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2023년 6월 15일 (목) 19:57 기준 최신판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 폐기물 불법 소각 방지를 위한 이동식 소형 가스화 기계 설계 영문 : Design of mobile miniaturized gasification machine to prevent illegal incineration of waste

과제 팀명

B2A4

지도교수

박승부 교수님

개발기간

2023년 3월 ~ 2023년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20*****058 이*제(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20*****012 김*현

서울시립대학교 환경공학부 20*****034 서*예

서울시립대학교 환경공학부 20*****038 심*늘

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

영농부산물은 생활 폐기물에 해당하며 공동 집하장 등을 통해 배출되어 퇴비화, 연료화 등으로 전환되거나 최종 처리가 이루어진다. 그러나 수거 체계의 미흡, 배출의 어려움 등의 문제로 인해 불법적으로 적치, 소각되는 경우가 빈번하다. 따라서 본 과제에서는 영농 부산물을 배출하기 어려운 농가를 위해 이동이 용이한 소형 가스화 장치를 설계하여 불법 소각 문제를 해결하는 동시에 오염물질 배출량이 적은 청정에너지를 생산하고자 한다.

개발하고자 하는 전체 기기는 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 포집장치, 후처리 및 안전장치로 구분하여 설계하였다. 전처리 장치에서는 폐기물을 일정한 크기로 분쇄하여 가스화 효율을 높일 수 있도록 한다. 가스화 장치는 위부터 영농부산물 임시 저장부, 가스화부, Ash Box로 구분하여 구성하였다. 영농부산물 임시저장부는 전처리 장치에서 파쇄된 영농부산물을 screw를 통해 이송하여 저장하는 역할, 가스화부는 800~900의 온도로 가스화를 진행하는 역할, Ash Box는 발생한 회재를 처리하는 역할을 수행한다. 가스화 후 배출된 고온의 합성가스는 사이클론을 통해 분진을 제거하고, 응축기를 통해 냉각한 후 가스통에 포집하도록 한다.

일반 도로에 비해 좁은 농로의 폭을 고려하여 트럭의 적재 중량을 2.5t 규모로 제한하였으며, 실제 사용되고 있는 트럭 모델을 참고하여 적재함 크기를 설정하여 이동의 용이성을 높였다. 또한 설계한 과제의 가스화 수율을 확인하기 위해 가스화 실험을 진행한 결과, 일산화탄소와 수소의 농도가 Ref. 값보다 높아 설계 기술을 통해 유효한 수준의 합성가스가 생성된다는 것을 알 수 있었다. 따라서 설계를 통해 이루고자 했던 이동의 용이한 소형 가스화 장치 설계를 통한 불법 소각 문제 해결 및 청정에너지 생산을 달성했음을 알 수 있다. 또한 개발 과제에 대한 경제성 분석을 진행한 결과 소각처리보다 약 31만원/ton 정도의 추가적인 이득을 얻을 수 있다고 판정되어 경제성 또한 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

개발 과제의 배경

영농 부산물이란 벼, 보리, 옥수수, 콩, 고추, 깨 등 농작물 및 과수 등의 생물성 부산물로, 폐기물관리법에 따라 생활폐기물로 분류되어 있다. 즉, 영농부산물은 지자체에 의한 수거와 처리 책무가 존재한다. 수거된 영농 부산물은 건조, 파쇄 등의 전처리를 통해 퇴비로 이용되거나, 펠릿 형태로 가공하여 연료로 사용되기도 한다. 허가 또는 승인을 받거나 신고된 폐기물 처리시설 이외의 시설에서 폐기물을 매립하거나 소각하는 행위는 불법에 해당한다. 현재 불법 소각에 대한 제재, 수거 체계에 대한 대비는 아직 미진한 실정이다. 비록 영농부산물과 더불어 생활폐기물에 해당하는 폐농약통, 폐비닐 등이 배출되는 공동집하장이 존재하지만, 경 작지가 존재하는 위치적 특성을 고려하지 않아 접근성이 떨어지고, 집하장의 수 또한 충분하지 않아 농민들은 경작 과정에서 발생한 폐기물을 직접 배출하러 다른 시, 도 지역으로 이동하는 불편을 겪고 있으며, 직접 배출을 할 수 있는 여건이 되지 않는 농민들은 불법적으로 적치, 소각하는 악순환이 일어나고 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 농지를 포함한 마을 단위의 소형 가스화 장치를 설계하고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

마을 단위로 이용가능한 초소형 이동식 가스화 기계 설비 제작

농산물계 바이오매스를 가스화한 후, 생성된 에너지 활용 방안 제시

프로그램을 통한 기계의 3D 도면 제시 및 실현 가능성 연구

본 과제에서는 이동 가능한 소형 가스화 기계를 설계하여 농업 활동에서 발생하는 바이오매스를 지역 내에서 직접 처리할 수 있도록 하고자 한다. 더 나아가 단순 폐기물 처리가 아닌 폐기물 자원화를 진행하여 가치있는 연료도 생산한다. 전체 공정은 폐기물을 연료화하는 전처리, 열적 처리를 가하는 가스화, 생성된 합성가스를 정제•냉각하여 연료가치를 높이는 합성가스 냉각장치로 구분하였다.

가스화를 통해 고순도 수소 가스연료를 생산할 수 있다. 이는 수소충전소에 충전되거나 수소 연료전지발전으로 사용될 수 있다. 이뿐만 아니라 DME, 에탄올, 메탄올, 암모니아 등 액상으로 자원화하여 청정 연료로도 활용할 수도 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

불법 소각 감소

영농 지역에서 불법 소각이 많이 일어나는 이유는 공동 집하장의 위치로 인해 배출의 어려움이 있기 때문이다. 이러한 근본적인 원인 해결을 위해, 농지가 다량 분포한 지역으로 이동가능한 가스화 장치를 보급한다면 불법 소각 방지에 도움이 될 것이다. 그래서 비교적 좁은 농로를 이동할 수 있도록 소형화 장치를 계획하였고, 이동이 용이한 가스화 장치를 고안할 예정이다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

이**: 개념설계, 시스템 데이터 수치화 및 상세 설계 도면 작성
김**: 프로그램을 통한 3D 도면 제시, 경제성 및 적용가능성 분석
서**: 개념설계, 시스템 데이터 수치화 및 상세 설계 도면 작성
심**: 문헌조사, 가스화 실험 및 세부 기술 구현

설계

설계사양

요구사항

개발하고자 하는 제품의 요구사항은 다음과 같다. 공정의 순서에 따른 요구사항에 대해 필요사항(D)과 희망사항(W)을 명시하고, 대, 중, 소의 중요도로 등급을 분류하였다.

설계 사양

제품의 요구사항으로부터 실현 가능성을 고려하여 정한 설계 사양을 나타냈다.

목적 계통도

개념설계안

제품의 전체 모형은 Fig4와 같다. 전체를 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 포집 장치, 후처리 및 안전장치로 구분하여 개념설계를 진행하였다. 제품의 각 부분에 대한 상세한 설명은 “2.4 조립도 및 부품도”에서 다룬다.

가스화 실험

이동식 소형 가스화 기계 제작에 앞서 설계의 실현 가능성을 연구하고자 실제 발생하는 영농부산물을 바탕으로 원소분석 실험과 가스화 실험을 진행하였다.

시료 준비

영농부산물의 실제 가스화 수율을 확인하기 위해 가스화 실험을 진행하였다. 시료로서 왕겨는 온라인 쇼핑몰 ‘가야몰’에서 경상북도 성주군의 것을 구매하였고, 호맥은 강원도 홍천의 한 논밭에서 채취한 것을 파쇄한 후 110℃의 oven에서 12시간 동안 건조해 사용하였다.

시료 원소 분석

본 실험에 앞서 시료인 왕겨와 호맥의 성분을 알기 위해 원소분석(C, H, O, N, S)을 진행하였다. 실험은 제2공학관 2층의 원소분석기(FlashEA 1112)를 통해 실시하였으며, O의 함량은 원소분석기를 통해 얻은 C, H, N, S의 햠량을 제외한 나머지로 한다. 이에 따른 원소분석 결과는 다음 표와 같다.

- 원소분석기

- 원소분석 결과 (wt%)

ER 계산

가스화 반응에서는 ER(Equivalence Ratio)이 가스 수율에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나이다. 따라서 왕겨 시료의 원소 분석 결과를 바탕으로 ER을 계산한 후 공기 주입량을 산정하였다.

ER = (주입되는 O2 양)/(완전연소에 필요한 O2 양)

왕겨 내 포함된 탄소와 수소의 완전 연소식

1) C+O2 → CO2

2) 4H+O2 → 2H2O

원소분석 결과 왕겨 내 포함된 원소 질량 분율은 탄소 36.84%, 수소 4.62%, 산소 58.54%이다. 상온(25°C), 1기압에서 1mol당 공기의 부피는 24.5L이고, 유효 수소(H - O/8)를 고려한다.

완전연소에 필요한 O2 양 = (24.5/12)×0.3684+(24.5/4)×(0.0462-0.5854/8)=586.9mL / g 시료

완전연소에 필요한 공기량 = 586.9/0.21 = 2795 mL / g 시료

영농부산물을 비롯한 바이오매스의 가스화에 이용되는 ER 값은 0.2~0.3(이동현, 2015)이므로 평균치인 0.25를 산정하였다.

주입되는 공기량 = 2795 mL / g 시료×0.25 = 698.75 mL/g 시료

시료 2g, 반응시간 30min이므로

주입되는 공기량 = 698.75 ×2 /30 = 47 mL / min

실험 진행

실험은 제2공학관 106호 실험실에서 실시하였으며, 실험실 규모의 수직 가스화 반응기를 사용한다. 반응기는 시료 층과 촉매 층으로 구성되며, 시료 층에는 시료(왕겨 또는 호맥) 2g을 투입한다. 촉매는 사용하지 않기에 촉매 층에는 아무것도 투입하지 않는다. 반응기의 윗부분은 질소 또는 공기가 유입될 수 있도록 유량을 조절할 수 있는 가스통과 연결되어 있고, 반응기의 아랫부분은 반응 생성물이 통과하도록 2개의 응축기(condenser)를 연속하여 연결한다. 콘덴서의 입구에는 Tedlar bag을 연결하여 최종 생성된 가스를 포집할 수 있도록 한다.

반응 시작 전, 시료 층과 촉매 층, 응축기 및 테들러백을 반응기에 설치한 후 전기로를 800℃까지 예열하면서 질소를 흘려주어 반응기 내부의 공기를 제거하였다. 예열 후에는 질소의 유입을 차단하고 47mL/min(ER=0.25)의 속도로 공기를 주입시키며 예열된 전기로를 시료 층에 위치시켜 시료 층을 30분 동안 반응시킨다. 고온의 시료 층에서 반응된 시료는 영하 20℃로 설정된 2개의 응축기를 거치며 생성물 속 타르 성분이 응축되고, 생성물 속 Gas 성분은 마지막 응축기에 연결된 Tedlar Bag에 수집된다.

생성 가스 분석

Tedlar bag을 통해 포집한 가스 생성물 중 H2, CO, CO2, CH4은 순수한 아르곤(Ar, 99.99%)을 분석용 캐리어 가스로서 갖는 열전도 검출기(TCD)가 장착된 가스 크로마토그래피(GC)를 사용하여 정량화된다. 또한 가스 생성물 중 분자량이 CH4보다 크거나 같은 탄화수소는 순수한 헬륨(He, 99.99%)을 carrier gas로 하는 불꽃 이온화 검출기(FID)가 장착된 GC를 사용하여 정량화된다. TCD와 FID에서 얻은 데이터는 Autochro 2000 소프트웨어를 사용하여 분석한다.

호맥과 왕겨 가스화를 통해 얻은 가스 생성물을 다른 바이오매스의 가스 생성물(Ref.)(Yaning Zhang, 2023)과 비교하여 분석한 그래프를 Fig9.에 나타내었다. 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 혼합 기체를 의미하는 합성가스(syngas)는 암모니아, 메탄올을 포함하는 다양한 화학 제품의 원료이며 전기 발전 등의 에너지원으로써 활용 가치가 높기에 가스화의 주목적은 합성가스의 수율을 높이는 것이라 할 수 있다. Fig9에 의하면 왕겨와 호맥의 수소 수율은 약 8%로, 6%가량인 Ref. 값에 비해 약간 큰 값을 가진다. CH4는 Ref.값에 비해 매우 큰 값을 보였는데, 이는 TCD와 FID 등의 가스 분석 기기를 통해 수율 분석을 수행할 때 나타난 오류로 예상된다. 또한, CO와 C2H4의 수율은 31%, 6~13%로 Ref.의 값인 6%, 1%에 비해 높으며 이산화탄소의 수율은 낮다. 그 외에 C2H6이나 C3이상 가스의 수율은 비슷한 값을 보인다. 따라서 우리나라에서 불법적으로 소각되고 있는 영농 부산물에 가스화 공정을 적용할 때, 연료로서 유효한 양의 합성가스를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

조립도 및 부품

전체 가스화 장치 설계는 소형화의 목적에 초점을 맞추어 진행하였다. 일반 도로에 비해 좁은 농로의 폭을 고려하여 적재 중량이 2.5t인 트럭의 규모로 제한하였으며, 설계에 앞서 장치의 구체적인 규모를 설정하기 위해 실제 사용되고 있는 트럭 모델을 참고하였다. 사용 트럭 모델은 현대자동차 ‘MIGHTY’ 2.5t 장축저상 트럭 모델로, 적재함 크기(4.36m(L)*1.96m(W))와 상면 지상고(지면부터 적재함까지의 높이, 0.98m)의 제원을 보유하고 있다.

트럭의 제원에 맞추어 장치의 최대 길이 기준으로 가로 4.34m, 세로 길이 1.96m, 높이 1.7m로 설계하였다. Fig10에 따르면 좌측부터 전처리 장치, 가스화기, 사이클론 및 응축기로 구성된다. 전처리 장치에서는 영농부산물을 투입하여 파쇄 처리가 일어나며, 전처리 장치 후면에 설치된 bucket feeder를 통해 수직 방향으로 이동한 뒤 오른쪽의 가스화기 중앙으로 연결된 screw feeder를 따라 가스화기로 투입된다. 가스화기의 상부에 위치한 임시 저장부에 파쇄된 영농부산물이 저장되며, 가스화기 중앙 상단에 설치된 screw feeder를 통해 가스화부로 이동, 가스화가 일어난다. 가스화 과정에서 필요한 열에너지는 가스화 장치 하단에 존재한 버너를 통해 공급되며, 가스화기 기준 좌측 하단의 초록색 원심력 송풍기를 통해 공기를 공급한다. 가스화 반응 후 발생한 합성가스는 좌측 상단의 관을 통해 우측의 사이클론으로 이동하며, 반응 후 남은 ash와 char는 Ash Box 입구의 경사로를 따라 Ash Box로 이동한다. 사이클론을 통해 합성가스 내 분진을 제거한 후 응축기를 지나며 타르가 응축된 후 냉각된 상태로 가스가 저장된다.

가. 전처리 장치

가스화 효율을 높이기 위해 폐기물을 일정한 크기로 분쇄하여 가스화기에 투입할 수 있도록 한다. 파쇄기는 기존의 영농부산물 파쇄기 형태를 활용하고, 그 크기는 투입되는 영농부산물의 양과 트럭 크기를 고려해 0.8m(L)*1.3m(W)*1m(H)로 한다. 구동부는 바퀴를 회전시켜 파쇄벨트가 감겨 파쇄 날이 회전할 수 있도록 한다. 파쇄 날의 전면부에는 설정 간격으로 대응되어 이격 형성되는 전면커버부를 고정 부착시켜 파쇄 날이 회전되면 영농부산물을 전면커버부 사이로 밀어 올리는 동시에 파쇄할 수 있도록 한다. 파쇄되지 않은 나머지 영농부산물들은 다시 상기 파쇄 날과 상단커버부 사이로 밀어올리는 동시에 파쇄시키며, 파쇄되지 않은 나머지 영농부산물들도 다시 파쇄되도록 한다. 그리고 파쇄 작업 시 파쇄 날에 의한 영농부산물의 유출을 방지하기 위해 전면 안전망과 전면 안전부를 부착하여 안전사고를 방지한다.

나. 가스화 장치

영농부산물의 가스화가 일어나는 가스화 장치는 위부터 영농부산물 임시 저장부, 가스화부, 발생한 회재를 처리하는 Ash Box로 구성되었으며 트럭의 크기를 고려하여 규격을 1.05m(L)*1.5m(W)*1.7m(H)로 설정하였다. 가스화 반응이 일어나는 900°C의 조건에서도 견딜 수 있도록 내열성의 스테인리스강 재질로 제작하였다.

영농부산물 임시 저장부(경사면 제외, 1.05m(L)*1.5m(W)*0.4m(H))는 전처리 장치에서 파쇄된 영농부산물이 screw를 통해 이송되어 저장되는 부분으로, 최상단에 위치한 screw의 회전을 통해 영농부산물이 투입되도록 한다. 이때 영농부산물의 투입이 원활하도록 바닥이 경사면을 형성하도록 하였다. 또한 최고 900°C까지 상승하는 가스화부의 영향으로 영농부산물이 건조되어 스팀이 발생하는데, 압력계를 통해 실시간으로 압력을 확인하도록 하였으며 과한 압력이 발생할 경우 릴리프 밸브를 통해 배출되도록 하였다. 또한 가스화 시 스팀을 주입할 경우 수성 가스 반응과 steam reforming 반응이 유도되어 합성가스 내 수소 발생량을 증가시킬 수 있는데, 이러한 목적을 달성하기 위해 Air 투입부와 스팀 관을 연결하여 스팀 투입이 가능하게 하였다.

수성 가스 반응: CO + H2O → CO2 + H2O

Steam reforming 반응: CH4 + H2O → CO + 3H2

가스화부는 적재함의 규모와 영농부산물의 투입 중량과 부피를 고려하여 1.05m(L)*1.5m(W)* 0.7m(H)(경사면 제외)의 크기로 설계하였다. 최하단의 버너를 통해 열이 공급되므로 가스화부의 높이에 따라 온도 차이가 발생하는데, 가스화부 최하층부터 발열반응이 일어나 가스화에 필요한 온도 조건을 형성하는 연소부, 가스화가 일어나는 가스화부, 열분해가 일어나는 열분해부, 건조가 일어나는 건조부로 분류되며 가스화부의 온도는 800~900°C를 형성한다. 가스화의 적절한 온도 조건 형성과 과한 압력 방지를 위해 온도계와 압력계를 설치하였다. 가스화부의 좌측 하단에는 원심력 송풍기를 이용해 공기가 투입되며, 가스화를 통해 발생한 합성가스는 우측 상단의 관을 통해 배출된다.

Ash Box는 영농부산물이 가스화되어 발생한 회분과 char를 처리하기 위한 장치로 0.5m(L)* 1m(W)*0.25m(H)의 크기로 설계하였다. 가스화부의 우측 하단부의 경사가 형성된 통로 밑에 설치해 비교적 낮은 밀도의 회분이 송풍기에서 주입되는 공기 흐름의 영향으로 자연스럽게 이송되도록 하였다. ash 등을 배출하기 위해 반응을 중단하거나 반응을 모두 마치기까지 대기가 필요해 공정 변동에 대한 적응성이 떨어지는 회분식 공정과는 달리, Ash Box를 통해 가스화부 내에 Ash가 누적되는 것을 방지함으로써 영농부산물의 연속적인 투입이 가능하게 해 공정 변동에 대한 적응성이 높은 연속식 반응기를 실현하였다.

투입되는 영농부산물의 종류가 다양하므로 하나의 값으로 측정하기가 어려울 것으로 판단하였다. 따라서 목재를 압축 성형해 생산한 목질계 고체 바이오 연료인 목재 펠릿의 규격 중 겉보기 밀도 값인 600kg/m3(국가법령정보센터, 2013)을 영농부산물의 겉보기 밀도로 산정하였다.

영농부산물 임시 저장부의 최대 수용 용량(경사면 제외)

V = 1.05m(L)×1.5m(W)×0.4m(H) = 0.63m^3

600×0.63 = 378kg

가스화부 최대 수용 용량(경사면 제외)

V = 1.05m(L)×1.5m(W)×0.7m(H) = 1.1025m^3

600×1.1025 = 661.5kg

공정 가동을 위한 영농부산물의 시간당 투입량은 가스화에 사용되는 영농부산물과 목재 펠릿 간 함수율과 공극률 등의 차이와 screw의 원료 투입 속도, 트럭의 적재 중량 등의 변수 등을 고려한 보수적인 추정이 필요할 것으로 예상된다.

다. 합성가스 냉각 및 포집장치

고온의 조건으로 운전되는 가스화기에서 배출되는 고온의 합성가스를 정제·냉각 후 포집할 수 있도록 한다. 합성가스의 정제는 사이클론, 냉각은 응축기, 포집은 가스통을 통해 진행하도록 한다.

사이클론(Cyclone)

가스화기에서 배출된 합성가스는 사이클론을 통해 불순물을 제거하도록 한다. 사이클론은 원심력과 중력침강의 원리로 필터 없이도 분진을 효율적으로 제거해준다. 또한 25μm 이상의 입자에 대하여 90% 이상의 집진효율이 있고, 고효율인 경우 8μm 이상의 입자에서 80%까지 집진효율을 가지는 특징이 있다. 집진된 불순물은 직사각형 모형의 통에 모아 나중에 제거할 수 있도록 한다.

응축기(Condenser)

사이클론으로 정제한 합성가스는 합성가스의 질을 떨어뜨리는 요인인 타르를 저감하기 위해 응축기로 냉각한다. 탱크의 냉매는 관을 통해 콘덴서 내부를 순환한다. 콘덴서 내로 들어온 고온의 합성가스는 이 냉매관에 닿아 냉각되고 가스포집통으로 이동한다. 합성가스의 온도가 대략 850℃에서 80℃로 떨어지면서 타르 및 수분 제거도 동시에 이루어질 수 있다. 냉매온도는 20℃에서 40℃가량으로 오르게 되는데 이는 물탱크의 모터를 통해 다시 온도를 떨어뜨릴 수 있도록 한다.

가스포집통

냉각이 끝난 합성가스는 가스통에 포집하여 보관할 수 있도록 한다. 가스통은 고압 및 외부 충격에 견딜 수 있는 소재를 사용한다. 압력 게이지를 설치하여 가스를 보호하고 가스통 내부에 저장된 가스의 양을 측정할 수 있도록 한다. 또한 가스가 가스통의 용량을 초과하여 유입되는 경우에 대비해 릴리프 밸브를 연결하여 가스를 배출해줌으로써 과압을 방지한다.

라. 기타 장치

안전장치

가스화를 통해 생성된 합성가스를 저장하는 가스통은 고압에 견딜 수 있어야 하며 외부 충격에 강해야 한다. 따라서 가스 저장용 가스통에 압력 게이지를 설치하여 가스를 보호하고 가스통 내부에 저장된 가스의 양을 측정할 수 있도록 한다. 또한 가스가 가스통의 용량을 초과하여 유입되는 경우에 대비해 릴리프 밸브를 연결하여 가스를 배출해줌으로써 과압을 방지한다.

천막

비나 눈과 같은 기상 조건이나 기타 외부 환경으로부터 전처리 기기, 가스화 기기를 보호할 수 있도록 방수⠂방화 기능이 있는 천막을 트레일러 위에 설치한다. 비가 고이는 것을 방지하기 위해 지붕에는 기울기를 주고, 모양틀은 철제막대로 제작한다. 또한 천막이 쉽게 찢어지거나 불타지 않도록 열과 충격에 강한 재료를 이용한다.

회분 및 회재 후처리

폐기물 가스화 시에 배출되는 Char, 회분은 따로 회수하는 공간을 두어 사용자가 바로 비료로 활용할 수 있도록 한다. 또한 Tar도 환경에 큰 영향을 미치지 않으므로 따로 모은 후 바로 폐기할 수 있도록 한다.

생산 비용 및 이익 분석

가. 생산 비용

전처리

파쇄 기능이 주이므로 파쇄 기계 사용료를 기준으로 하여 산정하였다. 파쇄기의 1일 기계 사용료는 103,675원/일(석현덕, 2005)이다. 따라서 이를 시간당 가격으로 변환하였다.

장치비

인건비

트럭 운전자 1명의 평균 시급을 적용하였고, 이는 약 14,000원이다.

이동기 연료비용

화물 트럭 1회 충전 시 주유 비용 616,053원이고, 이때, 1회 주유 시 주행 거리 약 1600~ 1700km이다. 1시간 주행거리를 50km로 가정하였다.

616,053원 / 1650km * 50km/hr * 8hr/day = 149,346.2원/day

생산 비용

나. 이익

가스화 실험 결과 얻어진 생성물 성분 분포를 참고하여 계산하였다.

가스 생성물(합성 가스)을 통한 이익

발열량을 기준으로 가스의 이익을 산정하였는데, 이때 등유의 발열량을 참고하였다. 현재 등유의 가격은 1500원/L(물가 정보 3월호)이고, 발열량은 8700kcal/L(에너지이용합리화법시행규칙 별표1)로 하였다. 원료 물질의 발열량은 바이오매스의 발열량인 4500kcal/kg로 가정하였다. 그리고 냉가스 효율은 참조 논문의 실험값을 이용하여 각 68% (김재호, 2008)로 계산하였다.

액체 생성물(바이오매스 오일)을 통한 이익

바이오매스 오일은 BC유와 비슷한 열량을 내므로, BC유의 가격으로 책정하였다. 현재 BC유의 가격은 750원/L(물가 정보 3월호)이고, 발열량은 9900kcal/L(에너지이용합리화법시행규칙 별표1)로 가정하였다.

고체 생성물(Char)을 통한 이익

고체 생성물의 경우 모두 숯과 같은 것으로 모두 토양 개량제로 사용할 수 있으므로 이를 토양개량제의 가격으로 산출하였다.

총 이익

자재소요서

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진

가. 프로토타입 사진

나. 포스터

개발사업비 내역서

완료작품의 평가

전처리 항목: 이물질 분리, 원료 파쇄 - 10점

당초 영농부산물의 전처리 과정에서 파쇄와 이물질 분리를 모두 진행하기로 계획하였다. 그러나 2.5t 트럭의 적재함 규모에 맞추어 소형화하는 과정에서 이물질 분리 시 처리, 저장할 공간을 편성해야 하는 점을 고려해 파쇄의 기능만 갖추도록 설계를 진행하였다. 그러나 이물질 분리가 불가하여 폐비닐, 폐농약통 등의 폐플라스틱을 분리하지 못하더라도 이는 가스화 효율에 문제를 주지 않을 것으로 추정된다. 홍성구(2012)에 따르면 목편 등 바이오매스를 포함하고 있는 원료에 PE재질의 영농 폐비닐로 혼합된 폐비닐 펠릿을 혼합해 가스화를 진행할 경우 최고 온도의 상승으로 반응 온도 유지에 도움을 주거나, 일산화탄소, 수소, 메탄 등의 농도가 상승하는 등의 효과를 입증한 연구 사례가 입증되었다. 따라서 가스화 과정에서 폐비닐 등의 혼입 현상은 오히려 가스화 효율을 높여 일석이조의 효과를 기대할 수 있을 것이다.

성능 항목: 합성가스 내 성분 - 10점

합성가스 내 수소 가스(H2)의 함량을 기준으로 성능 평가를 진행하기 위해 실험실 규모에서 가스화 실험을 진행하였으나 수소 가스의 함량이 8.3~8.4%로(부피 기준) 만족할 만한 수준에 이르지 못했다. 이러한 결과가 나타나게 된 이유는 합성 가스 내 수소 가스의 분율을 높일 수 있는 촉매, 스팀 등의 주입이 불가능해 수소가스 분율의 향상을 끌어낼 수 없었던 것으로 추정된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 영농부산물 임시 저장부에서 발생한 스팀을 재활용해 가스화부에 주입할 수 있도록 설계를 보완하였다. 또한 반응하지 않아 합성가스 내 수소 가스의 분율을 낮추는 질소의 양을 최소화하기 위해 이론적 계산 부분에서 ER 값을 기반으로 필요한 공기 주입량을 추정하였다. 이러한 작업을 통해 실제 설계 기기에서는 실험실 규모의 가스화 실험보다 더 높은 수소 가스 분율을 보일 것으로 기대된다.

성능 항목: 이동성 기능 - 30점

설계를 위해 실제 2.5t 트럭 모델의 제원을 참고하여 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 냉각 및 포집 장치, 안전장치의 규격이 적재함의 규격을 초과하지 않도록 하였다. 또한 연속식 반응기 설계를 위해 전처리, 가스화 장치에 feeder를 설치하고 가스화 장치에 Ash Box를 설치함으로써 영농부산물의 투입 속도 조절과 회분, char의 제거를 용이하게 해 한 번에 큰 중량의 영농부산물이 투입되는 것을 방지하도록 하였다. 결과적으로 2.5t 적재함의 적재 중량에 대한 과적 또한 방지할 수 있을 것으로 기대된다.

안전성: 안전 조치 기능 - 20점

가스화부에 압력계와 온도계를 설치하여 가스화 진행 시 문제상황을 작업자가 즉각적으로 인지할 수 있도록 하였다. 영농부산물 임시 저장부와 합성가스 저장용 가스통에는 압력계와 릴리프 밸브를 설치해 과한 압력이 발생할 경우 스팀 또는 합성가스를 배출하도록 하였다. 또한 소형화를 통해 비, 눈과 같은 기상현상으로 인한 공정 운용 문제와 800~900°C의 반응온도 형성 중에 발생 가능한 화재를 방지하는 방수, 방화 천막의 설치도 용이할 것으로 기대된다.

경제성 분석

개발 과제의 경제성은 가스화 대신 소각할 경우와 비교하여 분석하였다. 가연성 폐기물을 소각을 이용하여 처리할 경우, 폐 목재류 1ton 당 250,000원, 식물성 잔재물 1ton당 270,000원에 해당하는 처리 비용이 필요하다. 앞(2.5 생산비용 및 편익 분석)에서 살펴본 바와 같이 가스화의 경우, 하루에 800kg(=(100kg/hr)×8hr)의 바이오매스를 처리한다고 가정했을 때, 약 3.3만원의 이익을 얻을 수 있다. 총 1ton을 처리할 경우에는 약 4만원의 수익을 남길 수 있다. 식물성 잔재물을 처리한다고 가정하였을 때, 가스화의 경우가 소각처리보다 약 31만원/ton 정도의 금전적 이득을 가져올 수 있다.

향후 평가

실험실 규모로 실험을 진행한 결과 수소 가스 함량이 8.3~8.4% 로 부피 기준 ) 초기 목표로 했던 것에 비해 만족할 만한 수준에 이르지 못했다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 영농부산물 임시 저장부에서 발생한 스팀을 재활용해 가스화부에 주입할 수 있도록 설계를 진행하였고 공기주입량도 수소 가스의 분율을 낮추는 질소의 양을 최소화하는 방향으로 설정하였다. 따라서 실제 장치는 실험실 규모의 가스화 실험보다 더 높은 수소 가스 분율을 보일 것으로 기대된다.
또한 메탄 가스 함량이 과하게 추정되었는데, 이는 TCD 와 FID 등의 가스 분석기기를 통해 분석하는 과정에서 나타난 오류로 예상된다. 따라서 생성 가스 성분과 수율의 정확도 향상을 위해서는 반복적인 실험에 따른 데이터 축적이 필요할 것으로 보인다.
설계를 위해 실제 2.5t 트럭 모델의 제원을 참고하여 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 냉각 및 포집 장치, 안전장치의 규격이 적재함의 규격을 초과하지 않도록 하였다. 농로가 좁은 농촌지역에서도 진입하여 농업부산물 처리를 진행할 수 있을 것이라고 예상된다.
기술의 실현을 위해서는 정부 및 지자체의 적극적인 지원이 필요하다. 이를 위해 불법 소각의 방지와 청정에너지의 생산을 통한 친환경성과 경제성을 강조한다면 적극적인 참여를 이끌 수 있을 것이라고 예상된다.

참고문헌

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 ====개발 과제 요약====
 :영농부산물은 생활 폐기물에 해당하며 공동 집하장 등을 통해 배출되어 퇴비화, 연료화 등으로 전환되거나 최종 처리가 이루어진다. 그러나 수거 체계의 미흡, 배출의 어려움 등의 문제로 인해 불법적으로 적치, 소각되는 경우가 빈번하다. 따라서 본 과제에서는 영농 부산물을 배출하기 어려운 농가를 위해 이동이 용이한 소형 가스화 장치를 설계하여 불법 소각 문제를 해결하는 동시에 오염물질 배출량이 적은 청정에너지를 생산하고자 한다.
-개발하고자 하는 전체 기기는 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 포집장치, 후처리 및 안전장치로 구분하여 설계하였다. 전처리 장치에서는 폐기물을 일정한 크기로 분쇄하여 가스화 효율을 높일 수 있도록 한다. 가스화 장치는 위부터 영농부산물 임시 저장부, 가스화부, Ash Box로 구분하여 구성하였다. 영농부산물 임시저장부는 전처리 장치에서 파쇄된 영농부산물을 screw를 통해 이송하여 저장하는 역할, 가스화부는 800~900의 온도로 가스화를 진행하는 역할, Ash Box는 발생한 회재를 처리하는 역할을 수행한다. 가스화 후 배출된 고온의 합성가스는 사이클론을 통해 분진을 제거하고, 응축기를 통해 냉각한 후 가스통에 포집하도록 한다.
+:개발하고자 하는 전체 기기는 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 포집장치, 후처리 및 안전장치로 구분하여 설계하였다. 전처리 장치에서는 폐기물을 일정한 크기로 분쇄하여 가스화 효율을 높일 수 있도록 한다. 가스화 장치는 위부터 영농부산물 임시 저장부, 가스화부, Ash Box로 구분하여 구성하였다. 영농부산물 임시저장부는 전처리 장치에서 파쇄된 영농부산물을 screw를 통해 이송하여 저장하는 역할, 가스화부는 800~900의 온도로 가스화를 진행하는 역할, Ash Box는 발생한 회재를 처리하는 역할을 수행한다. 가스화 후 배출된 고온의 합성가스는 사이클론을 통해 분진을 제거하고, 응축기를 통해 냉각한 후 가스통에 포집하도록 한다.
-일반 도로에 비해 좁은 농로의 폭을 고려하여 트럭의 적재 중량을 2.5t 규모로 제한하였으며, 실제 사용되고 있는 트럭 모델을 참고하여 적재함 크기를 설정하여 이동의 용이성을 높였다. 또한 설계한 과제의 가스화 수율을 확인하기 위해 가스화 실험을 진행한 결과, 일산화탄소와 수소의 농도가 Ref. 값보다 높아 설계 기술을 통해 유효한 수준의 합성가스가 생성된다는 것을 알 수 있었다. 따라서 설계를 통해 이루고자 했던 이동의 용이한 소형 가스화 장치 설계를 통한 불법 소각 문제 해결 및 청정에너지 생산을 달성했음을 알 수 있다. 또한 개발 과제에 대한 경제성 분석을 진행한 결과 소각처리보다 약 31만원/ton 정도의 추가적인 이득을 얻을 수 있다고 판정되어 경제성 또한 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
+:일반 도로에 비해 좁은 농로의 폭을 고려하여 트럭의 적재 중량을 2.5t 규모로 제한하였으며, 실제 사용되고 있는 트럭 모델을 참고하여 적재함 크기를 설정하여 이동의 용이성을 높였다. 또한 설계한 과제의 가스화 수율을 확인하기 위해 가스화 실험을 진행한 결과, 일산화탄소와 수소의 농도가 Ref. 값보다 높아 설계 기술을 통해 유효한 수준의 합성가스가 생성된다는 것을 알 수 있었다. 따라서 설계를 통해 이루고자 했던 이동의 용이한 소형 가스화 장치 설계를 통한 불법 소각 문제 해결 및 청정에너지 생산을 달성했음을 알 수 있다. 또한 개발 과제에 대한 경제성 분석을 진행한 결과 소각처리보다 약 31만원/ton 정도의 추가적인 이득을 얻을 수 있다고 판정되어 경제성 또한 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
 ====개발 과제의 배경====
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 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-'''1. 마을 단위로 이용가능한 초소형 이동식 가스화 기계 설비 제작'''
+*'''마을 단위로 이용가능한 초소형 이동식 가스화 기계 설비 제작'''
-'''2. 농산물계 바이오매스를 가스화한 후, 생성된 에너지 활용 방안 제시'''
+*'''농산물계 바이오매스를 가스화한 후, 생성된 에너지 활용 방안 제시'''
-'''3. 프로그램을 통한 기계의 3D 도면 제시 및 실현 가능성 연구'''
+*'''프로그램을 통한 기계의 3D 도면 제시 및 실현 가능성 연구'''
 본 과제에서는 이동 가능한 소형 가스화 기계를 설계하여 농업 활동에서 발생하는 바이오매스를 지역 내에서 직접 처리할 수 있도록 하고자 한다. 더 나아가 단순 폐기물 처리가 아닌 폐기물 자원화를 진행하여 가치있는 연료도 생산한다. 전체 공정은 폐기물을 연료화하는 전처리, 열적 처리를 가하는 가스화, 생성된 합성가스를 정제•냉각하여 연료가치를 높이는 합성가스 냉각장치로 구분하였다.
-[[파일:Example.jpg]]
+[[파일:전체전체.jpg]]
 ===관련 기술의 현황===
 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
-*전 세계적인 기술현황
+*기술 로드맵
-[[파일:Image03 블록폐인.jpg]]
-:블록체인 기술은 네트워크 참여자가 공유한 정보 및 가치를 제 3자의 신뢰기관 없이 분산형 네트워크를 통해 기록, 검증, 보관, 실행하는 자율적인 신뢰 인프라 시스템 서비스 기술이다.블록체인은 모든 참여자(노드)가 거래 내역이 기록된 원장 전체를 각각 보관하고, 공동으로 거래 정보를 검증하여 해시기반으로 블록을 처리하여 기록, 보관, 갱신한다. 이 과정에서 일정 주기로 데이터가 담긴 블록을 생성한 후 이번 블록들에 체인처럼 연결하는 구조라 하여 블록체인(blockchain)이라 명명하였다.
+[[파일:기술.jpg]]
-:[[파일:Image04 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:블록체인 기술은 탈중앙성, 투명성, 불변성, 가용성을 바탕으로, 분산장부기술, 블록체인 데이터 기술 등 핵심 기반기술과 블록체인 시스템기술, 블록체인 연동기술 등등 타 산업과의 연계 융합을 위한 서비스 기술을 포함한다. 이러한 블록체인 분야의 다양한 활용에서, 스마트 컨트랙트를 활용하여 전자폐기물의 생산, 수거 및 재활용까지의 모든 과정을 블록체인 시스템으로 구축한다. 그 과정에서 트랜잭션 분석을 통해 실시간 데이터를 수집하고, 절차의 자동화와 블록체인 기술의 금융 시스템을 활용하여 보상제도를 도입한다.
 *특허조사 및 특허 전략 분석
-:[[파일:Table02 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+:(1) 분산형(소형) 가스화 발전을 위한 가스엔진 적용 가능한 Tar/Dust 동시 제거 장치
+[[파일:특허전략11.jpg]]
-:[[파일:Table03 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:[[파일:Table04 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+: (2) 합성가스 제조용 왕겨가스화 장치
+[[파일:특허전략22.jpg]]
-'''1. 전자 폐기물 트래킹'''
-:기존에 사용되고 있는 명품 및 귀중품에 대한 블록체인 트래킹 기술을 응용 또는 개선하여 전자 폐기물 트래킹에 적용한다. 전자 폐기물의 많은 양을 감당하기 위해서 현재 사용되는 기술의 구조를 변경하거나 다른 방식으로 적용하는 등의 노력을 통해 목표 수치의 전자폐기물을 트래킹 할 수 있도록 한다.
-'''2. 개인정보보안'''
-:블록체인 기술의 개인정보 보안 시스템을 활용하여, 개인의 전자제품 소유 및 신원에 대한 정보를 암호화 하여 익명성을 보장하고, 일정 조건(위법)에 한해 개인정보를 열람할 수 있는 정부 차원의 데이터베이스와 서버를 구축하여 개인은 확인할 수 없는 시스템을 구축한다. 이렇게 함으로써 개인의 정보 보안과 전자폐기물에 대한 규제를 가능하게 한다.
-'''3. QR 시스템 및 앱 도입'''
-:QR을 활용한 웹앱 애플리케이션을 활용하여, 개인 및 사업자가 전자 제품 및 전자 폐기물을 거래하는 과정을 단순화하고, 자동화한다. 그렇게 하여 현재 사용되는 인력의 노동력을 줄이고, 생산부터 사용-수거 및 재활용까지의 전체 관리 시스템을 실시간 단위로 파악할 수 있도록 한다.
-*기술 로드맵
-:[[파일:Table01 블록폐인.jpg|500픽셀]]
- 블록체인 기술은 분산장부 공유기술(1세대)을 시작으로 스마트 계약을 활용해 다양한 분야에 시도되는 2세대, 한계를 개선하기 위한 3세대로 발전하고 있다.
 ====시장상황에 대한 분석====
 *경쟁제품 조사 비교
-**기존 IT 기반 폐기물 추적 관리 시스템
+:아직은 국내에서 이동식 바이오매스 가스화 기계 설비를 상용화하여 본격적으로 판매하는 회사는 없다. 대부분의 회사에서는 고정형 바이오매스 가스화 설비를 각각 또는 전체로 만들어 판매하고 있는데 그 원료와 효율, 발전설비의 상세특징은 각각 차이를 보인다. 해표산업(주)이 판매하는 바이오매스 가스화 장치는 초본류, 목재류 등의 다양한 물성의 재료를 원료로 사용할 수 있다. 산소를 공급하면 건조-열분해-가수화 과정을 거치면서 CO 및 H2등의 가연성가스를 발생시키고 이를 열원으로 활용한다. 기존의 경유 및 가스보일러 버너장치의 열원으로 활용하여 연료비를 절감하고 재 및 클링커 문제를 해결해준다. 또한 연소장치도 50만Kcal부터 250만Kcal급까지 다양하고 소요 면적도 적다는 장점이 있다.
-:[[파일:Table05 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:[[파일:Table06 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-*마케팅 전략 제시
+:벨트란 코리아가 판매하는 바이오매스 가스화 장치는 3가지 프로세스의 바이오매스 열병합 시스템을 활용하여 강력하고 연소 잔류물을 생기지 않는 합성가스를 만든다. 이 합성가스를 습식 전기집진기로 정제한 후 전기와 열을 생산하거나 수소, 바이오 연료 또는 가치 있는 공업용 화학 물질을 만든다. 어떠한 운전 상황에서도 최적의 효율을 낼 수 있도록 최신 전자식 제어를 이용하고 있으며, 내구성이 강하고 다양한 곳에 적용 가능하다는 장점이 있다.
-**SWOT 요인 분석
-:[[파일:Table07 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:[[파일:Table08 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+*SWOT 분석을 통한 마케팅 전략
+:(1) SWOT 분석
+[[파일:분석.jpg]]
+:(2) SWOT 전략
+[[파일:전략.jpg]]
 ===개발과제의 기대효과===
 ====기술적 기대효과====
-*블록체인을 기반한 통합 데이터를 실시간으로 확보하여 불법 투기 되었을 경우 제품에 내장된 데이터를 통해 폐기물의 추적을 용이하게 할 수 있다.
+*미활용 바이오매스의 에너지화
-*트래킹을 통한 가시화를 통해 세부 단계마다 관리표를 작성하여 수거 과정을 수기로 관리하던 기존과 달리 데이터의 위변조 가능성을 차단한다.
+:바이오매스는 광범위에서 소량씩 분산되어 발생하는 경우가 많다. 또 농촌에서 발생하는 바이오매스는 계절과 강우량에 영향을 많이 받아 발생량이 일정하지 않다. 따라서 대규모 발전 플랜트를 설치하는 것은 경제성 측면에서 매우 떨어진다. 이러한 이유로 바이오매스를 활용하기 어려운 실정이다. 하지만 이동형 가스화기를 이용할 경우 이러한 단점을 상쇄할 수 있다.
-*기존의 소비부터 폐기까지 생산자가 전부 책임지는 생산자책임제도에서 나아가 생산, 유통, 소비 전반을 관리하는 트래킹 시스템을 통해 사회 구성원 모두가 분담함으로써 명확한 폐기물 배출 시스템 확립에 기여한다.
+*바이오매스 가스화를 통해 얻어지는 합성가스의 다양한 활용
+:가스화를 통해 고순도 수소 가스연료를 생산할 수 있다. 이는 수소충전소에 충전되거나 수소 연료전지발전으로 사용될 수 있다. 이뿐만 아니라 DME, 에탄올, 메탄올, 암모니아 등 액상으로 자원화하여 청정 연료로도 활용할 수도 있다.
 ====경제적, 사회적 기대 및 파급효과====
-*신고배출 규제 및 보상제도를 적용하여 경제적 선순환 효과를 도모한다.
+*불법 소각 감소
-*환경부에서 추진하는 ‘미래 발생 폐자원의 재활용 촉진 기술개발사업’의 일환으로 환경 신기술 발전에 기여한다.
+:영농 지역에서 불법 소각이 많이 일어나는 이유는 공동 집하장의 위치로 인해 배출의 어려움이 있기 때문이다. 이러한 근본적인 원인 해결을 위해, 농지가 다량 분포한 지역으로 이동가능한 가스화 장치를 보급한다면 불법 소각 방지에 도움이 될 것이다. 그래서 비교적 좁은 농로를 이동할 수 있도록 소형화 장치를 계획하였고, 이동이 용이한 가스화 장치를 고안할 예정이다.
 ===기술개발 일정 및 추진체계===
 ====개발 일정====
-[[파일:Table09 수정.jpg]]
+[[파일:B2A4 개발일정.PNG]]
 ====구성원 및 추진체계====
-[[파일:Table10 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+:* 이**: 개념설계, 시스템 데이터 수치화 및 상세 설계 도면 작성
+:* 김**: 프로그램을 통한 3D 도면 제시, 경제성 및 적용가능성 분석
+:* 서**: 개념설계, 시스템 데이터 수치화 및 상세 설계 도면 작성
+:* 심**: 문헌조사, 가스화 실험 및 세부 기술 구현
 ==설계==
 ===설계사양===
-====제품의 요구사항====
+====요구사항====
-[[파일:Table14 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+:개발하고자 하는 제품의 요구사항은 다음과 같다. 공정의 순서에 따른 요구사항에 대해 필요사항(D)과 희망사항(W)을 명시하고, 대, 중, 소의 중요도로 등급을 분류하였다.
+[[파일:요구.jpg]]
-*목적계통도
-[[파일:Image05 블록폐인.jpg|400픽셀]]
 ====설계 사양====
-:전기전자폐기물 트래킹 시스템 설계에서 설계 사양은 얼마나 많은 데이터를 처리해야 할지를 정하는 것이다. 따라서 설계사양은 어느 지역을 대상으로 하며, 얼마나 많은 인구수를 대상으로 적용하고, 어떤 제품들을 대상으로 적용하지에 대해 설정하였다. 우선 임의로 동대문구를 설정하여 인구수와 폐기물 수거 업체 및 전자폐기물 수거 내역에 대해 조사하였고 내용은 아래와 같다.
+:제품의 요구사항으로부터 실현 가능성을 고려하여 정한 설계 사양을 나타냈다.
-*동대문구 인구수
+[[파일:B2A4_설계사양.PNG]]
-[[파일:Table11 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+====목적 계통도====
+[[파일:목적.jpg]]
+===개념설계안===
+[[파일:전체그림.jpg]]
+:제품의 전체 모형은 Fig4와 같다. 전체를 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 포집 장치, 후처리 및 안전장치로 구분하여 개념설계를 진행하였다. 제품의 각 부분에 대한 상세한 설명은 “2.4 조립도 및 부품도”에서 다룬다.
+===가스화 실험===
+:이동식 소형 가스화 기계 제작에 앞서 설계의 실현 가능성을 연구하고자 실제 발생하는 영농부산물을 바탕으로 원소분석 실험과 가스화 실험을 진행하였다.
+====시료 준비====
+[[파일:시료준비.jpg]]
+:영농부산물의 실제 가스화 수율을 확인하기 위해 가스화 실험을 진행하였다. 시료로서 왕겨는 온라인 쇼핑몰 ‘가야몰’에서 경상북도 성주군의 것을 구매하였고, 호맥은 강원도 홍천의 한 논밭에서 채취한 것을 파쇄한 후 110℃의 oven에서 12시간 동안 건조해 사용하였다.
+====시료 원소 분석====
+:본 실험에 앞서 시료인 왕겨와 호맥의 성분을 알기 위해 원소분석(C, H, O, N, S)을 진행하였다. 실험은 제2공학관 2층의 원소분석기(FlashEA 1112)를 통해 실시하였으며, O의 함량은 원소분석기를 통해 얻은 C, H, N, S의 햠량을 제외한 나머지로 한다. 이에 따른 원소분석 결과는 다음 표와 같다.
+:- 원소분석기
+[[파일:원소분석기.jpg]]
+: - 원소분석 결과 (wt%)
+[[파일:원소분석결과.jpg]]
+====ER 계산====
+:가스화 반응에서는 ER(Equivalence Ratio)이 가스 수율에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나이다. 따라서 왕겨 시료의 원소 분석 결과를 바탕으로 ER을 계산한 후 공기 주입량을 산정하였다.
+:'''ER = (주입되는 O2 양)/(완전연소에 필요한 O2 양)'''
+:왕겨 내 포함된 탄소와 수소의 완전 연소식
+::''1) C+O2 → CO2''
+::''2) 4H+O2 → 2H2O''
+:원소분석 결과 왕겨 내 포함된 원소 질량 분율은 탄소 36.84%, 수소 4.62%, 산소 58.54%이다. 상온(25°C), 1기압에서 1mol당 공기의 부피는 24.5L이고, 유효 수소(H - O/8)를 고려한다.
-*동대문구 3월 전자폐기물 수거 실적
+::'''완전연소에 필요한 O2 양''' = (24.5/12)×0.3684+(24.5/4)×(0.0462-0.5854/8)=586.9mL / g 시료
-[[파일:Table12 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+::'''완전연소에 필요한 공기량''' = 586.9/0.21 = 2795 mL / g 시료
-추후 설계 결과물에 대한 평가를 위하여, 데이터를 추산 할 수 있는 전자폐기물에 한하여 설계를 진행하고 이를 바탕으로 경제성 분석과 성능을 평가하도록 한다.
+:영농부산물을 비롯한 바이오매스의 가스화에 이용되는 ER 값은 0.2~0.3(이동현, 2015)이므로 평균치인 0.25를 산정하였다.
-*동대문구 폐기물 수거 업체
+::'''주입되는 공기량''' = 2795 mL / g 시료×0.25 = 698.75 mL/g 시료
-:서울의 조직적 재활용 업체는 여러 업체가 있지만, 그 중 전기전자폐기물을 수거 및 재활용하는 업체는 ㈜에코시티서울이 있다. ㈜에코시티서울은 서울에서 나오는 대부분의 전지전자폐기물을 취급하고 있다. 이 밖에 추가적으로 비조직적 재활용 업체와 공인 서비스 센터 및 수리점이 있고, 설계는 이들을 대상으로 진행한다.
-[[파일:Table13 수정.jpg|400픽셀]]
-===개념설계안===
+:시료 2g, 반응시간 30min이므로
-*'''전기전자 폐기물 트래킹 시스템 개발을 위해 필요한 블록체인 기술'''
-*'''암호화 기술'''
+::'''주입되는 공기량''' = 698.75 ×2 /30 = 47 mL / min
-:1. 해시함수
-:[[파일:Image06 블록폐인.jpg]]
+====실험 진행====
-::해시함수는 암호학에서 사용되는 함수로 입력된 값을 고정된 길이의 암호화된 문자열로 바꿔버리는 것을 의미한다. 해시함수는 블록체인 전반에 사용되며, 특히 블록체인상의 주소값과 암호와 과정은 모두 해시함수를 사용한다. 해시함수로 나온 데이터 값을 해시값이라 부르며, 그 과정을 해싱이라 한다. 보편적으로 여러 해시 알고리즘 중 SHA-256 함수를 사용하며 이 함수로 나올 수 있는 경우의 수(2의 256제곱)는 우주의 먼지를 다 합친 수보다 크다하여 중복이 거의 없을거라 판단하여 사용한다.
+[[파일:가스화실험.jpg]]
-:2. 머클트리
+[[파일:가스화.jpg]]
-[[파일:Image12 블록폐인.jpg]]
+:실험은 제2공학관 106호 실험실에서 실시하였으며, 실험실 규모의 수직 가스화 반응기를 사용한다. 반응기는 시료 층과 촉매 층으로 구성되며, 시료 층에는 시료(왕겨 또는 호맥) 2g을 투입한다. 촉매는 사용하지 않기에 촉매 층에는 아무것도 투입하지 않는다. 반응기의 윗부분은 질소 또는 공기가 유입될 수 있도록 유량을 조절할 수 있는 가스통과 연결되어 있고, 반응기의 아랫부분은 반응 생성물이 통과하도록 2개의 응축기(condenser)를 연속하여 연결한다. 콘덴서의 입구에는 Tedlar bag을 연결하여 최종 생성된 가스를 포집할 수 있도록 한다.
-::머클트리 알고리즘은 블록체인을 사용하는 사람들이 증가 할수록 그에 따른 거래량(tps)의 증가로 인해 검증에 대한 시간이 오래 걸리는 문제와 보안에 대한 문제를 해결하기 위한 기술이다. 블록 안에 모든 데이터를 확인 하는 것이 아니라 각 거래를 연쇄적으로 해싱하여 일정길이의 문자열로 만들고, 그 경로에 대한 값을 저장하여 거래의 모든 내역을 확인하지 않고도 해당 거래를 확인 하는 것이 가능하게 해준다.
+:반응 시작 전, 시료 층과 촉매 층, 응축기 및 테들러백을 반응기에 설치한 후 전기로를 800℃까지 예열하면서 질소를 흘려주어 반응기 내부의 공기를 제거하였다. 예열 후에는 질소의 유입을 차단하고 47mL/min(ER=0.25)의 속도로 공기를 주입시키며 예열된 전기로를 시료 층에 위치시켜 시료 층을 30분 동안 반응시킨다. 고온의 시료 층에서 반응된 시료는 영하 20℃로 설정된 2개의 응축기를 거치며 생성물 속 타르 성분이 응축되고, 생성물 속 Gas 성분은 마지막 응축기에 연결된 Tedlar Bag에 수집된다.
-:3. 전자서명
-[[파일:Image13 수정.jpg]]
+====생성 가스 분석====
-::전자서명 이란 서명자를 확인하고 서명자가 당해 전자문서에 서명하였음을 나타내는 데 이용하기 위하여 당해 전자문서에 첨부되거나 논리적으로 결합된 전자적 형태의 정보를 말한다. 주로 거래를 전송할 때 디지털 서명을 이용하는데 이때 거래 내역을 암호화하고, 서명한 거래 내용과 함께 서명에 사용된 개인키와 쌍을 이루는 공개키를 같이 전송한다. 이 거래의 수신자는 거래 내용과 함께 수신된 공개키로 거래 내용을 열어서 거래 내용의 원본과 동일한지 비교하게 된다. 비교했을 때 두 거래 내용이 동일하다면 공개키 주인이 보낸 것임을 확신할 수 있게 되는 것이다. 디지털서명은 블록체인에서 비대칭키와 해시함수를 이용해서 다음과 같은 방식으로 데이터의 진위 여부를 확인할 수 있게 해준다. 블록체인에 담겨 있는 모든 거래 정보에는 디지털 서명이 포함되어 있어서 거래 정보에 대해 신뢰할 수 있다. 블록체인에서는 트랜잭션 정보에 전자 서명이 들어간다.
+:Tedlar bag을 통해 포집한 가스 생성물 중 H2, CO, CO2, CH4은 순수한 아르곤(Ar, 99.99%)을 분석용 캐리어 가스로서 갖는 열전도 검출기(TCD)가 장착된 가스 크로마토그래피(GC)를 사용하여 정량화된다. 또한 가스 생성물 중 분자량이 CH4보다 크거나 같은 탄화수소는 순수한 헬륨(He, 99.99%)을 carrier gas로 하는 불꽃 이온화 검출기(FID)가 장착된 GC를 사용하여 정량화된다. TCD와 FID에서 얻은 데이터는 Autochro 2000 소프트웨어를 사용하여 분석한다.
-*'''합의 알고리즘'''
+[[파일:가스결과.jpg]]
-:'''1. PoW'''
+:호맥과 왕겨 가스화를 통해 얻은 가스 생성물을 다른 바이오매스의 가스 생성물(Ref.)(Yaning Zhang, 2023)과 비교하여 분석한 그래프를 Fig9.에 나타내었다. 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 혼합 기체를 의미하는 합성가스(syngas)는 암모니아, 메탄올을 포함하는 다양한 화학 제품의 원료이며 전기 발전 등의 에너지원으로써 활용 가치가 높기에 가스화의 주목적은 합성가스의 수율을 높이는 것이라 할 수 있다. Fig9에 의하면 왕겨와 호맥의 수소 수율은 약 8%로, 6%가량인 Ref. 값에 비해 약간 큰 값을 가진다. CH4는 Ref.값에 비해 매우 큰 값을 보였는데, 이는 TCD와 FID 등의 가스 분석 기기를 통해 수율 분석을 수행할 때 나타난 오류로 예상된다. 또한, CO와 C2H4의 수율은 31%, 6~13%로 Ref.의 값인 6%, 1%에 비해 높으며 이산화탄소의 수율은 낮다. 그 외에 C2H6이나 C3이상 가스의 수율은 비슷한 값을 보인다. 따라서 우리나라에서 불법적으로 소각되고 있는 영농 부산물에 가스화 공정을 적용할 때, 연료로서 유효한 양의 합성가스를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
-:PoW는 Proof of Work의 줄임말로, 작업증명이라 불린다. 작업증명은 목표값 이하의 해시를 찾는 과정을 무수히 반복함으로써 해당 작업을 참여했을을 증명하는 방식의 합의 알고리즘이다. 그 과정을 채굴(mining)이라 하며 비트코인, 이더리움, 라이트 코인등 많은 암호화폐에서 작업증명 방식을 활용하고 있다. 이 합의 알고리즘의 최대 장점은 높은 보안성이다. 블록체인의 약점이라 불리는 51% 공격을 효과적으로 방어한다. 공격자가 51%공격을 성공시키기 위해서는 전체의 51% 이상의 컴퓨팅 파워를 확보해야하지만 그것은 천문학적인 비용을 요구하기 때문이다. 단점은 채굴 난이도가 높아짐에 따라 연산을 위한 전력소모로 인한 에너지 낭비가 심하다. 비트코인 채쿨에 소모되는 전력량은 연간 약 48테라와트시로 추정되는데 이는 페루, 홍콩 및 싱가포르의 연간 전력과 비슷한 수치이다.
-:'''2. PoS'''
+===조립도 및 부품===
-:[[파일:Image14_블록폐인.jpg|500픽셀]]
+:전체 가스화 장치 설계는 소형화의 목적에 초점을 맞추어 진행하였다. 일반 도로에 비해 좁은 농로의 폭을 고려하여 적재 중량이 2.5t인 트럭의 규모로 제한하였으며, 설계에 앞서 장치의 구체적인 규모를 설정하기 위해 실제 사용되고 있는 트럭 모델을 참고하였다. 사용 트럭 모델은 현대자동차 ‘MIGHTY’ 2.5t 장축저상 트럭 모델로, 적재함 크기(4.36m(L)*1.96m(W))와 상면 지상고(지면부터 적재함까지의 높이, 0.98m)의 제원을 보유하고 있다.
+[[파일:전체1.jpg]]
+[[파일:전체2.jpg]]
+:트럭의 제원에 맞추어 장치의 최대 길이 기준으로 가로 4.34m, 세로 길이 1.96m, 높이 1.7m로 설계하였다. Fig10에 따르면 좌측부터 전처리 장치, 가스화기, 사이클론 및 응축기로 구성된다. 전처리 장치에서는 영농부산물을 투입하여 파쇄 처리가 일어나며, 전처리 장치 후면에 설치된 bucket feeder를 통해 수직 방향으로 이동한 뒤 오른쪽의 가스화기 중앙으로 연결된 screw feeder를 따라 가스화기로 투입된다. 가스화기의 상부에 위치한 임시 저장부에 파쇄된 영농부산물이 저장되며, 가스화기 중앙 상단에 설치된 screw feeder를 통해 가스화부로 이동, 가스화가 일어난다. 가스화 과정에서 필요한 열에너지는 가스화 장치 하단에 존재한 버너를 통해 공급되며, 가스화기 기준 좌측 하단의 초록색 원심력 송풍기를 통해 공기를 공급한다. 가스화 반응 후 발생한 합성가스는 좌측 상단의 관을 통해 우측의 사이클론으로 이동하며, 반응 후 남은 ash와 char는 Ash Box 입구의 경사로를 따라 Ash Box로 이동한다. 사이클론을 통해 합성가스 내 분진을 제거한 후 응축기를 지나며 타르가 응축된 후 냉각된 상태로 가스가 저장된다.
+====가. 전처리 장치====
+[[파일:전처리.jpg]]
+:가스화 효율을 높이기 위해 폐기물을 일정한 크기로 분쇄하여 가스화기에 투입할 수 있도록 한다. 파쇄기는 기존의 영농부산물 파쇄기 형태를 활용하고, 그 크기는 투입되는 영농부산물의 양과 트럭 크기를 고려해 0.8m(L)*1.3m(W)*1m(H)로 한다. 구동부는 바퀴를 회전시켜 파쇄벨트가 감겨 파쇄 날이 회전할 수 있도록 한다. 파쇄 날의 전면부에는 설정 간격으로 대응되어 이격 형성되는 전면커버부를 고정 부착시켜 파쇄 날이 회전되면 영농부산물을 전면커버부 사이로 밀어 올리는 동시에 파쇄할 수 있도록 한다. 파쇄되지 않은 나머지 영농부산물들은 다시 상기 파쇄 날과 상단커버부 사이로 밀어올리는 동시에 파쇄시키며, 파쇄되지 않은 나머지 영농부산물들도 다시 파쇄되도록 한다. 그리고 파쇄 작업 시 파쇄 날에 의한 영농부산물의 유출을 방지하기 위해 전면 안전망과 전면 안전부를 부착하여 안전사고를 방지한다.
+====나. 가스화 장치====
+[[파일:가스화기.jpg]]
+:영농부산물의 가스화가 일어나는 가스화 장치는 위부터 영농부산물 임시 저장부, 가스화부, 발생한 회재를 처리하는 Ash Box로 구성되었으며 트럭의 크기를 고려하여 규격을 1.05m(L)*1.5m(W)*1.7m(H)로 설정하였다. 가스화 반응이 일어나는 900°C의 조건에서도 견딜 수 있도록 내열성의 스테인리스강 재질로 제작하였다.
+:영농부산물 임시 저장부(경사면 제외, 1.05m(L)*1.5m(W)*0.4m(H))는 전처리 장치에서 파쇄된 영농부산물이 screw를 통해 이송되어 저장되는 부분으로, 최상단에 위치한 screw의 회전을 통해 영농부산물이 투입되도록 한다. 이때 영농부산물의 투입이 원활하도록 바닥이 경사면을 형성하도록 하였다. 또한 최고 900°C까지 상승하는 가스화부의 영향으로 영농부산물이 건조되어 스팀이 발생하는데, 압력계를 통해 실시간으로 압력을 확인하도록 하였으며 과한 압력이 발생할 경우 릴리프 밸브를 통해 배출되도록 하였다. 또한 가스화 시 스팀을 주입할 경우 수성 가스 반응과 steam reforming 반응이 유도되어 합성가스 내 수소 발생량을 증가시킬 수 있는데, 이러한 목적을 달성하기 위해 Air 투입부와 스팀 관을 연결하여 스팀 투입이 가능하게 하였다.
+:::수성 가스 반응: CO + H2O → CO2 + H2O
+:::Steam reforming 반응: CH4 + H2O → CO + 3H2
-:Pos는 Proof of Stake의 줄임말로 해당 암호화폐를 보유하고 있는 지분율에 비례하여 의사결정권을 주는 합의 알고리즘이다. 이는 주주총회에서 주식 지분율에 비례하여 의사결정 권한을 가지는것과 유사하다. 채굴 과정이 필요없다. 이는 PoW와 비교했을 때 환경 친화적인 시스템이라는 장점과 인센트브에 대한 강한 동조 및 지지가 있다. 이 뜻은 PoW 방식의 문제점은 채굴하는 자들과 보유자들간의 이해관계가 문제가 되곤 하는데 PoS의 경우 대리인을 직접적으로 암호화폐에 투자하게 만들기 때문에 합의 대리인의 이해관계가 같아지게 된다. 단점으로는 불공정이 일어 날 수 있다는 점이고 이는 곳 보안성과 연결되어 PoW보다는 보안성이 떨어진다고 볼 수 있다.
+:가스화부는 적재함의 규모와 영농부산물의 투입 중량과 부피를 고려하여 1.05m(L)*1.5m(W)* 0.7m(H)(경사면 제외)의 크기로 설계하였다. 최하단의 버너를 통해 열이 공급되므로 가스화부의 높이에 따라 온도 차이가 발생하는데, 가스화부 최하층부터 발열반응이 일어나 가스화에 필요한 온도 조건을 형성하는 연소부, 가스화가 일어나는 가스화부, 열분해가 일어나는 열분해부, 건조가 일어나는 건조부로 분류되며 가스화부의 온도는 800~900°C를 형성한다. 가스화의 적절한 온도 조건 형성과 과한 압력 방지를 위해 온도계와 압력계를 설치하였다. 가스화부의 좌측 하단에는 원심력 송풍기를 이용해 공기가 투입되며, 가스화를 통해 발생한 합성가스는 우측 상단의 관을 통해 배출된다.
-:[[파일:Image15 블록폐인.jpg|500픽셀]]
+:Ash Box는 영농부산물이 가스화되어 발생한 회분과 char를 처리하기 위한 장치로 0.5m(L)* 1m(W)*0.25m(H)의 크기로 설계하였다. 가스화부의 우측 하단부의 경사가 형성된 통로 밑에 설치해 비교적 낮은 밀도의 회분이 송풍기에서 주입되는 공기 흐름의 영향으로 자연스럽게 이송되도록 하였다. ash 등을 배출하기 위해 반응을 중단하거나 반응을 모두 마치기까지 대기가 필요해 공정 변동에 대한 적응성이 떨어지는 회분식 공정과는 달리, Ash Box를 통해 가스화부 내에 Ash가 누적되는 것을 방지함으로써 영농부산물의 연속적인 투입이 가능하게 해 공정 변동에 대한 적응성이 높은 연속식 반응기를 실현하였다.
-:'''3. BFT'''
+:투입되는 영농부산물의 종류가 다양하므로 하나의 값으로 측정하기가 어려울 것으로 판단하였다. 따라서 목재를 압축 성형해 생산한 목질계 고체 바이오 연료인 목재 펠릿의 규격 중 겉보기 밀도 값인 600kg/m3(국가법령정보센터, 2013)을 영농부산물의 겉보기 밀도로 산정하였다.
-:BFT는 Byzantine Fault Tolerance의 줄임말로 비잔티움 장애 허용이라고 말한다. 이는 장애가 있더라도 전체의 3/1을 넘지 않는 다면 시스템이 정상 작동하도록 허용하는 합의 알고리즘이다. PoW 보다는 훨씬 빠르다는 장점과 PoS보다는 공평한 형태를 가지고 있으나, 2/3이상이 담합을 하는 경우 잘못된 데이터를 사용하게 되게 된다. 클레이튼의 경우 확정된 BFT를 사용하는데, 클레이튼의 경우 VRF(검증된 렌덤값)을 통해 BFT를 작동하게 하는 충분히 작은 숫자의 노드를 무작위로 선택하고 그 부분집합(Committee)에서 합의를 진행한다.
-*'''스마트 컨트랙트'''
-:블록체인 상에서 네트워크 참여자(노드)간의 계약을 하도록 만들어주는 기능이다. 스마트 컨트랙트는 참여자간의 합의한 내용 및 조건이 충족되면 자동으로 실행되도록 설계되어 있으며, 이 과정에서 사람의 개입이 불필요하다는 장점이 있다. 계약 내용은 스마트 컨트랙트 소스 코드로 작성되며, 블록체인 네트워크로 해당 스마트 커트랙트를 전송하면 참여자(노드)간의 유효성 검증이 이루어진다. 검증이 완료되면 블록체인은 스마트 컨트랙트가 담긴 블록을 생성하고 지속적으로 블록의 변경 상태를 지속적으로 확인 함으로써 보안성을 보장한다.
-:[[파일:Image16 블록폐인.jpg|500픽셀]]
-:스마트 컨트랙트의 장점으로는 자율성과 비용절감, 신뢰성, 보안성등이 있다. 자율성은 소스 코드로 이루어진 계약으로 제 3자가 필요 없기 때문에 당사자들이 온전한 권한을 가지게 된다. 이를 통해 제 3자가 필요 없기 때문에 비용이 절감되며, 프로그램 때문에 공정한 계약이 진행되며 문서의 위변조가 극히 어려워 지기 때문에 신뢰성을 가진다. 마지막으로 블록체인 내의 분산 원장 기술에 의해 안전하게 보관되고 업데이트 되기 때문에 보안성을 지닌다.
-*'''전기전자폐기물 트래킹 시스템을 구현 할 블록체인 네트워크'''
-:계획한 전기전자 폐기물 트래킹 시스템은 자체 시스템이기 때문에 노드 단위부터 개발하는 것이 적합하지만, 실질적으로 2달이라는 설계 기간과 기술적 난이도를 고려했을 때 설계 결과물을 블록체인 자체 개발을 하는 것은 불가하다. 따라서 기존의 블록체인 네트워크을 사용하여 스마트컨트랙을 개발하여 기능을 구현하는 것으로 방향성을 선정하였다. 현 시점에는 너무 많은 블록체인 네트워크가 존재한다 따라서 어떤 블록체인 네트워크를 선택할지에 대하여 평가 항목을 설정하고 그것을 바탕으로 블록체인 네트워크를 선택한다. 이렇게 기존 블록체인 네트워크로 구현한 전기전자폐기물 트래킹 시스템이 동작한다면, 추후 국가적 차원에서 자본과 인력을 들여 개발한다면 충분히 실현 가능함을 가정 할 수 있기 때문에 설계 단위에서 기존 블록체인 네트워크를 사용하는 것이 적절하다고 판단하였다.
-:[[파일:Table15 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:'''1.이더리움'''
+::*'''영농부산물 임시 저장부의 최대 수용 용량(경사면 제외)'''
-::블록체인 기술을 기반으로 스마트 컨트랙트 기능을 구현하기 위한 분산 컴퓨팅 플렛폼이자 자체 통화. 2015년 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin) 에 의해 개발되었다. 합의 방식으로는 현재 PoW(Proof of Work) 방식을 사용중이며 추후 PoS(Proof of Stake) 방식으로 변경할 예정이다. TPS는 PoW기반이기 때문에 느리지만 보안성 측면에서는 뛰어나며, 수수료가 비싸 문제점이 있다.
+:::V = 1.05m(L)×1.5m(W)×0.4m(H) = 0.63m^3
-:'''2.클레이튼'''
+:::600×0.63 = 378kg
-::2018년 ㈜카카오의 자회사인 그라운드엑스(Ground X)가 개발한 분산애플리케이션을 위한 블록체인 플렛폼. 한국 기술로 글로벌한 자체 블록체인 개발 플랫폼에 의의가 있으며 현재 15개 국가의 51개 서비스가 운영되고 있다. 합의 방식으로는 BFT(Byzantine Fault Tolerant)을 사용한다. 카카오와는 독립적인 퍼블릭 블록체인 플랫폼이지만 이더리움에 비해 탈중앙화가 약한 대신 디앱에 필요한 실용성이 강화되었다. 수수료는 저렴한 편이며, 속도가 빠른 편이다.
+::*'''가스화부 최대 수용 용량(경사면 제외)'''
-:'''3.테라'''
+:::V = 1.05m(L)×1.5m(W)×0.7m(H) = 1.1025m^3
-::2019년 티몬 창업자인 신현성 대표가 개발한 블록체인으로 합의 알고리즘으로는 BFT(Byzantine Fault Tolerant) 와 PoS(Proof of Work)를 사용한다. 합의 알고리즘 방식에 의해 빠른 거래속도를 지니고 있으며, 다양한 분야로 활용되고 있다. 아직 이더리움과 같은 블록체인에 비하여 인지도가 많지 않지만, 계속해서 가능성을 인정받으려 생태계가 커지고 있다. 또한 유동성이 큰 코인의 문제를 해결하기 위한 스테이블 코인으로써 개발되어 발전 가능성이 크다.
+:::600×1.1025 = 661.5kg
-===상세설계 내용===
+:공정 가동을 위한 영농부산물의 시간당 투입량은 가스화에 사용되는 영농부산물과 목재 펠릿 간 함수율과 공극률 등의 차이와 screw의 원료 투입 속도, 트럭의 적재 중량 등의 변수 등을 고려한 보수적인 추정이 필요할 것으로 예상된다.
-:[[파일:Image17 블록폐인.jpg|500픽셀]]
-:블록체인의 스마트 컨트랙트에 제품과 사용자의 데이터 구조는 <그림9>와 같다. 사용자의 데이터에는 블록체인의 지갑주소와 사용자의 코드 번호를 저장한다. 사용자 코드는 0, 1, 2, 3 으로 설정했으면 각각 관리자, 소비자, 수거자, 생산자에 대응된다. 각 코드에 따라 웹앱은 다른 기능으로 작동하도록 설계했다. 코드 0번 관리자의 경우는 전체적인 프로세스와 모든 제품에 대한 열람 및 사용자 조회가 가능하도록 설계하였고 이는 추후 국가기관이 관리하는 것으로 계획하며 설계하였다. 코드 1번 소비자는 생산과 수거 사이에 있는 모든 대상을 뜻하며, 중고 거래 상점도 이에 포함 될 수 있다. 코드 2번 수거자는 말 그대로 수거를 하는 사람을 말하며, 소비자와 다르게 수거하는 기능을 사용 할 수 있다. 코드 3번 생산자는 물건을 생산한 뒤 제품에 대한 정보를 블록체인에 올릴 수 있는 기능을 가지고 있으며 해당 제품을 추적 가능하도록 설계하였다. 제품은 탐색을 위한 고유번호를 가지며 재활용 유무와 수거 유무의 Boolean 타입을 통해 실시간 트래킹을 가능하도록 설계하였다. 또한 소유기록과 거래시간을 계속 저장하여 무단 투기된 제품의 이력을 추적 가능하다.
+====다. 합성가스 냉각 및 포집장치====
-:[[파일:Image18 블록폐인.jpg|500픽셀]]
+:고온의 조건으로 운전되는 가스화기에서 배출되는 고온의 합성가스를 정제·냉각 후 포집할 수 있도록 한다. 합성가스의 정제는 사이클론, 냉각은 응축기, 포집은 가스통을 통해 진행하도록 한다.
-:블록체인을 바탕으로 한 서비스는 DB를 따로 두지 않고 주소와 개인키를 통한 인증을 지원한다. 그러나 개인 주소와 키는 너무 길고 복잡하기 때문에 다른 지갑 어플리케이션을 활용한다. 위 설계에서는 클레이튼과 연동되는 Klip API 지갑 서비스를 사용하였다. 그렇게 하여 사용자들은 복잡한 개인키를 암기하거나 보관할 필요를 줄인다. 사용자는 EcoTracking 앱을 통해 로그인을 시도하면, 자동으로 카카오톡 앱에 내장되어 있는 Klip 지갑으로 연결되게 되고 이를 통해 블록체인에 인증되게 된다. 이후에는 앱 서비스를 블록체인에 있는 본인의 개정으로 이용 할 수 있게된다. 위 과정에서 블록체인 네트워크  안에서는 익명성의 보안을 유지하게 되고, 만일 무단 투기로 인한 개인 신분 조회가 필요한 경우에는, Klip API와 카카오톡의 개인정보를 바탕으로 신분 조회를 가능하도록 한다.
+:*'''사이클론(Cyclone)'''
-:[[파일:Image19 블록폐인.jpg|500픽셀]]
+[[파일:사이사이사이.jpg]]
+::가스화기에서 배출된 합성가스는 사이클론을 통해 불순물을 제거하도록 한다. 사이클론은 원심력과 중력침강의 원리로 필터 없이도 분진을 효율적으로 제거해준다. 또한 25μm 이상의 입자에 대하여 90% 이상의 집진효율이 있고, 고효율인 경우 8μm 이상의 입자에서 80%까지 집진효율을 가지는 특징이 있다. 집진된 불순물은 직사각형 모형의 통에 모아 나중에 제거할 수 있도록 한다.
-:생산자가 앱에 로그인을 하여 인증을 마친 뒤에는 제품 생산과 동시에 데이터를 입력하여 블록체인상에 제품을 등록 할 수 있게 된다. 위 앱은 임시로 보여주기 위해 직접 하나하나 입력하는 방식으로 설계 되었지만, 당연하게도 자동화를 할 수 있으며, 이는 대량 생산에도 충분히 적용 가능하다. 입력된 제품 데이터는 바로 블록체인상에 올라가며 모든 사용자는 해당 데이터를 조회가능하다. 이후 제품을 구매하는 소비자는 생산자로부터 제품을 양도 받으며, 동시에 제품의 고유번호를 통해 해당 제품을 소비자 본인의 블록체인 제품으로 등록하게 되면서 거래가 이루어지게 된다. 해당 거래는 블록체인 상에 기록되어 영구적으로 조회 가능하다. 또한 이 거래는 실시간으로 업데이트 되기 때문에 실시간 트래킹이 가능하다.
+:*'''응축기(Condenser)'''
-:[[파일:Image20 블록폐인.jpg|500픽셀]]
+[[파일:응축기.jpg]]
+::사이클론으로 정제한 합성가스는 합성가스의 질을 떨어뜨리는 요인인 타르를 저감하기 위해 응축기로 냉각한다. 탱크의 냉매는 관을 통해 콘덴서 내부를 순환한다. 콘덴서 내로 들어온 고온의 합성가스는 이 냉매관에 닿아 냉각되고 가스포집통으로 이동한다. 합성가스의 온도가 대략 850℃에서 80℃로 떨어지면서 타르 및 수분 제거도 동시에 이루어질 수 있다. 냉매온도는 20℃에서 40℃가량으로 오르게 되는데 이는 물탱크의 모터를 통해 다시 온도를 떨어뜨릴 수 있도록 한다.
-:소비자는 다 사용한 제품을 수거 요청 할 수 있다. 수거 요청된 제품은 수거자에게 알림이 가고 이를 통해 수거를 진행하게 된다. 앱을 통한 수거 요청 과정은 기존 제도보다 절차를 단순화하는 장점과 실시간 반영되는 장점이 있다. 이를 통해 불필요한 인력 소모를 줄일 수 있으며 조금 더 발전시킨다면 수거 요청된 데이터를 바탕으로 수거 경로를 설정 할 수 도 있을 것이라 기대한다. 수거된 제품은 재활용 센터로 이동되는데, 재활용 센터에서는 해당 제품을 처리하면서 블록체인 상에 재활용 처리 가능하다. 이 과정도 QR코드와 카메라 센서등을 통해 자동화 한다면 많은 인력이 들지 않을것이라 생각하며 재활용 여부는 즉시 사용자와 생산자 등에게 전달되어, 모든 참여자가 해당 제품의 생산부터 소비, 재활용까지의 모든 과정에 참여하여 책임의식을 가질 수 있다.
+:*'''가스포집통'''
+[[파일:가스통.jpg]]
+::냉각이 끝난 합성가스는 가스통에 포집하여 보관할 수 있도록 한다. 가스통은 고압 및 외부 충격에 견딜 수 있는 소재를 사용한다. 압력 게이지를 설치하여 가스를 보호하고 가스통 내부에 저장된 가스의 양을 측정할 수 있도록 한다. 또한 가스가 가스통의 용량을 초과하여 유입되는 경우에 대비해 릴리프 밸브를 연결하여 가스를 배출해줌으로써 과압을 방지한다.
-==결과 및 평가==
+====라. 기타 장치====
-===완료 작품의 소개===
-====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
-'''가. 웹 어플리케이션'''
-[[파일:image21_블록폐인.jpg|200픽셀]] [[파일:Image22 블록폐인.jpg|200픽셀]][[파일:Image23 블록폐인.jpg|200픽셀]] [[파일:Image24 블록폐인.jpg|200픽셀]][[파일:Image25 블록폐인.jpg|200픽셀]]
+:*'''안전장치'''
+::가스화를 통해 생성된 합성가스를 저장하는 가스통은 고압에 견딜 수 있어야 하며 외부 충격에 강해야 한다. 따라서 가스 저장용 가스통에 압력 게이지를 설치하여 가스를 보호하고 가스통 내부에 저장된 가스의 양을 측정할 수 있도록 한다. 또한 가스가 가스통의 용량을 초과하여 유입되는 경우에 대비해 릴리프 밸브를 연결하여 가스를 배출해줌으로써 과압을 방지한다.
-[[파일:Image26 블록폐인.jpg|200픽셀]][[파일:Image27 블록폐인.jpg|200픽셀]] [[파일:Image28 블록폐인.jpg|200픽셀]][[파일:Image29 블록폐인.jpg|200픽셀]] [[파일:Image30 블록폐인.jpg|200픽셀]]
+:*'''천막'''
+::비나 눈과 같은 기상 조건이나 기타 외부 환경으로부터 전처리 기기, 가스화 기기를 보호할 수 있도록 방수⠂방화 기능이 있는 천막을 트레일러 위에 설치한다. 비가 고이는 것을 방지하기 위해 지붕에는 기울기를 주고, 모양틀은 철제막대로 제작한다. 또한 천막이 쉽게 찢어지거나 불타지 않도록 열과 충격에 강한 재료를 이용한다.
+:*'''회분 및 회재 후처리'''
+::폐기물 가스화 시에 배출되는 Char, 회분은 따로 회수하는 공간을 두어 사용자가 바로 비료로 활용할 수 있도록 한다. 또한 Tar도 환경에 큰 영향을 미치지 않으므로 따로 모은 후 바로 폐기할 수 있도록 한다.
-'''나. 관리자 웹사이트'''
+===생산 비용 및 이익 분석===
+====가. 생산 비용====
+:*'''전처리'''
+::파쇄 기능이 주이므로 파쇄 기계 사용료를 기준으로 하여 산정하였다. 파쇄기의 1일 기계 사용료는 103,675원/일(석현덕, 2005)이다. 따라서 이를 시간당 가격으로 변환하였다.
+:*'''장치비'''
+[[파일:장치비.jpg]]
+:*''' 인건비'''
+::트럭 운전자 1명의 평균 시급을 적용하였고, 이는 약 14,000원이다.
+:*'''이동기 연료비용'''
+::화물 트럭 1회 충전 시 주유 비용 616,053원이고, 이때, 1회 주유 시 주행 거리 약 1600~ 1700km이다. 1시간 주행거리를 50km로 가정하였다.
-[[파일:Image31 블록폐인.jpg|500픽셀]]
+::616,053원 / 1650km * 50km/hr * 8hr/day = 149,346.2원/day
-[[파일:Image32 블록폐인.jpg|500픽셀]]
+:*'''생산 비용'''
+[[파일:생산비용.jpg]]
-====포스터====
+====나. 이익====
-[[파일:Image33 블록폐인.jpg|700픽셀]]
+:가스화 실험 결과 얻어진 생성물 성분 분포를 참고하여 계산하였다.
+[[파일:이익.jpg]]
-===완료작품의 평가===
+:* '''가스 생성물(합성 가스)을 통한 이익'''
-[[파일:Table16 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+::발열량을 기준으로 가스의 이익을 산정하였는데, 이때 등유의 발열량을 참고하였다. 현재 등유의 가격은 1500원/L(물가 정보 3월호)이고, 발열량은 8700kcal/L(에너지이용합리화법시행규칙 별표1)로 하였다. 원료 물질의 발열량은 바이오매스의 발열량인 4500kcal/kg로 가정하였다. 그리고 냉가스 효율은 참조 논문의 실험값을 이용하여 각 68% (김재호, 2008)로 계산하였다.
+[[파일:가스생성물이익.jpg]]
-*평가등급별 평가척도
+:* '''액체 생성물(바이오매스 오일)을 통한 이익'''
-:최고 A에서 최저 E 사이의 등급으로 절대 또는 상대평가 진행
+::바이오매스 오일은 BC유와 비슷한 열량을 내므로, BC유의 가격으로 책정하였다. 현재 BC유의 가격은 750원/L(물가 정보 3월호)이고, 발열량은 9900kcal/L(에너지이용합리화법시행규칙 별표1)로 가정하였다.
-A : 매우 우수하며 결점 또는 약점이 없음
+[[파일:액체생성물이익.jpg]]
+:* '''고체 생성물(Char)을 통한 이익'''
+::고체 생성물의 경우 모두 숯과 같은 것으로 모두 토양 개량제로 사용할 수 있으므로 이를 토양개량제의 가격으로 산출하였다.
+[[파일:고체생성물이익.jpg]]
-B : 우수하며 중대한 결점 또는 약점이 없음
+:* '''총 이익'''
+[[파일:총이익.jpg]]
-C : 기본적인 요구사항을 충족, 결점이 있으나 보완 가능
+===자재소요서===
+[[파일:자재소요서.jpg]]
-D : 요구사항의 일부만을 충족, 보완가능성이 불확실
+==결과 및 평가==
+===완료 작품의 소개===
+====프로토타입 사진====
+:'''가. 프로토타입 사진'''
-E : 요구사항을 충족하지 못하고 근본적인 결점 존재, 현재의 제안으로는 보완이 불가능
+[[파일:전체사진.jpg]]
-'''1. 차별성 평가'''
-*'''기술의 신규성'''
+:'''나. 포스터'''
-: 기존 전자폐기물의 수거 체계는 제조 기업의 서비스센터에 있는 폐전자제품 수거 시스템이나 공공기관의 폐가전 무상수거 또는 민간 기업의 수거 등으로 이루어진다. 이 때 몇몇 대형 가전(세탁기, 냉장고 등)에 대해서만 중량을 재고 나머지는 소형 가전으로 기록하며, 수거가 되는 것에 대해서 개별로 데이터를 기록하고, 통합 관리는 이루어지지 않고 있다. 하지만, 블록체인 기술을 이용해 수거 체계를 통합 관리한다면, 제조 기업의 서비스센터와 페가전 무상수거, 민간 기업의 수거에서 얻을 수 있는 모든 데이터를 실시간으로 투명한 통합 관리가 가능하다. 게다가, 사용연한에 대한 분석이나 어느 기업의 어느 제품인지까지 정확하게 알 수 있어 폐기물 통계에서 유의미한 정보를 획득하기 용이하다. 블록체인의 보안성과 거래속도 향상, 비용 절감이라는 장점을 여러 분야에서 인정받아 관련 기술 시장이 확장되고 있는 반면 현재까지 전자폐기물 처리 시스템은 구현되지 않았기에 본 설계의 핵심은 신기술을 도입한 처리 시스템을 구축하는 것이다. 기술의 차별성의 평가 요소는 다음과 같다.
-:[[파일:Table17 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:폐기물을 수거하고 처리하는 것은 필수적인 과정이므로 관련 분야에 있어서 자동화 혹은 고효율화가 이루어져야 하고 기존 기술 대비 우수성을 가져야 한다. 위 표의 평가내용에 따르면 블록체인 기술이 적용된 폐기물 추적 시스템은 기술차별성이 우수하다고 판단할 수 있다.
+[[파일:포스터포스터.jpg]]
-'''2. 성능평가'''
-*'''보안성'''
-:현재 사용되고 있는 중저준위 방사성 폐기물 추척 관리 시스템 (WTS) 혹은 폐기물 적법처리 시스템 (올바로)의 경우 폐기물 이력 정보 및 처분과 관련된 모든 정보를 실시간으로 종합관리할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 기존 시스템은 모든 정보를 데이터베이스화하여 문서관리 모듈을 활용하고 있으나 이는 별도의 암호화 통신 조치가 없다는 결점이 있으며 이로 인해 위변조의 가능성이 크다. 또한, 유선 랜에서 행해지는 다양한 공격방법이 무선랜 환경에서도 같게 사용되기 때문에 악의적인 사용자에 의해 공격당할 위험성이 있다. 블록체인 폐기물추적 시스템은 위변조할 수 없는 블록체인 기술을 도입함으로써 데이터의 무결성을 보장하는 동시에 보안 문제에 대한 위험요인을 제거할 수 있게 된다. 또한, 데이터 신뢰를 확보할 수 있는 적절한 서비스 모델을 구현하고자 사용자의 신분을 확인할 수 있는 스마트 컨트랙트를 활용하였다. 마지막으로, 개인정보에 대한 DB는 따로 두지 않고 주소와 개인 키를 통해 개인임을 인증하는데 이때 개인에 대한 다른 사적이거나 중요한 정보는 Klip 등을 통한 다른 서비스 내에 기록되기 때문에 개인정보에 대한 보안 위협이 없다.
-*'''접근성'''
-:본 설계는 웹 애플리케이션 ‘ECO Tracking’을 추가로 제작하고 이를 인터페이스로 활용하여 생산자, 사용자, 수거자 간의 정보 거래가 간단한 절차로 이루어지도록 하였다. 이는 스마트폰의 보급으로 모바일 APP의 시장이 폭발적으로 성장하고 있는 상황에서 개인화, 이동성 등의 강점을 극대화할 수 있을 것으로 판단된다. 도서관, 우체국 등 공공기관에서도 다양한 애플리케이션을 적극적으로 활용되고 있으며 이는 스티커를 부착하거나 동사무소를 방문하는 기존 방식보다 사용자(국민)에 대한 수용도가 더욱 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 폐기물추적 시스템상에서 각 참여 단계의 구성원들이 시간 및 장소에 구애받지 않고 처리 상태를 확인할 수 있다는 점에서 높은 접근성을 가지게 된다. 또한, 이러한 시스템은 모두 퍼블릭 블록체인 상에서 이루어지기 때문에 모든 사용자가 폐기물에 대한 모든 통계와 데이터를 자유롭게 접근할 수 있다.
-*'''경제성 평가'''
-:4차 산업혁명의 핵심 기반 기술인 블록체인 산업 활성화 기반 조성을 위해서는 블록체인 산업의 경제적 파급효과와 사회적 기여도 분석에 대한 객관적인 효과 분석이 필요하지만 아직 이에 대한 구체적인 평가 기준이 없다. 그렇기 때문에 유사한 방안으로 경제성 분석을 실시해야 하는데 전세계적으로 전자폐기물 이슈가 대두되고 있는 상황과 그 공익성을 살펴 보았을 때 민간의 개인 개발이 아닌 공공정책의 하나로써 시행되어야 한다. 사회전체를 대상으로 하고 자리매김했을 시 정책 전으로 원상회복이 불가능하며 장기간 정책이고 사회적으로 복지가 증가하는 등 해당 특징을 모두 충족하고 있기 때문에 공공정책으로써의 경제성 분석을 시행해야 한다. ‘공공사업의 경제성 분석-윤갑식 교수 저’에 따라 공공정책임을 확인하여 예산측면에서 제약조건을 확인한 후 비용과 편익을 통해 B/C ratio를 계산한다.
-:1)예산제약
-:먼저 정책의 제약조건을 확인하기 위해 관련 산업에 대한 예산을 파악해야 한다. 아래는 과학기술정보통신부에서 2022년 블록체인 관련 사업을 위한 예산표와 환경부에서 환경정보 융합 빅데이터 플랫폼 구축을 위한 예산에 대한 표인데 각각 총 533억 1000만원, 24억 1600만원으로 현재 비용분석을 했을 때 충분히 예산 내로 들어오는 것을 확인할 수 있다.
-:[[파일:Image34 블록폐인.jpg|500픽셀]]
-:[[파일:Image35 블록폐인.jpg|500픽셀]]
-:2)비용과 편익 분류
+====개발사업비 내역서====
-:[[파일:Table18 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+[[파일:개발사업비.jpg]]
-:3)비용
+===완료작품의 평가===
-:[[파일:Table19 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+[[파일:완료작품평가.jpg]]
-:관리자 인건비는 동대문구를 기준으로 했을 때 1명이 필요하므로 2022년 9급 공무원 초봉을 기준으로 계산했다. 개발비는 블록체인 개발 업체에서 평균적인 1회 개발 비용을 인용하여 계산했다.QR인식장치 설치비는 재활용업체에서 쓰이는 QR장치를 뜻하는데 동대문구의 재활용업체는 ‘에코시티서울’ 한 곳이기 때문에 한 곳에 네 개를 설치하여 160000원 * 4를 적용한다.홍보비는 공공단체에서 공익을 위해 진행되는 사업에 대한 홍보비 예산을 한 프로젝트 당 평균 10억 원으로 책정하기 떄문인 점과 시민 참여에 대한 보상이 부족해 많은 홍보가 필요하다는 점에서 이같이 책정했다. 그 이후에는 계도기간을 점점 지나 홍보에 필요한 예산이 줄어들 것이라고 가정하여 10억, 5억, 3억 순으로 책정했다. 유지보수비는 환경부 공개 법정민간대행사업비에서 ‘다. 플랫폼 유지관리’ 중 ‘HW 유지보수’와 ‘공개SW 유지보수’비 예산을 합친 106,000,000원/년으로 책정했다.
+*'''전처리 항목: 이물질 분리, 원료 파쇄 - 10점'''
-:4)재활용 비용
+:당초 영농부산물의 전처리 과정에서 파쇄와 이물질 분리를 모두 진행하기로 계획하였다. 그러나 2.5t 트럭의 적재함 규모에 맞추어 소형화하는 과정에서 이물질 분리 시 처리, 저장할 공간을 편성해야 하는 점을 고려해 파쇄의 기능만 갖추도록 설계를 진행하였다. 그러나 이물질 분리가 불가하여 폐비닐, 폐농약통 등의 폐플라스틱을 분리하지 못하더라도 이는 가스화 효율에 문제를 주지 않을 것으로 추정된다. 홍성구(2012)에 따르면 목편 등 바이오매스를 포함하고 있는 원료에 PE재질의 영농 폐비닐로 혼합된 폐비닐 펠릿을 혼합해 가스화를 진행할 경우 최고 온도의 상승으로 반응 온도 유지에 도움을 주거나, 일산화탄소, 수소, 메탄 등의 농도가 상승하는 등의 효과를 입증한 연구 사례가 입증되었다. 따라서 가스화 과정에서 폐비닐 등의 혼입 현상은 오히려 가스화 효율을 높여 일석이조의 효과를 기대할 수 있을 것이다.
-:[[파일:Table20 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:개당 재활용비율이 2002년 자료이기 때문에 ‘CPI소비자물가지수’의 화폐가치 계산식을 이용해 물가상승률을 곱한다.
+*'''성능 항목: 합성가스 내 성분 - 10점'''
-:5)매출
+:합성가스 내 수소 가스(H2)의 함량을 기준으로 성능 평가를 진행하기 위해 실험실 규모에서 가스화 실험을 진행하였으나 수소 가스의 함량이 8.3~8.4%로(부피 기준) 만족할 만한 수준에 이르지 못했다. 이러한 결과가 나타나게 된 이유는 합성 가스 내 수소 가스의 분율을 높일 수 있는 촉매, 스팀 등의 주입이 불가능해 수소가스 분율의 향상을 끌어낼 수 없었던 것으로 추정된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 영농부산물 임시 저장부에서 발생한 스팀을 재활용해 가스화부에 주입할 수 있도록 설계를 보완하였다. 또한 반응하지 않아 합성가스 내 수소 가스의 분율을 낮추는 질소의 양을 최소화하기 위해 이론적 계산 부분에서 ER 값을 기반으로 필요한 공기 주입량을 추정하였다. 이러한 작업을 통해 실제 설계 기기에서는 실험실 규모의 가스화 실험보다 더 높은 수소 가스 분율을 보일 것으로 기대된다.
-:[[파일:Table21 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:6)차익(매출-비용)
+*'''성능 항목: 이동성 기능 - 30점'''
-:[[파일:Table22 블록폐인.jpg|400픽셀]]
+:설계를 위해 실제 2.5t 트럭 모델의 제원을 참고하여 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 냉각 및 포집 장치, 안전장치의 규격이 적재함의 규격을 초과하지 않도록 하였다. 또한 연속식 반응기 설계를 위해 전처리, 가스화 장치에 feeder를 설치하고 가스화 장치에 Ash Box를 설치함으로써 영농부산물의 투입 속도 조절과 회분, char의 제거를 용이하게 해 한 번에 큰 중량의 영농부산물이 투입되는 것을 방지하도록 하였다. 결과적으로 2.5t 적재함의 적재 중량에 대한 과적 또한 방지할 수 있을 것으로 기대된다.
-:동대문구 현재 차익을 Global E-Waste Monitor에 따라 동대문구 전체 전자폐기물의 20%에 해당하는 차익으로 한다.차익은 동대문구의 주요 4대 폐전자제품에 대한 데이터(735ton)을 통해 계산한 값이고 동대문구 현재 차익은 소형가전 등 기타가전을 모두 합친 값(1967ton)이다.
+*'''안전성: 안전 조치 기능 - 20점'''
-:7)년차별 항목별 편익과 비용
+:가스화부에 압력계와 온도계를 설치하여 가스화 진행 시 문제상황을 작업자가 즉각적으로 인지할 수 있도록 하였다. 영농부산물 임시 저장부와 합성가스 저장용 가스통에는 압력계와 릴리프 밸브를 설치해 과한 압력이 발생할 경우 스팀 또는 합성가스를 배출하도록 하였다. 또한 소형화를 통해 비, 눈과 같은 기상현상으로 인한 공정 운용 문제와 800~900°C의 반응온도 형성 중에 발생 가능한 화재를 방지하는 방수, 방화 천막의 설치도 용이할 것으로 기대된다.
-:[[파일:Table23 블록폐인.jpg|400픽셀]]
-:해당 프로젝트에서 편익이란 현재 재활용률에 비해 재활용률이 증가했을 때 나타나는 그 증가분에 대한 재활용 판매 순이익이다.도난, 분실, 미등록 제품 등의 사유로 인해 최종 재활용률이 100%가 되는 것은 현실적으로 불가능하므로 해당 프로젝트를 10년간 진행했을 때 10년 후 재활용률 상승을 65%(20% -> 85%)로 설정하고 연간 6.5%씩 증가하도록 설정했다.
+===경제성 분석===
- * 1년차 편익 : 동대문구 현재 차익/20*(6.5*년차)
+:개발 과제의 경제성은 가스화 대신 소각할 경우와 비교하여 분석하였다. 가연성 폐기물을 소각을 이용하여 처리할 경우, 폐 목재류 1ton 당 250,000원, 식물성 잔재물 1ton당 270,000원에 해당하는 처리 비용이 필요하다. 앞(2.5 생산비용 및 편익 분석)에서 살펴본 바와 같이 가스화의 경우, 하루에 800kg(=(100kg/hr)×8hr)의 바이오매스를 처리한다고 가정했을 때, 약 3.3만원의 이익을 얻을 수 있다. 총 1ton을 처리할 경우에는 약 4만원의 수익을 남길 수 있다. 식물성 잔재물을 처리한다고 가정하였을 때, 가스화의 경우가 소각처리보다 약 31만원/ton 정도의 금전적 이득을 가져올 수 있다.
- * 1년차 비용 : 홍보비 + 인건비 + 유지보수비 + 개발비 + QR인식장치 설치비
- * 2년차 이후 비용 : 홍보비 + 인건비 + 유지보수비
-:8)편익/비용비(B/C ratio)
-:[[파일:Image36 블록폐인.jpg|300픽셀]]
-::현재가치화된 총편익과 총비용의 비율
- * r = 할인율(우리나라 서울특별시 기준 0.045)
-:[[파일:Table24 블록폐인.jpg|600픽셀]]
-:9)종합
+===향후 평가===
-:B/C ratio는 평가를 내릴 때 1을 기준으로 한다. B/C가 1보다 클 때 해당 프로젝트가 수익성이 있다고 판단하여 프로젝트를 집행하고 1보다 낮을 때 프로젝트를 기각한다. ‘년차별 항목별 편익과 비용’으로 계산한 B/C ratio는 1.85로 1보다 상당히 상회하는 수준을 보였다. 투자액이 작은 사업의 수익성이 과장되기 쉬운 평가 기준이라는 것과 10년간 홍보예산을 상당히 높게 책정한 점을 감안해도 높은 수치이기 때문에 프로젝트가 수익성이 충분하다고 판단할 수 있다. 추가로 급격한 재활용률 증가로 재활용 관련 인력 수요가 증가해 취업유발효과와 추후 탄소중립에 대한 부가수익까지 기대할 수 있다.
+:* 실험실 규모로 실험을 진행한 결과 수소 가스 함량이 8.3~8.4% 로 부피 기준 ) 초기 목표로 했던 것에 비해 만족할 만한 수준에 이르지 못했다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 영농부산물 임시 저장부에서 발생한 스팀을 재활용해 가스화부에 주입할 수 있도록 설계를 진행하였고 공기주입량도 수소 가스의 분율을 낮추는 질소의 양을 최소화하는 방향으로 설정하였다. 따라서 실제 장치는 실험실 규모의 가스화 실험보다 더 높은 수소 가스 분율을 보일 것으로 기대된다.
-*'''확장성 평가'''
+:*또한 메탄 가스 함량이 과하게 추정되었는데, 이는 TCD 와 FID 등의 가스 분석기기를 통해 분석하는 과정에서 나타난 오류로 예상된다. 따라서 생성 가스 성분과 수율의 정확도 향상을 위해서는 반복적인 실험에 따른 데이터 축적이 필요할 것으로 보인다.
-: 전기전자폐기물을 중심으로 진행한 본 설계에서 나아가 타 폐기물에 대한 추적시스템으로의 확장성을 평가한다. 본 설계물의 차별성, 성능, 경제성 등을 분석한 결과에 따라 블록체인 기술을 기반으로 하여 여러 폐기물을 추적한다면 타 폐기물의 재활용률 상승 또한 기대할 수 있다. 하지만 국내외 블록체인 사업의 경우를 조사해보았을 때, 대상의 데이터를 관리하는데 블록체인을 활용한 데이터 관리가 좋은 사례로 남아 있음에도 불구하고 사업의 확장에 있어서 몇몇 기술적 과제가 남아있음을 알 수 있다. 블록체인은 대부분 오픈소스로 개발해 배포하고 있어 기업들에게 많은 인력을 요구하고 있다. 조직에서 프라이빗 블록체인을 구성하거나 외부조직과 컨소시엄 블록체인을 형성할 때 개개인의 서버(노드)를 추가하고 설치하는 작업은 번거롭고 시간이 많이 소모된다. 블록체인 기술을 더 넓은 범위에 접목시키기 위해서는 손쉬운 설치 툴이 있는지, 다양한 인프라환경에서 기존의 시스템과 쉽게 호환해 노드를 구성할 수 있는지를 추가적으로 고려해야한다. 또한 운영, 시스템, 네트워크 보안 등 유관 부서와의 협업도 사전에 계획을 세우는 것이 필요하다. 기업용 블록체인 시장의 64%를 차지하는 하이퍼 레저 패브릭은 이 같은 확장성 문제를 해결하기 위해 전송 최적화 등의 방법을 적용, 3500 TPS까지 속도를 개선했다. 이더리움도 올해 1분기 출시 예정인 '이더리움 2.0(세레니티)' 버전에 지분증명(PoS), 분산DB 기술(샤딩) 등을 적용해 기존 25 TPS에서 1만 TPS까지 성능을 개선하겠다고 밝혔다. 이처럼 방대한 데이터를 신속하게 처리하는 시스템의 성능이 점점 향상된다면 확장 가능성 또한 향상될 것으로 평가된다.
+:* 설계를 위해 실제 2.5t 트럭 모델의 제원을 참고하여 전처리 장치, 가스화 장치, 합성가스 냉각 및 포집 장치, 안전장치의 규격이 적재함의 규격을 초과하지 않도록 하였다. 농로가 좁은 농촌지역에서도 진입하여 농업부산물 처리를 진행할 수 있을 것이라고 예상된다.
-===향후계획===
+:* 기술의 실현을 위해서는 정부 및 지자체의 적극적인 지원이 필요하다. 이를 위해 불법 소각의 방지와 청정에너지의 생산을 통한 친환경성과 경제성을 강조한다면 적극적인 참여를 이끌 수 있을 것이라고 예상된다.
-*본 설계에서는 기존 폐기물 수거 관리 시스템의 한계점을 극복하고 불법적으로 투기되거나 해외로 수출되는 폐기물의 양을 절감하고자 블록체인 기술을 도입하였다. 설계의 적용 대상을 전기전자폐기물로 지정하였으나 다양한 지표(차별성, 경제성, 성능 등)를 통해 평가한 결과, 향후 ‘타폐기물에 대한 범용가능성이 높다.’라는 평가 결과가 도출되었다. 이에 따라 과제 제안서에서 제시했던 신기술 발전을 통한 환경 선진화의 달성을 기대할 수 있다.
-*최근에는 사회혁신의 도구로 디지털 기술의 중요성이 부각됨에 따라, 이를 통하여 사회문제에 대한 새로운 해결책을 찾아낼 수 있다는 ‘디지털 사회혁신’에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 인간의 삶 속에서 오랜 시간동안 잘 해결되지 않았던 쓰레기 문제를 해결하는 것에 있어 본 설계물이 유용한 도구로 활용될 수 있을 것이라 평가된다.
-*'''블록체인 기술의 발전동향'''
-:최근 국내 산업시장에서 블록체인 기반 관련 제안서가 쏟아지고 있으나 대부분의 사업들이 기술적인 가능성을 확인하는 수준에서 머물러 확장되지 못하고 있는 것이 현실이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 공공분야에서 기술을 선도적으로 추진하여 모범사례를 구축하는 것이 필요하다. 이는 향후 발생가능한 부작용을 최소화할 수 있는 방안을 마련하는 시도가 될 수 도 있고, 유망한 비즈니스 모델을 개발하여 국내외 시장을 선점할 수 있는 기회가 될 수도 있을 것이다. 블록체인의 성능, 확장성에 대한 연구는 활발히 진행되고 있으므로 이를 잘 활용하여 공공 인프라를 구축한다면 블록체인 기반 산업 도약의 좋은 발판이 될 것으로 보인다.
-*'''블록체인 관련 정책 동향'''
-:블록체인 관련 산업과 같이 새로운 서비스를 도입함에 있어 가장 유의해야 할 것은 기존에 존재하는 법, 제도와의 상충이다. 본 설계물 또한 개인, 기업에서 폐기물의 소유 정보를 기록하는 만큼 개인정보보호법이나 전자금융거래법 등에서 요구하는 정보의 수정 및 삭제 권리와 상충할 가능성이 있으므로 명확한 가이드라인 설정과 제도의 정비가 필수적일 것으로 보인다. 블록체인 상 최소한의 데이터만을 저장하고 개인식별정보 및 민감정보는 저장하지 않도록 시스템을 구축하거나 저장된 데이터를 국가차원에서 따로 관리(사용자와의 분리)할 수 있도록 조취를 취한다면 국내 환경에 걸맞은 기술의 도입이 가능할 것으로 보인다.
-===특허 출원 내용===
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