2조 꽁렉터
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 초임계 유체 추출을 이용한 담배필터 재활용 공정 설계..
영문 : Cigarette filter recycling process using supercritical fluid extraction..
과제 팀명
꽁렉터..
지도교수
김주식 교수님
개발기간
2019년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 환경공학부 20138900** 문**
서울시립대학교 환경공학부 20138900** 최**
서울시립대학교 환경공학부 20158900** 권**
서울시립대학교 환경공학부 20158900** 장**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
현재 플라스틱으로 인한 환경문제가 대두되면서, 그에 대한 재활용 사업이 계속해서 추진되고 있다. 그 플라스틱 문제 중 하나가 바로 담배 내 들어있는 ‘담배필터’다. 시중에 판매되고 있는 담배는 90%가 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)로 된 담배필터로 구성되어 있다. 이 때, 셀룰로오스 아세테이트는 플라스틱 중 하나로 다른 플라스틱에 비해서는 분해속도가 빠르다는 장점이 있지만 미세플라스틱이 되는 시점부터는 그 속도가 매우 느려 또 다른 플라스틱 환경문제를 야기 시키고 있다. 일부 선진국에서는 CA(Cellulose Acetate)담배필터가 100% 재활용 가능한 자원이라는 것을 밝혀내면서 이에 대한 사업이 활발하게 연구 및 진행되고 있다. 따라서 우리는 초임계유체 추출을 이용한 세정단계를 포함하여 국내(서울시 기준) 담배필터 재활용 사업에 대한 공정을 설계함으로써 이에 대한 환경문제를 해결함과 동시에 이익을 창출해보고자 한다. 즉, 수거된 담배꽁초에 대한 recycling 및 upcycling 공정의 제안 및 설계를 통해 새로운 자원으로서 담배꽁초의 활용가능성을 제시하는 것을 과제 목표로 삼고자 한다.
개발 과제의 배경 및 효과
◇ 최근 미세먼지와 함께 범지구적 환경이슈로 부상한 해양미세플라스틱의 주발생원으로 담배꽁초가 지목되면서 담배꽁초에 대한 수거 및 재활용의 필요성은 나날이 증가하고 있다.
(현재 담배꽁초 내 필터의 90%가 셀룰로오스 아세테이트를 주원료로 하여 제작된 플라스틱필터이고, 해양으로 유입된 담배꽁초가 분해되면서 필터 내의 셀룰로오스 아세테이트가 유출되어 심각한 해양 미세플라스틱 문제를 유발하고 있다.)
◇ 전 세계적으로 버려지는 담배꽁초 중 75%가량이 길거리에 버려지는 담배꽁초이고 그 양이 2025년까 지 50%이상 늘어날 것으로 환경전문가들이 전망하면서 담배꽁초의 처리문제가 중요한 국제적 관심 사가 되고 있다.
◇ 서울시에서는 2018년 기준 연간 87억 개 담배꽁초가 무단 투기되는 것으로 추정된다. 동년기준 서울 시 담배꽁초 무단 투기 단속건수가 7만 2천 건에 불과하다는 점에서 길거리 등에 무단 투기되는 담 배꽁초의 처리문제는 국내에서도 중요한 사회적·환경적 문제로 대두되고 있는 상황이다.
◇ 국내의 경우 버려지는 담배꽁초에 대한 별도의 수거, 처리체계가 없는 실정이다. 현재 국내에서 담배꽁초는 폐기물로 분류되어 수거 후 별도의 처리과정을 거치지 않고 소각 및 매립되는데, 이 과 정에서 담배꽁초 내의 유해 화학물질이 토양 및 대기로 유출되어 2차 환경오염을 유발하고 있다. ‘담배꽁초 재활용사업’을 통한 해양미세플라스틱 오염량 감축 및 국가순환경제 달성이 선진국을 중심 으로 국제적 추세가 되어가고 있다는 점을 고려할 때, 국내 담배꽁초의 수거 및 재활용 방안에 대한 필요성은 점차 증대될 것으로 판단된다.
◇ 해외사례를 살펴보면 자원재생측면에서 담배꽁초가 ‘100%재활용’이 가능한 자원이라는 사실이 알려 지면서 미국, 캐나다, 프랑스, 호주 등 선진각국을 중심으로 담배꽁초의 수거 및 재활용 사업이 현재 활발하게 연구·진행되고 있다.
◇ 담배꽁초를 분리수거하지 않고 일반폐기물과 함께 소각ㆍ매립하고 있는 현행에서, 본 개발과제의 수 행으로 꽁초의 약 60wt%를 차지하는 필터를 자원으로 전환한다. 소각ㆍ매립되는 양이 줄어들어 처리비용과 환경부하가 줄어들 것으로 기대하며, 자원화한 담배필터를 CA Sheets로 제작함으로써 경 제적인 가치를 창출한다.
개발 과제의 목표와 내용
◇ 본 과제는 국내 담배꽁초의 수거 및 재활용 사업에 대한 필요성을 인식하고, 수거된 폐 담배꽁초를
새로운 ‘자원(資源)’으로서 활용하기 위해 관련 시설물을 공학적으로 설계하려는 데 중심목표가 있다.
◇ 본 과제에서는 폐 담배꽁초의 구성성분 중 최근 해양미세플라스틱 문제의 주원인으로 지목되고 있는 담배필터에 focusing하여 담배필터 내 (반)플라스틱 물질인 셀룰로오스 아세테이트(CA)에 대한
recycling 및 upcycling 공정을 설계하고자 한다.
◇ 개략적인 공학적 설계 항목은 분리, 정화(세척), 압출ㆍ성형(시트화)의 3단계 공정으로 구분된다.
◇ 개략적인 공학적 설계 항목들을 나열하면 아래와 같다.
1) 분리공정 : 폐 담배꽁초를 담배필터와 나머지부분(담뱃잎, 종이 등)으로 분리
2) 정화공정 : 담배필터의 오염물질들을 제거하기 위한 전처리과정으로서, 선정한 담배필터 내 처리대 상 유해화학물질을 초임계 유체 세정을 통해 목표 정화 율을 달성.
분리공정을 통하여 분리된 필터를 제외한 나머지부분(담뱃잎, 종이 등)은 경제성을 고 려하여 적절한 처리공정 제안
3) 압출ㆍ성형(시트화) : 분리와 정화를 거친 CA tow상태인 담배필터에 친환경 가소제를 첨가, 용융 및 압출과정을 거쳐 CA Sheets화하여 다양한 플라스틱 제품으로의 상업적인 재활용 가능성을 제시
◇ 따라서 본 과제의 범위는 수거된 폐 담배꽁초를 대상으로 ‘상업적으로 이용 가능한 Sheets 제조’까지 를 포함한다.
관련 기술의 현황
State of art
◇ 담배꽁초는 국내법상 재활용 불가 폐기물로 분류되어 ‘담배꽁초 관리 및 재활용’에 대한 정부 정책이 구체적으로 마련되지 않은 상태이다.
◇ 담배꽁초에 부과되는 폐기물부담금은 1개비당 1,225원으로 국내 담배 생산자는 폐기물 부담금 납부 를 통해 폐기물 문제에 대한 책임을 면제받고 있다.
◇ 담배꽁초가 ‘100%재활용’이 가능한 자원이라는 사실이 알려지면서 담배꽁초의 수거 및 재활용 사업
이 현재 활발하게 연구·진행되고 있다. 프랑스의 경우, 국가 순환경제 목표 달성을 위한 담배꽁초 재 활용 사업을 추진하면서 1대당 1만개의 담배꽁초 수거가 가능한 담배꽁초 전용 수거함을 도심에 설 치하는 캠페인을 진행하고 있으며, 수거된 담배꽁초를 100% 재활용해 필터는 플라스틱으로 재생산 하고, 필터를 뺀 나머지 부분은 퇴비로 이용하는 사업을 적극적으로 추진하고 있다.
◇ 미국(salam시)과 호주(멜버른시)도 위와 같은 수거 및 재활용 사업을 활발히 진행하고 있다. 담배꽁초 를 이용한 절연효과가 높은 벽돌 생산 연구, 담배꽁초를 이용해 만든 아스팔트가 기존 아스팔트보다 높은 강도를 가지며 열전도 측면에서도 효과적이라는 연구결과 발표 등 관련 연구도 국제적 차원에 서 점차 확산되고 있다.
기술 로드맵
내용
특허조사
내용
특허전략
내용
관련 시장에 대한 분석
경쟁제품 조사 비교
내용
마케팅 전략
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적 및 사회적 파급효과
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
조립도
조립도
내용
조립순서
내용
부품도
내용
제어부 및 회로설계
내용
소프트웨어 설계
내용
자재소요서
내용
결과 및 평가
완료작품 소개
프로토타입 사진
내용
포스터
내용
특허출원번호 통지서
내용
개발사업비 내역서
내용
완료 작품의 평가
내용
향후평가
내용
부록
참고문헌 및 참고사이트
내용
관련특허
내용
소프트웨어 프로그램 소스
내용
