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과제기본정보

액체건조제를 활용한 막증류기반 에너지절약형 실내 미세먼지 제거 기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C157250-01
국가과학표준분류 1순위 에너지·자원 | None | None 적용분야 환경
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 액체건조제를 활용한 막증류기반 에너지절약형 실내 미세먼지 제거 기술 개발
주관연구기관 부산대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 정상현
소속 부산대학교 직위 조교수
기관 대표번호 051-510-2324 FAX 051-512-9835
총 연구기간 2020-04-13 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2020-04-13 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 0 0 0 160,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 미세먼지를 포함한 실내외공기를 액체 건조제가 함유된 용기 내부에 유입시켜, 공기 내 수분은 액체 건조제로 흡수 및 흡착시키고 먼지가 제거된 청정 공기는 건물 내로 순환시켜 건물 내 실내 공기질을 향상시키는 미세먼지 정화 시스템.
- 액체건조제에 포집된 미세먼지는 연속적으로 광촉매가 담지된 세라믹 분리막 (또는 반응성 분리막 (reactive membrane))에 의해서 분리가 되고 ultra-violet (UV) 조사에 의해서 제거가 되어 분리막 교체를 연장시킬 수 있음.
- 추가적으로 공기 내 수분을 흡수하여 희석된 액체건조제는 건물 내 폐열을 이용한 막증류(Membrane distillation. MD) 공법을 통하여 희석된 액체건조제를 농축하고 재생하는 동시에 깨끗한 물을 생산하여 건물 내 습도를 조절함으로써 쾌적한 실내 환경이 조성되도록 하는 기술을 포함.
최종목표 실내 공기질 향상을 위한 액체 건조제를 활용한 막증류기반 에너지 절약형 미세먼지 제거 기술 개발
1. 액체 건조제(liquid desiccant)의 순환공정을 이용한 미세먼지제거 및 제습 공정 최적화 기술 개발
2. 막증류(membrane distillation)를 이용한 희석된 액체건조제의 농축(회수 또는 재생) 및 수분(물) 회수 최적화 기술 개발
3. 반응성 분리막(reactive membrane)을 이용한 액상에 포집된 미세먼지의 연속 분리 및 제거 기술 개발
연구내용 및 범위 ○ 1차년도 연구개발 내용
- 미세먼지 제거효율 극대화를 위한 liquid desiccant (LD) 최적 활용 기술 개발
- LD의 미세먼지 제거효율 평가 및 최적화
- LD의 미세먼지 제거성능 평가방법 규격화
○ 2차년도 연구개발 내용
- 막증류법(Membrane distillation, MD)을 이용한 희석된 액체건조제의 농축(회수) 및 수분(물) 회수 최적화 기술 개발
- 반응성 분리막(Reactive membrane)에 의한 액상에 포집된 미세먼지의 분리 및 제거 기술 개발
- 액체건조제-막증류(LD-MD) 시스템 성능평가 시험설계 및 정량적 평가수행
- 막증류법의 액체건조제 농축 및 수분회수 성능평가방법 규격화

○ 핵심기술
- 액체 건조제(liquid desiccant)를 이용한 공기 정화 및 제습 공정 기술: 공기를 흡기하여 액체 건조제로 접촉하는 시스템을 통하여 (초)미세먼지를 제거하고 공기 중 수분을 흡수함으로써 흡입된 공기를 정화하고 제습하는 기술을 포함.
- 희석된 액체건조제의 농축(회수) 및 수분(물) 회수 최적화 기술: 제습과정 중 발생하는 자연 흡수열을 이용한 막증류법(membrane distillation)을 통하여 저에너지로 액체 건조제를 농축하는 동시에 건물 내 습도조절을 위한 물을 제공하는 기술을 포함.
- 미세먼지의 분리 및 제거 기술: 반응성 분리막(reactive membrane)기술을 이용하여 농축된 액체 건조제로부터 (초)미세먼지를 분리 및 제거함과 동시에 액체 건조제를 재생하는 기술을 포함.

* 연구개발 추진방법
○ 실내 미세먼지 정화 기술 및 문제점 현황조사
- 국내외 실내 미세먼지 실태에 대한 참고문헌 및 관련서적 자료 조사 및 분석을 통한 표적 처리 물질 선정
- 최신 미세 먼지 정화 및 습도 조절 기술을 조사하여 문제점 및 개선방안 검토
○ 최신 분리막 기술, 환경 정화 기술 및 처리 설계ㆍ운영 분야의 전문가(주관연구책임자)와 대기 및 기계설비(공동연구책임자), 건축 전문가를 포함한 폭넓은 연구 네트워크 이용
- 본 연구는 물리화학적인 대기질 개선과 분리막 기술을 포함
- 실내의 대기질을 향상시키기 위해 미세먼지를 정화하고 습도를 조절하는 기술의 개발의 완결성을 위해 기계 설비 및 건축 분야에 전문가들의 자문 및 협력 연구 필요
○ 기존에 개발되거나 시도되었던 기술들을 공기질 정화 기술로 도입
- 액체 건조제 순환공정은 제습이나 냉방 공정에 사용되었던 기술로서 기본적인 원리에 대한 이해 확립
- 막증류법에 의한 물의 회수 및 희석수의 농축기술은 이미 확보된 기술로서 액체 건조제의 사용 분야에 관한 공정 최적화 필요
- 마이크론 단위의 입자성 물질에 대한 분리막 기술 또한 입증된 기술이지만, 분리 이외에 연속적인 제거 방법의 최적화 필요
○ 실내 공기질 향상 원천 기술 확보
- 분리막 기술을 포함하여 액체 건조제를 사용하여 공기정화를 하는 기술은 아직 개념정립단계에 있는 기술
- 액체 건조 순환공정의 최적화를 통한 공기 정화 및 제습 기능의 극대화
- 원천 요소 기술의 확보를 통한 다양한 활용방안 모색
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 - 주관연구기관:
？ 미세먼지 제거효율 극대화를 위한 액체 건조제(Liquid desiccant, LD) 활용기술 개발
- 공동연구기관:
？ LD의 미세먼지 제거효율 평가
？ LD의 미세먼지 제거 성능평가방법 표준화 		- 주관연구기관:
？ 미세먼지 제거효율 극대화를 위한 LD 최적 활용 기술 개발
· LD 특성 및 미세먼지 제거 관련 문헌연구 수행
· Lab-scale 규모의 시험시스템 설계 및 제작
· LiCl, CaCl2 등 LD별 미세먼지 제거효율 특성 실험
· 혼합 및 합성기술을 통한 미세먼지 제거 최적LD 스크리닝 및 결과DB 구축
- 공동연구기관:
？ 액체건조제(Liquid desiccant, LD)의 미세먼지 제거효율 평가 및 최적화
· 미세먼지 크기(PM2.5, PM10 등), 주위환경(Air flow rate, air relative humidity 등) 조건별 실험을 통한 액체건조제의 미세먼지 제거효율 평가
· 제습-미세먼지 제거의 상관관계 분석
· 액체 건조제의 제습 평가를 통한 습도 조절 능력 검증 ？ 제습 속도 및 건조 안정성 실
？ 액체건조제의 미세먼지 제거 성능평가방법 규격화
· 실험실 실험단계의 LD활용 미세먼지 제거 원천기술 대상 표준화 작업 수행
· LD 활용 미세먼지 제거시스템의 성능평가 방법에 대한 규격화
연구성과 기술적 기대성과 - 막증류 공법을 이용한 액체 건조제 순환 공정 원천 기술의 개발은 지속적으로 액체 건조제를 재생하고 공기 중으로 물을 회수함과 동시에 액상에 포집된 미세먼지(입자성 물질)를 분리막 기술로 제거가 가능하기 때문에 기존의 실내 미세먼지 저감을 위한 기술들과 비교해서 연속적으로 필터의 교체 없이 대량의 공기의 정화가 가능.
- 액체 건조제의 사용은 미세먼지 포집효율을 높이고, 동시에 공기 중에 물도 회수하여 재이용 및 선순환을 시킬 수 있고, 흡습과정에서 발생하는 열과 건물에서 발생하는 하수의 폐열을 사용하여 액체 건조제를 에너지 고효율성 재생이 가능.
사회 경제적 파급효과 ○ 사회적 측면
- 실내 공기질 개선 미래 기술 확보를 통한 그린 인프라 구축으로 국가경쟁력 강화
- 미세 먼지 저감을 통해 국민 건강 증진 및 미세 먼지에 대한 국민적 우려를 긍정적으로 전환
- 실내 공기질 개선 및 미세먼지 저감 관련 인적 교류를 통한 네트워크 구축 및 전문 자문단 확보

○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 원천 미세먼지 제거 기술 선점을 통해 우리나라를 비롯하여 해외 각국으로도 (특히, 아시아 또는 중동지역) 기술이전 및 사업화가 가능할 것으로 예상. 저에너지 지속적인 미세 먼지 제거 및 물 재이용 기술의 확보를 통해 미래 스마트 도시 관련 분야에 경쟁력 및 신시장 확보 가능.
- 환경 친화적인 미세먼지 기술을 산업체로의 기술 이전을 통해 관련 기술의 사업화 및 확대 발전을 기대할 수 있으며, 연관 산업체의 성장을 통한 전문 인력 확보 및 신규 일자리의 창출 효과 기대
- 건설사 및 지자체 등 대규모 인프라 구축사업 및 실내 조경 인테리어 산업, 도시 농업 등에 이용이 기대
활용방안 ○ 미세먼지 제거 및 습도 조절을 통한 실내 공기질 개선의 핵심요소기술 및 미래원천기술 확보 (시스템 기술)
○ 후속 연구를 통한 프로토타입 장치를 개발하고 제작하여 시스템의 신뢰성 및 안전성을 평가하고, 시범운영을 통해 실용화 및 사업화를 위한 실제 환경 사용 가능성 및 사용적합성을 증명
○ 주요 활용 방안
- 빌딩 건물 공기질 개선 장치: 빌딩 건물 내 미세먼지를 제거하고 습도 조절을 통한 쾌적하고 건강한 생활환경을 조성하고 추가적인 냉난방의 효과도 얻을 수 있음. 또한 겨울철이나 봄철에 외부의 미세먼지 상황이 악화되었을 때 내부의 공기질 개선은 물론, 외부에서 유입되는 공기를 차단하고 정화하여 실내에 공급함으로써, 적절한 습도 및 미세먼지 프리 공기 공급 가능
- 실내 조경 인테리어: 공기질 개선을 통해 막증류를 포함한 액체 건조제 순환에서 회수된 물자원을 실내 조경 인테리어 조성 및 유지에 이용가능하고, 조성된 식생에 의해 부가적인 산소 공급이나 공기질 개선을 기대
- 도시 농업에 이용: 액체 건조제 순환 공정의 제습 및 물 회수 기술은 도시 내의 건물에서의 도시 농업 또는 스마트팜(smart farm)에 이용 가능. 이를 통해 대기-물-식량 연계 인프라 설계가 가능
- 그린 인프라 구축: 에너지 절약(빌딩에서 발생하는 폐열을 회수)과 스마트한 물순환, 대기질 향상이 필요한 미래 스마트 시티의 핵심기술로써 이용이 가능하여 빌딩단위의 그린 인프라 구축 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 액체건조제 미세먼지 공기정화 막증류 반응성 분리막
영문 Liquid Desiccant Fine Dust Air Purification Membrane Distillation Reactive Membrane
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 [서식1] 최종보고서-보완사항 반영_최종.pdf   다운로드

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