The catalytic activity of Ni-0.2%YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia) with different promoters was evaluated for CO2 methanation. The catalysts were weighed for mixing and they were dried at 110 for molding into disks. The concentration of CO2 and CH4 for conducting of CO2 methanation were analyzed by gas chromatography and the physical characteristics of the disk-type catalyst formed were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscope and energy dispersive x-ray spectrometer. The addition of CeO2 as a promoter for Ni-0.2%YSZ (denoted as Ni-5%Ce-0.2%YSZ) resulted in the highest CO2 methanation. It also showed catalytic activity at a low temperature(200°C). Following this, ZrO2, SiO2, Al2O3 and TiO2 were added to Ni-5%Ce-0.2%YSZ to compare the CO2 methanation, and the highest efficiency was found for. Ni-1%Ti-5%Ce -0.2%YSZ Then, the concentration of Ti was increased to 10% and the catalytic activity was estimated using seven different types of commercial TiO2. In conclusion, ST-01 TiO2 showed the highest efficiency for CO2 methanation.

This study was conducted to investigate for the natural methane emission inhibitor as a feed additive no adversely effect on rumen fermentation. Five different Control (Wheat barn (0.05 g), MRA(Methane Reduction Additive)-1 (Allium fistulosum L. (0.05 g)), MRA-2 (Sodium Lauryl Sulfate (0.025 g) +Wheat barn (0.025 g) mixed), MRA-3 (Sodium Dodecyl Sulfate (0.025 g) + Wheat barn (0.025 g) mixed), and MRA-4 (Allium fistulosum L. (0.02 g) + Tannic acid (0.02 g) + Wheat barn (0.01 g) mixed) contents were used to perform 3, 6, 9, 12, 24 and 48 h incubation for in vitro fermentation. Ruminal pH values were ranged within normal ruminal microbial fermentation. Dry matter digestibility was not significantly different across the treatments during the whole fermentation time. Also, the result of microbial growth had no adversely effect on during the whole fermentation time. At 24 h, methane emission was significantly lower (P<0.05) than all treatments except to MRA-1. Especially, MRA-4 carbon dioxide emission was significantly lower (P<0.05) than control at 9, 24 and 48 h incubation. In addition MRA-4 propionate concentration was significantly higher (P<0.05) than control at 24 h incubation. The result of RT-PCR Ciliate-associated methanogens were significantly lower (P<0.05) at MRA-1, MRA-3 and MRA-4 than control at 24 h incubation. Based on the present results, MRA-4 could be suggestible methane emission inhibitor as a natural feed additive.

Livestock manure treatments have become a more serious problem because massive environmental pollutions such as green and red tides caused by non-point pollution sources from livestock manures have emerged as a serious social issue. In addition, more food wastes are being produced due to population growth and increased income level. Since the London Convention has banned the ocean dumping of wastes, some other waste treatment methods for land disposal had to be developed and applied. At the same time, researches have been conducted to develop alternative energy sources from various types of wastes. As a result, anaerobic digestion as a waste treatment method has become an attractive solution. In this study has three objectives: first, to identify the physical properties of the mixture of livestock wastewater and food waste when combining food waste treatment with the conventional livestock manure treatment based on anaerobic mesophilic digestion; second, to find the ideal ratio of waste mixture that could maximize the collection efficiency of methane (CH4) from the anaerobic digestion process; and third, to promote CH4 production by comparing the biodegradability. As a result of comparing the reactors R1, R2, and R3, each containing a mixture of food waste and livestock manure at the ratio of 5:5, 7:3, and 3:7, respectively, R2 showed the optimum treatment efficiencies for the removal of Total Solids (TS) and Volatile Solids (VS), CH4 production, and biodegradability.

하수처리과정에서 발생하는 슬러지의 부피를 줄이는 동시에 이들의 유기물 성분을 메탄 등의 바이오가스로 전환하기 위해 중온(35℃)에서의 혐기소화 공정이 널리 적용되고 있다. 혐기소화공정의 안정성이나 에너지 투입량 측면에서는 중온혐기소화가 적합하다고 알려져 있지만, 높은 유기물 부하량(organic loading rate, OLR)을 처리하기 위해 반응속도를 상승시키거나 SRT(sludge retention time)을 줄이기 위해 고온(55℃) 혐기소화를 적용하기도 한다. 고온 혐기소화공정을 새롭게 시작할 때 접종물을 기존의 고온 혐기소화공정으로부터 얻기 힘든 경우 중온혐기소화액을 고온에서 적응시켜 접종하기도 한다. 이때 온도를 적응시키는 방법에 따라 공정 효율이 달라지는데, 연구에서는 중온혐기소화액으로부터 고온 혐기소화 접종물을 제작하기 위한 방법으로 온도를 올리는 방법을 달리하였을 때 이들의 메탄 생산과 미생물 군집에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 본 연구수행을 위해 광주 제 1 하수처리장에서 중온혐기소화액, 1, 2차 농축 슬러지 등을 샘플링 하여 두 대의 반응기(Working volume : 3L)를 설치하여 회분식(Batch)운전 후 연속교반탱크형반응기(CSTR)로 운전(SRT 20, 40일)하였다. 먼저 한 대의 반응기는 35℃에서 55℃로 한 번에 온도변화를 주었고, 다른 반응기의 경우에는 35℃에서 하루에 1도씩 올려서 약 20일에 걸쳐 55℃로 올린 뒤 55℃로 유지하였다. 반응기의 효율을 확인하기 위해 메탄 발생량, total solids (TS), volatile solids (VS), total chemical oxygen demand (tCOD), soluble chemical oxygen demand (sCOD), soluble components (protein, carbohydrate), pH 등을 측정하였으며, NGS (next generation sequencing)를 활용하여 혐기소화 전/후의 소화액의 미생물 군집변화를 알아보았다.

하수처리시설의 방류수 수질기준은 계속적으로 강화되고 있으며, 이러한 기준을 충족시키기 위해 다양한 공법을 적용하려는 노력들이 증가하고 있다. 지금까지는 질소, 인 처리를 목적으로 활성슬러지 공법을 많이 적용해왔지만, 활성슬러지 공법의 경우 용존산소 및 온도 유지, 미생물의 생장에 필요한 탄소원이 부족할 경우 추가적인 메탄올 공급의 필요 등과 같은 문제점들을 가지고 있어 대안책이 필요한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 응집제 주입을 통해 유기물 뿐만 아니라 질소, 인 등을 제거하여 활성슬러지 공법을 대체할 수 있는 응집-침전 1차 처리(Chemically enhanced primary treatment, CEPT)의 최적화 과정을 진행하였으며, 추가적으로 CEPT 슬러지를 이용하여 혐기성 소화를 진행하였을 때 메탄 생성효율에는 어떠한 영향을 미치는지 확인하고자 하였다. 먼저 문헌조사를 통해 총 7개의 후보군(FeCl2, FeCl3, FeSO4, PACl, Al2(SO4)3, 키토산, glucan)을 선정하였으며, jar-test를 통해 응집제로써의 적용가능성 및 최적 주입량을 확인하였다. Jar-test의 경우 광주 제 1하수처리장으로 들어오는 하수 원수 500ml를 이용하여 진행하였으며, 급속교반(150rpm, 1분), 완속교반(40rpm, 10분), 침전(10분) 순으로 진행한 뒤 상징액을 통해 저감효과를 확인하였다. 90% 이상의 탁도 저감효과를 보인 FeCl3, PACl, Al2(SO4)3 대상으로 CEPT 슬러지를 제작하여 혐기성 소화를 진행하였다. jar-test에서는 PACl이 응집제 주입량 대비 가장 높은 탁도저감효과를 보인 반면, 혐기성 소화 공정에서는 PACl을 이용하여 제작한 CEPT 슬러지의 메탄 발생효율이 가장 낮고, FeCl3를 주입한 경우에 가장 메탄발생효율이 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 PACl의 Al 성분이 미생물의 생장을 저해한 반면, FeCl3의 경우에는 Fe3+가 Fe2+로 환원되는 과정에서 유기물로부터 H+를 받아 유기물의 분해속도를 촉진시켰기 때문인 것으로 추측된다.

2015년에 UNFCCC(United Nations Framework Convention on Climate Change)에서 채택된 파리기후변화협약(Paris Agreement)은 195개국의 당사국들이 온실가스 배출을 감축해야 하는 목표와 실행계획이 담겨 있으며, 우리나라는 2030년 온실가스 배출전망치(BAU, Business As Usual) 대비 37%를 감축 목표로 약속하였다. 현재 우리나라의 이산화탄소 배출량은 2015년 기준으로 세계 8위로서 에너지 다소비 국가에 속한다. 우리나라가 채택한 온실가스 배출량 감축 목표를 달성하기 위해서는 최대 15.2조 원에 달하는 GDP 손실을 동반하기 때문에 단계적인 감축의 필요성이 시급하다. 우리나라의 메탄가스 배출량은 2014년 기준으로 26.6백만 톤 CO2eq 수준으로 이중 약 27%(7.3백만 톤 CO2eq)가 폐기물 매립지에서 유출된다. 국내에서는 230개소의 매립지 중 17개의 시설에서만 매립 가스 자원화 시설이 운영되고 있으며, 발생하는 메탄의 약 29% 만이 에너지원으로서 자원화되고 있다. 또한, 현재 중･소규모의 매립지에서의 메탄은 저농도로 발생하기 때문에 일반적으로 대기 중에 무분별하게 방출되고 있는 현실이다. 국내에서 사용하고 있는 규모별 메탄가스의 처리기술은 바이오 가스발전, 연소처리, 메탄 산화 등이 있으며, 경제성을 비교하였을 시 매립지 규모에 상관없는 생물학적 산화기술이 연소처리보다 저비용으로 메탄을 처리할 수 있다. 위와 같이 현재 생물학적 산화 기술의 필요성이 확대되는 반면에 호기성 메탄산화균의 군집분포 특성에 관한 세부적인 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 매립토에 함유되어있는 메탄산화균에 의한 메탄산화속도를 GC를 통해 비교 측정하여 그 중 산화 속도가 가장 우수한 토양을 선정하여 16s rRNA 염기서열 분석법을 통해 형성되어 있는 미생물의 군집을 분석함으로써 추후 메탄산화균의 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.

기후 변화가 점차 가속되는 현 상황에서 온실가스를 줄이고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 우리나라에서 발생하는 메탄가스 배출량은 2014년 기준 26.6백만톤 CO2eq 수준으로, 이중 약 27% (약 7.3 백만톤 CO2eq)는 폐기물 매립지에서 유출되고 있다. 또한, 국내 230개소의 매립지 중 대규모 매립지 17개 시설에서만 매립가스 자원화 시설을 운영하고 있으며, 매립지에서 발생하는 메탄의 29%만을 자원화로 이용하고 있다. 나머지 중소규모매립지를 포함하여 71%의 메탄은 무방비 상태로 대기상으로 유출되고 있다. 기존의 매립지 가스 처리방법으로는 매립가스에 포함된 메탄을 회수하여 에너지화하는 ‘매립가스자원화’ 및 매립가스를 소각처리하는 ‘연소방식’으로 구분할 수 있다. 매립가스자원화는 메탄가스 농도가 30%~40% 이상이고 매립가스 발생량이 2~3Nm3/min이상이어야 하는 단점이 있으며, 대규모 매립지에서만 경제성이 확보되는 한계가 있다. 연소처리는 중소규모 매립지에서도 적용은 가능하지만, 가스 포집 시설의 설치가 필요하고 처리 효율이 낮으며, 불완전 연소로 인해 다이옥신 등이 발생하는 단점이 있다. 매립지 규모별 메탄가스의 처리기술의 경제성을 비교하였을 때 매립지 규모에 상관없이 생물학적 산화기술이 연소처리에 비해 저비용으로 메탄을 처리할 수 있는 것으로 확인되었으며 폐기물 매립량이 600,000톤 이하인 경우에는 매립가스자원화보다도 경제적임을 확인할 수 있다. 생물학적 산화 시스템은 유럽 등에서는 중소규모 매립지에서의 탄소중립을 위하여 제시되었으며, 매립지 복토층에 서식하는 미생물을 이용하여 메탄을 이산화탄소로 산화시키는 기술이다. 미생물 복토층을 최적의 서식 조건으로 조성함으로써 메탄산화 효율을 증진시킬 수 있으며, 미생물의 메탄 산화 속도 및 매립 가스 발생량에 따라 메탄저감 효율이 좌우되며, 매립가스 발생량이 적은 경우 100%까지도 산화가 가능한 바이오필터와 같이 인위적인 메탄산화 시스템을 운영할 수도 있다. 이에 본 연구는 매립토, 퇴비, 부숙토 3가지의 시료를 대상으로 회분식 실험을 통해 메탄산화균의 활성도를 파악하였다. 또한 실험결과, 메탄산화가 가장 우수한 매립토를 대상으로 메탄산화균을 분리배양 하였으며, 이후 연속식 실험을 통해 메탄산화균의 메탄산화속도를 평가하였다.

석탄은 탄화정도에 따라 고품질의 무연탄 및 역청탄(Hard coal)과 아역청탄과 갈탄(Brown coal)으로 크게 분류한다. 무연탄은 고정탄소 함량(85~95%)과 발열량이 높고 수분함량이 낮아 화력발전소 및 연탄 재료로 활용된다. 하지만 저품위 석탄은 발열량이 4,000~6,000kcal/kg으로 낮고, 수분 함량이 30~70%로 높으며, 산소 관능기가 함유된 탄화수소가 높으므로 자연발화 위험성이 높은 등 많은 단점들 때문에 전체 석탄매장량 중 약 절반가량(45%)이나 되지만 상당량이 채굴되지 않고 남아있다(2007, 세계에너지 위원회). 본 연구에서는 풍부한 매장량을 가진 갈탄 등의 고 수분 저급석탄으로부터 바이오메탄을 생산하고자 생물학적 분해효율을 증가시키기 위하여 펜톤산화 및 고전압펄스(High voltage electrical pulses) 전처리를 수행하였다. 실험을 위하여 호주산 갈탄, 캐나다산 갈탄, 러시아산 이탄을 이용하였으며, 펜톤산화 전처리는 석탄을 1mm이하의 입자로 분쇄하여 H2O2/Fe2+비를 75%, 30, 15, 10, 7.5%로 주입하여 120rpm에서 Jar-Tester로 1시간 반응시켰다. 고전압전기충격 전처리는 펜톤산화 전처리실험 조건과 동일하게 시료를 준비하여 고전압 펄스장치를 이용하여 출력전압 40kV에서 15분간 처리하였다. 전처리를 끝낸 시료는 용액의 SCOD와 석탄의 처리 전, 후의 표면분석과 화학조성 변화를 관찰하기 위하여 적외선 흡수 스펙트럼분석(FT-IR)을 수행하였다. 펜톤산화 처리 후 용액의 SCOD농도변화와 SEM촬영 및 FT-IR 분석결과, 전처리 후의 석탄은 바이오메탄 전환율이 높아질 수 있을 것으로 평가되었다.

This study was conducted to evaluate Raphanus sativus extracts to methane reduction in rumen. Five different levels of R. sativus extracts were used to investigate the most effective dosing level for the decrease of methane production in the rumen. The rumen fluid was collected from a cannulated one Hanwoo cow (BW=450±30 kg) consuming 600 g/kg timothy and 400 g/kg concentrate. On fermentation day, rumen fluid was collected at 2 hr postfeeding R. sativus extracts was dosed to achieve final concentration of 0, 1, 3, 5, 7, and 9% respectively, to fermentation bottles containing the mixture of rumen fluid and McDougall’s buffer and 300 mg of timothy was added as a substrate. The fermentation was conducted for 3, 6, 9, 12, 24, 48 and 72 hr incubation time at 39℃ with shaking. In vitro ruminal pH values were measured normal range for ruminal fermentation. Dry matter disappearance was significantly higher (p<0.05) at 3 hr incubation time 1, 3 and 5% doses than that of control. The highest methane reduction was observed in 12 hr incubation time 5, 7 and 9%. The carbon dioxide emission was also significantly (p<0.05) lower than that of control at 12 hr incubation time 5, 7 and 9%. The total volatile fatty acid was no significant difference between control and all doses level at 12 and 24 hr incubation time. At 24 hr incubation time, the result of real-time PCR were indicated that M. archea was significantly lower (p<0.05) at all doses level comparing to that of control. In conclusion, R. sativus extracts were significantly decreased methane emission. R. sativus extracts were significantly lower (p<0.05) than that of control at 12 hr incubation time 5, 7 and 9% and no adversely effect in rumen pH, dry matter disappearance and total VFA.

This study was conducted to evaluate natural plant extracts for methane gas reduction in ruminants. Rumen fluid was collected from cannulated Hanwoo cow (450±30 kg) consuming 400 g/kg concentrate and 600 g/kg timothy. The 15 ml of mixture comparing McDougall’s buffer and rumen fluid in the ratio 2 to 1, was dispensed anaerobically into 50 ml serum bottles. Rumen fluid contents were collected and in vitro fermentation prepared control (timothy, 300 mg), ginseng, balloon flower, yucca plant, camellia, tea plant and ogapi extracts were added at the level of 5% against 300 mg of timothy as a substrate (v/w) and incubated for 3, 6, 9, 12, 24, 48, and 72 h. In vitro pH values range 6.55~7.41, this range include rumen titration. The dry matter digestibility was not differ between all treatments and control. Total gas emission was significantly higher (p<0.05) in ginseng and balloon flower treatments on 24 h than in control. Carbon dioxide emission was not differ all treatments on 9 h than in control and significantly higher (p<0.05) yucca plant, camellia and tea plant treatments on 12 h than control. Methane emission was not differ all treatments on 6 h than in control. The rumen microbial growth rate was significantly higher (p<0.05) in ginseng, balloon flower on 12 h and significantly higher (p<0.05) in ginseng, yucca plant, tea plant and ogapi treatments on 24 h than in control. Total VFA was significantly higher (p<0.05) in tea plant and ogapi treatments on 12 h than in control and significantly higher (p<0.05) in ginseng, balloon flower treatments on 48 h than in control. Acetic acid was significantly lower (p<0.05) in ginseng and balloon flower treatments on 24 h than in control. Propionic acid was significantly higher (p<0.05) in ginseng and balloon flower treatments on 48 h than in control. As a results, sixth natural plant extracts had no significant effect dry matter digestibility and negative on rumen fermentation, but not effect methane reduction.

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.

우리나라의 메탄가스 배출량은 2014년 기준 26.6백만톤 CO2eq 수준으로, 이중 약 27% (7.3 백만톤 CO2eq)는 폐기물매립지에서 유출되고 있다. 매립지에서의 메탄유출을 저감하는 가장 이상적인 방법은 매립가스를 포집하여 에너지화하는 “매립가스 자원화” 방식이다. 그러나, 이를 위해서는 가스포집시설, 가스정제시설 및 발전설비 등의 설비투자가 필요하며, 매립가스 발생량이 2~3 N㎥/min (메탄가스 농도 35%~50%)이상의 대규모 매립지에서만 경제성 확보가 가능하다고 알려져 있다. 이런 이유로 230개소의 매립지 중 17개 시설에서만 매립가스 자원화 시설을 운영하고 있으며, 대부분의 중소규모 매립지에서는 메탄유출에 대한 별다른 대책이 없는 실정이다. 본 연구에서는 중소규모의 매립지 5개소를 선정하여 “공기주입을 통한 호기성 매립지 전환” 및 “매립지복토층을 이용한 생물학적 메탄산화 기술”의 메탄저감 성능과 경제성을 검토하였고 “매립가스 자원화”와 비교하였다. 매립가스 자원화를 검토하기 위한 매립가스 발생량은 LandGem 모델을 이용하여 산정하였으며, 폐기물의 성상(메탄잠재발생량 및 메탄발생속도추정)및 매립량은 환경부 통계자료를 이용하였다. 공기주입에 따른 호기성전환 비율은 주입압에 따른 유효반경을 산정하여 추정하였으며, 복토층에서의 메탄산화 효율은 문헌조사를 통해 결정하였다. 기술검토 결과 공기주입과 복토층 메탄산화기술을 조합하는 경우 70~85% 수준까지 메탄유출을 저감할 수 있는 것으로 추정되었으며, 중소규모 매립지의 경우 매립가스 자원화와 비교하여 상대적으로 우수한 경제성을 나타냈다.

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.

Livestock manure treatments have become a more serious problem because massive environmental pollutions such as green and red tides caused by non-point pollution sources from livestock manures have emerged as a serious social issue. In addition, more food wastes are being produced due to population growth and increased income level. Since the London Convention has banned the ocean dumping of wastes, some other waste treatment methods for land disposal had to be developed and applied. At the same time, researches have been conducted to develop alternative energy sources from various types of wastes. As a result, anaerobic digestion as a waste treatment method has become an attractive solution. In this study has three objectives: first, to identify the physical properties of the mixture of livestock wastewater and food waste when combining food waste treatment with the conventional livestock manure treatment based on anaerobic mesophilic digestion; second, to find the ideal ratio of waste mixture that could maximize the collection efficiency of methane (CH4) from the anaerobic digestion process; and third, to promote CH4 production by comparing the biodegradability. As a result of comparing the reactors R1, R2, and R3, each containing a mixture of food waste and livestock manure at the ratio of 5:5, 7:3, and 3:7, respectively, R2 showed the optimum treatment efficiencies for the removal of Total Solids (TS) and Volatile Solids (VS), CH4 production, and biodegradability.

The increase in carbon stock and sustainability of crop production are the main challenges in agricultural fields relevant to climate change. Methane is the most important greenhouse gas emitted from paddy fields. This study was conducted to investigate the effects of tillage and cultivation methods on methane emissions in rice production in 2014 and 2015. Different combinations of tillage and cultivation were implemented, including conventional tillage-transplanting (T-T), tillage-wet hill seeding (T-W), minimum tillage-dry seeding (MT-D), and no-tillage-dry seeding (NT-D). The amount of methane emitted was the highest in T-T treatment. In MT-D and NT-D treatments, methane emissions were significantly decreased by 77%, compared with that in T-T treatment. Conversely, the soil total carbon (STC) content was higher in MT-D and NT-D plots than in tillage plots. In both years, methane emissions were highly correlated with the dry weight of rice (R 2 = 0.62~0.96), although the cumulative emissions during the rice growing period was higher in 2014 than in 2015. T-T treatment showed the highest R 2 (0.93) among the four treatments. Rice grain yields did not significantly differ with the tillage and cultivation methods used. These results suggest that NT-D practice in rice production could reduce the methane emissions and increase the STC content without loss in grain yield.

This study was conducted to investigate the antibacterial, antioxidant, and in vitro greenhouse gas mitigation activities of fermented Scutellaria baicalensis Georgi extract. Seven starter cultures were used, comprising four of lactic acid bacteria and three of Saccharomyces cerevisiae. Ten grams of S. baicalensis Georgi powder was diluted in 90 mL autoclaved MRS broth. Each seed culture was inoculated with 3-10% (v/v) S. baicalensis Georgi MRS broth and incubated at 30℃ for 48 h. Among the starter cultures used, only Lactobacillus plantarum EJ43 could withstand the fermentation conditions. This fermentation broth was dried and extracted with ethanol to assess its antibacterial, antioxidant, and in vitro methane mitigation activities. The extract of S. baicalensis Georgi fermented by L. plantarum EJ43 (SBLp) showed higher antibacterial activity (bigger clear zone) compared to the unfermented S. baicalensis Georgi extract (SB0). SBLp also presented 1.2 folds higher antioxidant activity than SB0. During in vitro rumen fermentation, SBLp showed reduction in methane production compared to SB0 or the control. In conclusion, fermentation by L. plantarum EJ43 may enhance antibacterial and antioxidant activities of S. baicalensis Georgi and decrease enteric methane production.

Biochemical methane potential (BMP) of residual wastes from transesterification was tested to safely recycle carcass via rendering process. The carcass was obtained from a buried site for avian influenza (AI) infected poultry. Rendered lipid generated by a pilot-scale high-pressure rendering process was the main source of transesterification for biodiesel recovery. To test the feasibility of waste-to-energy approach for AI infected carcass, we compared the BMPs of various fractions of rendered materials from the carcass. BMP and specific methanogenic activity results indicate that transesterification waste shows better digestibility than that of rendered lipid, and the digestion performance was comparable to that of liquid residue. Biogas yields of glycerol, rendered lipids, and liquid residue were estimated as 0.11 L/g chemical oxygen demand (COD), 0.06 L/g COD, and 0.17 L/g COD, respectively. Regression analysis support that biogas production rate of glycerol (21 mL/g COD/d) was much faster than that of lipid (7 mL/g COD/d) while that of liquid residue was similar (24 mL/g COD/d). In summary using transesterification waste as a bioresource for bioenergy conversion can be a viable and sustainable option for the complete termination of burial site.

가축분뇨를 포함한 유기성폐기물의 직매립과 해양배출이 전면 금지되면서 바이오가스화는 유기성폐기물을 신재생에너지원으로 활용할 수 있는 대안으로 각광받고 있다. 가축분뇨의 국내 발생량은 2012년을 기준으로 173,052 m³/day 정도 발생하고 있으며, 전국 양돈장에서 발생되는 돈분뇨의 89.3%는 자원화(퇴비, 액비화), 9.7%는 위탁 처리하고 있다. 또한 국내에서 가축분뇨를 유기성폐기물로 활용하는 바이오가스화 시설은 평균 9.6 m³/ton의 바이오가스를 생산하고 있다. 이에 비하여 음식물류폐기물은 109.7 m³/ton, 음식물류폐기물 폐수(음폐수)는 40.9 m³/ton으로 가축분뇨가 현저히 적은 가스발생량을 보이고 있어 바이오가스화 효율 기준을 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 돈분뇨의 발생원인 양돈장에 대한 유기물 성상분석 및 바이오가스 발생량을 산정하므로써 실제 바이오가스화시 발생될 수 있는 잠재적인 메탄수율을 도출하고자 한다. 현재 운영 중인 양돈장에서 사육되는 돼지의 생애주기별, 농가 구조 및 분뇨 수거 방식을 고려한 샘플링을 실시하였다. 총 7곳의 농가를 대상으로 현장조사를 수행하여 기본적인 이화학적 성상인 삼성분(수분, 가연분, 회분), 영양성분(탄수화물, 단백질, 지방), 원소분석(C, H, N, S), 질소(총질소, 암모니아성 질소) 등을 분석하여 농가에서 발생되는 돈분뇨의 잠재적인 메탄수율을 산정하였다.

매립지 악취 관리를 위해 매립가스를 적극적으로 포집함에 따라 매립지 내부로 공기가 유입되어 메탄 생성이 저해된다. 본 연구에서는 공기 주입량에 따른 메탄 생성량 변화를 BMP 테스트로 조사하여 매립장 호기화로 인한 매립가스 발생량에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 산소 농도 0-10% 조건에서 메탄 생성량 변화를 BMP 테스트로 분석하였다. 반응기를 A, B 그룹으로 나누어 반응 초기에는 모든 반응기에 0-10% 산소를 주입하였고, B 그룹에는 반응 7일째 0-10% 산소를 추가로 주입하였다. 산소 농도가 2%일 경우 산소 0% 경우와 메탄 생성량이 비슷하며 산소 4%, 6%, 8%, 10% 주입시 메탄 생성량이 96%, 74%, 74%, 74%로 감소되었다. 산소를 1회 주입시(반응 0시간) 보다 2회 주입시(반응 0시간, 7일) 메탄 생성량 감소폭이 높았다. 폐기물 COD 대비 산소 주입량 비율(O2/COD(%))이 높아짐에 따라 메탄생성율은 낮아졌다. 폐기물 O2/COD(%) 대비 메탄생성율의 변화를 선형식으로 도출하였다. 산소 주입량 증가에 따른 황화수소 발생량 변화는 상관관계가 없었다. 수도권매립지 1, 2 매립지의 O2/COD(%)에서 메탄생성율 변화를 선형식을 이용하여 계산하였다. 1매립지는 매립이 종료된 2000년까지 메탄생성율 변화가 1 이상으로 산소 유입에 의한 메탄생성율 변화는 미비할 것으로 예측된다. 2000년 매립 종료 후 매립가스 포집량이 감소되면서 유입되는 산소량이 감소되고 있어 메탄가스 생성량 저하는 미비할 것으로 예측된다. 2매립지는 2011년 이후 메탄생성율 변화가 1 미만으로 낮아져 0.92 정도까지 낮아졌다. 이는 폐기물 매립량 감소로 인한 COD 매립량 감소와 매립가스 포집 강화로 인한 공기 유입으로 소모된 산소량 증가로 인한 결과이다. 매립지 호기화로 인한 메탄생성율의 감소는 2011년부터 2014년까지 0.92-0.99 정도로 그 영향을 크지 않을 것으로 예측된다.

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.