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1. 보고서 목적 ○ 지구 온난화, 자원고갈 등의 지구 규모의 과제를 극복하고, 풍부한 지속성 사회를 구축하기 위해서는, 기존 기술에서의 에너지 이용 효율을 극한까지 높이는 동시에, 새로운 에너지 기술을 개발할 필요가 있다. ○ 본 보고서는 에너지 이용의 효율화를 진행시키는데 있어서 핵심이 되는 '상계면(相界面) 과학'의 연구를 국가에서 전략적으로 추진하는 것을 제안한 내용이다. - 에너지에 관련된 상계면 현상의 해명이나 설계 기술의 고도화의 의의, 구체적 과제, 연구 투자의 효과에 대해 정리하였다. 2. 상계면의 기초 학문과 설계·제조·제어의 기술 기반의 중요성 ○ 에너지를 이용하는 여러 가지 기기나 시스템에는 고체, 액체, 기체라고 하는 다른 상태나 다른 물질이 서로 접하는 경계(상계면)가 반드시 존재해, 여기서 생기는 역학적, 화학적, 또는 전자기 학문적인 현상을 이용하는 것이 많다. - 에너지 기술의 이론적 최고 성능(한계 성능)의 실현을 막는 손실은, 모두, 에너지의 변환, 수송, 저장 프로세스에서의 불가역성이 원인이지만, 이러한 상당부분은 이 상계면에서 발생하고 있다. - 이러한 손실을 큰 폭으로 줄이는 것이 에너지 절약, 효율 개선, 신에너지 이용의 모두에 있어 본질적으로 중요하다. 즉, 상계면에서의 에너지 캐리어의 수송과 변환의 소과정(素過程)의 전모를 해명해, 이러한 지식을 기본으로 불가역 손실을 최소화하는 설계를 가능하게 하는 것에 의해 실제 시스템으로의 기능이나 효율을 한계 성능에 접근할 수 있다. - 일례로, 장래 궁극의 고효율 발전을 담당할 것으로 기대되는 가스화 복합발전 기술(IGFC)에서의, 고온으로 작동하는 고체 산화물형 연료전지의 다공질 전극계면, 가스터빈 날개의 난류전열계면, 가스화 반응계면이나 배기 촉매계면, 희박 연소 화염계면, 가스 분리막계면 등 여러 가지 상계면의 현상 해명과 고도의 설계는 에너지 이용 효율 향상이나 온난화 방지에 큰 효과를 가진다. - 따라서, 상계면 현상의 기초 학문이나 제어·최적화 기술을 심화시키는 것에 의해, 여러 가지 에너지 기기의 비약적인 손실 삭감, 기능 발현 메커니즘의 창조가 가능해진다. 결과적으로, 기반기술의 성능 향상과 저비용화를 도모할 수 있어 에너지 관련 기술이 한층 더 발전시할 수 있다. 3. 연구개발 추진 방법 ○ 상기의 목표를 달성하기 위해서는, 상계면 현상의 프로세스나 소과정(素過程)의 해명, 최적화나 제어를 위한 설계 기술이 필요하다. - 나노미터로의 현상 해명이나 재료 연구의 성과를 실제 시스템에 활용하기 위해서는, 폭넓은 스케일 밴드를 통합적으로 취급하는 것이 필요하다. ○ 이러한 폭넓은 스케일의 현상을 종합적으로 해석·설계하기 위한 계측 기술, 모델링과 시뮬레이션 기술, 상계면 구조를 구체적으로 제어·최적화하기 위한 공학이나 수리 과학을 개척하여, 첨단적인 기초연구의 성과를 실제의 기기나 시스템의 설계에 반영할 수 있도록 한다. ○ 또, 현상 해명이나 재료 개발을 담당하는 연구자, 구체적인 구조를 실현하는 설계 연구자 등 학문적 경계를 넘는 제휴와 융합이 요구된다. - 재료계, 화학계, 기계계, 전기계, 시스템계, 물리계, 수리계의 연구자가 에너지 고효율 이용을 목적으로 결집해 밀접한 제휴를 도모함으로써, 새로운 과학적 발견의 가능성이 높아진다. ○ 산업계와 연구자의 네트워크 구축 등 사회 요구를 기초연구의 과제 설정에 적절히 피드백하는 체제나 구조 구축도 중요하다. - 에너지와 관련한 기초연구 성과는 최종적으로는 양산 프로세스에 반영되지 않으면 의미가 없다. 따라서, 실제품의 요구 기능이나 자원적 또는 환경적인 제약 조건을 초기 단계에서 기초연구로 피드백 하는 프로세스를 불가결하다. - 목차 - 1. 제언 내용 2. 연구 투자하는 의의 3. 구체적인 연구개발 과제 4. 연구개발의 추진 방법 5. 과학기술상의 효과 6. 사회·경제적 효과 7. 시간축에 관한 고찰 8. 검토 경위 9. 워크숍에서 소개된 연구개발 과제 사례 |
