매를 이용한 현장실증

나. Au/Al₂O₃ 촉매를 이용한 실증사례

(3) 원소수은 산화를 위한 SCR 탈질촉매공정의 역할과 한계

(4) 결론

6) 질소산화물 저감을 위한 Cu-SCR 촉매의 TiO₂ 첨가 내구성연구

(1) 연구 배경

(2) 실험장치 및 방법

(3) 결과 및 고찰

가. TiO₂ 담지량에 따른 열적 열화의 내구성 평가

나. TiO₂ 담지량에 따른 C3H6 공존시 영향

다. TiO₂ 담지량에 따른 Coking과 H₂ 공존시 영향

(4) 결론

제 2장 배가스 정화 촉매시장과 공기질 측정 환경센서 기술

1. 귀금속/비귀금속계 금속활용 촉매연구

1) 촉매연소기용 귀금속 촉매와 조촉매의 특성 연구

(1) 연구 배경

(2) 실험 방법

가. 연소기용 촉매 제조

나. 모델가스 반응 실험

다. 연소기 연소반응 실험

(3) 실험결과 및 고찰

가. 모델가스 반응실험 결과

나. 연소기 반응실험 결과

(4) 결론

2) 비귀금속계 금속을 이용한 일산화질소 산화 촉매 연구

(1) 연구 배경

(2) 실험

가. 촉매 제조 방법

나. 실험장치 및 방법

(3) 결과 및 고찰

가. 코발트 표면밀도에 따른 NO 산화 영향

나. Co/CeO₂ 촉매의 물리⋅화학적 특성

(4) 결론

2. 선박배출 오염물질 저감기술 및 배기가스 정화 촉매 시장동향

1) 선박배출 오염물질 저감 정책 및 기술개발 동향

(1) 선박 배출 미세먼지 통합저감 기술개발 사업

(2) 동시저감 기술 소개

가. p-SDPF

나. 전기집진 복합장치

다. 고효율 동시저감(NOx/SO/PM) 스크러버

2) 배기가스 정화 촉매 시장동향

(1) 기술 개요

(2) 시장 현황

(3) 시장 동향

가. 글로벌 전체 시장 규모

나. 세부항목별 시장 규모

다. 지역별 시장 규모

라. 국내 시장 규모

(4) 기업 동향

가. 경쟁 환경

나. BASF Catalyst

다. Johnson Matthey

라. Umicore

마. Corning Incorporated

바. Solvay

3. 공기질 측정·감지 스마트 환경센서 기술동향

1) 공기산업을 선도하는 스마트 센서기술

(1) 공기산업용 스마트센서 기술

가. 공기질 감지 환경센서·모듈

나. 배경 및 필요성

A) 환경 센서 시장 확대

B) 다중이용시설의 확대

C) 규제의존형 시장창출

다. 기술적 현황 및 문제점

A) 미세먼지의 농도 및 성분분석

B) 유해가스 분석

C) 실시간 부유미생물 검출

D) 생활방사능 검출

(2) 가스센서 시장동향

가. 글로벌 시장

나. 국내 시장

(3) 국내외 기술개발 동향

가. 해외 기술개발 동향

A) 입자상 오염물질 측정진단

B) 가스 대기환경규제물질 측정진단 기술

C) 실내 부유 미생물 탐지기술

D) 방사능 센서 기술

나. 국내 기술개발 동향

A) 입자상 오염물질 측정진단

B) 가스 대기환경규제물질 측정진단

C) 휘발성유기오염물질/악취물질 측정진단

D) 실내 부유 미생물 탐지기술

E) 방사능 센서 기술

다. 문제점 분석

A) 환경기술 및 환경산업의 경쟁력 취약

B) 저가 센서에 치중한 개발 환경

C) 국가 차원에서의 지원 부족

라. 향후 대응 방향

2) 가스센서 선택성 향상을 위한 멤브레인 및 촉매 연구동향

(1) 연구 배경

(2) 가스센서 동작 원리와 선택성 향상을 위한 전략

가. 나노입자 촉매를 도입한 가스감지 선택성 향상

나. 금속유기구조체(MOFs) 멤브레인을 통한 선택성 향상

다. 기공도 조절된 그래핀산화물 멤브레인을 활용한 센서 선택성 향상

라. 금속산화물 멤브레인을 활용한 센서 선택성 향상

(3) 가스센서 선택성 향상을 위한 촉매연구와 멤브레인 연구의 미래 전망

(4) 결론

3) 산화물 반도체 이용한 실내 공기질 가스 센서 연구동향

(1) 연구 배경

(2) 산화물 반도체 가스 센서의 검지 원리

(3) 산화물 반도체를 이용한 실내 공기질 가스 센서

가. 일산화탄소(CO) 가스 센서

나. 포름알데히드(HCHO) 가스 센서

다. 방향족 휘발성 유기 화합물(aromatic volatile organic compounds) 가스 센서

(4) 결론 및 전망

4) 그래핀 복합소재를 이용한 유해물질 감지 센서 개발

(1) 환경호르몬으로 작용하는 유해 물질 비스페놀 A(Bisphenol A, BPA)

(2) 원자폭탄보다 무서운 유해 활성산소, 과산화수소(H₂O₂)

(3) 국내외 환경

(4) 시장 규모

5) WO₃ 기반 가스 센서의 감응 특성 향상 연구 동향

(1) 연구 배경

(2) 본론

가. WO₃ 가스 센서의 감응 원리

나. 나노구조(Nanostructure)

다. 도핑 & 데코레이션(Doping & Decoration)

(3) 결론

6) 자극응답형 페로브스카이트 센서소재 기술연구

(1) 연구 목적

(2) 본론

가. Temperature Effect

나. Air Effect(Humidity)

다. Chemical Effect(Gas molecule)

(3) 결론

7) IoT 센서를 활용한 미세먼지 분석기술 연구

(1) 관련 센서 및 연구

가. 아두이노

나. 미세먼지 센서(GP2Y1014AU0F)

다. 차압 센서(53A-L15H-2210)

라. 관련 연구

(2) 시스템 구조 및 프로세스 소개

가. 데이터 생성 및 웹서버 전송 프로세스

나. 데이터베이스 전송 베이스

다. 데이터 정제 및 파이썬 분석 프로세스

(3) 결론

제 Ⅱ편 이산화탄소 포집·저장·전환 현황과 촉매기술 연구

제 1장 CCUS 주요 동향과 CO₂의 메탄활용 촉매기술

1. 이산화탄소 포집･활용(CCU) 주요동향

1) CCUS 추진 배경과 현황

(1) 배경

(2) 정책 동향

(3) 시장 동향

2) CCUS 산업 동향과 특성

(1) CCUS 산업 동향

(2) CCUS 산업별 특성

가. 고농도 CO₂ 배출 산업

나. 발전 산업

다. 철강 산업

라. 시멘트 산업

마. 우리나라 산업별 배출 현황 및 특성

3) CCUS 활용 선도기업 동향

4) 국내외 CCUS 기술개발 동향

(1) CO₂ 포집기술 개발현황

가. 습식 포집기술

나. 건식 포집기술

다. 분리막 포집기술

(2) CO₂ 저장기술

(3) CO₂ 활용기술

가. 화학전환

나. 생물전환

다. 광물탄산화

(4) 국내외 업체/기관 연구개발 동향

가. CO₂ 중소형 포집/전환 공정

A) 해외 동향

B) 국내 동향

C) 국내 기관 기술개발 동향

나. CO₂ 포집제

A) 해외 동향

B) 국내 동향

다. CO₂ 화학적 전환 기반 고분자

A) 해외 동향

B) 국내 동향

C) 국내 기관 기술개발 동향

라. CO₂ 광물화 소재

A) 해외 동향

B) 국내 동향

C) 국내 기관 기술개발 동향

마. 기타탄소 활용

A) 해외 동향

B) 국내 동향

5) CCUS 분야별 시장 및 투자동향 분석

(1) 시장 분석

가. CO₂ 중소형 포집/전환 공정 시장분석

A) 세계 시장

B) 국내 시장

나. CO₂ 화학적 전환 기반 고분자 시장분석

A) 세계 시장

B) 국내 시장

다. CO₂ 광물화 소재 시장분석

A) 세계 시장

B) 국내 시장

(2) R&D 투자 동향

가. 해외

나. 국내

6) 특허 정보 및 논문 분석을 통한 CCUS 연구개발 동향

(1) 특허 분석

가. 분석 방법 및 기술 분류

나. 특허출원동향 분석

A) 전체 출원동향 분석

B) 주요시장국 연도별 추세

C) 주요 시장국 내·외국인 특허출원동향

D) 등록률 현황분석

다. 출원인 동향 분석

A) 상위 출원인 분석

B) 주요 출원인 진입국 현황

C) 구간별 주요 출원인 현황

라. 기술별 동향 분석

A) 기술 분포

B) 기술별 출원 추세

C) 기술별 주요출원인 현황

(2) 논문 분석

2. CO₂의 메탄(CH₄)활용을 위한 전환촉매 기술동향

1) 온실가스의 메탄 활용을 위한 나노촉매 기술동향

(1) 메탄 전환기술의 필요성

(2) 메탄 간접 전환기술

(3) 메탄 직접 전환기술

가. 메탄의 산화이량화 공정

나. 메탄의 비산화이량화 공정

다. 메탄의 탈수소방향족화(dehydroaromatization) 반응

라. 메탄 할로겐화 반응

(4) 나노촉매 기반, 메탄 직접전환 연구 동향

가. 나노촉매 기반, 메탄 산화이량화 연구 동향

나. 나노촉매 기반, 메탄 비산화이량화 연구 동향

다. 메탄 직접전환을 위한 반응기 개발 동향

라. 메탄 산화이량화 공정 개발 동향

A) 국외 동향

B) 국내 동향

2) 이산화탄소 메탄화 공정 적용을 위한 Ni/CeO₂-X 촉매 연구

(1) 연구 배경

(2) 재료 및 방법

가. 촉매 제조

나. 장치 및 활성 평가

(3) 결과 및 고찰

가. 반응압력의 영향

나. 유입가스 내 산소의 영향

다. 유입가스 내 메탄의 영향

라. 유입가스 내 황화수소의 영향

(4) 결론

3) 바이오가스 중 CO₂로부터 메탄제조에 활용하는 Ni 촉매 연구

(1) 연구 배경

(2) 촉매 제조 및 실험

(3) 촉매특성분석

가. H₂-TPR 분석

나. XRD(x-ray diffraction) 분석

다. XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 분석

(4) 결과 및 고찰

가. Reduction 온도에 따른 영향

나. 반응온도의 영향

다. H₂/CO₂ 비율의 영향

라. GHSV의 영향

마. 바이오가스 내 CH₄ 농도의 영향

바. CO 혼합시 반응의 영향

(5) 결론

제 2장 CO₂ 전환을 위한 촉매기술과 연구동향

1. CO₂ 전환 촉매 공정 기술

1) 이산화탄소 전환 촉매 공정

2) 이산화탄소 전환 촉매 공정 국내외 기술

2. CO₂의 전환을 위한 전기화학 촉매 기술개발 및 연구 동향

1) 전기화학적 이산화탄소 환원기술

(1) 전기화학적 CO₂ 환원 반응의 기술 경제성 전망

가. 기술 경제성 평가

A) 목표 화학 제품에 따른 경제성

B) 핵심적인 성능 지표

C) 전체 생산 공정을 고려한 경제성 평가

나. 고찰 및 전망

(2) CO₂ 환원 기술의 산업 및 연구 동향

가. 탄소자원화 기술의 대규모 실증 및 산업화 동향

나. 전기화학적 이산화탄소 환원 기술의 연구 동향

2) 전기화학 촉매 종류 및 나노입자들의 표면 구조와 전해질 조건

(1) 전기화학 촉매 종류 및 나노입자들의 표면 구조

가. 일산화탄소(CO)로의 전기화학적 이산화탄소 환원반응

나. 포름산(HCHOO)으로의 전기화학적 이산화탄소 환원반응

다. 탄화수소계(hydrocarbon)로의 전기화학적 이산화탄소 환원반응

(2) 전기화학적 이산화탄소 환원반응 환경 영향 및 전해질 조건

3) 고성능 CO₂ 전환용 촉매 소재 개발

(1) 연구의 필요성

(2) 연구 내용

(3) 연구성과/기대효과

4) 금속-유기 골격 물질 촉매를 활용한 효율적인 CO₂ 변환

(1) 광촉매 활용 이산화탄소 환원

가. 기본 메커니즘과 반응 단계

나. 광촉매 활동 결정요인

(2) 이산화탄소 환원을 위한 전기화학 촉매용 금속 유기 골격 물질(MOF)

가. 2차원 MOF 나노시트

나. 삼차원 MOFs

A) 아연 기반 MOFs

B) 코발트(Co) 기반 MOFs    

C) 철(Fe) 기반 MOFs

D) 구리(Cu) 기반 MOFs

다. 전기화학 촉매용 MOF 복합체

(3) 이산화탄소 환원을 위한 광촉매용 MOF

가. MOF 광촉매

A) 금속 클러스터

B) 유기 링커

나. MOF 복합체 활용 광촉매

A) MOF-광증감제 복합체

B) MOF-반도체 복합체

C) MOF-금속 복합체

(4) 결론

5) 전기화학적 이산화탄소 전환기술 특허출원 동향

(1) 기술분야별 특허출원 동향

(2) 출원인별 특허출원 동향

3. 탄소자원의 고부가가치 창출을 위한 촉매기술

1) 광촉매 & 바이오촉매 융합 CO₂의 전환 기술

(1) 광촉매-바이오촉매 융합 CO₂ 선택적 전환기술 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

(2) 광촉매-바이오촉매 융합된 CO₂ 전환 포름산(HCOOH) 제조용 bio-mimic 고선택성 촉매

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

(3) CO₂ 전환용 광-바이오촉매시스템 : 전자전달물질 및 NADH 대체물질 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

2) 수소 이용 CO₂ 전환 기술

(1) CO₂ 직접수소화를 통한 액체 탄화수소 연료 제조 촉매 및 공정 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

(2) 중온-저온 2단계 CO₂ 수소화 메탄올합성 촉매반응공정 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전(기술이전 가능 내용)

마. 기대 효과

바. 향후 계획

(3) CO₂의 직접방향족 화합물 제조를 위한 촉매 및 공정 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

3) 바이오알코올 - CO₂ 동시전환 기술

(1) 글리세롤 활용 이산화탄소 동시전환 불균일 촉매 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

(2) 바이오 알코올 기반 CO₂ 동시전환 불균일 촉매기술 계산화학기법 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기대 효과

마. 향후 계획

4) 식물자원-CO₂ 전환고분자 제조기술

(1) 고효율, 고선택성 균일 유기금속촉매 기반 유기성폐자원 및 CO₂ 전환 폴리머 플랫폼개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

(2) 유기성 폐자원 활용 퓨란계 폴리머 플랫폼 제조 촉매공정 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

5) CO₂ 전환 산화-환원 융합 기술

(1) CO₂ 의 옥살산염 및 옥살산으로의 전환 기술 및 공정 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기술 이전

마. 기대 효과

바. 향후 계획

(2) 전기화학시스템을 이용한 이산화탄소 전환 에틸렌 제조 기술 개발

가. 연구 배경

나. 주요 내용

다. 주요 성과

라. 기대 효과

마. 향후 계획

제 Ⅲ편 플라스틱 재활용 현황과 촉매활용 분해기술

제 1장 촉매 이용 폐플라스틱 분해 및 재활용 기술동향

1. 플라스틱 업사이클링 촉매 공정기술

1) 플라스틱 업사이클링

(1) 핵심기술 및 개발동향

가. 핵심 요소기술

나. 발전 방향 및 개발 트렌드

A) 중소기업 중심 산업

B) 실용적인 지원체계 요구

C) 다채로운 소재기술 개발

D) 지역별·소재별 산업 네트워크 구축

다. 폐플라스틱 리사이클링 기술 : 물리적·화학적·열적 리사이클링

라. 폐플라스틱 재질별 분리선별 기술 연구 동향

(2) 산업동향 전망

가. 산업트렌드 및 성장전망

나. 국내외 시장규모

A) 해외

B) 국내

(3) 주요업체 동향

가. 해외

나. 국내

2) 플라스틱 업사이클링 촉매 공정 국내외 기술

2. 촉매를 이용한 폐플라스틱 분해기술 동향

1) 수소첨가를 통한 폐플라스틱 분해 기술 동향

(1) 폐플라스틱 처리 및 재활용 방식

(2) 플라스틱의 종류 및 재활용 방법

(3) 수소첨가 분해반응

가. Two-step pyrolysis-hydrocracking(2단계 열분해-수소화 분해) 반응

나. Hydrocracking(Hydrogenolysis) 반응

다. Hydrogenolysis/aromatization tandem 반응

(4) 결론 및 전망

2) 폐플라스틱 촉매 열분해를 통한 재생 연료 및 화학제품 생산기술 연구

(1) 연구 목적

(2) 다양한 플라스틱들의 열분해 거동 특성

(3) 폐플라스틱의 촉매 열분해 기술

(4) 바이오매스와 폐플라스틱의 혼합 촉매 열분해 기술

(5) 결론 및 전망

3) Ni/sand를 이용한 폴리프로필렌(PP) 촉매 열분해 연구

(1) 연구 목적

(2) 실험 방법

가. 시료

A) 대상 시료

B) Ni/sand 촉매

나. 촉매 특성 분석

다. 실험 방법

라. 열분해 오일 분석

(3) 결과 및 고찰

가. 시료의 특성분석

나. 촉매 특성 분석

A) 비표면적 특성분석

B) X선 회절 분석    

C) H₂-승온환원 분석

다. 촉매 열분해 반응

A) 폴리프로필렌 + sand 혼합 시료

B) 폴리프로필렌 + Ni/sand 혼합 시료

(4) 결론

4) 폐플라스틱 분해를 위한 알칸 교차 복분해 반응 연구

(1) 연구 목적

(2) 알칸 교차 복분해 반응

가. 교차 복분해 반응의 유래

나. 플라스틱 분해를 위한 알칸 교차 복분해 반응성 연구

다. 알칸 교차 복분해 반응을 위한 비균질계 촉매 개발

(3) 결론 및 전망

5) 폐플라스틱을 원재료로 되돌리는 저온 재활용 기술 개발

(1) 기존 기술과 차이 비교

(2) 활용 분야 및 제품

(3) 실용화를 위한 과제

(4) 실용화 가능 시기

(5) 산업적, 경제적 파급효과

6) 고효율 촉매를 이용한 플라스틱의 가스화 공정 개발

(1) 연구 목적

(2) 타르(Tar) 저감 폐플라스틱 가스화 공정

(3) 알칼리열처리 (Alkaline thermal treatment) 기반 폐플라스틱 가스화 공정

제 Ⅳ편 수소 생산·운반·활용 현황과 촉매기술 연구  

제 1장 수소 제조·생산·추출기술과 촉매활용 연구개발 

1. 수소 제조/생산 기술과 촉매활용 연구동향

1) 수소 종류 및 범위

2) 기술동향

(1) 해외 기술동향

(2) 국내 기술동향

가. 개질 수소

나. 수전해

3) 산업 동향

(1) 글로벌 산업동향

가. 개질 수소

나. 수전해

(2) 국내 산업동향

가. 부생 수소

나. 개질 수소

다. 수전해

2. 암모니아 개질에 대한 수소 추출 촉매 연구

1) 암모니아 개질에 대한 Ni 촉매 특성연구

(1) 실험

가. 암모니아 분해 촉매 선정 및 제조

나. 실험 장치 구성 및 평가 방법

(2) 결과 및 고찰

(3) 결론

2) Mo-Al 복합 산화물의 질화반응 처리된 촉매상에서 암모니아 촉매 분해반응

(1) 연구 목적

(2) 실험

가. 촉매 제조

나. 특성 분석

다. 반응 장치 및 실험 방법

(3) 결과 및 고찰

가. 촉매 특성분석

나. 촉매 반응

(4) 결론

3) 암모니아로부터 높은 효율로 수소 생산해내는 촉매 공정 기술 개발

3. 메탄의 열-촉매 분해에 의한 수소 제조 기술

1) 기존 상용화 기술과의 비교

2) TCD 공정을 위한 반응기의 종류

3) TCD 공정을 위한 촉매

(1) 금속기반 촉매

(2) 촉매 비활성화

(3) 촉매의 재생

4) 결론

4. 광촉매와 태양광 물분해 수소 생산 특성 연구

1) 연구 목적

2) 실험 방법

3) 결과 및 고찰

4) 결론

5. 수전해 수소생산 촉매활용 연구동향

1) 수전해 그린수소 기술동향

(1) 그린수소 생산을 위한 수전해 기술

(2) 차세대 그린수소 생산 기술

(3) 수전해 그린수소와 촉매기술 연구동향

가. 알칼라인 수전해(AEC) 기술

A) 현황

B) 해결해야 할 이슈

나. 양이온 교환막(PEM) 수전해 기술

A) 현황

B) 해결해야할 이슈

다. 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술

A) 현황

B) 해결해야할 이슈

(4) 국내외 기술 개발 동향

가. 해외 기술개발 동향

나. 국내 기술개발 동향

2) PEM 수전해 양극 담지촉매 개발 동향

(1) 연구 목적

(2) PEM 수전해 양극 담지촉매 개발 동향

가. PEM 수전해 기술

나. PEM 수전해 전기화학촉매 소재

다. 전이금속 산화물 기반 양극 담지촉매 기술

라. 전이금속 탄화물/질화물 기반 양극 담지촉매 기술

마. 그외 담지 촉매 기술

(3) 결론

3) 에어로겔 구조 적용한 고성능 수소 발생 촉매 개발

(1) 연구의 필요성

(2) 연구 내용

(3) 연구성과/기대효과

4) 고분자 전해질 연료전지의 산소환원반응에 대한 Pt-M 합금 촉매의 연구 동향

(1) 연구 목적

(2) Pt-Ni 합금촉매

(3) Pt-Co 합금촉매

(4) Pt-Fe 합금촉매

(5) 그외 Pt-M 합금촉매

(6) 결론

5) 고분자 전해질 연료전지용 비백금촉매의 활성에 대한 최신 연구동향

(1) 연구 목적

(2) 표면 개질

(3) 비표면적 증가를 위한 연구

(4) ORR활성 향상을 위한 그 밖의 연구

(5) 결론

제 2장 수소 저장·운송 기술의 촉매 활용과 특허분석

1. 수소 저장/운송 관련 촉매 공정 기술

1) 수소 저장 관련 촉매 공정

(1) 수소 저장 관련 공정

(2) 수소 생산/저장 관련 촉매 기술 국내외 동향

가. 해외

나. 국내

2) 액상유기수소운반체(LOHC) 이용 수소 저장 및 추출 촉매반응기술

(1) 수소저장을 위한 촉매 및 반응시스템

(2) 수소추출을 위한 촉매 및 반응시스템

3) 수소의 화학적 저장과 촉매/나노 기술동향

(1) 상온작동 수소저장합금

가. 수소저장합금의 화학적 특성

나. 수소저장합금의 수소 저장 특성

다. 수소저장합금 응용 이슈

A) 소재 비용 저감 및 공정 용이성 확보 필요

B) 공정 및 사용 중 안전성 확보 필요(발화 위험 해소)

C) 표면 산화막 개선(초기 수소화 문제 해결)

D) 느린 반응 속도 개선(수소 흡방출 속도 개선)

(2) 중고온작동 수소저장합금

가. 중고온작동 수소저장합금의 정의

나. 중고온작동 수소저장합금의 기술적 이슈

A) 고용량 금속착수소화물(Complex Metal Hydride)의 활용 및 불안정화

B) Mg/MgH₂ 기반 수소 저장/방출 반응의 단순화

C) 수소 저장/방출 반응의 단순화를 위한 나노기술 적용

(3) 기체/액체 형태 암모니아 수소저장

가. 암모니아 활용 수소저장 및 운송(단방향 수소운반체)

나. 그린 암모니아 생산

다. 암모니아 분해용 금속 나노 촉매

라. 국내외 기술개발 동향

A) 국내

B) 해외

4) 액상유기수소운반체(LOHC) 수소 추출성능 평가장치 개발

(1) 연구 배경

(2) 연구 내용

(3) 기대 효과

2. 수소 생산/저장 관련 특허출원 동향

1) 금속 활용 수소 저장·운반 기술분야 특허분석

2) 녹색수소 생산기술 특허출원 동향분석

3) 그린 수소 생산 물분해 촉매 분야 특허분석