Particle Sandbox/구상/새 화학반응 및 공정 후보

Particle Sandbox 프로젝트의 기존 철 제련, 원유 분별증류-플라스틱 중합, 우라늄 원자로 및 특수 열선/폭발 라인의 성공적인 구현에 이어, 플레이의 재미(1순위), 편의성(2순위), 과학적 고증(3순위)을 극대화할 수 있는 **신규 화학반응 및 공정 후보 체계**를 제안한다.

본 문서는 필수 요리 시뮬레이션을 비롯하여 산성비/배가스 탈황, 시멘트 소성/경화, 배터리 전기화학, 바이오 발효, 비누화/폭약 합성 공정의 상세 스펙과 필요 장치, 물질 명세, 엔진 수정사항을 타 문서 의존 없이 이 문서 내에서 독자적으로 완결성 있게 기술한다.

## 개요

Particle Sandbox는 물리적 샌드박스의 자유로움 속에서 현실적이면서도 직관적인 화학·물리 공정을 탐구하는 재미를 제공한다. 현재 구축된 철광석 제련, 석유 분별증류-중합, 우라늄 임계 원자로, 충격파/방사선 시스템은 고유의 물리/화학적 법칙과 엔진 인프라를 바탕으로 동작한다.

본 구상 문서에서는 기존 인프라(선언적 반응 테이블 `reactions`, 셀 겹침 슬롯 `overlay`, 밀도 기반 부력 `tryBuoyantRise`, 전기/열전도 통로)를 확장하여, 플레이어가 직관적으로 재미를 느끼고 창의적인 공장/요리/엔지니어링 시스템을 구축할 수 있는 6대 신규 공정 후보를 제안한다.

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## 요리 및 미식 조리 공정 (Cooking & Culinary Physics)

### 반응 설명 및 제안 근거
- **제안 근거**: Sandbox 게임에서 '음식 만들기 및 조리'는 가시적 상전이와 색상 변화, 기포 발생, 질감 변화를 통해 즉각적인 유저 경험과 최상의 시각적/유희적 재미(1순위)를 선사한다.
- **반죽 및 베이킹**: 밀가루(Flour) 가루에 물(Water)이 스며들면 끈적한 반죽(Dough)이 되고, 오븐/화덕의 열(140~220°C)을 받으면 마이아르(Maillard) 반응과 함께 내부에 갇힌 기포(CO2/Steam)가 팽창하면서 다공성 구조의 빵(Bread)으로 구워진다. 효모(Yeast)나 설탕(Sugar)을 가미하면 부풀어 오르는 폭이 더욱 커진다.
- **기름 튀김(Deep Frying)**: 식용유(Cooking Oil)를 160~200°C로 가열한 후 수분을 머금은 반죽이나 음식 재료를 넣으면, 내부 수분이 순간적으로 격렬하게 증발하며 수증기(Steam) 기포가 튀어 오르고 표면이 바삭한 튀김(Fried Food)으로 변한다. 기름이 300°C 이상 과열되면 유류 화재(Oil Fire)로 이어진다.
- **계란 및 유제품 열변성**: 계란 액체(Egg Liquid)는 60~85°C의 비교적 낮은 온도에서 단백질 열변성이 일어나 탱글한 응고 상태(Cooked Egg)로 변한다. 우유(Milk)는 가열 시 표면 막(Skin)이 형성되며, 산(Acid/Vinegar)과 반응하면 치즈/커드(Cheese) 가루로 응고되며 유청(Whey) 액체가 분리된다.

### 들어가는 물질 및 추가 물질 명세 (독자적 완결)
- **Flour (밀가루)**: [가루, 밀도 3.5] 하얀 식물성 가루. Water 접촉 시 Dough로 변형.
- **Dough (반죽)**: [가루/점성액체, 밀도 3.8] 끈적이는 성질. 140~220°C 가열 시 Bread로 전환되며 내부에 기포 스폰.
- **Bread (빵)**: [고체, 밀도 1.8] 다공성 고체. 열전도율 낮음(0.15). 산성/불에 탐(Ash 남김).
- **Cooking Oil (식용유)**: [액체, 밀도 2.1] 가벼운 가연성 액체. 끓는점 230°C. 160°C↑에서 수분 접촉 시 수증기 비산. 300°C↑ 자연발화.
- **Fried Food (튀김)**: [고체/가루, 밀도 2.2] 바삭한 고체.
- **Egg Liquid (계란물)**: [액체, 밀도 3.1] 노란 액체. 60~85°C 가열 시 Cooked Egg로 응고.
- **Cooked Egg (삶은/구운 계란)**: [고체, 밀도 3.0] 응고된 단백질.
- **Milk (우유)**: [액체, 밀도 3.1] 흰색 액체. Acid/Vinegar 접촉 시 Cheese + Whey로 분리.
- **Cheese (치즈)**: [고체/가루, 밀도 2.8] 노란 고체. 70°C에서 부드럽게 녹아 Molten Cheese가 됨.
- **Whey (유청)**: [액체, 밀도 3.0] 맑은 부산물 액체.

### 필요한 장치, 전기장치 및 열원
- **오븐/화덕 용기**: Diamond, Heatpipe, Brick/Stone 벽으로 둘러싸인 밀폐 조리실.
- **가열 장치**: Nichrome 히터 선통, Laser 열선 빔, Coal/Wood 화덕.
- **유탕 냄비(Fryer Container)**: 튀김기 수조 + 밑면 히트파이프.

### 엔진 수정사항 (독자적 완결)
- **반죽 팽창 및 기포 부풀림 (Volumetric Expansion)**:
  - `Dough`가 `Bread`로 전환될 때 주변 빈 셀(EMPTY)에 CO2 또는 Steam 기포 파티클을 1~2칸 방출하고, 본체 셀이 팽창하면서 이웃 셀로 부피를 넓히는 `tryExpandSolid` 헬퍼 함수 추가.
- **유탕 수분 분출 반응 (`updateFryingOil`)**:
  - `Cooking Oil` 온도 160°C 이상일 때, 겹침(overlay) 또는 이웃에 있는 수분 함유 셀(Dough, Water)을 수증기(Steam)로 순간 증발시키며 위쪽 사선 방향으로 비산(splutter)시키는 비산 발사체 훅 작성.

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## 산성비 및 배가스 탈황/화학 처리 공정 (Acid Rain & Flue-Gas Desulfurization)

### 반응 설명 및 제안 근거
- **제안 근거**: 공장 및 제련소, 화약 연소 시 발생하는 유독 가스를 환경적으로 처리하는 대기 환경 생태계 공정. 샌드박스 세계관 내 산업 라인의 부산물 처리 재미와 시스템 완성도 부여.
- **반응 메커니즘**:
  - 화약, 석탄, 원유 연소 시 유독성 산성 배가스(Acid Gas / SOx)가 발생하여 공기 중으로 상승한다.
  - Acid Gas가 공기 중의 수증기(Steam) 또는 구름 셀과 만나면 옅은 산성비(Acid Rain)로 응결하여 낙하, 토양(Dirt)과 금속 구조물을 천천히 부식시킨다.
  - **탈황 공정 (FGD)**: 석회석(Limestone) 슬러리나 베이킹소다(Soda) 세정탑(Scrubber)을 통과시키면 Acid Gas가 반응하여 안전한 석고(Gypsum) 가루와 CO2로 화학적 중화 처리된다.

### 들어가는 물질 및 추가 물질 명세 (독자적 완결)
- **Acid Gas (산성 배가스)**: [기체, 밀도 1.8] 황갈색 중경량 유독 기체. Steam 접촉 시 Acid Rain으로 변환. Limestone/Soda 접촉 시 Gypsum + CO2로 중화.
- **Acid Rain (산성비)**: [액체, 밀도 2.9] 옅은 산성 액체. 일반 Acid보다 천천히 고체/식물을 부식.
- **Gypsum (석고)**: [가루, 밀도 4.5] 흰색 불활성 가루. Water 접촉 시 Cement처럼 Plaster Board(석고 고체)로 경화 가능.

### 필요한 장치, 전기장치 및 열원
- **세정탑 (Scrubber Tank)**: 다공성 Mesh/Turbine 레이어에 Limestone 슬러리나 Soda 수용액을 채우고 배가스를 아래에서 위로 통과시키는 장치.
- **송풍 팬 (Fan)**: Acid Gas를 탈황탑 내부로 강제 이송하는 전기 팬.

### 엔진 수정사항 (독자적 완결)
- **기체-기체 반응 및 응결 상호작용 강화**:
  - `reactions.ts` 선언적 반응 구조에서 기체 간(Acid Gas + Steam) 상호작용 시 1:1 반응으로 액체 입자(Acid Rain)를 생성하여 아래로 낙하하게 하는 byproduct/phase transition 룰 지원 확장.

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## 시멘트/콘크리트 소성 및 고강도 경화 공정 (Cement Calcination & Clinker Curing)

### 반응 설명 및 제안 근거
- **제안 근거**: 기존 Cement + Water = Concrete 단일 반응을 고로 소성(Rotary Kiln) 공정으로 정교화하여 건축 및 대규모 건설 파트에 깊이를 더함.
- **반응 메커니즘**:
  - 석회석(Limestone)과 점토/모래(Dirt/Sand)를 섞어 1350~1450°C 초고온 소성을 거치면 이산화탄소가 빠져나가며 클링커(Clinker) 덩어리가 생성된다.
  - 클링커를 분쇄하면 시멘트(Cement) 가루가 되며, 여기에 물(Water)과 모래(Sand), 철근(Rebar) 구조를 조합하면 엄청난 파괴 내구력을 가진 강화 콘크리트(Reinforced Concrete)가 완성된다.

### 들어가는 물질 및 추가 물질 명세 (독자적 완결)
- **Clinker (클링커)**: [가루/알갱이, 밀도 6.0] 초고온 소성 산물. 맷돌/충격으로 Cement 가루로 파쇄.
- **Rebar (철근)**: [고체, 밀도 8.0] 전도성 및 방폭 내구력을 갖춘 구조용 금속 골조.
- **Reinforced Concrete (강화 콘크리트)**: [고체, 밀도 1000] 일반 Concrete 대비 4배의 폭사 및 내산성 방어력을 가진 최고급 건축재.

### 필요한 장치, 전기장치 및 열원
- **로터리 킬른 (Rotary Kiln)**: Heatpipe와 Blue Flame / Coal 소성로를 결합한 초고온 관형 회전로.
- **분쇄기 (Crusher / Sieve)**: Clinker 알갱이에 진동/충격을 가해 Cement 가루로 만드는 기계.

### 엔진 수정사항 (독자적 완결)
- **복합 구조체 내구도 훅 (Composite Solid Reinforcement)**:
  - `Rebar` 고체 이웃과 `Concrete` 경화 반응이 일어날 때, 자동 결합하여 `Reinforced Concrete`로 상태 전환되는 3-body 반응 처리 헬퍼 구현.

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## 배터리/전해액 전기화학 반응 공정 (Battery & Electrolyte Electrochemical Process)

### 반응 설명 및 제안 근거
- **제안 근거**: sandbox의 전기 시스템(ELECTRICITY.md)을 에너지 저장 및 화학적 전기분해 공정으로 확장. 충전/방전 및 과충전 폭주 재미 제공.
- **반응 메커니즘**:
  - 리튬(Lithium) 및 전해질 액체(Electrolyte)로 구성된 배터리 셀에 전력(Spark/Generator)을 공급하면 화학 에너지가 축적된다(`aux` 전하량 카운트 증가).
  - 충전된 배터리는 지속적인 전원 역할을 수행하며, 쇼트(Short-circuit)나 과열(250°C↑) 발생 시 전해액이 격렬히 기화하면서 열폭주 화재(Thermal Runaway) 및 폭발을 일으킨다.

### 들어가는 물질 및 추가 물질 명세 (독자적 완결)
- **Electrolyte (전해액)**: [액체, 밀도 2.5] 유기 전해질 액체. 고전도성, 가연성.
- **Lithium (리튬)**: [고체/가루, 밀도 1.2] 매우 가벼운 알칼리 금속. Water 접촉 시 격렬한 반응과 함께 수소 방출.
- **Charged Battery Cell (충전된 배터리 셀)**: [고체, 밀도 1000] 방전 시 전기를 공급하고 충전 시 에너지 축적.

### 필요한 장치, 전기장치 및 열원
- **전극 탭 (Anode / Cathode)**: 스파크 전력을 배터리 반응기로 인입/인출하는 전용 단자.
- **배터리 관리 장치 (BMS/Cooling Plate)**: 열폭주를 막기 위한 히트파이프 냉각 자켓.

### 엔진 수정사항 (독자적 완결)
- **셀 aux 전하 축적 및 열폭주 상태기계 (Battery Charge & Runaway Engine)**:
  - 셀 `aux` 바이트를 전하 레벨(0~255)로 사용. 스파크 인입 시 `aux` 증가, 외부 출력 시 `aux` 감쇠. `aux == 255` 및 온도가 높을 경우 `detonate()`를 호출하는 열폭주 분기 추가.

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## 발효 및 바이오 공정 (Fermentation & Bio-Process)

### 반응 설명 및 제안 근거
- **제안 근거**: 생명/유기물 시스템(LIFE.md)과 연계된 바이오 화학 공정. 유기 폐기물 활용 및 바이오 에탄올/메탄가스 자원화.
- **반응 메커니즘**:
  - 효모(Yeast)와 당(Sugar), 물(Water)이 밀폐 조건(30~45°C)에서 만나면 알코올(Alcohol)과 CO2 기포가 생성된다.
  - 알코올이 공기 노출 상태에서 식초균/공기와 반응하면 식초/유기산(Vinegar)이 된다.
  - 음식물 쓰레기/유기 폐기물(Compost/Plant)을 혐기성 발효조에 넣으면 바이오가스(Biogas / Methane)와 고농도 퇴비(Compost)가 생산된다.

### 들어가는 물질 및 추가 물질 명세 (독자적 완결)
- **Vinegar (식초/유기산)**: [액체, 밀도 2.8] 약산성 액체. 소다 중화 및 식품 가공용.
- **Biogas (바이오가스)**: [기체, 밀도 0.9] 메탄 기반 가연성 기체. 에너지원으로 활용.
- **Compost (퇴비)**: [가루, 밀도 4.0] 유기물 분해 잔재. 식물(Plant) 성장 촉진제.

### 필요한 장치, 전기장치 및 열원
- **혐기성 발효조 (Anaerobic Digester Chamber)**: 기체 밀폐 및 온열(35°C) 유지 온수 자켓.
- **가스 포집관**: 생성된 Biogas를 상부로 유도하는 파이프 배관.

### 엔진 수정사항 (독자적 완결)
- **혐기성(Anaerobic) 조건 판정 헬퍼**:
  - 해당 셀의 8이웃에 공기(EMPTY) 또는 산소(Oxygen)가 없는 밀폐 상태를 감지하여 발효 수율을 4배 가속하는 `isAnaerobic(x, y)` 판정 훅 추가.

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## 비누화 및 특수 화학합성 공정 (Saponification & Specialty Synthesis)

### 반응 설명 및 제안 근거
- **제안 근거**: 식용유/유지 부산물과 염기 물질의 반응으로 비누(Soap)를 자급자족하고, 부산물인 글리세린(Glycerin)으로 정밀 폭약을 합성하는 고급 화학 공정 사슬.
- **반응 메커니즘**:
  - 식용유(Cooking Oil) + 소다(Soda) / 강염기 -> 비누(Soap) + 글리세린(Glycerin).
  - 글리세린(Glycerin) + 산(Acid) -> 니트로글리세린(Nitroglycerin) 액체 폭약 합성.

### 들어가는 물질 및 추가 물질 명세 (독자적 완결)
- **Glycerin (글리세린)**: [액체, 밀도 3.2] 점성 무색 액체. Acid와 반응하여 Nitroglycerin 생산.

### 필요한 장치, 열원 및 엔진 수정사항 (독자적 완결)
- **교반 반응기 (Agitated Reactor)**: Heatpipe 조절 조 + Sieve/Mesh 혼합 레이어.
- **엔진 수정**: `reactions.ts`에 2단계 연속 합성(Saponification -> Nitration) 선언 룰 등록.

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## 종합 요약 및 엔진 수정 요구사항 총괄

| 공정 분야 | 주요 신규 물질 | 핵심 장치 및 열원 | 주요 엔진 수정 및 확장 기능 |
|---|---|---|---|
| 요리 및 미식 조리 | Flour, Dough, Bread, Cooking Oil, Fried Food, Egg Liquid, Cooked Egg, Milk, Cheese, Whey | 화덕/오븐, 튀김 수조, Laser/Heatpipe 히터 | 반죽 입체 팽창(`tryExpandSolid`), 유탕 수분 비산(`splutter`), 단백질 열변성 훅 |
| 배가스 탈황/환경 | Acid Gas, Acid Rain, Gypsum | 세정탑(Scrubber Tank), 송풍 팬(Fan) | 기체-기체 반응 및 응결 대기 산성비 패스 |
| 시멘트 소성/경화 | Clinker, Rebar, Reinforced Concrete | 로터리 킬른, 분쇄기(Crusher) | 초고온 소성 및 철근-콘크리트 복합 구조 보강 훅 |
| 배터리/전해액 | Electrolyte, Lithium, Charged Battery Cell | Anode/Cathode 전극, BMS 냉각 자켓 | aux 전하 축적/방전 상태기계 및 과충전 열폭주 |
| 발효/바이오 공정 | Vinegar, Biogas, Compost | 혐기성 발효조, 가스 포집관 | 혐기성(Anaerobic) 밀폐 환경 판정 훅 |
| 비누화/합성 | Glycerin | 교반 반응기 | 선언적 2단계 연속 합성 룰 |

본 구안은 기존 Particle Sandbox의 우수한 모듈식 물리학/화학 인프라를 온전히 계승하며, 플레이어에게 실용적이고 흥미진진한 샌드박스 공정 건설의 기회를 제공할 것이다.