"엔지니어스커피"의 두 판 사이의 차이

2018년 12월 12일 (수) 00:48 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 커피찌꺼기를 활용한 유해가스 처리 흡착탑 설계

영문 : Design of Adsorption Tower for Toxic Gas Treatment Using SCG (Spent Coffee Grounds)

과제 팀명

엔지니어스 커피

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2014890025 김희연(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2014890040 서은홍

서울시립대학교 환경공학부 2014890047 유나형

서울시립대학교 환경공학부 2014890066 전봄이

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

현재 우리나라 커피 소비량에 따른 커피 찌꺼기의 양은 연간 27만 톤으로, 커피 소비량의 증가에 따라 찌꺼기의 양 역시 계속해서 증가하고 있다. 하지만 현재 커피찌꺼기는 일반쓰레기로 분류되어 매립 또는 소각 처리되고 있기 때문에 처리과정의 경제적, 환경적 측면 뿐 아니라 자원화 할 수 있는 잠재적 가치가 버려진다는 측면에서 손해가 크다고 판단했다. 따라서 우리는 방대한 양의 커피찌꺼기를 활용할 수 있는 방안을 모색하였다.

우리는 커피찌꺼기로 활성탄을 제작해, 커피 로스팅 과정에서 발생하는 유해가스를 처리하기 위한 흡착탑에 적용하고자 한다. 미국 환경청의 자료에 따르면 커피 로스팅 과정에서 연간 108 톤의 VOC가 발생하며, 그 농도는 약 176 ppm으로 배출허용기준농도 10 ppm을 초과하기 때문에 별도의 처리가 필요하다. 이에 열분해 기계를 이용하던 경쟁사의 제품과는 달리 흡착탑을 설치함으로써, 기존의 폭발 위험성을 없애고 사이클론의 필요성을 제거해 공정을 단순화하였다.

활성탄의 품질 향상과 연구의 용이성을 위해 커피찌꺼기의 성분을 단일화하고자 했고, 이를 위해 우리나라 커피 브랜드 중 점포 개수가 가장 많은 “EDIYA COFFEE"를 사업대상으로 하였다.

개발 과제의 배경 및 효과

- 배경

농림축산식품부의 자료에 따르면 우리나라는 20대 이상 성인의 1인당 연간 커피소비량이 2014년 341잔, 2015년 349잔, 2016년 428잔으로 점점 증가하는 추세이며, 국제커피기구에 따르면 세계 커피 소비량 15위 전후를 기록할 만큼 커피 소비량이 큰 나라이다. 이러한 커피 수요의 증가는 현대인의 라이프 스타일과 커피에 대한 습관적인 소비가 주된 원인으로 꼽힌다. 커피 시장의 성장 가속화에 따라 커피찌꺼기의 양 또한 계속해서 증가하고 있지만, 그의 활용은 미미한 수준이다. 실제로 커피를 만드는데 필요한 부분은 원두의 0.2 %에 불과하기 때문에 무려 99.8 %의 원두가 고스란히 일반쓰레기로 버려지는 것이다. 이렇게 버려지는 커피찌꺼기는 연간 약 27만 톤으로, 그 처리비용은 1년에 약 324억, 이를 처리하는데 소모되는 경제적 손실은 인건비를 포함하여 약 7,642억 원에 육박한다.
환경적 측면의 문제 또한 무시할 수 없다. 커피찌꺼기를 소각 처리 할 경우, 커피찌꺼기 1 ton 당 약 340 kg의 이산화탄소가 발생하며, 이를 하루 발생하는 커피찌꺼기의 양 약 745 kg을 기준으로 계산하면 연간 약 92,000 ton의 이산화탄소가 발생한다는 것을 알 수 있다. 이 수치는 자동차 11,000대가 내뿜는 이산화탄소의 양과 맞먹는다.
커피수요량의 계속되는 증가에 따라 커피찌꺼기를 처리하기 위한 경제적 손실과 환경적 측면의 손실 또한 증가할 것이다. 그러나 커피찌꺼기를 폐기함으로써 발생하는 가장 큰 손실은 새로운 자원으로 사용할 수 있는 폐자원을 폐기함으로써 버려지는 잠재적 가치일 것이다. 우리는 이에 주목하여 커피찌꺼기를 자원화하려고 한다.

- 효과

커피찌꺼기를 바이오매스로 활용함으로써 기존의 소각, 매립 처리 시 발생하던 경제적 손실과 이산화탄소 발생량을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 폐기물로 버려지던 자원의 잠재적 가치를 활용한다는 측면에 의의가 있다. 또한 커피 소비로 인해 발생한 부산물을 커피 생산 과정에서 발생하는 대기오염물질 처리에 사용함으로써 생산, 소비, 처리 과정에 걸친 ‘자원의 선순환 구조’를 완성하여, 지속가능한 발전에 기여할 수 있을 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

- 목표

매일 수백 톤씩 버려지는 커피찌꺼기를 자원화함으로써, 경제적 수익을 창출함과 동시에 자원의 선순환 구조를 완성해 지속가능한 발전에 기여한다.

- 내용

일반쓰레기로 버려지던 커피찌꺼기를 활성탄으로 만들어 커피 생산 과정에서 발생하는 대기오염물질을 처리하기 위한 흡착탑에 사용한다.
이를 통해 쓰레기의 절대적인 양이 줄어들면, 수십 억 원의 일반쓰레기 종량제 봉투 비용 및 쓰레기 처리비용을 절감해 경제적 이익을 얻을 수 있다. 또한 커피찌꺼기의 높은 유분 함유량을 이용해 바이오 디젤을 추출하거나, 바이오 가스를 추출하는 등 부가적인 수익을 기대할 수 있다. 뿐만 아니라, 우리나라의 커피 산업이 계속해서 발전한다면 커피찌꺼기의 재활용 사업 및 시장도 성장할 가능성이 있다고 생각한다. 그러한 측면을 고려한다면 새로운 활성탄을 제조하지만 기존의 흡착탑에 그대로 적용가능하다는 점에서 향후 흡착탑 제조업체 혹은 사용 업체들을 대상으로 하는 판매 수익 또한 기대할 수 있을 것이다.
커피찌꺼기 처리 시 발생하는 오염물질과 커피 로스팅 과정에서 발생하는 오염물질을 저감시킨다는 점, 커피찌꺼기를 바이오매스로 활용한다는 점 등의 환경적 측면의 이익도 있다. 소각 시 발생하는 이산화탄소, 로스팅 과정에서 발생하는 VOC 등은 온실가스이기 때문에 처리와 관리가 필요하다. 특히 VOC는 발암물질이자 광화학스모그의 원인물질이기도 한데, 커피 로스팅 과정에서 배출허용기준보다 높은 농도의 VOC가 발생한다. 이를 커피찌꺼기 활성탄, 즉 바이오매스를 통해 처리하기 때문에 친환경적인 방법으로 대기오염물질을 저감시켜 자원의 선순환 구조를 완성하는 것이다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+- 목표
+ 매일 수백 톤씩 버려지는 커피찌꺼기를 자원화함으로써, 경제적 수익을 창출함과 동시에 자원의 선순환 구조를 완성해 지속가능한 발전에 기여한다.
+- 내용
+ 일반쓰레기로 버려지던 커피찌꺼기를 활성탄으로 만들어 커피 생산 과정에서 발생하는 대기오염물질을 처리하기 위한 흡착탑에 사용한다.
+ 이를 통해 쓰레기의 절대적인 양이 줄어들면, 수십 억 원의 일반쓰레기 종량제 봉투 비용 및 쓰레기 처리비용을 절감해 경제적 이익을 얻을 수 있다. 또한 커피찌꺼기의 높은 유분 함유량을 이용해 바이오 디젤을 추출하거나, 바이오 가스를 추출하는 등 부가적인 수익을 기대할 수 있다. 뿐만 아니라, 우리나라의 커피 산업이 계속해서 발전한다면 커피찌꺼기의 재활용 사업 및 시장도 성장할 가능성이 있다고 생각한다. 그러한 측면을 고려한다면 새로운 활성탄을 제조하지만 기존의 흡착탑에 그대로 적용가능하다는 점에서 향후 흡착탑 제조업체 혹은 사용 업체들을 대상으로 하는 판매 수익 또한 기대할 수 있을 것이다.
+ 커피찌꺼기 처리 시 발생하는 오염물질과 커피 로스팅 과정에서 발생하는 오염물질을 저감시킨다는 점, 커피찌꺼기를 바이오매스로 활용한다는 점 등의 환경적 측면의 이익도 있다. 소각 시 발생하는 이산화탄소, 로스팅 과정에서 발생하는 VOC 등은 온실가스이기 때문에 처리와 관리가 필요하다. 특히 VOC는 발암물질이자 광화학스모그의 원인물질이기도 한데, 커피 로스팅 과정에서 배출허용기준보다 높은 농도의 VOC가 발생한다. 이를 커피찌꺼기 활성탄, 즉 바이오매스를 통해 처리하기 때문에 친환경적인 방법으로 대기오염물질을 저감시켜 자원의 선순환 구조를 완성하는 것이다.
 ===관련 기술의 현황===