2020- CarbonToX- 1

공모유형

지정(Top- down)

유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발

□ 추진배경

ㅇ 제21차 유엔기후변화협약 당사국총회('15)에서 파리 기후협정이 채택ㆍ발효('16)되면서 신기후체제가 출범하였고, 감축목표 달성을 위해 대규모 CO₂ 감축 기술인 CCUS가 핵심기술로 부상

-  CCUS 기술은 화석연료를 중심으로 하는 현 산업구조를 크게 변경하지 않으면서도 온실가스를 감축할 수 있는 유일한 대안으로 주요국들은 관련 기술개발을 활발히 추진 중임

-  CCU 기술은 이산화탄소를 자원으로 재활용하여 유용한 탄소화합물로 전환하는 기술로 CCS에 비해 기술 성숙도는 낮으나, 저장소 확보가 어려운 우리나라에서 CCS의 기술적 대안으로 부각됨

ㅇ CCU 기술은 신산업 창출이 가능한 기술로 주목받고 있으며, 이에 유럽, 중국 등 주요국은 국가비전을 선포하고 민간기업의 적극적 참여하에 기술개발 가속화 중

-  유럽은 '30년 CO₂ 활용 탄소중립형 고부가가치 제품 수출, '50년 100% CO₂ 화학산업화를 통해 유럽 산업의 르네상스를 주도할 기술 확보, 중국은 '30년 50조 원 이상 부가가치 창출기술 확보를 비전으로 제시함

-  Global CO₂ Initiative는 CO₂ 활용 연료, 신소재, 고분자 등 개발로 '30년 연간 900~1,300조 원 규모의 시장이 창출될 것으로 전망함

ㅇ 선진국의 CCU 집중 투자에 대응하여, 기술적 의존 및 산업 경쟁력 약화 등에 선제적으로 대응하기 위한 정부 주도의 R&D 사업 추진이 필요함

-  성과 가시화를 위해 실증 수준의 기술개발을 정부 주도로 진행하여 사업의 리스크 회피와 국가주도 성장 모델 정립이 필요함

-  민간부문의 본격적 투자 유인을 위한 규제 및 인센티브 정책이 부재한 상황으로 국가 차원의 CCU 기술에 대한 지속적인 연구개발 지원책 우선 추진이 필요함

ㅇ 우리나라의 경우 일부 실증형 국가 R&D 프로젝트에서 민간이 참여하는 것 외에는 시장 형성 초기단계이나, 장기적 관점에서 배출권거래 가격 상승에 따라 CCUS 기술의 시장 도입이 활성화될 전망

-  높은 제조업 비중('13년 기준 31%)으로 인해 화학제품의 수요가 높기 때문에 경제성이 확보된 CO₂ 전환 기술 개발 시 시장 침투가 매우 용이함

-  국내 화학 산업 생산액은 110조 원(세계 5위)으로 온실가스 전환기술을 통한 유용물질 생산기술 확보 시 신산업 창출 및 탄소배출 거래의 이익 창출이 가능함

ㅇ CCU 기술은 생산비용 저감, 전환공정의 효율성 개선, 설비 Scale- up, 시장 형성 등 도전과제에 직면하고 있는 상황으로 이러한 문제점들을 극복하기 위한 국가 R&D를 통한 통합적 솔루션 도출이 필요함

-  선행연구에서 기 확보된 기술성과 및 연구 인프라를 연계ㆍ활용하여 R&D 투자 효율성을 제고해야 함

-  온실가스 감축효과 및 경제성 확보가 가능한 CCU 기술을 우선적으로 선별하여 상용화를 위한 실증화 기술개발 추진이 필요함

□ 과제제안요구서(RFP)

연구주제명

유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발 

1. 연구목표

□ 최종목표

ㅇ 2030년 CCU 부문 국가 온실가스 감축 목표 달성 기여를 위해 기존 화석원료 기반 공정 대비 1 tonCO₂/tonProduct 이상 온실가스 감축이 가능하고 기술경제성이 확보된 CCU 핵심(원천)기술 개발 및 실증

□ 단계목표(3+2)

ㅇ 1단계(핵심기술 및 공정개발) : 기술경제성 평가(TEA) 및 전 과정 평가(LCA) 분석결과를 기반으로 한 혁신소재 및 전환촉매 선정 등 핵심기술 개발, 각 기술별 파일럿 실증공정 설계 

ㅇ 2단계(공정 실증) : 최종목표 달성이 가능한 공정을 대상으로 파일럿 실증공정 구축 및 운전을 통한 공정 최적화, 기술검증 및 고도화를 통한 온실가스 감축효과 및 경제성 확보

ㅇ TEA 및 LCA, 소재 성능 객관화, 탄소배출권 확보 및 활용 방안 수립, 기술 사업화를 위한 정보공유 시스템 등 병행

2. 연구내용 및 범위

□ (총괄과제 1)

ㅇ CCU 분야에서 국제적으로 통용되는 연구개발 전주기 TEA 및 LCA 평가 방법론을 제시

ㅇ 위의 방법론을 기반으로 각 기술별 연구 목표, 내용 및 성과 점검

ㅇ 타 총괄과제와의 협업을 통한 기술 완성도 제고

ㅇ 기술사업화를 위한 정보공유 시스템 운영 등 전략적 R&D 허브 및 지원 역할 수행

□ (총괄과제 2) CO₂ 순환형 전기화학적 CO 생산 기술 개발

ㅇ 고순도 CO 생산을 위한 CO₂ 전환 촉매 개발

ㅇ 고성능 CO₂ 전환 반응기 및 고내구성 산화촉매 제조 기술 개발

ㅇ CO₂ 전환용 고내구성 이온교환막 개발

ㅇ (2단계) 10kg/day 이상 CO 생산 규모 생산시스템 개발 및 실증

□ (총괄과제 3) CO₂ 동시 포집- 전환 포름산 제조 기술개발

ㅇ 수소화 반응 비균질계 촉매 기술개발 및 대량생산 기술 개발

ㅇ 이산화탄소의 포집 및 전환을 통한 포름산 제조 공정 개발 

ㅇ (2단계) 10kg/day 이상 포름산 제조 공정개발 및 실증

□ (총괄과제 4) CO₂ 함유 고기능성 친환경 고분자 제조 기술 개발

ㅇ 블록공중합을 통한 취약 물성 보완 및 분해성 조절이 가능한 고분자 사슬구조 설계합성 기술 개발

ㅇ 최종활용처(비즈니스모델 포함) 및 이에 적합한 고분자 물성 제시

ㅇ 무독성 고효율 촉매기술 개발 

ㅇ 미생물에 의한 고분자 분해 기작 및 제어기술 개발

ㅇ (2단계) 10kg/day 이상 고분자 제조 기술 실증

ㅇ (2단계) 고분자의 CO₂ 함유량 20%(w/w) 이상 함유, 생분해성 인증 획득

□ (총괄과제 5) CO₂ 광생물전환 공정을 통한 플라스틱 생산 기술 개발

ㅇ 연소 배가스를 이용한 폐쇄형 미세조류 광생물배양기술 개발

ㅇ 미세조류 전처리 및 블렌딩 플라스틱 제품화 기술 개발

ㅇ 고효율/저비용 미세조류 수확, 탈수, 건조 기술개발

ㅇ (2단계) 20m³ 규모 미세조류 배양 기반 7.5kg/day(건조중량 기준) 이상 바이오매스 생산기술 실증

3. 성과목표

□ 기술 실용화가 가능한 핵심 원천기술 4종 이상 확보 및 2종 이상 실증

ㅇ 국가 온실가스 감축 기여 및 신산업 창출을 위한 비용지표 및 CO₂ 저감지표와 예상 목표단가 및 CO₂ 배출량은 TEA 및 LCA 평가를 통해 기술별로 제시할 것

※ 각 CCU 기술 별 비교기술은 동일 또는 시장 대체 제품으로 비교하고, 고분자 및 플라스틱 최종 생산물은 연구책임자가 비교기술에 대한 성능지표는 변경 및 추가 제시 가능

※ 국내외 National Life Cycle Inventory(LCI) DB(ex. Eco- invent 3.0 이상 버전 등)를 대상으로 기존 공정 대비 CO₂ 목표 배출량을 제안할 것. 단, 관련 배출계수가 없을 경우 유사 DB 활용 가능

※ 기술·경제성 평가 시 국내 기준으로 하되 동일항목에 대하여 같은 값을 적용

4. 사업 추진체계

□ 연구단 구성

ㅇ 연구단장

-  (역할) 사업계획 수립, 연구단 총괄 운영‧점검‧관리, 제도 개선사항 발굴 등 연구단 총괄 관리 수행 및 CCU 분야 정책 수립 지원 등

-  총괄과제 1의 TEA 및 LCA 분석 결과를 기반으로 총괄과제 2~5의 성과(CO₂ 감축량 목표치 등)를 관리해야 함 

-  총괄과제 책임자 및 세부과제 책임자를 겸할 수 있음

※ 연구단장은 본 연구단에 참여율 70% 이상 설정

ㅇ 총괄과제 1

-  (역할) TEA 및 LCA를 통한 타 총괄과제 지원 기능 수행, 기술 사업화를 위한 정보공유 시스템 운영 등 전략적 R&D 허브 및 지원 역할 수행, CCU 분야 정책동향 분석 및 정책‧제도 개선과제 발굴 등

ㅇ 총괄과제 2 ~ 5

-  (역할) 기술 분야 별 실질적인 기술개발과 실증 연구 수행

-  (구성) 4대 분야별 총괄/세부과제 책임자 및 참여 연구원 등

※ 연구단 내에서 총괄연구책임자의 구체적 역할과 권한 제시 필요

ㅇ 자문위원회

-  (역할) 과제기획, 방향설정, 세부과제 평가 등 사업관리와 정책발굴에 참여

-  (구성) 관련 분야 전문가

※ 산‧학‧연 전문가를 포함(산업계 전문가 최소비율 30% 이상)

5. 특기사항

ㅇ 연구단장은 5개 총괄과제의 연구 컨소시엄을 구성하여 신청 및 선정평가 진행

ㅇ 연구단장은 총괄과제 책임자와의 협업 등을 통한 연구성과 극대화 방안을 연구계획서에 제시

ㅇ 각 기술별 TEA는 현재 시점으로 도출하고, LCA는 공급전력원에 따른 이산화탄소 감축량은 배제하고 기존 비교기술 대비 본 과제에서 개발된 기술의 공정으로만 한정하여 도출할 것

ㅇ 공정 실증을 위해 1단계 연구계획서에 기업 참여의향서를 필수 제출하고, 2단계 실증 추진 과제는 기업이 세부과제주관기관으로 필수 참여해야 함

ㅇ 각 기술별 최종생산물에 대한 성분 및 물성에 관한 공인기관 시험성적서 제시

ㅇ 공고된 연구 목표 및 내용, 예산 등은 추후 단계별 연구수행과정에서 기술, 시장, 정책 변화 및 정부 예산사정 등에 따라 추진위원회의 승인 하에 변경 가능

ㅇ 연구주제안내서 및 RFP에 제시된 필요성과 목표, 연구내용 등을 고려하여 연구 책임자가 제안서에 명확하고 구체적인 수준의 추가 성과목표를 제시하고, 필요시 선정평가 후 추진위원회의 의견에 따라 목표 및 내용 조정 가능 

ㅇ 연구계획서에 각 과제 성과의 기술 사업화 및 비즈니스모델을 필수 제시

ㅇ 연구계획서에 기존에 수행되었거나 수행되고 있는 타 사업/과제와의 차별성을 명확히 제시

6. 연구기간 및 연구비

ㅇ 사업 총 연구기간 : 5년 (3+2, '20~'24년)

ㅇ 총사업비 : 정부지원 총 450억원, '20년도(6개월분) 40억원

※ 민간 부담금 별도