| 연구개발개요 |
○ 폐플라스틱으로 인한 심각한 환경오염 및 질병 발생 문제 부각 - 전 세계에서 연간 1억 5,000만톤의 플라스틱이 생산되고 있으며, 사용 후 대부분 매립지나 바다 등에 버려지고 있음(Ref. 영국과학청) - 바다에 버려진 폐플라스틱은 남한면적(9.8만km2)의 약 16배(160만km2)이며, 연간 40만 마리 이상의 바다 포유류가 플라스틱 오염으로 죽고, 12,000~24,000톤의 미세 플라스틱이 어류 뱃속으로 들어가고 있으며, 플라스틱 제품의 환경호르몬(비스페놀 A)으로 인한 질병 발생 우려 - 2017년 7월 중국의 폐플라스틱 수입 중단 선언에 따라 한국은 폐플라스틱 수출국에서 순(純) 수입국으로 변경 됨(폐플라스틱 수입량 3.1배 증가, 수출량 약 1/3 급감) - 한국은 2017년 기준 국민 1인당 플라스틱 사용량 64.1kg (미국 50.4kg, 중국 26.73kg)으로 전체 인구수 고려 시 연간 330만톤을 사용하고 있어 세계 최대 비닐, 플라스틱 소비국 임 - 국내에서 생산되거나 국외에서 유입되는 폐플라스틱 처리를 위한 정부차원의 대책 수립 필요○ 기존 목침목 및 폐기물 처리된 PC침목의 환경오염문제 발생 - 기존 목침목은 약 10-20년만 사용할 수 있고, 크레오소트라는 유액으로 처리함에 따라 심각한 환경 및 폐기물 문제를 발생시키며, PC침목의 경우 내구연한이 약 30-50년이지만 잘 깨어지는 단점과 사용 후 폐기물로 인한 환경 문제가 발생함 - 폐플라스틱 활용 침목은 철도에서 요구하는 강도, 강성 등을 첨가 무기물의 종류 및 배합비 등으로 만족시킬 수 있어 MR(Material Recycle, 물질재활용) 분야는 물론 미래 철도산업 발전에 이바지 할 수 있음 - 플라스틱 폐필름류를 이용한 침목을 개발하여 사용할 경우, 고갈되어가고 있는 시멘트 자원을 절약할 수 있으며, 플라스틱 폐필름류를 안정적이고 환경친화적으로 처리할 수 있음. 또한, 50년 이상의 내구연한을 가지고 있으며, 사용된 폐플라스틱 침목은 파쇄하여 ER(Energy Recycle, 에너지재활용) 등을 할 수 있어 에너지 저장고 역할도 가능함○ 지속가능한 플라스틱 침목 기술 및 시험(성능인증)방법 정립 필요 - 상기 언급된 환경오염문제, 에너지재활용문제, 친환경 철도교통 구축 등을 해결하고 지향하기 위해 폐플라스틱을 활용한 지속가능한 플라스틱 침목 기술을 개발하고, 국내 철도에 적용하기 위한 시험(성능인증)방법을 정립할 필요가 있음
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| 최종목표 |
폐플라스틱 업사이클을 위한 지속가능한 철도 침목 기술 개발[정성적 목표]1. 폐플라스틱 활용 지속가능한 플라스틱 침목 제조기술 개발 - 폐플라스틱 활용 침목 재료 실내시험 및 피드백 - 지속가능한 플라스틱 침목용 재료 배합 및 제조공정 개선 - 폐플라스틱 활용 침목 최적화 설계 및 해석 - 지속가능한 플라스틱 침목 제조공정 구축 및 시제품 제작 - 폐플라스틱 활용 침목 시제품 실내시험2. 플라스틱 침목 표준화 기술 개발 - 플라스틱 침목 성능평가 시험방법(안) 수립 - 지속가능한 플라스틱 침목 표준화 추진 - 지속가능한 플라스틱 침목 Testbed 구축 및 성능인증 추진 - 지속가능한 플라스틱 침목 현장계측 및 Testbed 현장계측 결과 분석/평가[정량적 목표]1. 특허출원 및 등록 : 출원 2건, 등록 1건2. 시제품 : 2건3. 국내표준화(기고서 제출) : 성능평가방법(안) 2건, 형식승인(안) 1건4. 국내외 논문 게재 : 국외 SCI(E) 2편, 국내 2편5. 인력양성 : 공학석사 1명6. 일자리 창출 : 1명
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| 연구내용 및 범위 |
* 폐플라스틱 활용 침목 실내시험 및 표준화 기술 개발1. 폐플라스틱 활용 침목 재료 실내시험 및 피드백- 철도 침목에 요구되는 재료단위의 폐플라스틱 소재 특성(휨강도, 휨탄성계수, 종압축강도, 전단강도, 접착전단강도, 비중, 흡수량, 대못인발강도, 나사못인발강도, 전기저항 특성 등) 도출, 재료단위 시험 및 분석을 통한 도출된 소재 특성에 부합하는 폐플라스틱 소재(안) 확정2. 폐플라스틱 활용 침목 시제품 실내시험 및 성능평가 시험방법(안) 수립- 폐플라스틱 활용 침목 시제품 실내시험 및 플라스틱 침목 성능평가 시험방법(안) 수립 철도용품 성능인증절차 기반 플라스틱 침목 시제품 실내 시험/분석을 통한 구조성능 검토 및 침목 설계(안)/ 제조공정(안) 확정, 효과적인 구조 성능시험을 위한 플라스틱 침목 성능평가 시험방법(안) 제시3. 폐플라스틱 활용 침목 표준화 기술 개발- 지속가능한 플라스틱 침목 표준화 추진ISO 12856-1:2014 및 ISO 12856-2:2014 시험규격기반 폐플라스틱 침목의 적용성 및 내구성이 확보될 수 있는 친환경 플라스틱 침목 성능평가방법 표준화(KRS, KRSA) 및 철도(시설)용품 형식승인 추진, 자원재활용에 따른 경제성 분석* 폐플라스틱 재활용 기술 및 지속가능한 플라스틱 침목 제조기술 개발1. 지속가능한 플라스틱 침목용 재료 배합 및 제조공정 개선- 폐플라스틱 재활용 제조공정(폐플라스틱 원료의 분쇄와 폐플라스틱 조각의 건조 기술, 벤팅 홀과 세절 커더 기능을 가진 압출기 제작 기술) 개선 및 친환경 플라스틱 소재(폐플라스틱 및 무기질 첨가제) 배합 기술, 배합된 시험편 제공 및 피드백된 시험편에 대한 공인시험성적서 발급2. 지속가능한 플라스틱 침목 제조공정 구축 및 시제품 제작- 폐플라스틱 활용 침목 시제품 실내시험 및 플라스틱 침목 성능평가 시험방법(안) 수립 철도용품 성능인증절차 기반 플라스틱 침목 시제품 실내 시험/분석을 통한 구조성능 검토 및 침목 설계(안)/ 제조공정(안) 확정, 효과적인 구조 성능시험을 위한 플라스틱 침목 성능평가 시험방법(안) 제시3. 지속가능한 플라스틱 침목 Testbed 구축 및 성능인증 추진- 친환경 플라스틱 침목 제조공정(성형방법 최적화-보조 압출기 제작 및 압출 기간의 호환성 분석, 성형품 냉각 및 취출 기술) 구축 및 시제품 제작, 피드백된 시제품에 대한 공인시험성적서 발급* 지속가능한 플라스틱 침목 최적 설계 및 현장적용성 평가1. 폐플라스틱 활용 침목 최적화 설계 및 해석- 침목 최적화 설계(하중조건 산정, 발생응력 검토, 최적단면설계 등), 차량/궤도 상호작용을 고려한 침목의 구조적 안정성 평가- 미국, 네덜란드, 독일 등의 플라스틱 침목 관련 전문가 면담을 통한 관련 기술자료 수집2. 지속가능한 플라스틱 침목 현장적용성 사전 평가- 3차년도 Testbed 구축을 위한 예정지 현장조사 및 업무협의, 선정된 Testbed 조건을 고려한 구조해석, Testbed 구축 시 발생될 수 있는 문제점 최소화를 위한 공사시방서 작성3. 지속가능한 플라스틱 침목 현장계측 및 평가- 친환경 플라스틱 침목 성능평가를 위한 Testbed 현장계측 방법 수립, 현장계측 및 평가를 통해 한국철도시설공단 철도시설성능검증을 지원- 국내 한국철도공사, 서울교통공사, 공항철도, 한국철도시설공단, 한국철도기술연구원 등과 긴밀한 협조관계(담당자 자문위원 위촉)를 통해 개발 제품에 대한 실용화 추진
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