팀명
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2022adenv101 (토론 | 기여)님의 2022년 6월 17일 (금) 00:22 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 에슥파
영문 : ESGPA
과제 팀명
스마트 올인원 투명 페트병 분리배출함 설계
지도교수
이상철 교수님
개발기간
2022년 3월 ~ 2022년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 환경공학부 20188900** 이**(팀장)
서울시립대학교 환경공학부 20188900** 구**
서울시립대학교 환경공학부 20188900** 이**
서울시립대학교 환경공학부 20188900** 최**
서울시립대학교 환경공학부 20198900** 김**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
플라스틱 소비량은 매년 증가하고 있어 폐플라스틱 처리 및 재활용의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 투명 페트병을 재활용할 경우 품질이 우수한 상품을 생산할 수 있어 순환경제 구축에 기여할 수 있다. 따라서 본 설계에서는 투명 페트병의 효과적 분리배출을 위하여 스마트 올인원 투명 페트병 분리배출함을 설계하였다.
플라스틱 재질별로 자동 분류 및 압축하여 선별장을 거치지 않아도 되며 기계 자체 음성이나 문구를 통해 분리 배출 가이드라인을 안내하여 사람들의 인식 개선을 유도할 수 있도록 제작하였다. 동시에 시각•청각장애인도 스스로 분리배출 활동에 참여할 수 있게 하여 공익성을 갖추었다.
KS Bin은 크게 투입부와 압축부, 수거부, 음성 및 문구 출력부로 구성된다. 본 설계에 적용될 KS Bin만의 독창적인 아이디어로는 ‘적외선 센서를 이용한 플라스틱 재질 분석’, ‘투명 페트병이 올바르게 분리배출됐을 경우에만 페트병을 수거부로 밀어주는 이동판’, ‘페트병 본체, 뚜껑, 라벨 투입구의 형태 시각화’, ‘장애인의 분리배출을 용이하게 하는 음성 및 문구 출력과 점자 표기’, ‘일정 높이 이상 적재되면 가동되는 압축기’ 등이 있다. 모형 제작은 RGB 컬러센서와 초음파 거리 센서를 활용하였다.
최종적으로 투입부 작동, 수거부 작동, 공익성, 경제성 측면에서 설계 작품을 평가하고 그 과정에서 설문조사와 비용편익 분석을 진행하였다.
개발 과제의 배경
플라스틱은 사람에게 편의를 제공하며 삶의 질을 높이는 데 큰 기여를 해왔다. 그러나 난분해성인 플라스틱을 친환경적으로 처리하기 위한 방법은 재활용이 거의 유일하며 재활용되지 않은 플라스틱은 일반적으로 소각하거나 매립 처리하게 된다. 환경부 통계에 따르면 2021년 폐플라스틱 배출량은 전년대비 약 14.6%가 증가하여 폐플라스틱 처리 및 재활용에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다.
한편 환경부에서는 지난 2018년 ‘재활용 폐기물 관리 종합대책’을 마련하여 2030년까지 폐플라스틱 발생량을 50% 감축하고 재활용율을 70%까지 올리기 위해 제품의 순환 단계별 개선사항을 설정하였다. 제조 및 생산단계에서 재활용이 어려운 제품을 점진적으로 퇴출하기 위해 생수∙음료수용 페트병은 무색으로 전환하고, 라벨의 경우에는 잘 떨어지는 형태로 생산하도록 권고하고 있다. 2020년 12월 25일부터는 투명 페트병 별도 분리배출을 공동주택에서 의무화하는 정책이 시행되어 아파트 쓰레기 분리수거장에서도 투명 페트병이 분리수거되고 있다. 일반 폐 플라스틱보다 투명 페트병 쓰레기를 재활용했을 때에 품질이 우수한 상품을 생산할 수 있어 친환경적인 정책이라 평가받고 있다. 그러나 이러한 의무화 정책 시행 이후에도 일부 사람들은 달라진 분리수거 방법에 대한 정보를 잘 모르거나 분리가 번거롭다는 이유로 올바른 분리수거 방법을 따르지 않는다. 투명 페트병 수거함을 살펴보면 올바르게 분리되지 않은 페트병이 버려져 있는 것을 어렵지 않게 발견할 수 있다. 이러한 현상으로 인해 재활용품 선별장에서 투명 페트병과 다른 재질의 플라스틱을 분류하는 선별 공정을 한 번 더 거쳐야 하는 아이러니한 상황이 벌어지고 있다. 그 외에 분리배출에서의 어려움이 발생하는 이유로 장애인들에 대한 배려 부족 문제가 있다. 현재 시각장애인을 배려한 분리배출 표지제도는 미비한 상황이다. 일부 플라스틱 제품의 분리배출 표시가 양각으로 되어 있어 촉감으로 소재를 어느 정도 파악하는 것이 가능하지만, 제품마다 표시의 위치와 크기가 상이하여 시각장애인들이 이를 실질적으로 이용하기에는 어려운 상황이다. 이처럼 시각장애인들은 제도의 사각지대에 놓여있어 이들을 위한 제도적 보완이나 기술적 대책이 필요한 실정이다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해 본 설계에서는 투명 페트병의 효과적 분리배출을 위한 스마트 올인원 투명 페트병 분리배출함인 Kind & Smart Bin (이하 ‘KS Bin’)을 설계하고자 한다. 해당 분리배출함 내에서 플라스틱을 재질별로 완전히 분류 및 압축하여 선별장을 거치지 않고도 고품질의 재활용 소재를 재활용 업체에 곧바로 보낼 수 있고, 기존의 스마트 분리배출함과 달리 플라스틱을 세부 재질별로 분류한다는 점에서 독창성을 가진 설계를 진행할 것이다. 또한 분리배출이 제대로 이루어지지 않았을 때 기계 자체 음성이나 문구로 분리배출 가이드라인을 안내하여 사람들이 스스로 참여할 수 있도록 유도함과 동시에, 시각•청각장애인도 타인의 도움 없이 분리배출에 참여할 수 있어 공익성을 갖춘 설계가 될 것이다.
새로운 분리수거 정책이 도입되거나 변경되었을 시 현실로의 신속한 반영 역시 가능하다. 투명 페트병 분리배출 의무화는 2020년 12월에는 공동주택(300세대 이상), 1년 뒤인 2021년 12월에 의무관리 비대상 공동주택과 단독주택을 대상으로 실시되었다는 점과, 아직도 투명 페트병 수거함에 라벨이 부착된 페트병이 적지 않게 발견되는 점을 고려하면 정책이 시행됐다고 하더라도 전국민이 참여하기까지는 긴 기간이 소요됨을 알 수 있다. 이때 KS Bin을 도입한다면 정책의 실효성이 증가될 것이라 기대할 수 있다.
마지막으로 인건비 절약 측면에서 경제성을 확보할 수 있다. 배출함 내에서 플라스틱 선별을 완료해 배출장에서의 인건비를 줄이고, 이를 바로 재활용 업체에 보냄으로써 선별장에서의 인건비를 줄인다. 즉, KS Bin은 투명 페트병 분리배출의 정확성을 높임과 동시에 자원의 효율적 관리를 실현한, 기존 분리배출함의 똑똑한(smart) 보완책이 될 수 있을 것이며, 비장애인만을 위한 설계에 한정하는 것이 아니기에 차별 없는 공정 사회 실현에 기여하는 착한(kind) 설계로도 나아갈 수 있을 것이다.
개발 과제의 목표 및 내용
본 설계를 통해 달성하고자 하는 목표는 다음 세 가지이다.
1. 근적외선 분광법을 활용한 ‘플라스틱 스캐너’ 기술로 플라스틱 재질 분석 2. 아두이노를 활용한 음성, 문구 출력을 통해 배리어프리(barrier-free) 실현 3. 초음파 거리 측정 센서를 활용한 투명 페트병 압축 시스템 설계
본 설계에서는 시민들에게 올바른 분리배출을 유도하여 기존 재활용 선별장의 환경을 개선하고 생수병의 재활용률을 향상시킬 수 있는 KS Bin 제작 설계를 진행한다. KS Bin에 대한 설명은 다음과 같다.
가장 먼저, KS Bin 입구에 생수병이 투입되면 플라스틱 재질을 스캔한다. 이때 근적외선 분광법(NIR, Near Infrared Ray)을 활용하여 신속한 판별이 이루어지도록 한다. 근적외선 분광법(NIR, Near Infrared Ray)은 0.75 ~ 3μm 파장의 근적외선을 대상물에 조사하여 반사된 스펙트럼을 측정하는 방법으로, 시료의 두께를 조절하는 전처리 과정이 생략되어 다소 신속한 분석이 가능하다. 측정 기기에 따라 수치는 상이하지만 결론적으로 플라스틱별로 서로 다른 반사 스펙트럼을 지니고 있어 쉽게 구분할 수 있다(그림 1).
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
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
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
