2019년도 산업소재 핵심기술개발사업 신규지원 대상과제 안내문

1. 사업개요

□ 사업목적

○ 국가 성장전략에 기반한 전략기술 분야의 핵심‧원천기술 개발에 대한 집중 지원을 통해 미래신산업을 육성하고 주력기간산업의 산업경쟁력을 제고하여 미래 신성장동력을 창출

- 대표적 소재부품산업인 화학, 금속, 섬유, 세라믹 및 첨단뿌리산업의 핵심원천기술개발 지원을 통해 산업경쟁력 제고 및 전방산업의 수요에 적합한 핵심소재를 공급함으로써 관련 산업의 성장잠재력 확충

□ 지원대상분야

○ 산업소재(화학공정소재)분야의 주력산업 고부가가치화, 신성장동력 및 신기후 체제 대응을 위한 소재 및 공정기술 개발 지원

2. ‘19년 신규지원 대상과제

□ 공고예산 : 5억원

□ 신규지원 대상과제(품목) : 2개

사업분야	순번	과제명	주관기관	19년 지원규모	수행기간 (개월)	기술료	과제유형			과제특징
							가	나	다
화학공정소재	1	대용량 에너지 저장용 지지체 강화 유무기 하이브리드 전해질막 소재 개발	중소·중견기업	2.5	39	징수	일반	혁신제품	품목지정	규제개선
	2	치수안정성 및 내열성이 우수한 전장부품용 고내열 고강도 복합소재	중소·중견기업	2.5	39	징수	일반	혁신제품	품목지정

* 지원대상 과제별 과제제안요구서(RFP)는 하단 내용 참조

* 과제제안요구서(RFP) 내용의 총사업비 및 총수행기간은 평가위원회에서 조정 가능함

○ 기술료 징수 : 영리기관이 반드시 수행기관으로서 과제에 참여해야 함

○ 기술료 비징수 : 정부출연금 100%까지 지원가능하며 수행 결과에 대해서는 공개하여야 함

3. 문의처

분야	과제제안요구서(RFP)		과제접수/신규평가 일정/절차
	담당부서	연락처 (053-718-내선번호)	담당부서	연락처 (053-718-내선번호)
화학공정소재	화학공정PD	8378	섬유화학금속팀	8312
				8362

[첨부1] 산업소재 핵심기술개발사업 지원지원 대상 RFP/품목

[첨부2] 산업소재 핵심기술개발사업 신규과제 실무작업반 명단

[첨부1] 산업소재 핵심기술개발사업 지원지원 대상 RFP/품목

관리번호

2019-화학공정소재-일반-품목-01

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

고분자 재료

에너지·환경소재

융합유형

□ 신산업창출형  ■ 산업고도화형  □ 해당 없음

해당여부

□ 특허연계  □ 표준연계     □ 디자인연계    □ 글로벌 R&D

□ 초고난도  □ 경쟁형 R&D  □ 기획경쟁  □ 경진대회형 ■ 규제개선

품목명

대용량 에너지 저장용 지지체 강화 유무기 하이브리드 전해질막 소재 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)용 유무기 하이브리드 전해질 막 기술

- 저비용 다공성 고분자 박막 지지체 기술 개발 (예시 올레핀계)

- 가공이 쉬운 액상형 이온기 함유 유-무기 하이브리드 물질 합성 기술 개발

- 내화학성이 우수한 불소계 아이오노머와 이온기 함유 유-무기 하이브리드 물질을 다공성 고분자 지지체에 도입한 강화 복합막 제조 및 성능 평가 (대면적화 및 파일럿 생산 기술, VRFB 스택 성능 및 신뢰성)

ㅇ 바나듐 레독스 흐름전지용 유무기 하이브리드 전해질 막

- 바나듐 레독스 흐름전지는 바나듐 설페이트를 황산수용액에 용해하여 바나듐의 산화환원능 (V2+, V3+, VO2+, VO2+)을 바탕으로 프로톤과 전자전달을 통해 전기에너지를 회수하는 기술임

- 상기의 바나듐 레독스 흐름전지는 현재 주로 기공이 없는 이온전도성 고분자막을 이용하고 있으며, 이는 프로톤을 이송하고 바나듐의 투과를 억제하는 기능을 구현함

- 대표적인 제품은 듀폰의 나피온막이 주로 제품화되었으나, 고가 ($1,000/m2 이상) 이며 고투과도 (3.5x10-7 mol/cm2min 이상) 문제를 야기하여 상업화의 걸림돌이 되고 있음

- 상기 문제를 해결하기 위해 최근 저가 (100,000원/m2이하) 지지체 강화 유무기 하이브리드 고분자 전해질막 소재 기술 개발이 시도 중임

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 저비용 장수명 레독스 흐름전지 상업화 기술 개발에 활용 가능

- 바나듐 레독스 흐름 전지 기술에 직접 적용

- Zn/Br 흐름 전지 기술에 적용

ㅇ 비바나듐계 흐름 전지 기술 개발에 적용 가능

- 기공제어, 두께제어, 무기성분 도입량 제어 등을 통한 흐름 전지용 복합막 물성 제어로 다양한 흐름 전지 및 에너지 저장 디바이스 기술 개발에 활용 가능 (비바나듐계 흐름 전지, 연료전지, 수처리 장치 등)

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표*		단위	달성목표
1	이온 전도도	S/cm at R.T.	0.08 이상
2	바나듐 이온 투과도	cm2/min	3x10-7 이하
3	막 유효폭	mm	1000

* 공인시험성적서 제출 필수

2. 국내외 기술 동향

o VRFB는 활물질의 조성 및 전달되는 이온의 종류에 따라 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 양쪽성 이온 교환막을 사용할 수 있으므로 활물질을 투과시키지 않고 양이온 또는 음이온만 선택적으로 이동시킬 수 있는 선택적 이온 전달 소재 혹은 크로스오버를 일으키는 물질을 blocking하여 보다 높은 에너지 효율과 저가화를 동시에 추구하는 방향으로 연구 진행 중

o 상업용 VRFB에 주로 사용되는 막은 듀폰사의 Nafion 막임. 나피온 막의 경우 화학적 안정성은 우수하나, 바나듐 이온의 높은 투과 (높은 crossover)로 인해 에너지 효율이 떨어지는 단점이 있고, 독일 Fumatech 막의 경우에도 불소계 기반 고분자 막을 상업 판매하면서 저가 모델을 출시하였으나, 여전히 투과도가 높은 문제점이 있음

o 다공성 막은 silica를 도입한 polyethylene silica 분리막이 Kazacos 그룹 등에서 사용되었으나, 바나듐 이온의 crossover가 높아 효율이 낮아지는 단점과 분리막의 저항 증가 성질 때문에 셀 성능 저하의 문제가 제기되고 있음. 현재까지 다공성 분리막 분야에 대한 연구는 진행된 사례가 매우 적은 상태임

ㅇ 한국화학연구원은 고분자 전해질 막을 통해 VRFB 성능(에너지효율>75% @ 100mA/cm2)과 내구성(충방전 사이클 > 500회)을 구현한 바 있음. KAIST 및 GIST에서도 Zn/Br 레독스 흐름전지용 다공성 구조를 포함하는 비이온 교환형 고분자 전해질 소재를 개발한 바 있음. LG화학, 코오롱, 성균관대에서는 폴리(아릴렌에테르케톤)기반의 탄화수소계 고분자 막 기술 개발을 시도하였음. 아이비티는 불소계 지지체에 탄화수소계 고분자를 함침한 복합막 제조를 시도하였음. 서울과기대에서는 다공성 지지체 후막에 불소계 고분자를 박막 코팅하는 연구 진행중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 국내외 VRFB용 고분자 막은 고투과도, 저내구성 및 높은 제조 단가 문제가 제기되고 있음. 따라서, VRFB  상업화를 위해 저비용, 고성능 고분자 막 제조 기술 개발이 시급히 요구됨

ㅇ 저가 지지체 강화 유무기 하이브리드 고분자 막 제조 기술은 저비용 고분자 기재에 불소계 아이오노머와 이온기 함유 유-무기 하이브리드 물질을 사용하여 이온전도 목적의 나노기공 형성, 우수한 막저항, 저투과도 특성을 동시에 구현함으로써 대용량 전력 저장장치에 사용가능한 신규 저가형 상업용 고분자 막 제조 기술을 국산화하여 국내외 바나듐 레독스 흐름 전지의 대용량화 및 상업화를 크게 앞당길 수 있으므로 신규 시장 선점을 위한 기술 선도형 핵심 요소 기술 확보가 시급히 요구됨

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 흐름전지용 전해질 막 소재는 세계적으로 2500억원 시장이 초기에 형성될 수 있으며, 개발된 저가 지지체 강화 유무기 하이브리드 고분자 막 소재는 기존 나피온막 소재 대비 차별화된 저비용, 초장수명 특성을 바탕으로 새로운 에너지 저장장치 또는 수처리, 의료, 화학 분야로의 신산업에 빠르게 적용되면서 시장 규모 및 성장 가능성이 매우 클 것으로 예상

ㅇ 이에 따라, 초기 시장 확보를 통한 세계 시장 장악력 확대와 국내 기술의 세계 시장 선도를 위해 집중적인 경제적 지원이 요구됨

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 정부의 원전대체를 통한 신재생 에너지원의 활성화 방안을 구현하기 위해 대용량 에너지 저장장치의 기술 개발이 필수적임. 특히, 대용량 에너지 저장 장치로서 바나듐 레독스 흐름전지는 현재 고가의 고분자 막 기술의 한계로 시장성 및 상업성이 한계를 보이고 있음. 이를 해결하기 위한 핵심 소재 기술인 유무기 하이브리드 고분자 막 제조 기술 개발이 현재 시급히 요구됨

ㅇ 또한, 기후변화의 영향으로 여름철과 겨울철에 전력 수급이 안정적이 못한 결과 정전에 대한 막대한 경제적 손실이 해마다 증가추세임. 이를 해결하기 위하여 전력 수급 안정화 측면에서 대용량 ESS 기술로서 바나듐 레독스 흐름전지 기술의 상업화가 조기에 요구되고 있으며, 특히 상기 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심 소재인 저비용 유무기 하이브리드 고분자 막 제조 기술 개발이 현재 기술 시장 장악을 위해 시급히 개발 요구됨

□ 규제개선 요구사항

ㅇ 대용량 전력 저장장치로서 장점이 큰 바나듐 레독스 흐름전지의 상업화를 위해 위험물 취급에 대한 법규(황산 저장 탱크 설치) 및 신재생 에너지 연계 REC (신재생에너지 공급인증서. Renewable Energy Certificate) 값의 상향 조정이 필수적임

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 :  39개월 이내 (1차년도: 3개월, 2차년도: 12개월, 3차년도: 12개월, 4차년도: 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘19년 2.5억원 이내(총 정부출연금 32.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 :  중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 :  징수

<(화학공정소재) 후보 – 02>

관리번호

2019-화학공정소재-일반-품목-02

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

고분자재료

섬유재료

융합유형

□ 신산업창출형  ■ 산업고도화형  □ 해당 없음

해당여부

□ 특허연계  □ 표준연계     □ 디자인연계    □ 글로벌 R&D

□ 초고난도  □ 경쟁형 R&D  □ 기획경쟁  □ 경진대회형 □ 규제개선

품목명

치수안정성 및 내열성이 우수한 전장부품용

고내열 고강도 복합소재

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 금속 소재를 대체하여 구동과 관련된 전장 부품에 적용이 가능한 극한 환경용 고내열 고강도 복합소재 기술 개발

ㅇ 변속기 유로를 제어하는 금속 밸브 스풀 대체 가능 윤활 특성이 향상된 고정밀 성형 복합소재 및 제조 공정 개발 기술

- 윤활 특성을 개선하기 위한 첨가제 개발 및 이를 활용한 복합소재 개발 기술

- 적용 제품의 치수 정밀도를 만족시키기 위한 저변형 복합소재 개발 기술

ㅇ 자동차 커넥터 및 기어류에 적용 가능한 치수안정성, 고내열 특성을 갖는 복합소재 및 제조 공정 개발 기술

- 저흡습 특성 구현을 통한 치수 안정성 확보 기술

- 산화방지 및 열안정성 확보를 통한 장기내열성 발현 기술

- 구동 및 전장부품에 적용가능한 내열성 확보를 위한 소재 가공 기술

- 성형성 개선을 위한 유동 조절 기술

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 높은 치수 정밀도 및 내열성 요구되는 그린카용 전장부품

- 센서(온도 및 압력센서) 커넥터류 등 (치수안정성, 절연성, 난연특성 요구)

- 밸브스풀 및 기어류 등 (내마모 특성, 치수안정성, 경량 특성 요구)

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	내열성	℃	250 이상
2	장기내열성 (150℃, 1,000hr)	%	인장강도 retention 85% 이상
3	치수안정성(CTL, FD)	um/m℃	12 (55~160℃ 구간)

* 2종 이상의 시작품 제시 필수

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내의 경우 범용 소재를 제외한 대부분의 고부가가치 소재는 수입에 의존하고 있는 실정으로 향후 급성장이 예상되는 고부가가치 소재의 응용 기술 확보가 필요한 상황

- 자동차에 가장 많이 사용되는 엔지니어링 플라스틱인 PA의 경우, 국내 복합재료 기술이 많이 발전하였으나, PPS, PPA와 같은 수퍼엔지니어링 플라스틱의 복합ㆍ가공 기술은 아직 부족한 실정

* PPS(polyphenyl sulfide)의 경우, 원소재 개발과 일부 적용 부품 개발에 대한 정부 R&D를 추진 중이나, 확대 적용을 위해서는 많은 기술 개발이 필요한 상황

* PPA(polyphthalamide)의 경우, 원소재 개발을 비롯한 부품화 기술에 대한 국내 기술은 매우 부족한 상황

- 현재 자동차에서는 해외 선진소재사 제품을 활용하여 기술 개발을 추진 중이나, 높은 소재 가격과 부품별 맞춤형 소재 개발에 애로사항이 있음

ㅇ 해외의 경우, 수퍼엔지니어링 플라스틱을 활용한 고내열 고강성 복합소재 개발이 활발히 진행되고 있음

- PPS, PPA, PEEK 등 내열성이 우수한 수퍼엔지니어링 플라스틱을 활용하여 금속을 대체하는 연구가 꾸준히 진행 중

- 엔진룸 주변 부품인 thermostat housing, engine water jacket spacer, pump impeller, engine cover, brake booster piston 등 다양하게 적용 중

- 아직까지 변속기 내 밸브 스풀을 복합소재를 적용하여 양산한 사례는 없으나, 기술 개발은 진행 중이라고 알려져 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 고내열 고정밀 부품용 플라스틱 시장은 해외 일부 메이커 독점 생산 분야로 국내 부품사들은 해외메이커 종속적으로 끌려다니는 상황이며, 경쟁 부품사 대비 소재의 수급 및 우수 Grade의 확보에 어려움이 있음

ㅇ 2025년을 기점으로 더욱 강력한 자동차 환경규제 및 연비규제가 시행될 전망으로 이에 대한 대착 마련이 시급한 상황이며, 이에 대한 선제적 대응으로 자동차 경량화가 주목받고 있음

- 자동차 경량화는 내연기관의 연비 향상과 전기차의 주행거리 향상을 동시 만족 가능한 분야임

ㅇ 자율전기차의 시장 확대로 인해 다양한 화학소재의 수요 증대가 예상되며, 금속을 대체할 수 있는 다양한 기능 특성을 요구하고 있어 이에 대한 기술 확보 시급하나, 범용 고분자 대비 (수퍼)엔지니어링 플라스틱의 국내 기술 경쟁력 부족

- 요구 기능 : 경량화, 치수안정성, 고내열성, 내전압, 내마모 특성 등

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 고정밀 화학소재 분과는 글로벌 메이커에서 독과점으로 생산하고 있는 분야이며, 이러한 이유로 국내 부품사에서 해외대비 비싼 가격으로 소재 구입중

ㅇ 고부가 소재이지만 소량 다품종 생산품목으로 중소기업에 적합한 형태의 제품임

ㅇ 범용 소재 생산위주의 국내 화학소재 산업의 부가가치율은 지속적인 하락을 보이고 있으며, 고부가 소재 생산을 통한 화학소재 기업의 부가가치 향상 방안 마련 필요 (화학소재 자동차 경량소재 시장 30$Bn (2017년 / CAGR 6%)

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 자동차 산업 고성능 화학소재의 해외 의존도가 매우 높으며 이로 인한 기술경쟁력 악화 심화 추세임

ㅇ 국내 자동차 산업 생태계 붕괴로 화학소재 산업의 경쟁력 악화

- 후방산업인 화학소재 산업은 전방산업인 수송기기 산업의 경쟁력 악화로 인하여 지속적인 성장하락이 예상됨

- 기술경쟁력이 확보된 고부가 소재의 개발이 절대적으로 필요함

ㅇ 수송기기와 소재 산업과 같은 타 산업간 기술 융합은 고위험, 고수익의 부가가치를 생산할 수 있으며, 장기간ㆍ고비용의 투자 사업으로 민간 주도의 어려움이 있음

- 변화되고 있는 자동차 패러다임을 선도하기에는 국내 기업 규모, R&D 투자, 국내 기술 수준, 인프라 등이 부족하여 정부 지원이 절실함

* 복합소재 개발의 실질적인 주역은 중소중견기업 수준의 가공 업체로, R&D 투자 여력 부족

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 :  39개월 이내 (1차년도: 3개월, 2차년도: 12개월, 3차년도: 12개월, 4차년도: 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘19년 2.5억원 이내(총 정부출연금 32.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 :  중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

[첨부2] 산업소재 핵심기술개발사업 신규과제 실무작업반 명단

우선 순위	품 목 명	실무작업반
		성명	소속	직위
1	대용량 에너지 저장용 지지체 강화 유무기 하이브리드 전해질막 소재 개발	김백암 황택성 김광제	앵스트롬스㈜ 충남대 한국화학연구원	대표이사 교수 책임
2	치수안정성 및 내열성이 우수한 전장부품용 고내열 고강도 복합소재	허진영 홍창국 김병각	㈜세프라 전남대학교 한국화학연구원	수석 교수 책임