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2012년 7월 2일 월요일

광화학반응에 수반된 전자이동 메커니즘에 대한 고찰


이하 JST press 기사인용 (원문은 여기)

고에너지가속기연구기구(KEK) 물질구조과학연구소의 사토우토쿠시 연구원, 노카와슌스케 준교수, 아다치신이치 교수, 대학이용기관법인 자연과학연구기구 분자과학연구소의 후지이히로시 준교수, 동경공업대학 대학원이공학연구과의 고시하라신야 교수의 연구팀은 100억분의 1초의 분해능으로, 태양전지나 광촉매의 기초반응에서 전자이동의 메커니즘을 해명하였다. 광에너지를 화학에너지로 변환하는 소과정의 해명은 앞으로의 재료개발에 유익한 정보가 될것으로 보인다. 
본연구에서 이용한 pump-probe법에의한 시간분해 x선흡수분광측정은, 광조사로인해 일어난 화학반응과정에서의 전자이동이나, 그에 수반된 분자구조의 변화를 관측 가능하게 해준다. 이 방법을 통해, 색소증감태양전지, 광촉매, 유기EL등의 디바이스가 실제 작동하는 모습을 관측하는것이 가능하므로, 고효율화등을 도모할수 있을 것으로 기대된다. 
본 연구의 성과는 미국화학회잡지 the journal of physical chemistry C 온라인판에 게재될 예정이다. 

図1

전자이동에의한 구조변화의 개념도

전자가 그림중의 중심에 있는 루테늄 (녹색)으로 부터 배위하고 있는 dipyridine분자로 이동하여, 그 전자가 dipyridine사이를  hopping 하고 있음.


논문명: Coordination and Electronic Structure of Ruthenium(II)-tris -2,2’-Bipyridine in the Triplet Metal-to-Ligand Charge Transfer Excited State Observed by Picosecond Time-Resolved Ru K-edge XAFS

2012년 4월 7일 토요일

자기열재생 (自己熱再生, Self-Heat Recuperation)에 의한 바이오에탄올 생산원가 절감에의 기대

堤 敦司 氏
堤 센터장 (교수)
 도쿄대학 생산기술연구소는 2012년 2월 2일 기자회견을 열어, 당 연구소 소속 에너지공학제휴연구센타 (Collaborative Research Center for Energy Engineering)의 센타장인 堤 (Tsutsumi)교수팀이 독자적으로 구축한 '자기열재생이론'에 기반을 둔 프로세스 디자인을 新日鉄(Nippon steel) 엔지니어링과 공동으로 바이오에탄올증류 프로세스 (pilot scale)에 적용한 결과 기존 증류시스템의 약 1/7의 에너지소비로 바이오에탄올 분리 및 농축에 성공하였다고  보고하였습니다. 이 프로젝트는 이전 게시물에도 소개되었던 NEDO의 '셀룰로오스계 에탄올 혁신적생산 시스템개발사업'의 일환으로 진행되었습니다.  (소개자료는 여기에)



 실제로 에탄올의 분리 및 농축은 바이오에탄올 생산에 소비되는 에너지의 약 60-70%를 차지하고 있어 바이오에탄올 생산의 상용화에 큰 걸림돌이 되어왔습니다. 기존 증류법을 탈피하고자 membrane 혹은 흡착제를 이용한 분리 및 농축에 관한 연구도 최근 활발히 이루어지고 있습니다만, 발효액 중 수 %에 불과한 에탄올을 분리 및 농축하는데 소모되는 에너지는 공비증류와 크게 다르지 않다는 분석도 있습니다. 지금까지의 대부분의 바이오에탄올 생산 프로세스의 경제성 분석이 기존의 공비증류 및 열회수 시스템을 중심으로 이루어져왔기때문에 바이오에탄올 상용화 전망이 그리 밝지는 못했으나, 이 자기열재생이론에 기초한 Tsutsumi교수팀의 바이오에탄올 분리 및 농축 프로세스는 바이오에탄올 상용화에 큰 기여를 할 것으로 생각됩니다. (자기열재생에 기반을 둔 프로세스 디자인관련 학술자료는 여기에) 

Scooped by Seo, Dong-June  (도쿄대학 생산기술연구소)

2012년 4월 3일 화요일

일본의 에너지-환경정책으로서의 절전

 2011년 3월11일의 동일본대지진에이은 후쿠시마 원전사고로 인해 지난해 여름 심각한 전력부족을 격었던 일본은 절전에 대한 의식고취를 위해 다양한 정책을 실시하고 있습니다.

 일본은 전기사업법 제 27조에 의해 계약전력이 500kw 이상되는 전력사용처 (사업장)는 국가가 직접 전력사용을 규제할 수가 있습니다. 하지만 가정에서의 전력사용은 도쿄의 경우 전체 전력 사용량의 대부분 (약 31%)을 차지함에도 일본정부가 강제적으로 규제할 방법은 없습니다. 대지진 직후 상황이 상황인지라 가정, 사업장 구분없이 지역별 계획정전까지 동원해가며 일본은 전력위기상황을 넘겼습니다. 도쿄도 환경국에 따르면 대지진이후 가정의 총 전력사용량은 자발적 절전노력등에 의해 감소하였으나 여름 피크타임의 전력소비량은 거의 줄지 않았다고 합니다. 이와같이 전력수급조절의 차원에서 가정에서의 절전은 매우 중요한 위치에 있다고 볼 수 있습니다. 그럼 도쿄도 차원에서 실시되고 있는 대표적인 '쇼에네정책' (절전정책)의 예를 들어보겠습니다.

<쇼에네진단원 제도>

도쿄 쇼에네진단원제도

 이 제도는 도쿄도 기후온난화방지추진센터가 도쿄도로부터 위탁을 받아 실시하고 있는 제도입니다. 도쿄도가 인정한 단체 (지역별 지정, 대부분 전력 및 가스회사)가 주민들로부터 절전등에 관한 진단의뢰를 받아 각 단체에서 교육한 쇼에네진단원을 가정에 파견하여 절전어드바이스를 무료로 해줍니다.  
 이 제도에의한 진단실적은 2009-2011년 까지 총 340건이였다고 합니다. 도쿄의 세대수를 생각하면 무척 미미한 수준으로 생각됩니다. 무료로 실시되는 제도이므로 적극적인 홍보가 이루어지지 않은 것이 그 원인이 아닐까 합니다. 또한 진단원에의한 어드바이스 효과 (절전량 증가)를 정량적으로 평가할 만한 장치가 없기 때문에 (일부 smart meter가 설치된 곳이 있기는 하나) 이 제도의 실효성을 논하기는 어렵습니다.

 이처럼 일본내 가정의 절전은 홍보 및 교육에 의존할 수 밖에 없는 상황입니다. 하지만 가까운 미래에 가정의 절전부담은 가정에서부터의 전력 생산-소비-역판매 시스템의 보급확대로 인해  확연히 줄어들것이 분명합니다. 이를 위해 도쿄도는 쇼에네 (절전) 이외 창(創)에네 기기도입촉진 사업을 실시하고 있습니다. (창에네란 문자대로 에너지를 만든다는 의미) 도쿄도에서는 2011-2012년도에 가정의 태양광발전, 태양열이용기기, 가스코제너레이션기기의 설치에 대해 보조금을 지급하고 있습니다.

 분명 에너지절약 및 대체에너지사용이 온실가스 배출감소를 위한 범지구적인 행동이 된지 오래됐지만 다른 국가와는 다르게 일본은 자국내 에너지 사정으로 인하여 반드시 달성해야 만하는 Goal이 된 느낌입니다.  이런 일본내의 에너지 위기의식은 어떻게든 그린에너지관련 기술의 진보로 이어질 것으로 예상됩니다. 그린에너지 기술을 바탕으로 일본은 CDM 사업을 확장함과 동시에 국제사회에서 온실가스 감축의무이행에 대한 영향력도 더욱 커지지 않을까 생각해봅니다.

Scooped by Seo, Dong-June (도쿄대학교 생산기술연구소)



대지진이후 재점검해보는 일본의 에너지 (기술 및 현황)


에너지, 절전, 스마트그리드                       
원제:ゼロから見直すエネルギー 節電創エネからスマートグリッドまで
처음부터 다시보는 에너지 (절전, 에너지생산부터 스마트그리드까지)
편찬: 공익사단법인 화학공학회 긴급제언위원회
감수: 松方正彦 (Matsukata Masahiko)・古山通久(Koyama Michihisa)
발행: 마루젠 출판


지난해 3월 11일 동일본대지진과 그에의한 후쿠시마제1원전사고로 인하여 일본의 에너지 정책, 공급체제는 처음부터 다시검토할 상황에 놓이게 되었습니다. 전력은 콘센트에 꼽기만하면 얻어지는 매우 편리한 에너지이나, 이번 동일본대지진에 의해 심각한 전력부족을 경험하고 전력생산량에 매우 큰 제약이 생긴 지금, 원하는 것에 원하는 만큼 전기를 사용하는 시대는 끝났다고 보는것이 좋을 것 같습니다.
이책은 원자력발전에서부터 화력, 풍력, 지열, 태양광, 바이오매스, 스마트그리드등 매우 다양한 에너지관련 기술을 다루었고 그 기술내용과 가능성, 과제에 대하여 일반 대중이 보다 알기쉽게 해설하였습니다.  


내용미리보기 
pub-VIEWhttp://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/view/9784621085134.html

목차

시작하며...
오늘의 사회를 만드는 전력기술
전력공급부족대책
화력발전
화력의발전효율
수력발전
원자력발전
원자력발전의 장래
양수(揚水)발전
전력시장
이제부터의 에너지공급을 지탱할 신기술
  -태양광발전 (1,2,3) -풍력발전 -풍력발전의 미래 -지열발전
  -바이오에탄올  -바이오연료 -비식용생물자원 -연료전지
  -신형연료전지 -축전기술 (1,2) -전기자동차(1,2)
재해에 강한 에너지를 능숙히 이용하는 사회로
Coproduction
Heat pump
자가발전설비
스마트그리드 (Smart Grid)  (1,2)
장래의 에너지수급예상
장래의 목표설정
기술의 미래예상도
기술의 미래예상도를 그리다
마치며...

동일본 대지진은 일본사회에 여러모로 큰 변화를 가져다준것이 분명하다고 생각합니다.
그중에 에너지 정책이 가장 대표적이라고 생각됩니다. 원자력에너지가 매우 효율적인 에너지임은 분명하나 이번 동일본지진으로 인하여 그 비중은 얼마가 될지는 모르겠으나 점차적으로 줄어들것은 분명합니다. 원자력에너지가 빠진 자리를 메울 방법으로 '신재생에너지'가 일본에서 특히 주목을 받고있습니다. 앞으로 신재생에너지에 관한 일본의 상황에 대해 종종 포스트하겠습니다.











2012년 3월 31일 토요일

일본 신에너지 산업기술총합개발기구 (NEDO)에 대해 소개합니다.

NEDO (New Energy and Industrial technology Development Organization)는 신에너지·산업기술총합개발기구로 산(産)-학(学)-관(官) 연계로 프로젝트로 통해 에너지 및 환경문제의 해결과 일본산업기술의 국제 경쟁력 강화를 도모하고자 설치된 독립행정법인입니다.

独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構

다음 페이지에서는 그간 NEDO프로젝트의 경과를 확인하실 수 있습니다.
http://www.nedo.go.jp/ugoki/201203.html

NEDO가 그럼 어떤 분야의 사업을 진행하고 있는지 소개하겠습니다.


技術・事業分野サブカテゴリ
エネルギー・環境技術
エネルギー太陽光・太陽熱風力
バイオマス燃料電池・水素利用
省エネルギースマートコミュニティ
蓄電池フィールドテスト
導入普及石炭資源開発
環境3R・水循環フロン対策
環境化学クリーンコール
産業技術
電子・情報半導体ストレージ・メモリ
コンピュータネットワーク
ユーザビリティ
バイオテクノロジー・医療技術健康バイオ(創薬)医療技術
グリーンバイオ
機械システムロボットMEMS、レーザー
航空宇宙福祉用具
ナノテクノロジー・材料材料・部材エネルギー・資源・環境
情報通信
国際実証・連携
京都メカニズム
分野横断的公募事業
産学連携・人材育成
調査等その他事業調査招へい事業
石炭経過業務

*각 카테고리를 클릭하시면 해당 페이지로 들어가실 수 있습니다. (구글번역기능활용가능)

 제 전공이 바이오매스다 보니 바이오매스에 관해 이야기를 하자면 바이오매스 프로젝트중에는 "셀룰로오스계 에탄올 혁신적생산시스템 개발사업"이 진행중에 있습니다.
리터당 에탄올 생산비용 40엔을 목표로 2009년에서 2013년까지 진행됩니다. 2011년 예산이 24.2억엔으로 매우 큰 연구개발 프로젝트이며 2010년에는 24건의 특허, 9편의 논문이 발표되었습니다.

현재 이 프로젝트에는 바이오리파이너리 요소기술 (즉, 효소개발기술, 당화기술,발효기술, 전처리기술, 정제분리기술)의 전문가들이 참여중에 있습니다.

NEDO 소개는 이쯤에서 그만하고 여담입니다만,

제가 블로그에 소개시켜놓은 셀룰로오스계 바이오에탄올 제조기술이라는 책의 많은 저자들이 이 프로젝트에 참여하고 있습니다.이 책을 감수한 고베대학의 콘도교수가 대표적입니다.
콘도교수는 biotechnology를 기반으로 셀룰로오스계 에탄올 생산에 적합한 효모등을 개발해내고 있습니다. 바이오에탄올 발효기술에 관해 관심있으시다면 이연구실을 방문해 보심을 추천드립니다. 2012년이 아직 4월도 안됐는데 발표된 논문이 27편이군요...^^;
그만큼 많은 연구진들이 활발하게 연구하고 있다는 증거겠지요.
 http://www2.kobe-u.ac.jp/~akondo/member.html (고베대학 콘도아키히코 연구실)

또 제가 소개드리고 싶은 연구자는 도쿄대학교 농생명과학연구과의 이가라시 키요히코 준교수입니다. 이분 또한 제가 소개드린책의 저자이기도 합니다. 이분은 셀룰라아제 중 특정 효소의 반응을 초고속 AFM으로 직접관찰하여 효소반응저해 메커니즘을 규명하신 분입니다. 이 결과는 2011년 Science에 발표되었습니다.
http://www.sciencemag.org/content/333/6047/1279.abstract

Scooped by Seo, Dong-June (도쿄대학교 생산기술연구소)











2012년 3월 29일 목요일

셀룰로오스계 바이오에탄올 제조기술


제목: 셀룰오스계 바이오에탄올 제조기술 -식량위기회피를 위한-
감수: 近藤 昭彦(콘도 아키히코, 고베대학)植田 充美(우에다 미츠요시, 교토대학)
저자: 일본 각대학 전문가 64명
발행: NTS 
발행일: 2010/3

목차
제1편 각종셀룰로오스원료에서 부터의 바이오에탄올제조기술과 과제

제1장: 비식량계.셀룰로오스원료로부터의 바이오에탄올 제조기술에 있어서의 현상과 과제
제2장: 에너지작물개발을 위한 벼(稲)과 초목류자원식물의 평가와 실용화 과제
제3장: 해수.담수권유래식물을 원료로한 바이오에탄올의 생산기술
제4장: 농산폐기물을 원료로한 바이오에탄올 생산기술개발
제5장: Arming효모를 이용한 셀룰로오스원료 (폐지등)으로부터의 에탄올 생산
제6장: 음식폐기물을 이용한 바이오에탄올 생산기술
제7장: 리그노셀룰로오스의 종합적이용법과 각단계에서의 기술과제

제2편 전처리및 당화기술
제1장: 셀룰로오스계 바이오매스의 고효율효소당화를 위한 전처리기술
제2장: 전처리및 당화의 평가와 프로세스 최적화
제3장: 분쇄처리를 이용한 효소당화전처리기술
제4장: 고온. 고압수를 이용한 바이오매스 전처리기술
제5장: 백색부후균의 특이적 리그닌분해능을 이용한 목질바이오매스의 효소당화 전처리
제6장: 이온액체를 이용한 셀룰로오스계 바이오매스의 전처리법
제7장: 탄소고체촉매를 이용한 전처리기술
제8장: 바이오매스분해관련 효소
제9장: 비식량계 바이오매스의 당화기술 및 당화효소의 현상과 과제
제10장: 곰팡이의 전사인자 (transcription factor) 공학기술과 신규전처리기술을 결합한 eucalyptus 수피 (bark) 당화의 가능성 
제11장: Designable cellulosome에 의한 바이오매스 처리기술
제12장: 호열혐기성세균이 생산하는 cellulosome의 이용과 에탄올변환 

제3편 발효기술
제1장: 제2세대 바이오에탄올의 효율적 생산 -CBP법의 전개
제2장: 청주양조기술을 이용한 셀룰로오스원료로 부터의 에탄올발효기술의 전개
제3장: 신규발효세균을 이용한 바이오에탄올연속발효 프로세스의 구축
제4장: 내열성효모에 의한 고온에탄올발효시스템의 개발
제5장: 소프트바이오매스를 원료로한 코리네형세균에 의한 혼합당 동시변환 에탄올제조기술
제6장: 내열성효모에의한 바이오에탄올생산기술

제4편 농축. 분리기술및 후처리기술
제1장: 에너지 절약형 차세대 증류시스템의 개발
제2장: 제올라이트막을 이용한 에탄올농축기술
제3장: 초음파무화(霧化)분리를 이용한 휘발성성분의 농축분리
제4장: 각종증류폐액의 메탄발효에 의한 처리 및 열회수

제5편 과제와 전망

제1장: 국내외에서 도입이 진행되고있는 바이오에탄올과 이후의 과제
제2장: 자동차산업의 바이오연료에의 기대와 전망
제3장: 일본이 리드하고 있는 biorefinery
셀룰로오스계 바이오에탄올





특징: 마치 일본 biorefinery분야의 올스타를 모아놓은 듯한 구성! 전처리-당화-발효-정제-후처리분야의 핫이슈를을 잘 다루고 있다. 

Scooped by Seo, Dong-June (도쿄대학교 생산기술연구소)

2012년 3월 6일 화요일

일본 이차전지 박람회 Battery Japan 2012


Battery Japan은 일본에서 열리는 국제 이차전지 박람회이다. http://www.batteryjapan.jp/zh-hk/

올해로 3번째가 되는 Battery Japan 박람회는 이차전지뿐만 아니라 수소/연료전지, 태양광발전 시스템, 스마트 그리드, 친환경 빌딩, 그리고 양산/가공 기술 박람회를 포함하여 2012 Smart Energy Week 라는 주제로 2월 29일부터 3월 1일까지 동경 Big sight에서 열렸다. Big sight는 한국의 삼성 코엑스와 같이 각종 전시회나 회의장으로 사용되는 장소이다. 올해 열린 박람회에는 3일 동안 약 9만3천명이 넘는 사람들이 다녀 갔다. 워낙 규모가 크기 때문에 하루 만에 다 돌아보는 것은 불가능 하며 사전에 관심 있는 회사 등을 조사한 후에 견학하는 것이 좋다. 전시장에는 일본 기업뿐만이 아니라 한국, 미국, 그리고 독일 등 세계 여러 나라 기업들이 참가하고 있어 전 세계 시장의 흐름을 한눈에 알 수 있다. 또한 유료/무료의 다양한 강연이 준비되어 있어 흥미에 맞게 강연을 들을 수 있다.


battery japan 2012



전시장을 돌아보는 또 다른 즐거움은 각 회사 마다 준비한 선물들이다. 예를 들어 후지쯔에서 건전지를 선물로 주고 Asashi Kasei에서는 비닐 랩과 집팩등이 들어 있는 선물을 받을 수 있다. 또한 각 전시회 부스에 설명된 내용보다 자세한 내용이 알고 싶을 때는 담당자에게 상담하면 자세한 자료를 나중에 우편으로 받을 수도 있다.



이차전지 분야에 있어서는 많은 회사들이 리튬이온전지를 중심을 제품을 선보이고 있었다. 최근 새롭게 성장한 분야로는 리튬이온전지의 안전성을 강화한 리튬이온캐패시터를 들 수 있다. 리튬이온캐패시터는 말 그대로 리튬이온전지와 캐패시터를 하이브리드 한 것으로 보다 안전하고 빠르게 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 저장매체이다.
그 이외에도 BASF가 미국의 알곤연구소와 합작하여 리튬이온전지 전극재료를 제품화 하는 등 다양한 소식을 접할 수 있는 이차전지 박람회였다.   

그외에도 동시개최된 박람회가 다음과 같다. 

ENETECH JAPAN 2012 - 3rd Processing Technology Expo http://www.ptexpo.jp/zh-hk/
PV EXPO 2012 - 제5회 일본 국제 태양광발전 엑스포 http://www.pvexpo.jp/zh-hk/
PV SYSTEM EXPO 2012 - 제3회 일본 국제 태양광발전 시스템 시공 엑스포 http://www.pvs-expo.jp/zh-hk/
2nd ECO HOUSE & ECO BUILDING EXPO http://www.ecohouseexpo.jp/en/
2nd INT'L SMART GRID EXPO  http://www.smartgridexpo.jp/en/
8th INT'L HYDROGEN & FUEL CELL EXPO http://www.fcexpo.jp/zh-hk/



자세한 내용은 홈페이지에 방문해서 확인해보시길.  


Scooped by Jang, Hwamyung (도쿄대학교 선단기술연구소 응용화학전공)