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SUMMARY

목차

제1장 연구 개발의 목적 및 필요성 22

1.1. 연구배경 및 목적 22

1.2. 연구개발 필요성 23

1.2.1. 위험물질의 위험성 및 규제 23

1.2.2. 국내 규정에 맞는 약제 개발 필요성 25

1.2.3. 경제/산업적 필요성 26

제2장 연구 목표 및 방법 33

2.1. 연구 목표 33

2.1.1. 연구개발 최종 목표 33

2.1.2. 연차별 연구 목표 33

2.2. 연구 내용 35

2.2.1. 연구 목표에 따른 연구 내용 35

2.3. 연구 추진 방법 36

2.3.1. 연구 추진 체계 36

2.3.2. 추진 전략 및 방법 37

제3장 국내외 포소화약제 조사분석 40

3.1. 포소화약제 조사·분석 개요 40

3.2. 포소화약제별 성분분석 및 유해성 조사 40

3.2.1. 포소화약제의 일반적 특성 40

3.2.2. 포소화약제별 성분 및 배합 42

3.2.3. 포소화약제 성분 분석 및 유해성 조사 47

3.3. 국내외 특수소화약제용 기초원료 및 개발현황 조사 51

3.3.1. 국내 업체 제품 및 개발 현황 51

3.3.2. 해외 업체 제품 및 개발 현황 51

3.4. 국내외 소화약제별 소화능력 조사·분석 55

3.4.1. 발포 성능 시험 55

3.4.2. 소화 성능 시험 57

제4장 친환경 포소화약제 개발 및 성능향상연구 60

4.1. 친환경 포소화약제 개발 개요 60

4.2. 기존 포소화약제 성분의 대체 성분 도출 61

4.2.1. 기포제의 선택 61

4.2.2. 기포안정제의 선택 64

4.2.3. 포막제(수용성고분자)의 선택 65

4.2.4. 유동점강하제의 선택 67

4.2.5. 기타첨가제의 선택 68

4.3. 약제 성능 및 보관성 향상을 위한 조성 최적화 69

4.3.1. 친환경 약제 배합 조성비 도출[에코폼-936] 69

4.3.2. 약제 성능 개선 및 보관성 향상을 위한 최적 조성비 도출[에코폼-034] 71

4.4. 개발약제 성능 평가 74

4.4.1. 성능 평가 개요 74

4.4.2. 발포 성능 평가 76

4.4.3. 소화 성능 평가 80

4.4.4. 화재에 대한 포강도 실험실적 계측 연구 86

제5장 친환경 포소화약제 환경오염도 및 인체독성 90

5.1. 환경오염도 및 인체독성 시험 개요 90

5.2. 급성 경구 투여 독성 시험 91

5.2.1. 시험 방법 91

5.2.2. 시험 결과 및 고찰 93

5.3. 피부 자극 시험 94

5.3.1. 시험 방법 95

5.3.2. 시험 결과 및 고찰 96

5.4. 안점막 자극 시험 97

5.4.1. 시험 방법 98

5.4.2. 시험 결과 및 고찰 99

5.5. 어류, 급성독성시험 101

5.5.1. 시험 방법 101

5.5.2. 시험 결과 및 고찰 103

5.6. 지렁이, 급성독성시험 104

5.6.1. 시험 방법 104

5.6.2. 시험 결과 및 고찰 105

5.7. 물벼룩, 급성유영저해시험 107

5.7.1. 시험 방법 107

5.7.2. 시험 결과 및 고찰 108

5.8. 담수조류, 성장저해시험 109

5.8.1. 시험 방법 109

5.8.2. 시험 결과 및 고찰 110

5.9. 이생분해도시험 112

5.10. 중금속 및 위험물질 검출 115

5.11. 개선된 에코폼-034 116

제6장 소방차와 연계된 인공지능형 혼합 시스템 연구개발 118

6.1. 연구 개발 개요 118

6.2. 포소화설비 관련 개발 현황 119

6.2.1. 국내 업체 제품 및 개발 현황 119

6.2.2. 해외 업체 제품 및 개발 현황 119

6.3. 발화 유형에 따른 적정 혼합비 연구 120

6.3.1. 시험 방법 120

6.3.2. 시험 결과 및 고찰 122

6.4. 온도 변화에 따른 최적 혼합율 128

6.4.1. 최적 혼합율 시험 개요 128

6.4.2. 시험 방법 128

6.4.3. 시험 결과 및 고찰 130

6.5. 소방차 약제 자동 주입/혼합 시스템 개발 132

6.5.1. 에코폼-034에 적합한 소방차 약제 자동 주입/혼합 시스템 개발 133

6.5.2. 에코폼-034용 소방차 자동/주입 혼합 시스템 적용성 분석 138

6.6. 인공지능형 자동 혼합율 조절 시스템 개발 140

6.6.1. 인공지능 시스템 개요 140

6.6.2. 현장 적용성 시험 145

6.6.3. 시험 결과 및 고찰 146

제7장 결론 149

7.1. 국내외 포소화약제 조사 149

7.1.1. 포소화약제별 성분 분석 및 유해성 조사 149

7.1.2. 국내외 특수소화약제용 기초원료 및 개발현황 조사 150

7.1.3. 국내외 소화약제별 소화능력 조사·분석 152

7.2. 친환경 포소화약제 개발 및 성능향상 연구 153

7.2.1. 기존 포소화약제 성분의 대체 성분 도출 153

7.2.2. 약제 성능 및 보관성 향상을 위한 조성 최적화 154

7.2.3. 비품절감효과 및 대량 생산 가능성 검토 156

7.2.4. 해외 청정소화약제와의 현황비교 157

7.2.5. 개발약제 성능 평가 158

7.3. 친환경 포소화약제 환경오염도 및 인체독성 161

7.3.1. 환경오염도 및 인체독성 시험[에코폼-936] 161

7.3.2. 친환경 포소화약제 환경오염도 및 인체독성[에코폼-034] 163

7.4. 소방차와 연계된 인공지능형 혼합 시스템 연구개발 165

7.4.1. 포소화설비 관련 개발 현황 165

7.4.2. 발화 유형에 따른 적정 혼합비 연구 165

7.4.3. 온도 변화에 따른 최적 혼합율 167

7.4.4. 소방차 약제 자동 주입/혼합시스템 개발 169

7.4.5. 인공지능형 온도에 따른 자동 혼합율 조절 시스템 개발 170

7.5. 최종 결론 173

참고문헌 174

연구개발결과 활용계획서 175

표 1.1. 전국공항 포소화약제 보유현황(2010년 3월 기준) 26

표 1.2. 현대오일뱅크 포소화약제 보유현황 27

표 1.3. 울산석유화학단지 포소화약제 보유업체 현황(총 1,936,000리터) 28

표 2.1. 연구개발 최종 목표 33

표 2.2. 연차별 연구 목표에 따른 세부 연구 내용 35

표 3.1. 포소화약제의 일반적 특성 41

표 3.2. 단백포 소화약제(Protein foam) 성분 및 조성 45

표 3.3. 불화단백포(Flouroprotein foam) 성분 및 조성 45

표 3.4. 수성막포(Aqueous film forming foam) 성분 및 조성 46

표 3.5. 합성계면활성제포(Synthetic foam) 성분 및 조성 46

표 3.6. 해외 포소화약제 물성치 54

표 3.7. 포소화약제 형식승인 및 시험세칙 기준(KOFEIS 0103) 발포성능 조건 56

표 3.8. 포소화약제 발포성능 시험 결과 57

표 3.9. 포소화약제 형식승인 및 시험세칙 기준(KOFEIS 0103) 소화성능 조건 57

표 3.10. 포소화약제 소화성능 시험 결과 59

표 4.1. 친환경 포소화약제 개발 방향 60

표 4.2. Foaming Properties of Commercial Nonionic Surfactants 61

표 4.3. Foaming Properties of Polyoxyethylene Alcohols 62

표 4.4. Typical Surfactant Concentrations Required to Attain Maximum foam Height, MFH 63

표 4.5. Correlation Between Foam Stability and cmc Lowering by Stabilizers for Sodium Lautyl Sulfate Solutions 64

표 4.6. Stability and cmc Lowering by Stabilizers for Sodium 2-n-Dodecylbenzene Sulfonate Solutions 64

표 4.7. 포막제의 성질 66

표 4.8. 배합 조성비 및 성상 평가 69

표 4.9. 에코폼-936 원액의 물리적인 성상 71

표 4.10. 에코폼-034 원액의 물리적인 성상 72

표 4.11. 보관 유지성능 강화를 변질 시험 결과(에코폼-034) 73

표 4.12. 발포율 실험 결과 77

표 4.13. 발포 시험 모습 78

표 4.14. 환원율 시험 결과 79

표 4.15. 소화 성능 시험 결과 83

표 4.16. A급 소화성능 측정 모습 84

표 4.17. B급 소화성능 측정 모습 85

표 4.18. 화재에 대한 포강도 실험실적 계측 조건 87

표 4.19. 화재에 대한 포강도 실험실적 계측 결과 89

표 5.1. 급성 경구 투여 독성 시험방법 91

표 5.2. 피부 자극 시험방법 95

표 5.3. 안점막 자극 시험방법 98

표 5.4. 어류, 급성독성시험방법 101

표 5.5. 지렁이, 급성독성시험방법 104

표 5.6. 물벼룩, 급성유영저해시험방법 107

표 5.7. 담수조류, 성장저해시험방법 109

표 5.8. 이생분해도 시험결과 112

표 5.9. 중금속시험 결과 115

표 5.10. 과불소화물시험(PFOS) 115

표 5.11. 페놀류시험(Phenol) 116

표 6.1. 소화약제 혼합율에 따른 소화시간 결과 122

표 6.2. 혼합율별 소화 성능 분석 123

표 6.3. 소화성능 시험결과(혼합율 3.0%) 124

표 6.4. 소화성능 시험결과(혼합율 2.5%) 125

표 6.5. 소화성능 시험결과(혼합율 2.0%) 126

표 6.6. 소화성능 시험결과(혼합율 1.5%) 127

표 6.7. 발포 성능 시험 설정 조건 130

표 6.8. 온도와 혼합율에 따른 발포 성능 변화 130

표 6.9. 방수시간에 따른 혼합액 Sample 비중(혼합비 3.0%기준) 139

표 6.10. 온도에 따른 혼합율 및 비중값 146

표 6.11. 대조군과 실험군 비중 비교 결과 147

표 7.1. 해외 포소화약제 물성치 151

표 7.2. 포소화약제 발포성능 시험 결과 152

표 7.3. 포소화약제 소화성능 시험 결과 152

표 7.4. 에코폼-936 원액의 물리적인 성상 154

표 7.5. 에코폼-034 원액의 물리적인 성상 155

표 7.6. 보관 유지성능 강화를 위한 변질조건 시험 결과(에코폼-034) 155

표 7.7. 청정 소화약제 성능 및 가격 비교 157

표 7.8. 발포율 시험 결과 158

표 7.9. 환원율 시험 결과 159

표 7.10. 소화 성능 시험 결과 159

표 7.11. 화재에 대한 포강도 실험실적 계측 결과 160

표 7.12. 유해성 및 환경독성 시험 결과(에코폼-936) 162

표 7.13. 소화약제 혼합율에 따른 소화시간 결과 166

표 7.14. 혼합율별 소화 효율 분석 166

표 7.15. 방수시간에 따른 혼합액 Sample 비중(혼합비 3.0%기준) 170

그림 1.1. 친환경 포소화약제 개발 전제조건 23

그림 1.2. 친환경 포소화약제 개발 필요성 24

그림 1.3. 스톡홀름 협약의 국내 비준(환경부 홈페이지 보도자료) 25

그림 1.4. 소화약제에 대한 소방방재청 국정감사 결과 보도자료(2008년) 25

그림 2.1. 연차별 연구목표(1차년도) 34

그림 2.2. 연차별 연구목표(2차년도) 34

그림 2.3. 연구 추진 체계 37

그림 2.4. 추진 전략 및 방법 38

그림 2.5. 외부 전문기관 평가 의뢰 39

그림 3.1. 기존 약제 성분 분석을 통한 친환경 포소화약제 개발 40

그림 3.2. 포소화약제의 성분 42

그림 3.3. 포소화약제의 환경생태독성(LC50) 48

그림 3.4. 포소화약제의 어류독성(EC50) 48

그림 3.5. 생분해도(BOD/COD) 49

그림 3.6. 글리콜류의 생태독성에 미치는 영향(LC50) 49

그림 3.7. 글리콜류의 생분해도(COD) 50

그림 3.8. 표준발포기 제작 도면 56

그림 3.8. A급(목재) 화재 모형 58

그림 3.8. B급(유류) 화재 모형 58

그림 4.1. 약제조성 개발시 전제 조건 60

그림 4.2. 기포 안정성 비교 결과 65

그림 4.3. Anhydrous Ethylene Glycol and Trimethylene Glycol Solutions 67

그림 4.4. Aqueous Propylnene Glycol Solutions 67

그림 4.5. Hexylen Glycol 68

그림 4.6. Glycerol 68

그림 4.7. 기포성 시험 70

그림 4.8. 소화성능 시험 결과 70

그림 4.9. 소화성능 시험 모습 70

그림 4.10. 개발약제 특허출원 73

그림 4.11. 개발약제의 화재성능평가 방법 74

그림 4.12. 표준발포기의 도면 및 실제 제작품 모습 75

그림 4.13. 환원율 시험 모습 79

그림 4.14. 시간경과에 따른 환원율 80

그림 4.15. A급 화재 모형 81

그림 4.16. 실제 소화 성능 측정 예(A급 화재) 81

그림 4.17. B급 화재 모형 82

그림 4.18. 실제 소화 성능 측정 예(B급 화재) 82

그림 4.19. 열적 포강도 측정 개요 86

그림 4.20. 거품 생성/수집장치 모습 87

그림 4.21. 거품 수집 모습 87

그림 4.22. 열방출율 측정장치의 Cone-heater를 이용한 화재상황 모사 실험 88

그림 4.23. 실험 후 거품 높이 측정 88

그림 5.1. 친환경 및 경제적 측면을 고려한 포소화 약제 개발 90

그림 5.2. 피부 자극 시험 모습 94

그림 5.3. 안점막 자극 시험 모습 97

그림 5.4. 이생분해도 시험기 113

그림 5.5. 생분해성 제품인증 113

그림 5.6. 라벨링 표시 인증서 114

그림 5.7. 시험 성적서 117

그림 6.1. 연구 개발 개요 118

그림 6.2. 목재 화재 모형 121

그림 6.3. 목재 화재 적정 혼합율 실험 모습 122

그림 6.4. 포 팽창율 실험 모습 129

그림 6.5. 온도와 발포비에 따른 발포 성능 131

그림 6.6. 최적 발포 성능 유지를 위한 온도에 따른 적정 혼합율 132

그림 6.7. 에코폼-034에 적합한 소방차 약제 자동 주입/혼합 시스템 개요 134

그림 6.8. 약제 자동 주입/혼합 시스템 계산 Flowchart 134

그림 6.9. 소방차 시스템 설치 모습 135

그림 6.10. 소방차 배관 연결 형태 모습 135

그림 6.11. 소방차 약제 자동 주입/혼합 배관 시스템 개요 136

그림 6.12. 시간에 따른 유량변화(5kgf/㎠, 혼합비 3.0%) 137

그림 6.13. 발포 약제 샘플링 모습 138

그림 6.14. 인공지능형 자동 혼합 시스템 개요도 140

그림 6.15. 제어 판넬 모습 141

그림 6.16. 컴퓨터로 전송되는 데이터 로그 141

그림 6.17. 인공지능형 자동 혼합 시스템 계산 Flowchart 142

그림 6.18. Control penel Main Flowchart 143

그림 6.19. Ratio-Set Flowchart 144

그림 6.20. 컴퓨터로 전송되는 데이터 로그 145

그림 6.21. 인공지능형 온도에 따른 배합율 조절 시스템 시험 모습 146

그림 6.22. 대조군과 실험군의 발포율에 따른 비중 비교 결과 147

그림 6.23. 대조군과 실험군의 온도에 따른 혼합율 비교 결과 148

그림 7.1. (주)한중유화 포소화약제 생산설비 156

그림 7.2. 해외 청정 포소화약제 157

그림 7.3. 시험 성적서(에코폼-034) 164

그림 7.4. 온도와 발포비에 따른 발포 성능 168

그림 7.5. 최적 발포 성능 유지를 위한 온도에 따른 적정 혼합율 168

그림 7.6. 시간에 따른 유량변화(5kgf/㎠, 혼합비 3.0%) 169

그림 7.7. 인공지능형 자동 혼합 시스템 개요도 171

그림 7.8. 대조군과 실험군의 발포율에 따른 비중 비교 결과 172

그림 7.9. 대조군과 실험군의 온도에 따른 혼합율 비교 결과 172

I. 연구제목

친환경 고발포 특수 소화약제 연구개발

II. 연구목적

1. 기존의 포소화약제는 자연생태계에 대량으로 방류될 수 있는 화학물질로서 조성에 따라 동식물에 대한 피해와 지하수의 오염 등 2차 피해, 3차 피해를 유발할 수 있는 위험성을 내포하고 있음.

2. 이러한 위험성을 미연에 방지하기 위해 할로겐류, 페놀 및 중금속이 첨가되지 않은 친환경 계면활성제 포소화약제의 개발을 목표로 한다.

3. 개발 약제의 사용성 확보 및 효율적인 소방활동을 위한 소방차와 연계된 최적의 인공지능형 혼합시스템을 연구개발하여 화재 발생시 효과적인 진압이 가능하도록 개발한다.

III. 연구내용

1. 1차년도

가. 국내·외 소화약제별 주요성분 유해성 및 소화 능력 조사·분석

나. 청정 특수소화약제용 대체 기초 원료 조사 및 주요성분 연구

다. 대체 소화약제별 화재진화(A, B급) 적응성 실험·평가

라. 소화약제별 인체독성 및 환경 오염도(수질·토양 오염 등) 분석 연구

2. 2차년도

가. 소화약제별 인체독성 및 환경 오염도 분석 연구(계속)

나. 저렴하고 친환경적인 고발포형 청정 특수 소화 약제 개발

다. 고발포후 자연소멸되는 최적의 소화약제 및 혼합비율 기술 연구

라. 소방차와 연계된 최적의 인공 지능형 혼합 시스템 연구개발

IV. 주요 연구성과

1. 국내·외 소화약제별 주요성분 유해성 및 소화 능력 조사·분석

가. 포소화약제별 성분 분석 및 유해성 조사

나. 국내외 특수소화약제용 기초원료 및 개발현황 조사

다. 국내외 소화약제별 소화능력 조사·분석

2. 청정 특수소화약제용 대체 기초 원료 조사 및 주요성분 연구

가. 기존 포소화약제 성분의 대체 성분 도출

3. 대체 소화약제별 화재진화(A, B급) 적응성 실험·평가

가. 개발약제 소화, 발포 및 열적포강도 성능평가

4. 소화약제별 인체독성 및 환경 오염도(수질·토양 오염 등) 분석 연구

가. 급성 경구 투여 독성 시험

나. 피부 자극 시험

다. 안점막 자극 시험

라. 어류, 급성독성시험

마. 지렁이, 급성독성시험

바. 물벼룩, 급성유영저해시험

사. 담수조류, 성장저해시험

아. 중금속 및 위험물질 검출여부

자. 개선된 에코폼-034 인체독성 평가

5. 저렴하고 친환경적인 고발포형 청정 특수 소화 약제 개발

가. 개발약제 성능 및 보관성 향상을 위한 조성 최적화

나. 이생분해도시험

6. 고발포후 자연소멸되는 최적의 소화약제 및 혼합비율 기술 연구

가. Drainage time 성능 평가 및 개선

나. 발화 유형별 적정 혼합율 최적화

다. 온도 변화에 따른 최적 혼합율

7. 소방차와 연계된 최적의 인공 지능형 혼합 시스템 연구개발

가. 포소화설비 관련 개발 현황 조사

나. 소방차 약제 자동 주입/혼합 시스템 개발

다. 인공지능형 온도에 따른 배합율 조절 시스템 개발