KR102633732B1 - 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표 및 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표는, 공기가 충전되어 부력을 가진 구형튜브 및 굴 패각 분말과 시멘트가 일정 범위 이내의 비율로 혼합된 혼합재료를 포함하며, 구형튜브의 외부에 혼합재료가 일정한 두께로 도포되어 경화되고, 구형튜브 또는 혼합재료 표면에의 차수 처리를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 비용이 저렴하고 안정적이며 사용 후에도 해양생태계에 악영향을 끼치지 않는 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표 및 제작 방법{ECO-FRIENDLY OYSTER SHELL BUOY TO PREVENT MICROPLASTICS AND MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 연안 양식장에서 미세플라스틱의 주요 발생요인인 폐스티로폼 발생을 미연에 방지하기 위해 굴 패각 분말을 이용하여 수산양식 어업용 부표를 제작하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 굴 패각을 콘크리트와 혼합한 재료를 이용하여 경량화와 내구성이 개선된 친환경 부표를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

바다에서 발생하는 해양쓰레기는 주로 플라스틱(60~80%)이며, 전 세계 해양포유류 중 45%가 해양쓰레기에 의해 생태계적 피해를 지속적으로 받고 있어 국제적인 현안 문제로 대두되고 있다. UN에서는 해양쓰레기로 인한 생태계 피해금액을 세계적으로 연간 130억달러 (약 14조원)로 추정하고 있으며, 그 처리비용 또한 영국의 경우 연간 약 250달러를 지불하고 있다.

국내 해안에서 발생되는 플라스틱 쓰레기 중 스티로폼이 55% 정도이며, 부표와 부서진 조각의 형태로 미세 플라스틱의 주요 원인이 되고 있다.

해양수산부에서는 친환경 고밀도 부표 보급지원 사업을 시행하여 정부는 2025년까지 양식현장에서 스티로폼 부표를 완전히 대체하기로 하였다. 굴 패각은 매년 약 28만~33만톤이 발생하고 있으나, 발생량 대비 낮은 재활용 수요로 야적 또는 방치되고 있는 실정이다.

일본 양식장에서는 스티로폼과 기 개발된 친환경 부표가 혼용되고 있다. 중국은 대부분 스티로폼 부표를 사용하고 있으며, 친환경 개념이 정립되어 있지 않지만, 현재 사용되고 있는 부표를 친환경 부표로 대체한다면 그 시장규모는 우리나라에 비해 28배 이상이 될 것으로 예상된다. 대만의 경우 해안쓰레기 중 스티로폼 발포재질의 ESP 부표가 가장 많은 것으로 조사되었다.

미세플라스틱은 미국 환경보호위원회와 국제 암학회에서 발암물질로 정의되어 있으며, 자연분해 되지 않고 미세화 된 상태로 바다에 잔존하고 있어 해양 생태계에 큰 피해를 주고 있다.

현재 한국은 연간 50만톤 이상의 양식생물을 생산하는 세계 7위의 양식산업 국가로 우리나라의 해양쓰레기 발생량은 연간 약 20만톤에 달하며, 이중 스티로폼 부표의 부피기준으로 약 33.7%를 차지한다. 양식현장에서 5,200만개(60L, 4,100만개, 20L 1,200개)의 부표가 사용되고 있는데 이중 80% 이상이 스티로폼으로 공급되어 해양쓰레기를 양산하고 있어 정부는 8개년 계획으로 미세플라스틱 발생방지용 친환경 부표로 전면 교체할 계획이다.

미세플라스틱에 노출된 물벼룩은 83.0%가 사망에 이른다고 알려져 있다.

도 1은 수산양식용으로 사용되는 친환경 부표를 보여주는 것이며, (a)는 사출형 부표, (b)는 코팅부표, (c)는 EPP부표, (d)는 멀티셀 부표를 보여준다.

친환경 부표는 기존의 EPS 부표가 미세플라스틱 발생의 주된 요인이라는 지적에 2015년부터 EPS 부표를 대체하기 위해 보급하고 있다. 바닷가 양식장에 스티로폼을 대체하는 플라스틱 소재의 부표를 김양식장, 가두리용, 뗏목 등 용도에 맞추어 7개의 친환경 부표가 개발되어 있다. 국내 친환경 부표 시장 규모는 1조5천억원(개당 평균 3만원 적용) 수준이며, 생계형 산업으로 연간 약 3,000억원(부표 5년 주기로 교체 시) 시장을 형성하고 있다.

정부는 2017년부터 고밀도 스티로폼 부표 지원을 중단하고 친환경 부표를 한정하여 지원하고 있으며, 2025년까지 양식현장에서 스티로폼 부표를 완전히 대체하기로 하였다. 정부나 지자체에서는 사회 경제적 피해의 심각성을 인식하고 2018년부터 양식어장 부표 사용에 대한 강력한 대책을 수립하고자 친환경 부표 개발 및 보급을 위해 친환경부표 인증 제도를 지침으로 규정하여 시행하고 있다.

기존에 사용되고 있는 스티로폼 부표는 자체 부력을 유지하는 가장 효율성이 좋은 부력체이지만 태양에 의한 산화와 외부 충격에 의한 부스러짐이 심해 아주 쉽게 미세 플라스틱 조각으로 분해되어 소멸되지 않고 바다에 떠다니게 되어 심각한 환경문제를 초래하는 문제가 있다(미국의 환경보호위원회에서 스티로폼 조각을 발암물질로 규정).

스티로폼 부표는 내구 수명이 짧고, 잘게 부서져 수거와 처리가 어려운 실정이며, 해양생물이 먹이로 오인하여 사망에 이르게 하는 등 해양생태계 문제와 함께 어촌관광 사업을 훼손시키는 문제가 있다. 스티로폼 부표를 대체하여 개발된 PE-스티로폼 부표는 폴리에틸렌 소재를 이용하여 스티로폼 표면을 보호함으로써 외부의 충격에 저항하고 내구성능을 향상시키는 장점이 있으나, 가격이 고가이고 자외선에 약하며 내부로 물이 스미는 경우 용탈되지 않아 침강 우려가 큰 단점이 있다. 또한 폐기물 처리 시 이중으로 분리하여야 하고 소각 시에는 환경호르몬이 방출될 수 있다는 문제가 있다.

PE-스티로폼으로 개발된 부표는 기존 스티로폼 부표 대비 무게 2배, 가격이 3배 이상 고가여서 어민들이 기피하는 문제가 있으며, 공기 팽창으로 인한 손상과 내부 침투수 등의 원인으로 부력 안정성이 저하되고, 부피나 중량의 과대 또는 퉁퉁 튀는 현상으로 설치 및 회수에 매우 불편하다는 점 역시 문제로 지적되고 있다.

양식어장에서 사용되는 ESP 재질의 스티로폼 부표는 자연분해 되기까지 500년, PE/PP 재질의 플라스틱 부표 역시 80년 이상 소요되는 문제를 가지고 있다.

대한민국 등록특허 제10-2240753호( 명칭: 굴수하식 양식용 친환경 부표와 이를 이용한 양식장 설치구조, 등록일: 2021.04.09. )

본 발명은 상술한 바와 같은 문제들을 해결하기 위해 비용이 저렴하고 안정적이며 사용 후에도 해양생태계에 악영향을 끼치지 않는 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 안출된, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표는, 공기가 충전되어 부력을 가진 구형튜브 및 굴 패각 분말과 시멘트가 일정 범위 이내의 비율로 혼합된 혼합재료를 포함하며, 구형튜브의 외부에 혼합재료가 일정한 두께로 도포되어 경화되고, 구형튜브 또는 혼합재료 표면에의 차수 처리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작에 사용되는 혼합재료의 혼합 비율은, 부피 기준으로 굴 패각 분말이 시멘트의 50% 이상 70% 이하의 비율인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법은, 부표 벽체의 두께를 결정하는 벽체두께결정단계, 벽체두께결정단계에서 결정된 두께에 해당하는 길이로 구형거푸집의 내부에 두께가이드를 설치하는 가이드설치단계, 혼합재료 일정량을 구형거푸집 내부로 투입하는 선투입단계, 두께가이드의 길이를 고려한 직경의 구형튜브를 구형거푸집 내부로 투입하고 구형튜브에 공기를 주입하는 공기주입단계, 구형튜브와 구형거푸집 사이의 공간에 혼합재료를 투입하는 후투입단계, 선투입단계 및 후투입단계에서 투입된 혼합재료를 경화시키는 경화단계 및 혼합재료의 경화된 표면을 차수 처리하는 차수처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법은, 부표 벽체의 두께를 결정하는 벽체두께결정단계, 벽체두께결정단계에서 결정된 두께에 해당하는 길이로 반구형거푸집의 내부에 두께가이드를 설치하는 가이드설치단계, 공기가 주입되어 있는 구형튜브 외부에 반구형거푸집을 양쪽에서 체결하는 거푸집체결단계, 구형튜브와 반구형거푸집 사이의 공간에 혼합재료를 투입하는 혼합재료투입단계, 혼합재료투입단계에서 투입된 혼합재료를 경화시키는 경화단계 및 혼합재료의 경화된 표면을 차수 처리하는 차수처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법은, 상방 및 하방에 각각 설치된 고정벽체를 이용하여 반구면성형거푸집을 제작하는 거푸집제작단계, 반구면성형거푸집 내부로 혼합재료를 투입하고 양단의 연결부에 연결볼트 등의 연결용 부재를 삽입하는 부표성형단계, 부표성형단계에서 성형된 한 쌍의 반구 형태의 부표를 결합하는 부표결합단계, 부표결합단계에서 결합된 한 쌍의 반구 형태의 부표 사이의 연결부에 모르타르 등의 채움재를 사용하여 마감하는 연결부마감단계 및 한 쌍의 반구 형태의 부표 표면과 연결부 표면을 차수 처리하는 차수처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 비용이 저렴하고 안정적이며 사용 후에도 해양생태계에 악영향을 끼치지 않는 미세플라스틱 발생 방지를 위한 친환경 굴 패각 부표를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 친환경 부표의 몇가지 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 구형튜브를 이용한 친환경 굴 패각 부표의 제작방법 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 반구 형태의 거푸집을 이용한 친환경 굴 패각 부표의 제작방법 예시도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명을 통하여 제공하는 친환경 부표는 굴 패각 분말을 시멘트의 50~70% 정도로 사용하고 부력을 확보하기 위하여 내부가 비어있는 구조로 제작하며, 내부에 구형튜브 또는 에어캡 등의 소재를 충전하여 경량화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 부표 내부로의 침수를 방지하기 위하여 내벽코팅과 같은 방법으로 차수처리 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 친환경 부표는 굴 패각과 콘크리트의 혼합재료(5)로 제작하므로 거푸집을 필요로 하며, 제작 방법은 아래 ①, ②와 같은 두 가지로 고려할 수 있다.

① 구 형태의 거푸집에 일정 크기의 구멍을 이용하여 거푸집 내부에 혼합재료를 주입한 뒤 일정 직경의 구형튜브를 삽입하여 공기압을 가하여 혼합재료를 경화하는 방법(도 2)

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 구형튜브를 이용한 친환경 굴 패각 부표의 제작방법 예시도이다.

도 2(a)를 참조하면, 구형거푸집(20) 및 구형튜브(10)를 이용한 친환경 굴 패각 부표의 제작방법은 아래와 같은 순서 및 단계로 이루어진다.

1) 부표 벽체의 두께 결정.

2) 결정된 두께에 해당하는 길이로 구형거푸집(20)의 내부에 두께가이드(22) 설치.

3) 일정량의 혼합재료(5)를 구형거푸집(20)에 투입.

4) 두께가이드(22)의 길이를 고려한 직경의 구형튜브(10)를 삽입하여 공기를 주입.

5) 두께가이드(22)에 맞추어진 구형튜브(10)와 구형거푸집(20) 사이의 공간에 혼합재료(5)를 투입하여 경화.

* 이 방법을 사용하는 경우 내부의 구형튜브(10)를 활용하여 차수효과를 얻을 수 있음

도 2(b)를 참조하면, 반구형거푸집(21)을 이용한 친환경 굴 패각 부표의 제작방법은 아래와 같은 순서 및 단계를 포함하고 있다.

1) 부표 벽체의 두께 결정.

2) 결정된 두께에 해당하는 길이로 반구형거푸집(21)의 내부에 두께가이드(22) 설치.

3) 구형튜브(10) 외부로 반구형거푸집(21)을 양쪽에서 체결.

4) 두께가이드(22)에 맞추어진 구형튜브(10)와 반구형거푸집(21) 사이의 공간에 혼합재료(5)를 투입한 후 경화.

* 이 방법을 사용하는 경우 내부의 구형튜브(10)를 활용하여 차수효과를 얻을 수 있음

② 반구 형태의 거푸집을 제작하여 일정 두께로 혼합재료를 경화시킨 이후 결합시키는 방법(도 3)

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 반구 형태의 거푸집을 이용한 친환경 굴 패각 부표의 제작방법 예시도이다.

도 3을 참조하면, 반구면성형거푸집(30) 및 상

하방고정벽체(60,50)를 이용한 친환경 굴 패각 부표의 제작방법은 아래와 같은 순서 및 단계를 포함한다.

1) 상

하방고정벽체(60,50)를 이용하여 반구면성형거푸집(30)을 제작.

2) 반구면성형거푸집(30) 내부로 혼합재료(5)를 투입하고 연결부에 연결볼트(35) 등을 삽입.

3) 나머지 반구 형태의 부표몸체와 연결.

4) 반구 형태 부표몸체 사이의 연결부는 연결볼트(35), 커플러 등을 이용하여 연결한 뒤 모르타르와 같은 채움재를 사용하여 연결.

* 부표내부의 코팅제를 선택적으로 사용 가능, 연결부의 수밀 확보 필요.

이상과 같이 도 2 및 3을 통하여 설명한, 본 발명에 따른 부표의 형상은 구형 또는 원통형으로 적용할 수 있으며, 아래와 같이 친환경 부표 시험기준에서 요구하는 성능기준을 만족하도록 크기와 두께, 혼합재료(굴 패각, 시멘트 등)의 혼합 비율을 조절할 수 있다.

- 부력 : (표시부피×0.7) - 자체무게 이상

- 내면밀도 : 18 kg/m3 이상

- 내충격성 : 표면에 균열, 파손, 찢김이 없음

- 해수내압성 : 부표에 균열, 파손, 찢김이 없음

- 열피로도 : 외관의 변형이 없으며 초기 부력의 90% 이상

- 환경유해성 :

유기주석화합물(TBT, TPT) 미검출난연제(PBBs, PBDEs, TBBPA, HBCD) 미검출중금속(Sb, Cr, As, Pb, Ba, Hg, Cd, Se) 하기 기준치 이하

* Sb 60 이하, Cr 60 이하, As 25 이하, Pb 90 이하,

* Ba 1,000 이하, Hg 60 이하, Cd 75 이하, Se 500 이하.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

5 : 혼합재료
10 : 구형튜브
20 : 구형거푸집
21 : 반구형거푸집
22 : 두께가이드
30 : 반구면성형거푸집
35 : 연결볼트
50 : 하방고정벽체
60 : 상방고정벽체

Claims (5)

1. 공기가 충전되어 부력을 가진 구형튜브; 및 굴 패각 분말과 시멘트가 일정 범위 이내의 비율로 혼합된 혼합재료;를 포함하며, 상기 구형튜브의 외부에 상기 혼합재료가 일정한 두께로 도포되어 경화되고, 상기 구형튜브 또는 상기 혼합재료 표면에 차수 처리된 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법에 있어서,
   부표 벽체의 두께를 결정하는 벽체두께결정단계;
   상기 벽체두께결정단계에서 결정된 두께에 해당하는 길이로 구형거푸집의 내부에 두께가이드를 설치하는 가이드설치단계;
   상기 혼합재료 일정량을 상기 구형거푸집 내부로 투입하는 선투입단계;
   두께가이드의 길이를 고려한 직경의 구형튜브를 구형거푸집 내부로 투입하고 상기 구형튜브에 공기를 주입하는 공기주입단계;
   상기 구형튜브와 상기 구형거푸집 사이의 공간에 상기 혼합재료를 투입하는 후투입단계;
   상기 선투입단계 및 후투입단계에서 투입된 상기 혼합재료를 경화시키는 경화단계; 및
   상기 혼합재료의 경화된 표면을 차수 처리하는 차수처리단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 발생방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법.
   
2. 공기가 충전되어 부력을 가진 구형튜브; 및 굴 패각 분말과 시멘트가 일정 범위 이내의 비율로 혼합된 혼합재료;를 포함하며, 상기 구형튜브의 외부에 상기 혼합재료가 일정한 두께로 도포되어 경화되고, 상기 구형튜브 또는 상기 혼합재료 표면에 차수 처리된 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법에 있어서,
   부표 벽체의 두께를 결정하는 벽체두께결정단계;
   상기 벽체두께결정단계에서 결정된 두께에 해당하는 길이로 반구형거푸집의 내부에 두께가이드를 설치하는 가이드설치단계;
   공기가 주입되어 있는 구형튜브 외부에 상기 반구형거푸집을 양쪽에서 체결하는 거푸집체결단계;
   상기 구형튜브와 상기 반구형거푸집 사이의 공간에 상기 혼합재료를 투입하는 혼합재료투입단계;
   상기 혼합재료투입단계에서 투입된 상기 혼합재료를 경화시키는 경화단계; 및
   상기 혼합재료의 경화된 표면을 차수 처리하는 차수처리단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 발생방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법.
   
3. 공기가 충전되어 부력을 가진 구형튜브; 및 굴 패각 분말과 시멘트가 일정 범위 이내의 비율로 혼합된 혼합재료;를 포함하며, 상기 구형튜브의 외부에 상기 혼합재료가 일정한 두께로 도포되어 경화되고, 상기 구형튜브 또는 상기 혼합재료 표면에 차수 처리된 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법에 있어서,
   상방 및 하방에 각각 설치된 고정벽체를 이용하여 반구면성형거푸집을 제작하는 거푸집제작단계;
   상기 반구면성형거푸집 내부로 상기 혼합재료를 투입하고 양단의 연결부에 연결볼트 등의 연결용 부재를 삽입하는 부표성형단계;
   상기 부표성형단계에서 성형된 한 쌍의 반구 형태의 부표를 결합하는 부표결합단계;
   상기 부표결합단계에서 결합된 상기 한 쌍의 반구 형태의 부표 사이의 연결부에 모르타르 등의 채움재를 사용하여 마감하는 연결부마감단계; 및
   상기 한 쌍의 반구 형태의 부표 표면과 상기 연결부 표면을 차수 처리하는 차수처리단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 발생방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비율은,
   부피 기준으로 굴 패각 분말이 시멘트의 50% 이상 70% 이하인 것을 특징으로 하는 미세플라스틱 발생방지를 위한 친환경 굴 패각 부표의 제작 방법.
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