일본의 에너지 기술 주요 기술과제 로드맵(6)

  • <번역/정리 : 박한돌 기자>
  • 2017-02-17 오전 7:49:19

31. 저연비 항공기
가. 해당 기술을 필요로 하는 배경

항공기는 세계적으로 꾸준히 수요가 늘 것으로 예상되고 있다. 한편 항공기 연료는 다른 에너지원 대체가 쉽지 않기 때문에 저연비화 기술이 세계적인 과제가 되고 있다.

나. 해당 기술의 개요 및 기술개발 동향
항공기 저연비회를위한 기술로는 기체(機體), 엔지 및 장비품의 경량화를 위한 경량재료(가공방법 포함)이나 유압시스템을 대체하는 전동화 기술, 엔진이나 장비품의 고효율화를 위한 경량 및 고내열 재료(가공방법 포함) 등이 요구된다.
이에 따라 일본의 경제산업성은 차세대 구조부재의 연구개발이나 항공기용 선진시스템 기반기술 개발을 진행하고 있다.
다. 도입 시 제도적 제약 등 사회적 과제
항공기는 요구되는 안전 수준이 극히 높아, 유럽과 미국을 중심으로 항공기안전규제 당국의 인증이 전제되어야 하는 등 진입장벽이 높다.
라. 해외동향
국제 민간항공기관(ICAO)에서는 기술적 방법에 대해 유의하고 또한 2050년까지 연료효율을 매년 2%씩 개선하는 내용을 담은 총회결의가 2010년에 채택 했다.
미국 FAA의 「Destination 2025」에서는 2050년까지 2005년 대비 50%의 배출량 삭감을 목표로 하고 있다.


항공기 연비개선에 관련되는 기술이 매우 고도화하고 있고 첨단 재료 채용도 급속히 진행 중에 있어 항공기 저연비화에 공헌할 수 있는 기술을 보유하고 있는 국가는 한정되어 있으며, 재료분야나 가공분야에서 높은 기술력을 가지고 있는 일본은 중요한 역할을 하고 있다.

32. 고도 도로교통시스템
가. 해당 기술을 필요로 하는 배경
일본의 CO2 배출량 중 운수부문의 배출량은 약 20%이며, 운수부문의 86.8%가 자동차에서 배출된다.
고도 도로교통시스템은 불필요한 감속의 저감, 정체 억제 등에 의해 연비향상이나 CO2 배출량 삭감에 기여하고 또한 물료, 인류의 활성화를 촉징하여 산업 경쟁령 강화에도 기여할 것을 기대할 수 있다.
나. 해당 기술의 개요 및 기술개발 동향
ACC(Adaptive Cruise Control)의 상품화나 관의 도로교통정보 등과 자동차에서 얻은 데이터를 활용한 세밀한 정체정보 제공 등이 시작되고 있다.

 

다. 도입 시 제도적 제약 등 사회적 과제
자동주행시스템의 발전을 위해서는 해당기술에 대한 니즈나 비즈니스 모델을 토대로 필요에 대응하고 사고시의 책임관계 정리도 포함한 법제도 면의 검토를 진행하고 있다.
라. 해외 동향
유럽과 미국에서도 차세대 도로교통시스템 정비를 위해 관과 민이 함께 프로젝트를 진행하고 있다.

33. 혁신적 구조재료
가. 해당 기술을 필요로 하는 배경
일본의 연간 CO2 배출량 중 약 20%를 배출하는 수송기기 연비 향상을 위해 경량화는 중요한 기술과제 중 하나이다. 구조재료의 경량화기술 및 재료를 적재적소에 사용하는 기술개발이 필요하다.
일본이 강점이 있는 분야이지만 발전기기의 효율향상을 위해 재료를 새롭게 고압력화 및 내열화하는 기술개발이 필요하다.
차량의 연비 향상기술 개발 및 보급으로 2050년에 세계 전체에서 약 47억톤의 CO2 배출삭감에 기여할 수 있다
(IEA Energy Technology Perspective 2012에서).
나. 해당 기술의 개요 및 기술개발 동향
「혁신적 신구조재료 등 기술개발」사업에서는 자동차를 중심으로 한 수송기기의 근본적인 경량화를 목표로 강도, 가공성, 내열성, 내식성 등 복수의 기능과 비용 경쟁력을 동시에 향상한 혁신재료의 개발이나 접합기술 등의 개발을 동시에 실시하고 있다.
다. 도입 시 제도적 제약 등 사회적 과제
혁신강판 등 일부 재료에서는 강도와 연성 향상에 효과적인 희소금속을 많이 사용하는 제조방법에서 탈피하는 것이 과제이다. 


각 재료의 고강도·고연성화 등의 다기능화와 동시에 이들 기능을 손상하지 않는 접합기술이나 성형가공기술 등 정량적인 평가기술 등의 개발이 과제이다.
항공기나 자동차 등 신규재료의 인증에는 긴 시간이 걸리기 때문에 이 기간을 단축하기 위한 시스템을 구축하는 것이 과제이다.
신규재료에 대해 제조에서 최종처분, 재이용까지 포함하는 LCA기술이 과제이다.
라. 해외동향
EU는 제7차 연구궤조계획(FP7) 중에서 탄소섬유 제조효율 향상이나 성형 생산성 개선 등으로 연결되는 기술개발에 대해 자금을 원조하고 있다. 또 「초경량자동차 프로젝트」라 하는 공동연구계획 중에는 중형차의 차체중량을 30% 감축하는 것을 제시, 다양한 신재료를 연구개발할 것을 제시하고 있다.
내각부의 「전략적 이노베이션 창조프로그램: 혁신적인 구조재료」에서는 재료기술을 기반으로 항공기산업을 육성 및 확대하는 것을 목표로 강도가 높은, 경량 내열성의 혁신적 재료를 개발하고, 항공기를 시작으로 운수기기·발전 등 산업기기에로 실기 적용을 진행하는 것과 함께 에너지 전환 및 이용효율 향상을 위한 연구개발을 진행하고 있다.

34. 수소제조
가. 해당 기술을 필요로 하는 배경
수소는 다양한 에너지원에서 제조 가능하고, 일본의 에너지 안보 향상이나 저탄소사회 실현에 크게 기여할 가능성을 가지고 있다.
향후 갈탄 등 미이용에너지를 포함하여 다양한 에너지에서 수소를 제조할 수 있어 에너지 안보 향상에 크게 공헌할 수 있다. 더욱이 재생가능 에너지를 활용한 수소제조가 가능하려면 수소 제조에서 이용에 이르는 전체적인 관점에서 환경부하 저감을 실현할 수 있다.
나. 해당 기술의 개요 및 기술개발 동향
현 시점에서는 공업이용을 위한 화석연료 개질에 의한 대규모 수소제조가 주류이다.


향후 이용을 고려하여 갈탄 등의 미이용 에너지에서 수소제조, 재생가능 에너지 활용을 염두에 둔 물 전해, 광촉매나 IS 프로세스 등 장래적인 혁신적 수소제조기술 등이 검토되고 있다.
다. 도입 시 제도적 제약 등 사회적 과제
수소를 에너지로 활용하기 위해서는 저비용이면서 환경부하가 낮은 수소제조를 진행할 필요가 있다. 또 수소공급은 수소 제조만이 아닌 수송·저장도 포함한 대규모 시스템이 필요하며, 시스템 전체로서의 저비용화나 저환경부하화를 도모해 나갈 필요가 있다.
라. 해외 동향
유럽에서는 독일을 중심으로 재생가능 에너지(특히 풍력발전)에서의 잉여전력을 수소나 메탄으로 변환하여 활용하기 위한 Power-to-Gas 프로젝트가 실시되고 있다.

35. 수소 수송·저장
가. 해당기술을 필요로 하는 배경
연료전지자동차의 본격적인 시장 투입이 예정되어 있어, 고압가스 형의 수소소송·저장에 의한 수소 스테이션의 정비가 급선무이다.
장기적으로는 유기 하이브리드나 액화수소 등의 형태로 수소의 장거리수송·대량저장이 가능한 것으로, 해외 갈탄 등 미이용 에너지나 재생가능 에너지 유래의 수소 등을 효과적으로 활용할 수 있게 되면 에너지안보 향상이나 환경부하 저감에 크게 공헌할 수 있다.
나. 해당 기술의 개요 및 기술동향
현 시점에서 공업용 이용으로서는 압축수소나 액화수소에 의한 수송·저장이 주류이다. 한정된 지역에서는 파이프라인의 활용도 보인다.
향후 해외에서의 수송도 포함한 대규모 수송을 겨냥하여, 액화수소나 유기하이드라이드에 의한 수소수송·저장도 검토되고 있다.


저렴한 수소 스테이션 개발 등 연료전지자동차에 수소를 공급하는 수소 스테이션에 관한 기술개발도 진전되고 있다.
다. 도입 시 제도적 제약 등 사회적 과제
수소를 에너지로서 활용하기 위해서는 저비용이면서 저환경부하인 수소수송·저장을 실시할 필요가 있다. 또 수소공급은 수소 수송·저장만이 아닌 제조도 포함한 대규모 시스템이 필요하고, 시스템 전체로서의 저비용화나 저환경부하화를 도모할 필요가 있다.
선행하여 도입이 추진되고 있는 연료전지자동차에 대해서는 수소 스테이션에 관한 비용 저감이 필수적이며, 이를 위해서는 규제개혁실시계획 등에 규정된 규제 재검토도 필수적이다.
라. 해외동향
액화수소에 의한 수소수송과 관련하여 액화수소운반선의 건조·취항에 필요한 국제액화가스 운반선 규제게 기반한 3국간 합의(본건에 관해서는 일본과 호주의 2국간 합의) 형성을 위해 안전기반에서의 협조가 일본과 호주 간에 실시되고 있다.

36. 수소 이용
가. 해당 기술을 필요로 하는 배경

단·중·장기적으로는 일본의 부생수소나 화석연료 개질에 의한 수소를 활용해면서 이미 실현되고 있는 정치용 연료전지나 연료전지자동차의 활용 확대로 높은 에너지효율을 실현하여 대폭 에너지 절감을 달성할 가능성이 있다.
나. 해당 기술의 개요 및 기술개발 동향
연료전지자동차나 가정용연료전지에 사용되고 있는 고체고분자형 연료전지에 대해서는 촉매의 저비용화, 고내구화, 고효율화 등 고성능화에 이바지하는 기술을 개발하고 있다. 또 발전효율이 높은 업무·산업용으로서 향후 활용이 기대되는 고체산화물형 연료전지에 대해서도 가정용 연료전지 지향을 포함 일부 활용해가면서 업무용에 활용을 위한 연료전지 셀의 고내구화에 관한 기술개발을 실시하고 있다.
더욱이 화력발전의 연료로서 수소를 사용하는 수소발전에 대해서도 검토되고 있다.


다. 도입 시 제도적 제약 등 사회적 과제
업무용 연료전지나 수소발전 등 지금까지 사회에 구현되지 않은 기술을 도입함에 있어서는 규제 재검토 등의 제도정비가 필요하다.
라. 해외 동향
유럽에서는 가정용 연료전지가 실증단계에 있으며, 유럽연합의 사업으로서 2012~2017년에 걸쳐 12개국에서 1000대 규모의 실증을 진행하는 것으로 되어 있다.
미국에서는 데이터센터 등 자가발전이나 휴대기지국 백업전원으로서 정치용연료전지 도입이 추진되어 2013년 시점에서 88MW 도입이 시행되고 있다.

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