음식물류 폐기물의 환경성분석(전과정평가)가. 목적 및 범위 정의환경성 분석에서 전과정평가 (LCA, Life Cycle Assessment) 기법을 활용하여 환경에 부담을 가장 많이 주는 방법이 어떤 처리방법인지 확인하는데 분석범위는 처리공정으로 한정한다. 이를 통해 유기성폐기물 자원화 방법별 환경영향의 크기를 확인한다. 환경성 분석 기준은 각 처리방법별 자원고갈, 지구온난화, 오존층파괴, 산성화, 부영양화, 광화학산화물생성, 인간독성, 생태독성 등 모두 8개 영향범주(impact category)를 고려한다.(1) 연구 범위㉮ 기능 및 기능단위본 연구의 대상 시스템은 ‘유기성 폐기물의 처리공정’으로, 기능은 ‘유기성 폐기물의 처리’, 기능단위는 ‘유기성 폐기물 1kg의 처리’로 정의하였으며, 데이터 계산의 기준이 되는 기준흐름은 ‘유기성 폐기물 1kg’이다.㉯ 환경성 평가 대상 공정㉰ 자료의 범주구분소각공정 내부소각공정 외부시간적 범위2004년가능한 최신 데이터베이스공간적 범위한국대상업체에서 사용하는 물질 및 에너지의 생산지 데이터기술적 범위각 대상시스템best available technology㉱ 영향범주 및 영향평가 방법론전과정 영향평가는 자연과학적 인과관계에 따른 정량적 평가를 가장 큰 특징으로 하기 때문에, 정량화하기 어렵고 원인물질과 환경영향 간의 인과관계가 불명확한 경우 환경 영향이 과소평가되기 쉽다. 자원고갈, 지구온난화, 오존층파괴, 산성화, 부영양화, 광화학산화물생성, 인간독성, 생태독성 등 모두 8개 영향범주를 고려하였으며, 결과값으로는 특성화와 가중화 단계 데이터를 사용하였다.㉲ 가정 및 제한 사항처리시설의 건축, 토목, 기계 설비 및 인프라 관련 환경부하는 데이터 부재로 고려하지 않는다. 처리공정에서 선별된 잔재물의 처리에 따른 환경부하는 고려하지 않는다. 유기성 폐기물처리공정에서 생산된 사료, 퇴비 및 메탄 등 부산물로 인한 환경영향 회피효과(avoided impact)는 원칙적으로 고려하지 않는다.나. 전과정 목록 분석(1) 평가대상 유기성 폐기물 처리사업처리방법공정 특성음식물류 폐기물건식사료화파쇄, 선별, 탈수, 건조호기성퇴비화혼합, 발효(공기공급 및 교반)메탄화파쇄, 선별, 혐기성소화, 바이오가스처리(2) 전과정 목록표전과정 목록분석은 연구의 목적 및 범위정의에서 정의한 내용을 토대로 데이터를 수집하고 이를 객관적, 과학적으로 분석 계산하여 정량적인 투입 산출물 목록을 구축하는 단계로 ISO 14041의 절차에 준하여 수행하였다. 데이터 수집은 범위정의 단계에서 정의한 바 대로 대상업체 내부와 외부로 구분하여 수행하였으며, 각 대상시스템별로 2004년 연간 데이터를 기준으로 투입산출물 목록표를 작성한 후, 기준흐름인 유기성 폐기물 1kg을 기준으로 데이터들을 환산하여 처리방법별 gate-to-gate 목록표를 완성하였다. 기능단위별로 구축한 gate-to-gate 목록표 중 기술계로 투입되거나 산출되는 항목에 대해 상위 및 하위흐름 데이터베이스를 연결하여 전과정목록표(Life Cycle Inventory, LCI)를 작성하였다.다. 전과정영향평가(1) 음식물류 폐기물 자원화 사업전과정영향평가값은 대상시스템의 잠재적 환경영향을 의미하기 때문에 수치가 클수록 환경에 미치는 영향도 크므로 환경성은 저하된다. 두 영향범주가 거의 대부분의 환경영향을 차지하는 것으로 나타났다.
음식물류 폐기물 시스템체계, 자원화 기술 및 제품(1) 자원화 수요처별 서로 연계처리자원화 방법별, 또는 자원화 수요처별로 서로 연계하여 처리의 합리화를 기회로, 수요처에 대한 불안을 해소할 필요성이 있으며, 대도시의 경우 자원화 시설의 부지 확보 등이 어려울 경우 인근 중·소도시나 농·축산지와 연계시스템을 구축하여 자원화 할 수 있다. 이 경우에는 대도시에서 인근 중소도시 또는 농축산지에 자원화 시설의 설치비 또는 운영비 등의 경제적인 지원방안 마련과 함께 고른 성상의 자원 공급이 수반되어야 한다.(2) 바이오 이용기술 활용방안 강구사료나 퇴비 이외에 기타 유용자원을 회수할 수 있도록 자원화 방법을 다양화할 필요가 있으며, 선진외국기술에 대한 지속적인 평가 및 그 보급방안에 대한 연구뿐만 아니라 국내실정에 적합한 독자적인 연구개발이 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다. 연료화 방식으로 불리우는 혐기성 퇴비화의 경우 자원화 생성물과 바이오가스를 활용할 수 있으며, 비교적 분리배출기준이 엄격할 필요가 없다. 생산된 바이오가스의 수율을 향상시킬 수 있는 기술, 바이오 이용기술, 생산된 슬러지의 재활용 면에서는 지속적인 연구개발이 필요하다.하수처리장 연계처리의 경우, 현재는 자원화 생성물의 유효적 이용이라는 관점보다는 처리에 중점을 두고 있어 지속적인 기술검증 및 연구개발이 필요하며, 자원으로서의 가치가 불충분한 음식물류 폐기물에 대해서는 생물학적 안정화방법을 최종처분(매립)의 한 방안으로 포함시키는 개념의 도입도 필요하고, 음식물류 폐기물로부터 생성된 가스의 이용방안에 대해 앞으로 정부는 자원화 지원정책의 우선순위를 두고 국고 보조율을 현재 30%에서 40-70%로 대폭 예산지원을 높여 혐기성 소화 처리를 위한 기술개발과 투자가 증대되도록 적극 지원해야 할 것이다.(3) 공공 · 민간시설의 가동률 향상이물질 선별기술은 최근 파쇄 및 분쇄가 동시에 가능한 복합형 처리설비가 개발되고 있지만 이물질에 유기성분(음식물류 폐기물) 함량을 줄이고, 이물질 선별효율은 극대화할 수 있도록 하는 시설개발이 필요하고, 이물질 선별효율을 높이고, 시설투자비 및 운영비용을 최소화할 수 있는 악취 제어기술 개발이 필요하다. 또한, 중장기적으로 혐기성 퇴비화 등에서 배출되는 바이오 가스의 경우 이동식시설에 옮겨 담는 것과 천연가스 자동차에 직접이용 및 연료전지로의 활용방안에 관한 연구가 필요하다. 현재 재활용률이 낮은 지자체의 경우, 우선적으로 시설의 가동률을 향상시킬 수 있는 방안을 강구하여야 한다. 음식물류 폐기물 처리시설 현황에서 나타난 바와 같이 2003년말 기준시설 수 262개소, 시설용량 9,815톤/일 규모로 가동률이 57%중 공공시설 82%, 민간시설이 47%로 매우 낮은 수준에 머물고 있다. 가동률을 향상시키기 위해서는 단순히 반입물량을 증가시킬 것이 아니라, 자원화시설의 처리율, 자원화 생성물의 회수율, 자원화 생성물의 이용률을 모두 향상시켜 궁극적으로 자원화시설의 가동률을 향상시킬 수 있는 방안을 시급히 마련하여야 한다.(4) 자원화 생성물의 유통체계 개선음식물류 폐기물을 자원화 하는데 있어서, 정부는 각 지자체의 사정과 음식물 수거지역에 따른 음식물류 폐기물의 질, 부지선정 그리고 생산된 생성물들의 소비를 위한 유통체계 등 다양한 각도로 접근해야 한다. 예를 들면, 호기성퇴비화의 경우, 넓은 부지면적을 필요로 하므로 도시보다 농촌에 설치하고, 혐기성퇴비화의 경우 생산된 생물가스의 이용이 용이하도록 도시근교에 위치하는 것이 좋고, 또한 부가가치가 높은 순서대로 버섯재배, 가금류 사육, 습식 사료화, 지렁이퇴비화 및 사료퇴비화는 농가에서 직접 운영하여 이익을 극대화하는 것이 효율적이다. 건식사료화의 경우 음식물을 자원화 하는데 있어서 가장 작은 부지면적을 필요로 하므로 도시 내에 위치하여 생산된 건식사료를 농가에 유통시키는 체제가 바람직하다. 또한, 자원화 생성물의 유통체계를 개선하여 자원화 생성물의 이동성을 높이는 방안을 강구하여야 한다. 유기순환자원이 투명하게 순환될 수 있는 체계를 구축하여 자원화 생성물의 이동률을 향상시키기 위해서는 음식물류 폐기물 배출자와 재활용자는 자원화 생성물을 이동하여 제조된 농축산물을 구매하는 원배출자간의 유기적인 정보공유체제를 구축하여야 한다.
훅의 법칙Ⅰ.실험 목적 및 배경이론-실험 목적● 용수철의 늘어나는 길이와 작용하는 힘의 관계를 이해한다.● 용수철 상수의 의미를 이해한다.● 용수철이 직렬과 병렬로 연결 될 때 등가용수철상수를 구한다.-배경 및 이론● 용수철에 힘을 가했을 때 용수철이 늘어나는 길이,x는 힘의 크기에 비례하며 다음 식과 같이 나타난다.F _{s} =-kx● 위의 식에서F _{s}는 용수철이 작용하는 힘을 의미하며 복원력이라고도 불린다.k는 비례상수로서, 용수철 상수라 한다.● 복원력과 용수철의 늘어나는 길이와의 이러한 비례관계는 이를 발견한 훅(Robert Hooke)의 이름을 따서 훅의 법칙(Hooke‘s law)이라 불린다.● 위 식에서 음의 부호는 용수철의 힘이 항상 평형 점을 향한다는 것을 나타낸다. 즉, 용수철은 언제나 용수철 끝 점의 변위와 반대되는 방향으로 힘을 작용해서 용수철의 끝을 언제나 원래의 위치로 되돌리려 한다.만약,x가 양의 값을 가지면 힘은 음의 값이 되어x=0인 점을 향하게 한다.● 용수철 상수k의 값은 용수철의 제작방법, 구성성분, 선의 굵기 등에 의해 결정된다. 유연한 용수철의 경우는k가 작은 값이며, 강한 용수철의 경우는k의 값이 크다.● 두 개의 용수철을 직렬로 연결한 경우, 두 용수철에 대한 등가 용수철 상수(k _{eq})는 다음과 같이 구할 수 있다.{1} over {k _{eq}} = {1} over {k _{1}} + {1} over {k _{2}}● 두 개의 용수철을 병렬로 연결한 경우, 두 용수철에 대한 등가 용수철 상수(k _{eq})는 다음과 같이 구할 수 있다.k _{eq} =k _{1} +k _{2}Ⅱ.실험내용(실험조건 및 순서)-실험조건이 실험에서는 회전운동 센서, 힘 센서, 액세서리 받침대, 역힉 카트, 역학트랙, 용수철, 줄이 필요하다.-실험순서1. Interface를 컴퓨터에 연결하고, Interface와 컴퓨터를 켠다2. PASCO capstone를 실행하고, 힘 센서를 채널A에 연결한다.3. 회전운동 센서는 디지털 채널1에 연결한다. 회전운동센서는 설정을 클릭해서 Linear Accessory에서 Large Pulley로 설정한다.4. Graph를 클릭하여x축은 Position(m),y축은 Force(N)으로 선택한다.5. 회전운동 센서와 힘 센서를 그림과 같이 트랙의 양쪽 끝에 설치한다. 이 때 카트에 연결된 실은 트랙과 평행하게 되도록 회전운동 센서 도르래의 높이를 조절한다.6. 실제 측정 시 용수철을 잡아당기는 실은 회전운동 센서의 큰 도르래의 홈에 걸어서 당겨준다.7. 측정을 하기 앞서 각각의 측정 전에는 항상 힘 센서의 영점(Tare)버튼을 눌러 그 값이 ‘0’이 되게 한다. 이 떄 힘 센서의 고리부분에 힘이 가해지지 않도록 한 상태에서 영점 버튼을 누른다.8. 용수철이 조금 당겨진 상태에서 Record버튼을 눌러 측정을 시작한다.9. 그래프가 나타나면 직선의 기울기를 구하기 위해 Fit 기능을 실행한다.10. 두 개의 용수철을 직렬 또는 병렬 연결한 후 과정을 반복한다.11. 위에서 행한 각 실험에 관하여 다음과 같이 표를 작성하여 실험적으로 구한 용수철 상수와 계산에 의해 구한 등가용수철 상수를 서로 비교해본다.Ⅲ.실험결과항목용수철 상수(k)등가용수철상수기울기(실험값)%차이용수철이 하나일 때k _{1}3.45k _{2}3.46두 개의 용수철을 직렬로 연결1.731.804.046두 개의 용수철을 병렬로 연결6.916.811.447Ⅳ.고찰그래프를 보면 힘이 증가할수록 용수철의 길이가 증가한다는 것을 알수있다. 용수철 상수가 각각 3.45, 3.46일 때, 직렬로 연결했을 때는 용수철 상수가{1} over {3.45} + {1} over {3.46} =1.73로{1} over {2}만큼 줄어든다. 병렬로 연결했을 때는 용수철 상수가
옴의 법칙Ⅰ.실험 목적 및 배경이론-실험 목적● 옴성 저항과 비옴성 저항을 이해하고 구분한다.● 전압 전류 관계를 옴의 법칙을 통하여 이해하고 설명한다.● 옴의 법칙을 이용하여 회로의 저항을 구하고 회로에서 저항들이 직렬과 병렬로 연결 될 때 등가저항을 구한다,.-배경 및 이론● 전위차,DELTA V가 도체 양단에 가해 질 때 전류(I)의 세기는 전위차에 비례한다.I` PROPTO DELTA V● 일반적으로 옴의 법칙은 아래와 같이 정의 된다.V`=`IR● 일반적으로 많은 물질들 특히 대 부분의 금속들은 옴의 법칙을 따른다. 이러한 물질들을 옴성(ohmic)물질이라고 하며 전류-전압(I-V)그래프에서 선형적으로 증가하는 특성을 보여준다. 옴의 법칙이 적용 되지 않는 물질을 비옴성(non-ohmic)물질이라고 하며 전압 혹은 전류값에 따라 저항이 바뀐다. 비옴성 물질의 전류-전압 곡선은 비선형적으로 증가하는 특성을 보인다.● 두 개 이상의 저항들이 끝과 끝이 연결되어 있는 경우를 직렬(series)로 연결되었다고 한다. 직렬연결에서 두 저항을 통하여 흐르는 전류는 같다. 직렬로 연결된 두 저항은 등가 저항(R _{eq} )`로 바꿀 수 있다. 직렬연결의 등가 저항은 아래와 같이 구 할 수 있다.R _{eq} `=`R _{1} `+`R _{2}● 병렬(Parallel) 연결은 두 개 이상의 저항들이 저항 한 쪽이 한 묶음으로 연결되고 다른 한쪽도 한 묶음으로 연결된 것이다. 병렬 연결에서 각 저항 양단의 전위차는 회로의 전위차와 동일하다. 병렬연결의 등가 저항은 아래와 같이 구 할 수 있다.{1} over {R _{eq}} =` {1} over {R _{1}} `+` {1} over {R _{2}}● 일반적으로 저항기의 값은 그림과 같이 저항기에 그려져 있는 여러색깔의 띠들을 통하여 알 수 있다.Ⅱ.실험내용(실험조건 및 순서)-실험조건AC/DC 전기 실험 회로 판, 전압센서 3개, 저항기(100 OMEGA ,`330 OMEGA ), 바나나 플러그 패치 코드, 5인치 납선이 실험에서 필요하다.-실험순서1. Interface를 컴퓨터에 연결하고, Interface와 컴퓨터를 켠다.2. PASCO capstone를 실행하고, 채널A에 전압센서를 연결하고, 바나나 플러그 패치 코드를 Output Jack에 연결한다.3. hardware setup을 클릭한 다음, 채널A를 클릭해서 Voltage sensor를 연결한다.4. Output current를 클릭한 다음, signal generator설정 창에서 파형은 Triangle Wave를 선택하고, 진폭은 3.0V 주파수는 60Hz로 설정한다.5. scope를 더블클릭하여 x축은 Output current, y축은 Voltage로 선택한다.6. AC/DC 전기 회로 실험 판의 전원과 연결된 두 스프링에100 OMEGA 짜리 저항기를 놓는다. 그리고 Output Jack에 연결된 붉은 색과 검은색 바나나 플러그 패치 코드를 AC/DC 전기 회로판의 좌측 하단의 양 단자에 연결한다.7. Record버튼을 클릭하여 측정을 시작한다.100 OMEGA 8. 저항기 대신330 OMEGA 저항기를 AC/DC 전기 회로 실험 회로 판에 위치시킨 후 실험을 반복한다.9. 저항의 직렬연결을 실험하기 위해서100 OMEGA 저항기와330 OMEGA 저항기를 직렬로 연결한 후 위의 실험을 반복한다.10. 저항의 병렬연결을 실험하기 위해서100 OMEGA 저항기와330 OMEGA 저항기를 병렬로 연결한 후 위의 실험을 반복한다.11. 저항의 직병렬연결을 실험하기 위해서330 OMEGA 저항기와330 OMEGA 저항기를 병렬로 연결하고100 OMEGA 저항기를 직렬로 연결한 후 위의 실험을 반복한다.Ⅲ.실험결과이론값:100 OMEGA 실험값:95.87 OMEGA 오차:4.13%이론값:330 OMEGA 실험값:319.14 OMEGA오차:3.29%이론값:430 OMEGA 실험값:428 OMEGA 오차:0.46%이론값:76.74 OMEGA 실험값:73.5 OMEGA 오차:4.22%이론값:265 OMEGA 실험값:254.27 OMEGA 오차:4.05%Ⅳ.고찰옴의 법칙,V`=`IR의 식으로 보아 전류가 커지면 전압이 커지는 것을 알 수 있다. 그래서 전류와 전압은 비례관계로 볼 수 있다. 옴의 법칙을 응용하면R`=` {V} over {I}으로 저항을 구할 수 있는데, 그래서 실험 그래프의 기울기가 저항 값을 의미한다. 이렇게 실험 값을 구하면 실험 1에서는95.87 OMEGA 이란 값을 구할 수 있다. 이론 값과 비교를 해보면4.13%의 오차가 있다는 것을 알 수 있다. 실험 2에서는319.14 OMEGA 이란 값을 구할 수 있고,3.29%의 오차가 있다. 실험 3에서는 이론값을R _{eq} `=`R _{1} `+`R _{2}에 대입해서430 OMEGA 의 값을 얻었고, 실험 값은428 OMEGA , 오차가0.46%있다. 실험 4에서는 이론 값을{1} over {R _{eq}} =` {1} over {R _{1}} `+` {1} over {R _{2}}의 식에 대입해서76.74 OMEGA 의 값을 얻었고, 실험값은73.5 OMEGA , 오차는4.22%로 계산된다. 실험 5에서는 이론 값은330 OMEGA 끼리 병렬연결로 계산한 다음, 그 값과100 OMEGA 을 직렬연결로 계산해서265 OMEGA 의 값을 얻었다. 실험 값은254.27 OMEGA , 오차가4.05%있다는 것을 보여준다.Ⅴ.질문과 답100 OMEGA 1. 과330 OMEGA 저항에 대해 출력전압과 출력전류 곡선의 기울기를 구하고 등가저항과 비교하라.→등가저항출력전압(V)출력전류(A)기울기오차(%)100 OMEGA 1.438V0.015A95.874.13%330 OMEGA 2.234V0.007A319.143.29%100 OMEGA 2. 저항과330 OMEGA 저항기의 색깔을 쓰라.→100 OMEGA 저항기의 색깔은