초록 ▼

최종목표
인더케그는 자체 스마트브루어리 플랫폼내 비어케어서비스 서버 데이터를 이용한 신뢰성 높은 회수시스템을 구축하고 이를 통해 기존 선별 공정대비 인건비를 50%이하로 저감하여 선별공정의 경제성을 확보한다. 고도화된 선별공정에서 얻어진 재생 가능한 페트재료들은 본 과제 이전기술인 CFRP 물성데이터 획득 기술을 이용하여 동일하게 수많은 실험없이 실제와 동등한 데이터를 얻을 수 있다. 재생재료의 자외선경화정도, 마모상태, 수분함유율, 맥주에 의한 침착 등 다양한 상태의 원재료에 대한 해석을 통해 공정설립에 필요한 시간을 줄이고

최종목표
인더케그는 자체 스마트브루어리 플랫폼내 비어케어서비스 서버 데이터를 이용한 신뢰성 높은 회수시스템을 구축하고 이를 통해 기존 선별 공정대비 인건비를 50%이하로 저감하여 선별공정의 경제성을 확보한다. 고도화된 선별공정에서 얻어진 재생 가능한 페트재료들은 본 과제 이전기술인 CFRP 물성데이터 획득 기술을 이용하여 동일하게 수많은 실험없이 실제와 동등한 데이터를 얻을 수 있다. 재생재료의 자외선경화정도, 마모상태, 수분함유율, 맥주에 의한 침착 등 다양한 상태의 원재료에 대한 해석을 통해 공정설립에 필요한 시간을 줄이고 집중하여 인더케그 맥주제조에 맞는 키트용 재생플라스틱을 양산할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.

개발내용 및 결과
비어케어 서비스 내 실시간 데이터 연동하여 맥주소비 및 이와 관련된 회수 시스템을 구축/설계하였다. 이렇게 만들어진 시스템을 바탕으로 소비가 이루어지는 즉시 사용된 용기가 회수되었고 항상 일정한 품질의 회수용기를 얻을 수 있었다. 이전기술의 유한요소 모델링 기술을 이용하여 내열, 내압, 기체 베리어 등 성능지표들을 달성하면서 플라스틱 소모량을 감소 시킬 수 있는 최적 결정화도를 도출/적용 가능하였고, 이에 최적화된 선별용기용 세척지그 및 세척파라미터를 확립하였다. 여러 번의 미생물 테스트 및 세척공정의 점진적인 개선을 실시하였고 최종적으로 식품용기에 사용 가능한 안정성을 개선된 새로운 기계식 페트 재생방식에서 확보 하였다. 해석의 결과로 기존 550g에서 495g으로 플라스틱 사용량을 저감하였고 약 16%이상 재활용 할 수 있도록 공정을 초기 설계하였다. 또한 기존 19.5L대비 용량을 19.9L로 약 2%늘려 실제 용량 대비 사용하는 플라스틱 사용량도 저감하였다. 완성된 재생용기를 사용하여 인더케그 대표 5종 맥주에 대하여 양조전문가의 시음평가를 완료하였고 기존 용기와 동일한 성능을 확보하는데 성공하였다.

기술개발 배경
사용이 완료된 PET병을 재생하여 만들어지는 수지제품은 의복 등의 섬유제품과 용기 등으로 가공되는 시트가 주종이며 전체제품의 90%를 차지하고 있다. 최근에는 명함, 옷걸이 등으로 용도가 확대되고 있다. 일본에서는 청정음료 등의 용기로 사용되는 PET병을 재활용하여 만들어지는 재생 PET 제품의 생산량이 확대되고 있다.
일본의 재생 PET 제품은 1995년에 2천 톤 수준이었으나 2001년에는 10만 9천 톤으로 크게 증가하였다. 2008년에는 PET병 총 생산량이 60.2만톤이었으며 청량음료용은 52.0만 톤이었는데 그 중에서 80%가 회수되어 재활용되고 있다. 이러한 PET병 재생의 활성화는 1997년에‘용기 포장재생법’을 개정하여 PET병 회수 재생을 의무화하였기 때문이다.
또한 기술 혁신과 더불어 재생 처리기술과 시설이 크게 증가하였다. 재생처리 사업자가 50개 이상이며 재생처리시설도 70개 이상이다. 또한 일본에서는 2001년에 시행된 ‘그린 구입법’에 의해 정부와 지자체가 재생 PET수지로 만든 섬유제품과 작업복의 수요가 증가하고 있다. 그러나 재생 PET 제품의 생산량은 확대되고 있지만 재생처리사업에 필요한 PET병의 안정적인 조달이 문제가 되고 있다.
즉, PET병의 회수량이 현재 이상으로 증가하지 않으면 채산성과 가동률을 유지하기가 어렵다. 그리고 사용 완료된 PET병에는 불순물이 많아 선별과 세정 및 건조공정의 비용이 재생비용을 높이는 요인이 되고 있다. PET 용기는 1976년에 미국 DuPont사에 의해 처음 개발되었으며 식음료 용기의 대체품으로 단시간에 세계로 확대 보급되었다.
우리나라에서는 1979년에 식용류의 용기로 처음 소개된 이후 80년대부터 음료소비의 급격한 증가로 사용이 확대되었다. 생활수준의 향상에 따른 기호 음료와 건강음료의 확대는 식음료 포장용기의 재질, 용량, 디자인 등에 대한 소비자의 다양한 요구가 발생하였고 이러한 소비자의 욕구에 맞 추어 PET병의 수요도 증가하였다. 그러나 폐PET용기의 급격한 증가와 함께 환경과 자원문제가 발생하여 사용완료 PET병의 재생에 대한 기술과 시설이 필요하게 되었다.
국내/외에서 플라스틱 재생원료 사용 의무화 제도가 도입되는 추세여서 재활용 페트 시장은 지속 성장할 것으로 예상된다. 한국 정부는 2023년부터 국내 플라스틱 제조업체에 재생원료 사용 의무를 부과하고, 페트의 경우 2030년까지 원료의 30% 이상을 재생원료로 사용하도록 하는 '한국형(K)-순환경제 이행계획'을 발표했다. 2030년 재생원료 30% 의무 사용시 연간 15만톤의 재생 페트가 필요하다. 하지만 생산 단계부터 효과적으로 회수를 예측하는 시스템이 없이는 안정적이고 비용이 절감되는 회수방안이 마련되지 않아 결국 생산품의 비용을 높이고 경제성을 해치는 요인이 되고 있다.

핵심개발 기술의 의의
플라스틱이 재활용 되지 않는 가장 큰 이유는 초기 선별이 제대로 이루어 지지 않고 여러 가지 오염원에 추가로 오염되어 후속 세척공정에 많은 비용이 들어 경제성이 부족하기 때문이다. 개발기술을 이용하면 소비되어 수일이내의 용기를 바로 회수 가능하기 때문에 외부 오염원에 추가적인 오염을 막아 회수용기의 품질을 안정화할 수 있다. 또한 미리 선별되고 동일한 재질과 형상으로 공장에서 사용가능하기 때문에 후속 선별공정 및 세척공정이 필요없어 경제성을 확보할 수 있다. 이렇게 만들어진 재생 펠렛을 사용하면 이전 특허의 해석기술을 사용할 경우 오차가 감소하여 훨씬 정밀한 설계 예측이 가능하여 제품개발과 기능 추가에 많은 시행착오를 줄일 수 있다.
점점 플라스틱 소재는 업계에서는 사회적 이슈뿐만 아니라 경제적 이유로 경량설계가 요구되고 있다. 하지만 필수적인 기능요소를 구현하면서 경량화를 달성하여 환경에도 도움이 되는 균형점을 찾는 최적설계는 여러 플라스틱 병을 이용하는 업체들의 난제 중에 하나이다. CFRP는 탄소섬유와 플라스틱수지로 구성되는데 탄소섬유는 방향성을 갖는 이방성재료로 탄소섬유 구성방법과 두께에 따라 물성 특성이 달라지고, 수지는 종류, 경화시간 및 온도에 따라 수지 물성이 변하는 특성을 가지고 있다.
즉, 다양한 변인으로 최종 물성이 바뀌게 된다. 이러한 복합설계와 기능이 필요한 재료들은 모두 실험을 통해 확인하고 대응하게 된다면 매번 별도의 시험이 요구되어 많은 시간과 노동력의 증가로 이어져 결국 비용의 문제를 야기하게 된다. 이전기술은 이러한 점을 착안하여 각 조합의 결과를 실험에 의한 결과로 얻는 것이 아니라 유한요소해석을 통해 얻을 수 있도록 하는 것이다. 즉, 이러한 해석기술을 응용하게 되면 PET의 물성 변동 및 재료의 양, 제작방법이 달라지더라도 그에 대응하는 수많은 테스트를 진행하지 않고 설계조건에 따른 결과를 미리 예측하여 개발시간과 비용을 단축하고 재료의 양을 최소화 시킬 수 있다.
인더케그는 본 기술을 적용하여 기존 550g용기를 495g으로 줄이는데 성공하였다. 또한 내용적을 19.5L에서 19.9L로 약 2.05%증가시켰기 때문에 실질적으로 10g정도의 추가적인 PET사용량 저감 효과를 가진다.
인더케그의 스마트 브루어리 플랫폼에 대한 특허를 기반으로 2021년 중국 상해의 Beplus China와 일본의 AI JOJO와 현지 라이센싱 계약을 체결하였고 캡슐키트용기를 현지 생산화 하도록 하였기 때문에 개발된 기술을 추가로 기술이전 할 계획이다.

적용 분야
- 맥주, 발효주, 발효음료, 비 탄산음료 등으로 확대 가능
인더케그의 캡슐맥주키트는 다양한 분야에 응용 가능하다. 향후 맥주 뿐만 아니라 다양한 발효주관련 키트를 개발중이며, 발효주가 아닌 비탄산 음료로의 확장도 준비중이다. 인더케그가 개발한 시스템을 응용하면 최근 들어 급속도로 성장한 구독시스템으로의 확장도 예상된다. 여러 가지 음료의 구독시스템과 서불어 새로운 선별 배송/회수 시스템과 해석기술로 다양한 용기가 페트에서 페트로 재활용 되어 획기적으로 플라스틱 감축에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 요약 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 19
• 목차 ... 23
• 제1장 서론 ... 24
• 제1절 과제의 개요 ... 24
• 제2절 개발 기술의 우수성 ... 27
• 제2장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 29
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 29
• 1. 최종목표 ... 29
• 2. 정량적 목표 항목의 평가방법 및 평가 환경 ... 30
• 제2절 단계 목표 및 평가방법 ... 31
• 1. 재생 성능 달성 목표 ... 31
• 2. 물리화학적 목표 ... 32
• 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 32
• 1. 개발 내용 및 범위 ... 32
• 2. 개발 진행 순서 ... 33
• 제4절 수행 결과의 보안등급 ... 35
• 1. 보안등급의 분류 및 해당 사유 ... 35
• 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 35
• 제3장 결과 ... 36
• 제1절 연구개발 최종결과 ... 36
• 1. 이전기술을 활용한 해석기술의 적용 ... 36
• 2. 실시간 연동 데이터를 활용한 선별회수 시스템 개발 및 재생페트의 물성치 확보 ... 40
• 3. 식품용기에 맞는 미생물 안정성등 성능을 얻기 위해 선별회수된 맥주페트(캡슐키트)의개별 전문 세척/세정공정 개발 및 전용 세척 지그 및 테스트 장치 개발 완료 ... 41
• 4. 정량적 목표 지표 결과 ... 42
• 5. 재생 PET에서 맥주 발효 확인 및 시음평가 ... 46
• 제2절 연구개발 추진체계 ... 48
• 제3절 R&D 도전과 배움 ... 48
• 1. R&D 전주기별 경험 ... 48
• 2. 연구개발 중 발생한 파생성과 ... 50
• 제4절 고용 창출 효과 ... 51
• 1. 새로운 공정추가 및 관련 인력 충원 ... 51
• 2. 경제성 확보로 추가 일자리 창출 ... 51
• 3. 신규 고용 성과 ... 51
• 제5절 자체보안관리진단표 ... 52
• 끝페이지 ... 53