This study aimed to investigate the effect of Liriope platyphylla and organic acids on enteric methane mitigation in goats using an open-circuit simplified respiration chamber system. Methane recovery was evaluated by injecting 3% standard methane gas for 30 min at 3 L/min. The percentage of methane recovery from the four chambers was 99±5.4%. Following the recovery test, an animal experiment was conducted using eight castrated Boer goats (body weight 46.6±7.77 kg) using a 2×2 crossover design. Experimental diets were as follows: 1) Control (CON), commercial concentrate and tall fescue, and 2) Treatment (MIX), concentrate supplemented with L. platyphylla and organic acids and tall fescue. Goats were offered feed at 2% of body weight (dry matter basis) in equal portions twice daily at 8:00 and 15:30. The goats were adapted to the feed and methane chamber for 10 and 3 days, respectively. Methane emission was measured one day per goat using tunable diode laser absorption spectroscopy, and temperature and airflow measurements were used to estimate methane emissions. Dry matter intake (DMI), body weight, and methane emission were measured during each period. Methane production with CON and MIX was 24.48 and 22.68 g/d, respectively, and 26.81 and 24.83 g/kg DMI, respectively. Although the differences were not significant, the use of supplements resulted in a numerical reduction in methane in MIX compared with CON. Collaboration with experts in other areas, including various engineering departments, is imperative to measure methane emissions using a chamber system accurately.

The objective of this study was to evaluate effects of feeding methods on in vitro ruminal fermentation, total gas and methane production in Hanwoo steers. Six Hanwoo steers fitted with rumen cannula (430 ± 21 kg of body weight) were randomly assigned to one of three feeding systems: 1) feeding forage 1 hour after concentrate, 2) feeding concentrate 1 hour after forage, 3) feeding mixed ration. Rumen fluid sampled from each animals was incubated 24 hours with maize or timothy substrates in in vitro. Ruminal pH was increased in feeding method 2 or maize substrate than that of other methods or timothy substrate (P < 0.001). The production of total volatile fatty acid, acetate, propionate, butyrate, and valerate were increased when steers fed diets using feeding method 1 or rumen fluid was incubated with maize substrate (P < 0.001). Increased production of total gas and methane was observed in feeding method 1 and maize substrate compared to those of other methods or timothy substrate (P < 0.001). Due to the inconsistent results between ruminal fermentation and gas production in this study, further research is required to estimate effects of feeding method on enteric fermentation and gas production in in vivo.

막 분리 운전방식에 따른 음폐수 소화가스의 도시가스용 바이오메탄 생산연구를 상업용 시설을 대상으로 수행하였다. 연구결과 바이오메탄의 순도는 4SBR과 3SDR 모두 98.9%를 달성할 수 있었다. 소화가스 내 메탄 회수율은 4SBR 88.1%, 3SDR 79.4%이었고, 처리 소화가스량 대비 바이오메탄 생산율도 4SBR이 53.5%로 3SDR의 49.4%보다 높았다. 그러나 막 분리시설에 공급되는 가스 중 반송 가스의 비율은 4SBR이 56.5%로 3SDR 보다 두 배가량 컸으며, 이로 인해 최대 처리량에 있어서는 3SDR이 양호한 결과를 보였다. 따라서 소화가스 200 Nm3/day 이하는 4SBR, 240 Nm3/day 이상에서는 3SDR이 경제성이 좋은 것으로 판단되었다. 공정 운전변수들의 평균값 대비 운전 값들의 상대편차는 전반적으로 4SBR이 컸으며, 또한 주 운전조절 수단인 바이오메탄 인출압력 대비 주요 지표들의 상관관계에 있어서는 3SDR가 보다 직접적인 관계를 보여주었다.

메탄가스는 주요 온실가스 중 하나로 반추동물의 장내발효를 통해 발생하며, 이러한 경로의 메탄가스는 대한민국 축산부문 총 온실가스 발생량의 40% 이상을 차지한다. 이런 이유로 많은 연구자들은 반추동물에서 발생하는 메탄생성량을 줄이기 위한 시도를 계속해 왔다. 본 연구는 반추동물의 메탄발생량을 측정하기 위해 호흡대사챔버를 개발하고 호흡대사챔버의 정확성을 검증하기 위해 실시하였다. 호흡대사챔버는 25.4 m3 크기로 스테인리 스 플레이트로 내부를 완전히 밀폐하였다. 직경 Φ100의 공기 유입관과 배출관을 설치하였고, 공기 배출관에 에어모터를 설치하여 내부공기를 제거함과 동시에 유입관을 통해 배출된 만큼의 공기가 외부에서 유입되도록 하였다. 챔버 내 메탄가스 회수기능을 검증하기 위해 메탄표준가스 5L를 각 챔버에 주입하여 균일하게 확산시킨 후, 챔버 내부의 공기를 900 L/min의 속도로 제거하였다. 제거된 공기의 메탄가스 농도를 연속적으로 측정하여 주입된 메탄가스와 비교함으로써 회수율을 평가하였다. 챔버 내 표준가스는 평균 100분에 완전히 제거되었으며, 메탄가스의 회수율은 평균 109 ± 6.7%로 측정되었다. 호흡대사챔버의 실제 이용성을 평가하기 위해, 평균체중 581.9 ± 33.8 kg 의 한우 거세우 4두에게 비육후기 배합사료 9 kg과 볏짚 1 kg을 급여하며 메탄발생량을 측정하였다. 한우의 장내발효에 의한 메탄발생량은 평균 236.4 ± 105.44 L/day로 측정되었다. 본 연구에서 개발·검증한 호흡대사챔버는 국내 한우의 장내발효 메탄가스발생량 측정 시험에 적용 가능할 것이다.

We investigate the reduction of SnO2 and the generation of syngas(H2, CO) using methane(CH4) and hydrogen(H2) or a mixed gas of methane and hydrogen as a reducing gas. When methane is used as a reducing gas, carbon is formed by the decomposition of methane on the reduced Sn surface, and the amount of generated carbon increases as the amount and time of the supply of methane increases. However, when hydrogen is used as a reducing gas, carbon is not generated. High purity Sn of 99.8 % and a high recovery rate of Sn of 93 % are obtained under all conditions. The effects of reducing gas species and the gas mixing ratio on the purity and recovery of Sn are not significantly different, but hydrogen is somewhat more effective in increasing the purity and recovery rate of Sn than methane. When 1 mole of methane and 1 mole of hydrogen are mixed, a product gas with an H2/CO value of 2, which is known to be most useful as syngas, is obtained.

메탄은 중요한 온실가스 중의 하나이며, 바이오가스의 주 성분이다. 이러한 바이오가스로부터 메탄의 몰분율 농도 를 0.95 이상으로 회수하기 위하여 폴리설폰 중공사 분리막 모듈을 3단으로 연결하여 회수율을 99% 이상으로 얻을 수 있도 록 공정을 설계하고 전산 모사하였다. 수치 해석 시 이산화탄소 투과도와 선택도를 이산화탄소의 부분증기압 함수로 나타내어 전산 모사를 수행하여 정확도를 높이고자 하였다. 공급 기체 압력, 공급 기체 내 메탄 농도, 그리고 분리막 모듈 내 분리막 면적이 클수록, 생성물 내 메탄 몰분율 농도가 증가함을 알 수 있었다. 그러나 생성물 내 메탄 몰분율 농도를 0.95 이상, 동시 에 메탄 회수율을 99% 이상 얻기 위해서는 분리막 모듈의 분리막 면적을 적절히 선택하여야 하며, 선정된 분리막 모듈을 다단 공정으로 구성함에도 불구하고 공급 기체 압력, 공급 기체 유속, 그리고 공급 기체 메탄 농도를 제한적 범위 내에서 조절 하여야 함을 알 수 있었다.

The role played by reservoirs in the biogeochemical cycles of elements is a subject of ongoing debate. Recent research has revealed that reservoirs emit significant levels of greenhouse gases. To assess the importance of reservoirs in monsoon climate areas as a source of methane gas into the atmosphere, we investigated variations in organic carbon (OC) input into the reservoir, oxic state changes, and finally the amount of methane emitted (focusing on the ebullition pathway) in Lake Soyang, which is the largest reservoir in South Korea. Total organic carbon (TOC) concentrations were higher during summer after two years of heavy rainfall. The sedimentation rates of particulate organic carbon (POC) and particulate organic nitrogen (PON) were higher in the epilimnion and hypolimnion than the metalimnioin, indicating that autochthonous and allochthonous carbon made separate contributions to the TOC. During stratification, oxygen depletion occurred in the hypolimnion due to the decomposition of organic matter. Under these conditions, H2S and CH4 can be released from sediment. The methane emissions from the reservoir were much higher than from other natural lakes. However, the temporal and spatial variations of methane ebullition were huge, and were clearly dependent on many factors. Therefore, more research via a well-organized field campaign is needed to investigate methane emissions.

2015년 파리기후변화협약에 의한 신기후체제로 전세계 195개국이 온실가스 감축을 약속하게 되었다. 한국도 2013년 기준 온실가스 배출이 7억 톤을 기록 하였으며 BAU대비 37% (3.1억 톤)의 감축의무를 약속하고 있다. 국내외의 철강, 화학, 환경분야 및 천연가스전, 석탄전, 세일가스 등에서 대량 발생하는 산업부 생가스로부터 이산화탄소, 메탄, 일산화탄소, 수소 등을 분리하여 탄소자원화 (carbon resources utilization)의 원료로 사용하거나 수소, 메탄 등의 신재생 에 너지를 확보하는 분리기술에 대한 중요성이 높아지고 있다. 본 발표에서는 이러한 부생가스들의 발생현황과 이들로부터 고순도의 이산화탄소 및 메탄을 분리 회수할 수 있는 막분리기술의 연구동향과 화학연구원에서 수행중인 기체분리막 기술을 소개한다.

The biomethane fuel used in this study was produced from domestic biogas plants and used the same fuel currently used for CNG vehicles. The components were analyzed, and a gas chromatograph mass spectrometer (GC/MS) was used for component analysis. As a result of analyzing 4 peak values of them, phenethylamine, cyclotrisiloxane, cyclotetrasiloxane and cyclopentasiloxane were detected at the running times of 1.422min, 6.550min, 11.500min, and 14.833min. Most of them were composed of siloxane series, and some other components were present.

The validity of landfill gas models is an important problem considering that they are frequently used for landfill-site-related policy making and energy recovery planning. In this study, the Monte Carlo method was applied to an landfill gas generation model in order to enhance conformity. Results show that the relative mean deviation between measured data and modeled results (MD) decreased from 19.8% to 11.7% after applying the uncertainty range of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) to the methane-generation potential and reaction constants. Additionally, when let reaction constant adjust derived errors from all other modeling components, such as model logic, gauging waste, and measured methane data, MD decreased to 6.6% and the disparity in total methane generation quantity to 2.1%.

온실가스로 인한 지구 온난화 현상이 기후 변화를 초래하고 있기 때문에 메탄과 이산화탄소 감축에 대한 저감 기술이 절실하다. 바이오가스는 음식물쓰레기 처리장, 축산분뇨처리장, 등에서 발생하는데, 본 연구는 음식물쓰레기처리장에서 바이오가스를 분리정제 하기 위해 제습, 탈황, 탈실록산 처리된 바이오가스를 막분리 공정으로 운전하였고, 유량, 압력, 막 면적에 변화에 따른 공정개선으로 98% 이상의 고순도 메탄가스와 90% 이상의 회수율을 만족하는 결과를 얻었다.

국내에서 생산되는 바이오가스는 경제적 가치를 창출하지 못하고 있어 활용 방안 확대를 위한 고효율의 바이오가스 정제 및 메탄 농축시스템 개발이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 바이오매스 기반의 바이오가스를 도시가스로 공급하기 위한 최적의 정제 및 메탄 농축시스템 개발을 목적으로 하였다. 농축 공법으로는 멤브레인 공법이 최적의 결과를 도출하였고 다단 멤브레인 공법별 비교분석을 통하여 상황별 최적의 시스템을 개발하였다.

The characteristics of odor generation with the production of resources by utilization of methane gases in landfill sites was investigated, and the effect of making resources with landfill gases on the reduction of odor was analyzed in recent years. The greenhouse gas was estimated to reduce from the range of 1,334,940~209,875 tCO₂e with the period of 2008~2017, and the effective odor was diminished with considerable amount. The more effective methods of odor removal with the utilization of waste gases were estimated by studies of similar cases to acquire standard methods of making energy resources by waste gases.

This study was conducted to test the effect different forages and feeding rates on generation of main greenhouse gases like carbon dioxide and methane in Hanwoo cows. Feeds were given twice per day at 09:00 and 17:00. Greenhouse gases were measured during 12 hours using Mamos-300 from 09:00 to 21:00. The results indicated that the generation of greenhouse gases under different forage categories and feeding rate were significantly different (p<0.05). Whole greenhouse gas tended to decrease in the high concentrate diets. The high timothy supplement ation group showed less amounts of carbon dioxide generation comparing with others group while high silage supplementation resulted more methane generation comparing with other treatments. On the afternoon test, carbon dioxide generation was significantly lower different (p<0.05) in timothy treatment comparing with others.

본 연구에서는 전남 무안지역을 중심으로 관측한 농도자료와 세계의 주요 배경관측지점인 Point Barrow(Alaska), Mauna Loa(Hawaii)를 중심으로 관측한 농도자료를 이용하여, 메탄의 농도분포특성을 지역 또는 시간의 함수로 비교분석하였다. 이들 관측점들은 주요 위도대를 대표하기 때문에, 위도별 베탄의 분포특성을 파악하는데도 중요한 단서를 제공하였다. 또한 본 연구결과에 기초하여 메탄의 농도변화양상을 여러 가지 시간적 주기로 비교하고, 그러한 결과의 의미를 다양한 통계적 기법에 기초하여 분석하였다. 전체 관측기간동안 확보된 일평균 농도자료로부터 계산된 무안지역의 농도는 1898±85.3ppb(N=812)로 나타났다. 동일한 기관동안 두 개의 비교관측지점인 Point Barrow와 Mauna Loa 지역에서는 1832±29.6ppb(N=823), 1745±14.8ppb(N=818)의 평균농도가 각각 관측되었다. 각 지점에서 관측된 자료를 이용하여 빈도분포를 비교한 결과에 따르면, 무안지역에서 1900ppb의 최빈값을 나타낸 반면, Point Barrow, Mauna Loa 지역에서는 각각 1850, 1750ppb로 (상대적으로) 낮은 최빈값을 보여주었다. 이 논문에서는 국내의 관측점에서 발견되는 고농도의 메탄분포특성을 여러 관점에서 비교하고 해석하고자 하였다. 국외지역에서 주로 발견되는 미미한 수준의 농도변화 경향과 달리, 무안지역에서는 여타 지역들에 비해 절대적으로 높은 농도값이 유지되고 그 농도변화가 주야간대별로 뚜렷하게 구분될 정도로 주기적인 변화의 폭이 큰 것으로 확인되었다. 특히 무안지역에서는 낮시간대(6:00 AM 이후)에 농도가 낮아지고, 저녁시간대에 농도치가 상승하는 경향이 두드러졌다. 풍향과 CH4농도관계를 비교한 결과, 연구대상지역이 서해안에 위치한 지리적인 요건으로 인해 상대적으로 청정한 해풍이 주를 이루는 서풍계열의 풍계가 나타날 때, CH4의 농도는 낮은 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 본 연구에 의하면, 국내 지점의 메탄농도는 국외여타 지점에 비해 뚜렷하게 구분이 될 정도로 높은 수준을 유지하고 있다. 이러한 현상을 초래하는 원인으로 여타 비교대상지역들에 비해, 무안지역이 보다 다양한 배출원의 영향에 직접적으로 노출된데 따른 영향을 직간접적으로 반영하는 결과로 사료된다. 연구지점에서 발견된 CH4의 고농도 현상과 일주기를 중심으로 반복되는 농도의 큰 진동폭이 나타나는 현상도 역시 주목할 만하다.

Poly(n-butyl methacrylate)(PnBMA)에 의한 메탄가스의 용해도를 35atm의 압력까지 측정하였다. 용해도의 측정은 -10℃ 에서 30℃ 까지의 온도범위에서 용적법에 의하여 실시하였다. PnBMA에 의한 메탄가스의 용해도는 유리 전이온도 이하에서 측정압력에 대하여 비선형으로 나타났으며, dual-mode sorption model로 만족스럽게 해석할 수 있었다. Langmuri capacity constant는 온도가 증가할수록 감소하였으며 유리전이온도 근처에서 영이 되며, 용해도 등온선은 유리 전이온도 이상에서는 직선으로 나타났다. Dual-mode sorption parameter의 온도 의존성도 고찰하였다.

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.