본 연구는 조사료 원료인 마늘 껍질의 사료적 가치와 메탄 발생량을 조사하기 위해 in vitro 발효 실험을 수행하였다. Garlic husk를 제외하고 국내에서 널리 사용되는 4가지 조사료 원료(Oat hay, Annual ryegrass, Timothy, Tall fescue)를 실험의 처리구로 구성하였다. In vitro 48 시간 발효 후 건물 소화율, 섬유소 소화율, 암모니아태 질소, 휘발성 지방산, pH, 메탄 발생량을 평가하였다. 가스 발생량은 3, 6, 9, 12, 24, 36 및 48 시간에 각각 측정되었다. 최종 가스 발생량에서 Oat hay가 유의적으로 가장 높았다(p<0.01). Garlic husk는 처리구 중 가장 높은 메탄 발생량을 나타내었다(p<0.01). Garlic husk의 건물 소화율은 Oat hay보다 유의적으로 낮았지만 Annual ryegrass, Timothy, Tall fescue보다 높았다(p<0.01). 섬유소 소화율은 Annual ryegrass에서 가장 낮았다(p<0.01). 총 휘발성 지방산 생성량은 Oat hay에서 가장 높았고(p<0.01), Garlic husk, Timothy, Tall fescue는 유사하였다. 본 연구의 in vitro 발효 성상과 메탄 발생량을 고려할 때, Garlic husk는 국내 주요 조사료를 대체할 영양적 가치를 포함하고 있으나 메탄 저감 효과는 미미할 것으로 추정된다.

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.

TMR 급여와 분리급여가 반추위 메탄발생량 변화에 미치는 효과를 연구한 사례가 많지 않다. 본 실험은 1일 실험사료를 체중의 1.8%(실험 1) 그리고 2.4%(실험 2) 수준에서 급여 하면서 triplicated 2×2 Latin square design을 이용하여 실험을 수행하였다. 각 실험에는 6마리의 Holstein steer를 이용하였고 2개의 군으로 나누어 각각 TMR 급여 또는 분리급여를 하였다. 공시 사료의 농후사료와 조사료 비율은 73% 그리고 27%이었다. 두 실험 모두 사료급여 방식 간의 1일 메탄발생량 차이가 없었다. 현재까지 보고된 국내 연구와 본 연구에서 얻어진 개체 별 1일 건물섭취량과 1일 메탄발생량과의 관계를 분석한 결과, 메탄발생량 (g/d) = 11.5 (±1.3) × 건물섭취량 (kg/d) + 14.2, R2 = 0.73, p<0.001의 회귀식을 유도하였다.

The present experiment was designed to investigate the effects of extruded linseed supplementation on methane production in Holstein steers. Four Holstein steers fitted with permanent cannulas were assigned to two dietary treatments in a duplicated 2 × 2 Latin square design: a control diet consisting of tall fescue straw (65%) and concentrate (35%), and a treatment diet supplemented with 3.8% extruded linseed by replacing a part of ingredients in the concentrate of the control diet. The concentrates of the control and the treatment diet were isoenergetic and isonitrogenous. Extruded linseed supplementation did not affect dry matter intake but significantly (P<0.05) increased the intake of lipid. Rumen pH was significantly (P<0.05) lower for control than for treatment. Although there was no significant difference between treatments, the concentration of total VFA in control was 21% higher than in treatment. The concentrations of acetic acid, propionic acid and butyric acid were not different between treatments. Extruded linseed supplementation significantly (P<0.05) reduced methane output(g/d) and emission factor. Methane conversion rate was lower for treatment than for control but no significant difference was found. The results of the present study showed that extruded linseed supplementation in the diet of Holstein steers could reduce methane output.

본 연구는 약용실물 수피 추출물을 이용하여 in vitro 반추위 발효성상 및 반추위 메탄 발생에 미치 는 영향을 알아보기 위해 수행되었다. 공시재료는 무궁화, 음나무, 팽나무, 두충 및 후박나무 추출물을 사용하였다. McDougall’s buffer와 반추위액을 2:1 비율로 혼합한 발효액을 티모시 0.3g과 식물 추출 물이 담긴 50mL serum bottle에 혐기상태로 20mL 분주한 뒤, 39℃에서 3, 6, 9, 12, 24, 48 및 72시 간 동안 발효하였다. 약용식물 수피 추출물을 첨가하였을 때 반추위 발효 성상(pH, 건물소화율, 암모니 아태 질소, 미생물 성장량)에는 영향을 미치지 않았다. 배양 6시간대에 두충 추출물 첨가구에서 acetate의 농도가 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 낮고, 메탄의 기질인 이산화탄소의 발생량이 대조 구에 비해 유의적(p<0.05)으로 낮아 메탄 저감 효과를 기대하였으나 메탄 저감효과는 없었다. 메탄생성 박테리아인 Methanogen archaea의 경우 무궁화 추출물 첨가구를 제외한 전 추출물 첨가구에서 대조구 에 비해 유의적(p<0.05)으로 높았으나 메탄발생량에는 유의적(p<0.05)인 차이가 없었다. 추후 첨가 농 도를 달리하거나 flavonoid 함량을 측정하는 실험이 필요한 것으로 사료되며, 메탄생성박테리아를 감소 시키는 연구도 추가적으로 필요할 것으로 생각된다

Emission reduction of CH4 (methane gas) from rice paddy soil is a very important measure for climate change mitigation in agricultural sector. In this study, we investigated the changes in crop yield and CH4 emissions in response to application of biochar and fertilizers. The experimental site is located in Hwasung, Kyunggido and experimental design is the split-plot method with three replicates. Treatments included rice straw (RS) and biochar (BC) amendments nested with the conventional NPK fertilizer (NPK) and slow release fertilizer (SRF). Control was also prepared with the soil with the conventional NPK fertilization with no amendment. Measurement of CH4 emission was conducted during the growing season of 2014 using a dynamic chamber method. The results showed that application of rice straw increased daily CH4 emission rate by 15%, while application of biochar reduced daily CH4 emission rate by 38%. When we combined biochar application with slow release fertilizer, CH4 emission was reduced by 45%. Further, the crop yield was also increased in all treatments compared with the control except for the treatment of rice straw application with slow release fertilizer. Overall results imply that biochar amendment to agricultural soil can be an effective strategy to decrease annual CH4 emission with no reduction in crop yield.

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.

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.

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.

전 세계적인 환경문제로 인식되는 기후변화에 대응하기 위해서는 정확한 온실가스 배출량 파악이 필수적이다. 온실가스 배출량은 기후변화협약에 의거하여 일관된 방법론에 따라 산정하고 정기적으로 갱신 및 공표하고 있는데, 산정방법론은 IPCC에서 제시하는 Tier 1~3 수준으로 각 주체별 실정에 적합한 방식을 선택할 수 있다. 그러나 이들 산정방식은 기본적으로 활동도 자료(activity data)와 배출계수(emission factor)를 곱하는 형태를 취하기 때문에 정확한 온실가스 배출량 산정을 위해서는 활동도 자료로써의 항목별 통계자료를 확보하는 한편, 불확도 평가가 수반된 배출계수를 이용하여야 한다. 한편, 온실가스 배출부문 중에서도 폐기물 부문에서 배출되는 메탄은 혐기반응에 의하여 생성되고 매질의 내부와 대기의 압력 차에 의한 가스 이동으로 인하여 표면으로부터 대기 중으로 확산된다. 그러나 메탄 생성과소비, 이동 과정에서의 시간적･공간적 편차가 매우 크기 때문에 완전무결한 실측 기법은 존재하지 않는다. 따라서 지금까지 다양한 측정 기법이 제안된 바 있으며, 현장 조건과 장단점에 따라 여러 가지 실측 기법이 선택적으로 이용되고 있는 실정이다. Flux chamber method는 표면에서 발산되는 가스를 직접적으로 측정하여 배출량을 산정하는 기법으로, 다양한 매질에 적용 가능하고 장비의 구조가 비교적 단순하여 제작과 운용이 편리하고 경제적이다. 뿐만 아니라, 검출한계가 낮으면서 정확도와 정밀도가 우수한 측정값을 얻을 수 있어 국내･외 여러 분야의 배출량 연구에 다양하게 사용되고 있다. 그러나 발산량이 과소평가되는 경향이 있고, chamber 내에서 가스가 희석될 수 있는 단점이 있는데, 이는 chamber의 설계 및 운용상의 변수를 최적화함으로써 개선될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 flux chamber method의 운용조건과 제반변수를 최적화하여 측정기법의 현장 적용성을 개선하였고, 이를 이용하여 대전광역시 고형폐기물 매립지의 전 면적에서 배출되는 메탄가스를 실측함으로써 연간 배출량을 산정하였다.

경제적이면서 친환경적인 오염부지 정화 수단으로 많은 관심을 받고 있는 식물정화공법(Phytoremediation)은 공법의 특성상 오염물질을 포함하는 부산물의 발생이 필연적으로 수반되어 이에 대한 처리가 반드시 고려되어야 한다. 현재는 발생되는 식물정화공법 부산물의 대부분을 압밀 및 열분해를 통한 중간처리와 연소, 직접처분 그리고 회화 등의 최종처분으로 구분하여 처리하고 있다. 이 때 연소와 회화는 낮은 열량으로 인해 폐열 회수가 어려운 단점이 있고, 열분해공정의 경우 식물체부산물의 높은 함수율로 인한 제한 및 외부에서 별도의 에너지원 투입에 따른 효용성 저하가 지적된다. 식물정화공법 부산물은 식물 종에 따라 구성이 다양하지만 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌 등의 식물섬유소와 회분으로 구성되어 있어 혐기성 조건에서 소화시킬 경우 가스화를 통해 에너지의 회수는 물론 처분을 필요로 하는 부산물의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 중금속 오염부지에 식물정화공법을 적용하고 발생된 해바라기 부산물을 이용하여 에너지를 회수할 수 있는 가능성을 판단하고자 혐기성 조건에서 잠재 메탄 발생량을 확인하였다. 잠재 메탄발생량의 확인은 회분식 실험인 BMP(Biochemical Methane Potential) test를 수행하였으며, 실험은 식물정화공법의 부산물로 발생하는 지상부 중 바이오디젤의 원료로 사용 가능한 씨앗을 제외하고 줄기, 잎 그리고 꽃 각각의 부위별로 구분하여 실시하였다. 실험은 50일간 진행되었으며 발생되는 가스의 부피와 조성은 각각 t-type valve system과 TCD(Thermal Conductivity Detector)가 장착된 GC(Gas Chromatography, Younglin ACME 6100, Korea)를 이용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 얻어진 시간에 따른 누적메탄발생량에 수정된 Gompertz 식을 적용하여 잠재메탄발생량을 구하였다.

In this study, the feasibility of the biogas production by anaerobic digestion with agricultural byproducts, which are stems and leaves of hot pepper or sweet pepper from one of the agricultural villages in South Korea, was investigated. The physico-chemical compositions of the agricultural byproducts of hot and sweet pepper were analyzed and they were found to be favorable with anaerobic digestion. Theoretical methane potentials of the test materials were estimated as 393.1 L CH4/kg VS for hot pepper and 372.6 L CH4/kg VS for sweet pepper. Biochemical methane potentials were analyzed by Biochemical Methane Potential (BMP) test and those of hot pepper and sweet pepper were 107.9 and 193.4 L CH4/kg VS, respectively. Silage was chosen to be long-term storage method for biogasification. Biochemical methane potential of hot pepper was increased by silage storage, while that of sweet pepper was decreased. In the case of silage chopping size, ensiled material with 30 mm size showed higher biochemical methane potential than that with 3 mm size. Most of test materials showed higher biochemical methane potentials with microbial additives containing Bacillus Circulans than that containing Bacillus Subtilis.

The temporal variations of methene emission and its relation to air temperature were investigated in Upo-swamp during June 2007 through July 2008. To perform this study, the methene emission and air temperature were observed using the buoy-type chamber and automatic weather observation system(AWS), respectively. The methene emissions were much during summertime(June〜August). The maximum value(about 73.4 ㎎/㎡/hr) appeared at August. The emission diminished by degrees after August. The methene emissions were fewer from September to May of the following year. The peak value(73.4 ㎎/㎡/hr) of the methene emission is very much compared to that of rice pappy field known as about 28.7 ㎎/㎡/hr.