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2024년 12월 18일 (수) 21:12 기준 최신판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 스티로폼 수거 시스템의 경제성 및 효율성 제고

영문 : Enhancing the economic efficiency and effectiveness of the styrofoam collection system

과제 팀명

폼폼푸린

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20188900** 서**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20188900** 성**

서울시립대학교 환경공학부 20208900** 윤**

서울시립대학교 환경공학부 20208900** 이**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 개발 과제에서는 폐스티로폼 처리 과정의 효율성과 경제성 문제를 해결하기 위하여 도서산간지역에 특화된 스티로폼 감용기 수거 차량을 설계하고자 한다. 현 수거 차량 내에 감용 설비를 설치하여 수거되는 폐스티로폼의 부피를 줄이고 효율적인 운반이 가능하게 한다. 스티로폼의 수거, 파쇄, 압축, 가공 성형 과정을 단일화하고, 수거 차량 내부에 폐스티로폼 가공 성형 중 발생하는 VOCs를 제거할 수 있는 응축 설비를 설치하여 문제상황을 극복하고자 한다. 따라서 폐스티로폼 수거 시스템 내의 수거 차량 운행 횟수를 줄임으로써 효율성과 경제성이 높아질 것이다. 또한 수거 차량 내부에서 잉고트 형태의 재활용 원료로 사용할 수 있도록 만들어, 기존 수거 시스템의 파쇄, 가공 성형 단계를 생략하고 바로 재활용 공정에 투입될 것이라 기대한다.

개발 과제의 배경

1. 폐스티로폼 발생 및 수거 현황

스티로폼은 포장재, 음식 용기, 건축자재 등으로 널리 사용되며 매년 상당한 양이 소비된다. 특히 코로나19 대유행 이후 생활폐기물이 1.5배 이상 증가하였는데, 이 가운데 폐지와 스티로폼의 증가가 가장 두드러진다. 코로나19뿐만 아니라 매년 찾아오는 명절 이후 선물 포장 쓰레기까지 쏟아지면서 기존 작업장들은 포화 상태에 이른다. 다른 폐기물과는 달리 스티로폼은 질량 대비 부피가 큰 탓에 적치 공간을 많이 차지하여 운반 비용이 크고, 재활용 선별장으로 옮겨지더라도 테이프나 오염 없이 깨끗하게 배출된 스티로폼만 잉고트의 원료가 된다. 운반되더라도 재활용되지 못하는 폐스티로폼은 소각이나 매립됨을 의미한다. 2021년 9월, 추석 직후 보도된 바에 따르면, 인구 118만 명의 수원시에서 쓰이고 버려진 스티로폼이 하루 최대 6만 톤에 달한다. 수원시 자원순환센터에서 처리 가능한 스티로폼은 하루 최대 3톤이지만, 유입되는 폐스티로폼은 그 두 배라는 것이다. 스티로폼으로만 가득 찬 수거 차량이 하루에만 210여 대 드나들었다고 한다. 스티로폼은 질량 대비 부피가 큰 탓에 수거 차량의 반복 운행은 불가피해 보인다. 수원시 자원순환센터 폐스티로폼 발생량은 2019년(1~12월) 663톤에서 2021년(1~8월) 732톤으로 큰 폭으로 증가하였다고 기록되며, 현재도 꾸준히 증가하고 있다.

2. 폐스티로폼 재활용 현황

스티로폼의 정식 명칭은 ‘발포폴리스티렌’이며 일반적인 PS, 즉 플라스틱 재질이다. 따라서 가정에서 스티로폼을 분리배출하면 지자체 선별장에서 스티로폼을 고온에 녹인다. 용융 과정에서 스티로폼 안의 공기를 모두 제거하는 과정이다. 공기를 제거한 스티로폼은 굵은 형태의 가래떡 모양을 띠는데, 이를 ‘잉고트’라고 한다. 선별장에서 잉고트가 만들어지면, 이후 재활용 업체에서 잉고트를 얇은 형태로 뽑아낸 후 식혀 자른다. 쌀알만큼 작은 알갱이 형태가 되면 이를 ‘펠렛’이라 부른다. 펠렛은 플라스틱 재생 원료인데, 즉 플라스틱 재활용 제품을 만드는 재료가 되는 것이다. 스티로폼 펠렛으로 만들 수 있는 대표적인 제품이 액자이다. 전체 과정을 정리하자면, 수거 – 분류 - 파쇄 – 용융압출 - 잉고트 – 냉각 – 절단 – 펠렛이다.

저가의 원료일수록, 저가의 생산품일수록 가공 공정을 줄이는 것이 지속성 (수익성)을 유지하는 비결이다. 이러한 점에서 기존의 재활용 공정은 경제성을 유지하기 어려운 구조를 포함하고 있다. 본 개발을 통해 공정을 대폭으로 줄여 간단한 공정으로 제품(잉고트)을 생산할 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

1.개발과제 목표

폐스티로폼 처리 과정의 효율성과 경제성 문제를 해결하기 위하여 도서산간지역에 특화된 스티로폼 감용기 수거 차량을 설계하고자 한다. 현 수거 차량 내에 감용 설비를 설치하여 수거되는 폐스티로폼의 부피를 줄이고 효율적인 운반이 가능하게 한다. 감용기 수거 차량의 성능은 다음과 같다.

폐스티로폼 파쇄 및 고온 용융
잉고트 성형
VOCs 저감 설비

기존 시스템과의 명확한 경제성 비교분석을 위하여 대상 지역을 울릉도로 설정하였다. 울릉도는 코로나19로 인한 사회적 거리두기 시행 기간에는 관광객 수가 일시적으로 줄어들었으나, 2022년을 기점으로 다시 관광객 수가 증가하여 매년 40만명 내외의 관광객이 방문하고 있다. 또한 2028년 울릉공항의 개항에 따라 관광 산업의 규모가 더욱 커질 것으로 예상되며, 그에 따른 폐기물 발생도 증가할 것으로 예상된다. 
울릉도 내에서 발생하는 폐기물은 울릉도 내에 위치한 소각장에서 소각되거나, 재활용 가능한 폐기물의 경우 선박을 통해 내륙의 재활용 선별장으로 운송되어 재활용 처리 과정을 거치게 된다. 따라서 울릉도의 재활용 가능한 폐기물을 재활용 하는 데에는 내륙 지역에서보다 운송에 들어가는 비용이 더 많이 발생하며, 기상 상황에 따라 선박이 운행하지 못하는 경우 폐기물이 울릉도에 쌓여있는 채로 남아있게되며, 불규칙적인 수거로 인하여 일시적으로 폐기물의 운송의 부담이 늘어나는 문제가 있다.
과제를 통하여 설계한 폐스티로폼 감용기 수거 차량을 이용하여 울릉도에서 폐기물, 특히 스티로폼의 운송 부담을 줄이고, 재활용 원료의 수익성을 증가시킬 수 있도록 하는 것을 개발 과제의 목표로 선정하였다.

2.개발 과제 내용 1) 폐스티로폼 파쇄 및 용융, 잉고트 형성

해남군은 지난 2015년부터 현재까지 폐스티로폼 감용기를 운용해 103만개에 이르는 폐스티로폼 부표를 처리해왔다. 해당 폐스티로폼 감용기는 1,000~1,200개의 폐스티로폼을 처리하여 25kg의 압축 성형물을 만든다. 이 과정을 통해 압축 성형물을 판매한 세외수입 3,900만원은 물론 위탁처리비용 28억 8,500만원 절감 효과를 본 사례도 있다. 앞선 이동식 감용기의 원리를 파악하고 장단점을 분석한 뒤 본 개발에 적용할 기술을 검토하여 도입할 계획이다.

기존 이동식 감용기에는 세척 단계가 포함되어 있으나, 수거차량에 설치될 수 있을만큼의 크기를 갖고 있는 감용 설비에는 세척 단계가 생략되어 있거나, 스팀 분사를 이용하여 별도의 세척 과정 없이도 이물질에 의한 오염의 영향을 방지할 수 있다고 한다. 이 점을 고려하여 본 개발에서 세척 단계를 추가할 수 있는지, 혹은 스팀 분사로 오염 문제를 해결할 수 있는지에 대한 가능성을 살피고, 불가할 경우 깨끗하게 분리 배출된 (또는 수작업으로 1차 선별된) 폐스티로폼을 투입한다는 전제를 설정할 것이다. 또한 본 개발은 기존의 수거 차량을 개조하여 수거, 처리, 운반 과정을 통합하고자 한다. 기존의 이동식 감용기는 수거나 운반의 역할을 하지 못했기에 이 점에서 차별성을 가진다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

1. 일체형 스티로폼 감용기

스티로폼이 수거되어 각 지역의 재활용 선별장으로 이동하게되면, 선별장에서 파쇄, 세척, 감용 등의 처리를 거쳐 잉고트 또는 펠릿 형태의 재활용 원료로 가공되게 된다. 이 때, 재활용 선별장에서 사용하는 스티로폼 감용기는 분리형과 일체형이 존재한다. 분리형 스티로폼 감용기는 스티로폼 파쇄기와 세척설비, 가열 및 성형을 위한 설비가 구분되어 있으며, 폐스티로폼은 처리 순서에 따라 해당 설비들을 순차적으로 이동하며 감용 처리된다. 이와 달리, 일체형 스티로폼 감용기는 파쇄부터 감용까지의 과정이 하나의 설비 내에서 이루어지도록 설계된 것이다. 분리형 스티로폼 감용기는 각각의 설비가 따로 설치되기 때문에 유연한 운영과 유지보수가 용이한 장점이 있지만, 설치 공간과 초기 비용이 일체형에 비하여 많이 드는 단점이 존재한다. 폐스티로폼 수거 차량에 감용기를 설치하기 위해서는 감용 설비의 크기가 되도록 작은 것이 유리하므로, 일체형 스티로폼 감용기 기술을 위주로 살펴보았다.<그림 1>의 A, B는 각각 화성산업기계, 인화산업에서 판매하고 있는 일체형 스티로폼 감용기의 사진이다.

2. 이동식 스티로폼 감용기

이동하는 차량 위에 스티로폼 감용기를 설치한 사례가 존재한다. <그림 3>은 ㈜세림쵸프밀의 이동식 스티로폼 감용기의 구조를 보여준다. 해당 설비는 트럭 위에 스티로폼 감용설비를 설치한 것이라는 점에서 우리 조의 설계 주제와 닮아 있으나, 다소 차이가 있다. 첫 째로는 설비의 목적이 다르다. 세림쵸프밀의 이동식 스티로폼 감용기는 수거를 목적으로 하는 설비가 아니다. 이동식 감용기 차량이 폐스티로폼의 발생 지역으로 이동하여 감용 설비를 통해 스티로폼의 크기를 줄이게 되면, 후에 수거 차량이 해당 장소로 이동하여 부피가 줄어든 스티로폼을 수거해 가는 형태이므로, 해당 이동식 스티로폼 감용기는 수거를 용이하게 해주지만 수거를 목적으로 하고 있지 않다. 둘 째로는 이동식 감용기 차량에 설치된 감용기는 분리형 감용기로, 파쇄, 세척, 감용 설비가 각각 따로 구동하게 되어 있으므로, 일체형 감용기가 설치된 수거차량과는 형태와 규모에 차이가 있다. 셋 째로는 감용 방식이다. ㈜세림쵸프밀의 이동식 스티로폼 감용기는 스팀 발생기와 유압실린더를 이용하여 열 전달과 이물질 제거 및 압축을 진행한다. 감용을 통해 나오게 되는 폐스티로폼은 얇은 원판 형태이며, 일체형 감용기를 통해 얻을 수 있는 잉고트 형태와는 다르다.

3. VOC 저감기술

VOC 저감 방법으로는 연소, 흡착, 흡수, 응축, 생물여과, 촉매산화 등이 있다. 처리 방법 선정시에는 VOC 농도, 유량, 공정의 융통성과 운영비 등을 종합적으로 판단하여 결정해야한다. 수거차량 내 감용기의 특수성을 고려했을 때, 대용량 처리보다는 소규모 분산 처리 및 저농도 조건에 유리한 방식을 채택해야 하며, 공정이 단순하고 운영비가 많이 들지 않는 방식을 고려해야한다. [표 X]는 VOC 처리기술을 비교한 내용이며,  [표 X]은 VOCs 배출 농도에 따른 최적의 처리방법을 정리한 내용이다.

VOCs 처리 기술 간의 비교를 통해 보았을 때, 저농도 배출 조건에서 유리하고, 기본 원리가 단순하며 폐수 발생이 없는 흡착법을 활용하는 것이 수거차량에 설치하기에 적합하다고 판단하였다. 또한, 차량에 설치되어야 하므로, 크기가 작은 소형 흡착탑 설비에 대한 조사를 진행하였다. 조사를 진행한 결과, 실제 재활용 업체에서 스티로폼 감용시 발생하는 유기화합물과 악취를 제거하기 위하여 소형 흡착탑 제품이 사용되고 있는 사례들을 확인하였다.

특허조사

1. 폐스티로폼 축소기

일체형 스티로폼 감용기의 구조는 크게 파쇄와 감용의 두 부분으로 나누어 볼 수 있다. <그림 4>의 A에서는 파쇄기 날에 의한 스티로폼의 물리적인 파쇄가 진행된다. 파쇄된 스티로폼의 조각들은 <그림 4>의 B 부분으로 떨어져, 나선형 이송 스크류에 의하여 배출구 쪽으로 이동하게 된다. 배출구는 나선 스크류가 있는 부분보다 지름이 작기 때문에 스크류에 의하여 밀려 이동된 스티로폼 조각들은 좁은 배출구에서 압력을 받아 압축되게 된다. 또한, 이송 시 히터 설비에 의하여 스티로폼 조각들은 용융되어 배출 시 하나의 조각처럼 뭉치게된다. 히터 설비의 위치는 제조사마다 다르며, 이송 스크류가 위치하는 부분의 아래쪽 전면에 설치될 수도 있고, 이송 스크류에 의하여 스티로폼 조각이 이동하는 통로의 중간에 통로를 감싸는 형태로 설치될 수도 있으며, 배출구 부분에 비교적 작게 설치되어 배출되는 폐스티로폼 잉고트의 표면만 살짝 녹여서 굳히는 형태가 될 수도 있다. 위와 같이 열을 이용하여 스티로폼을 가공하는 방식의 감용기는 열을 이용하여 스티로폼의 표면을 용융시켰다가 다시 굳히며 형태를 변형시키게 되며, 이 과정에서 기체 상태의 VOC가 발생하게 된다. 하지만 해당 설비들은 VOC 저감 설비를 포함하고 있지 않다.

2. 스티로폼 감용기

이 스티로폼의 감용기의 구조는 호퍼, 분쇄부, 압출부재로 구성되어 있다. 스티로폼은 호퍼에서 수용되어 하부방향으로 낙하하는 스티로폼이 분쇄부의 날에 의해 물리적으로 분쇄된다. 그리고 상기 이송압출부가 분쇄부의 하측방향에 정역회전이 가능하도록 설비되어 있어 분쇄된 스티로폼을 일측에서 타측방향으로 이송하고, 타측에서 압출하여 압출부재로 배출되게 된다. 그런데 이때 원활한 압출이 되도록 압출관 일측에서 타측 방향으로 갈수록 내부 직경이 좁아지도록 설계되었다. 그리고 상기 압출부재의 길이방향으로 연장되는 돌출부재가 안쪽으로 돌출된 상태로 등간격으로 설치되어 있어 분쇄된 스티로폼을 한 번 더 분쇄하게 된다. 동시에 분쇄된 스티로폼이 압출되는 과정 중에 발생되는 공기의 배출을 더 용이하게 한다. 내부에 상기 분쇄부가 수평으로 축결합되는 하우징과 분쇄부의 회전축이 일체형으로 축결합되어 제조원가 및 고장율을 감소시킬 수 있다. 감용기의 배출구 부분에는 내부방향으로 열을 발산하는 히터부재가 설치되어 있어 분쇄된 스티로폼의 표면을 용융시킨다. 이때 형태가 변형된 스티로폼이 이동될 때 부스러짐 등의 문제가 발생될 수 있지만, 이 설비에서는 이를 방지할 수 있도록 표면이 단단한 형태로 압출하게 된다. 따라서 이 감용기는 분쇄된 스티로폼을 압출하는 과정에서 다시 한번 분쇄하고 압출하는 과정을 통해 충분한 감용이 이루어질 뿐만 아니라, 압출되는 과정에서 발생되는 공기가 원활히 배출될 수 있다. 하지만 <특허1>과 마찬가지로 스티로폼 감용에 열을 이용할 때 발생될 VOCs 저감 설비는 구비되어 있지 않다.

3. 작업환경에 따라 각도조절이 가능한 컨베이어 장치를 구비한 폐스티로폼의 부피를 줄여 수거하는 차량

이는 수거차량 안에 폐스티로폼을 분쇄하여 감용시킬 수 있는 처리장치를 설치했다는 점에서 우리 조의 프로젝트 주제와 큰 관련이 있는 특허이다. 이 기술은 차량에 설치된 감용기의 역할만을 하는 것이 아니라, 폐스티로폼이 발생하는 현장으로 직접 방문하여 수거를 함과 동시에 분쇄, 용해, 감용의 처리공정을 단시간내에 일련으로 해결할 수 있다. 그리고 차량에 벨트 컨베이어를 장착하여 이동되는 폐스티로폼의 역류현상이나 분쇄기 작동 중 가벼운 스티로폼이 튀는 현상을 방지하여 분쇄효율을 높일 수 있다. 또한 폐스티로폼이 벨트컨베이어 장치를 통해 이동되면서 다양한 크기와 형태의 스티로폼이 안정적으로 고정 및 탈착이 이루어지게 하여 작업환경에 따라 각도조절이 가능하도록 한다. 이로써 작업자의 안정성 문제를 개선하고 분쇄 속도를 높일 수 있게 하였다. 이 차량에 설치된 장치로 역류방지 유도부가 있는데, 이는 자중에 의해 자동적으로 폐스티로폼을 가압하여 분쇄기로 유도하는 역할을 한다. 그리고 다양한 사이즈의 폐스티로폼도 분쇄기로 이송될 수 있도록 유도한다. 이때 유도판 톱니가 폐스티로폼에 걸치게 설치되어 있어 분쇄기쪽으로 전진만 하고 후퇴를 하지 못하게 되어 있어 분쇄 효율을 증대시킨다. 저장부는 분쇄된 폐스티로폼을 용해하여 저장하고, 제어부는 폐스티로폼의 투입, 분쇄, 이송과정을 제어한다. 따라서 차량 안에 감용기를 설치하여 이동하면서 폐스티로폼을 수거하고 공정에 투입하여 즉시 감용이 되도록 하였다. 또한 작업환경에 따라 각도조절이 가능한 기술이지만, <특허1>, <특허2>와 마찬가지로 VOC 저감설비가 구비되어 있지 않다.

4. VOC 저감 설비

<그림 7>은 이동형 독성가스 정화장치의 도면을 나타낸 것이다. 독성가스의 처리방법은 흡착법을 기반으로 하고 있으며, 기본적인 동작 원리 등은 기존의 흡착 설비와 대동소이하다. 기술의 특징으로는 약 40kg 정도의 가벼운 중량과 작은 크기에 손잡이와 바퀴가 달려있어 휴대가 용이하기 때문에 장소와 공간에 제약을 거의 받지 않고 적용 가능한 장점이 있다. 정화장치 내부에는 두 개의 캐니스터가 있으며, 각 캐니스터 안에는 활성탄 등의 흡착제가 구비되어 있다. 동작 시, 둘 중 하나의 캘리스터를 우선적으로 사용하고, 캘리스터 내부의 흡착제가 사용한도에 도달하게 될 경우, 경로판단부에서 독성가스의 농도를 기반으로 이를 판단하여 다른 캘리스터로 독성가스가 유입될 수 있도록 한다. 이는 캘리스터 내부의 포화된 흡착제를 교체하거나 재생하는 동안 독성가스의 처리가 지체되지 않도록 하기 위함이다. 흡착 처리된 가스는 필터를 통과한 후 배출구를 통하여 배출된다. 정화된 가스가 배출되기 전에 배기공간에 설치된 감지부에서 잔류하는 독성가스의 농도를 감지하여, 독성가스가 감지되지 않으면, 정화된 공기를 배기구로 내보내고, 독성가스가 감지되면 작동하지 않던 다른 하나의 캐니스터가 작동되도록하여 잔류 독성가스가 재정화되어 배기구로 배기되도록 한다.

특허전략

폐스티로폼 처리 과정의 효율성과 경제성 문제를 해결하기 위하여 도서산간지역에서 특화된 스티로폼 감용기 수거 차량을 설계하고자 한다. 스티로폼의 수거, 파쇄, 압축, 가공 성형 과정을 단일화하고, 수거 차량 내부에 폐스티로폼 가공 성형 중 발생하는 VOCs를 제거할 수 있는 응축 설비를 설치할 예정이다. 먼저, 차량 내 감용설비로는 <특허1>과 같은 일체형 스티로폼 감용기를 고려하고 있다. 차량 안에 감용기를 설치하기 위해서는 가능한 공간집약적으로 설비를 설계하는 것이 유리하며, 수거차량 내 설비의 무게 역시 경량화 될수록 운행 비용 측면에서 유리하기에 비교적 부피가 작고 설비의 구조가 간단한 일체형 감용기를 사용하는 것으로 결정하였다. 그리고 <특허2>에서의 감용기는 분쇄된 스티로폼을 압출하는 과정에서 다시 한번 분쇄하고 압출하는 공정으로 되어있다. 이는 충분한 감용이 이루어지고, 제조원가를 낮출 뿐만 아니라, 압출되는 과정에서 발생되는 공기가 원활히 배출될 수 있다. 따라서 <특허2> 처리공정의 기본 원리를 감용설비의 모델링 시에 참고하고자 한다. 또한, 파쇄 다음 과정으로는 가열 압축하는 방식을 선택했다. 다른 방법으로 냉각압축 방식이 존재하지만, 냉각 시스템이 복잡할 뿐만 아니라, 에너지 소모가 크고 일정한 온도를 유지하는 데 어려움이 있어 선택하지 않았다. 냉각압축 방식에 반해 가열압축방식은 가열과 압축과정을 자동화할 수 있으므로 차량 내부에서 관리가 비교적 쉽다. 이외에도 다양한 종류의 스티로폼을 완전히 녹여 작은 부피로 압축이 가능하기 때문에 많은 양을 쉽게 처리할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 감용기 내부 히터부재의 열로 인해 폐스티로폼이 녹을 때 발생될 VOCs에 대해서 고려해야 한다. 하지만, <특허1>, <특허2>, <특허3> 모두 저감 설비는 구비되어 있지 않다. 이에 우리는 VOC 저감설비를 설치하여 VOCs와 같은 유해한 기체가 차량 내·외부로 배출되는 것을 방지하고자 한다.
㈜세림쵸프밀의 제품 설명에 따르면, 원판 형태의 스티로폼은은 2차 가공시 파쇄 작업공정이 필요하지 않으므로 잉고트 형태보다 경제성과 효율성이 뛰어나다고 설명하고 있으나, 기존의 재활용 처리 과정에서 폐스티로폼을 펠릿, 섬유코팅제 또는 본드원료로 가공하는 공정이 잉고트 형태에 맞춰져 있을 것이라 예상되며, 스팀 발생기 사용에 따른 폐수처리 문제 역시 수거차량이 처리하기에 다소 어려움이 있을 것이라 판단되어 기존의 일체형 감용기의 원리를 이용한 수거차량을 설계하기로 결정하였다. 
<특허3>은 차량안에 감용기를 설치하여 이동하여 직접 현장으로 가 폐스티로폼을 수거를 함과 동시에 분쇄, 용해, 감용의 처리공정을 단시간내에 일련으로 해결할 수 있다는 점에서 우리 조의 설계 주제와  비슷한 컨셉을 가지고 있다. <특허3>에서는 벨트컨베이어 장치가 설치되어 있어 다양한 크기와 형태의 스티로폼이 안정적으로 고정 및 탈착이 이루어지게 하여 작업환경에 따라 각도조절이 가능하도록 하고 있다. 이로써 작업자의 안정성 문제를 개선하고 분쇄 속도를 높일 수 있는 장점이 있지만, 밸트컨베이어 가 차량 내 부피를 꽤 차지할 뿐만 아니라 전력 사용량 증가, 설비 중량의 가중에 따른 운반 효율 저하 등을 생각하였을 때 수작업과의 비교를 통해 설비의 타당성을 고려할 필요가 있다. 향후 상세설계에서 전력사용량과 폐스티로폼 처리량, 설비의 중량, 작업자 편의성 등을 고려하여 밸트컨베이어 장치의 포함여부를 결정할 예정이다.

시장상황에 대한 분석

울릉군 내 폐스티로폼 발생량

울릉군 내에서 발생되는 폐스티로폼의 정확한 양을 기록한 자료는 찾을 수 없었다. 환경부에서 발간한 ‘2022년 전국 폐기물 발생 및 처리현황’에 각 지역별, 성상별 폐기물 발생 및 처리량 등이 나타나있으나, 스티로폼의 경우 ‘폐합성수지’ 항목으로 묶여 집계되어있기 때문이다. 따라서 폐스티로폼 발생량 원단위를 이용하여 울릉도의 인구, 주택, 산업 통계를 이용해 울릉군 내의 폐스티로폼 발생량을 추정하기로 결정하였다. 폐스티로폼 발생량 원단위는 제6차 전국폐기물 통계조사 보고서를 참고하였으며, 울릉군의 인구수, 산업별 종사자 수는 제62회 울릉군 통계연보를 참고하였다. 제6차 전국폐기물 통계조사 보고서에는 세부발생원별 원단위 발생량을 가정부문과 비가정부문으로 구분하여 제공하고 있다. 비가정부문에서는 업종별 폐기물 발생 원단위를 제공하고, 가정부문에서는 주거형태별 발생 원단위를 제공하고 있다. 따라서, 비가정부문의 폐스티로폼 발생량은 산업별 폐스티로폼 원단위 발생량에 산업별 종사자수를 곱하여 도출한다. 하지만 가정부문의 폐스티로폼 발생량은 주거 형태에 따른 계산을 수행하지 않았다. 울릉군 통계연보의 주택 현황 통계는 단위가 ‘호’이지만, 전국 폐기물 통계조사의 단위는 ‘g/인·일’이기 때문에 정확한 계산은 할 수 없다고 판단하였고, 대신 울릉군의 인구수에 가정부분 폐스티로폼 발생 원단위의 평균을 곱하여 평균치로 발생량을 추정하기로 하였다. 또한 전국 폐기물 통계조사 보고서는 계절별, 도시규모별 발생량을 제공하고 있으므로, 보고서에서 제공하는 군 지역 발생량 원단위로 각 계절의 폐스티로폼 발생량을 계산하여, 가장 발생량이 많은 시기의 발생량을 기준으로 향후 설계를 진행하고자 한다. 통계조사 내용 중 누락된 부분은 해당 값을 대표하는 평균치로 대체하여 계산을 진행하였다. [표 1]은 울릉군의 산업별 종사자수와 폐스티로폼 발생량 원단위 및 계절별 발생량을 나타낸 것이며, [표 2]는 계절별 가정부문 폐스티로폼 발생량 평균을 나타낸 것이다. 산업 활동에 의한 계절별 폐스티로폼 최대발생량은 봄 철에 11.0617 t/년이었으며, 가정부분에서 계절별 폐스티로폼 최대 발생량은 봄 철에 7.6864 t/년이었다. 결과적으로 울릉군 내에서 발생하는 폐스티로폼의 양은 최대 18.7481 t/년으로 계산되었다. 이는 발생량이 많은 봄철을 기준으로 한 결과이지만, 수거차량의 크기와 운행 소요량을 계산할 때에 최대치를 기준으로 설계하는 것이 필요하다고 여겨지므로 최대값으로 가정하여 향후 설계를 진행할 것이다.

울릉군 내 폐기물 수거

『울릉군 폐기물관리 조례』에 따르면, 생활폐기물, 사업장생활계폐기물 및 재활용가능폐기물은 해당 지역의 클린하우스에 배출하도록 하고 있으며, 배출일시는 하절기와 동절기가 약간 상이하나, 매일 16시부터 오전 2시까지이다. 클린하우스는 울릉군 내에 총 105개소가 존재하고 있다. 해당 조례에서 폐스티로폼의 배출요령 또한 정하고 있는데, 이물질이나 물기를 제거 후 끈으로 묶거나 투명 또는 반투명 봉투에 넣어 배출하도록 지시하고 있다.

2024년 울릉군 주요업무계획에서 폐기물 수거에 대한 정보를 확일할 수 있었다. 폐기물 수거는 울릉읍의 저동과 도동, 서면, 북면의 네 구역을 구분하여 각 지역별 근무자가 배치된다. 가연성 쓰레기와 재활용품, 불연성 폐기물 및 대형폐기물은 3~5명의 인원이 매일 수거를 하게된다. 『울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례』에 따르면, 울릉군 내 재활용선별시설의 위치는 울릉군 울릉읍 사동리 49-5번지에 한 군데가 존재한다. 해당 재활용선별시설에서 처리할 수 있는 폐기물은 『울릉군 폐기물관리 조례』 제2조제4호에 따라 공사장 생활폐기물로 국한되어 있다. 따라서 울릉군 내에서 생활폐기물 및 사업장 생활계폐기물 등을 처리하는 재활용 선별시설은 따로 존재하지 않으며 울릉군 내 생활폐기물 소각장이나 위생매립장에서 처리되거나 육지로 반출되는 것으로 파악된다.

울릉군 내 재활용 가능 폐기물 반출

울릉군 내에서 발생하는 재활용 대상 폐기물은 2014년부터 육지로 반출시켜 내륙에 위치한 재활용 선별장에서 재활용 처리를 거치게되며, 나머지는 소각되거나 매립된다. 울릉군에서 육지로 반출되는 재활용 폐기물의 양은 해마다 늘어나, 242t, 251t, 267t, 325t 등으로 늘어나며 2020년에는 580t의 재활용 폐기물이 육지로 반출되었다. 울릉군은 쾌적한 친환경 녹색섬 조성을 위하여 재활용품의 육지 반출을 지속적으로 추진하며, 울릉군 내에서 소각되거나 매립되는 폐기물의 양을 줄이기 위한 노력을 계속해왔다. 2022년 전국 폐기물 발생 및 처리현황에 따르면, 2022년 한 해에 울릉군에서 발생한 폐합성 수지류 중 소각처리된 것은 592.3t인 반면, 재활용처리를 거친 폐합성수지류는 76.7t이며, 재활용 처리를 거친 발포수지류 폐기물은 2.1t에 그쳤다. 해상 운송에 의한 비용 문제로 인하여 많은 양의 폐합성수지류 폐기물이 재활용보다는 소각되는 것으로 보여진다. 육지로 반출되기 전 재활용 폐기물은 울릉읍 무릉길 227-88, 서면 울릉순환로 1704번지 두 지점에서 보관하게된다. 폐가전제품과 폐타이어 등은 1년에 2~3 차례에 걸쳐 반출하고 있으며, 공병류, 플라스틱류, 종이류 등은 수시로 반출하는 것으로 정하고 있다. 폐기물의 반출이 선박에 의하여 이루어지기 때문에 기상상황의 영향을 크게 받게 되며, 기상상황이 좋지 않은 경우 폐기물 운송 선박이 운행을 하지 못하게 되는 경우가 발생한다. 시기에 따라서는 배가 뜨지 못하는 상황이 며칠간 지속되어 울릉도 내에 스티로폼을 포함한 재활용 폐기물이 적체되는 현상도 발생할 수 있다.

SWOT분석

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

스티로폼은 특성상, 무게 대비 부피량이 크기 때문에 동일 무게의 다른 폐기물들에 비해 많은 운송비가 든다는 문제가 있다. 재활용 선별장과의 거리가 멀고 접근이 비교적 어려운 도서산간지역에서는 이러한 문제가 극대화된다. 본 개발 과제에서는 이러한 문제상황을 해결하기 위해 폐 스티로폼 감용과 운송, VOCs제거를 동시에 수행하는 차량을 설계하고자 한다. 해당 설계는 기존 스티로폼의 수거, 파쇄, 압축, 가공 성형 공정을 단일화하여 효율적인 운송과 펠렛의 수익성 증대 효과를 기대할 수 있다. 더해서, 폐 스티로폼의 가공성형 중 발생되는 VOCs제거 장치를 추가하여 환경적 영향을 최소화한다.
도서산간지역, 해안지역에서의 폐 스티로폼 재활용을 위한 이동형 감용장치가 기존에 존재하지만 해당 장치는 감용과 운송을 동시에 수행할 수 없고 가공 과정에서 발생되는 VOCs문제를 해결 할 수 없다. 또한, 이동형 감용장치가 설치될 공간이 충분히 확보되지 않을 경우에는 사용이 불가능하다. 대량의 스티로폼 폐기물이 발생하는 특수 상황에 신속하게 대응하기에도 부적합하다. 따라서 본 설계에서는 기존의 기술에서 효율성과 경제성, 범용성, 긴급 대응성, 친환경성을 더욱 개선시켜서 보다 큰 효과를 기대할 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

본 개발 과제에서는 울릉도를 기술 도입 대상 지역으로 설정하였다. 현재 울릉도 내에서 발생되는 재활용 대상 폐기물은 2014년부터 육지로 반출되어 내륙에 위치한 재활용 선별장에서 재활용 처리되며 나머지는 소각되거나 매립되고 있다. 육지로 반출되는 재활용 폐기물의 양은 해마다 늘어나고 있는 실정이며 2020년에는 580t의 재활용 폐기물이 육지로 반출되었다. 더해서, 2028년 3월에 예정대로 울릉공항이 개항된다면 관광객의 증가로 더 많은 재활용 폐기물이 발생할 것이고 해산물이 특산품인 울릉도 특성상 폐 스티로폼의 발생량은 더욱 증가할 것으로 보인다. 현재에도 해상 운송에 의한 비용 문제로 인해서 많은 양의 폐 합성수지류 폐기물이 재활용보다는 소각되는 방식으로 처리되고 있고, 육지로 반출되기 전 재활용 폐기물이 보관될 장소도 울릉읍 무릉길 227-88, 서면 울릉순환로 1704번지 두 곳 뿐이다. 시기에 따라서는 배가 뜨지 못하는 상황이 며칠간 지속되어 울릉도 내에 스티로폼을 포함한 재활용 폐기물이 적체되는 현상도 발생할 수 있다. 
본 설계에서의 감용 운송 차량은 소수의 차량으로 여러 지점에서의 수거 및 운송을 신속하게 이행할 수 있고, 수거 과정에서 가공 성형을 진행할 수 있기 때문에 적체현상을 방지하고 해상 운송 비용 문제로 소각되는 폐 스티로폼의 양을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해 소각 시 발생하는 CO2 및 1급 발암물질인 다이옥신 등의 오염물질 발생을 줄이고 운송 횟수를 최소화하며, 현재 시행 중인 울릉군의 글로벌그린아일랜드 조성 정책 등에 기여할 수 있다. 추가적으로, 신속한 수거 처리를 통해서 불법 폐기물 적재에 대한 해결방안으로도 작용할 수 있을 것이다. 계절에 따라, 혹은 울릉공항 개항과 같은 특수한 상황에 따라서 관광객이 급격하게 증가하더라도 단기간에 고정형 처리시설을 새로 건설할 필요 없이 이동형 장비로 유연하게 폐기물을 처리할 수 있어 인프라 구축 비용을 절감할 수 있을 것이다. 더 나아가서, 본 설계물을 통해 재활용업체들이 원료를 더 쉽게 접근 및 확보하게 되어 재활용 산업 전반의 성장과 발전을 촉진할 수 있을 것으로 기대된다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

공통분담

개발 과제의 개념 설계
관련 기술 현황 분석 및 개발 과제의 경쟁력 분석
개발 기술의 이론적 계산 및 경제성 분석
3D 도면 설계
제품 시연물 제작 및 최종설계

개별분담

서** - 과제제안서 발표, 최종설계 발표, 동력 공급 방식 및 배터리 사양 계산
성** - 상세설계보고서 발표, 동력 공급 방식 및 배터리 사양 계산
윤** - 포스터 제작, VOCs 저감 설비상세 조건 설정
이** - 경쟁력분석보고서 발표, 개념설계 발표, VOCs 저감 설비 상세조건 설정

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

1. 설계 사양

2. 목적계통도

3. Quality Function Deployment

개념설계안

1.수거차량 운행 빈도 및 1회 처리량 1)스티로폼 감용시 부피 절감

스티로폼 감용 시 부피의 감소율은 감용 방식에 따른 차이가 있다. 폐스티로폼을 잉고트 형태로 만들게 된다면 부피는 1/50에서 1/100 정도로 줄어드는 것으로 알려져 있으나, 실제 스티로폼 감용기를 제작하여 부피가 어느 정도 감소하는 지 확인해보기에는 현실적인 제약이 따르므로, 기존 스티로폼 감용 설비 특허를 참고하여 스티로폼 감용기 사용 시 부피 절감율을 1/25로 가정하였다.

2)울릉군 내 폐스티로폼 발생량

‘제6차 전국폐기물 통계조사 보고서’와 ‘제62회 울릉군 통계연보’를 참고하여 세부발생원별 폐스티로폼 발생량의 원단위를 통한 울릉군의 폐스티로폼 발생량을 계산하였다. 폐스티로폼 발생량은 계절에 따라 상이하나, 발생량이 가장 많은 봄철을 기준으로 폐스티로폼의 발생량을 산정하였다. 폐스티로폼의 밀도는 0.016t/㎥로 가정하여 계산을 진행하였다. 울릉군의 연간 폐스티로폼 발생량은 총 18.7481t으로 계산되었으며, 이를 부피로 환산하면 1171.7563㎥이다.

3)수거차량 운행 빈도 및 1회 처리량 계산

울릉군 내의 클린하우스는 총 88개소가 존재하며, 울릉읍에 54곳, 북면에 18곳, 서면에 16곳이 존재한다. 앞서 계산한 연간 폐스티로폼 발생량을 기준으로 울릉읍의 클린하우스 54곳에서 1주일간 발생하는 폐스티로폼의 양을 계산하면, 1주일에 221.2434kg의 폐스티로폼이 발생하며, 부피로 환산하면 13.8277㎥이다. 폐스티로폼을 수거하기 위해 1톤 트럭(탑차)을 운행한다면 1톤 트럭의 용적은 6.912㎥(1.6m×2.7m×1.6m)이기에, 1주일에 두 번 수거차량을 운행하거나 1주일에 한 번 두 대의 차량을 운행해야한다. 감용기 수거차량을 이용한다면 1주일간 울릉읍의 폐스티로폼 부피는 0.5531㎥로 줄어들기 때문에, 단순 계산에 따르면 12.5 주에 한 번 수거차량을 운행할 수 있다. 하지만 실제로 12주에 한 번 스티로폼을 수거하게 된다면 주거지역 근처 클린하우스에 처리되지 않은 폐스티로폼이 방치된 채, 쌓이게 되어 미관상 좋지 않을뿐 아니라 악취, 해충 발생의 우려가 있으며, 감용기 설치에 따라 수거차량의 적재 가능 용적도 줄어들 것이기 때문에 수거차량의 운행 빈도를 2주에 한 번으로 설정하는 대신, 운행에 따른 에너지 비용을 최소화 할 수 있도록 설비의 규모를 최소화하기로 결정하였다. 2주에 한 번 수거차량을 운행한다면, 수거차량이 한 번 운행할 때 수거해야하는 폐스티로폼은 442.4868kg이며, 감용 후 부피는 1.1062㎥이다. 따라서 수거차량은 폐스티로폼의 무게 442.4868kg에 감용설비의 중량을 더한 것 이상의 적재중량을 가지며, 폐스티로폼의 부피 1.1062㎥에 감용설비의 부피를 적재할 수 있는 용적을 가져야한다.  울릉군의 북면과 서면의 경우 34곳의 클린하우스가 위치해 있다. 34곳의 클린하우스에서 2주 동안 발생하는 폐스티로폼의 양은 278.5994kg이며, 부피로 환산하면 17.4125㎥이다. 감용 시의 부피는 0.6965㎥가 된다. 수거빈도를 동일하게 한다고 가정했을 때, 울릉읍에서의 폐스티로폼 발생 부하가 더욱 크므로, 수거차량의 설계는 울릉읍의 경우를 기준으로 설계하도록 결정하였다.

2.스티로폼 감용 수거차량 1)스티로폼 감용 설비 외관


<그림 2>는 수거차량의 적재 공간 내에 위치한 감용설비의 평면도이다. A는 폐스티로폼의 투입구로, 투입구는 수거차량 적재함의 벽면에 뚫려있는 구멍과 맞대어 있도록하여, 작업자가 차량 내부로 들어가지 않고 폐스티로폼을 외부에서 감용 설비로 투입할 수 있도록 하였다. 투입구는 작업자의 팔이나 신체 일부가 감용설비 내부로 들어가 발생하는 사고를 예방하고, 파쇄 시 발생하는 먼지가 비산되어 유출되는 것을 최소화하기 위하여 그라인더와 이격시키고, 스티로폼이 중력에 의하여 자연스럽게 감용기 내부로 들어갈 수 있도록 경사지게 설계하였다. B는 감용기의 파쇄 및 감용부로, 투입된 폐스티로폼을 파쇄, 압축하고 배출구로 내보내는 역할을 한다. C는 스티로폼을 가열하면서 발생하는 VOCs를 처리하기 위한 흡착부이다. B 부분과 C 부분 사이에는 공기를 빨아들이기 위한 구멍이 존재하며, C 내부의 흡착 설비를 통해 정화된 공기는 적재함 천장에 돌출되어 있는 배출구로 배출된다. D는 제어판넬이며, 감용기의 작동과 정지, 비상정지 버튼이 있으며, 배출되는 공기의 오염물질 농도를 표시하는 표시부가 설치되어 있다.

2)파쇄, 압축 설비(그라인더)

<그림 3>은 수거차량 내 감용 설비에서 스티로폼의 파쇄와 압축을 담당하는 그라인더이다. 일반적인 스티로폼 감용기는 파쇄 설비와 압축 설비가 분리되어 있어, 두 개의 모터가 각각 파쇄날과 이송 스크류를 돌리는 형태로 설계되어 있지만, 수거차량의 감용설비는 공간이 협소한 차량 내부에 설치되어야 하기 때문에 파쇄부와 압축부가 하나로 이어진 형태로 설계하였다. <그림 3>의 우측에는 파쇄날과 이송스크류를 회전시키기 위한 로터가 위치하며, 중간 부분에는 파쇄날, 좌측에는 이송스크류가 하나의 축을 공유하며 로터에 의해 돌아가게 된다. 감용설비 내부로 들어온 스티로폼은 파쇄날이 위치한 중간 부분에 떨어지게 되며, 작은 조각으로 분쇄된다. 또한 파쇄날이 위치한 부분의 감용기 내면에는 보조날이 설치되어 있어 스티로폼의 원활한 파쇄를 돕는다. 이 때, 파쇄날은 회전축에 수직 방향으로 곧게 나와있지 않고, 끝 부분으로 갈수록 비틀어진 형태를 가지고 있다. 파쇄날의 비틀림에 의하여, 파쇄날이 회전할 때에 스티로폼 조각들이 점점 배출구 방향으로 밀려나게 된다. 배출구 방향으로 이동된 스티로폼 조각들은 배출되기 전, 이송스크류에 의해 배출구 방향으로 밀어지게 된다. 이 부분에서 감용 설비의 내면이 이송스크류의 날에 맞춰서 좁아지는 형태이기 때문에 들어온 스티로폼 조각이 빠져나가지 못하고 강제로 배출구 방향으로 밀어지게 된다. 배출구로 모아진 스티로폼 조각은 좁은 배출구 통로에서 압축되어 하나의 블록 형태로 배출된다.

3)히터 설비

히터 설비는 감용기의 이송스크류를 둘러싸고 있는 내면에 설치되어 스티로폼과 압출면의 접촉을 원활하게 하고, 압출되는 스티로폼 조각의 결합력을 높여 배출된 스티로폼 재활용 원료가 부서지지 않도록한다. 이송스크류를 둘러싼 철판의 내부에는 코일 히터가 설치되어 통로 내부 벽면의 온도를 높이고 스티로폼 조각들을 녹인다. 용융된 스티로폼 조각은 압밀된 상태로 배출구로 빠져나오며 잉고트 형태로 굳게 된다.

4)VOCs 저감 설비

<그림5>는 차량 내에서 스티로폼 처리 시 발생하는 VOCs 저감을 담당하는 설비이다. 해당 설비는 배터리에 의해 작동되며 독성가스에 대한 흡착제의 교체가 가능하므로 경제적이다. <그림3>의 B, C 부분 사이에 공기를 빨아들이기 위한 구멍, 즉 '흡기기'가 있다. 흡기기로 유입된 유해가스가 저감 설비에서 처리된 후 대기로 배출되도록 설계한다. VOCs 저감 설비는 크게 세 부분으로 나뉜다. 흡착부(원통), 감지부(A), 배기부(B)이다. 먼저, 흡착부의 경우 VOCs 흡착을 위해 2개의 원통형 흡착제 캐니스터를 사용한다. 두 캐니스터는 내부에 독성가스를 흡착할 수 있고 교체가 가능한 흡착제를 포함한다. 또한, 유해가스는 캐니스터에서 흡착을 거쳐 정화된 공기로 배출되기 이전에 상기 필터에서 한 번 더 필터링되어 잔여 독성가스 또는 잔여 미세입자가 제거될 것이다. 두 캐니스터는 병렬로 둔다. 직렬이 아닌 병렬인 이유는 효율 향상을 위해서이다. 초기 흡입구로 독성가스가 유입될 경우, 내부에 흡착제를 포함하는 제1캐니스터와 제2캐니스터 중 하나에 도달한다. 여기에서, 제1캐니스터와 제2캐니스터 중 어느 하나의 흡착제가 사용 한도에 도달하더라도 독성가스가 제1캐니스터와 제2캐니스터 중 (사용 가능한) 다른 하나로 유입될 수 있도록 경로판단부에 의해 경로가 판단될 수 있다. 또한 경로판단부는 분배부를 포함하는데, 분배부는 밸브를 제어하여 독성가스가 복수 개의 흡착부 중 각각 유입되는 독성가스의 양을 조절하도록 제어하는 밸브제어부를 포함한다. 분배부에 의해 제어된 독성가스의 흡입 효율을 증가시키기 위해 각 캐니스터로 유입되는 가스의 양을 제어하거나 차단할 수 있다. 이와 같이 제1캐니스터 또는 제2캐니스터로 유입되는 독성가스의 유입량을 제어함에 따라 정화 효율이 향상될 것이다. <그림5>의 A는 감지부이다. 저감 설비로 유입된 가스는 흡착부를 지나 A에 도달한다. A의 감지 센서는 처리된 가스의 VOCs 농도를 측정한다. 측정값은 <그림3>의 D, 즉 제어 판넬에서 실시간으로 확인할 수 있다. 감지부는 정화된 공기에 잔류하는 VOCs 농도가 기준치를 넘지 않으면 정화된 공기를 배기구로 배출하고, 정화된 공기에 잔류하는 VOCs 농도가 기준치를 초과하면 흡착부의 캐니스터가 다시 작동하도록 한다. 이후 가스는 B로 이동하는데, B는 필터와 블로워로 구성되어 있고, 처리된 정화 가스는 적재함의 천장 방향으로 돌출된 통로를 따라 밖으로 배출되게 한다.
흡착제로 사용되는 것으로 실리카겔, 알루미나, 제올라이트 등도 있으나, VOCs 제거용으로 현재 가장 많이 사용되는 흡착제인 활성탄으로 결정했다. 여러 활성탄 중에서도 경도가 높고 VOCs 제거가 원활한 ‘입상 활성탄(GAC, Granular Activated Carbon)을 선택하였다. 이는 평균 입경이 1.1 ~ 1.6mm로, 분쇄를 통하여 일정 크기의 부정형의 형태를 가지고 있으며, 가루 형태가 아니므로 공정상 취급이 용이하다. 또한 우리의 감용 공정에서 나오는 VOCs는 스티렌이 주로 발생되는데, 이를 효과적으로 흡착한다. 스티로폼을 감용할 때 온도는 약 150도 정도로 설정하는데, 이러한 고온에서도 입자상 활성탄은 안정적으로 사용할 수 있다. 이뿐만 아니라, 재생이 가능하고 비교적 저렴하여 비용을 저감시킬 수 있다. 입자상 활성탄을 이용하여 VOC를 흡착할 때 주의할 점은 활성탄이 포화 상태에 도달하면 오염물질을 흡착하지 못하고 ‘파괴현상’이 발생한다. 이때 흡착능이 떨어지기 때문에 활성탄 흡착 용량이 80% 정도에 도달할 때 교체를 해야 한다. 교체 주기는 보통 6개월 정도이지만, 정확한 주기와 성능에 대한 내용은 VOC 발생 조건을 고려하여 상세설계에서 계산해 나타내고자 한다.

5)차량

앞서 수거차량 운행빈도와 1회 처리량을 계산한 결과, 수거차량은 약 440kg의 폐스티로폼과 감용설비의 무게를 적재할 수 있어야하며, 감용설비를 포함하고도 약 1.1㎥ 이상의 적재공간이 남는 용적을 가져야한다. 시중에 판매되는 소형 화물차량 중 해당 조건을 만족하는 차량으로는 현대 자동차의 포터Ⅱ 내장탑차와 기아 자동차의 봉고Ⅲ 내장탑차 등이 있다. [표 6]은 각 차량의 제원을 보여준다.

6)모식도

3.수거차량 운행 경로

공공데이터포털 정보공개 청구를 통해 울릉군 클린하우스 88곳에 대한 위치 정보를 제공받았고, 이를 토대로 수거차량의 운행경로를 설정하였다. 울릉군에 위치한 클린하우스들은 행정구역상 북면과 서면, 울릉읍 세 부분으로 나누어져 관리되고 있으며 북면에 18곳, 서면에 16곳, 울릉읍에 54곳이 위치하고 있다. 88곳에서 수거된 재활용 대상 폐기물들은 두 곳의 육지반출지에서 선박을 통해 육지 반출되어 재활용 처리되어진다. 따라서, 클린하우스의 관리 구역을 두 구역으로 나누어서 각각의 육지 반출지에서 한 대의 차량으로 해당 구역의 폐 스티로폼을 수거하는 경로로 구성하였다. 더 많은 양의 폐스티로폼을 수거하는 구역은 더 많은 적재 중량으로 인해 연비가 떨어질 것으로 예상되어, 수거량이 많은 구역은 운행거리가 비교적 짧게끔 설계하였다. 따라서, 북면과 서면을 한 구역으로 묶어 총 34곳, 울릉읍을 하나의 구역으로 묶어 총 54곳으로 관리 구역을 구성하였다.

운송비는 1종 승용차, 소형승합차, 소형화물차 연비 11.4km/L 기준, 유가 1,601원/L (휘발유 2024.10.30.)기준

설정한 운행 경로에 따른 운행 시간은 울릉읍이 1시간 47분, 북면과 서면이 2시간 25분으로예측되었고 운행 거리는 울릉읍이 35.6km, 북면과 서면이 89.84km로 계산되었다. 운송비는 울릉읍이 5,009원, 북면과 서면이 12,683원으로 산정되었다. 다만, 위 계산은 적재물이 없다는 가정하에 계산된 운송비이기 때문에 적재 중량을 고려하여 운송비를 산정한다면 두 구역간의 차이는 더욱 적어질 것으로 예상된다. 또한, 각 클린하우스에서의 작업시간도 포함하여 총 수거 운송 시간을 계산한다면 두 구역간의 수거 운송 시간은 큰 차이가 없을 것으로 예상된다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

1.파쇄부 설계

스티로폼의 원활한 파쇄를 위해서는 파쇄날의 크기, 두께, 간격과 개수 등이 파쇄 대상물질과 파쇄 후 스티로폼 조각의 크기 등을 고려하여 최적화될 필요가 있다. 날의 두께가 두꺼울수록 큰 조각이 생성될 가능성이 높으며, 날의 길이가 길면 많은 양의 재료를 절단할 수 있으나, 균일한 조각을 얻기 어려울 수 있다. 또한 날의 간격이 작을수록 더 작은 크기의 파쇄물을 생성할 수 있고, 날의 형태는 톱니형(V형)은 더 작은 조각을 생성하며, 평면형은 빠른 절단에 유리하다는 특징이 있다. 이러한 이론적인 내용을 토대로 파쇄물의 형상이 어떠할지 추측해볼 수는 있으나, 보다 정확한 정보를 얻기 위해서는 파쇄물의 재질이나 두께, 크기 등을 함께 고려해야한다.  목재나 폐플라스틱의 파쇄에 관한 정보는 몇 가지가 있었으나, 스티로폼의 파쇄에 관해 진행된 연구는 미흡한 실정이기에 이론적인 내용을 바탕으로 파쇄부를 설계하는 것은 어려움이 있다고 판단하였다. 실제로 모형을 제작하여 파쇄 실험을 진행해보지 않는 이상 정확한 데이터를 얻기는 어려우므로, 우리 조가 설계한 감용기의 파쇄부와 비슷한 형태의 감용기를 제작한 사례를 바탕으로 우리 조의 파쇄부 형상을 일부 수정하였다.  <그림 1, 2>는 전북대학교 산학협력단에서 주관한 비가열, 비화학식 소형 스티로폼 감용기 개발 사업을 통해 제작된 스티로폼 감용기의 파쇄 설비와 스티로폼 감용기 특허의 파쇄설비 일부를 보여준다.

두 자료 모두 최적의 파쇄 효율을 위하여 날의 개수, 간격 등을 계산한 내용은 포함되어 있지 않았다. 하지만 공통적으로 날의 형상이 파쇄물을 절단하기 보다는 찢어내는 듯이 파쇄하기 위하여 낫 모양으로 설계 되었으며, 날의 개수는 7~9개 정도로 우리 조의 개념설계안과 비교했을 때, 날의 개수가 상대적으로 적다. 날의 개수가 너무 많고, 날 간의 간격이 너무 좁다면 모터의 부하가 증가하여 에너지 소비가 커지고, 재료가 날 사이에 끼거나 좁은 간격으로 인해 재료가 미끄러지거나 과열 문제, 날의 유지보수, 청소나 점검이 어려워질 수 있다. 따라서 기존 개념설계안에서 구상했던 것보다 파쇄기의 날의 개수를 줄이고, 간격을 늘리기로 결정하였다. 그러나 그림 1, 2는 잉고트 형태로 만들기 위해 제작된 감용기가 아니며, 잉고트 형태로 만들기 위해서는 파쇄물의 크기가 10~20mm 정도로 작은 것이 바람직하기 때문에 충분한 파쇄 효과를 낼 수 있도록 그림 1, 2의 사례보다는 많은 파쇄날 개수를 유지하기로 결정하였다. 이는 최적의 그라인더 형태가 계산된 값이 아니며, 실제로 파쇄된 스티로폼이 잉고트를 만들기에 적합한 정도로 파쇄가 진행되는지 등은 파일럿 스케일로 프로토타입을 제작하여 시범 운행을 진행한 후에 추후 개선해나갈 여지가 있다.

2.운송 비용 계산 1)설비 중량

수거차량 내부에는 폐스티로폼을 잉고트 형태로 가열 성형하여 부피를 줄이는 감용 설비와 감용 시 발생하는 VOCs를 제거할 수 있는 흡착 설비로 구성되어 있다. 이전 개념설계에서 나타내었듯, 폐스티로폼 수거 감용기 차량은 약 440kg의 폐스티로폼과 감용설비의 무게를 적재할 수 있어야 하며, 감용 설비를 포함하고도 약 1.1㎥ 이상의 적재 공간이 남는 용적을 가져야 한다. 소형 화물차량 중 해당 조건을 만족하는 차량으로 현대 자동차의 포터Ⅱ 내장 탑차를 선택하였다. 이 차량의 제원의 경우, 총 중량은 약 2800kg 정도이며, 중량, 치수와 연비에 대한 정보는 다음 표와 같다.

차량에 수거할 폐스티로폼, 감용설비, 흡착설비를 실어야하기 때문에 설비 중량을 최대한 가볍게 하여 설치하여야 한다. 먼저 관련 감용설비 제품으로 (주)금성산업의 NE-220 이 1톤 트럭에 적합하여 참고하여 설계하였다. 이는 설비 중량은 약 400kg 이며, 파쇄 및 압출까지 함께 처리하는 일체형 구조이고, 가열압축 방식으로 감용한다.

폐스티로폼 감용 시 발생되는 VOCs 흡착장치는 감용 설비 위에 설치되기 때문에 비교적 가볍게 설치되어야 하며, 톨루엔과 같은 VOCs를 효과적으로 흡착할 수 있도록 기능해야 한다. 관련 흡착탑으로 ㈜한소-PA SYSTEM 이동식 유해가스정화장치를 참고하여 설계하였다. 이는 차량 내부에 잔류하는 유해가스를 바로 흡착하여 제거한 후 배기부를 통해 배출할 수 있다. 설비 중량은 40kg 정도이며, 2개의 원통형 흡착제 캐니스터가 병렬로 구성되어 있다. 흡착제는 활성탄 기반으로 된 필터로 설치하여 VOCs를 효과적으로 제거할 수 있고, 필터 교체가 쉬워 유지보수에 용이하다.

2)적재 무게 변화에 따른 연비 계산 방법

울릉읍을 기준으로 계산을 진행한다면, 수거차량의 운행 거리는 35.6km이다. 정확한 정보를 얻기 위해서는 실제 차량을 운행해보며 연료 소모량을 측정하는 것이 바람직하지만, 기존 수거차량과 감용기가 설치된 차량의 운행 비용을 비교해보는 것이 목적이므로, 몇 가지 가정을 통한 이론적인 계산값을 비교해보기로 하였다. 적재 무게에 따른 연비를 계산하기 위해서는 공차 중량, 엔진 효율, 공기저항 계수, 구동계 효율 등의 차량 기본 정보와 주행속도, 도로 경사 및 노면 저항 계수, 공기 밀도 등의 환경조건, 적재무게, 주행거리가 필요하다.

3)기존 수거차량의 운행비용 계산

감용 설비가 탑재된 수거차량이 아닌 일반적인 1톤 탑차를 이용하여 폐스티로폼을 수거한다면, 울릉읍을 기준으로 1주일에 2회 차량을 운행하여야한다. 3.2.2의 계산방식을 토대로 폐스티로폼 수거차량의 연료 소비량을 계산한다면 다음과 같다.

북면과 서면에서 1주일에 2회 수거차량을 운행할 경우, 연료 소비량은 다음과 같다.

기존 수거차량을 이용하여 1주일에 2회 수거 운반을 할 경우, 울릉읍과 북면, 서면에서의 연료 소비량은 1회 운전시 각각 1.52L, 3.79L이다. 1주일에 2회 운행하므로, 한 달 동안에는 8회 수거 운반을 진행하게 되며, 한 달 동안 울릉읍과 북면, 서면에서 연료 소비량은 12.16L, 30.32L이다. 2024년 3분기 기준 울릉군의 보통휘발유 가격은 리터 당 1932.33원이므로, 한 달 동안 폐스티로폼 수거를 위한 운송 연료비는 약 82085.38원이다.

4)감용기 수거차량의 운행 비용 계산

울릉읍 클린하우스 54곳을 운행하는 감용기 수거차량의 연료 소비량은 다음과 같다.

북면과 서면의 클린하우스 34곳을 운행하는 감용기 수거차량의 연료 소비량은 다음과 같다.

감용기 수거차량을 이용하여 2주일에 1회 수거 운반을 할 경우, 울릉읍과 북면, 서면에서의 연료 소비량은 1회 운전시 각각 1.86L, 4.51L이다. 2주일에 1회 운행하므로, 한 달 동안에는 2회 수거 운반을 진행하게 되며, 한 달 동안 울릉읍과 북면, 서면에서 연료 소비량은 3.72L, 9.02L이다.

2024년 3분기 기준 울릉군의 보통휘발유 가격은 리터 당 1932.33원이므로, 한 달 동안 감용기 수거차량을 이용하여 폐스티로폼 수거를 위한 운송 연료비는 약 24965.7원이다.

3.전력소모량

1)파쇄, 감용부 전력소모량
감용설비의 전력 사용량은 크게 두 부분으로 나뉜다. 모터 전력과 히터 전력이다. 모터 전력은 주된 작동을 담당하는 메인 모터와 스티로폼을 분쇄, 감용하는 분쇄기 모터를 의미하며 히터 모터는 스티로폼 감용 환경을 약 150도의 고온으로 유지해준다. 1톤 트럭에 설치할 수 있는 감용설비의 전력 사용량을 계산하기 위해 기존의 유사한 크기의 감용설비의 전력 사용량을 비교 분석하였다. 폐스티로폼을 수거하기 위해 1톤 트럭(탑차)을 운행한다면 1톤 트럭의 용적은 6.912㎥ (1.6m×2.7m×1.6m)이기에 용적량을 기준으로 기계크기를 비교한 것이다. 제조회사에서 제공하는 정보를 바탕으로 하였으며, 이해를 돕기 위해 모든 단위를 kW (킬로와트)로 변환하였다. HP (마력)으로 표기되어 있는 경우에는 아래 계산식에 의해 단위를 변환하였다.

1 마력 (HP) = 746W = 0.746kW P (kW) = 0.746 ⋅ P (마력) P (kW) = 0.746 ⋅ 10hp = 7.460 kW

2)흡착설비 전력소모량

(주)한소-PA SYSTEM 이동식 유해가스정화장치를 참고하여 설계하였다. 이는 차량 내부에 잔류하는 유해가스를 바로 흡착하여 제거한 후 배기부를 통해 배출할 수 있다. 전력량은 단상일 경우 60W, 배터리일 경우 13,600mAh이다.

3)전력 사용에 따른 비용 계산

파쇄, 감용부 전력 사용량 25kW와 흡착설비 전력 사용량 60W를 더한 값을 전체 전력 사용량으로 한다. 모터와 히터 사용 전력은 총 25,060W로, 차량마다 작동 시간을 약 2.5시간, 월 2회로 가정하여 계산한 두 차량의 총합 한 달 전력량은 125,300Wh이다. 계절별로 차이가 있지만 2024년, 산업용(갑) 기준 전기요금은 약 170원/kWh이므로 한 달 기준 전기요금은 약 21,300원으로 계산된다.

4.흡착설비

조사를 하는 과정에서 스티로폼 감용기에 흡착 설비를 설치하는 경우는 거의 찾아볼 수 없었다. 감용기에서 스티로폼 감용시 검은 유증기가 발생하기 때문에 바로 흡착탑에 연결할 경우 유증기 때문에 활성탄이 제대로 성능을 발휘할지에 대해 의심되는 부분도 있다. 이를 개선하기 위해서는 유증기를 먼저 처리하는 소형전기집진기 (2단식)를 사용하고, 그 이후 활성탄 흡착탄을 사용하는 것이 이론적으로 더 좋은 방향이나, 현재 설계 목표에서 '이동식', '소형‘이 중요한 키워드이기 때문에 비용이나 공간적으로 한계가 있음을 알았다. 다음은 검은 유증기의 방해와 흡착탑 내 압력손실이 없다고 가정하고 흡착탑을 설계한 내용이다.

1) 흡착제 사용량 및 교체주기 (1) 흡착탑 필요 단면적(A)

  - 공탑속도 : 0.5m/sec 이하
  - A = 유입가스량/공탑속도(m^3)

(2) 활성탄 비중 : g/cc (3) 활성탄 중량대비 흡착능력(비) (max로) (4) 필요 활성탄 무게(W)

  - 체류시간 : 1 sec이상
  - W = 활성탄 필요 충진체적(V)

(5) 활성탄 흡착층 두께(H)

  - H = 공탑속도 × 체류시간(sec)

(6) 활성탄 교환주기를 구하는 방식이 두 가지인데, 본 설계에서는 가정하는 값을 최소화하기 위해 두 번째 공식을 채택하였다. 공식⓵의 경우 e, G, S, W 총 네 개의 값을 가정해야 하고 공식⓶의 경우 Wc와 C 두 개의 값만 가정하면 예상 주기를 구할 수 있기 때문이다.

본 설계에서는 입상활성탄을 흡착제로 사용하였다. 입상활성탄의 충전밀도(g/cc)는 0.45±0.05로 본 계산에서는 0.45g/cc로 가정하였다. 스티로폼 감용 시 발생하는 오염물질 중 대표적인 오염물질인 벤젠과 톨루엔을 기준으로 계산하였다.



400ppm 의 농도로 톨루엔과 공기를 혼합한 모사가스를 이용하여 실험을 실시한 사례가 있었다. 사업장에서 배출되는 휘발성유기화합물을 처리하는 활성탄소섬유필터에 관한 실험 연구였는데, 본 설계의 배경과 유사하다고 판단하여서 오염물질의 농도를 400ppm으로 가정하였다.

2) 흡착제 교체 비용 계산

입자상 활성탄을 이용하여 VOC를 흡착할 때 주의할 점은 활성탄이 포화 상태에 도달할 때 오염물질을 흡착하지 못하고 ‘파과현상’이 발생한다는 점이다. 이때 흡착능이 떨어지기 때문에 활성탄 흡착 용량이 80%에 도달할 때 교체해야 한다. 정확한 주기와 성능에 대한 내용은 VOC 발생 조건을 고려하여 계산해 나타내고자 한다. 440kg의 스티로폼을 처리할 시 소요되는 흡착제 교체 비용을 계산하였다. 흡착제에 사용되는 활성탄은 두 종류로 나누었으며 각 가격은, 신탄은 3000~3500원/kg, 재생탄은 1200~1500원/kg이다. 흡착 용량이 80%에 달할 때 두 개의 흡착 캐니스터 필터를 함께 교체한다고 가정하였다. 1년 기준을 유지하기 위한 교체비용을 계산한 것이다. 톨루엔과 벤젠의 평균 교체 주기는 34시간이며, 흡착 용량이 80%에 달할 때 교체한다면 교체 주기는 27.2시간이다. 울릉읍의 수거운행시간 1시간 47분, 북면과 서면의 수거운행시간 2시간 25분에 운행 외 잔여 폐스티로폼의 추가 처리시간을 30분으로 가정하면, 흡착설비 1회 가동시간은 2.5시간이다. 수거 운행은 한달에 2회 진행되기 때문에 수거 차량의 흡착제 교체 주기는 평균 5.44개월로 계산된다.

(1) 흡착제로 신탄을 사용할 경우 주기*카본사용량*kg당 가격 1/5.44개월*0.9kg*(3,000~3,500원/kg)= 496~579원/개월

(2) 흡착제로 재생탄을 사용할 경우 주기*카본사용량*kg당 가격 1/5.44개월*0.9kg*(1,200~1,500원/kg)= 198~248원/개월

상세설계 내용

1.비용 종합

감용기가 설치되지 않은 기존 수거 차량은 한달 8회 수거운행으로 울릉읍과 북면, 서면에서 한달 연료 소비량은 12.16L, 30.32L이다. 2024년 3분기 기준 울릉군의 보통휘발유 가격은 리터 당 1932.33원이므로, 한 달 동안 폐스티로폼 수거를 위한 운송 연료비는 약 82,085원이다. 감용기 수거 차량의 종합 운용비용은 운송비용과 모터, 히터 사용 비용, 흡착제 교체 비용의 합으로 추산하였다. 위에서 계산된 울릉읍과 북면, 서면 모든 지역의 운행 비용 합은 약 24,965.7원이다. 모터와 히터 사용 전력은 총 25,060W로, 차량마다 작동 시간을 약 2.5시간으로 가정하여 계산한 두 차량의 총합 한 달 전력량은 125,300Wh이다. 계절별로 차이가 있지만 2024년 기준, 산업용 전기요금은 약 170원/kWh이므로 한 달 기준 전기요금은 약 21,300원으로 계산된다. 흡착제 교체 비용은 신탄의 경우가 약 537.5원/개월이고 재생탄의 경우가 약 223원/개월이다. 운용 차량은 총 2대로, 신탄 기준 흡착제 교체 비용의 총합은 1,075원/개월로 계산된다. 따라서, 감용 차량의 한달 운용 비용은 약 50,341원이다. 즉, 감용 수거 차량으로 울릉군의 폐스티로폼을 관리한다면 기존 운용 비용의 61.33%의 비용으로 운용이 가능하다.

2.조립도

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

3D프린팅 출력물 전면

3D 프린팅 출력물 측면(잉고트 배출구)

잉고트 간이 적재함 & 적외선 감지 센서

포스터

완료작품의 평가

향후계획

본 설계에서는 질량 대비 부피가 큰 스티로폼의 특징으로 인하여 재활용 원료의 생산성 대비 폐스티로폼의 수거 운반 과정에서 발생하는 비용이 큰 문제를 해결하기 위한 감용기 수거차량을 설계하였다. 수거 운반시 비용 소요가 큰 도서 산간지역에서의 스티로폼 수거를 목적으로 하였으며, 대상지역으로는 울릉군을 선정하였다. 울릉군은 군 내부에 폐스티로폼 감용기를 구비한 재활용 처리장이 없으며, 울릉군의 그린아일랜드 조성 정책에 따라 과거부터 꾸준히 군 내에서 발생하는 재활용 가능 폐기물을 육지로 반출하여 재활용 처리를 위탁하는 방식으로 처리해왔으며, 2028년 경에 울릉 공항의 완공이 예정됨에 따라, 현재 매년 약 35만명 가량의 관광객 수의 증가, 그에 따른 관광산업에서의 폐스티로폼 발생량도 증가할 것으로 예상된다. 본 설계의 감용기 수거차량은 폐기물의 수거와 육지 반출을 위한 해상 운반, 내륙에서의 추가적인 재활용처리 과정을 간소화할 수 있으며, 줄어든 폐스티로폼의 수거 빈도에 의한 수거차량 운행비용도 기존 수거 시스템의 60% 정도로 줄일 수 있으며, 추가로 인건비, 해상 운송비, 재활용처리의 간소화로 인한 전체적인 비용 절감 효과는 더욱 클 것으로 예상된다. 하지만 기존 수거 과정에서는 재활용 선별장에서 감용 전 세척 과정을 거치거나 작업자의 수선별에 의하여 테이프 등 이물질이 포함된 폐스티로폼을 걸러낼 수 있었으나, 본 설계의 감용기 수거차량은 그러한 과정을 포함하고 있지 않다. 적절한 폐기물 배출 방법은 『울릉군 폐기물관리 조례』에서 기술하고 있으나, 배출자 모두가 세척과 선별이 필요 없는 온전한 폐스티로폼을 배출하기를 바라는 것은 현실적으로 어려움이 있다. 결국에는 감용기 수거차량을 통해 생산된 재활용 원료인 잉고트의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제는 현재에도 폐기물 배출자와 수거 작업자 간의 마찰로 일어나고 있으며, 본 설계의 감용기 수거차량이 도입되기 위해서는 지역 주민에 대한 적절한 폐기물 반출 요령에 대한 교육과 지역 주민의 적극적인 참여가 동반되어야 할 것이다.

참고문헌

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(5) 이지은, “감당 안 될 정도로 몰려든다" 명절 끝나고 설산처럼 쌓인 스티로폼”, 아시아 경제, 2024.02.20., https://cm.asiae.co.kr/article/2024021917134519852

(6) 박찬범, “명절 끝나니 산처럼 쌓인 스티로폼…"배출량 줄여야", sbs 뉴스, 2021.09.25.,https://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1006475818&plink=LINK&cooper=YOUTUBE

(7) 김호천, “제주 우도에 이동식 스티로폼 감용기 배치”, 연합뉴스, 2009.09.01., https://n.news.naver.com/mnews/article/001/0002841262?sid=102

(8) 이보훈, “해남군, 폐스티로폼 감용기 운용”, 남도일보, 2024.04.04., https://www.namdonews.com/news/articleView.html?idxno=765679

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(12) 윤정길. 스티로폼 감용기. 특허 출원번호 10-2015-0112633. 출원일 2015년 8월 10일. 등록일 2016년 2월 19일.

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(18) 한국환경공단. (2022). 2022년 전국 폐기물 발생 및 처리현황

(19) 울릉군. (2024). 2024 울릉군 주요 업무계획

(20) 울릉군. (2022). 제62회 울릉군 통계연보

(21) 울릉군 폐기물 관리조례 제2조 제4항

(22) 울릉군 폐기물 관리조례 제15조 제3항

(23) 울릉군 폐기물 관리조례 제6조 제7항

(24) 울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례 제2조 제5항

(25) 울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례 제3조 제2항

(26) 울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례 제4조 제5항

(27) 포터 Ⅱ 특장차 제원정보. 현대자동차. https://www.hyundai.com/kr/ko/e/vehicles/porter2-special/spec

(28) 봉고 Ⅲ 내장탑차 제원. 기아자동차.https://www.kia.com/kr/vehicles/bongo3-frozen/specification/bongo3-built#localnav

(29) 크린에어테크. (2017). 스티로폼 감용 작업 악취 흡착탑. 크린에어테크. https://cleanat.com/m1sub5/100546

(30) 크린에어테크. (2015). 스티로폼 감용 작업 흄 및 분진 흡착탑. 크린에어테크. https://cleanat.com/m1sub5/100916

(31) 에이스에어컨트롤엔지니어링. VOCs&악취 처리기술. 에이스에어컨트롤엔지니어링. http://aircontroleng.co.kr/?act=info.page&pcode=sub2_2

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 ==프로젝트 개요==
 === 기술개발 과제 ===
-''' 국문 : ''' 00000000..
+''' 국문 : ''' 스티로폼 수거 시스템의 경제성 및 효율성 제고
-''' 영문 : ''' 00000000..
+''' 영문 : ''' Enhancing the economic efficiency and effectiveness of the styrofoam collection system
 ===과제 팀명===
-..
+폼폼푸린
 ===지도교수===
-교수님
+서명원 교수님
 ===개발기간===
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 ===구성원 소개===
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 김**(팀장)
+서울시립대학교 환경공학부 20188900** 서**(팀장)
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 정**
+서울시립대학교 환경공학부 20188900** 성**
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 조**
+서울시립대학교 환경공학부 20208900** 윤**
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 이**
+서울시립대학교 환경공학부 20208900** 이**
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 남**
 ==서론==
 ===개발 과제의 개요===
 ====개발 과제 요약====
-내용
+ 본 개발 과제에서는 폐스티로폼 처리 과정의 효율성과 경제성 문제를 해결하기 위하여 도서산간지역에 특화된 스티로폼 감용기 수거 차량을 설계하고자 한다. 현 수거 차량 내에 감용 설비를 설치하여 수거되는 폐스티로폼의 부피를 줄이고 효율적인 운반이 가능하게 한다. 스티로폼의 수거, 파쇄, 압축, 가공 성형 과정을 단일화하고, 수거 차량 내부에 폐스티로폼 가공 성형 중 발생하는 VOCs를 제거할 수 있는 응축 설비를 설치하여 문제상황을 극복하고자 한다. 따라서 폐스티로폼 수거 시스템 내의 수거 차량 운행 횟수를 줄임으로써 효율성과 경제성이 높아질 것이다. 또한 수거 차량 내부에서 잉고트 형태의 재활용 원료로 사용할 수 있도록 만들어, 기존 수거 시스템의 파쇄, 가공 성형 단계를 생략하고 바로 재활용 공정에 투입될 것이라 기대한다.
 ====개발 과제의 배경====
-내용
+. 폐스티로폼 발생 및 수거 현황
+ 스티로폼은 포장재, 음식 용기, 건축자재 등으로 널리 사용되며 매년 상당한 양이 소비된다. 특히 코로나19 대유행 이후 생활폐기물이 1.5배 이상 증가하였는데, 이 가운데 폐지와 스티로폼의 증가가 가장 두드러진다. 코로나19뿐만 아니라 매년 찾아오는 명절 이후 선물 포장 쓰레기까지 쏟아지면서 기존 작업장들은 포화 상태에 이른다. 다른 폐기물과는 달리 스티로폼은 질량 대비 부피가 큰 탓에 적치 공간을 많이 차지하여 운반 비용이 크고, 재활용 선별장으로 옮겨지더라도 테이프나 오염 없이 깨끗하게 배출된 스티로폼만 잉고트의 원료가 된다. 운반되더라도 재활용되지 못하는 폐스티로폼은 소각이나 매립됨을 의미한다. 2021년 9월, 추석 직후 보도된 바에 따르면, 인구 118만 명의 수원시에서 쓰이고 버려진 스티로폼이 하루 최대 6만 톤에 달한다. 수원시 자원순환센터에서 처리 가능한 스티로폼은 하루 최대 3톤이지만, 유입되는 폐스티로폼은 그 두 배라는 것이다. 스티로폼으로만 가득 찬 수거 차량이 하루에만 210여 대 드나들었다고 한다. 스티로폼은 질량 대비 부피가 큰 탓에 수거 차량의 반복 운행은 불가피해 보인다. 수원시 자원순환센터 폐스티로폼 발생량은 2019년(1~12월) 663톤에서 2021년(1~8월) 732톤으로 큰 폭으로 증가하였다고 기록되며, 현재도 꾸준히 증가하고 있다.
+[[파일:--파일-1번.png-200픽셀-섬네일-왼쪽-경기도_수원시_자원순환센터_보도_자료--.png]]
+. 폐스티로폼 재활용 현황
+ 스티로폼의 정식 명칭은 ‘발포폴리스티렌’이며 일반적인 PS, 즉 플라스틱 재질이다. 따라서 가정에서 스티로폼을 분리배출하면 지자체 선별장에서 스티로폼을 고온에 녹인다. 용융 과정에서 스티로폼 안의 공기를 모두 제거하는 과정이다. 공기를 제거한 스티로폼은 굵은 형태의 가래떡 모양을 띠는데, 이를 ‘잉고트’라고 한다. 선별장에서 잉고트가 만들어지면, 이후 재활용 업체에서 잉고트를 얇은 형태로 뽑아낸 후 식혀 자른다. 쌀알만큼 작은 알갱이 형태가 되면 이를 ‘펠렛’이라 부른다. 펠렛은 플라스틱 재생 원료인데, 즉 플라스틱 재활용 제품을 만드는 재료가 되는 것이다. 스티로폼 펠렛으로 만들 수 있는 대표적인 제품이 액자이다. 전체 과정을 정리하자면, 수거 – 분류 - 파쇄 – 용융압출 - 잉고트 – 냉각 – 절단 – 펠렛이다.
+[[파일:2번.png]]
+ 저가의 원료일수록, 저가의 생산품일수록 가공 공정을 줄이는 것이 지속성 (수익성)을 유지하는 비결이다. 이러한 점에서 기존의 재활용 공정은 경제성을 유지하기 어려운 구조를 포함하고 있다. 본 개발을 통해 공정을 대폭으로 줄여 간단한 공정으로 제품(잉고트)을 생산할 것이다.
+[[파일:3번.png]]
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+.개발과제 목표
+ 폐스티로폼 처리 과정의 효율성과 경제성 문제를 해결하기 위하여 도서산간지역에 특화된 스티로폼 감용기 수거 차량을 설계하고자 한다. 현 수거 차량 내에 감용 설비를 설치하여 수거되는 폐스티로폼의 부피를 줄이고 효율적인 운반이 가능하게 한다. 감용기 수거 차량의 성능은 다음과 같다.
+* 폐스티로폼 파쇄 및 고온 용융
+* 잉고트 성형
+* VOCs 저감 설비
+ 기존 시스템과의 명확한 경제성 비교분석을 위하여 대상 지역을 울릉도로 설정하였다. 울릉도는 코로나19로 인한 사회적 거리두기 시행 기간에는 관광객 수가 일시적으로 줄어들었으나, 2022년을 기점으로 다시 관광객 수가 증가하여 매년 40만명 내외의 관광객이 방문하고 있다. 또한 2028년 울릉공항의 개항에 따라 관광 산업의 규모가 더욱 커질 것으로 예상되며, 그에 따른 폐기물 발생도 증가할 것으로 예상된다.
+ 울릉도 내에서 발생하는 폐기물은 울릉도 내에 위치한 소각장에서 소각되거나, 재활용 가능한 폐기물의 경우 선박을 통해 내륙의 재활용 선별장으로 운송되어 재활용 처리 과정을 거치게 된다. 따라서 울릉도의 재활용 가능한 폐기물을 재활용 하는 데에는 내륙 지역에서보다 운송에 들어가는 비용이 더 많이 발생하며, 기상 상황에 따라 선박이 운행하지 못하는 경우 폐기물이 울릉도에 쌓여있는 채로 남아있게되며, 불규칙적인 수거로 인하여 일시적으로 폐기물의 운송의 부담이 늘어나는 문제가 있다.
+ 과제를 통하여 설계한 폐스티로폼 감용기 수거 차량을 이용하여 울릉도에서 폐기물, 특히 스티로폼의 운송 부담을 줄이고, 재활용 원료의 수익성을 증가시킬 수 있도록 하는 것을 개발 과제의 목표로 선정하였다.
+.개발 과제 내용
+) 폐스티로폼 파쇄 및 용융, 잉고트 형성
+[[파일:4번.png]]
+[[파일:5번.png]]
+ 해남군은 지난 2015년부터 현재까지 폐스티로폼 감용기를 운용해 103만개에 이르는 폐스티로폼 부표를 처리해왔다. 해당 폐스티로폼 감용기는 1,000~1,200개의 폐스티로폼을 처리하여 25kg의 압축 성형물을 만든다. 이 과정을 통해 압축 성형물을 판매한 세외수입 3,900만원은 물론 위탁처리비용 28억 8,500만원 절감 효과를 본 사례도 있다. 앞선 이동식 감용기의 원리를 파악하고 장단점을 분석한 뒤 본 개발에 적용할 기술을 검토하여 도입할 계획이다.
+ 기존 이동식 감용기에는 세척 단계가 포함되어 있으나, 수거차량에 설치될 수 있을만큼의 크기를 갖고 있는 감용 설비에는 세척 단계가 생략되어 있거나, 스팀 분사를 이용하여 별도의 세척 과정 없이도 이물질에 의한 오염의 영향을 방지할 수 있다고 한다. 이 점을 고려하여 본 개발에서 세척 단계를 추가할 수 있는지, 혹은 스팀 분사로 오염 문제를 해결할 수 있는지에 대한 가능성을 살피고, 불가할 경우 깨끗하게 분리 배출된 (또는 수작업으로 1차 선별된) 폐스티로폼을 투입한다는 전제를 설정할 것이다. 또한 본 개발은 기존의 수거 차량을 개조하여 수거, 처리, 운반 과정을 통합하고자 한다. 기존의 이동식 감용기는 수거나 운반의 역할을 하지 못했기에 이 점에서 차별성을 가진다.
 ===관련 기술의 현황===
 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
-*전 세계적인 기술현황
+. 일체형 스티로폼 감용기
-내용
+ 스티로폼이 수거되어 각 지역의 재활용 선별장으로 이동하게되면, 선별장에서 파쇄, 세척, 감용 등의 처리를 거쳐 잉고트 또는 펠릿 형태의 재활용 원료로 가공되게 된다. 이 때, 재활용 선별장에서 사용하는 스티로폼 감용기는 분리형과 일체형이 존재한다. 분리형 스티로폼 감용기는 스티로폼 파쇄기와 세척설비, 가열 및 성형을 위한 설비가 구분되어 있으며, 폐스티로폼은 처리 순서에 따라 해당 설비들을 순차적으로 이동하며 감용 처리된다. 이와 달리, 일체형 스티로폼 감용기는 파쇄부터 감용까지의 과정이 하나의 설비 내에서 이루어지도록 설계된 것이다. 분리형 스티로폼 감용기는 각각의 설비가 따로 설치되기 때문에 유연한 운영과 유지보수가 용이한 장점이 있지만, 설치 공간과 초기 비용이 일체형에 비하여 많이 드는 단점이 존재한다. 폐스티로폼 수거 차량에 감용기를 설치하기 위해서는 감용 설비의 크기가 되도록 작은 것이 유리하므로, 일체형 스티로폼 감용기 기술을 위주로 살펴보았다.<그림 1>의 A, B는 각각 화성산업기계, 인화산업에서 판매하고 있는 일체형 스티로폼 감용기의 사진이다.
-*특허조사 및 특허 전략 분석
+[[파일:7번.png]]
-내용
-*기술 로드맵
+. 이동식 스티로폼 감용기
-내용
+ 이동하는 차량 위에 스티로폼 감용기를 설치한 사례가 존재한다. <그림 3>은 ㈜세림쵸프밀의 이동식 스티로폼 감용기의 구조를 보여준다. 해당 설비는 트럭 위에 스티로폼 감용설비를 설치한 것이라는 점에서 우리 조의 설계 주제와 닮아 있으나, 다소 차이가 있다. 첫 째로는 설비의 목적이 다르다. 세림쵸프밀의 이동식 스티로폼 감용기는 수거를 목적으로 하는 설비가 아니다. 이동식 감용기 차량이 폐스티로폼의 발생 지역으로 이동하여 감용 설비를 통해 스티로폼의 크기를 줄이게 되면, 후에 수거 차량이 해당 장소로 이동하여 부피가 줄어든 스티로폼을 수거해 가는 형태이므로, 해당 이동식 스티로폼 감용기는 수거를 용이하게 해주지만 수거를 목적으로 하고 있지 않다. 둘 째로는 이동식 감용기 차량에 설치된 감용기는 분리형 감용기로, 파쇄, 세척, 감용 설비가 각각 따로 구동하게 되어 있으므로, 일체형 감용기가 설치된 수거차량과는 형태와 규모에 차이가 있다. 셋 째로는 감용 방식이다. ㈜세림쵸프밀의 이동식 스티로폼 감용기는 스팀 발생기와 유압실린더를 이용하여 열 전달과 이물질 제거 및 압축을 진행한다. 감용을 통해 나오게 되는 폐스티로폼은 얇은 원판 형태이며, 일체형 감용기를 통해 얻을 수 있는 잉고트 형태와는 다르다.
+[[파일:8번.png]]
+. VOC 저감기술
+ VOC 저감 방법으로는 연소, 흡착, 흡수, 응축, 생물여과, 촉매산화 등이 있다. 처리 방법 선정시에는 VOC 농도, 유량, 공정의 융통성과 운영비 등을 종합적으로 판단하여 결정해야한다. 수거차량 내 감용기의 특수성을 고려했을 때, 대용량 처리보다는 소규모 분산 처리 및 저농도 조건에 유리한 방식을 채택해야 하며, 공정이 단순하고 운영비가 많이 들지 않는 방식을 고려해야한다. [표 X]는 VOC 처리기술을 비교한 내용이며,  [표 X]은 VOCs 배출 농도에 따른 최적의 처리방법을 정리한 내용이다.
+[[파일:9번.png]]
+[[파일:10번.png]]
+ VOCs 처리 기술 간의 비교를 통해 보았을 때, 저농도 배출 조건에서 유리하고, 기본 원리가 단순하며 폐수 발생이 없는 흡착법을 활용하는 것이 수거차량에 설치하기에 적합하다고 판단하였다. 또한, 차량에 설치되어야 하므로, 크기가 작은 소형 흡착탑 설비에 대한 조사를 진행하였다. 조사를 진행한 결과, 실제 재활용 업체에서 스티로폼 감용시 발생하는 유기화합물과 악취를 제거하기 위하여 소형 흡착탑 제품이 사용되고 있는 사례들을 확인하였다.
+[[파일:11번.png]]
+*특허조사
+. 폐스티로폼 축소기
+ [[파일:12번.png]]
+ 일체형 스티로폼 감용기의 구조는 크게 파쇄와 감용의 두 부분으로 나누어 볼 수 있다. <그림 4>의 A에서는 파쇄기 날에 의한 스티로폼의 물리적인 파쇄가 진행된다. 파쇄된 스티로폼의 조각들은 <그림 4>의 B 부분으로 떨어져, 나선형 이송 스크류에 의하여 배출구 쪽으로 이동하게 된다. 배출구는 나선 스크류가 있는 부분보다 지름이 작기 때문에 스크류에 의하여 밀려 이동된 스티로폼 조각들은 좁은 배출구에서 압력을 받아 압축되게 된다. 또한, 이송 시 히터 설비에 의하여 스티로폼 조각들은 용융되어 배출 시 하나의 조각처럼 뭉치게된다. 히터 설비의 위치는 제조사마다 다르며, 이송 스크류가 위치하는 부분의 아래쪽 전면에 설치될 수도 있고, 이송 스크류에 의하여 스티로폼 조각이 이동하는 통로의 중간에 통로를 감싸는 형태로 설치될 수도 있으며, 배출구 부분에 비교적 작게 설치되어 배출되는 폐스티로폼 잉고트의 표면만 살짝 녹여서 굳히는 형태가 될 수도 있다. 위와 같이 열을 이용하여 스티로폼을 가공하는 방식의 감용기는 열을 이용하여 스티로폼의 표면을 용융시켰다가 다시 굳히며 형태를 변형시키게 되며, 이 과정에서 기체 상태의 VOC가 발생하게 된다. 하지만 해당 설비들은 VOC 저감 설비를 포함하고 있지 않다.
+. 스티로폼 감용기
+ [[파일:13번.png]]
+ 이 스티로폼의 감용기의 구조는 호퍼, 분쇄부, 압출부재로 구성되어 있다. 스티로폼은 호퍼에서 수용되어 하부방향으로 낙하하는 스티로폼이 분쇄부의 날에 의해 물리적으로 분쇄된다. 그리고 상기 이송압출부가 분쇄부의 하측방향에 정역회전이 가능하도록 설비되어 있어 분쇄된 스티로폼을 일측에서 타측방향으로 이송하고, 타측에서 압출하여 압출부재로 배출되게 된다. 그런데 이때 원활한 압출이 되도록 압출관 일측에서 타측 방향으로 갈수록 내부 직경이 좁아지도록 설계되었다. 그리고 상기 압출부재의 길이방향으로 연장되는 돌출부재가 안쪽으로 돌출된 상태로 등간격으로 설치되어 있어 분쇄된 스티로폼을 한 번 더 분쇄하게 된다. 동시에 분쇄된 스티로폼이 압출되는 과정 중에 발생되는 공기의 배출을 더 용이하게 한다. 내부에 상기 분쇄부가 수평으로 축결합되는 하우징과 분쇄부의 회전축이 일체형으로 축결합되어 제조원가 및 고장율을 감소시킬 수 있다. 감용기의 배출구 부분에는 내부방향으로 열을 발산하는 히터부재가 설치되어 있어 분쇄된 스티로폼의 표면을 용융시킨다. 이때 형태가 변형된 스티로폼이 이동될 때 부스러짐 등의 문제가 발생될 수 있지만, 이 설비에서는 이를 방지할 수 있도록 표면이 단단한 형태로 압출하게 된다. 따라서 이 감용기는 분쇄된 스티로폼을 압출하는 과정에서 다시 한번 분쇄하고 압출하는 과정을 통해 충분한 감용이 이루어질 뿐만 아니라, 압출되는 과정에서 발생되는 공기가 원활히 배출될 수 있다. 하지만 <특허1>과 마찬가지로 스티로폼 감용에 열을 이용할 때 발생될 VOCs 저감 설비는 구비되어 있지 않다.
+. 작업환경에 따라 각도조절이 가능한 컨베이어 장치를 구비한 폐스티로폼의 부피를 줄여 수거하는 차량
+ [[파일:14번.png]]
+ 이는 수거차량 안에 폐스티로폼을 분쇄하여 감용시킬 수 있는 처리장치를 설치했다는 점에서 우리 조의 프로젝트 주제와 큰 관련이 있는 특허이다. 이 기술은 차량에 설치된 감용기의 역할만을 하는 것이 아니라, 폐스티로폼이 발생하는 현장으로 직접 방문하여 수거를 함과 동시에 분쇄, 용해, 감용의 처리공정을 단시간내에 일련으로 해결할 수 있다. 그리고 차량에 벨트 컨베이어를 장착하여 이동되는 폐스티로폼의 역류현상이나 분쇄기 작동 중 가벼운 스티로폼이 튀는 현상을 방지하여 분쇄효율을 높일 수 있다. 또한 폐스티로폼이 벨트컨베이어 장치를 통해 이동되면서 다양한 크기와 형태의 스티로폼이 안정적으로 고정 및 탈착이 이루어지게 하여 작업환경에 따라 각도조절이 가능하도록 한다. 이로써 작업자의 안정성 문제를 개선하고 분쇄 속도를 높일 수 있게 하였다.  이 차량에 설치된 장치로 역류방지 유도부가 있는데, 이는 자중에 의해 자동적으로 폐스티로폼을 가압하여 분쇄기로 유도하는 역할을 한다. 그리고 다양한 사이즈의 폐스티로폼도 분쇄기로 이송될 수 있도록 유도한다. 이때 유도판 톱니가 폐스티로폼에 걸치게 설치되어 있어 분쇄기쪽으로 전진만 하고 후퇴를 하지 못하게 되어 있어 분쇄 효율을 증대시킨다. 저장부는 분쇄된 폐스티로폼을 용해하여 저장하고, 제어부는 폐스티로폼의 투입, 분쇄, 이송과정을 제어한다.  따라서 차량 안에 감용기를 설치하여 이동하면서 폐스티로폼을 수거하고 공정에 투입하여 즉시 감용이 되도록 하였다. 또한 작업환경에 따라 각도조절이 가능한 기술이지만, <특허1>, <특허2>와 마찬가지로 VOC 저감설비가 구비되어 있지 않다.
+. VOC 저감 설비
+ [[파일:15번.png]]
+ <그림 7>은 이동형 독성가스 정화장치의 도면을 나타낸 것이다. 독성가스의 처리방법은 흡착법을 기반으로 하고 있으며, 기본적인 동작 원리 등은 기존의 흡착 설비와 대동소이하다. 기술의 특징으로는 약 40kg 정도의 가벼운 중량과 작은 크기에 손잡이와 바퀴가 달려있어 휴대가 용이하기 때문에 장소와 공간에 제약을 거의 받지 않고 적용 가능한 장점이 있다. 정화장치 내부에는 두 개의 캐니스터가 있으며, 각 캐니스터 안에는 활성탄 등의 흡착제가 구비되어 있다. 동작 시, 둘 중 하나의 캘리스터를 우선적으로 사용하고, 캘리스터 내부의 흡착제가 사용한도에 도달하게 될 경우, 경로판단부에서 독성가스의 농도를 기반으로 이를 판단하여 다른 캘리스터로 독성가스가 유입될 수 있도록 한다. 이는 캘리스터 내부의 포화된 흡착제를 교체하거나 재생하는 동안 독성가스의 처리가 지체되지 않도록 하기 위함이다. 흡착 처리된 가스는 필터를 통과한 후 배출구를 통하여 배출된다. 정화된 가스가 배출되기 전에 배기공간에 설치된 감지부에서 잔류하는 독성가스의 농도를 감지하여, 독성가스가 감지되지 않으면, 정화된 공기를 배기구로 내보내고, 독성가스가 감지되면 작동하지 않던 다른 하나의 캐니스터가 작동되도록하여 잔류 독성가스가 재정화되어 배기구로 배기되도록 한다.
+*특허전략
+ 폐스티로폼 처리 과정의 효율성과 경제성 문제를 해결하기 위하여 도서산간지역에서 특화된 스티로폼 감용기 수거 차량을 설계하고자 한다. 스티로폼의 수거, 파쇄, 압축, 가공 성형 과정을 단일화하고, 수거 차량 내부에 폐스티로폼 가공 성형 중 발생하는 VOCs를 제거할 수 있는 응축 설비를 설치할 예정이다. 먼저, 차량 내 감용설비로는 <특허1>과 같은 일체형 스티로폼 감용기를 고려하고 있다. 차량 안에 감용기를 설치하기 위해서는 가능한 공간집약적으로 설비를 설계하는 것이 유리하며, 수거차량 내 설비의 무게 역시 경량화 될수록 운행 비용 측면에서 유리하기에 비교적 부피가 작고 설비의 구조가 간단한 일체형 감용기를 사용하는 것으로 결정하였다. 그리고 <특허2>에서의 감용기는 분쇄된 스티로폼을 압출하는 과정에서 다시 한번 분쇄하고 압출하는 공정으로 되어있다. 이는 충분한 감용이 이루어지고, 제조원가를 낮출 뿐만 아니라, 압출되는 과정에서 발생되는 공기가 원활히 배출될 수 있다. 따라서 <특허2> 처리공정의 기본 원리를 감용설비의 모델링 시에 참고하고자 한다. 또한, 파쇄 다음 과정으로는 가열 압축하는 방식을 선택했다. 다른 방법으로 냉각압축 방식이 존재하지만, 냉각 시스템이 복잡할 뿐만 아니라, 에너지 소모가 크고 일정한 온도를 유지하는 데 어려움이 있어 선택하지 않았다. 냉각압축 방식에 반해 가열압축방식은 가열과 압축과정을 자동화할 수 있으므로 차량 내부에서 관리가 비교적 쉽다. 이외에도 다양한 종류의 스티로폼을 완전히 녹여 작은 부피로 압축이 가능하기 때문에 많은 양을 쉽게 처리할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 감용기 내부 히터부재의 열로 인해 폐스티로폼이 녹을 때 발생될 VOCs에 대해서 고려해야 한다. 하지만, <특허1>, <특허2>, <특허3> 모두 저감 설비는 구비되어 있지 않다. 이에 우리는 VOC 저감설비를 설치하여 VOCs와 같은 유해한 기체가 차량 내·외부로 배출되는 것을 방지하고자 한다.
+ ㈜세림쵸프밀의 제품 설명에 따르면, 원판 형태의 스티로폼은은 2차 가공시 파쇄 작업공정이 필요하지 않으므로 잉고트 형태보다 경제성과 효율성이 뛰어나다고 설명하고 있으나, 기존의 재활용 처리 과정에서 폐스티로폼을 펠릿, 섬유코팅제 또는 본드원료로 가공하는 공정이 잉고트 형태에 맞춰져 있을 것이라 예상되며, 스팀 발생기 사용에 따른 폐수처리 문제 역시 수거차량이 처리하기에 다소 어려움이 있을 것이라 판단되어 기존의 일체형 감용기의 원리를 이용한 수거차량을 설계하기로 결정하였다.
+ <특허3>은 차량안에 감용기를 설치하여 이동하여 직접 현장으로 가 폐스티로폼을 수거를 함과 동시에 분쇄, 용해, 감용의 처리공정을 단시간내에 일련으로 해결할 수 있다는 점에서 우리 조의 설계 주제와  비슷한 컨셉을 가지고 있다. <특허3>에서는 벨트컨베이어 장치가 설치되어 있어 다양한 크기와 형태의 스티로폼이 안정적으로 고정 및 탈착이 이루어지게 하여 작업환경에 따라 각도조절이 가능하도록 하고 있다. 이로써 작업자의 안정성 문제를 개선하고 분쇄 속도를 높일 수 있는 장점이 있지만, 밸트컨베이어 가 차량 내 부피를 꽤 차지할 뿐만 아니라 전력 사용량 증가, 설비 중량의 가중에 따른 운반 효율 저하 등을 생각하였을 때 수작업과의 비교를 통해 설비의 타당성을 고려할 필요가 있다. 향후 상세설계에서 전력사용량과 폐스티로폼 처리량, 설비의 중량, 작업자 편의성 등을 고려하여 밸트컨베이어 장치의 포함여부를 결정할 예정이다.
 ====시장상황에 대한 분석====
-*경쟁제품 조사 비교
+*울릉군 내 폐스티로폼 발생량
-내용
+ 울릉군 내에서 발생되는 폐스티로폼의 정확한 양을 기록한 자료는 찾을 수 없었다. 환경부에서 발간한 ‘2022년 전국 폐기물 발생 및 처리현황’에 각 지역별, 성상별 폐기물 발생 및 처리량 등이 나타나있으나, 스티로폼의 경우 ‘폐합성수지’ 항목으로 묶여 집계되어있기 때문이다. 따라서 폐스티로폼 발생량 원단위를 이용하여 울릉도의 인구, 주택, 산업 통계를 이용해 울릉군 내의 폐스티로폼 발생량을 추정하기로 결정하였다. 폐스티로폼 발생량 원단위는 제6차 전국폐기물 통계조사 보고서를 참고하였으며, 울릉군의 인구수, 산업별 종사자 수는 제62회 울릉군 통계연보를 참고하였다. 제6차 전국폐기물 통계조사 보고서에는 세부발생원별 원단위 발생량을 가정부문과 비가정부문으로 구분하여 제공하고 있다. 비가정부문에서는 업종별 폐기물 발생 원단위를 제공하고, 가정부문에서는 주거형태별 발생 원단위를 제공하고 있다. 따라서, 비가정부문의 폐스티로폼 발생량은 산업별 폐스티로폼 원단위 발생량에 산업별 종사자수를 곱하여 도출한다. 하지만 가정부문의 폐스티로폼 발생량은 주거 형태에 따른 계산을 수행하지 않았다. 울릉군 통계연보의 주택 현황 통계는 단위가 ‘호’이지만, 전국 폐기물 통계조사의 단위는 ‘g/인·일’이기 때문에 정확한 계산은 할 수 없다고 판단하였고, 대신 울릉군의 인구수에 가정부분 폐스티로폼 발생 원단위의 평균을 곱하여 평균치로 발생량을 추정하기로 하였다. 또한 전국 폐기물 통계조사 보고서는 계절별, 도시규모별 발생량을 제공하고 있으므로, 보고서에서 제공하는 군 지역 발생량 원단위로 각 계절의 폐스티로폼 발생량을 계산하여, 가장 발생량이 많은 시기의 발생량을 기준으로 향후 설계를 진행하고자 한다. 통계조사 내용 중 누락된 부분은 해당 값을 대표하는 평균치로 대체하여 계산을 진행하였다. [표 1]은 울릉군의 산업별 종사자수와 폐스티로폼 발생량 원단위 및 계절별 발생량을 나타낸 것이며, [표 2]는 계절별 가정부문 폐스티로폼 발생량 평균을 나타낸 것이다. 산업 활동에 의한 계절별 폐스티로폼 최대발생량은 봄 철에 11.0617 t/년이었으며, 가정부분에서 계절별 폐스티로폼 최대 발생량은 봄 철에 7.6864 t/년이었다. 결과적으로 울릉군 내에서 발생하는 폐스티로폼의 양은 최대 18.7481 t/년으로 계산되었다. 이는 발생량이 많은 봄철을 기준으로 한 결과이지만, 수거차량의 크기와 운행 소요량을 계산할 때에 최대치를 기준으로 설계하는 것이 필요하다고 여겨지므로 최대값으로 가정하여 향후 설계를 진행할 것이다.
-*마케팅 전략 제시
-내용
+*울릉군 내 폐기물 수거
+ 『울릉군 폐기물관리 조례』에 따르면, 생활폐기물, 사업장생활계폐기물 및 재활용가능폐기물은 해당 지역의 클린하우스에 배출하도록 하고 있으며, 배출일시는 하절기와 동절기가 약간 상이하나, 매일 16시부터 오전 2시까지이다. 클린하우스는 울릉군 내에 총 105개소가 존재하고 있다. 해당 조례에서 폐스티로폼의 배출요령 또한 정하고 있는데, 이물질이나 물기를 제거 후 끈으로 묶거나 투명 또는 반투명 봉투에 넣어 배출하도록 지시하고 있다.
+[[파일:17번.png]]
+년 울릉군 주요업무계획에서 폐기물 수거에 대한 정보를 확일할 수 있었다. 폐기물 수거는 울릉읍의 저동과 도동, 서면, 북면의 네 구역을 구분하여 각 지역별 근무자가 배치된다. 가연성 쓰레기와 재활용품, 불연성 폐기물 및 대형폐기물은 3~5명의 인원이 매일 수거를 하게된다. 『울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례』에 따르면, 울릉군 내 재활용선별시설의 위치는 울릉군 울릉읍 사동리 49-5번지에 한 군데가 존재한다. 해당 재활용선별시설에서 처리할 수 있는 폐기물은 『울릉군 폐기물관리 조례』 제2조제4호에 따라 공사장 생활폐기물로 국한되어 있다. 따라서 울릉군 내에서 생활폐기물 및 사업장 생활계폐기물 등을 처리하는 재활용 선별시설은 따로 존재하지 않으며 울릉군 내 생활폐기물 소각장이나 위생매립장에서 처리되거나 육지로 반출되는 것으로 파악된다.
+*울릉군 내 재활용 가능 폐기물 반출
+ 울릉군 내에서 발생하는 재활용 대상 폐기물은 2014년부터 육지로 반출시켜 내륙에 위치한 재활용 선별장에서 재활용 처리를 거치게되며, 나머지는 소각되거나 매립된다. 울릉군에서 육지로 반출되는 재활용 폐기물의 양은 해마다 늘어나, 242t, 251t, 267t, 325t 등으로 늘어나며 2020년에는 580t의 재활용 폐기물이 육지로 반출되었다. 울릉군은 쾌적한 친환경 녹색섬 조성을 위하여 재활용품의 육지 반출을 지속적으로 추진하며, 울릉군 내에서 소각되거나 매립되는 폐기물의 양을 줄이기 위한 노력을 계속해왔다. 2022년 전국 폐기물 발생 및 처리현황에 따르면, 2022년 한 해에 울릉군에서 발생한 폐합성 수지류 중 소각처리된 것은 592.3t인 반면, 재활용처리를 거친 폐합성수지류는 76.7t이며, 재활용 처리를 거친 발포수지류 폐기물은 2.1t에 그쳤다. 해상 운송에 의한 비용 문제로 인하여 많은 양의 폐합성수지류 폐기물이 재활용보다는 소각되는 것으로 보여진다. 육지로 반출되기 전 재활용 폐기물은 울릉읍 무릉길 227-88, 서면 울릉순환로 1704번지 두 지점에서 보관하게된다. 폐가전제품과 폐타이어 등은 1년에 2~3 차례에 걸쳐 반출하고 있으며, 공병류, 플라스틱류, 종이류 등은 수시로 반출하는 것으로 정하고 있다. 폐기물의 반출이 선박에 의하여 이루어지기 때문에 기상상황의 영향을 크게 받게 되며, 기상상황이 좋지 않은 경우 폐기물 운송 선박이 운행을 하지 못하게 되는 경우가 발생한다. 시기에 따라서는 배가 뜨지 못하는 상황이 며칠간 지속되어 울릉도 내에 스티로폼을 포함한 재활용 폐기물이 적체되는 현상도 발생할 수 있다.
+*SWOT분석
+[[파일:16번.png]]
 ===개발과제의 기대효과===
 ====기술적 기대효과====
-내용
+ 스티로폼은 특성상, 무게 대비 부피량이 크기 때문에 동일 무게의 다른 폐기물들에 비해 많은 운송비가 든다는 문제가 있다. 재활용 선별장과의 거리가 멀고 접근이 비교적 어려운 도서산간지역에서는 이러한 문제가 극대화된다. 본 개발 과제에서는 이러한 문제상황을  해결하기 위해 폐 스티로폼 감용과 운송, VOCs제거를 동시에 수행하는 차량을 설계하고자 한다. 해당 설계는 기존 스티로폼의 수거, 파쇄, 압축, 가공 성형 공정을 단일화하여 효율적인 운송과 펠렛의 수익성 증대  효과를 기대할 수 있다. 더해서, 폐 스티로폼의 가공성형 중 발생되는 VOCs제거 장치를 추가하여 환경적 영향을 최소화한다.
+ 도서산간지역, 해안지역에서의 폐 스티로폼 재활용을 위한 이동형 감용장치가 기존에 존재하지만 해당 장치는 감용과 운송을 동시에 수행할 수 없고 가공 과정에서 발생되는 VOCs문제를 해결 할 수 없다. 또한, 이동형 감용장치가 설치될 공간이 충분히 확보되지 않을 경우에는 사용이 불가능하다. 대량의 스티로폼  폐기물이 발생하는 특수 상황에 신속하게 대응하기에도 부적합하다. 따라서 본 설계에서는 기존의 기술에서 효율성과 경제성, 범용성, 긴급 대응성, 친환경성을 더욱 개선시켜서 보다 큰 효과를 기대할 수 있다.
 ====경제적, 사회적 기대 및 파급효과====
-내용
+ 본 개발 과제에서는 울릉도를 기술 도입 대상 지역으로 설정하였다. 현재 울릉도 내에서 발생되는 재활용 대상 폐기물은 2014년부터 육지로 반출되어 내륙에 위치한 재활용 선별장에서 재활용 처리되며 나머지는 소각되거나 매립되고 있다. 육지로 반출되는 재활용 폐기물의 양은 해마다 늘어나고 있는 실정이며 2020년에는 580t의 재활용 폐기물이 육지로 반출되었다. 더해서, 2028년 3월에 예정대로 울릉공항이 개항된다면 관광객의 증가로 더 많은 재활용 폐기물이 발생할 것이고 해산물이 특산품인 울릉도 특성상 폐 스티로폼의 발생량은 더욱 증가할 것으로 보인다. 현재에도 해상 운송에 의한 비용 문제로 인해서 많은 양의 폐 합성수지류 폐기물이 재활용보다는 소각되는 방식으로 처리되고 있고, 육지로 반출되기 전 재활용 폐기물이 보관될 장소도 울릉읍 무릉길 227-88, 서면 울릉순환로 1704번지 두 곳 뿐이다. 시기에 따라서는 배가 뜨지 못하는 상황이 며칠간 지속되어 울릉도 내에 스티로폼을 포함한 재활용 폐기물이 적체되는 현상도 발생할 수 있다.
+ 본 설계에서의 감용 운송 차량은 소수의 차량으로 여러 지점에서의 수거 및 운송을 신속하게 이행할 수 있고, 수거 과정에서 가공 성형을 진행할 수 있기 때문에 적체현상을 방지하고 해상 운송 비용 문제로 소각되는 폐 스티로폼의 양을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해 소각 시 발생하는 CO2 및 1급 발암물질인 다이옥신 등의 오염물질 발생을 줄이고 운송 횟수를 최소화하며, 현재 시행 중인 울릉군의 글로벌그린아일랜드 조성 정책 등에 기여할 수 있다. 추가적으로, 신속한 수거 처리를 통해서 불법 폐기물 적재에 대한 해결방안으로도 작용할 수 있을 것이다. 계절에 따라, 혹은 울릉공항 개항과 같은 특수한 상황에 따라서 관광객이 급격하게 증가하더라도 단기간에 고정형 처리시설을 새로 건설할 필요 없이 이동형 장비로 유연하게 폐기물을 처리할 수 있어 인프라 구축 비용을 절감할 수 있을 것이다. 더 나아가서, 본 설계물을 통해 재활용업체들이 원료를 더 쉽게 접근 및 확보하게 되어 재활용 산업 전반의 성장과 발전을 촉진할 수 있을 것으로 기대된다.
 ===기술개발 일정 및 추진체계===
 ====개발 일정====
-내용
+[[파일:6번.png]]
 ====구성원 및 추진체계====
-내용
+*공통분담
+ 개발 과제의 개념 설계
+ 관련 기술 현황 분석 및 개발 과제의 경쟁력 분석
+ 개발 기술의 이론적 계산 및 경제성 분석
+D 도면 설계
+ 제품 시연물 제작 및 최종설계
+*개별분담
+ 서** - 과제제안서 발표, 최종설계 발표, 동력 공급 방식 및 배터리 사양 계산
+ 성** - 상세설계보고서 발표, 동력 공급 방식 및 배터리 사양 계산
+ 윤** - 포스터 제작, VOCs 저감 설비상세 조건 설정
+ 이** - 경쟁력분석보고서 발표, 개념설계 발표, VOCs 저감 설비 상세조건 설정
 ==설계==
 ===설계사양===
 ====제품의 요구사항====
-내용
+[[파일:18번.png]]
 ====설계 사양====
-내용
+. 설계 사양
+ [[파일:19번.png]]
+. 목적계통도
+ [[파일:20번.png]]
+. Quality Function Deployment
+ [[파일:21번.png]]
 ===개념설계안===
-내용
+.수거차량 운행 빈도 및 1회 처리량
+)스티로폼 감용시 부피 절감
+ 스티로폼 감용 시 부피의 감소율은 감용 방식에 따른 차이가 있다. 폐스티로폼을 잉고트 형태로 만들게 된다면 부피는 1/50에서 1/100 정도로 줄어드는 것으로 알려져 있으나, 실제 스티로폼 감용기를 제작하여 부피가 어느 정도 감소하는 지 확인해보기에는 현실적인 제약이 따르므로, 기존 스티로폼 감용 설비 특허를 참고하여 스티로폼 감용기 사용 시 부피 절감율을 1/25로 가정하였다.
+)울릉군 내 폐스티로폼 발생량
+ ‘제6차 전국폐기물 통계조사 보고서’와 ‘제62회 울릉군 통계연보’를 참고하여 세부발생원별 폐스티로폼 발생량의 원단위를 통한 울릉군의 폐스티로폼 발생량을 계산하였다. 폐스티로폼 발생량은 계절에 따라 상이하나, 발생량이 가장 많은 봄철을 기준으로 폐스티로폼의 발생량을 산정하였다. 폐스티로폼의 밀도는 0.016t/㎥로 가정하여 계산을 진행하였다. 울릉군의 연간 폐스티로폼 발생량은 총 18.7481t으로 계산되었으며, 이를 부피로 환산하면 1171.7563㎥이다.
+[[파일:22번.png]]
+ [[파일:23번.png]]
+)수거차량 운행 빈도 및 1회 처리량 계산
+ 울릉군 내의 클린하우스는 총 88개소가 존재하며, 울릉읍에 54곳, 북면에 18곳, 서면에 16곳이 존재한다. 앞서 계산한 연간 폐스티로폼 발생량을 기준으로 울릉읍의 클린하우스 54곳에서 1주일간 발생하는 폐스티로폼의 양을 계산하면, 1주일에 221.2434kg의 폐스티로폼이 발생하며, 부피로 환산하면 13.8277㎥이다. 폐스티로폼을 수거하기 위해 1톤 트럭(탑차)을 운행한다면 1톤 트럭의 용적은 6.912㎥(1.6m×2.7m×1.6m)이기에, 1주일에 두 번 수거차량을 운행하거나 1주일에 한 번 두 대의 차량을 운행해야한다. 감용기 수거차량을 이용한다면 1주일간 울릉읍의 폐스티로폼 부피는 0.5531㎥로 줄어들기 때문에, 단순 계산에 따르면 12.5 주에 한 번 수거차량을 운행할 수 있다. 하지만 실제로 12주에 한 번 스티로폼을 수거하게 된다면 주거지역 근처 클린하우스에 처리되지 않은 폐스티로폼이 방치된 채, 쌓이게 되어 미관상 좋지 않을뿐 아니라 악취, 해충 발생의 우려가 있으며, 감용기 설치에 따라 수거차량의 적재 가능 용적도 줄어들 것이기 때문에 수거차량의 운행 빈도를 2주에 한 번으로 설정하는 대신, 운행에 따른 에너지 비용을 최소화 할 수 있도록 설비의 규모를 최소화하기로 결정하였다. 2주에 한 번 수거차량을 운행한다면, 수거차량이 한 번 운행할 때 수거해야하는 폐스티로폼은 442.4868kg이며, 감용 후 부피는 1.1062㎥이다. 따라서 수거차량은 폐스티로폼의 무게 442.4868kg에 감용설비의 중량을 더한 것 이상의 적재중량을 가지며, 폐스티로폼의 부피 1.1062㎥에 감용설비의 부피를 적재할 수 있는 용적을 가져야한다.  울릉군의 북면과 서면의 경우 34곳의 클린하우스가 위치해 있다. 34곳의 클린하우스에서 2주 동안 발생하는 폐스티로폼의 양은 278.5994kg이며, 부피로 환산하면 17.4125㎥이다. 감용 시의 부피는 0.6965㎥가 된다. 수거빈도를 동일하게 한다고 가정했을 때, 울릉읍에서의 폐스티로폼 발생 부하가 더욱 크므로, 수거차량의 설계는 울릉읍의 경우를 기준으로 설계하도록 결정하였다.
+.스티로폼 감용 수거차량
+)스티로폼 감용 설비 외관
+ [[파일:24번.png]]
+ <그림 2>는 수거차량의 적재 공간 내에 위치한 감용설비의 평면도이다. A는 폐스티로폼의 투입구로, 투입구는 수거차량 적재함의 벽면에 뚫려있는 구멍과 맞대어 있도록하여, 작업자가 차량 내부로 들어가지 않고 폐스티로폼을 외부에서 감용 설비로 투입할 수 있도록 하였다. 투입구는 작업자의 팔이나 신체 일부가 감용설비 내부로 들어가 발생하는 사고를 예방하고, 파쇄 시 발생하는 먼지가 비산되어 유출되는 것을 최소화하기 위하여 그라인더와 이격시키고, 스티로폼이 중력에 의하여 자연스럽게 감용기 내부로 들어갈 수 있도록 경사지게 설계하였다. B는 감용기의 파쇄 및 감용부로, 투입된 폐스티로폼을 파쇄, 압축하고 배출구로 내보내는 역할을 한다. C는 스티로폼을 가열하면서 발생하는 VOCs를 처리하기 위한 흡착부이다. B 부분과 C 부분 사이에는 공기를 빨아들이기 위한 구멍이 존재하며, C 내부의 흡착 설비를 통해 정화된 공기는 적재함 천장에 돌출되어 있는 배출구로 배출된다. D는 제어판넬이며, 감용기의 작동과 정지, 비상정지 버튼이 있으며, 배출되는 공기의 오염물질 농도를 표시하는 표시부가 설치되어 있다.
+)파쇄, 압축 설비(그라인더)
+ [[파일:25번.png]]
+ <그림 3>은 수거차량 내 감용 설비에서 스티로폼의 파쇄와 압축을 담당하는 그라인더이다. 일반적인 스티로폼 감용기는 파쇄 설비와 압축 설비가 분리되어 있어, 두 개의 모터가 각각 파쇄날과 이송 스크류를 돌리는 형태로 설계되어 있지만, 수거차량의 감용설비는 공간이 협소한 차량 내부에 설치되어야 하기 때문에 파쇄부와 압축부가 하나로 이어진 형태로 설계하였다.  <그림 3>의 우측에는 파쇄날과 이송스크류를 회전시키기 위한 로터가 위치하며, 중간 부분에는 파쇄날, 좌측에는 이송스크류가 하나의 축을 공유하며 로터에 의해 돌아가게 된다. 감용설비 내부로 들어온 스티로폼은 파쇄날이 위치한 중간 부분에 떨어지게 되며, 작은 조각으로 분쇄된다. 또한 파쇄날이 위치한 부분의 감용기 내면에는 보조날이 설치되어 있어 스티로폼의 원활한 파쇄를 돕는다. 이 때, 파쇄날은 회전축에 수직 방향으로 곧게 나와있지 않고, 끝 부분으로 갈수록 비틀어진 형태를 가지고 있다. 파쇄날의 비틀림에 의하여, 파쇄날이 회전할 때에 스티로폼 조각들이 점점 배출구 방향으로 밀려나게 된다. 배출구 방향으로 이동된 스티로폼 조각들은 배출되기 전, 이송스크류에 의해 배출구 방향으로 밀어지게 된다. 이 부분에서 감용 설비의 내면이 이송스크류의 날에 맞춰서 좁아지는 형태이기 때문에 들어온 스티로폼 조각이 빠져나가지 못하고 강제로 배출구 방향으로 밀어지게 된다. 배출구로 모아진 스티로폼 조각은 좁은 배출구 통로에서 압축되어 하나의 블록 형태로 배출된다.
+)히터 설비
+ 히터 설비는 감용기의 이송스크류를 둘러싸고 있는 내면에 설치되어 스티로폼과 압출면의 접촉을 원활하게 하고, 압출되는 스티로폼 조각의 결합력을 높여 배출된 스티로폼 재활용 원료가 부서지지 않도록한다. 이송스크류를 둘러싼 철판의 내부에는 코일 히터가 설치되어 통로 내부 벽면의 온도를 높이고 스티로폼 조각들을 녹인다. 용융된 스티로폼 조각은 압밀된 상태로 배출구로 빠져나오며 잉고트 형태로 굳게 된다.
+)VOCs 저감 설비
+ [[파일:26번.png]]
+ <그림5>는 차량 내에서 스티로폼 처리 시 발생하는 VOCs 저감을 담당하는 설비이다. 해당 설비는 배터리에 의해 작동되며 독성가스에 대한 흡착제의 교체가 가능하므로 경제적이다.  <그림3>의 B, C 부분 사이에 공기를 빨아들이기 위한 구멍, 즉 '흡기기'가 있다. 흡기기로 유입된 유해가스가 저감 설비에서 처리된 후 대기로 배출되도록 설계한다. VOCs 저감 설비는 크게 세 부분으로 나뉜다. 흡착부(원통), 감지부(A), 배기부(B)이다.  먼저, 흡착부의 경우 VOCs 흡착을 위해 2개의 원통형 흡착제 캐니스터를 사용한다. 두 캐니스터는 내부에 독성가스를 흡착할 수 있고 교체가 가능한 흡착제를 포함한다. 또한, 유해가스는 캐니스터에서 흡착을 거쳐 정화된 공기로 배출되기 이전에 상기 필터에서 한 번 더 필터링되어 잔여 독성가스 또는 잔여 미세입자가 제거될 것이다.  두 캐니스터는 병렬로 둔다. 직렬이 아닌 병렬인 이유는 효율 향상을 위해서이다. 초기 흡입구로 독성가스가 유입될 경우, 내부에 흡착제를 포함하는 제1캐니스터와 제2캐니스터 중 하나에 도달한다. 여기에서, 제1캐니스터와 제2캐니스터 중 어느 하나의 흡착제가 사용 한도에 도달하더라도 독성가스가 제1캐니스터와 제2캐니스터 중 (사용 가능한) 다른 하나로 유입될 수 있도록 경로판단부에 의해 경로가 판단될 수 있다. 또한 경로판단부는 분배부를 포함하는데, 분배부는 밸브를 제어하여 독성가스가 복수 개의 흡착부 중 각각 유입되는 독성가스의 양을 조절하도록 제어하는 밸브제어부를 포함한다. 분배부에 의해 제어된 독성가스의 흡입 효율을 증가시키기 위해 각 캐니스터로 유입되는 가스의 양을 제어하거나 차단할 수 있다. 이와 같이 제1캐니스터 또는 제2캐니스터로 유입되는 독성가스의 유입량을 제어함에 따라 정화 효율이 향상될 것이다. <그림5>의 A는 감지부이다. 저감 설비로 유입된 가스는 흡착부를 지나 A에 도달한다. A의 감지 센서는 처리된 가스의 VOCs 농도를 측정한다. 측정값은 <그림3>의 D, 즉 제어 판넬에서 실시간으로 확인할 수 있다. 감지부는 정화된 공기에 잔류하는 VOCs 농도가 기준치를 넘지 않으면 정화된 공기를 배기구로 배출하고, 정화된 공기에 잔류하는 VOCs 농도가 기준치를 초과하면 흡착부의 캐니스터가 다시 작동하도록 한다. 이후 가스는 B로 이동하는데, B는 필터와 블로워로 구성되어 있고, 처리된 정화 가스는 적재함의 천장 방향으로 돌출된 통로를 따라 밖으로 배출되게 한다.
+ 흡착제로 사용되는 것으로 실리카겔, 알루미나, 제올라이트 등도 있으나, VOCs 제거용으로 현재 가장 많이 사용되는 흡착제인 활성탄으로 결정했다. 여러 활성탄 중에서도 경도가 높고 VOCs 제거가 원활한 ‘입상 활성탄(GAC, Granular Activated Carbon)을 선택하였다. 이는 평균 입경이 1.1 ~ 1.6mm로, 분쇄를 통하여 일정 크기의 부정형의 형태를 가지고 있으며, 가루 형태가 아니므로 공정상 취급이 용이하다. 또한 우리의 감용 공정에서 나오는 VOCs는 스티렌이 주로 발생되는데, 이를 효과적으로 흡착한다. 스티로폼을 감용할 때 온도는 약 150도 정도로 설정하는데, 이러한 고온에서도 입자상 활성탄은 안정적으로 사용할 수 있다. 이뿐만 아니라, 재생이 가능하고 비교적 저렴하여 비용을 저감시킬 수 있다. 입자상 활성탄을 이용하여 VOC를 흡착할 때 주의할 점은 활성탄이 포화 상태에 도달하면 오염물질을 흡착하지 못하고 ‘파괴현상’이 발생한다. 이때 흡착능이 떨어지기 때문에 활성탄 흡착 용량이 80% 정도에 도달할 때 교체를 해야 한다. 교체 주기는 보통 6개월 정도이지만, 정확한 주기와 성능에 대한 내용은 VOC 발생 조건을 고려하여 상세설계에서 계산해 나타내고자 한다.
+)차량
+ 앞서 수거차량 운행빈도와 1회 처리량을 계산한 결과, 수거차량은 약 440kg의 폐스티로폼과 감용설비의 무게를 적재할 수 있어야하며, 감용설비를 포함하고도 약 1.1㎥ 이상의 적재공간이 남는 용적을 가져야한다. 시중에 판매되는 소형 화물차량 중 해당 조건을 만족하는 차량으로는 현대 자동차의 포터Ⅱ 내장탑차와 기아 자동차의 봉고Ⅲ 내장탑차 등이 있다. [표 6]은 각 차량의 제원을 보여준다.
+ [[파일:27번.png]]
+)모식도
+ [[파일:28번.png]]
+ [[파일:29번.png]]
+.수거차량 운행 경로
+ 공공데이터포털 정보공개 청구를 통해 울릉군 클린하우스 88곳에 대한 위치 정보를 제공받았고, 이를 토대로 수거차량의 운행경로를 설정하였다. 울릉군에 위치한 클린하우스들은 행정구역상 북면과 서면, 울릉읍 세 부분으로 나누어져 관리되고 있으며 북면에 18곳, 서면에 16곳, 울릉읍에 54곳이 위치하고 있다. 88곳에서 수거된 재활용 대상 폐기물들은 두 곳의 육지반출지에서 선박을 통해 육지 반출되어 재활용 처리되어진다. 따라서, 클린하우스의 관리 구역을 두 구역으로 나누어서 각각의 육지 반출지에서 한 대의 차량으로 해당 구역의 폐 스티로폼을 수거하는 경로로 구성하였다. 더 많은 양의 폐스티로폼을 수거하는 구역은 더 많은 적재 중량으로 인해 연비가 떨어질 것으로 예상되어, 수거량이 많은 구역은 운행거리가 비교적 짧게끔 설계하였다. 따라서, 북면과 서면을 한 구역으로 묶어 총 34곳, 울릉읍을 하나의 구역으로 묶어 총 54곳으로 관리 구역을 구성하였다.
+[[파일:30번.png]]
+ [[파일:31번.png]]
+[[파일:32번.png]]
+ [[파일:33번.png]]
+[[파일:34번.png]]
+운송비는 1종 승용차, 소형승합차, 소형화물차 연비 11.4km/L 기준, 유가 1,601원/L (휘발유 2024.10.30.)기준
+ 설정한 운행 경로에 따른 운행 시간은 울릉읍이 1시간 47분, 북면과 서면이 2시간 25분으로예측되었고 운행 거리는 울릉읍이 35.6km, 북면과 서면이 89.84km로 계산되었다. 운송비는 울릉읍이 5,009원, 북면과 서면이 12,683원으로 산정되었다. 다만, 위 계산은 적재물이 없다는 가정하에 계산된 운송비이기 때문에 적재 중량을 고려하여 운송비를 산정한다면 두 구역간의 차이는 더욱 적어질 것으로 예상된다. 또한, 각 클린하우스에서의 작업시간도 포함하여 총 수거 운송 시간을 계산한다면 두 구역간의 수거 운송 시간은 큰 차이가 없을 것으로 예상된다.
 ===이론적 계산 및 시뮬레이션===
-내용
+.파쇄부 설계
+ 스티로폼의 원활한 파쇄를 위해서는 파쇄날의 크기, 두께, 간격과 개수 등이 파쇄 대상물질과 파쇄 후 스티로폼 조각의 크기 등을 고려하여 최적화될 필요가 있다. 날의 두께가 두꺼울수록 큰 조각이 생성될 가능성이 높으며, 날의 길이가 길면 많은 양의 재료를 절단할 수 있으나, 균일한 조각을 얻기 어려울 수 있다. 또한 날의 간격이 작을수록 더 작은 크기의 파쇄물을 생성할 수 있고, 날의 형태는 톱니형(V형)은 더 작은 조각을 생성하며, 평면형은 빠른 절단에 유리하다는 특징이 있다. 이러한 이론적인 내용을 토대로 파쇄물의 형상이 어떠할지 추측해볼 수는 있으나, 보다 정확한 정보를 얻기 위해서는 파쇄물의 재질이나 두께, 크기 등을 함께 고려해야한다.  목재나 폐플라스틱의 파쇄에 관한 정보는 몇 가지가 있었으나, 스티로폼의 파쇄에 관해 진행된 연구는 미흡한 실정이기에 이론적인 내용을 바탕으로 파쇄부를 설계하는 것은 어려움이 있다고 판단하였다. 실제로 모형을 제작하여 파쇄 실험을 진행해보지 않는 이상 정확한 데이터를 얻기는 어려우므로, 우리 조가 설계한 감용기의 파쇄부와 비슷한 형태의 감용기를 제작한 사례를 바탕으로 우리 조의 파쇄부 형상을 일부 수정하였다.  <그림 1, 2>는 전북대학교 산학협력단에서 주관한 비가열, 비화학식 소형 스티로폼 감용기 개발 사업을 통해 제작된 스티로폼 감용기의 파쇄 설비와 스티로폼 감용기 특허의 파쇄설비 일부를 보여준다.
+[[파일:35번.png]]
+[[파일:36번.png]]
+ 두 자료 모두 최적의 파쇄 효율을 위하여 날의 개수, 간격 등을 계산한 내용은 포함되어 있지 않았다. 하지만 공통적으로 날의 형상이 파쇄물을 절단하기 보다는 찢어내는 듯이 파쇄하기 위하여 낫 모양으로 설계 되었으며, 날의 개수는 7~9개 정도로 우리 조의 개념설계안과 비교했을 때, 날의 개수가 상대적으로 적다. 날의 개수가 너무 많고, 날 간의 간격이 너무 좁다면 모터의 부하가 증가하여 에너지 소비가 커지고, 재료가 날 사이에 끼거나 좁은 간격으로 인해 재료가 미끄러지거나 과열 문제, 날의 유지보수, 청소나 점검이 어려워질 수 있다. 따라서 기존 개념설계안에서 구상했던 것보다 파쇄기의 날의 개수를 줄이고, 간격을 늘리기로 결정하였다. 그러나 그림 1, 2는 잉고트 형태로 만들기 위해 제작된 감용기가 아니며, 잉고트 형태로 만들기 위해서는 파쇄물의 크기가 10~20mm 정도로 작은 것이 바람직하기 때문에 충분한 파쇄 효과를 낼 수 있도록 그림 1, 2의 사례보다는 많은 파쇄날 개수를 유지하기로 결정하였다. 이는 최적의 그라인더 형태가 계산된 값이 아니며, 실제로 파쇄된 스티로폼이 잉고트를 만들기에 적합한 정도로 파쇄가 진행되는지 등은 파일럿 스케일로 프로토타입을 제작하여 시범 운행을 진행한 후에 추후 개선해나갈 여지가 있다.
+[[파일:37번.png]]
+[[파일:38번.png]]
+.운송 비용 계산
+)설비 중량
+ 수거차량 내부에는 폐스티로폼을 잉고트 형태로 가열 성형하여 부피를 줄이는 감용 설비와 감용 시 발생하는 VOCs를 제거할 수 있는 흡착 설비로 구성되어 있다. 이전 개념설계에서 나타내었듯, 폐스티로폼 수거 감용기 차량은 약 440kg의 폐스티로폼과 감용설비의 무게를 적재할 수 있어야 하며, 감용 설비를 포함하고도 약 1.1㎥ 이상의 적재 공간이 남는 용적을 가져야 한다. 소형 화물차량 중 해당 조건을 만족하는 차량으로 현대 자동차의 포터Ⅱ 내장 탑차를 선택하였다. 이 차량의 제원의 경우, 총 중량은 약 2800kg 정도이며, 중량, 치수와 연비에 대한 정보는 다음 표와 같다.
+[[파일:39번.png]]
+ 차량에 수거할 폐스티로폼, 감용설비, 흡착설비를 실어야하기 때문에 설비 중량을 최대한 가볍게 하여 설치하여야 한다. 먼저 관련 감용설비 제품으로 (주)금성산업의 NE-220 이 1톤 트럭에 적합하여 참고하여 설계하였다. 이는 설비 중량은 약 400kg 이며, 파쇄 및 압출까지 함께 처리하는 일체형 구조이고, 가열압축 방식으로 감용한다.
+[[파일:40번.png]]
+ 폐스티로폼 감용 시 발생되는 VOCs 흡착장치는 감용 설비 위에 설치되기 때문에 비교적 가볍게 설치되어야 하며, 톨루엔과 같은 VOCs를 효과적으로 흡착할 수 있도록 기능해야 한다. 관련 흡착탑으로 ㈜한소-PA SYSTEM 이동식 유해가스정화장치를 참고하여 설계하였다. 이는 차량 내부에 잔류하는 유해가스를 바로 흡착하여 제거한 후 배기부를 통해 배출할 수 있다. 설비 중량은 40kg 정도이며, 2개의 원통형 흡착제 캐니스터가 병렬로 구성되어 있다. 흡착제는 활성탄 기반으로 된 필터로 설치하여 VOCs를 효과적으로 제거할 수 있고, 필터 교체가 쉬워 유지보수에 용이하다.
+[[파일:41번.png]]
+)적재 무게 변화에 따른 연비 계산 방법
+ 울릉읍을 기준으로 계산을 진행한다면, 수거차량의 운행 거리는 35.6km이다. 정확한 정보를 얻기 위해서는 실제 차량을 운행해보며 연료 소모량을 측정하는 것이 바람직하지만, 기존 수거차량과 감용기가 설치된 차량의 운행 비용을 비교해보는 것이 목적이므로, 몇 가지 가정을 통한 이론적인 계산값을 비교해보기로 하였다. 적재 무게에 따른 연비를 계산하기 위해서는 공차 중량, 엔진 효율, 공기저항 계수, 구동계 효율 등의 차량 기본 정보와 주행속도, 도로 경사 및 노면 저항 계수, 공기 밀도 등의 환경조건, 적재무게, 주행거리가 필요하다.
+[[파일:42번.png]]
+)기존 수거차량의 운행비용 계산
+ 감용 설비가 탑재된 수거차량이 아닌 일반적인 1톤 탑차를 이용하여 폐스티로폼을 수거한다면, 울릉읍을 기준으로 1주일에 2회 차량을 운행하여야한다. 3.2.2의 계산방식을 토대로 폐스티로폼 수거차량의 연료 소비량을 계산한다면 다음과 같다.
+[[파일:43번.png]]
+ 북면과 서면에서 1주일에 2회 수거차량을 운행할 경우, 연료 소비량은 다음과 같다.
+[[파일:44번.png]]
+ 기존 수거차량을 이용하여 1주일에 2회 수거 운반을 할 경우, 울릉읍과 북면, 서면에서의 연료 소비량은 1회 운전시 각각 1.52L, 3.79L이다. 1주일에 2회 운행하므로, 한 달 동안에는 8회 수거 운반을 진행하게 되며, 한 달 동안 울릉읍과 북면, 서면에서 연료 소비량은 12.16L, 30.32L이다. 2024년 3분기 기준 울릉군의 보통휘발유 가격은 리터 당 1932.33원이므로, 한 달 동안 폐스티로폼 수거를 위한 운송 연료비는 약 82085.38원이다.
+)감용기 수거차량의 운행 비용 계산
+ 울릉읍 클린하우스 54곳을 운행하는 감용기 수거차량의 연료 소비량은 다음과 같다.
+[[파일:45번.png]]
+ 북면과 서면의 클린하우스 34곳을 운행하는 감용기 수거차량의 연료 소비량은 다음과 같다.
+[[파일:46번.png]]
+ 감용기 수거차량을 이용하여 2주일에 1회 수거 운반을 할 경우, 울릉읍과 북면, 서면에서의 연료 소비량은 1회 운전시 각각 1.86L, 4.51L이다. 2주일에 1회 운행하므로, 한 달 동안에는 2회 수거 운반을 진행하게 되며, 한 달 동안 울릉읍과 북면, 서면에서 연료 소비량은 3.72L, 9.02L이다.
+년 3분기 기준 울릉군의 보통휘발유 가격은 리터 당 1932.33원이므로, 한 달 동안 감용기 수거차량을 이용하여 폐스티로폼 수거를 위한 운송 연료비는 약 24965.7원이다.
+.전력소모량
+)파쇄, 감용부 전력소모량
+ 감용설비의 전력 사용량은 크게 두 부분으로 나뉜다. 모터 전력과 히터 전력이다. 모터 전력은 주된 작동을 담당하는 메인 모터와 스티로폼을 분쇄, 감용하는 분쇄기 모터를 의미하며 히터 모터는 스티로폼 감용 환경을 약 150도의 고온으로 유지해준다. 1톤 트럭에 설치할 수 있는 감용설비의 전력 사용량을 계산하기 위해 기존의 유사한 크기의 감용설비의 전력 사용량을 비교 분석하였다. 폐스티로폼을 수거하기 위해 1톤 트럭(탑차)을 운행한다면 1톤 트럭의 용적은 6.912㎥ (1.6m×2.7m×1.6m)이기에 용적량을 기준으로 기계크기를 비교한 것이다. 제조회사에서 제공하는 정보를 바탕으로 하였으며, 이해를 돕기 위해 모든 단위를 kW (킬로와트)로 변환하였다. HP (마력)으로 표기되어 있는 경우에는 아래 계산식에 의해 단위를 변환하였다.
+마력 (HP) = 746W = 0.746kW
+P (kW) = 0.746 ⋅ P (마력)
+P (kW) = 0.746 ⋅ 10hp = 7.460 kW
+ [[파일:47번.png]]
+)흡착설비 전력소모량
+ (주)한소-PA SYSTEM 이동식 유해가스정화장치를 참고하여 설계하였다. 이는 차량 내부에 잔류하는 유해가스를 바로 흡착하여 제거한 후 배기부를 통해 배출할 수 있다. 전력량은 단상일 경우 60W, 배터리일 경우 13,600mAh이다.
+[[파일:48번.png]]
+)전력 사용에 따른 비용 계산
+ 파쇄, 감용부 전력 사용량 25kW와 흡착설비 전력 사용량 60W를 더한 값을 전체 전력 사용량으로 한다. 모터와 히터 사용 전력은 총 25,060W로, 차량마다 작동 시간을 약 2.5시간, 월 2회로 가정하여 계산한 두 차량의 총합 한 달 전력량은 125,300Wh이다. 계절별로 차이가 있지만 2024년, 산업용(갑) 기준 전기요금은 약 170원/kWh이므로 한 달 기준 전기요금은 약 21,300원으로 계산된다.
+.흡착설비
+ 조사를 하는 과정에서 스티로폼 감용기에 흡착 설비를 설치하는 경우는 거의 찾아볼 수 없었다. 감용기에서 스티로폼 감용시 검은 유증기가 발생하기 때문에 바로 흡착탑에 연결할 경우 유증기 때문에 활성탄이 제대로 성능을 발휘할지에 대해 의심되는 부분도 있다. 이를 개선하기 위해서는 유증기를 먼저 처리하는 소형전기집진기 (2단식)를 사용하고, 그 이후 활성탄 흡착탄을 사용하는 것이 이론적으로 더 좋은 방향이나, 현재 설계 목표에서 '이동식', '소형‘이 중요한 키워드이기 때문에 비용이나 공간적으로 한계가 있음을 알았다. 다음은 검은 유증기의 방해와 흡착탑 내 압력손실이 없다고 가정하고 흡착탑을 설계한 내용이다.
+) 흡착제 사용량 및 교체주기
+(1) 흡착탑 필요 단면적(A)
+   - 공탑속도 : 0.5m/sec 이하
+   - A = 유입가스량/공탑속도(m^3)
+(2) 활성탄 비중 : g/cc
+(3) 활성탄 중량대비 흡착능력(비)  (max로)
+(4) 필요 활성탄 무게(W)
+   - 체류시간 : 1 sec이상
+   - W = 활성탄 필요 충진체적(V)
+(5) 활성탄 흡착층 두께(H)
+   - H = 공탑속도 × 체류시간(sec)
+(6) 활성탄 교환주기를 구하는 방식이 두 가지인데, 본 설계에서는 가정하는 값을 최소화하기 위해 두 번째 공식을 채택하였다. 공식⓵의 경우 e, G, S, W 총 네 개의 값을 가정해야 하고 공식⓶의 경우 Wc와 C 두 개의 값만 가정하면 예상 주기를 구할 수 있기 때문이다.
+[[파일:49번.png]]
+본 설계에서는 입상활성탄을 흡착제로 사용하였다. 입상활성탄의 충전밀도(g/cc)는 0.45±0.05로 본 계산에서는 0.45g/cc로 가정하였다. 스티로폼 감용 시 발생하는 오염물질 중 대표적인 오염물질인 벤젠과 톨루엔을 기준으로 계산하였다.
+ [[파일:50번.png]]
+ [[파일:51번.png]]
+ppm 의 농도로 톨루엔과 공기를 혼합한 모사가스를 이용하여 실험을 실시한 사례가 있었다. 사업장에서 배출되는 휘발성유기화합물을 처리하는 활성탄소섬유필터에 관한 실험 연구였는데, 본 설계의 배경과 유사하다고 판단하여서 오염물질의 농도를 400ppm으로 가정하였다.
+ [[파일:52번.png]]
+) 흡착제 교체 비용 계산
+ 입자상 활성탄을 이용하여 VOC를 흡착할 때 주의할 점은 활성탄이 포화 상태에 도달할 때 오염물질을 흡착하지 못하고 ‘파과현상’이 발생한다는 점이다. 이때 흡착능이 떨어지기 때문에 활성탄 흡착 용량이 80%에 도달할 때 교체해야 한다. 정확한 주기와 성능에 대한 내용은 VOC 발생 조건을 고려하여 계산해 나타내고자 한다. 440kg의 스티로폼을 처리할 시 소요되는 흡착제 교체 비용을 계산하였다. 흡착제에 사용되는 활성탄은 두 종류로 나누었으며 각 가격은, 신탄은 3000~3500원/kg, 재생탄은 1200~1500원/kg이다. 흡착 용량이 80%에 달할 때 두 개의 흡착 캐니스터 필터를 함께 교체한다고 가정하였다. 1년 기준을 유지하기 위한 교체비용을 계산한 것이다. 톨루엔과 벤젠의 평균 교체 주기는 34시간이며, 흡착 용량이 80%에 달할 때 교체한다면 교체 주기는 27.2시간이다. 울릉읍의 수거운행시간 1시간 47분, 북면과 서면의 수거운행시간 2시간 25분에 운행 외 잔여 폐스티로폼의 추가 처리시간을 30분으로 가정하면, 흡착설비 1회 가동시간은 2.5시간이다. 수거 운행은 한달에 2회 진행되기 때문에 수거 차량의 흡착제 교체 주기는 평균 5.44개월로 계산된다.
+(1) 흡착제로 신탄을 사용할 경우
+주기*카본사용량*kg당 가격
+/5.44개월*0.9kg*(3,000~3,500원/kg)= 496~579원/개월
+(2) 흡착제로 재생탄을 사용할 경우
+주기*카본사용량*kg당 가격
+/5.44개월*0.9kg*(1,200~1,500원/kg)= 198~248원/개월
 ===상세설계 내용===
-내용
+.비용 종합
+ 감용기가 설치되지 않은 기존 수거 차량은 한달 8회 수거운행으로 울릉읍과 북면, 서면에서 한달 연료 소비량은 12.16L, 30.32L이다. 2024년 3분기 기준 울릉군의 보통휘발유 가격은 리터 당 1932.33원이므로, 한 달 동안 폐스티로폼 수거를 위한 운송 연료비는 약 82,085원이다. 감용기 수거 차량의 종합 운용비용은 운송비용과 모터, 히터 사용 비용, 흡착제 교체 비용의 합으로 추산하였다. 위에서 계산된 울릉읍과 북면, 서면 모든 지역의 운행 비용 합은 약 24,965.7원이다. 모터와 히터 사용 전력은 총 25,060W로, 차량마다 작동 시간을 약 2.5시간으로 가정하여 계산한 두 차량의 총합 한 달 전력량은 125,300Wh이다. 계절별로 차이가 있지만 2024년 기준, 산업용 전기요금은 약 170원/kWh이므로 한 달 기준 전기요금은 약 21,300원으로 계산된다. 흡착제 교체 비용은 신탄의 경우가 약 537.5원/개월이고 재생탄의 경우가 약 223원/개월이다. 운용 차량은 총 2대로, 신탄 기준 흡착제 교체 비용의 총합은 1,075원/개월로 계산된다. 따라서, 감용 차량의 한달 운용 비용은 약 50,341원이다. 즉, 감용 수거 차량으로 울릉군의 폐스티로폼을 관리한다면 기존 운용 비용의 61.33%의 비용으로 운용이 가능하다.
+.조립도
+ [[파일:53번.png]]
 ==결과 및 평가==
 ===완료 작품의 소개===
 ====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
-내용
+* 3D프린팅 출력물 전면
+ [[파일:56번_폼폼.jpg|600픽셀]]
+* 3D 프린팅 출력물 측면(잉고트 배출구)
+ [[파일:57번_폼폼.jpg|300픽셀]]
+* 잉고트 간이 적재함 & 적외선 감지 센서
+ [[파일:58번_폼폼.jpg|500픽셀]]
+ [[파일:59번_폼폼.jpg|300픽셀]][[파일:60번_폼폼.jpg|300픽셀]]
 ====포스터====
-내용
+[[파일:포스터였던것.jpg|1000픽셀]]
 ===관련사업비 내역서===
-내용
+ [[파일:54번_폼폼.png]]
 ===완료작품의 평가===
-내용
+ [[파일:55번_폼폼.png]]
 ===향후계획===
-내용
+ 본 설계에서는 질량 대비 부피가 큰 스티로폼의 특징으로 인하여 재활용 원료의 생산성 대비 폐스티로폼의 수거 운반 과정에서 발생하는 비용이 큰 문제를 해결하기 위한 감용기 수거차량을 설계하였다. 수거 운반시 비용 소요가 큰 도서 산간지역에서의 스티로폼 수거를 목적으로 하였으며, 대상지역으로는 울릉군을 선정하였다. 울릉군은 군 내부에 폐스티로폼 감용기를 구비한 재활용 처리장이 없으며, 울릉군의 그린아일랜드 조성 정책에 따라 과거부터 꾸준히 군 내에서 발생하는 재활용 가능 폐기물을 육지로 반출하여 재활용 처리를 위탁하는 방식으로 처리해왔으며, 2028년 경에 울릉 공항의 완공이 예정됨에 따라, 현재 매년 약 35만명 가량의 관광객 수의 증가, 그에 따른 관광산업에서의 폐스티로폼 발생량도 증가할 것으로 예상된다. 본 설계의 감용기 수거차량은 폐기물의 수거와 육지 반출을 위한 해상 운반, 내륙에서의 추가적인 재활용처리 과정을 간소화할 수 있으며, 줄어든 폐스티로폼의 수거 빈도에 의한 수거차량 운행비용도 기존 수거 시스템의 60% 정도로 줄일 수 있으며, 추가로 인건비, 해상 운송비, 재활용처리의 간소화로 인한 전체적인 비용 절감 효과는 더욱 클 것으로 예상된다. 하지만 기존 수거 과정에서는 재활용 선별장에서 감용 전 세척 과정을 거치거나 작업자의 수선별에 의하여 테이프 등 이물질이 포함된 폐스티로폼을 걸러낼 수 있었으나, 본 설계의 감용기 수거차량은 그러한 과정을 포함하고 있지 않다. 적절한 폐기물 배출 방법은 『울릉군 폐기물관리 조례』에서 기술하고 있으나, 배출자 모두가 세척과 선별이 필요 없는 온전한 폐스티로폼을 배출하기를 바라는 것은 현실적으로 어려움이 있다. 결국에는 감용기 수거차량을 통해 생산된 재활용 원료인 잉고트의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제는 현재에도 폐기물 배출자와 수거 작업자 간의 마찰로 일어나고 있으며, 본 설계의 감용기 수거차량이 도입되기 위해서는 지역 주민에 대한 적절한 폐기물 반출 요령에 대한 교육과 지역 주민의 적극적인 참여가 동반되어야 할 것이다.
+===참고문헌===
+(1) 임상현, “울릉도·독도 재활용폐기물 육지로 전량 반출”, 연합뉴스,https://www.yna.co.kr/view/AKR20140313126000053
+(2) 김상화, “울릉도·독도 재활용폐기물 전량 육지 반출 성과.. 지역 환경 되살아 나”, 서울신문, https://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20210429500036
+(3) 정서영, “세림기계 ‘이동식 폐스티로폼 감용 시스템 개발 및 상품화 성공’”, 비전21뉴스, https://www.vision21.kr/news/article.html?no=210231
+(4) 장재용, “언택트에 '스티로폼 산'…지자체마다 처리 골치”, mbc news, 2020.10.29.,https://imnews.imbc.com/replay/2020/nwtoday/article/5953207_32531.html
+(5) 이지은, “감당 안 될 정도로 몰려든다" 명절 끝나고 설산처럼 쌓인 스티로폼”, 아시아 경제, 2024.02.20., https://cm.asiae.co.kr/article/2024021917134519852
+(6) 박찬범, “명절 끝나니 산처럼 쌓인 스티로폼…"배출량 줄여야", sbs 뉴스, 2021.09.25.,https://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1006475818&plink=LINK&cooper=YOUTUBE
+(7) 김호천, “제주 우도에 이동식 스티로폼 감용기 배치”, 연합뉴스, 2009.09.01., https://n.news.naver.com/mnews/article/001/0002841262?sid=102
+(8) 이보훈, “해남군, 폐스티로폼 감용기 운용”, 남도일보, 2024.04.04., https://www.namdonews.com/news/articleView.html?idxno=765679
+(9) 뇌명지화. (2009). 과학으로 본 자동차 엔진. 골든벨
+(10) 이재영 외 3인, 「재생 후 건조 조건에 따른 활성탄소섬유필터의 VOCs 흡착 및 재생특성 평가」, 2023 한국에너지기후변화학회 추계학술대회
+(11) 전흥신. (1997). 자동차공학.
+(12) 윤정길. 스티로폼 감용기. 특허 출원번호 10-2015-0112633. 출원일 2015년 8월 10일. 등록일 2016년 2월 19일.
+(13) 정광희. 폐스티로폼 축소기. 특허 출원번호 20-2005-0005749, 출원일 2005년 3월 3일, 등록일 2005년 5월 12일.
+(14) 장일도. 스티로폼 감용기. 특허 출원번호 10-2010-0042980, 출원일 2010년 5월 7일, 등록일 2011년 7월 12일.
+(15) 최봉진. 작업환경에 따라 각도조절이 가능한 컨베이어 장치를 구비한 폐스티로폼의 부피를 줄여 수거하는 차량. 특허 출원번호 10-2020-0186611, 출원일 2020년 12월 29일, 등록일 2021년 9월 15일.
+(16) 한소 주식회사. 이동형 독성가스 정화장치. 특허 출원번호 10-2023-0028384. 출원일 2023년 3월 3일.
+(17) 한국환경공단. (2022). 제6차 전국폐기물 통계 조사.
+(18) 한국환경공단. (2022). 2022년 전국 폐기물 발생 및 처리현황
+(19) 울릉군. (2024). 2024 울릉군 주요 업무계획
+(20) 울릉군. (2022). 제62회 울릉군 통계연보
+(21) 울릉군 폐기물 관리조례 제2조 제4항
+(22) 울릉군 폐기물 관리조례 제15조 제3항
+(23) 울릉군 폐기물 관리조례 제6조 제7항
+(24) 울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례 제2조 제5항
+(25) 울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례 제3조 제2항
+(26) 울릉군 생활폐기물 처리시설 관리 및 운영에 관한 조례 제4조 제5항
+(27) 포터 Ⅱ 특장차 제원정보. 현대자동차.
+https://www.hyundai.com/kr/ko/e/vehicles/porter2-special/spec
+(28) 봉고 Ⅲ 내장탑차 제원. 기아자동차.https://www.kia.com/kr/vehicles/bongo3-frozen/specification/bongo3-built#localnav
+(29) 크린에어테크. (2017). 스티로폼 감용 작업 악취 흡착탑. 크린에어테크. https://cleanat.com/m1sub5/100546
+(30) 크린에어테크. (2015). 스티로폼 감용 작업 흄 및 분진 흡착탑. 크린에어테크. https://cleanat.com/m1sub5/100916
-===특허 출원 내용===
+(31) 에이스에어컨트롤엔지니어링. VOCs&악취 처리기술. 에이스에어컨트롤엔지니어링. http://aircontroleng.co.kr/?act=info.page&pcode=sub2_2
-내용