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최종보고서

요약문

수정·보완 대비표

목차

1. 연구개발과제의 개요 13

1) 연구개발의 개요 13

2) 연구개발과제의 최종 목표 13

(1) 혼합형 농촌 폐비닐(종류별-HDPE, LDPE 등, 등급별-A, B, C 구분 없이 혼합상태)의 자원화 처리 13

(2) 전처리 - 1차 파쇄 14

(3) 아임계 열수 시험 운전 14

(4) 아임계 열수 효율 파악 인자 및 검사방법 14

(5) 에코플레이크의 특성 분석 - 공주대 건축학부 위탁 14

(6) 에코플레이크 사용 재활용 펠릿 시제품 제작 15

(7) 농가 자재 시제품 제작 - (주)씨에스엠 공동개발 15

3) 연구개발과제의 단계별 목표 및 내용 17

(1) 연구개발목표 17

(2) 연구개발내용 및 범위 17

4) 협약 변경 내용 22

5) 연구 목표 정리 23

2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 24

1) 주관연구기관 연구과제 수행 내용(그린환경) 24

(1) 농촌폐비닐 종류별 아임계 열수 후 반응평가(분해율, 회수율)와 에코플레이크 특성(공업분석, 발열량)파악 : 공주대 실시 24

(2) 아임계 열수반응 최적화(분해율, 회수율, 에코플레이크 특성 파악) 25

(3) 실증급 시설 실험 3000L x 2, 일 5톤 처리 27

(4) 에코플레이크 시제품 제조 36

(5) 재활용 펠릿 시제품 제조 38

(6) 농촌폐비닐 유래 에코플레이크 및 펠릿 특허출원 47

(7) 농촌폐비닐 재활용 처리기술 학회발표 48

(8) 재활용 펠릿 녹색제품인증 : 신청 중 48

(9) 농촌폐비닐 처리기술 녹색기술인증 49

(10) 지역혁신협의체 회의 49

(11) 주민만족도 조사(2차) 49

(12) 재활용 펠릿 실증 생산 50

(13) 차막이용 경계블럭 시제품 생산 51

(14) 영농폐비닐 시범수거 52

(15) 폐비닐 아임계 열수처리 경제성 분석 52

2) 공동연구개발기관 연구과제 수행 내용(씨에스엠) 54

3) 공동연구개발기관 연구과제 수행 내용(공주대학교) 78

(1) 아임계 열수반응 효율 평가(분해율, 회수율) 78

(2) 에코플레이크 시제품 특성 평가 90

(3) 3000L급 배출 에코분말(플레이크와 파우더) 시제품 특성 평가 92

(2) 재활용 펠릿 시제품 적합성 평가 100

(4) 폐비닐 아임계열수 배출된 파우더를 원료로 만든 카스토퍼의 테스트베드 구축 102

3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 103

1) 연구수행 결과 103

(1) 정성적 연구개발성과 103

(2) 정량적 연구개발성과 103

(3) 세부 정량적 연구개발성과 105

(4) 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 109

2) 목표 달성 수준 110

4. 목표 미달 시 원인분석 114

1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 114

2) 자체 보완활동 114

3) 연구개발 과정의 성실성 114

5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 114

6. 연구개발성과의 관리 및 활용계획 115

1) 연구성과 총괄 115

2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 116

별첨 자료 117

[뒷표지] 118

표목차

표 1. 예상 수거료 13

표 2. 수거율 제고 효과 13

표 3. 특성 측정 품질 항목 목표 14

표 4. 아임계열수 반응평가 24

표 5. 플레이크 물성분석 24

표 6. 재활용 펠릿 물성분석[MI : at 190℃, 2.16kg] 24

표 7. 아임계열수 예열조건 25

표 8. 아임계열수 예열실험 결과 25

표 9. 아임계열수 압력실험 조건 26

표 10. 아임계열수 압력실험 결과 26

표 11. 아임계열수 유지시간 실험 27

표 12. 아임계 열수 실험 가스측정 결과 29

표 13. 아임계 열수 물질 수지 32

표 14. 유동성 실험 시료 종류 37

표 15. 에코플레이크 물성조사(화학적 물성 : 한국화학융합시험연구원) 41

표 16. 인장강도 시험 결과 44

표 17. 신장률 시험 결과 44

표 18. 용융지수 45

표 19. 신재 물성치(롯데케미칼 제품) 45

표 20. 물성치 목표(KS M 3842-2종) 46

표 21. 인장강도 46

표 22. 신장률 46

표 23. 용융지수 47

표 24. 실증생산 재활용 펠릿 물성치 50

표 25. 에코 분말 파우더 토사 및 회분 함량 55

표 26. 에코 파우더의 입도별 토사 및 회분 함량 56

표 27. 에코파우더 비중 분리 실험계획 57

표 28. 에코파우더 비중 분리 실험 결과 58

표 29. 에코파우더 비중 분리 실험계획 59

표 30. 에코파우더 비중 분리 실험 결과 60

표 31. 물리적 충격 가공 전, 후 입자 크기별 회분량 61

표 32. 신재 산출표 61

표 33. 에코 파우더 혼입 플라스틱의 물성 평가 62

표 34. 에코파우더 혼입 플라스틱의 굴곡강도 평가 63

표 35. 회분 함량별 재생 플라스틱 특성 검토 실험 계획 63

표 36. 회분 함량별 재생 플라스틱 특성 검토 실험 결과 64

표 37. 신재 및 재생 PE와 에코 파우더 회분 함량에 따른 비율 65

표 38. 재생 PE와 에코 파우더 혼합 비율별 특성 검토 65

표 39. 최적 배합 선정을 위한 설헙 계획 67

표 40. 최적 배합 선정을 위한 설헙 계획 67

표 41. GR M 3080 재활용 플라스틱 논두렁 보호구 품질 규정 및 연구개발 목표 68

표 42. GR M 3080 재활용 플라스틱 논두렁 보호구 평가 결과 70

표 43. 재활용 플라스틱 우수재활용 표준 품목 73

표 44. 단가별 자재 인도 조건 비교표 73

표 45. 재활용 플라스틱 차막이용 경계블록 조달 등록 업체 목록 73

표 46. 재활용 플라스틱 차막이용 경계블록 지역 및 업체 현황 74

표 47. 재활용 플라스틱 차막이용 경계블록 공공주택시장 시장성 평가 및 산출 근거 75

표 48. 재활용 플라스틱 차막이용 경계블록 비주거 건축시장 시장성 평가 및 산출 근거 75

표 49. GR M 3016 재활용 플라스틱 차막이용 경계블록 평가 결과 76

표 50. 직교배열법에 의한 실험계획 78

표 51. 아임계 열수 처리 후 배출 생성물의 측정항목 79

표 52. 분해율 측정 결과 80

표 53. 압력에 따른 반응조 내부의 온도 범위 82

표 54. 1.6 MPa에서 1.9, 2.2 MPa까지 필요한 용수량과 에너지 사용량 84

표 55. 1.6, 1.9 MPa 조건에서 유지 시간에 따른 용수량 및 에너지 사용량 84

표 56. 예열온도에 따른 1.6 MPa 도달까지 시간-압력 85

표 57. 아임계 열수 처리 후 플레이크 87

표 58. [플레이크 물성 분석] 91

표 59. 인장강도 시편 규격 92

표 60. [KS M 3842 플라스틱 재활용 성형 재료_폴리에틸렌(PE) 품질 기준] 93

표 61. 인장강도 측정 결과 94

표 62. 연신율 측정 결과 95

표 63. 밀도 측정 결과 96

표 64. 용융흐름지수 측정 결과 97

표 65. 에코플레이크 대체율에 따른 물성 결과 99

표 66. 유해물질 분석 결과 101

그림목차

그림 1. GR M 3089 논두렁 보호구 15

그림 2. GR M 3016 차막이용 경계블럭 16

그림 3. 200ℓ 급 아임계 열수장치 18

그림 4. 건조장치(左), 비중선별기(友) 18

그림 5. 제품 제작 과정 19

그림 6. 재활용 펠릿 시제품 특성평가 시험 장비 21

그림 7. SEM 조직 관찰 21

그림 8. DTA/TGA 분석 결과 25

그림 9. 아임계열수 예열실험 반응물 26

그림 10. 아임계열수 압력실험 반응물 26

그림 11. 200ℓ급 아임계 열수장치 27

그림 12. 3,000ℓ급 아임계 열수장치 개조 28

그림 13. 영농폐비닐 수거 현장 사진 전경 28

그림 14. 아임계열수 가스 측정 29

그림 15. 악취측정(한국산업 공해연구소) 30

그림 16. 악취 측정 결과 30

그림 17. 미세먼지 측정(신성환경) 31

그림 18. 미세먼지 측정 결과 31

그림 19. 아임계 열수 후 겉보기 밀도 측정 33

그림 20. 폐비닐 겉보기 밀도 측정 33

그림 21. 분해율 34

그림 22. 20231010 작업조건 압력 차트 34

그림 23. 20231010 작업조건 온도 차트 35

그림 24. LPG 사용량 35

그림 25. 에코플레이크 회분측정결과(한국화학융합시험연구원) 36

그림 26. 유동성 실험 결과 37

그림 27. rPE 유동성 실험 결과 38

그림 28. rPE+30%에코플레이크(왼), rPE only(오)유동성 실험 결과 38

그림 29. 에코플레이크 압출실험(중국PURUI사) 39

그림 30. 에코플레이크만 사용 재활용펠릿 인장시험 39

그림 31. 에코플레이크만 사용 재활용펠릿 충격시험 39

그림 32. 에코플레이크만 사용 재활용펠릿 용융지수 시험 40

그림 33. 에코플레이크만 사용 재활용펠릿 용융지수 시험 40

그림 34. 에코플레이크 물성 공인시험성적서(한국화학융합시험연구원) 41

그림 35. 시편 사진 41

그림 36. 인장강도, 연신율 시험 결과 41

그림 37. 충격시험 결과 42

그림 38. 용융흐름지수 결과 42

그림 39. 혼합 에코플레이크 고온거동 실험(공주대 고분자학과) 43

그림 40. 혼합 재활용 펠릿 생산공정도 43

그림 41. 혼합 재활용 펠릿 생산공정도해[LDPE, HDPE + 에코플레이크 펠릿 생산] 43

그림 42. 혼합 재활용 펠릿 물성치 조사 시편 44

그림 43. 인장강도 결과 그래프 44

그림 44. 신장률 결과 그래프 44

그림 45. 용융지수 결과 그래프 45

그림 46. 원료 종류별 펠릿 45

그림 47. 펠릿 종류별 시편 45

그림 48. 물성치 시편(시험 후 상태) 46

그림 49. 인장강도 결과 그래프 46

그림 50. 신장률 결과 그래프 46

그림 51. 혼합 펠릿 공인시험성적서 47

그림 52. 특허출원 47

그림 53. 논문접수 확인서(농촌 폐비닐 활용율 제고를 위한 수열합성 생성물인 에코파우더의 기초물성 평가] 48

그림 54. 재활용 플라스틱 펠릿 녹색제품인증 신청 내역 48

그림 55. 녹색기술인증서(아임계 열수기술을 이용한 혼합 폐플라스틱 종말품의 자원화 처리기술) 49

그림 56. 지역혁신 협의회 전경 사진 49

그림 57. 주민만족도 조사 설문지 50

그림 58. 재활용 펠릿 실증 생산 50

그림 59. 차막이용 경계블록 실증 생산 전경 51

그림 60. 차막이용 경계블록 공인시험성적서 51

그림 61. 영농 폐비닐 시범 수거 사진 전경 52

그림 62. 아임계 열수 처리 후 에코분말(Bulk 상태) 54

그림 63. 크기별 에코 분말의 형태 55

그림 64. 회분 함량 분석을 위한 에코 분말 전기로 가열 전후 상태 55

그림 65. 입도별 회분 함량 검토 55

그림 66. 850㎛ 분리 후 에코 분말 Powder 56

그림 67. 에코분말 파우더 선별 프로세스 57

그림 68. 입자 크기에 따른 에코분말 파우더의 토사 및 회분 함량 58

그림 69. 입자 크기에 따른 에코분말 파우더의 분리 효과 60

그림 70. 물리적 가공 후 입형의 변화 60

그림 71. 물리 가공 후 에코파우더의 회분 함량 변화 61

그림 72. 에코 분말 파우더 혼입율에 다른 응력-변형률 선도 62

그림 73. 에코 분말 파우더를 혼입한 재활용 플라스틱의 굵곡강도(휨강도-응력) 63

그림 74. 회분 함량별 재생 플라스틱 특성 검토 실험 결과 64

그림 75. 재생 PE와 에코 파우더 혼합 비율별 실험 결과 66

그림 76. 시험용 시험체 제작 도면 69

그림 77. 시험체 제작 전경 및 제자 조건, 제작 완료 시험체 시편 69

그림 78. 시험체 제작 관련 구두 설문조사 내용 70

그림 79. GR M 3080 재활용 플라스틱 논두렁 보호구 시험 시편 공인시험성적서 70

그림 80. 논두렁 보호구 시제품 제작을 위한 몰드 및 1/10 Scale 시제품 71

그림 81. 정부 조달 논두렁 보호구 입찰 공고 현황(2009년 1건 외 현재까지 없음) 72

그림 82. 기타 논두렁 공사 관련 입찰 공고 현황 72

그림 83. 정부 및 지자체 주택공급 계획 76

그림 84. GR M 3016 재활용 플라스틱 차막이용 경계블록 시험 시편 공인시험성적서 77

그림 85. 200L급 아임계 열수 장치 79

그림 86. 분해율 측정 80

그림 87. 분해율 측정 결과 81

그림 88. 분해율에 대한 반응조건별 분산분석 81

그림 89. 압력에 따른 열수 과정 및 아임계 열수 최적화 조건 검토 영역 82

그림 90. 아임계 열수 공정 중 시간에 따른 온도, 압력(예열온도 100℃) 83

그림 91. 1.6 MPa에서 1.9, 2.2 MPa까지 필요한 에너지 사용량 84

그림 92. 1.6, 1.9 MPa 조건에서 유지시간에 따른 용수량 및 에너지 사용량 85

그림 93. 예열온도에 따른 1.6 MPa 도달까지 시간-압력 85

그림 94. 예열온도 100℃ 도달 후 폐비닐 투입 전 86

그림 95. 압력조건별 배출된 Flake와 Powder 86

그림 96. 아임계 열수 처리 후 플레이크 87

그림 97. 회분(Ash Content) 및 휘발분(Volatile Matter) 측정 결과 88

그림 98. 저위발열량 측정 결과 88

그림 99. 염소함량 측정 결과 89

그림 100. 열중량분석 결과 90

그림 101. Flake 회분의 XRD 측정 결과 91

그림 102. 분석 시료 92

그림 103. 인장강도 측정 결과 94

그림 104. 연신율 측정 결과 95

그림 105. 밀도 측정 결과 96

그림 106. 용융흐름지수 측정 결과 97

그림 107. 에코플레이크 10, 20% 사용한 nEHD, nELD 물성 결과 98

그림 108. SEM 조직관찰을 통한 에코플레이크와 PE 분쇄칩간의 결합력 관찰 100

그림 109. 카스토퍼 설치사진 102