"01분반 2조 Re보솜"의 두 판 사이의 차이

2024년 6월 16일 (일) 21:14 기준 최신판

프로젝트 개요

기술 개발 과제

• 국문 : 폐 침구류 재활용을 위한 회수 시스템 개선

• 영문 : Enhancing Recycling Systems for Reusing Bedding Waste

과제 팀명

• Re:보솜

지도교수

• 서명원 교수님

개발기간

• 2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

• 서울시립대학교 환경공학부 20198900** 정*용(팀장)

• 서울시립대학교 환경공학부 20198900** 안*산

• 서울시립대학교 환경공학부 20198900** 최*영

• 서울시립대학교 환경공학부 20208900** 이*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제의 배경 및 필요성

• 폐 침구류가 발생하는 주거 환경 중, 특히 숙박업 특성 상 잦은 침구류 폐기가 발생함
• 현재 폐 침구류는 대형 폐기물 혹은 특수 종량제 봉투로 배출되어 소각 및 매립됨
• 표준화되지 않은 폐 침구류 배출방법으로 폐 침구류 발생량 산출 및 재활용 어려움
• 폐 침구류의 큰 부피 및 불규칙적 배출 주기로 인한 수거, 운송의 어려움
• 폐 침구류 재활용 시, 위생문제를 고려한 추가 공정의 도입 필요

개발 과제의 목표 및 내용

1. 개발 과제의 목표

• 폐 침구류 재사용을 위한 효율적인 수거 및 분류 방안 제시
• 수거 체계 도입을 통해 폐 침구류 소각 및 매립, 환경 영향 저감
• 숙박업 비율이 높은 강릉 지역 대상으로 수거 체계 적용 및 평가
• 효율적인 체계로 수거 및 운반으로 발생하는 탄소 배출 감축
• 폐 침구류 재사용 업체 현황 파악 및 협업 체계 제안

2. 개발 과제의 내용

관련 기술의 현황

State of art

1. 폐침구류 수거 기술

• 국내 폐침구류 수거 기술

- 부피가 작은 침구류의 경우, 헌 옷 수거함 또는 거주 지역 기준에 따른 일반쓰레기 처리.

- 부피가 큰 경우, 대형폐기물로 신고 후 집 앞에 배출. 폐기물 수거업체에서 수거.

• 해외 폐침구류 수거 기술

- 일본: 높이, 폭, 깊이가 30cm를 초과하는 경우 대형폐기물 처리권을 사전구매. 수거 업체에서 수거 또는 지역 기준에 따라 대형폐기물(자원순환) 센터, 또는 지정된 반입장에 직접 처리.

- 미국: 대형폐기물 수거 서비스 사전신청 및 수거 가능 일자 고지. 접근이 용이한 지정 장소에 배출. 폐기물 수거업체에서 수거.

• 분야별 폐기물 수거 기술 동향

- 사물인터넷(IoT): 위치와 상태 추적으로 폐기물 수거 경로 최적화

- 빅데이터: 공급과 수요 분석을 통한 폐기물 수거 효율성 향상

- 블록체인: 섬유폐기물의 기원부터 목적지까지 추적 가능한 보안 디지털 원장 제공

- 스마트 계약: 자동화된 계약으로 폐기물의 품질 및 양 보증

- 모바일 앱/플랫폼: 폐기물 관리 서비스에 대한 소통 및 조정 촉진

2. 솜 재생 공정

솜 재생 공정은 크게 분리, 살균, 세탁 및 건조로 나누어짐. 폐 침구류 내의 솜을 꺼내기 위해서 절단기를 사용하여 솜과 이불 커버를 분리하고, 살균기를 사용하여 솜의 세균 및 바이러스를 제거한 다음, 세탁 및 건조를 거쳐 위생적으로 깨끗한 상태의 솜으로 만듦.

• 절단기

최근 대규모 생산이나 산업용 절단기로 레이저 절단기가 개발됨. 레이저 절단기는 레이저 빔을 사용하여 솜이나 직물을 자르는 데 사용. 특히, CO2 레이저 절단기는 빠른 절단 속도, 높은 정밀도 및 우수한 절단 능력으로 인해 가장 널리 사용. 이산화탄소, 헬륨 및 수소의 혼합물을 사용하여 다양한 비금속 재료를 절단하고 조각할 수 있는 레이저를 생성. 레이저의 강도와 높은 정밀도 덕분에 가장자리가 매끄럽고 재료 낭비가 최소화된 복잡한 절단 디자인이 가능. 레이저를 사용하면 접촉 없이 정밀하게 절단될 수 있어 섬유를 손상시키지 않음. 다만, 낮은 광전 전환률, 높은 에너지 소비, 높은 운영 비용의 단점이 있음.

• 살균기

재생된 솜을 살균하여 안전한 제품으로 만들기 위해 사용.

- 자외선 살균기: UV-C 파장을 사용하여 세균을 제거하는 장치로 자외선이 솜 내의 세균 및 곰팡이의 세포막과 핵에 침투하여 DNA 구조를 파괴하여 사멸시킴.

- 저온 플라즈마 살균기: 과산화수소를 멸균제로 사용하여 40도에서 55도 사이의 온도에서 멸균이 되며, 진공상태의 환경에서 멸균 공정 진행. 과산화수소는 인체에 무해하며 산화력이 높아 멸균제에 적합. 과산화수소를 플라즈마에 노출시켜 세포막의 지질막, DNA, 기타 세포 필수 성분들을 파괴하는 hydroxyl-free radicals이 형성시켜 멸균이 이루어짐. 또한, 멸균력이 뛰어나 일반 소독제로는 제거할 수 없는 미생물의 아포(Spore)까지 제거 가능. 과산화수소는 살균 작용 후 물과 산소로 분해되기 때문에 환경 친화적임.

기술 로드맵

• (1995년) 쓰레기 종량제 전국 시행
• (1998년) 외한위기 시, 헌 옷 수거함 등장
• (2010년) 재사용 종량제 봉투 도입
• (2013년) 서울시, RFID 기반 무게 측정장치를 활용하여 음식물쓰레기 종량제 도입
• (2021년) 남양주시, 이불 전용 수거 봉투 도입
• (2022년) 양주시, 섬유 종량제 봉투 신설
• (2028년까지) EU, 의류 산업 환경 규제 강화

특허조사

• 대형생활폐기물 처리 시스템 및 그 운용방법

(10-2020-0185979)

• Method for using garbage compressing and recycling vacuum packaging machine

(CN105501773A)

• 재활용 플라스틱류 전용 압축 감량기 및 이를 이용한 개선된 공동주택 재활용장

(KR101872896B1)

• 섬유 소재의 의자와 메트리스 등 가구 청소 후 건조하여 곰팡이 증식과 세균번식을 방지하는 섬유 살균 건조기

(PCT/KR2014/011342)

• 직물원단을 타격함과 동시에 그 표면에 붙어있는 먼지를 직접 흡입하여 효과적으로 제거하는 직물 원단 먼지 제거 장치

(KR101194954B1)

• 여과필터를 포함하는 공기흐름 방해판을 통하여 공기의 흐름 속도를 줄여 집진 효율을 향상시키는 지속 가능한 항균 집진기

(KR102613617B1)

• 단말기를 이용하여 이용자의 침구를 세탁된 침구로 교체하는 침구 관리 서비스 제공방법

(1020190121593)

• 투입-1차분리-이송 성형-2차 분리-적충-배출로 진행되는 솜 재생 제조 장치

(1020090114461)

특허전략

• 폐 침구류 수거에서 기존 종량제 봉투와 다르게 압축 기술을 도입하여 폐기물 배출과 운송을 편리하게 함.
• RFID카드를 활용한 폐 침구류 수거, 분류 프로세스 구축으로 침구류 소재 분류를 용이하게 함.
• 폐 침구류 수거함에 RFID 태그 프린터를 부착하여 폐기물 정보 입력, 분류를 할 수 있도록 함.
• 폐 침구류를 일반, 대형 폐기물로 폐기하지 않고 수거-운송-분류 단계로 이루어지는 폐 침구류 수거 체계 구축.

관련 시장에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

1. 강릉시 대형폐기물 수거

• 현재 강릉시에서 베개, 이불을 비롯한 침구류를 폐기하기 위해서는 대형 폐기물로 신고 후 배출함. 이불 대형폐기물 가격은 4,000원.
• 지자체에 의하여 대형 폐기물로 수거된 폐 침구류는 소각 및 매립됨.

2. 양주시 섬유류 종량제 봉투

• 가로 56 cm, 세로 91.5cm (50L) 규격의 종량제 봉투이며 1500원에 판매.
• 인형, 이불 등 침구류를 비롯한 폐 현수막, 폐 섬유 등을 대상으로 함.
• 신발이나 가방과 같은 섬유류 이외의 물질이 혼합된 폐기물은 섬유류 종량제 봉투로 배출할 수 없음.
• 버려지는 원단을 재활용하여 펫 시장을 겨냥한 리사이클 아이템 개발 및 나무에 해충 방지를 위한 옷 입히기 작업 실시.

3. 남양주시 이불 전용 수거 봉투

• 부피가 큰 이불을 종량제 봉투에 넣다가 찢어지는 불편한 상황을 최소화하기 위해 제작됨.
• 이불 전용 수거 봉투의 가격은 3000원이며, 읍*면*동사무소에서 구입 가능.

4. 모바일 의류수거 서비스 ‘리클(Recl)’

• 헌 옷 수거 신청을 하고 집 앞에 두면, 비대면으로 수거한 후 kg당 가격으로 리워드 지급.
• 수거 후 검수 과정을 거쳐 의류 재판매.
• 모바일 앱을 통해 간편하게 헌 옷 수거 신청.
• 현재 한 주에 12~13톤의 중고의류 수거 중.
• 중고 의류를 구매할 수 있는 리클 스토어도 운영 중.

5. 네오코튼TMB

• 폐의류에서 면섬유를 분리하여 작은 조각으로 분쇄한 후, 천연 펄프와 혼합하여 만든 자원 순환형 포장용지.
• 식물성 소재인 목화에서 추출한 면섬유를 종이원료로 사용하여 일반 종이 대비 질기고 쉽게 찢어지지 않아 내용물을 보호하는 포장재로 손색이 없음.
• LG 생활건강의 ‘오휘’의 ‘얼티밋 핏 진 쿠션’ 제품 포장에 첫 적용됨.

6. 제클린의 지속가능한 섬유 재생 서비스

• 제주도 내 호텔 폐 침구 및 타월 수거.
• 재생 가능한 제품 분류, 살균, 세탁하여 순수 면 원단을 얻고, 파쇄하여 방사, 재생솜 생산.
• 일반 숙박업소 및 가정으로의 대상 확대를 목표하고 있음.

마케팅 전략

• SO전략

- 폐 침구류 수거 및 처리 효율의 향상으로 효과적 서비스 제공.

- 폐 침구류 수거 대상 확장 및 혁신적 기술 도입으로 인한 업사이클링 제품 생산 증가.

• ST 전략

- 수거대상 선점, 협력체계 구축을 통한 시장 경쟁력 확보.

- 효율적이고 경제적인 솜 재생 공정 구축으로 인한 경쟁력 확보.

• WO전략

- 사용자 교육 및 마일리지 제공/마켓(재사용품 판매) 구축 등의 인센티브 제도를 도입하여 사용자들의 적극적 참여 독려.

- 효율적이고 경제적인 폐 침구류 수거 및 분리 기술 및 솜 재생 공정으로 인한 운영 비용 절감.

• WT 전략

- 수거 시 압축 봉투 및 RFID 태그 재사용 방안 도입 등 환경 규제 강화를 대비한 효율적, 환경친화적 운영 시스템 구축.

• 폐 침구류 분리 배출 관련 법령 제정을 통해 수거 체계의 필요성 확보.
• 침구류 세탁 서비스를 통한 홍보 및 수익 창출.

개발과제의 기대효과

기술 및 정책적 기대효과

• 운송 및 저장 비용 절감, 수거 효율성 증가, 분류 공정의 정확성 및 속도 증가 등으로 효율적인 폐 침구류 수거 가능.
• 수거 및 재사용 과정에서 폐 침구류 데이터를 확보 및 분석하여 자원 관리 기술 발전 기여.
• 새로운 분리 배출 품목 도입을 위한 수거 체계 구체화 및 상호 협력 방안 구축.
• 재사용이 가능한 품목을 추가함으로써 지속 가능한 도시 발전 기여.

환경 및 사회적 기대효과

• 폐 침구류 재사용 관련 협업 체계 구축으로 폐기물 재사용에 기여.
• 폐기된 솜의 재사용으로 인한 자원 순환 도모 및 폐기물 발생 저감.
• 매립지에 버려지는 폐기물 양을 줄여 매립지 사용 감소.
• 폐 침구류가 소각되는 양을 감소하고 소각 시 발생되는 온실가스 및 대기오염물질 저감 가능.
• 지자체 별로 다른 폐 침구류 배출 방식을 동일하게 하여 사람들의 폐 침구류 분리수거를 유도.

추진체계

개발 과제 추진 체계

설계

설계사양

요구사항 목록

D: 필요사항, W: 희망사항

중요도: 매우 중요 (1순위)부터 차례로 부여

목적계통도

설계사양

개념설계안

압축 기술을 활용한 침구 수거 봉투

1. 목적

• 압축 수거 봉투를 활용하여 폐 침구 부피를 줄여 수거 효율 증가.
• 감소된 부피로 인해 수거함 유효면적 증가.
• 폐 침구류 부피 감소로 수거함 적재 용량 증가되어 운송비 감소 및 운송 효율 증가.

2. 선정 이유

• 기존 종량제 봉투의 재질과 친환경 소재 고려 시, 충분한 압축률을 보이지 못할 것으로 판단.
• 침구류의 큰 부피로 인해 기존 종량제 봉투 사용 시 봉투가 찢어지는 등의 불편함 발생.
• 시중에 판매되는 압축 팩 활용으로 폐 침구류 수거를 위한 새로운 재질의 종량제 봉투 생산 비용 절감.
• 압축 팩의 압축 효과를 이용하여 최적의 페 침구류 부피 감소율 달성.
• 내구성 좋은 재질로 세척 및 건조 등의 재사용 방안 마련으로 종량제 봉투 재사용 가능.

3. 구성 및 소재

• 봉투: PE + PA
• 캡: 실리콘

4. 활용

• 폐 침구류 수거 봉투 구매처: 편의점 또는 폐 침구류 전용 수거함.
• 수거 봉투를 소비자가 구매하여 폐기 혹은 세탁할 침구를 압축 팩에 넣어 압축.
• 폐 침구류의 분류 완료 후에는 압축 해제 및 수거 봉투 세척 및 건조를 통한 재사용.

스마트 폐 침구류 수거함

1. 목적

• 초음파 센서 이용하여 수거함 내 적재량 추적.
• 최적의 위치에 수거함 배치하여 수거된 폐 침구류 관리 및 운송 효율성 극대화.

2. 선정 이유

• 수거함의 IoT 통합으로 실시간 데이터 추적 및 지속적인 수거함 상태 모니터링으로 폐 침구류 수거 및 재활용 프로세스 최적화 가능.
• 수거된 폐 침구류의 불필요한 운송 감소로 탄소 배출 저감 및 운송비 감소.

3. 구성 및 소재

• 본체: 스틸 0.8T
• 커버: 태양광 패널 통합 폴리카보네이트
• 인터페이스: 방수 처리된 터치스크린
• 센서 및 전자부품: RFID 리더, 초음파 센서, 통신 모듈, RFID 발행 및 결제 시스템

4. 활용

• 사용자의 경우, 터치스크린을 통해 수거함 이용 방법, 위치 정보, 수거 봉투 및 RFID 태그 구매 등의 서비스 이용 가능.
• 폐 침구류 전용 압축 수거 봉투 및 RFID태그 구매 시, 폐 침구류 재질 표기 의무 고지.
• 폐기할 침구류를 전용 압축 수거 봉투에 넣어 압축한 후, 수거함의 RFID 인식기에 태그하여 침구류 소재 입력.
• 발급된 RFID 카드에 침구류 소재 정보가 저장되면, 침구류가 수거함으로 폐기됨.
• 초음파 센서를 이용하여 수거함 적재 상태 자동으로 업데이트되며 원격 모니터링 가능.
• 수거함 맨 위 상단에 설치된 태양광 패널을 이용하여 에너지 효율 향상.
• 확보된 폐 침구류 적재량 데이터를 토대로 효율적인 수거 및 운반 주기 최적화 가능

RFID 태그

1. 목적

• 폐 침구류 수거, 분류 및 재활용 과정 지능화, 관리 효율성 및 재사용 증가.

2. 선정 이유

• 종이나 친환경 소재의 RFID사용할 경우, 습도, 온도 등으로 변형의 우려가 있어 변형이 적고 재사용이 가능한 플라스틱 재질의 RFID 사용.
• 기존 일회용 태그와 달리 여러 번 재사용이 가능하여 경제적이며 환경친화적.
• 비교적 높은 RFID 인식 및 투과력 바탕으로 수거된 폐 침구류의 소재 신속하게 식별 가능.

3. 구성 및 소재

• Micro 칩
• 외장: 환경 변화에 강한 생분해성 플라스틱 또는 재활용 가능 플라스틱

4. 활용

• 사용자: 폐기할 침구류를 전용 수거 봉투에 넣어 압축 후 RFID 태그를 삽입.
• 폐 침구류 전용 수거함의 RFID 리더기 이용하여 폐 침구류의 소재 정보 입력.
• 분류 시설에서 RFID 카드를 리더기에 인식한 후, 폐 침구류 소재 정보를 통해 재활용 가능한 폐침구류 분류.
• 폐침구류 소재 분리 후, RFID 카드의 마이크로 칩 내 내장된 데이터 초기화 및 업데이트를 통해 RFID 카드 재사용.

이론적 계산

예상 수요량 추정

1. 강릉시 폐침구류 발생량 추정

• 강릉시 숙박업소 내 폐침구류 발생량

한국관광 데이터랩에 따르면 2024년 4월 기준 강릉시 숙박업소 총 객실수는 12,688개로 확인됨. 일반적으로 2인용 객실 기준, 객실 1개당 사용되는 침구류는 이불 1개, 베개 2개로 생각하면 강릉시 숙박업소에서 사용되는 침구류의 개수는 38,064개로 계산할 수 있음. 보통 숙박업소에서 3-5년 간격으로 침구류를 교체하는 것으로 확인됨. 따라서, 이러한 수치들을 토대로 강릉시 숙박업소에서 1년 동안 발생하는 폐 침구류 발생량 추정.

시중에 판매되고 있는 퀸 사이즈 솜이불의 중량은 평균적으로 1.5kg이며, 베개의 경우 약 700g임. 중량 단위로 폐 침구류 발생을 추정하면 1년에 약 9.2ton 발생.

• 강릉시 일반 가정 내 폐침구류 발생량

강릉시청의 통계에 따르면 2021년 일반가구 수는 99,105이며, 평균 가구원수는 2.1명으로 확인됨. 일반적으로 목화솜의 수명은 약 30년 정도로 알려져 있음. 이러한 자료를 바탕으로 강릉시 일반 가정에서 1년 동안 발생하는 폐 침구류 발생량 추정.

• 강릉시 폐침구류 예상 발생량

위의 계산을 토대로 강릉시의 폐 침구류 예상 발생량은1년에 총 약 23,391개임을 알 수 있음. 이를 중량 단위로 산정하면 1년에 약 24.5ton의 폐 침구류가 발생. 2021년 기준으로 제주도에서 발생한 폐 침구류는 412ton임을 감안하면 유의미한 추정이라 생각함.

2. 폐침구류 내 솜 재사용량 추정

• 폐 침구류는 재활용되지 않고 소각 또는 매립으로 최종 되어 재활용 비율에 대한 통계 부족.
• 고급 침구류 시장에서 주로 판매하는 천연 솜과 달리 합성 솜 이불은 저렴하고 가벼워 판매 비중 높음.
• 최근 기후 변화 심각성 대두로 자연 친화적이고 지속 가능한 제품 시장 확대 및 소비 증가.
• 통계청에 따르면 2019년 기준 종량제 방식으로 배출된 폐 섬유류의 재활용 비율은 약 7% 정도이며, 재활용품 분리 배출로 배출된 폐섬유류의 재활용 비율은 100% 임을 알 수 있음.
• 국내 대표 침구 브랜드 중 하나인 ‘이브자리’의 2023년 1월에서 3월 기준으로 봄·여름 침구 판매량 1위는 구스 재질의 ‘뉴웨이’로 15%를 차지, 2위는 100% 천연 솜의 ‘오가닉솔리드’로 12%를 차지.
• 솜틀집에서 목화, 실키, 양모, 명주, 보료 등이 재생이 되고 있으나 본 과제에서는 천연 솜 만을 재사용 타겟으로 하였음.
• 위의 자료들을 토대로 폐 침구류 솜 재생 비율을 10%로 추정.

판매 가격 선정

1. 압축 기술 활용한 침수 수거 봉투 가격 선정

• 현행 침구류 대상 종량제 봉투 가격

강릉시의 경우, 이불 폐기 시 강릉시청 대형폐기물 신고 홈페이지에서 신고를 한 후 폐기해야 하며, 비용은 4,000원. 그 외에 현행되고 있는 침구류 종량제 봉투 가격은 다음과 같음.

이 가격들을 토대로 압축 기술을 활용한 침구 수거 봉투의 가격을 선정하고자 함.

2. 압축 기술 활용한 침구 수거 봉투 가격 선정

시중에 판매되고 있는 이불용 압축팩의 가격은 다음과 같음.

이불용 압축팩의 평균 가격: 2,404.6원

수거된 폐 침구류의 소재 분류를 위해 RFID 카드 사용. RFID 카드의 시중 판매 가격은 다음과 같음.

RFID카드의 평균 가격은 1,066원으로 각 가격들을 토대로 침구 수거 봉투의 가격을 3,800원으로 선정함.

이는 기존 강릉시에서 이불을 폐기할 때 드는 비용보다 200원 정도 절감된 가격으로, 기존의 배출 방식에 비해 비용적인 측면에서 강점을 둠. 압축 수거 봉투 총 판매 금액은 다음과 같음. 종량제 봉투 제작 시 드는 비용은 강릉시와의 위탁계약을 통해 마련할 계획.

3. 솜 재생 공정 위탁 업체

7군데의 솜틀집에서 솜 트는 가격을 조사한 결과, 목화 솜 소재의 퀸 사이즈의 이불의 경우, 50,000원의 비용이 드는 것으로 확인. 베개의 경우, 특정 가격이 정해져 있지 않지만 이불에 비해 솜의 양이 별로 없으므로 2,500원으로 추정.

수거한 폐 침구류를 재활용하기 위해 솜틀집에 위탁할 경우 발생하는 비용은 다음과 같음.

- 숙박업소에서 발생한 폐 침구류 솜 재생 위탁 비용

- 일반 가정에서 발생한 폐 침구류 솜 재생 위탁 비용

따라서, 솜 재생 위탁 업체에 맡길 경우 발생하는 위탁 비용은 약 5.4천만 원으로 추정.

4. 재생솜 판매 시 예상 매출액

솜을 도매하는 업체 2군데의 가격을 조사한 결과, 목화솜 100% 3.75kg당 평균적으로 68,500원으로 추정.

앞서 산정한 폐 침구류 내 솜 재활용량을 토대로 재생솜 판매 시, 발생하는 예상 매출액을 산정한 결과는 다음의 식과 같음.

편익 및 비용 구조

1. 편익 항목

• 선별소 인건비는 RFID를 활용한 자동화로 기존 2명에서 1명으로 감소하였다고 가정.
• 압축팩 사용 시, 사용하지 않을 때에 비하여 4배 더 적게 운영 가능. 근로일수를 고려하였을 때 184일 정도의 운송을 줄일 수 있음.
• 소각 및 매립 비용은 폐 섬유류 처리 단가를 계산에 활용함.

2. 비용 항목

• 압축 수거함의 개수 및 크기와 폐 침구 발생량 고려 시, 수거 주기는 4일에 1회
• 압축 봉투와 RFID카드는 2주간 필요 수량만큼 제작하며, 봉투의 교체 주기는 3개월 (6번), RFID 카드의 교체 주기는 반년 (12번)으로 가정.

3. B/C Ratio

• 편익: 1.78억원, 비용: 1.20억 원
• 초기 비용: 0.37억 원, 연간 발생 비용: 0.84억 원
• 1년 기준 B/C ratio: 1.48
• 1년 기준 총 이익(B-C): + 0.58억 원
• 1년 기준 1.48 이후 2년 기준 1.74, 3년 1.86, 4년 1.92, 5년 1.95로 상승.

4. 관련 지원금

• 강릉시 폐기물 조례에 따르면, 폐기물 발생 억제를 위하여 시장이 필요하다고 인정하는 사업에 대해서는 예산 범위 내에서 지원 가능.
• 폐 침구류 수거를 통해 솜 재활용을 촉진시켜 폐기물 발생이 억제되는 효과가 있으므로 강릉시와의 협약을 통해 예산을 지원받을 수 있음.
• 강릉시의 2024년 성과계획서에 따르면, 강릉시청 경제환경국의 ‘미래세대를 위한 자원순환시스템 구축’을 위한 정책의 예산액은 3.49억원이다.
• 강릉시 사회적기업지원센터를 통해 ‘마을기업’으로 선정된다면 최장 2년간 약 8,000만원 정도의 지원을 받을 수 있음.
• 한국환경산업기술원 ‘2023년 중소환경기업 사업화 지원사업’ 추진계획에 따르면 자원 순환 분야 폐기물 저감 측면에서 사업화 시 과제 당 최대 3억원 (8개월)을 지원함.
• 환경부 ‘재활용 산업 육성 지원사업’에 따르면 도전(1천만원), 성장(3천만원), 도약(1억원), 소재(1억원) 규모 별로 기업 지원 내용에 따라 지원함.
• 자원순환마루 ‘자원순환 창업 지원사업’에 따르면 용역 1건당 대행비 80~90% 범위 이내에서 창업 지원비를 지원함. 일반 지원자 기준 최대 사업타당성 검토(240만원), 사업계획 절차(600만원), 인허가절차(620만원), 경영관리(360만원) 항목으로 지원을 받을 수 있음.

탄소 배출

• 예상 폐 침구량 전부 소각 시 연간 CO2 발생량은 7.18 tCO₂/yr
• 24.5 𝑡/𝑦𝑟 (강릉시 폐 침구류 발생량) ⋅ 0.29312 𝑡𝐶𝑂2/𝑡𝑊𝑎𝑠𝑡𝑒 (섬유류 폐기물 𝐶𝑂2 배출계수) = 7.18 𝑡𝐶𝑂2/𝑦𝑟
• 재활용률 10%로 가정 시 소각에서 발생하는 CO2를 0.72 tCO2/yr 저감.
• 일반적인 종량제 봉투 사용 시, 수거함 가능 적재량은 최대 이불 5장.
• 압축 수거 봉투 사용 시, 수거함 내 최대 이불 24장 적재 가능.
• 13개소 운영 시, 수거 주기는 1일 1번에서 4일 1번으로 줄일 수 있음
• 압축 팩 활용에 의한 폐 침구류 부피 감소로 폐기물 수송 시 발생하는 탄소배출 75% 감소.
• 5톤 미만 트럭 기준 연간 CO2 배출량은 18.09 tCO2/yr, 75% 저감 시 13.53 tCO2/yr 저감.
• 소각과 운송 부문에서 기존 25.27 tCO2/yr의 온실 가스 배출량을 총 14.25 tCO2/yr 저감하여 56.4%의 저감율 보일 수 있음.

설계도

• 폐침구류 전용 수거함 3D CAD

• 수거봉투 및 RFID

제어부 및 회로 설계

소프트웨어 설계

• 폐침구류 전용 수거함 터치스크린 구성 화면

자재소요서

결과 및 평가

완료 작품 소개

프로포타입 사진

1. 압축 수거 봉투

• 압축 수거 봉투의 크기는 850*1000mm
• 압축 수거 봉투 사용으로 최대 75% 압축 가능.
• 수거 봉투에는 RFID 카드를 부착할 수 있는 홀더가 부착 되어있음.

2. 초음파 센서(SR-04)

• 측정거리는 2~500 cm 이며, 측정각도는 <15°, 정확도는 ± 0.3 cm
• 적재 상태 포화(74~100%): 초록색 불
• 적재 상태 중간(47~74%): 노란색 불
• 적재 상태 적음(0~47%): 빨간색 불
• 적재 정보를 통신 모듈(HC-06)을 이용하여 통신 기기로 전달
• 적재량을 확인하고 수거 및 운송 여부 결정

3. 강릉시 이불 전용 수거함

• 재질: 아크릴, 크기: 40(W)*30(L)*60(H)
• (실제기준) 크기 : 1200(W)*900(L)*1600(H), 적재량 : 1,296 L
• 상부는 RFID 발행기 및 초음파 센서 본체를 설치할 수 있는 공간, 하부는 이불 수거를 위한 공간으로 활용.
• 수거함 윗면에 태양광 패널 설치하여 자체적으로 전기 수급 가능.
• 수거함 상부에 터치스크린을 설치하여 사용자가 수거함 이용 시 RFID 카드 발급 및 배출 가능한 품목과 배출 방법 안내.

• 수거함 위치 선정

- 주변 지역 인구수, 유동인구 많은 지점, 수거함 설치 용이 등의 항목을 기준으로 선정

- 동사무소(13개소)를 우선적으로 선정

- 마트, 시장을 중심으로 추가 배치를 계획 중임

4. RFID 카드 및 리더기

• UID 변경 가능한 RFID 카드를 활용하여 분류에 따른 UID를 설정하여 구분하도록 함.
• RFID를 읽을 시 침구류의 재질이 뜨도록 하며, 정보는 LCD를 통해 확인할 수 있음.

• RFID UID 설정 (침구류 소재 별 분류)

- 기본적인 UID 구성은 8자리로 00.00.00.00으로 사용함.

- 앞의 두 코드는 배출 날짜, 뒤의 두 코드는 침구류 소재를 나타냄.

- 소재의 경우 앞의 알파벳은 소재, 뒤의 숫자는 비율을 나타냄.

- 이불 중 가장 많이 차지하는 소재 두가지를 기입함.

- 다양한 소재의 폐기물이 발생하지만 재사용 타겟으로 하고 있는 천연 솜 (XX.XX.C0.00)으로 분류된 폐 침구류만이 재생 공정으로 이동.

- 침구류 소재에는 목화 솜(C), 폴리에스터 합성 솜(P), 양모(W), 거위털(G), 오리털(D) 실크(S), 텐셀(T), 모달(M) 등이 있음.

5. 솜 재생 공정 모형

• 솜 재생은 절단-세탁-건조-솜틀 공정으로 이루어지며 솜틀 기계를 사용하여 솜 사이의 이물질을 제거하고 숨을 회복하며 살균 과정을 통해 소독됨.
• 3D Printing을 통해 솜 재생 공정을 약 1/10배로 축소하여 모형 제작.

포스터

개발 사업비 내역서

완료 작품 평가

• 수거 방법 적합성, 경제적, 환경적, 사회적 측면에서 우수함을 보였으나, 적용 가능성 측면에서 소재의 분류가 충분하지 않아 재사용율이 낮음.
• 본 과제에서는 천연 솜 만을 타겟으로 재사용을 하였으며, 솜틀 및 재사용 공정을 통해 목화 솜 이외에도 실크, 양모, 명주 등 또한 재사용이 가능하여 재사용 품목을 늘릴 시, 재사용율이 증가할 것으로 예상함.

□ 사용자 혜택

• 기존 대형폐기물 배출 방법보다 200원 저렴한 가격에 배출 가능
• 폐기 시 봉투의 찢어짐 없이 작은 부피로 편리하게 배출
• 마일리지 적립을 통한 재생 제품 구매 등 혜택 제공 (추후 계획)

향후 평가

• 1단계 기준으로 설계하였으며, 2~5로 단계별 확장을 통해 수요 및 수익 증가를 기대할 수 있음.
• 침구류 등급에 따라 마일리지를 차등 분배하고 세탁 서비스 및 재생 제품 구매에 이용.
• 해당 시스템 시행 지역을 전국적으로 확대함에 따라 폐 침구류 분리수거를 제도화하고 보편화될 것으로 기대.
• 100% 천연 솜 폐기물에 대해서만 재활용을 가정하여 설계를 진행하였으나, 현재 합성 섬유의 재활용 방안에 관한 여러 연구들이 진행되고 있어 추후 다양한 소재의 폐 침구류에 대한 재활용의 가능성이 존재. 재사용 가능한 침구류 소재를 늘려 10%인 재사용율을 증가시킬 수 있을 것으로 예상.
• 기존 폐기물의 종류별 재활용 가능 유형에 해당하지 않으므로, 재활용환경성평가를 통해 재활용 허가의 과정이 요구됨.

부록

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• [아두이노 RFID 기초] RFID로 UID 읽어오기

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• 폐기물 발생현황_생활폐기물, 통계청
• 2024년도 예산안 성과계획서, 강릉시청
• 강릉시 폐기물관리 조례 제5조, 제19조
• 강릉시 사회적경제지원센터

https://social.gsipa.or.kr/html/vilage/vilage3.html

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• 환경부. 새활용 산업 육성 지원사업. 2022
• 자원순환마루. 자원순환 창업 지원사업.

https://www.recycling-info.or.kr/rrs/viewPage.do?menuNo=M160101

프로그램 및 코드 소스

• RFID 카드 및 리더기 아두이노 코드

• 초음파 센서 아두이노 코드