요리조리조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 조리사의 폐암 발병률 저하를 위한 조리실 내 조리흄 저감 시스템 설계
영문 : Design of Cooking Fume Reduction System in the Kitchen to Reduce the Morbidity of Lung Cancer of Cooks

과제 팀명

요리조리조

지도교수

박승부 교수님

개발기간

2023년 3월 ~ 2023년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 201989**** 임*원(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 201989**** 류*은

서울시립대학교 환경공학부 201989**** 박*우

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

조리사의 폐암 발병률 저하를 위한 조리실 내 조리흄 저감 시스템 설계.

개발 과제의 배경 및 효과

2021년 2월 폐암으로 사망한 급식노동자의 조리흄 장기 노출로 인한 산재 인정.
조리흄이란 기름을 사용한 요리 시 배출되는 물질로, 미세입자, 이산화탄소, 일산화탄소, 다환방향족탄화수소(PAHs), 벤젠, 알데하이드류 등의 발암물질로 구성.
세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에 따라 조리흄은 Group 2A(인체 발암 추정물질)로 분류.
교육부 조사 결과 2만 4,065명의 학교 급식종사자 중 폐암 의심 소견은 139명(0.58%)이었으며 이 중 31명이 폐암 확진 판정됨.
이에 따라 조리사에 대한 조리흄 노출을 저감하는 시스템의 고안 필요.

개발 과제의 목표 및 내용

일시적으로 고농도에 노출될 수 있는 위험요소를 파악하여 이를 방지하기 위한 시스템 도입과 조리실의 공기질을 학교보건법에서 제시하는 실내공기질 유지기준을 만족하도록 조리실 내 요소들을 설계.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

블록체인을 기반한 통합 데이터를 실시간으로 확보하여 불법 투기 되었을 경우 제품에 내장된 데이터를 통해 폐기물의 추적을 용이하게 할 수 있다.
트래킹을 통한 가시화를 통해 세부 단계마다 관리표를 작성하여 수거 과정을 수기로 관리하던 기존과 달리 데이터의 위변조 가능성을 차단한다.
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.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

신고배출 규제 및 보상제도를 적용하여 경제적 선순환 효과를 도모한다.
환경부에서 추진하는 ‘미래 발생 폐자원의 재활용 촉진 기술개발사업’의 일환으로 환경 신기술 발전에 기여한다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품 요구사항

● 현 급식실의 문제점

환기의 경우 캐노피 후드에 의한 국소배기, 창문과 출입문을 통한 자연 환기, 벽면 환풍기에 의한 전체환기가 이루어지고 있음.
국소배기 시 캐노피 후드가 작업자의 머리 위에 위치하여 오염물질이 작업자의 호흡영역을 거쳐 배기됨.
캐노피 후드의 개구면과 작업대 사이의 거리가 충분히 가깝지 않으며 후드 유량 및 흡인 속도가 적절하지 않음.
공조시설을 이용한 급기시설은 없었으며 자연 환기의 경우 외기가 유입되면 후드의 방해기류로 작용하여 배기효율을 저하함.
선풍기나 에어컨 등의 냉방기구 사용 시 후드의 방해기류로 작용.

목적계통도

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.

동대문구 인구수

동대문구 3월 전자폐기물 수거 실적

추후 설계 결과물에 대한 평가를 위하여, 데이터를 추산 할 수 있는 전자폐기물에 한하여 설계를 진행하고 이를 바탕으로 경제성 분석과 성능을 평가하도록 한다.

동대문구 폐기물 수거 업체

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.

개념설계안

전기전자 폐기물 트래킹 시스템 개발을 위해 필요한 블록체인 기술
암호화 기술

1. 해시함수

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.

2. 머클트리

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.

3. 전자서명

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.

합의 알고리즘

1. PoW

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

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.

3. BFT

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.

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.

1.이더리움

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.

2.클레이튼

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.

3.테라

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.

상세설계 내용

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.

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.

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.

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.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

프로토타입 사진

포스터

포스터

완료작품의 평가

향후계획

◇ 본 설계에서 제거 대상 물질로 선정한 CO와 미세먼지 외에 기름 연기(oil smoke)와 악취를 대상으로 연구 진행.
◇ 전체환기시스템을 통해 유입되는 공기가 조리실 내부에서 순환된 후 유출되도록 시스템 설계.
◇ 본 설계에서는 조리대가 2개인 조리실을 설계하였으나 실제 조리실에는 더 많은 조리대를 사용하므로 더 큰 규모의 조리실을 대상으로 설계.

참고문헌

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요리조리조

목차

프로젝트 개요

기술개발 과제

과제 팀명

지도교수

개발기간

구성원 소개

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

개발 과제의 배경 및 효과

개발 과제의 목표 및 내용

관련 기술의 현황

국내 기술 현황

시장상황에 대한 분석

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품 요구사항

설계 사양

개념설계안

상세설계 내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

완료작품의 평가

향후계획

참고문헌

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