미세먼지 해결해조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 비 배출 미세먼지 저감을 위한 화물차 미세먼지 집진장치 고안

영문 : A design of fine dust collecting device for trucks to reduce road re-scattering dust

과제 팀명

미세먼지 해결해조

지도교수

박승부 교수님

개발기간

2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20158900** 윤**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20158900** 이**

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 김**

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 유**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 국내 미세먼지의 주요 발생원인으로 여겨지는 차량의 배기가스는 규제 강화를 통하여 크게 줄어들 것으로 예상이 되나 관리의 사각지대에 놓인 비 배출 미세먼지의 상대적인 기여도는 오히려 점점 높아질 것으로 예측이 된다. 따라서 이를 관리할 수 있는 대책이 필수적이다.

개발 과제의 배경 및 효과

◇ 2013년 WHO(국제 보건기구)는 미세먼지를 담배, 방사선, 라돈과 같이 1군 발암물질로 지정하여 그 심각성을 전 세계에 알렸다. 미세먼지 배출원 중에서 44%를 차지하는 비산 먼지, 그 중 15%를 차지하는 도로 재비산 먼지는 자동차 배기가스, 타이어 마모, 브레이크 패드 마모 등에 의해 도로 위에 침적된 먼지가 차량의 이동에 의해 대기 중으로 재비산되는 입자상 물질로서, 자연적 성분 외에 유해한 성분을 포함하고 있어 일반 먼지에 비해서 해롭다. 또한, 타이어 마모 등으로 인해 배출된 미세먼지는 해양에서 미세 플라스틱으로 작용하며 대기 오염뿐만 아니라 해양 생태계까지 영향을 미칠 수 있다. 

◇ 2018년 결산 기준으로 미세먼지 감축량과 투입 재원을 비교해보면, 친환경 차량 보급 지원 사업은 2018년에 5,139억원이 투입되었으며, 미세먼지 감축량은 102톤이다. 따라서 미세먼지 1톤 감축을 위해 투입된 비용은 50억원으로 나타난다.

개발 과제의 목표와 내용

◇‘도로 발생 분진의 방음벽 충돌 CFD분석‘에 따르면 차량 후면부 0.3-1.0m에서 가장 높은 미세먼지 농도가 나타났다. 또한 차량 운전에 따라 차량 뒤편에 발생 분진이 필터로 유입되기 위한 충분한 기류가 발생하기에 이 점을 고려하여 비 배출 미세먼지 및 도로 재비산 먼지(이하 “도로 미세먼지”라 한다)를 저감할 수 있는 장치를 개발하고자 한다. 이를 통해 미세먼지 저감 목표 달성을 위한 새로운 방향을 제시할 수 있을 것이라 생각되며 발생원에서도 관리를 용이하게 하고 언제나 생태계의 피해를 최소화 할 수 있을 것이다.  

◇ 국회 예산정책서에서 발간한 ‘미세먼지 대응 사업 분석’ 에 따르면 전체 도로 재비산먼지 중 수도권의 도로 재비산먼지는 38.6%의 비중을 차지함에 비해 전체 도로 청소차량 중 수도권의 보유율은 64.3%로 대부분의 도로 청소차량이 수도권에 집중되어 있음을 알 수 있다. 비포장 도로가 많은 지방의 특성에 비해 한정된 지방 자치단체의 예산으로 인해 지역 간 불평등 문제가 발생할 수 있다. 재정 지원이 힘든 지방 중소도시를 보호하고 지원하기 위한 대책으로 개발 과제를 이용한다면 분진흡입청소차를 소유하지 않은 지역에서도 도로 청소 역할을 수행할 수 있어 이러한 불균형 해소에 도움을 줄 수 있을 것이다.

◇ 본 과제를 통해 우리는 미세먼지를 제어하기 위해 도로 미세먼지를 경제적이고 효과적인 방법으로 저감할 수 있는 방법을 고안하고자 한다.

관련 기술의 현황

State of art

1) 전 세계적인 기술현황

- 태국
태국 방콕 및 인근 수도권 지역의 미세먼지를 해결하기 위해 매일 오후 6시 ~ 오전 6시 도로 주변 고 수압 스프레이 분사, 도로청소 시행, 드론을 활용한 인공강우 조성 등의 방법을 이용하고 있다.  

- 핀란드
REDUST 프로젝트, 진공청소, 진공청소 + 물청소, 고압살수청소의 세 가지 방식으로 도로 청소의 효과를 조사한 결과 고압 살수 방식이 가장 효과적이었다.  

- EU
CMA+ 프로젝트에서 먼지 억제제 살포를 통한 도로 먼지 저감을 테스트한 결과 이를 사용하는 것이 고농도 PM-10 발생을 완화하고 일 평균 농도를 줄이는데 효과적인 것으로 나타났다.  

- 대만
 타이페이시의 경우 5개의 권역으로 나누어 도로청소를 수행하고 있다. 모든 도로청소 차량에는 GPS 시스템이 장착되어 효율적으로 도로청소 차량을 관리하고 있으며 진공청소차와 물살 수차를 함께 이용한다.

2) 국내 기술현황

서울시의 도로청소는 자치구가 담당하며 청소 장비는 노면청소차, 분진흡입청소차, 물청소차로 구분이 되며 도로 사정, 기상 상황에 따라 탄력적으로 운영하고 있다. 또한 용수를 이용하여 도로에 물을 분사하는 고정식 자동 살수 시스템인 클린로드 시스템이 새로운 대안으로 여러 도시에서 이용되고 있다.

기술 로드맵

특허조사 및 특허전략

관련 시장에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

마케팅 전략

◇ 초기 투자비용이 필요하지만, 한 번 차량에 부착하면 필터 교체 비용을 제외하고는 추가적인 투자가 불필요하고, 기존의 청소 차량을 대체함으로써 인건비 및 운영비를 절감할 수 있으므로 장기적인 관점에서 보면 경제적이다.

◇ 우리의 기술과 관련된 유사 특허는 다수 존재하지만, 소형화된 집진장치를 탑재한 차량은 아직 존재하지 않으므로 경쟁력을 키운다면 좋은 전략이 될 것이다.

◇ 도로 주행 중 다른 이물질이나 기상 조건에 의한 제품 손상이 우려되나 유입부 방지망 설치를 통해 보완한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 기상여건에 상관없이 도로비산미세먼지를 제거하여 국민 만족도 향상

◇ 집진장치 소형화를 통해 화물차에서 나아가 일반 승용차로 확대 가능

경제적 및 사회적 파급효과

◇ 필터의 교체 주기로 인하여 지속적인 교체 수요 발생 예정, 정수기 렌트 사업을 모델로 하여 정비소 혹은 주유소에 교체소를 설치하거나 자동차 검사 시 검사하는 것으로 의무화하여 교체용 필터로 적정주기마다 필터 교체 및 탈착 처리를 거쳐 재사용 예정으로 지속적인 수익모델을 만들어 낼 수 있다.

◇ 현재 서초구에서 시행중인 마을버스 부착 미세먼지 저감장치의 경우 한 대당 2.7kg/yr 의 미세먼  지 저감 효과, 반면 화물차에 부착하는 경우 버스보다 총 주행거리가 길 것으로 예상되어 더 많은 먼지  를 포집할 수 있을 것이라 생각된다.

◇ 정부는 발전산업, 생활, 수송으로 부문을 분리하여 다양한 정책을 펴고 있다. 그 중 수송부분을 2018년 결산 기준으로 미세먼지 감축량과 투입 재원을 비교해보면, 친환경 차량 보급 지원 사업은 2018년에 5,139억원이 투입되었으며, 미세먼지 감축량은 102톤이다. 따라서 미세먼지 1톤 감축을 위해 투입된 비용은 50억원으로 나타난다. 같은 방법으로 재생에너지 발전 비중 확대는 5억원/톤, 노선버스 CNG 교체 0.74 억원/톤, 이륜차 관리 강화 및 전기이륜차 보급 확대 63 억원/톤에 해당한다. 다른 사업에 비해 친환경 차량 보급 지원 사업과 전기이륜차 보급 확대 사업은 미세먼지 배출량 감축 비용이 높게 나타나는 것을 알 수 있다.

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

조립도

내용

조립순서

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부품도

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제어부 및 회로설계

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소프트웨어 설계

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자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

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포스터

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특허출원번호 통지서

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개발사업비 내역서

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완료 작품의 평가

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향후평가

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부록

참고문헌 및 참고사이트

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관련특허

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소프트웨어 프로그램 소스

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