Renv

프로젝트 개요

기술개발 과제

밀웜을 이용한 폐 플라스틱 분해 공정 시스템 설계

(Design of waste plastic biodegradation process system using mealworm)

과제 팀명

RENV

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 장*태(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2017890083** 김*훈

서울시립대학교 환경공학부 2014300** 조*연

서울시립대학교 환경공학부 20174300** 이*경

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 최근 늘어만 가는 플라스틱 폐기물의 양과 이를 처리하기 위한 처리 비용이 늘어가고 있는 상황에서 이를 대처하기 위하여 친환경적이고 저렴한 폐플라스틱 처리공정을 개발한다.

◇ 재활용 폐플라스틱의 수출입이 제한되고 코로나로 인한 플라스틱의 사용량이 늘면서 쌓여가는 폐플라스틱 량은 지속적으로 증가하고 있다.

◇ 플라스틱 폐기물을 선별하여 파쇄 건조 등의 일련의 과정을 거친 후 밀웜을 이용하여 처리하는 공 정을 설계한다.

◇ 밀웜 장내 박테리아가 플라스틱을 분해한다는 사실을 기반으로 현재 폐플라스틱 처리 공정을 생물학적 처리로 전환함으로써 친환경적 분해 시스템을 설계하고자 한다.

◇ 처리부산물로는 갈색거저리(성충), 밀웜(유충), 알, 허물과 배설물 등이 있으며 이는 각각 목적에 맞 게 재이용 및 재활용 한다.

◇ 밀웜 생산 공정과 병행하여 요구되는 밀웜의 양을 자체적으로 보충할 수 있는 공정이다.

개발 과제의 배경 및 효과

◇ 플라스틱 페기물의 증가

플라스틱의 내구성, 방부성 등의 편리함으로 인해 그 소비량은 급증하고 있으며 그 중 폴리스티렌의 주요 분야인 패키징 및 전자 부분이 성장하면서
PS 플라스틱의 사용량은 급속도로 증가하고 있다.
하지만, 폴리스티렌은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등보다 자연분해가 어려운 소재이며 부피가 커 수송비용이 과다하고, 소각 시 각종 유해가스가 발생하여 처분 방법이 어렵다. 더불어 중국의 폐플라스틱 수입을 중단한 여파로 미국과 일본, 유럽 주요국은 필리핀, 베트남, 인도네시아 등지로 보냈다. 최근 들어서는 상당량의 폐플라스틱을 국내로 수입하고 있어 한국이 폐플라스틱 처리장으로 전락될 우려가 높은 수준이다.

◇ 기존 폴리스티렌 처리 방법

폴리스티렌은 잉고트와 펠렛으로 재활용되는데, 재활용 배출 불가로 분류되며 품질 등급(A,B,C)이 A급이 아닌 유색, 코팅, 오염 스티로폼은 유가성이 떨어져 잘 재활용되지 않는 실정이다. 최근 5년간 폴리스티렌의 재활용률은 80.4%이며, 특히 코로나로 인해 포장재는 2~3배 증가한 데에 비해 유가하락으로 석유 원료 가격 또한 떨어져 플라스틱으로 만드는 신재생 원료가 가격 경쟁력을 잃었고 코로나19로 인해 폐플라스틱 수출이 감소되어 폐플라스틱이 그대로 쌓이게 되었다. 이로 인해 ‘쓰레기 대란’이 우려되고 있는 실정이다. 현재 이를 해결하기 위해 환경부에서 전국 11곳 창고에 공공비축을 진행하고 있다고 보도되었다. 또한 코로나로 인한 플라스틱과 비닐 사용량이 급격히 증가하여 플라스틱 처리 문제는 계속 심각해지고 있다.

◇ 기존 처리방식의 문제점

기존 폐플라스틱의 처리방식을 살펴보면 소각 처리의 경우 자원회수시설에서 열에너지 회수로 쓰이지만 다이옥신 배출 문제로 비록 다이옥신 처리 기술이 발전되었다고 하지만 여전히 자원회수시설은 기피대상 시설로 인식되어있다. 또 열분해 처리는 플라스틱 종류 별로, PET는질소 분위기하에서 약 300℃부근으로부터 분해하기 시작해 원료의 하나인 승화성 물질의 테레프탈산이 생성해, 열분해조나 배관부에 퇴적해 폐색하는 문제가 발생한다. 또, PVC 및 PET로부터 다량의 탄소의 찌꺼기를 생성하는 일도 문제를 가지고 있다.

◇ 대안의 개발

위와 같은 문제를 해결하기 위해 근본적인 처리 방식에 대한 새로운 방법을 제시할 필요가 있다. 밀웜이 플라스틱을 생분해할 수 있다는 사실을 기반으로 생물학적 처리를 시도함으로써 물리화학적 분해로 인한 환경오염 부산물을 제한하고 친환경적 처리를 할 수 있을 것이다.

개발 과제의 목표와 내용

1. 개발 과제의 목표 ◇ 밀웜을 이용하여 폐플라스틱의 생물학적 분해 제거율을 높이는 것을 목표로 한다. ◇ 최적의 조건으로 플라스틱 분해 속도를 극대화시킨다. ◇ 폴리스티렌의 공급에 대응하여 충분한 제거 속도를 유지할 수 있도록 한다. ◇ 충분한 처리량을 유지할 수 있도록 하며 설비의 규모를 최소화 할 수 있도록 한다. ◇ 기존 처리공정에 비해 더욱 경제적인 공정을 개발한다. ◇ 기존 처리공정에 비해 더욱 친환경적인 공정을 개발한다.

2. 개발 과제의 내용 ◇ 밀웜 장내 박테리아를 추출해내어 밀웜을 제외한 미생물 분해의 가능성을 확인해본다.

  → 코로나로 인해 실험실 이용이 쉽지 않아 많은 시간을 보내야 하는 미생물 실험을 따로 진행하지 
      않았고 밀웜 자체를 이용함으로써 실질적 부가가치를 창출하는 공정을 계획했다.

◇ 밀웜의 환경과 영양 조건에 따라 플라스틱의 분해 속도를 알아본다. (최적의 분해 속도에 대한 조건)

  → 밀웜 관련 논문을 참조하여 최적의 조건에서 실험한 밀웜의 분해능 자료를 이용해 설계를 진행했  
     다. 실제 밀웜으로도 분해능을 직접 알아보기 위해 질량 변화를 실험하여 비교했다.

◇ 플라스틱의 종류에 따른 밀웜의 분해 속도를 알아본다. (최적의 분해 속도에 대한 플라스틱선정)

  → 밀웜이 쉽게 분해할 수 있는 스트리폼을 주 처리 대상으로 설계를 진행했다.

◇ 각 실험한 사실을 바탕으로 효율을 유지하며 공간을 최소화 하여 공정을 설계한다. ◇ 위 생물학적 처리가 실제 공정에서 적용되었을 때 전반적인 설계 시스템을 구축해본다.

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

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

소프트웨어 프로그램 소스

내용