02분반 6조
env wiki
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 페트(PET) 선별 수거에 특화된 플라스틱 수거함
영문 : Plastic collection box specialized for PET selective collection
과제 팀명
이루핑
지도교수
구자용 교수님
개발기간
2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 환경공학부·과 2021890088 박**(팀장)
서울시립대학교 환경공학부·과 2021890085 김**
서울시립대학교 환경공학부·과 2021890086 나**
서울시립대학교 환경공학부·과 2021890094 정**
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
플라스틱 폐기물은 전 세계적으로 심각한 환경 문제를 야기하고 있다. 특히 PET용기의 경우, 재활용률은 높은 편이지만 고품질 원료로 재활용되는 비율은 10%에 불과하다. 이는 플라스틱 종류의 혼합 배출, 세척 부족, 그리고 비효율적인 수거 시스템에 기인한다. 한국에서는 이를 해결하기 위해 투명 PET병 분리배출 제도를 도입했지만, 현장에서는 여전히 수거함 부족, 내용물 잔여로 인한 위생 문제, 그리고 비효율적인 수거작업이 주요 장애로 작용하고 있다. 본 개발 과제는 교내뿐만 아니라 향후 공공기관 및 다중 이용시설로의 확대 적용 가능성을 염두에 두고 있으며, 지속 가능한 플라스틱 폐기물 관리 시스템 구축에 기여할 것으로 기대된다.
개발 과제의 배경
한국의 PET 재활용률에 비해 고품질 원료로 재활용되는 비율은 10%에 불과하다. 이는 다양한 종류의 플라스틱이 혼합 배출되기 때문이며, 이를 개선하기 위해 2020년부터 투명 PET병 분리배출 제도가 시행되고 있다. 그러나 교내 현장과 외부 조사 결과, 쓰레기통 용량 부족으로 인해 플라스틱 용기가 넘쳐나는 경우가 많고, 버려진 용기 내부의 잔여물로 인한 위생 문제가 지속되고 이는 실정이다. 넘쳐나는 PET는 자연과 생태계를 파괴한다. 현재 미세플라스틱으로 인한 인간 건강의 문제가 심각해지고 있는데 미세플라스틱은 공기, 물, 음식 등을 통해 인간의 몸에 유입된다. 이는 재활용되어 버려지지 못한 플라스틱 폐기물이 분해되며 환경에 방출되는 유독물질에 기인한 것으로 보인다. 또한 재활용되지 못한 플라스틱은 제조 및 소각 과정에서 다량의 온실가스를 배출하여 기후 변화에 직접적인 영향을 미치고 있다. 이에 재활용률을 높여 기후변화와 환경문제를 해결하고자 본 과제를 수행한다.
개발 과제의 목표 및 내용
본 프로젝트는 교내에서 발생하는 PET 용기를 선별적으로 세척하고 압축하는 특수 수거함을 개발하여 재활용 효율성을 높이고 위생 문제를 개선하고자 한다. 이를 위해 IoT 기술을 활용한 효율적인 관리와 마일리지 시스템 도입으로 분리배출 참여를 독려하고 위생을 개선하여 PET 처리 효율을 증대하는 것을 목표로 한다. 주로 기대되는 효과는 재활용 효율 극대를 통한 고품질 재활용 원료의 비율증대, 작업 부담 감소, 쓰레기통 주변의 오염 문제 해결 및 보건 수준 향상으로 위생환경 조성 등이 있다
관련 기술 조사
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
기술현황
내용
특허조사
1. 근적외선에 의한 플라스틱 선별 장치 (주식회사 이오니아_10-2001-0030330)
근적외선에 의한 플라스틱 선별장치에 관한 것으로, 판별하고자 하는 플라스틱의 표면에 적외선을 조사하여 반사된 적외선 광원을 분광시킨 후 적외선을 파장별 스캐닝하여 분석함으로 플라스틱을 신속 정확하게 선별/분리하도록 하는데 그 목적이 있다.
2. 컵형 용기의 세척 장치 (최칠송_10-2017-0030715)
외부 관체, 외부 관체 내부에 배치되는 중간 이동 관체, 중간 이동 관체 내부에 배치되는 상하 이동 관체, 수관이 연결되는 베이스 관체, 그리고 중간 이동 관체를 지지 하는 개폐 스프링을 포함한다. 이에 따르면, 컵형 용기와 같이 내부가 깊게 파인 식기에 깊숙이 세척 노즐이 진입 가능하여 확실하게 세척을 진행할 수 있다.
3. 폐기물 압축자이 (Waste Compressor) (한국과학기술원_10-2022-0162930)
폐기물 압축 장치에 있어서, 투입구가 마련되는 캐비닛, 캐비닛 내부에 배치되고, 폐기물을 수용하기 위한 수거함, 투입구를 개폐하는 셔터, 수거함 내부에 수용된 폐기물을 압축하는 압축 판, 압축 판에 연결되는 제1 가이드 부재, 제1 가이드 부재에 연결되고, 제1 가이드 부재를 압축 방향 또는 그 반대 방향으로 이동시키는 구동 모듈 및 셔터에 연결되고, 제1 가이드 부재의 이동에 연동하여 적어도 일부 영역에서 제1 가이드 부재와 함께 이동하며 셔터를 이동시켜 투입구를 개폐하는 연결 모듈을 포함할 수 있다.
기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
경쟁제품 조사 비교
내용
마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
사회적 기대효과
내용
경제적 기대효과
설계
개념설계안
내용
설계 사양
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
시립대 내 쓰레기통 용량 확인
- 현재 학교 내 사용되고 있는 쓰레기통을 활용하기 위해 중앙도서관 쓰레기통을 측정함.
- 측정기준(외직경): 34×34×54cm³
- 부피 계산시 57~62L(내직경~외직경)
→ 시중 판매되는 쓰레기통은 10L 단위로 판매되기에 규격에 맞는 쓰레기통들을 찾아보다가, 해당 쓰레기통은 60L임을 확인.
시립대 및 주변 상권 플라스틱(페트) 일회용 컵 발생량 조사
(1) 시립대학교 및 주변 일회용 컵 발생 카페 매출 건수 조사
- 시립대학교 내
: 2,600건/6일(학생회관) + 2,100건/6일(전농관) = 4,700건/6일 = 784건/일
- 시립대학교 외
: 300건/일 (메X커피) + 840건/일 (정문 매X드) + 400건/일 (후문 매X드)
=1,540건/일
→ 1일 총 매출건수 : 784 + 1,540 = 2,324건
→ 총 일회용컵 발생량 : 2,324건 x 1.5개/건 = 3,486개
* 이X야 커피 등의 매점은 테이크 아웃 비율이 비교적 적어 제외
* 전체 매출 중 잔의 개수는 파악이 불가능하여 1건당 1~2잔을 구매하는 비율이 높
다는 직원의 언급을 바탕으로 ‘1.5잔/건’으로 계산
(2) 일회용 플라스틱(페트) 컵 무게 및 크기 측정 및 압축 결과
- 압축 전 계산
<압축 전 컵의 1개 평균 부피 계산>
(517.86 × 0.231)+(732.9 × 0.615)+(1088.8 × 0.154) = 738.03cm³/개
<압축 전 쓰레기통 수거 가능 개수>
쓰레기통 부피 : 60L = 60,000cm³
60,000cm³ / (738.03cm³ /개) = 81.30개 = 82개
- 압축 후 계산
<압축 후 컵의 1개 평균 부피 계산>
(495.9 × 0.615)+(945.38 × 0.154)+(355.52 × 0.231) = 532.69cm³/개
<압축 후 컵의 1개 평균 부피 계산>
쓰레기통 부피 : 60L = 60,000cm³
60,000cm³ / (532.69cm³/개) = 112.63개 = 113개
- 압축 후 수거효율 계산
(82+(113-82)/82)*100% = 137.80%
즉, 압축하여 수거하게 되면, 기존 수거량보다 최소 38%(=31개) 추가 수거 가능
설계 제품의 재료 및 구성
<세척수>
- 플라스틱 컵 세척기 이용
- 압축 후 최대 가용 플라스틱 개수 이용
- 1회 세척 시 3초의 물 분사라 가정한다.
→ 111.67mL/(sec * 1개) x 3sec x 113개 x 1L/1,000mL = 37.86L = 40L
→ 세척수 통의 사이즈는 10L 단위로 판매하기에 40L 말통으로 선택한다.
<음폐수>
- 음료는 ‘매X드커피’ 아이스 아메리카노 1잔을 기준으로 설정함.
- 레시피 기준으로 에스프레소 1샷 (30mL)당 물 150mL 추가를 기준한다.
- 사이즈별 샷은 다음과 같다. S:1샷, M:2샷, L:3샷
- 사이즈별 컵 용량과 얼음양은 다음과 같다.
S:14oz (414mL), M:20oz (591mL), L:32oz (946mL)
* S 사이즈 얼음양 : 414mL - 30mL coffee - 150mL water = 234mL Ice
* M 사이즈 얼음양 : 591mL - 60mL coffee - 300mL water = 231mL Ice
* L 사이즈 얼음양 : 946mL - 90mL coffee - 450mL water = 406mL Ice
→ 음폐수 최대 발생량은 음료를 20% 남겼고 얼음 50% 남았을 때라 가정한다.
즉, 커피 1잔당 최대 음폐수는 (234mL x 0.231 x 0.5 + 180mL x 0.2) +
(231mL x 0.615 x 0.5 + 360mL x 0.2) + (406mL x 0.154 x 0.5 + 540mL x
0.2) = 349.5mL/1잔
→ 113잔 당 발생 최대 음폐수 : 349.5mL/1잔 x 113잔 x 1L/1,000mL = 39.49L
(음료를 다 마신 경우가 더 많으나 이론상 최대 저장 용량 계산을 위해 해당 값을
도출함)
<오수통 용량> - 이론상 최대 저장 용량 : 37.86L + 39.49L = 77.35L - 시판되는 물통은 10L 단위로 판매하기에 80L 물통으로 선택한다.
상세설계 내용
조립도
내용
조립순서
내용
부품도
내용
회로설계
내용
어플리케이션 제작
내용
결과 및 평가
시제품
내용
포스터
내용
개발사업비 평가 내역서
내용
완료 작품의 평가
내용
향후 계획
내용
