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과제기본정보

나노기술을 적용한 실시간 지하구간 오염물질 제거기술5년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 철도기술연구사업 과제번호 18RTRP-B082486-05
국가과학표준분류 1순위 환경 | 대기질 관리 | 미세먼지오염 개선기술 적용분야 환경
2순위 기계 | 자동차 철도차량 | 달리 분류되지 않는 자동차 철도차량 실용화대상여부 실용화
3순위 환경 | 대기질 관리 | 실내 유해대기오염물질 관리기술 과제유형 개발
과제명 나노기술을 적용한 실시간 지하구간 오염물질 제거기술
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 박덕신
소속 한국철도기술연구원 직위 실장
기관 대표번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2014-09-03 ~ 2019-05-30
당해연도 연구기간 2018-01-01 ~ 2019-05-30

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
5차년도 3,384,000,000 120,280,000 1,032,520,000 1,152,800,000 4,536,800,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 전국 도시철도 터널의 공기질을 실시간으로 감시하기 위해서 필요한 정보가 부족한 실정이며, 이를 해결하기 위해서는 미세먼지/초미세먼지 농도를 포함한 오염 Map이 필요하며, 기존의 고정식 (stationary) 처리장치보다 능동적이며, 오염물질을 신속히 제거할 수 있는 차량개발 요구가 증대되고 있음. 또한 여러 요인에 의해 공기질이 현저히 나쁜 지점 (Hot Spot)을 실시간으로 모니터링하고, 현장 상황에 맞는 오염물질 처리기술을 개발할 필요가 있음.
최종목표 ○ 본 연구과제의 최종목표는 국민이 체감할 수 있는 수준의 지하구간 공기질 확보를 위한 실시간 오염물질 제거기술 개발이며, 이를 위해서 각 세부과제는 다음의 목표를 설정하였음.
● 1세부과제 : 도시철도 터널 공기질 Map 작성 및 Hot Spot 구간 공기질 관리기술 개발
(※시범노선 초미세먼지/미세먼지 농도 30% 이상 저감)
● 2세부과제 : 전동차 부착형 터널 미세먼지 제거 장치 개발
● 3세부과제 : 초미세먼지/미세먼지 제거용 집진차량 개발
연구내용 및 범위 ○ 1세부과제 : 도시철도 터널 공기질 Map 작성 및 Hot Spot 구간 공기질 관리기술 개발
● 초미세먼지/미세먼지 제거를 위한 전도성 및 자기장 융합기술 개발
- 0.3 μm(DOP) 제거율: 99.97% @ 압손 20 mmAq 이하
- 필터 시스템의 사용 전·후 기능성 변화율: 10% 미만 (전기저항, 자력)
- 기능성 필터 시스템의 탈진율 : 99% 이상
● 실시간 이동형 터널 공기질 모니터링 시스템 제작 및 공기질 Map 작성
- 전국 도시철도 터널 공기질 측정 및 평가 (초미세먼지, 미세먼지, 라돈, NO2 등 포함)
- 초미세먼지/미세먼지의 경우 오염도 단계별로 Map에 표시 (0~50, 50~100, 101~150, 151~200, 201~250, 251~300 ㎍/㎥)
● Hot Spot 구간 공기질 모니터링 시스템 구축
- 무선통신의 경우 데이터 전송시 오차율 1% 미만
- 전자파 (EMI/EMC)에 의한 데이터 전송 오류 1% 미만
● 2, 3세부과제 시제품 현장 평가
- 전문가 자문에 의해 구성된 테스트 베드 구간에서 모니터링 시스템 및 중량법으로 측정 시 초미세먼지/미세먼지 저감율 30% 이상
○ 2세부과제 : 전동차 부탁형 도시철도 터널 오염물질 제거기술 개발
● 전동차 부착형 미세먼지 제거장치 시제품 개발
- 미세먼지 제거율 : 50% 이상
- 미세먼지 수거량 : 2×109 μg/월 이상
- 세정주기 : 1개월 (약 25일)
- 주요 구성품 : (1안) 하이브리드형 : 유동 가이드베인 + 관성집진 + 전기집진
(2안) 다단필터형 : 유동 가이드베인 + 세척형 고분자복합필터
● 재생형 집진 카트리지 세정장치 시제품 개발
- 미세먼지 세정효율 : 90% 이상
- 세정시간 : 20초 이내
- 건조시간 : 30초 이내
- Batch당 집진 카트리지 수 : 4 set
- 세정대상 : (1안) 전기집진판, (2안) 복합고분자필터
● 터널부유 미세먼지 객실유입 차단장치 시제품 개발
- 미세먼지 차단율 : 70% 이상
- 압력손실 : 100 Pa 이하
- 단극하전효율 : 90% 이상
- 세정주기 : 3개월 이상
- 주요 구성품 : 단극하전기 + 전기메쉬필터 + 전원제어부 + 유동유도부
○ 3세부과제 : 초미세먼지 제거차량 시스템 개발
● 미세먼지 제거차량 개발
- 미세먼지/초미세먼지 제거 차량시스템 개발
※ 작업운영속도 5km/h 이상
- 미세먼지/초미세먼지 제거차량 기본 구조 설계
- 미세먼지/초미세먼지 집진기술 개발
- 궤도 집진구조 메커니즘 설계 및 차량 인터페이스
- 미세먼지/초미세먼지 제거차량 시작품 제작(2량 이상)
● 미세먼지/초미세먼지 제거차량에 적용 가능한 나노입자 필터링기술 개발
- 나노기술을 이용한 필터링 및 집진기술 개발
- 시작품 제작 및 시험평가
● 미세먼지/초미세먼지 제거차량에 적용 가능한 나노입자 필터링기술 개발
※ 미세먼지 저감율 90% 이상
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
5차년도 ○ 도시철도 터널 공기질 모니터링 기술 개발
○ 도시철도 터널 Hot Spot 구간 오염원 파악 및 오염원 제어 원천기술 개발
○ 도시철도 터널 Hot Spot 구간 상시 모니터링 시스템 구축
○ 시범노선 구축 및 평가
○ 터널 환경 개선을 위한 중장기 로드맵 작성
○ 전동차 부착형 미세먼지 제거장치 시제품의 전동차 장착 현장평가
○ 재생형 집진카트리지 세정장치 현장평가
○ 미세먼지 객실유입 차단장치 시제품의 운행전동차 장착 및 현장평가
○ 집진차량 현장 시험평가
○ 집진차량 미세먼지 포집 효율 시험
○ 시제차량 흡입유동 가시화 시험
○ 집진차량의 내환경시험
○ 포집시스템 궤도차량 탑재 및 시험
○ 전국 도시철도 터널 Hot Spot 구간 공기질 관리계획 수립
○ 초미세먼지/미세먼지 오염원에 따른 Hot Spot 구간 공기질 개선기술 적용 및 분석
○ 라돈, NO2 등 오염원에 따른 Hot Spot 구간 공기질 개선기술 적용 및 분석
○ 공기질 개선에 따른 미세먼지/초미세먼지 농도 저감 효과 시뮬레이션
○ 전국 도시철도 터널 Hot Spot 구간 공기질 종합관리 지침 작성
○ 전국 도시철도 터널 Hot Spot 구간 상시모니터링 시스템 운영
○ 시범노선 성능평가
○ 2,3세부과제 현장시험 효율평가
○ 도시철도 터널구간 공기질 개선에 따른 환경경제성 분석
○ 개발기술을 포함한 중장기 환경개선 로드맵 작성
○ 시제품의 전동차 장착
○ CFD 이용 최종 시제품의 실적용 성능해석
○ 미세먼지 제거장치의 운영관리 지침 작성
○ 세정장치 최종 시제품의 현장평가
○ 운행전동차 현장시험 및 시스템 성능평가
○ 시스템 운영관리 지침 작성
○ 핵심구성품 시제차량 인터페이스
○ 집진차량 시운전 및 시험평가
○ 시운전을 위한 보조장비, 검사장비 구축(필요시)
○ 구성품 인터페이스 보완
○ 실대형 챔버를 이용한 초미세먼지/미세먼지 흡입 유동 가시화 시험
○ 집진차량 내환경성 평가
○ 궤도차량에 탑재하여 시스템 시험 및 효율시험
○ 시험절차서, 운영지침서(안)작성
연구성과 기술적 기대성과 ○ 나노기술을 적용한 기능성 필터 시스템 기술 개발
○ 전국 도시철도 공기질 Map 작성으로 보다 효율적인 공기질 관리
○ 터널 내 오염입자 거동 메커니즘 규명
○ Hot spot 구간 오염 유형별 공기질 관리시스템 구축
○ GIS 및 다변량 통계분석의 활용을 통한 도시철도 공기질 유형 평가 방법 제공
○ 전국 도시철도 Hot Spot 구간의 집중관리로 지하역사 공기질 개선
○ 나노기술을 적용하여 초미세먼지를 증배제거 할 수 있는 집진장치 개발
● 90% 이상의 고효율로 초미세먼지 집진 가능
● 영업운행 속도인 5km/h 이상의 속도에서 효율을 유지
사회 경제적 파급효과 ○ 도시철도 터널 및 차량의 공기질 개선을 통한 이용 승객 및 지하역사 종사자의 건강 증진 및 국가적 보건비용 절감 기대
○ 개발기술의 상업화 성공 시 국내시장 뿐만 아니라 중국 시장 개척도 가능하여 직·간접적으로 미치는 사회적, 경제적 파급효과가 매우 클 것으로 예상
○ 도시철도 터널 및 차량 공기질 개선을 통한 역무원, 승무원 및 기타 지하시설 근로자의 업무능률 및 생산성 향상
○ 철도교통서비스의 향상과 안전성 향상에 따른 국민의 철도이용의 편리성, 쾌적성, 이용 만족도 등을 향상시키고, 철도의 친환경 이미지 제고
○ 도시철도 터널 공간의 오염원 제어를 통한 도시철도 차량 내부 실내공기질 개선에 기여 및 도시철도 차량의 공기질 개선 비용 절감
○ 청정 도시철도 실내공기질을 유지하는 친환경 국가 이미지 제고
○ 본 연구에 참여하는 산-학-연 연구기관의 전문 녹색연구 및 산업인력 양성에 기여
○ Mobile 타입의 공기질 개선기술 개발로 도시철도 터널 Hot Spot 구간에 대한 신속한 대응으로 국민의 삶의 질 향상
○ 외국산 궤도전용 터널 청소차량 수입가격의 70% 수준의 국산 초미세먼지/미세먼지 제거차량 개발로 도시철도 운영기관의 유지보수 경제성 확보
○ 현재 사용되고 있는 장비의 경우 외산장비로 구입비용 및 유지 보수 비용이 막대하나 장비의 국산화로 비용절감의 효과가 있음
활용방안 ○ 정부에서 추진하는 지하철공기질 개선계획에 대한 현실적인 해결책으로 활용 가능
○ 도시철도 운영기관의 환경 관리지침으로 사용 가능
○ 전국 도시철도의 공기질을 통합하여 관리 할 수 있는 프레임 제공
○ 외국 지하철에 본 연구의 개발품을 수출 가능
○ 전국 도시철도 공기질 오염원 파악 및 모니터링으로 통합 관리 가능
○ Hot spot 구간의 미세먼지/초미세먼지 제거 시스템으로 활용
○ 전국 도시철도의 공기질 지도 제공을 통한 대국민 홍보자료 이용
○ 도시철도 터널의 유형별 관리 기술 발전에 기여
○ 다양한 오염 유형별 특성평가를 통한 최적 관리방안 활용 가능
○ 수도권뿐만 아니라 전국적으로 운행중인 도시철도 터널의 공기질 개선을 위한 장치로서 지하터널내 공기질 개선을 통한 이용승객 및 근로자의 건강증진
○ 전세계적으로 지상구간의 사용율 증대와 교통 혼잡을 예방하기 위해 대도시를 중심으로 도시철도 가동율이 증가하고 있음. 이에 따른 지하공간 공기질 개선을 위한 기술로 활용이 가능함
○ 차량이 운행하지 않는 새벽시간대 집진차량을 터널구간에 신속하게 투입하여 Hot Spot 구간과 주요 터널구간의 오염물질 개선작업을 수행함
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 나노기술 공기질 지도 초미세먼지(PM2.5) 미세먼지(PM10) 필터시스템
영문 Nano Technology Air Quality Map Ultrafine Particulate Matter Fine Particulate Matter Filter System
최종보고서
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