Background : Plants cultivation is hindered by root rot, a major disease caused by the soil-born fungi. The ginseng-cultivated soil is one of the nutritious habitats for soil-borne microorganisms. Bacteria from ginseng-cultivated soil can increase plant growth by supplying nutrients and hormones as well as protecting against pathogenic fungal infections and induced systematic resistance. Methods and Results : The novel species DCY115T was isolated from ginseng-cultivated soil in Gochang province, Republic of Korea. The isolate was assigned to the genus Paraburkholderia due to its 16S rRNA gene sequence closely proximity to P. xenovorans LB400T (98.8%). Strain DCY115T is gram-negative, facultative aerobic, rod-shaped, non-flagellated, oxidase and catalase positive. The predominant isoprenoid quinone is ubiquinone Q-8. The genomic DNA G + C content is 61.3 mol%. Phenotypic tests and chemotaxonomic analysis place strain DCY115T in the genus Paraburkholderia. DNA-DNA hybridization values between strain DCY115T and closely related reference strains were lower than 51%. The DNA relatedness data in combination with phylogenetic and biochemical tests showed that strain DCY115T could not be assigned to any recognized species. Finally, strain DCY115T showed the plant growth promoting activities of siderophores production, phosphate solubilization, and antagonistic activity against root rot fungal pathogen Fusarium solani (KACC 44891T) and Cylindrocarpon destructans (KACC 44660T). Conclusion : The results support the novel strain DCY115T as a potential biocontrol agent against root rot fungal pathogen within the genus Paraburkholderia for which the name Paraburkholderia panacihumi is proposed. The type strain is DCY115T (= KCTC52952T = JCM32099T).

Background : Panax ginseng the king of Oriental medicines, has enormous potential against many of the disease symptoms and ailments. Panax quinquefolius is an another important member of Panax family which has similar benefits and medicinal properties. Both the species contains ginsenosides a pharmacologically active component abundant in their roots. In an effort to establish the new ginseng cultivars with improved agronomical characters such as root shape, stress tolerant and higher ginsenoside contents, the reciprocal interspecific hybrids were generated Methods and Results : Four elite cultivars and two new lines of ginseng were chosen to produce interspecies reciprocal hybrids with P. quinquefolius, by pollen dusting on the emasculated flowers. Among the F1 populations, the reciprocal hybrids generated by using new line 0837 both as maternal and paternal parent showed better properties and hybrid vigor. They showed strong root phenotypes with many lateral and fine roots thus having 10% to 20% higher ginsenoside contents compared to the parental populations. Among the major ginsenosides, the pharmacologically active ginsenosides such as Re, Rb1, Rb2 and F1 were enriched and accounted for the 70% of the PPD ginsenosides in 0837/Pq and Pq/0837 crosses, displaying strong dominance. Conclusion : Thus, based on our result we could conclude that P. ginseng line 0837 is the superior variety compared to the already existing lines for performing the interspecific hybrids with promising outcome in their root quality and ginsenoside content.

Background : Panax ginseng is an important crop based on its pharmaceutical efficacy in the Asian countries, it cultivated in Korea is usually harvested after 4 to 6 years of cultivation, whereas various abiotic stresses lead to a reduction of its quality. One of them is the Aluminum (Al) accumulation. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) can play a role in plant health and growth and has been considered as a new trend for supporting the growth of many crops in heavy metal occupied areas. Accordingly, this study aimed to utilize PGPR to enhance the resistance of the ginseng plant against Al stress. Methods and Results : The screening of several PGPR isolated from ginseng cultivate soil had been carried out by in vitro and in planta studies to confirm the plant growth promoting traits. Amongst, the strain Rhizobium panacihumi DCY116T was registered as one novel bacteria species and found to have IAA, siderophores production and phosphate solubilization traits, heavy metal resistance activity, and antifungal activity by in vitro test. Furthermore, in the perennial plant ginseng, fifteen minutes dipping of 108 CFU/㎖ DCY116T was enough to prime 1.5-years-old ginseng seedlings against given Al stress. Ginseng seedlings treated with DCY116T showed higher biomass, active compounds (like ginsenoside, proline, total phenolic, sugars) than non-bacterized Al-stressed seedlings. DCY116T treatment induced Al stress related genes, ROS scavenging genes, ABA biosynthesis genes and root hair formation genes which prevent the Al stress. Conclusion : R. panacihumi DCY116T can be used to prime ginseng seedlings and induced its Al resistance. Also, it can promote the root hair formation. Based on these results, strain DCY116T can be as a potential plant growth promoting bacterium used in the future for the cultivation of ginseng or other kind of crop/ plant growth under Al stress.

Background : Among medicinal plant sources, Abeliophyllum distichum is widely used in traditional Korean medicine. we report on the synthesis of nanostructured zinc oxide particles by both chemical and biological method. Highly stable and spherical zinc oxide nanoparticles are produced by using zinc nitrate and Abeliophyllum distichum leaf extract. Methods and Results : Zinc oxide (Ad-ZnONPs) nanoparticles synthesized from Abeliophyllum distichum at room temperature by aqueous extract of dried leaf and stem. The plant endemic in Korea alone and it is a monotypic flowering plant genus of olive family, Oleaceae. Catalytic and toxicity effect against human keratinocyte and adenocarcninomic human alveoloar. Ultra violet visible (UV-Vis) spectroscopy, field emission transmission electron microscopy (FE-TEM), energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, elemental mapping, X-Ray powder diffraction (XRD), selected area electron diffraction (SAED) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy were engaged to illustrate the biosynthesized nanoparticles. The Zn-AdNPs has the ability in catalytic action and the cytotoxicity agent against different cell lines as investigated by 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay Conclusion : The present studies reveals that facile approaching the biological synthesis of zinc oxide nanoparticles by using the A. distichum leaf and stem extract, which is revealed that recyclable method. The method is well suited for the green synthesis and dual function molecule as reducing agent and stabilizing agent for synthesis of nanoparticles. The nanoparticles also showing promising biological activities.

In 2018, the Korean government introduced a landfill levy under the Framework Act on Resource Circulation. This was a fiscal measure to ensure that landfill waste disposal is priced so as to reflect its environmental cost and to help promote more sustainable waste management. This study aims to investigate the effectiveness of the landfill levy as a landfill policy instrument in Korea. In this study, a literature survey was conducted on the existing theoretical and empirical insights to the effectiveness of landfill taxes, including experiences in several EU countries. This survey shows that if landfill taxes are to be effective in terms of reducing the amount of waste going to landfills, the tax rate should be put at a fairly high level. It should be noted that the landfill tax rates should be set based on the external cost of landfill disposal. In addition, it appears that the landfill tax has not significantly affected generated waste per capita in the EU. The landfill tax can result in negative effects. Due to the reduction of waste sent to landfills, there is a risk that landfill operators will not be able to fulfil their financial obligations for closure and aftercare. Additionally, after closure and construction of the surface sealing, the emissions potential of the waste body remains more or less constant, resulting in the extended time-scale and uncertain funding of the post-closure period. This is a problem applicable to most landfills that contain inorganic waste. Thus, landfill operators should be stimulated by means of appropriate regulations to stabilize the waste body as much as possible to guarantee the lowest possible emission potential. This requires financial incentives, which are implemented to encourage operators to actively advance the stabilization of landfill waste.

Background : Bokbonja the Korean black raspberry (Rubus coreanus Miquel) fruit derived product, which is native to Korea. They contain potential anti-aging, anti-oxidants, depurative activities. Bokbonja refers to an immature berry of Rubus coreanus in the Korean pharmacopeia, Rubus chingii in Chinese pharmacopeia. Recently several Rubus species are available in the Korean drug markets which could easily find their way into drug prescriptions. Methods and Results : Hence we tried to detect the presence of these contaminating species in bokbonja products using SNP marker assisted by multi-plex PCR. We found a SNP region in the 26S region of these species and evaluated their potential to discriminate Rubus species. We designed a set of primer pairs such as, BokR primer has distinguished R.coreanus by producing a band at 852 bp and the primer sanF has differentiated R. crataegifolius by amplifying a band at 129 bp, while chiF has produced a band at 83 bp to distinguish R.chingii. These primer pairs effectively distinguished the bokbonja samples collected from various local markets as well as form drug store in Korea as well. The results were shocking as the bokbonja (R.coreanus) has a limited usage in Korea and either R. crataegifolius or R.chingii has been found in these samples. Taken together the primer pairs bokR, sanF, chiF along with 26S universal primers could effectively distinguish Rubus species in a single multiplex PCR reaction. Conclusion : Our results based on the 26S rDNA derived SNP region have shown that, the usage of R. coreanus is extremely limited and its often mistaken or adulterated with R. crataegifolius and R. chingii. It presses a panic situation in Korean peninsula to preserve bokbonja and the species R.coreanus which is endemic and superior in efficacy.

유엔기후변화협약(UNFCC)은 온실가스 배출통계의 중요성을 강조함에 따라 모든 당사국들은 국가 온실가스 인벤토리 산정 보고서를 제출할 의무를 명시하고 있다. 국가 온실가스 인벤토리 분야에는 폐기물 분야도 포함되어 있으며, 특히 메탄배출량의 상당량을 차지하는 폐기물매립지에 대한 온실가스 배출량 산정은 매우 중요시되고 있다. 그럼에도 불구하고 국내 폐기물매립지는 아직까지 GPG(Good practice guidance) 2000에 기반하여 온실가스 배출량을 산정하고 있어 2006 IPCC 가이드라인을 기준으로 매립지 온실가스 배출량을 산정하고 있는 미국과 EU 국가 등과 비교하여 배출량 산정의 정확도가 낮은 문제점을 나타내고 있다. 이에 본 연구에서는 GPG 2000과 2006 IPCC 가이드라인(Tier 1, 2)을 기반으로 국내 폐기물매립지의 온실가스 배출량을 산정 및 비교함으로써 폐기물매립지 온실가스 배출량 산정방법의 문제점 및 개선방향을 제시하고자 하였다. 각 방법별 폐기물매립지의 국가 온실가스 배출량 산정 결과, 2015년 기준으로 2006 IPCC Tier 1의 배출량은 10,885 Gg CO2eq,로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 2006 IPCC Tier 2(9,443 Gg CO2eq,), GPG 2000(7,727Gg CO2eq)순으로 나타났다. GPG 2000과 2006 IPCC 가이드라인 모두 FOD 모델을 기반으로 하고 있기 때문에 연도별 배출량 증감은 비슷하였으나 GPG 2000은 매립폐기물 전부를 하나의 단일 성상으로 가정한 반면 2006 IPCC에서는 폐기물 성상별로 배출계수를 적용하도록 하고 있어 배출량의 차이가 발생하였다. 다만 2006 IPCC에서는 국가 배출계수의 적용을 권고하고 있어 향후 이에 대한 지속적 개발 및 검증이 이루어져야 할 것이다.

In 2018 the South Korean Government introduced the Resource Circulation Act that included a landfill levy (tax) in order to reduce the amount of waste going to landfill sites and to promote recycling. The objective of this study is to examine the negative and positive effects of landfill tax on national waste management by reviewing case studies from the European Union (EU). In December 2015, the European Commission proposed the Circular Economy Package that sets ambitious recycling rates of 65% and a maximum 10% landfill rate for municipal wastes by 2030, and the European Commission decided that the landfill tax could help move towards these aims. Indeed since the late 1990s, most of the countries in the European Union have introduced landfill taxes. Landfill rates of these countries showed a tendency to decrease gradually. Currently the landfill rates for the Netherlands, Sweden, Denmark and Norway are less than 5%, and those for the UK, France and Italy have fallen below 30%. However, the landfill tax also had negative effects. In the case of the Netherlands, too little waste was sent to landfills, and private companies can no longer profit. Consequently the companies will not be able to fulfil their financial obligations for closure and aftercare. Thus, based on the results of this study, it is necessary to further consider the landfill levy in Korea.

The objective of this research was to estimate the greenhouse gas (GHG) emission factors for food, paper, and wood wastes through methane (CH4) flow analysis. The GHG emissions from a given amount of landfill waste depend on the carbon (C) flows in the waste: (1) carbon storage in landfills, (2) C in carbon dioxide (CO2) and CH4 generated in anaerobic waste decomposition, (3) C in CO2 and CH4 emitted to the atmosphere through vertical gas wells, (4) C in CO2 from CH4 oxidation through cover soils, and (5) C in CH4 emitted to the atmosphere through cover soils. This study reviews the literature on the ranges for DOCf (the fraction of degradable organic carbon that can decompose) and OX (oxidation factor) values of food, paper, and wood, with a particular focus on the role of lignin. There is an inverse relationship between lignin and the DOCf of paper and wood wastes. In this respect, the lignin content could be used as an abatement indicator for the DOCf of paper and wood. The literature review shows that the average DOCf values for food, paper, and wood were 0.72, 0.61, and 0.12, respectively. The country-specific DOCf value for wood (0.44) is significantly higher than the ranges reported in the literature, which implies that the country-specific DOCf for wood can overestimate GHG emissions compared to the DOCf obtained from the literature. The estimated GHG emissions factors were 1,055 kg-CO2e/ ton-wet waste for food, 1,367 kg-CO2e/ton-wet waste for paper, and 276 kg-CO2e/ton-wet waste for wood. Sensitivity analysis results showed that the most influential parameters were MCF (CH4 correction factor), DOCf, and OX. In order to reduce GHG emissions from landfill in Korea, landfill sites currently in operation should be converted from anaerobic to semi-aerobic.

폐기물매립지에서 함수율은 폐기물의 분해속도뿐만 아니라 폐기물의 분해율에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이에 매립지 내부의 수분을 인위적으로 증가시켜 매립가스 발생량을 증대시키는 bioreactor 공법이 연구되고 있다. 따라서 향후에는 국내외 매립가스 자원화를 계획 및 진행하고 있는 폐기물매립지를 대상으로 bioreactor 공법이 적용될 것으로 예상되며, 이를 위해 매립지 내부의 함수율 변화에 따른 매립가스 발생특성이 예측되어야 할 것이다. 그러나 기존 연구들에서는 실내실험 및 현장 실증실험을 통하여 bioreactor 공법 적용에 따른 조기안정화 및 매립가스 발생량 증대 효과만을 나타내었을 뿐 함수율 변화가 폐기물의 분해도 및 분해속도에 미치는 영향을 수치적으로 나타내지 않아 bioreactor 공법 적용에 따른 정확하고 신뢰성 있는 매립가스 발생량 예측이 어려운 점이 있다. 이에 본 연구에서는 매립지 내부에서의 함수율 변화가 메탄발생 특성에 미치는 영향을 평가하여 향후 함수율 변화에 따른 메탄발생량 및 발생속도 예측의 기초자료로 이용하고자 하였다. 시료는 가연물 중 매립지에 가장 높은 비율로 매립되는 종이를 대상으로 하였다. 각 반응조별 초기 함수율은 10%, 20%, 30%, 40%, 50%로 설정하였으며, 초기함수율 10~40%의 반응조들은 가스발생이 중지되었을 때 함수율을 10%씩 증가시켜 최종적으로는 모든 반응조의 함수율이 50%에 도달하도록 실험을 진행하였다. 실험결과 메탄발생이 최초 중지되는 시점의 각 반응조별 메탄발생 비율은 50% 반응조 대비 10%는 0.4%, 20%는 0.8%로 메탄발생이 매우 미미하였으며, 30%는 6.5%, 40%는 28.9%로 매우 적은 메탄발생 비율을 나타내었다. 이후 각 반응조마다 메탄발생이 중지되는 시점에 함수율을 10%씩 증가시켜 모든 반응조의 최종 함수율이 50%가 되도록 하였으며, 실험 종료 후 메탄발생 비율은 초기함수율 50% 대비 10%는 3.5%, 20%는 7.0%, 30%는 25.1%, 40%는 49.6%로 나타났다. 이론적으로는 초기 함수율이 낮아도 최종 함수율이 동일하면 유기물의 분해속도는 달라도 최종 함수율이 나타내는 메탄발생량과 동일한 값을 나타내어야 하나 초기함수율 10~40% 반응조 모두 초기함수율 50%가 나타내는 메탄발생량에 훨씬 못미치는 메탄발생량을 나타내었다. 따라서 메탄발생량과 연관하여 초기함수율은 매우 중요 인자이며, 메탄발생이 중지되는 시점에 수분을 추가로 주입하면 메탄발생이 다시 시작되나 최종 메탄발생량은 초기 함수율이 낮을수록 크지 않을 것으로 판단된다.

현행 폐자원(또는 폐기물)에너지와 관련하여 “자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률(이하 자원재활용법)”에서 ‘폐자원에너지’는 폐기물을 이용하여 만든 고형연료, 기체연료(매립가스, 바이오가스, 합성가스 등), 액체연료 (정제연료유, 재생연료유 등)와 소각열 에너지로 규정하고 있으며, “신에너지 및 재생에너지 개발･이용･보급 촉진법(이하 신재생에너지법)”에서는 ‘폐기물에너지’를 폐기물을 이용하여 만든 연료들과 이들 연료를 연소 또는 변환시켜 얻어지는 에너지 그리고 소각열을 변환시킨 에너지까지로 정의하고 있다. 즉 “자원재활용법”은 주로 폐기물을 이용한 연료제조까지를 규정하고 있지만 “신재생에너지법”에서는 연료제조와 이를 통한 생산된 에너지까지로 보다 폭 넓게 규정하고 있다. 소각열의 경우는 “자원재활용법”에서는 소각열에너지만을 포함하고 있는데 반하여 “신재생에너지법”에서는 소각열을 변환시킨 에너지까지로 규정하고 있어 효율적인 에너지 관리측면에서는 상호 법률간 연계를 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다. 환경부의 폐자원에너지관련 법률체계는 기본법인 “환경정책기본법”과 폐기물관련 개별법을 묶어주는 일반법인 “자원순환기본법(2018.1.1. 시행예정)”이 총괄을 하며, 개별법인 “폐기물관리법”에서 세부 관리기준이 제시되어 있다. 하지만 “자원순환기본법”의 경우 단순 폐기물 소각 시 부과되는 부담금을 감면 받기위한 목적으로 에너지회수를 권장할 뿐 폐기물로부터 에너지 회수를 목적으로 하고 있지는 않는다. 따라서 국가차원의 온실가스 발생량 감축과 화석연료 사용절감이 요구되는 효율적인 에너지 관리측면에서 관련 법률을 분석하여 보면 환경부의 폐기물에너지관련 정책이 비교적 제한적임을 알 수 있다. 에너지 관련법류를 살펴보면 ‘폐기물에너지’라는 용어는 신·재생에너지관련 초기법령인 “대체에너지개발촉진법(1988.1.1. 시행) 제2조”에 언급되어 있으며 이후 “신재생에너지법”에 이르기 까지 재생에너지의 한 분야로 폐기물에너지 활용에 중점을 두고 있다. 따라서 관련용어의 통일(폐자원에너지 vs. 폐기물에너지)을 통하여 폐기물과 에너지관련 법률의 연계성을 높이고, 기저열원으로서의 효율적인 폐기물에너지 관리를 위하여 폐기물을 이용한 연료제조부분(재활용)과 소각열을 포함해서 폐기물을 이용한 연료들로 부터 생산되는 에너지를 활용하는 부분(폐기물에너지)으로 구분하여 관리할 필요가 있을 것으로 판단된다.

연료연소에 의한 이산화탄소 배출량은 대부분 국가에서 온실가스 배출량의 90% 이상을 차지하고 있고, 경제상황이 호황일수록 그리고 선진국보다는 중국, 인도 같은 개도국에서의 온실가스 발생량이 증가하고 있다, 우리나라의 경우 1990년 대비 2014년 연료연소에 의한 이산화탄소 배출량 증감률은 153%로 OECD회원국 중 칠레 다음으로 증가폭이 컸으며, 2013년 대비 2014년 연료연소에 의한 이산화탄소 배출량 증감률은 -1.2%로 소폭감소세를 보여주고 있다. 또한 파리협정을 통하여 2020년 이후 새로운 기후변화 대응체제를 대비하여 선진국과 개도국 모두 온실가스 발생량 감축을 위하여 지역이나 국가단위의 총체적 관리가 요구되는 시점에서 에너지사용 절감과 신･재생에너지 확대 뿐 만아니라 에너지의 효율적인 활용이 매우 중요한 사안이 되었다. 본 연구에서는 신･재생에너지의 확대와 미활용 에너지원의 효율적인 활용 측면에서 집단에너지사업(특히 지역 냉･난방사업)에서의 소각수열 활용에 대한 현황과 전망을 살펴보았다. 2014년 기준 생활폐기물 소각시설에서 발생된 에너지량은 9,184,399Gcal로 2010년(7,643,474Gcal) 대비 120% 증가한 양으로 향후 고효율 소각시설 도입과 자원순환기본법 시행을 앞두고 에너지회수시설에 대한 투자가 확대되어 생산되는 에너지양은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 현행 지역 냉･난방사업자의 소각수열 매입단가(수도권의 경우)는 수도권내 열병합발전소(분당, 안양, 부천, 고양)의 사용량 요금을 평균하여 분기별로 적용하여 산출하는데 통상 열 사용요금의 23~27%수준으로 산정하여 왔는데, 최근 지자체별로 열요금 매입단가에 대하여 상향 조정으로 요구하고 있는 실정이다. 더욱이 신규 소각시설이나 대보수되는 소각시설의 경우 생산되는 열에너지를 인근 제조공장에 지역 냉･난방 보다 높은 가격으로 판매하는 사례가 생기고 있다. 따라서 환경기초시설인 소각시설의 단순 수익성확보 보다는 국가나 지역차원의 효율적인 에너지관리를 위한 경제성과 온실가스 발생량 감축이라는 목표를 달성하기 위한 추가적인 검토가 필요할 것으로 사료된다. 또한 일부 지자체에서는 건물단위로 신･재생에너지 확보 의무비율을 조례로 지정하는 등 단순히 신･재생에너지 목표치 달성이라는 정책적 한계를 보이고 있어 향후 지역차원의 경제적이고 안정적인 에너지원 확보와 에너지 생산시설 설치비용 절감과 효율적인 에너지관리를 위한 에너지공급방식 선정 등 보다 세부적인 ‘지역 에너지이용계획’ 수립이 요구되고 있다. 특히 국가나 지역차원에서 화석연료사용 절감과 온실가스 발생량 감축을 위하여 소각수열과 같은 저렴하고 안정적인 폐기물에너지원의 적극적인 개발이 필요하며 제도적으로도 에너지원별 목표관리에만 치중되어 있는 현재의 정책에서 지역 내에서 경제성과 안정성을 평가하여 에너지원별 사용 우선순위를 결정하고 결정된 에너지원의 공급방식(개별공급or집단공급)을 선정하는 등의 전환이 필요한 시점이라고 판단된다.

폐기물매립지에서 온실가스 발생량 예측을 위하여 사용되는 1차 반응모델(First-order decay, FOD)에 적용되는 중요한 변수 중 하나는 메탄발생잠재량(Methane generation potential, L0)이다. L0는 메탄생성에 가장 이상적인 조건에서 폐기물 중량단위 당 발생할 수 있는 메탄의 양으로 일반적으로 메탄수율이라고 나타내기도 한다. 그러나 폐기물매립지에서의 L0는 매립지 내부의 수분, 온도 등의 환경적 조건과 폐기물 크기 등의 물리적 특성에 의해 메탄발생이 영향을 받기 때문에 일반적으로 정의되는 L0와 혼동을 나타낼 수 있다. 이러한 물리적 및 환경적 요인 때문에 폐기물매립지에서의 L0는 실내실험 결과보다 낮게 나타나며, 따라서 폐기물매립지에서의 사용되는 L0 용어에 대한 기본적 가정은 메탄발생을 위한 이상적 조건이 아닌 실제 매립지 조건으로 고려되어야 한다. 이에 본 연구에서는 앞에서 나타낸 용어의 정의를 기준으로 기존 연구문헌에서 폐기물매립지의 L0산정을 위해 적용한 방법들을 고찰하여 향후 L0 산정 및 방법론 개발에 기초자료로 활용되고자 하였다. L0 산정방법을 크게 구분하면 화학양론적 방법(Stoichiometric method), 실내실험 방법, 모델일치(Model fitting) 및 회귀분석, IPCC(Intergovernmental panel on climate change) 방법론으로 구분할 수 있다. 화학양론적 방법은 폐기물의 원소조성에 기초한 Buswell 식 또는 폐기물의 탄수화물(Carbohydrates), 단백질(Proteins), 지질(Lipid)의 함량에 기초하여 이론적인 L0값을 산정 후 생분해가능 비율(Biodegradable portion, BF)을 곱하여 L0값을 계산할 수 있으나 BF 산정에 어려움이 있다. 실내실험은 일반적으로 폐기물 성상별 L0에 폐기물 조성 가중치를 적용하여 L0값을 산정하고 있다. 성상별 L0값을 산정하기 위해서는 일반적으로 BMP(Biochemical methane potential) 실험이 사용되나 BMP 결과를 L0로 나타내기에는 문제점이 있다. 이는 BMP 결과는 혐기성 분해의 이상적 조건에서 도출되었기 때문에 L0 보다는 DOC(Degradable organic carbon)와 의미가 매우 유사하며, 모의매립조(Lysimeter) 또는 현장 실험보다 높은 값을 나타내기 때문에 조정계수를 적용하여 L0값을 산정하여야 한다. 모의매립조 실험의 경우에는 수리전도도(Hydraulic conductivity)와 연관되어 실제 매립지보다 짧은 수리학적 체류시간을 가지게 되는 문제점이 있다. 이는 매립지에서 침출수로 유출되는 DOC 비율은 2% 미만으로 보고되고 있으나 모의매립조는 상당비율의 DOC가 침출수로 유출되기 때문에 L0 산정 시 침출수로 유출되는 DOC비율을 고려하여야 한다. 모델 일치 및 회귀분석은 실제 매립지에서의 측정 데이터를 기초하기 때문에 가장 정확하나 데이터 확보를 위한 장기간의 시간이 소요된다. IPCC 방법론의 경우 DOC 및 DOCf를 산정하여 L0를 산정할 수 있으며, DOC 산정을 위해서는 BMP 실험을 이용한 방법과 폐기물의 방사성 탄소함유량(Radiocarbon content)에 기초한 생물학적 기원 탄소량 산정방법이 있다. DOCf는 셀룰로오스(Cellulose)와 헤미셀룰로오스(Hemi-cellulose)가 전부 메탄으로 전환된다는 가정 하에 측정된 메탄수율로 나누어 계산할 수 있다.

국내 하수슬러지는 2013년 기준 전국 569개 하수처리시설에서 약 3,531 천톤/년이 발생하고 있으나, “런던협약 ’96의정서”로 인해 2012년부터 해양투기가 전면금지 됨에 따라 하수슬러지의 최종 처분을 위한 다양한 논의 및 연구가 활발히 이루어지고 있다. 슬러지 처리방안 중 국내에서는 폐기물관리법 시행규칙이 개정(‘09.8.7)됨에 따라 공공하수처리시설에서 발생하는 하수슬러지 중 발열량이 에너지회수 기준에 적합하고 환경에 문제가 없는 경우에는 화력발전소에서 5%이내로 석탄연료와 혼합하여 연료로 사용할 수 있게 되었다. 슬러지의 건조 공정은 건조 방식에 따라 직접건조와 간접건조 방식으로 나눌 수 있으며, 건조방법에 따라 기류건조, 원심박막건조, 열풍 회전건조, 다단건조, 열매체건조 방법 등으로 구분할 수 있다. 건조기 형식에는 유동상 건조기, 드럼건조기, 디스크 건조기, 패들 건조기 등이 있다. 건조슬러지를 연료로 재활용하기 위해서는 함수율 10% 이하까지 건조해야 하며 일반적인 건조 연료화 공정에서는 함수율 80% 내외의 탈수슬러지를함수율 10%까지 낮추도록 하고 있다. 그러나 기존 건조 방식과 같이 슬러지의 함수율을 80%에서 10%로 낮추기 위해서는 상당량의 화석연료가 소모되어야 하며, 이는 경제적 문제뿐만 아니라 슬러지를 연료로 활용함으로써 얻게 되는 온실가스 감축효과를 상쇄시키는 문제점이 있다. 또한 함수율 40~60%구간은 최대점성구간(Glue zone)으로 슬러지가 건조되어 함수율이 40~60%에 도달하게 되면 슬러지의 뭉침 현상이 발생하여 열 전달 감소 및 점성 증가로 인하여 건조 효율이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 처리용량 약 4톤/일의 pilot plant를 설치하여 자체 개발한 고압 프래스 탈수기와 패들 건조기를 이용한 슬러지 건조시스템의 성능을 평가하고자 하였다. 우선 슬러지를 탈수하기 전에 톱밥, 건조슬러지 등의 부형재를 슬러지와 혼합하여 슬러지의 뭉침 현상을 근본적으로 억제하여 함수율 40~60% 구간에서도 뭉침이 발생하지 않도록 하였다. 실험결과 최적 부형제 혼합비율은 1(슬러지):0.4(톱밥)로 분석되었다. 부형재와 혼합된 슬러지는 시스템 전단에 설치된 고압 프레스 탈수기에 투입되어 함수율 80% 내외의 슬러지에 약 30kgf/cm²의 압력을 가해 함수율 40~50%로 낮추도록 하였다. 이때 고압 프레스 탈수기의 탈수효율을 증대시키기 위하여 일방향 탈수 방식이 아닌 양방향 탈수 방식을 적용하였으며, 기존 일방향 탈수 대비 탈수효율을 약 25%증대시킬 수 있었다. 탈수된 슬러지는 패들형 건조기에 투입하여 함수율 10% 이하의 건조연료로 생산하며, 이때 건조기 내의 교차된 패들이 회전하면서 슬러지를 이송하고 패들의 내부에 스팀이 공급되어 패들 표면의 복사열을 통해 이송물의 건조가 순차적으로 이루어지도록 하였다. 본 실증 실험결과 건조기 투입 슬러지의 함수율을 40~50%까지 낮춤으로 인해 건조기 체류시간 및 화석연료 사용량을 감소시킬 수 있었다. 또한 고압 프레스 탈수기 운전 시 탈수효율의 개선을 위해 부형제로 톱밥을 사용하여 기존의 건조 방식과 비교하였을 때 부형제로 투입되는 톱밥의 비용 및 고압 프레스 장치의 전력 사용량을 고려하더라도 경제성 확보가 가능하였고, 건조효율 개선 및 건조 시간 단축의 우수성이 있는 것으로 나타났다.

폐기물매립지는 대기 중으로 배출되는 인위적인 메탄 배출량의 상당 비율을 차지하고 있으며, 메탄은 기후변화에 상당부분 기여하는 물질 중 하나로 잘 알려져 있다. 이에 폐기물매립지에서 발생되는 온실가스로 인한 주변 환경오염 저감과 온실가스 관리 등을 위해서는 먼저 정확한 온실가스 배출량 산정이 필요하다. 그러나 폐기물매립지에 매립되는 폐기물의 불균질성과 매립된 폐기물의 분해에 관여하는 인자가 많기 때문에 장기간에 걸쳐 물리화학적 및 생물학적 반응을 통해 발생되는 온실가스의 배출량을 정확히 측정한다는 것은 매우 어렵다. 지금까지 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 예측을 위하여 다양한 모델들이 제안되었는데, 대부분의 모델은 1차 반응모델(First-order decay, FOD)에 기초하고 있다. 1차 반응모델로 가장 대표적인 모델은 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제시한 FOD 모델과 미국 EPA(Environmental protection agency)에서 개발한 LandGEM(Landfill gas emissions estimation model) 등이다. 1차 반응모델에 적용되는 모델 변수들은 일반적으로 2006 IPCC 가이드라인에서 제시하고 있는 기본값을 적용하고 있으나 모델 변수는 온실가스 배출량 산정의 정확성에 결정적 영향을 미치기 때문에 폐기물매립지에서 모델을 이용한 온실가스 배출량 산정 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해서 해당 매립지 특성에 맞는 변수값을 산정할 수 있는 방법론이 우선적으로 개발되어야 한다. 이에 본 연구에서는 장기간 동안 S 폐기물매립지에서 발생하는 온실가스를 측정한 결과를 기초로 메탄 및 탄소 물질수지를 이용하여 1차 반응 모델의 주요 변수인 DOC(Degradable organic carbon), DOCf(Fraction of degradable organic carbon which decomposes), R(CH4 recovery efficiency), OX(Oxidation factor), k(CH4 generation rate constant), Lo(CH4 generation potential)를 산정하고 산정된 변수값을 검증하여 온실가스 모델변수 산정방법론을 개발하고자 하였다. 연구결과 BMP(Biochemical methane potential) 실험을 통해 산정된 메탄발생량값은 최적 조건에서 평가된 값이기 때문에 DOCf를 1.0로 가정하였을 경우 DOC를 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서 메탄 및 탄소 물질수지를 이용하여 도출된 주요 변수값들을 모델에 적용하여 평가된 온실가스 발생량과 기존에 측정된 온실가스 발생량을 비교하였을 때 매우 유사하게 나타나 탄소물질 수지를 이용하여 1찬 반응모델의 변수들을 매우 정확하게 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 이외에도 1g의 폐기물(습윤기준) 중 매립지에 저장되는 DOC는 0.07g으로 분석되었으며, 침출수로 유출되는 DOC 비율은 전체 DOC 중 1.3%로 계산되었다. 따라서 본 연구를 통해 제안된 탄소 물질수지를 이용한 모델 변수 산정 방법은 폐기물매립지 온실가스 모델 적용에서 모델 변수들 및 예측값의 정확성을 향상시킬 수 있게 되었다.

폐기물매립지에서는 폐기물이 매립되어 혐기성 조건하에 폐기물에 포함되어 있는 다양한 유기물이 미생물에 의해 분해가 이루어지면서 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 이루어진 가스가 발생된다. 메탄은 매립가스 중 지구온난화에 큰 영향을 미치는 물질로 알려져 있고 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)에서도 온실가스로 규정하고 그 배출량을 감축하기 위해 노력을 하고 있다. 따라서 폐기물매립지 내에서 발생하는 매립가스의 발생량을 정확히 추정하는 것이 필요하다. 일반적으로 일차분해모델인 IPCC 모델이 배출량 산정을 위해 사용되며, 모델에 적용되는 변수 중 매립폐기물의 메탄잠재발생량(L0)과 메탄발생속도상수(k)는 모델의 정확성에 영향을 미치는 중요한 변수 중 하나이다. 메탄발생잠재량에 적용되는 매개변수로 생화학적 분해 가능한 유기탄소량을 의미하는 유기탄소(DOC), 혐기성 조건에서 메탄으로 전환 가능한 유기탄소 비율(DOCf), 호기성분해에 대한 메탄 보정계수(MCF), 발생 매립가스에 대한 메탄 부피비(F) 등이 있다. 이러한 매개변수들 중 활동도 자료인 폐기물의 물리적 조성과 매개변수인 DOCf는 메탄발생량 예측에 영향을 미치는 기초적인 자료라 할 수 있다. 이에 2006 IPCC 가이드라인에서는 각 국가의 고유값이 있을 경우 기본값 보다는 국가 고유값을 적용하는 것을 권장하고 있으나, 우리나라의 경우 기본값을 적용하도록 되어 있어 온실가스 배출량 산정 시 과대평가 또는 과소평가가 될 우려가 있어 국가 고유값 개발이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 Biochemical Methane Potential (BMP) 실험을 통해 DOCf를 산정할 수 있는 방법을 제안하고자 하며, 제안된 방법으로 종이류, 섬유류, 고무/피혁류 폐기물들을 대상으로 DOCf를 평가하고자 한다. 연구방법으로는 국내 A매립지에서 매립연령이 8년, 12년, 13년, 14년, 15년, 20년인 폐기물을 굴착하여 수선별을 통해 성상별로 구분한 시료를 사용했으며, BMP 실험을 실시하여 도출된 메탄발생량을 이용하여 DOCf를 산정하였다. DOCf의 평가 방법으로는 매립연령을 0년으로 추정한 메탄발생량 추정치와 8년, 12년, 13년, 14년, 15년, 20년의 메탄발생량의 비율로 DOCf를 평가하였다. 연구결과 매립연령이 8년인 종이류의 DOCf 값은 0.73, 섬유류 0.61, 고무/피혁류 0.03으로 나타났다. 매립연령이 20년인 종이류의 DOCf 값은 0.95, 섬유류 0.89, 고무/피혁류 0.09로 매립연령이 증가할수록 DOCf의 값이 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 매개변수를 통해 국내 환경에 맞는 메탄잠재발생량을 정확하게 예측 가능 할 것으로 사료되며, 향후 더 많은 국내 폐기물매립지의 연구를 통하여 국가 고유값 배출계수 개발 시 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

The objective of this study was to determine the CH4 oxidation factor (%) and the CH4 oxidation rate (g m−2 d−1) in landfill cover soil. To quantify in-situ rates of CH4 oxidation, CH4 and CO2 fluxes were measured on a landfill site using the static chamber technique. The CH4 oxidation factor obtained in this study through the mass balance method ranged between 41% and 61%, which is much higher than the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) default value of 10%. The higher CH4 oxidation factor derived in this study can be explained by the CH4 bottom flux in addition to the soil texture. The CH4 oxidation factors were observed to increase with decreases in CH4 bottom flux. Therefore, when CH4 bottom fluxes are high in a landfill, using a gas collection system can enhance CH4 oxidation factor. The CH4 oxidation rates were estimated to range from 16.6 g m−2 d−1 to 20.8 g m−2 d−1. In addition, this study was conducted to evaluate the effects of vegetation on the CH4 oxidation factor. The results showed that the CH4 oxidation factors for bare soil, vegetated soil, and soil adjacent to a gas well were 57%, 70%, and 44%, respectively. The results indicate that vegetation on landfill covers can increase the CH4 oxidation factor because of increasing soil porosity.

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) recommended the first order decay (FOD) model for estimating methane emissions from solid waste landfills. However, selecting appropriate parameter is a major challenge in methane emission modeling. The degradable organic carbon (DOC) and the fraction of degradable organic carbon which decomposes (DOCF) are the two primary parameters in the methane generation potential (L0). The DOC is the amount of organic carbon that can be decomposed by biochemical reactions in microorganisms. Chemical analysis methods are currently available to measure the DOC including using total organic carbon and element analysis methods. However, chemical analysis methods are not appropriate for determination of the DOC, which indicated that the DOC should be measured by biochemical tests. In addition, these methods should consider a fossil carbon content that needs a complex and high cost of analysis. The DOCF is an estimate of the fraction of carbon that is ultimately degraded and released from landfills. However, no methodology is provided for determination of the DOCF in landfills. Therefore, the purpose of this study was to suggest methodologies for the determination of DOC and DOCF in solid waste landfills. A biochemical methane potential (BMP) test could be used to calculate the DOC because the BMP represents an upper limit on the methane potential of a waste, which corresponds to a maximal amount of degraded organic carbon. The calculation was based on the assumption that the DOCF is 100%. In this study, two methodologies were suggested to determine the DOCF in landfills. The first one uses a new equation (DOCF = 2.76W-0.44) with moisture content in the landfill that actual methane flux data are unavailable. Moisture content is a major ecological parameter on the anaerobic biodegradability of the solid waste in the landfill. Another methodology is to use L0,Landfill/L0,BMP ratio. The L0,Landfill could be determined by a regression analysis if methane flux data were available.

최근 에너지 수요 증가로 인한 에너지 수급 불균형, 장기적인 화석연료 고갈 위험성, 기후변화 등으로 전 세계적인 에너지 확보 경쟁이 심화되고 있으며 에너지 안보가 모든 국가의 중요한 문제로 부상하고 있다. 이러한 신재생에너지에 대한 관심이 증가하면서 그 일환으로 열에너지 이용에 대한 관심도가 증가하고 있다. 특히 다양한 열원을 사용하여 저급의 에너지를 냉난방이나 급탕 등의 고급에너지로 변환시키는 열펌프 시스템을 이용한 열회수 기술이 널리 적용되고 있다. 공기, 수열, 지열 등의 열원이 적용되고 있으며, 최근에는 하천수, 하･폐수, 광산 등을 열원으로 이용한 연구 사례가 보고되고 있다. 폐기물매립지는 가용 토지자원 잠식뿐만 아니라 주변환경오염 방지 및 매립 종료 후 사후관리에도 많은 비용이 소요되는데, 일반적으로 폐기물매립지 내부는 혐기성 조건으로 운영되며 매립종료 후 30년 동안 사후관리를 의무화하고 있다. 이에 사후관리기간 단축방안 및 사후관리기간 동안 수익을 창출할 수 있는 부지활용방안이 필요하게 되었다. 유럽에서는 독일, 이탈리아 등을 중심으로 매립지 내부에 공기주입을 통한 폐기물의 분해 촉진 기술에 대한 연구가 증가하고 있다. 강제적으로 매립지 내부에 공기를 주입하여 매립지 내부를 호기성으로 전환시킬 경우 폐기물 내의 유기물 분해를 촉진시켜 사후관리 기간 감소 및 침출수 처리 비용 등을 절감시킬 수 있으며, 온실가스 저감효과도 입증되어 최근 CDM 사업으로도 적용되고 있다. 이와 별도로 적정 공기 및 수분의 주입은 폐기물매립지 내부 유기물질의 분해를 극대화할 뿐만 아니라 유기물 분해를 통한 열 발생도 증가시키고 있다. 이에 매립지 내부로 공기주입 시 폐기물의 안정화뿐만 아니라 매립지에서 발생하는 가스의 온도(약 50-80℃)에 주목하고 있다. 폐기물매립지에서의 열에너지 활용 가능성을 A 매립지를 통해 산출하면 A 매립지는 2011년까지 1,145,000톤의 생활폐기물을 매립하였으며, 이중 복토재, 수분, 불연성 물질, 그리고 일부 분해된 가연성 물질을 제외한 잔존 가연성 물질의 함량을 30%로 가정하면 가연성 물질의 양은 343,500톤으로 산정된다. 가연성 물질 중 가연물 함량 50%, 가연물 함량의 원소조성 중 탄소함량 50%로 가정하고 탄소성분에서도 미생물에 의한 분해 가능 탄소와 고정탄소가 있으며, 생분해가능 유기탄소를 60%로 가정 시 생분해가능 유기탄소의 양은 51,525톤이다. 생분해가능 유기탄소 1g당 24 kJ의 열이 배출된다고 가정하면 유기탄소가 호기성 조건에서 분해 시 발생 가능한 잠재열량은 1.24×1012 kJ(2.95×1011 kcal)을 가지게 된다. 이를 열펌프 회수가능열량을 3%로 가정하면 열량은 8.85×109 kcal이며, 난방부하용량 207,8 kW 열펌프의 필요 열량을 1년에 378,432 Mcal로 가정하면 열에너지 회수가능 연한은 약 23년으로 나타나게 된다. 열펌프와 화석연료의 경제성에 대하여 동일열량을 기준으로 살펴보면 전력가격은 산업용 판매단가는 106.83 원/kWh로 전력 1 kWh는 최종사용자 기준으로 860 kcal/kWh이므로 1 Mcal당 91.9원으로 열펌프 난방성능계수를 3.0으로 가정하였을 경우 열펌프의 에너지 비용은 30.6 원/Mcal로 산정된다. 이를 등유와 경유에 비교하면 등유는 1,092 원/L(발열량 8,950 kcal/L), 경유는 1,260 원/L(발열량 9,050 kcal/L)로 가정하였을 때 등유의 비용은 122.0 원/Mcal, 경유는 139.2 원/Mcal로 나타나 등유와 경유를 열펌프 사용으로 대체하였을 때 약 4배의 에너지 비용을 절감시킬 수 있다.

최근 에너지절약 및 대체 에너지 자원 확보, 환경보호 등의 관점에서 안정적이고 친환경적인 신․재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있으며 그 일환으로 지열에너지 이용에 대한 관심도 높아져, 국내에서는 2000년경부터 지열의 활용이 이루어지기 시작했다. 특히 열펌프(Heat pump)의 개발 및 발달로 저온의 열에너지 활용이 가능하게 되면서 다양한 열원을 대상으로 열에너지가 활용되고 있다. 열펌프 시스템은 다양한 열원을 적용하여 저급의 에너지를 냉난방이나 급탕 등의 고급에너지로 변환시키는 대표적인 고효율 에너지 기기이다. 열펌프를 이용하여 얻어지는 에너지 효율은 결국 열원측에서 얻을 수 있는 열원의 온도에 따라 결정되는데 주로 공기, 수열, 그리고 지열 등의 열원이 적용되고 있다. 이에 최근에는 하수열, 소각시설 등 환경기초시설 내의 미활용 열원을 대상으로 한 열펌프의 적용사례가 보고되고 있으나, 폐기물매립지의 경우에는 관련 연구가 미흡한 실정이다. 이에 본 연구는 폐기물매립지 내부로 공기 주입 시 발생하는 가스를 열원으로 한 열펌프의 적용 가능성을 평가하기 위한 기초연구로서 호기성 매립지 열원 회수 시스템을 실제 폐기물매립지에 설치 후 현장 실험을 하여 시스템 성능을 평가하고자 하였다. 본 연구 대상 매립지인 A 위생매립지는 경상북도에 위치한 계곡형 매립지(매립면적 56,500 m², 매립용량 1,278,000 m³)이며, 공기주입을 통한 추출가스 열 에너지의 이용 가능성을 평가하기 위해 호기성 안정화 장치, 열펌프, 축열조로 구성된 시스템을 설치하였다. 대상 매립지에 설치된 호기성 안정화 장치는 송풍기, 공기주입용 수직정, 가스 추출정, 바이오필터 등으로 구성되어 있다. 공기주입량은 100 m³/h이며 바이오필터에 투입되는 가스 추출량은 공기주입량과 동일하게 하였다. 가스 추출정은 공기주입정과 5m 거리를 두고 설치하였다. 매립지에서 추출된 가스는 열펌프의 부식을 방지하기 위해 바이오필터(우드칩)를 통해 암모니아와 황화수소를 제거된 후 열펌프에 투입되도록 하였다. 열펌프에 투입된 추출가스는 우선 증발기에서 냉매(R407)와 열교환을 통해 열에너지를 뺏기게 되며, 열을 흡수한 고온저압의 냉매는 압축기를 통해 고온고압의 상태가 된다. 이후 응축기를 거치면서 축열조로 순환하는 물과 열 교환하여 열에너지를 물로 전달하고 열을 빼앗긴 냉매는 저온고압의 상태로 팽창펌프로 들어가 저온저압의 상태가 되어 다시 증발기로 순환하게 된다. 축열조는 열펌프로 얻어지는 열에너지를 저장하는 것으로 물이 순환하여 열에너지를 저장하며 열펌프의 순환이 계속될수록 축열조의 온도는 상승하게 된다. 열펌프의 용량은 3 RT(Refrigeration ton)이며, 가스-냉매-물 방식이다. 실험결과 추출가스의 온도는 30-39℃를 나타났으며, 증발기에서는 평균 7.63 kW, 응축기에서는 평균 10.18 kW의 열량을 흡수하여 외기온도에 따라 증발기와 응축기 내에 유･출입되는 유체의 온도는 변화하였지만 안정적으로 열량을 흡수한 것으로 나타났다. 전력은 평균 3.1 kW가 소비된 것으로 나타났다. 열펌프의 난방성능계수(Coefficient of performance, COP)는 평균 3.2로 열펌프에 전력 1 kW 소비 시 3.2 kW의 열량을 발생시키는 것으로 나타났다. 기존 공기열원 열펌프는 외기온도가 낮은 동절기에는 COP가 낮아지는 문제점이 있으나 호기 성매립지의 경우에는 동절기에도 가스의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있기 때문에 외기온도 저하에 따른 COP저하는 크지 않을 것으로 판단된다.