첨부10 (주)코오롱인더스트리 이무석 연구실장

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2011. 4. 29코오롱중앙기술원 / Eco연구소

이 무 석

멤브레인 기술적 원리와 용도별 기술적용

/개발현황 및 국내외 제조업체 현황

멤브레인멤브레인멤브레인멤브레인 용도별용도별용도별용도별 기술기술기술기술////시장성시장성시장성시장성 분석분석분석분석 및및및및 사업화사업화사업화사업화 방안방안방안방안 세미나세미나세미나세미나

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I. 분리막 기술 개요

목 차

III. 수송용 연료전지 분리막

� 분리막의분리막의분리막의분리막의 정의정의정의정의 및및및및 분류분류분류분류

� 분리막분리막분리막분리막 제법제법제법제법

� 분리막분리막분리막분리막 응용응용응용응용

� 수송용수송용수송용수송용 연료전지연료전지연료전지연료전지

� 연료전지연료전지연료전지연료전지 막가습기막가습기막가습기막가습기

� 고분자고분자고분자고분자 전해질용전해질용전해질용전해질용 보강막보강막보강막보강막

II. 수처리용 중공사막

� 수처리수처리수처리수처리 분리막분리막분리막분리막 개요개요개요개요

� 코오롱코오롱코오롱코오롱 수처리용수처리용수처리용수처리용 분리막분리막분리막분리막

IV. 국내외 제조업체 동향

� 수처리용수처리용수처리용수처리용 멤브레인멤브레인멤브레인멤브레인 업체업체업체업체

� 전지용전지용전지용전지용 멤브레인멤브레인멤브레인멤브레인 업체업체업체업체

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I. 분리막 기술 개요

� 분리막의분리막의분리막의분리막의 정의정의정의정의 및및및및 분류분류분류분류

� 분리막분리막분리막분리막 제법제법제법제법

� 분리막분리막분리막분리막 응용응용응용응용

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� 분리막분리막분리막분리막((((MEMBRANE) MEMBRANE) MEMBRANE) MEMBRANE) 이란이란이란이란? ? ? ?

특정성분을특정성분을특정성분을특정성분을 선택적으로선택적으로선택적으로선택적으로 통과시킴으로써통과시킴으로써통과시킴으로써통과시킴으로써 혼합물을혼합물을혼합물을혼합물을 분리시킬분리시킬분리시킬분리시킬 수수수수 있는있는있는있는 액체액체액체액체 혹은혹은혹은혹은 고체막고체막고체막고체막((((膜膜膜膜))))으로으로으로으로

특정특정특정특정 종류의종류의종류의종류의 물질만을물질만을물질만을물질만을 선택적으로선택적으로선택적으로선택적으로 통과시키는통과시키는통과시키는통과시키는 물질물질물질물질

분리막의 정의

Definition of Definition of Definition of Definition of PermselectivePermselectivePermselectivePermselective MembraneMembraneMembraneMembrane Principle of Membrane OperationPrinciple of Membrane OperationPrinciple of Membrane OperationPrinciple of Membrane Operation

1. 분리막 정의 및 분류분리막 기술 개요

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분리막의 분류

MF/UF or NF/RO ?

구조에 의한 분류구조에 의한 분류

형태에 의한 분류형태에 의한 분류

공정에 의한 분류공정에 의한 분류

저분자량저분자량저분자량저분자량(Mw(Mw(Mw(Mw≤≤≤≤200)200)200)200)1111가가가가 이온이온이온이온

WaterWaterWaterWater

중분자량중분자량중분자량중분자량(Mw(Mw(Mw(Mw≥≥≥≥200)200)200)200)다가다가다가다가 이온이온이온이온이온이온이온이온용해물질용해물질용해물질용해물질

WaterWaterWaterWater

콜로이드콜로이드콜로이드콜로이드현탁입자현탁입자현탁입자현탁입자MF / UFMF / UFMF / UFMF / UF RO / NFRO / NFRO / NFRO / NF

Driving force & separation capacityDriving force & separation capacityDriving force & separation capacityDriving force & separation capacity

GeometryGeometryGeometryGeometry

MorphologyMorphologyMorphologyMorphology


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공정에 의한 분류 – Driving force & separation capacity

� Pressure-driven

� Electrically-driven

� Thermal-driven

� Concentration

� 정밀여과정밀여과정밀여과정밀여과 (MF)(MF)(MF)(MF)

� 한외여과한외여과한외여과한외여과 (UF)(UF)(UF)(UF)

� 나노여과나노여과나노여과나노여과 (NF)(NF)(NF)(NF)

� 역삼투역삼투역삼투역삼투 (RO)(RO)(RO)(RO)

� 전기투석전기투석전기투석전기투석 (ED)(ED)(ED)(ED)

� PervaporationPervaporationPervaporationPervaporation

� DialysisDialysisDialysisDialysis


Size exclusion

Solution diffusion

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형태에 의한 분류 – Geometry

� Flat

� Cylindrical

� Tubular membrane Diameter > 3mm

� Hollow fiber membrane Diameter < 3mm

Flat

Tubular Hollow fiber


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구조에 의한 분류 – Morphology

� Isotropic Membrane

� Anisotropic Membrane

� Asymmetric membrane (Same material)

� Composite membrane (Different material)


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Colloids

Bacteria

Pollens Yeasts

Organic macromolecules

Organic compounds

Viruses Dissolved

salts

Reverse osmosis

Nanofiltration

Microfiltration

Sand filter

1 0.1 0.01 0.001 0.000110100 µµµµm

hair visible

to

naked

eye

Giardia

lamblia

Smallest

microorganisms

Polio

virus

Ultrafiltration

LowLow--Pressure Membrane RangePressure Membrane Range

※ 국내 수도용 UF/MF 구분 [출처 : 막여과 정수시설 설치기준 고시 (2008. 12. 23, 환경부)]UF : 분획분자량 100,000 Dalton이하, MF : 공칭공경 0.01 µµµµm 이상

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제조 공정

2. 분리막 제법분리막 기술 개요

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고분자고분자고분자고분자////용매용매용매용매////비용매비용매비용매비용매 시스템의시스템의시스템의시스템의 상상상상 도해도해도해도해

2/202/202/202/202/202/202/202/20

<<<<표면표면표면표면>>>>

<<<<단면단면단면단면>>>>

분리막 제법– NIPS

� Phase separation and membrane formation

� Immersion of polymer solution into nonsolvent

� Exchange of solvent with nonsolvent

� Phase separation


Ex) Hemodialyzer, 정수기용, 바이오용, 각종 수처리 중공사막

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일정온도일정온도일정온도일정온도 이상이상이상이상 oneoneoneone---- phase regionphase regionphase regionphase region

냉각냉각냉각냉각 binadalbinadalbinadalbinadal curvecurvecurvecurve에에에에 도달도달도달도달 상분리상분리상분리상분리 진행진행진행진행

BinodalBinodalBinodalBinodal

SpinodalSpinodalSpinodalSpinodal


<<<<단면단면단면단면>>>>

분리막 제법– TIPS


Ex) 수처리용 중공사막 (도레이, 아사히카세이 등)

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라멜라 결정구조 형성

결정 크기 제어

라멜라 개열에 의한

기공형성

용융방사용융방사용융방사용융방사용융방사용융방사용융방사용융방사

열처리열처리열처리열처리열처리열처리열처리열처리

냉연신냉연신냉연신냉연신냉연신냉연신냉연신냉연신

열연신열연신열연신열연신열연신열연신열연신열연신

열처리열처리열처리열처리열처리열처리열처리열처리

기공 크기 제어

구조 안정화


<<<<단면단면단면단면>>>>Ex) Battery separator (by Celgard), Gore

분리막 제법– MSCS


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주사주사주사주사용수용수용수용수 식품식품식품식품용수용수용수용수 레져레져레져레져용수용수용수용수가정용가정용가정용가정용정수기정수기정수기정수기냉각냉각냉각냉각용수용수용수용수보일러보일러보일러보일러용수용수용수용수

세정수세정수세정수세정수수술용수술용수술용수술용무균수무균수무균수무균수전자전자전자전자,화학의화학의화학의화학의세척수세척수세척수세척수

반도체반도체반도체반도체초순수초순수초순수초순수농업농업농업농업용수용수용수용수고도고도고도고도정수정수정수정수처리처리처리처리 도시도시도시도시하수하수하수하수처리처리처리처리(MBR)

중수도중수도중수도중수도 마을마을마을마을상수도상수도상수도상수도제련제련제련제련, 도금의도금의도금의도금의유기물유기물유기물유기물회수회수회수회수

매립지매립지매립지매립지침출수처리침출수처리침출수처리침출수처리 기계공업기계공업기계공업기계공업오일폐수오일폐수오일폐수오일폐수광산광산광산광산폐수폐수폐수폐수 축산축산축산축산폐수폐수폐수폐수염색염색염색염색폐수폐수폐수폐수분뇨분뇨분뇨분뇨고도처리고도처리고도처리고도처리 수산물수산물수산물수산물가공폐수가공폐수가공폐수가공폐수 방사성방사성방사성방사성폐수폐수폐수폐수

배터리배터리배터리배터리세퍼레이터세퍼레이터세퍼레이터세퍼레이터 자동차자동차자동차자동차, 가전가전가전가전견착도료폐수견착도료폐수견착도료폐수견착도료폐수해수해수해수해수담수화담수화담수화담수화 증기증기증기증기분리분리분리분리

산소산소산소산소, 질소질소질소질소수소분리수소분리수소분리수소분리

용존가스용존가스용존가스용존가스분리분리분리분리

연료전지용연료전지용연료전지용연료전지용이온전도막이온전도막이온전도막이온전도막고분자합성기술고분자합성기술고분자합성기술고분자합성기술고분자합성기술고분자합성기술고분자합성기술고분자합성기술 제막기술제막기술제막기술제막기술제막기술제막기술제막기술제막기술 분석기술분석기술분석기술분석기술분석기술분석기술분석기술분석기술

분자설계기술분자설계기술분자설계기술분자설계기술분자설계기술분자설계기술분자설계기술분자설계기술 모듈화기술모듈화기술모듈화기술모듈화기술모듈화기술모듈화기술모듈화기술모듈화기술 시스템설계기술시스템설계기술시스템설계기술시스템설계기술시스템설계기술시스템설계기술시스템설계기술시스템설계기술

혈장혈장혈장혈장분리분리분리분리효소농축효소농축효소농축효소농축식품식품식품식품

주스주스주스주스정제정제정제정제단백질단백질단백질단백질농축농축농축농축 전분전분전분전분제거제거제거제거혈액투석혈액투석혈액투석혈액투석분리막 응용분야

3. 분리막 응용분리막 기술 개요

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Dialysate

Water, SaltWater, SaltWater, SaltWater, Salt

Dialysate

Water, SaltWater, SaltWater, SaltWater, Salt

Blood

Blood cell

---- White blood cell

---- Red blood cell

Platelet

Plasma

---- Water

---- Urea

---- Uric acid

---- Creatinine

---- Vitamine-B12

---- Inulin

---- Protein

---- Enzyme

---- Lipids

Blood

Blood cell

---- White blood cell

---- Red blood cell

Platelet

Plasma

---- Water

---- Urea

---- Uric acid

---- Creatinine

---- Vitamine-B12

---- Inulin

---- Protein

---- Enzyme

---- Lipids

Blood cellBlood cellBlood cellBlood cellPlateletPlateletPlateletPlateletWaterWaterWaterWaterSaltsSaltsSaltsSaltsProteinProteinProteinProteinEnzymeEnzymeEnzymeEnzymeLipidsLipidsLipidsLipids

Blood cellBlood cellBlood cellBlood cellPlateletPlateletPlateletPlateletWaterWaterWaterWaterSaltsSaltsSaltsSaltsProteinProteinProteinProteinEnzymeEnzymeEnzymeEnzymeLipidsLipidsLipidsLipids

혈액성분혈액성분혈액성분혈액성분 및및및및 혈액투석의혈액투석의혈액투석의혈액투석의 제거제거제거제거 대상대상대상대상 물질물질물질물질혈액성분혈액성분혈액성분혈액성분혈액성분혈액성분혈액성분혈액성분 및및및및및및및및 혈액투석의혈액투석의혈액투석의혈액투석의혈액투석의혈액투석의혈액투석의혈액투석의 제거제거제거제거제거제거제거제거 대상대상대상대상대상대상대상대상 물질물질물질물질물질물질물질물질

LowLowLowLow----flux flux flux flux HemodialysisHemodialysisHemodialysisHemodialysis

Urea, Urea, Urea, Urea, CreatinineCreatinineCreatinineCreatinine, Uric acid , Uric acid , Uric acid , Uric acid VVVV----BBBB12121212

LowLowLowLow Mw. Protein (Mw. Protein (Mw. Protein (Mw. Protein (ββββ2222----MG), MG), MG), MG), InulinInulinInulinInulin

HighHighHighHigh----flux flux flux flux HemodialysisHemodialysisHemodialysisHemodialysis

분리막 응용예 - Hemodializer


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분리막 응용예 - Desalination

RO(역삼투역삼투역삼투역삼투) 원리원리원리원리

Concentrated

Solution

Pure

Water

삼투현상삼투현상삼투현상삼투현상(Osmosis)

역삼투현상역삼투현상역삼투현상역삼투현상(Reverse Osmosis)

Pressure

Concentrated

Solution

Purified

Water

활성층활성층활성층활성층 (~ 0.5(~ 0.5(~ 0.5(~ 0.5㎛㎛㎛㎛))))

지지층지지층지지층지지층 (~ 60(~ 60(~ 60(~ 60㎛㎛㎛㎛))))

지지체지지체지지체지지체 (~ 100(~ 100(~ 100(~ 100㎛㎛㎛㎛))))

해수해수해수해수담수화담수화담수화담수화


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분리막 응용예 – CO2 Separation


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• 양극양극양극양극, , , , 음극음극음극음극 분리분리분리분리 기능기능기능기능

• 쇼트에쇼트에쇼트에쇼트에 의한의한의한의한 전지전지전지전지 파열이나파열이나파열이나파열이나 발화를발화를발화를발화를 방지하는방지하는방지하는방지하는 안전안전안전안전 장치장치장치장치 기능기능기능기능 ((((이상이상이상이상 발열시발열시발열시발열시 미세공이미세공이미세공이미세공이 막혀막혀막혀막혀 절연필름화절연필름화절연필름화절연필름화))))

• PE, PP PE, PP PE, PP PE, PP 등등등등 폴리올레핀계수지의폴리올레핀계수지의폴리올레핀계수지의폴리올레핀계수지의 미세미세미세미세 다공막다공막다공막다공막(0.1(0.1(0.1(0.1μμμμm)m)m)m)이이이이 주로주로주로주로 사용됨사용됨사용됨사용됨

• 우수한우수한우수한우수한 찌름찌름찌름찌름 강도강도강도강도 요구요구요구요구 (Dendrite (Dendrite (Dendrite (Dendrite 발생에발생에발생에발생에 대한대한대한대한 안정성안정성안정성안정성))))

분리막 응용예 - Battery Separator


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분리막 응용예 – Lifestraw


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분리막 응용예 – Fuel Cell

• PFSA or sPFSA or sPFSA or sPFSA or s---- Hydrocarbon filmHydrocarbon filmHydrocarbon filmHydrocarbon film

• Composite PEMComposite PEMComposite PEMComposite PEM

---- Porous substratePorous substratePorous substratePorous substrate + Ion+ Ion+ Ion+ Ion---- conductorconductorconductorconductor

NCN; NCN; NCN; NCN; NanoCapillaryNanoCapillaryNanoCapillaryNanoCapillary NetworkNetworkNetworkNetwork

� Proton Exchange Membrane (PEM)Proton Exchange Membrane (PEM)Proton Exchange Membrane (PEM)Proton Exchange Membrane (PEM)

� Membrane HumidifierMembrane HumidifierMembrane HumidifierMembrane Humidifier


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A C Na++ +++ +++ +---- --- - K+Na+

Na+Na+Na+ Na+

K+K+K+

NO3-NO3-

NO3-NO3-

NO3-NO3-�적용 현황 및 시장규모- 식염제조 및 해양심층수 생산에 사용

담수화담수화담수화담수화담수화담수화담수화담수화

식염식염식염식염 제조제조제조제조식염식염식염식염 제조제조제조제조

식품식품식품식품 공업공업공업공업 용수용수용수용수식품식품식품식품 공업공업공업공업 용수용수용수용수

폐수처리폐수처리폐수처리폐수처리폐수처리폐수처리폐수처리폐수처리


� 기술 개요- 전기장을 구동력으로 이온성 물질 분리- 이온교환막 적용

분리막 응용예 – 전기투석

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유기물을 먹이로 전자를 발생시키는 미생물 : ex) Geobacter


� 기술 개요- 유기물 분해를 통한 BOD 저감- 미생물을 이용한 proton 형성 및 전기 or 수소 발생� 시장성 및 의미- 환경 및 에너지 융합기술로 궁극의 그린에너지 기술

분리막 응용예 – 미생물 연료전지

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II. 수처리용 중공사막

� 수처리수처리수처리수처리 분리막분리막분리막분리막 개요개요개요개요

� 코오롱코오롱코오롱코오롱 수처리용수처리용수처리용수처리용 분리막분리막분리막분리막

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수처리 분리막의 필요성

2006년 2010년

380조 393조3.5%

출처 : Global Water Market 2008

Blue GoldBlue GoldBlue GoldBlue Gold

1. 수처리 분리막 개요수처리용 중공사막

1.1조원2.9조원

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수처리 분리막의 필요성

상수처리

담수화

하수처리

각종 용수(산업용, 농업용, 생활

용)호수/강/지하수

해수/기수

하천 방류

중수도

수처리용 분리막 시장규모 : 36억불(’07), 63억불(’12) 연평균 12% 성장 전망

화학처리화학처리화학처리화학처리 최소화최소화최소화최소화화학처리화학처리화학처리화학처리 최소화최소화최소화최소화처리수질처리수질처리수질처리수질 향상향상향상향상처리수질처리수질처리수질처리수질 향상향상향상향상 유지관리유지관리유지관리유지관리 단순화단순화단순화단순화유지관리유지관리유지관리유지관리 단순화단순화단순화단순화

현탁물질현탁물질현탁물질현탁물질, , , , 미생물미생물미생물미생물 제거제거제거제거 설비설비설비설비 자동화자동화자동화자동화, , , , 집적화집적화집적화집적화, , , , 수질수질수질수질 안정안정안정안정 응집제응집제응집제응집제////소독제소독제소독제소독제 사용사용사용사용 저감저감저감저감

수처리용 중공사막1. 수처리 분리막 개요

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� 수인성수인성수인성수인성 전염전염전염전염 장기생장기생장기생장기생 병원체병원체병원체병원체

� 복통복통복통복통, , , , 구토구토구토구토, , , , 설사설사설사설사 등의등의등의등의 장염장염장염장염 및및및및 노약자노약자노약자노약자 사망사망사망사망

� 작은작은작은작은 크기크기크기크기 : 2~ 10um: 2~ 10um: 2~ 10um: 2~ 10um

� 높은높은높은높은 소독저항성으로소독저항성으로소독저항성으로소독저항성으로 정수정수정수정수 속에속에속에속에 존재함존재함존재함존재함

� 수돗물수돗물수돗물수돗물 섭취를섭취를섭취를섭취를 통한통한통한통한 감염감염감염감염

� 선진국에서선진국에서선진국에서선진국에서 발생한발생한발생한발생한 집단집단집단집단 장염사고장염사고장염사고장염사고 원인의원인의원인의원인의 병원체병원체병원체병원체

((((미국미국미국미국 밀워키밀워키밀워키밀워키(1993) 1,600,000(1993) 1,600,000(1993) 1,600,000(1993) 1,600,000명명명명 노출노출노출노출---- 403,000403,000403,000403,000명명명명 감염감염감염감염, 100, 100, 100, 100여명여명여명여명 사망사망사망사망) ) ) )

EcoliEcoliEcoliEcoli. 0.034~ 0.05 0.02 . 0.034~ 0.05 0.02 . 0.034~ 0.05 0.02 . 0.034~ 0.05 0.02 1111

GiardiaGiardiaGiardiaGiardia 47 ~ 150 0.1~ 0.2 47 ~ 150 0.1~ 0.2 47 ~ 150 0.1~ 0.2 47 ~ 150 0.1~ 0.2 2350235023502350

Crypto. 7200 2.5~ 3 Crypto. 7200 2.5~ 3 Crypto. 7200 2.5~ 3 Crypto. 7200 2.5~ 3 240,000240,000240,000240,000

염소염소염소염소(CT (CT (CT (CT ---- 값값값값) ) ) ) 오존오존오존오존(CT(CT(CT(CT---- 값값값값) ) ) ) 소독저항성소독저항성소독저항성소독저항성((((염소염소염소염소))))

4444---- 6 6 6 6 micronsmicronsmicronsmicrons

20 20 20 20 micronsmicronsmicronsmicrons

Crypto Crypto Crypto Crypto oocystsoocystsoocystsoocysts

GiardiaGiardiaGiardiaGiardia

정수 분야 – 기술개발 배경


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수처리 분리막 종류


처리수

공급펌프

원수

농축수

공기

흡입펌프원수

농축수

처리수

가압식 (외압식/내압식) 침지식 (외압식)

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Cleanfil®-S20H Cleanfil®-S20H30 : 정수용 & 저SS

Cleanfil®-P50 (or 75) : 정수용Cleanfil®-S30V20 (KIMAS®-60): 하폐수용 (MBR)

Cleanfil®-S30V40 (1,200m2): 정수용 & 저SS

Cleanfil®-S20V10 (KIMAS®-20): 하폐수용 (MBR)

코오롱 수처리 분리막 – Product Line-up

수처리용 분리막2. 코오롱 수처리용 분리막

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수처리용 중공사막

㈜코오롱의㈜코오롱의㈜코오롱의㈜코오롱의자체자체자체자체기술에기술에기술에기술에의해의해의해의해개발된개발된개발된개발된고강도고강도고강도고강도복합복합복합복합중공사막중공사막중공사막중공사막

-코팅층코팅층코팅층코팅층 : membrane 기능을기능을기능을기능을갖는갖는갖는갖는 비대칭형비대칭형비대칭형비대칭형스폰지스폰지스폰지스폰지구조의구조의구조의구조의박막박막박막박막

-보강재보강재보강재보강재 : 높은높은높은높은역학적역학적역학적역학적성질을성질을성질을성질을나타내는나타내는나타내는나타내는섬유질섬유질섬유질섬유질지지층지지층지지층지지층

브레이드브레이드브레이드브레이드 보강재보강재보강재보강재 분리막분리막분리막분리막 코팅층코팅층코팅층코팅층

코팅층코팅층코팅층코팅층 단면단면단면단면 코팅층코팅층코팅층코팅층 외표면외표면외표면외표면

Cleanfil-S 보강막 구조

PSFPSFPSFPSF PEPEPEPE PPPPPPPP ReinforcedReinforcedReinforcedReinforced

Tensile Strength (kgf/fiber)

0.0

0.2

0.4

0.6

20

22

24

26

Elongation (%)

0

20

40

60

80

100

코오롱 수처리 분리막 – 고강도 강화막

2. 코오롱 수처리용 분리막

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막 절단 방지

접착력 극대화

산기최적화산기최적화

에너지 절감

세계 최고 박리강도세계 유일 Wetting-free 성능

친환경 저에너지 운전

확장 용이성

수평형모듈수평형모듈

Wetting -freeWetting -free

운송 및 보관 용이

인장강도인장강도

박리강도박리강도

내구성 극대화 저에너지작업 편의성

수처리용 중공사막2. 코오롱 수처리용 분리막

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III. 연료전지 분리막

� 연료전지연료전지연료전지연료전지 개요개요개요개요

� 연료전지용연료전지용연료전지용연료전지용 분리막분리막분리막분리막

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1. 연료전지 개요연료전지 분리막

연료전지차 (FCEV)[연료전지]

전기차 (EV)[이차전지]

하이브리드 (HEV)[내연기관 + 이차전지]

• 1차전지와 달리 충전방전의 반복을 통해반복 사용이 가능한 전지• 하이브리드차, 전기차의 에너지원으로 사용• 핵심소재 : 양극, 음극, 전해액, 세퍼레이터

이차전지 연료전지• 수소를 연료로 에너지 전환을 통해 전기를 생산하는 일종의 발전 장치• 친환경차의 궁극 모델인 연료전지차 및 각종발전 장치의 에너지원으로 사용• 핵심소재 : PEM, MEA, 기체확산층, 분리판

이차전지 vs. 연료전지이차전지 vs. 연료전지

이차전지 “축전 장치” 연료전지 “발전 장치”

연료전지는 이차전지에 비해 에너지 밀도가 높아 장거리, 고중량 차량에 적용 가능→ 미래 환경차는 각 영역에 맞추어 전기차와 연료전지차가 공존할 걸로 예상

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연료전지차 시장 예측

연료전지 분리막

모니터링 단계 (현단계) → 소량 상용화 단계 (2012년) → 초기 양산 단계 (2015년)

1. 연료전지 개요

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연료전지 도입 배경 (자율협약 → 강제 법제화]

� EU 규제 현황


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연료전지 도입 배경 (자율협약 → 강제 법제화]

� 북미, 캘리포니아주, ZEV (Zero Emission Vehcle] 법규


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� 무게를 베이스로 specific energy를 비교하면 리튬이온 전지에 비해 4배 에너지 밀도 높음� 주행 거리 길어질수록 부수적인 차량 무게 증가로 전기차 불리함

USABC : Goal of US Advanced Battery Consortium

연료전지차 vs 전기차

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원유원유원유원유 →→→→ 가솔린가솔린가솔린가솔린가솔린가솔린가솔린가솔린

원류원류원류원류 →→→→ 가솔린가솔린가솔린가솔린하이브리드하이브리드하이브리드하이브리드

천연가스천연가스천연가스천연가스 →→→→ 전기전기전기전기전기차전기차전기차전기차

천연가스천연가스천연가스천연가스 →→→→ 수소수소수소수소연료전지차연료전지차연료전지차연료전지차

WellWellWellWell---- totototo---- WheelWheelWheelWheelTankTankTankTank---- totototo---- WheelWheelWheelWheelWellWellWellWell---- totototo---- TankTankTankTank에너지에너지에너지에너지 경로경로경로경로

67%

33%

84%

84%

54%

85%

40%

23%

36%

28%

34%

19%

50% 50% 20% 40%

• Well-to-Tank : 1차 에너지의 채굴에서 연료를 제조하여 연료탱크에 충진할 때까지의 의미• Tank-to-Wheel : 연료탱크에서 차량주행에 따르는 소비까지 의미• Well-to-Wheel : 1차 에너지 채굴에서 차량주행에 따르는 소비까지의 의미

� 타 방식에 비해 가장 우수한 에너지 효율을 나타냄

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� 자동차 요구특성에 따라 배터리차와 연료전지차 수요가 공존할 수 있슴� 장거리 연속 운전 및 고중량 영역은 연료전지차가 유리함 GM technical report in f-cell forum 2009

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2. 연료전지용 분리막연료전지 분리막

• 연료전지차 (FCV ; Fuel Cell Vehicle): 전기를 동력으로 하는 전기차의 일종으로전력 공급원으로 연료전지를 사용하는 친환경차

• 스택 : MEA가 적층된 부품으로 자동차엔진에 해당하는 핵심 부품

• 가습기 : 연료전지차 주변부품 중 핵심 부품

이온전도막 (PEM)

가습막

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[[[[막가습기막가습기막가습기막가습기 개념도개념도개념도개념도]]]]

막가습기를막가습기를막가습기를막가습기를 통해통해통해통해 연료전지연료전지연료전지연료전지 배출배출배출배출 수분수분수분수분 및및및및 열에너지열에너지열에너지열에너지 회수회수회수회수막가습기를막가습기를막가습기를막가습기를 통해통해통해통해 연료전지연료전지연료전지연료전지 배출배출배출배출 수분수분수분수분 및및및및 열에너지열에너지열에너지열에너지 회수회수회수회수

폐습윤공기폐습윤공기폐습윤공기폐습윤공기

((((고습도고습도고습도고습도))))


((((저습도저습도저습도저습도))))

공기공기공기공기////수소수소수소수소((((건조건조건조건조))))

공기공기공기공기////수소수소수소수소((((습윤습윤습윤습윤))))

막가습기 원리 및 특징


Air/H2 inlet (dry)


(고습도고습도고습도고습도) or 초순수초순수초순수초순수

폐습윤공기폐습윤공기폐습윤공기폐습윤공기 (저습도저습도저습도저습도)

or 초순수초순수초순수초순수

Wet exhaust gas

or DI water

Moisture transfer by

partial pressure difference

Outlet of wet air/H2

Outlet of dry

exhaust or DI water

[[[[막가습기막가습기막가습기막가습기 원리원리원리원리]]]]

2. 연료전지용 분리막 - 막가습기

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다공성다공성다공성다공성 지지체지지체지지체지지체

강화복합막강화복합막강화복합막강화복합막

이온전도도이온전도도이온전도도이온전도도

극대화극대화극대화극대화

기계적기계적기계적기계적 특성특성특성특성

극대화극대화극대화극대화vsvsvsvs

강화복합막강화복합막강화복합막강화복합막

((((이온전도이온전도이온전도이온전도 특성특성특성특성 발현발현발현발현)))) ((((기계적기계적기계적기계적 특성특성특성특성 발현발현발현발현))))

담지용 이온전도체 다공성 지지체

• 수소이온전도도

• 탄화수소계 도입을

통한 저가화 전략

• 치수안정성

• 내구성

• 기계적 강도

보강재보강재보강재보강재 개념의개념의개념의개념의 지지체지지체지지체지지체 도입도입도입도입

++++

강화 복합막 개발 배경


2. 연료전지용 분리막 - 이온전도막

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IV. 국내외 제조업체 동향

� 수처리용수처리용수처리용수처리용 멤브레인멤브레인멤브레인멤브레인 업체업체업체업체

� 전지용전지용전지용전지용 멤브레인멤브레인멤브레인멤브레인 업체업체업체업체

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중공사세로형

Outside �� In0.07○PVDFMFKOLON

Cleanfil®-S30V중공사가로형

Outside �� In0.07○PVDFMFKOLON

Cleanfil®-S20H중공사세로형

Outside �� In0.10×PP /

PVDFMFSIEMENSMEMCOR® CMF-S

중공사가로형

Outside �� In0.03×PVDFMFGE

ZeeWeed 1000

중공사세로형

Outside �� In0.03○PVDFMFGE

ZeeWeed 500

막모듈형태흐름공칭공경

(㎛)보강재질막종류회사명제품명스키드/카세트모듈

침지식 (흡입식)

1. 수처리용 멤브레인 업체제조업체 동향

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가압식 (압력식)

중공사가로형Inside �� Out0.03×PESMFNorit X-FlowXiga®중공사세로형Inside �� Out0.01×Cellulose AcetateUFAquasourceUltrazur®중공사세로형Outside �� In0.10×PP / PVDFMFSIEMENSMEMCOR® CMF중공사세로형Outside �� In0.10×PVDFMFAsahi KaseiMicroza®

중공사세로형Outside �� In0.05×PVDFMFH2LHIFIM중공사세로형Inside �� OutMWCO150,000×PESUFNitto DenkoHYDRAcap®

중공사세로형Outside �� In0.05 / 0.10×PVDFMFTorayTorayfil®모듈형태흐름공칭공경(㎛)보강재질막종류회사명제품명스키드모듈

제조업체 동향1. 수처리용 멤브레인 업체

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2. 전지용 멤브레인 업체 - 이차전지제조업체 동향

Asahi Kasei

• 점유율 1위• 국내 평택 라인 건설을위한 MOU 체결

Tonen Celgard습식법 습식법 건식법

• 모기업인 엑손모빌 경북구미에 라인 건설 추진

• 국내 업체 인수를 통해습식법 기술 보유

신개념 EV 배터리용 세퍼레이터 개발 활발

저가화 고안정성 고용량

내열소재, 무기소재 융복합

이차전지 세퍼레이터 업계 동향

국내 대규모 Set maker를 겨냥한 한국시장 지배력 강화 모색

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감사합니다감사합니다감사합니다감사합니다감사합니다감사합니다감사합니다감사합니다........

첨부10 (주)코오롱인더스트리 이무석 연구실장

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