플러스에너지빌딩 혁신기술 연구센터는 지속 가능한 건축 에너지 솔루션을 개발하고 에너지 효율을 극대화하기 위해 세 개의 전문 연구그룹으로 구성되어 있음. 첫 번째 연구그룹은 신재생에너지 생산 및 변환 성능 고도화를 목표로 하며, 건물일체형 태양광 및 열 발전(BIPVT)의 성능을 극대화하여 열에너지 생산량을 350 W/m²로 달성하고, 잉여전력을 수소로 변환하는 효율을 75%까지 향상시키는 기술을 개발함. 또한, 연료전지 발전기술을 통해 에너지 생산량을 0.3 W/cm²까지 증대시키고, 중저온 폐열을 활용한 열-전기화학 전지를 개발하여 신재생에너지의 생산 및 변환 성능을 고도화함. 두 번째 연구그룹은 고밀도 건물에너지 저장 및 활용 기술을 적용한 냉난방 겸용 혼합축열 기술을 개발함. 냉매와 용액 혼합물을 활용한 열에너지 저장기술의 저장밀도를 500 kJ/kg으로 향상시키고, H₂O/LiBr 용액의 상온 농도차 포텐셜을 이용한 열에너지 저장(SSA) 기술을 개발함. 이를 바탕으로 SSA를 통한 냉난방 동시 활용 시스템(COP 0.5)과 솝션 열배터리 시스템(COP 0.4)을 구축하여 건물의 냉난방 부하 변동에 유동적으로 대응할 수 있는 고효율 혼합축열조(축열밀도 30 kWh/m³)와 수소 저장 시스템(수소 저장 효율 80%)을 개발함. 세 번째 연구그룹은 패시브 및 액티브 핵심 원천기술과 건물유형별 통합시스템 최적설계 기술을 개발함. 패시브 디자인과 액티브 시스템의 핵심기술을 결합하여 건물의 에너지 부하를 저감하고, 다양한 건물 유형에 맞춘 통합시스템 설계를 최적화함. 실증데이터를 기반으로 한 통합 최적화 플랫폼을 구축하여 주거 및 비주거 건물 모두에서 플러스에너지 20%를 달성할 수 있도록 지원함. 플러스에너지빌딩 혁신기술 연구센터는 이러한 연구를 통해 에너지 효율 증대와 탄소 배출 저감을 실현하며, 경제성 높은 신재생 에너지 솔루션을 제공함으로써 친환경 건축과 에너지 전환에 중요한 기여를 하고 있음.

이 연구는 환경 친화적 에너지 시스템 구축을 목표로 하는 제로배출 자연냉매 복합발전 시스템 최적화 및 기술경제성 평가 프로젝트로, 자연냉매를 활용한 발전 시스템의 효율성과 경제성을 극대화하고자 함. 본 연구의 필요성은 급격히 증가하는 에너지 수요와 기후 변화 대응을 위해 탄소 배출을 최소화한 신재생 에너지 시스템의 개발이 절실히 요구되는 데 있음. 연구 목적은 자연냉매를 이용한 복합발전 시스템의 최적화를 통해 에너지 효율을 향상시키고, 기술경제성을 평가하여 실용화 가능성을 검증하는 데 있음. 이를 위해 1차년도에는 시스템의 구성 요소에 대한 수치해석 모델을 개발하고, 3D 프린팅 기법을 적용한 열교환기의 최적화를 수행함. 또한, 배출가스 조건을 고려한 아민기능화 흡수제를 개발하여 CO₂ 포집 성능을 평가함. 2차년도에는 개발된 수치해석 모델을 실험적으로 검증하고, 3D 프린팅 열교환기의 성능을 평가하며, 최적화된 흡수제를 적용한 CO₂ 포집 시스템의 성능을 분석함. 3차년도에는 통합된 제로배출 자연냉매 복합발전 시스템의 수치해석 기반 성능평가를 수행하고, 비주거 및 주거형 건물 적용 시나리오를 기반으로 에너지 저감 및 이산화탄소 배출 저감 효과를 평가하며 경제성을 분석함. 기대 효과로는 에너지 효율 증대와 탄소 배출 저감을 통해 환경 보호에 기여할 뿐만 아니라, 경제성 평가를 통해 실용화 가능성을 확보함으로써 신재생 에너지 시장에서의 경쟁력을 강화할 수 있음. 결론적으로 본 연구는 제로배출 자연냉매 복합발전 시스템의 최적화와 기술경제성 평가를 통해 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하고, 친환경 에너지 전환에 중요한 역할을 할 것으로 기대됨.

이 연구는 전기화학적 압축기를 이용한 화학흡착식 히트펌프 시스템을 개발하는 것을 목표로 하며, 화학흡착을 통한 고효율 열펌프 기술을 구현하고자 함. 첫 번째 단계에서는 화학흡착 히트펌프의 흡착베드 성능을 검증하고 최적화하여 시스템의 효율을 극대화함. 그 후, 화학흡착과 전기화학적 압축기(ECC)를 복합한 시스템의 기본 설계를 완료하고, 이를 기반으로 테스트베드 시스템을 제작함. 1 kW급 화학흡착식 히트펌프를 제작하여 성능을 평가하고, 흡착제 코팅 기술을 고도화하여 시스템의 안정성을 높이며, 스케일업을 통해 실용화 가능성을 검토함. 또한, 10 kW급 화학흡착식 히트펌프 시스템의 레이아웃을 도출하고 설계를 진행함. 전기화학적 수소압축기의 설계를 통해 압력비를 상승시키고, 전기화학적 암모니아 압축기의 효율을 높이기 위한 최적의 운전 조건을 고찰함. 전기화학적 압축기의 단위 셀 실험과 사이클 적용 테스트를 통해 시스템의 성능을 검증함. 또한, NH3/H2 선택적 투과 멤브레인 개발 및 흡탈착 반응기용 다공성 탄소 구조체의 성능 개선을 위한 추가 공정을 개발함. MOF(Metal-Organic Framework)의 생산 공정을 최적화하고 기술을 개발하여 시스템 성능을 향상시킴. 화학흡착 히트펌프 시스템의 성능 및 효율 시험 절차서를 개발하고, 단체표준 제정을 위한 전문가위원회를 구성하여 운영함. 마지막으로, 테스트베드 열공급 시스템을 구축하고, 흡수식 열배터리 시스템의 거동 특성 기반 모델 최적화를 진행함. 이 연구는 고효율, 친환경적인 열펌프 시스템을 실현하고, 상용화 가능성을 높여 에너지 효율화와 환경 보호에 기여할 것으로 기대됨.

이 연구는 CO₂ 포집으로 구동되는 전기에너지 생산시스템을 개발하여 제로배출을 실현하고 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하는 것을 목적으로 함. 1차년도에는 열에너지 하베스팅 성능을 극대화하기 위해 나노기능화 흡수제를 개발하고, 착화제 혼합물을 최적화하여 열재생 배터리의 증발기 온도를 저감함. 이를 통해 무기물 메조다공성 물질의 합성 및 기능화를 통해 표면 특성을 향상시키고, 아민기능화 흡수제의 CO₂ 반응열을 달성함. 또한, 나노기능화 흡수제의 최적 조성비를 규명하고, 착화제의 재생온도를 80°C로 달성함. 2차년도에는 연소 후 공정에서의 CO₂ 포집 및 열에너지 하베스팅 시스템을 구축하고, 저온 열원으로 구동되는 열재생 배터리를 개발하여 에너지 변환효율을 5%로 향상시킴. 3차년도에는 연소 후 CO₂ 포집과 열에너지 하베스팅을 통합한 전기에너지 생산 시스템을 구축하여 CO₂ 포집 성능을 향상시키고, 열-전기 에너지 변환효율을 5%로 달성함. 연구 개발 성과로 SCI(E)급 저널 상위 10% 이상 논문 9편 이상을 게재하고, 국내 특허 3건 및 PCT 출원 2건을 등록함. 본 연구는 에너지 효율 증대와 탄소 배출 저감을 통해 환경 보호에 기여하며, 경제성 평가를 통해 실용화 가능성을 확보함으로써 신재생 에너지 시장에서의 경쟁력을 강화할 것으로 기대됨. 또한, 개발된 시스템은 산업 현장에서의 적용 가능성을 높여 탄소 중립 목표 달성에 중요한 역할을 할 것으로 전망됨.

이 연구는 열에너지를 다소비하는 산업설비의 에너지 효율을 극대화하고 운영 비용을 절감하기 위해 스마트설계 플랫폼을 개발하고 이를 실증하는 것을 목표로 함. 연구의 배경으로는 기존 열에너지 설비의 비효율적인 설계와 운영으로 인한 에너지 낭비와 환경적 부담이 있으며, 이를 해결하기 위해 AI 기반의 설계 기술과 통합된 플랫폼 개발이 필요함. 연구 목적은 총괄적으로 스마트 설계 플랫폼의 개발과 비즈니스 모델 수립을 통해 열발생, 열이용, 열회수 기기의 설계기술을 고도화하는 것임. 방법론으로는 첫 번째로 AI를 활용한 열교환기 설계와 공통기기 설계 모델 최적화를 수행하고, 두 번째로 상용급 연소기 설계 모듈과 다양한 용도의 열설비 설계 기술을 개발함. 세 번째로 공업로 설계 프로그램 패키지와 소성로 설계기술을 개발하여 건조기 설계 모델을 검증하며, 네 번째로 흡수식 및 압축식 히트펌프 설계 모듈을 구축하고 실증용 히트펌프 시스템을 설계함. 기대 효과로는 에너지 소비 절감과 함께 설비 운영의 효율성을 높이고, 환경 친화적인 산업 공정을 구현할 수 있으며, 경제성 평가를 통해 실용화 가능성을 확보함. 또한, 스마트 설계 플랫폼의 상용화를 통해 다양한 산업 분야에 적용 가능성을 확대하고 에너지 관리 혁신을 선도할 수 있을 것으로 전망됨. 결론적으로 본 연구는 통합적인 접근을 통해 열에너지 다소비 산업설비의 에너지 관리 문제를 효과적으로 해결하고, 지속 가능한 산업 발전에 기여할 것으로 기대됨.