요기조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 음폐수 처리 적용 다회용기 회수함

영문 : Multi-use container recovery box with foodwaste treatment

과제 팀명

요기조

지도교수

이상철 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2017890063 장익수(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2017890033 박현기

서울시립대학교 환경공학부 2017890053 이재윤

서울시립대학교 환경공학부 2017890077 홍진기

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 본 설계의 목표는 1인 가구의 증가와 코로나19 사태 이후 증가한 배달 음식 문화에 따른 일회용품 사용을 근본적으로 해결할 수 있는 다회용기 사용 배달 시스템을 구축하는 것이다. 설계는 효율적인 플랫폼 운영을 위한 시스템 구축과 편리한 다회용품 수거를 위한 수거함의 기계적 설계로 구성되고 이에 따른 기본적인 장치 구조를 평면도로 나타내며, 전반적인 시스템 구상 내용을 포함한다. IoT 기반의 지역 단위의 시스템 관리체계를 통하여 용기 회수에 있어 높은 효율성과, 용기 수거함 자체에서의 음식물의 기초적인 처리를 통하여 위생적이며, 경제적으로 우수한 효과를 내고자 한다.

개발 과제의 배경

◇ 2021년 10월부터 서울시가 배달 어플리케이션과 함께 강남구를 중심으로 시범사업을 펼친 다회용기 음식 배달 사업은 총 6만 7000건의 주문건수를 기록하며 시민들에게 긍정적인 반응을 보였다. 하지만, 이러한 성과 이면에는 서울시가 지원하는 서비스가 종료된 이후엔 다회용기의 향후 수거비 등 서비스 이용료 명목의 환경부담금에 대한 우려가 있다. 때문에 본 설계에서는 다회용기의 수거를 IoT 기반의 시스템을 통해 효율적으로 관리하여 수거비를 최소화하고, 더불어 다회용기 수거함에 음식물의 기초적인 처리와 동시에 전력을 생산할 수 있는 구조를 마련하여 환경적 이익뿐 아니라 경제적 이익도 창출할 수 있도록 하고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

1. 일회용품 사용량 감소 기존 일회용기 사용의 배달 시스템을 다회용기를 통한 배달 시스템으로의 변화를 통하여 일회용품 사용량을 감소시킴으로써 이를 기반으로 하여 탄소 배출량 감소를 목표로 한다.

2. 자체 에너지 생산을 통한 제로 웨이스트 수거함 다회용기 수거함 속의 음식물 쓰레기 저장소를 통하여 재생에너지를 생산한다. 이렇게 생성된 에너지를 통하여 에너지 소비가 없는 제로 웨이스트를 목표로 한다.

3. IoT 기반의 지역단위 관리 체계 및 정부 정책과의 연계 배달의 시작부터 회수까지 전 단계에 다회용기 추적이 가능한 IoT기반의 트랙킹 시스템을 도입하여 다회용기의 미수거를 사전에 예방할 수 있게 하며, 정부의 환경 정책과 연계함으로써 해당 시스템의 활성화를 도모함으로써 탄소중립사회를 실현한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

◇ CMS 시스템 콘텐츠나 데이터 등의 다양한 리소스를 좀 더 쉽게 관리할 수 있는 일종의 웹사이트 제작 툴 시스템이다. 프론트엔드와 백엔드로 구성되는데, 프론트엔드는 사용자가 상호작용하는 부분으로 웹사이트의 시각적 구조화 및 스타일 지정이 이루어지는 방식이다. 백엔드는 웹사이트에서 새로운 콘텐츠를 게시하는데 사용되는 애플리케이션으로 콘텐츠를 CMS의 프론트 엔드에 쉽게 추가, 제작 및 게시하기 위하여 인터페이스에 액세스하여 콘텐츠를 제작한다. 이를 데이터베이스에 저장하고 웹 사이트의 프론트 엔드에 게시한다. 이 CMS시스템은 다회용기 관리 플랫폼을 설계할 때 사용 가능하며 핵심적인 기술이라기 보다는 더 쉽고 간단하게 데이터를 관리하기 위한 부가적인 기술로 분류된다.

◇ 사물인터넷(IoT) 사물들이 서로 연결된 것 혹은 사물들로 구성된 인터넷을 뜻하며 세상에 존재하는 유형 혹은 무형의 객체들이 다양한 방식으로 서로 연결되어 개별 객체들이 제공하지 못했던 새로운 서비스를 제공하는 것을 말한다. 사물인터넷의 표면적인 정의는 사물, 사람, 장소, 프로세스 등 유/무형의 사물들이 연결된 것을 의미하지만, 본질에서는 이러한 사물들이 연결되어 진일보한 새로운 서비스를 제공하는 것을 의미한다. 즉, 두 가지 이상의 사물들이 서로 연결됨으로써 개별적인 사물들이 제공하지 못했던 새로운 기능을 제공하는 것이다. 이를 다회용기 보관함에 적용하여 다회용기 배달 어플과의 연동을 통한 다회용기의 효율적인 관리를 도모할 수 있다.

◇ LTE Cat.M1 LTE 이동통신망 기반의 저전력 광역 통신기술의 표준으로 기존 사물이동통신기술보다 전력소비가 적어 전력 소비효율이 수십배 높으며 배터리 수명도 수년까지 길어져 대규모 사물인터넷에 최적화됐다는 평가를 받는다. 현재 공유모빌리티 서비스의 하나인 따릉이에 해당 이동통신망을 적용하여 운용함으로 전반적인 자전거의 관리의 효율을 높혔다. 이를 모티브로 하여 다회용기 보관함의 사물인터넷 이동통신망을 LTE Cat.M1을 기반으로 하여 다회용기의 관리 효율을 향상시킬 수 있다. ◇ 볼타전지(갈바닉전지) 자발적으로 일어나는 산화-환원 반응이 외부 회로로 연결된 전기화학 전지를 볼타 전지 혹은 갈바닉전지라 한다. 산화 반응􁉀산화 전극􁉁:𝑍𝑍𝑍𝑍(𝑠𝑠)→𝑍𝑍𝑍𝑍2+(𝑎𝑎𝑎𝑎)+2𝑒𝑒− 환원 반응􁉀환원 전극􁉁:2𝐻𝐻+(𝑎𝑎𝑎𝑎)+2𝑒𝑒−→𝐻𝐻2(𝑔𝑔) 전체 반응: 𝑍𝑍𝑍𝑍(𝑠𝑠)+2𝐻𝐻+(𝑎𝑎𝑎𝑎)→𝑍𝑍𝑍𝑍2+(𝑎𝑎𝑎𝑎)+𝐻𝐻2(𝑔𝑔) 우선 금속 아연은 자발적으로 산화되어 𝑍𝑍𝑍𝑍2+ 이온과 2개의 전자를 생성한다. 이러한 과정은 산화(oxidation) 반응으로 산화 전극(anode)에서 발생한다. 한편 구리 전극 표면에서는 전해질 속에 존재하는 2개의 수소 이온 (𝐻𝐻+)이 아연 전극의 산화 과정에서 생성된 2개의 전자를 받아 수소 기체 (𝐻𝐻2)를 발생한다. 이러한 1 .2 관련 기술의 현황 과정은 환원(reduction) 과정으로 환원 전극(cathode)에서 발생한다. 이러한 전력생산 방식을 이용 높은 산성을 띄는 음폐수를 통해 자체전력 생산을 가능하게 할 수 있다.

◇ 바이오 에탄올 음식물 쓰레기를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 기술이 많이 개발되고 있다. 대표적인 바이오 에너지로 바이오 에탄올과 바이오 메탄을 제조하는 방법이 있다. 이중 에탄올 제조의 공정으로는 통상적으로 전처리 과정, 분해 과정, 발효 공정, 정제 공정으로 구성된다. 일반적으로 미생물과 효소를 이용하여 탄수화물을 발효시켜 생산되며 탄수화물로 이루어진 음식물 쓰레기는 효모나 박테리아 등의 미생물로 발효시킬 때 에탄올이 생성된다. 생성된 에탄올에는 상당량의 물이 함유되어 물과 알코올이 가지는 비등점의 차이를 이용한 별도의 정제과정을 거쳐 에탄올을 얻을 수 있게 된다. 𝐶𝐶6𝐻𝐻12𝑂𝑂6(포도당)→2𝐶𝐶3𝐻𝐻4𝑂𝑂3→2𝐶𝐶2𝐻𝐻5𝑂𝑂𝑂 (에탄올)+2𝐶𝐶𝑂𝑂2

• 특허조사 및 특허 전략 분석

• 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

◇ 강남구 다회용기 시범사업 음식점에서 다회용기 사용 후 소비자 전달 -> 소비자 섭취 -> 다회용 가방 부착 QR 코드 접속 -> 집앞 다회용기 배출 -> 전문 세척업체 회수 -> 세척/소독 후 음식점 배달

- 장점: 일회용품 사용량 감축 가능, 소비자 QR접속 이외엔 별도 부담 없음 - 단점: 전문 세척업체 필요, 세척업체의 배달 인력 필요, 인력비를 통한 환경부담금 발생, 음식점에 다회용기 충분한 수급 불분명

• 마케팅 전략 제시

◇ SWOT 분석

● Strength(장점) - 일회용품 사용 감소를 통한 환경오염 감소 - 자체 에너지 생산을 통한 친환경 에너지 활용 증가 - 기존 다회용기 시범사업 대비 국민 참여율 증가 가능 - 정부 차원의 사업 실시로 인한 국가적 환경 관심도 증가

● Weakness(단점) - 다회용기 수거함의 제작 및 설비 필요 - 다회용기 수거함 설치를 위한 장소 및 주변 확보 필요 - 다회용기 수거함 관리를 위한 추가적 인력/인건비 필요 - 사회 구성원 및 업계 종사자들의 적극적 참여가 필수적

● Opportunities(기회) - 기존 다회용기 시범사업의 참여율, 인건비 해결 가능 - 다회용기에 대한 국민들의 수요증가 - 친환경 정책에 대한 국민들의 관심 증가

● Threats(위협) - 사회 구성원 및 업계 종사자들의 참여율에 대한 불확실성 - 다회용기 순환에 관한 구성원들의 양심적 참여에

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

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이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

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관련사업비 내역서

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

내용