This study was conducted to estimate the effects of the forage process on rumen fermentation characteristics and greenhouse gas emissions of rye. Rye was grown at the Taeyoung Livestock farm and harvested at the heading stage. The harvested rye (5 kg) was sub-sampled for fresh forage, hay, and silage in triplicates. The sub-sampled rye was freeze-dried or air-dried for fresh forage or rye hay, respectively. For rye silage, the sub-sampled rye forage was ensiled into a 10 L mini bucket silo and stored for 90 days. For 72 h rumen incubation, each forage (0.3 g) was placed into the incubation bottle with the rumen mixture (30 mL) in quadruplicates. After the incubation, total gas was measured and sub-sampled for CO2 and CH4 analyses, and the bottle content was centrifuged for in vitro digestibilities of dry matter (IVDMD) and neutral detergent fiber (IVNDFD), and rumen fermentation characteristics. Silage had higher crude protein, crude ash, and acid detergent fiber concentrations than fresh forage and hay but lower non-fiber carbohydrates and relative feed value (p<0.05). And, silage had higher lactic acid bacteria than the other forages but lower pH (p<0.05). After 72 h incubation in the rumen, fresh forage had higher IVDMD and butyrate content than the other forages (p<0.05). However, silage had higher rumen pH and propionate content than the other forages but lower A:P ratio (p<0.05). Regarding greenhouse gases, silage had lowest total gas (mL/g DMD and NDFD) and CH4 (mL/g DMD and NDFD) emissions, while fresh forage had lowest CO2 (mL/g DMD) emission (p<0.05). Therefore, this study concluded that the ensiling process of rye can effectively mitigate greenhouse gas emissions of Hanwoo.

The present study estimated rumen fermentation characteristics and greenhouse gas emissions of different forages. Alfalfa, timothy, tall fescue, Italian ryegrass, and rice straw as the main forage sources for Hanwoo were used in the present study. Crude protein was highest in alfalfa but lowest in rice straw (p<0.05). Ether extract was higher in alfalfa and Italian ryegrass than in the other forages (p<0.05). Crude ash was highest in rice straw but lowest in tall fescue (p<0.05). Neutral detergent fiber was highest in tall fescue but lowest in alfalfa (p<0.05). Acid detergent fiber was highest in Italian ryegrass and rice straw but lowest in alfalfa (p<0.05). In vitro digestibilities of dry matter (DMD) and neutral detergent fiber (NDFD) were highest in timothy but lowest in rice straw (p<0.05). Rumen pH was highest (p<0.05) in alfalfa, while ammonia-N was higher (p<0.05) in alfalfa and Italian ryegrass than in the other forages. Total volatile fatty acid was highest (p<0.05) in timothy, while acetate and propionate were highest (p<0.05) in alfalfa and rice straw, respectively. Acetate to propionate ratio was higher (p<0.05) in alfalfa, timothy, and Italian ryegrass than in rice straw. Rice straw had lowest total gas (mL) (p<0.05) but highest its per DMD and NDFD. Rice straw had higher (p<0.05) CO2 (per DMD and NDFD) compared to alfalfa (per DMD and NDFD), timothy (per DMD and NDFD), tall fescue (per NDFD), and Italian ryegrass (per DMD). Again, rice straw had higher (p<0.05) CH4 (per DMD and NDFD) compared to timothy (per DMD and NDFD) and tall fescue (per NDFD). Therefore, this study indicates that timothy has a higher nutrient digestibility and volatile fatty acid in the rumen leading to a reduction of greenhouse gas emission.

The objective of this study was to determine the effect of various roughage sources on nutrient digestibility and enteric methane (CH4), and carbon dioxide (CO2) production in goats. Four castrated black goats (48.5 ± 0.6 kg) were individually housed in environmentally controlled respiration-metabolism chambers. The experiment design was a 4 × 4 balanced Latin square design with 4 roughage types and 4 periods. Alfalfa, tall fescue, rice straw, and corn silage was used as representative of legume, grass, straw, and silage, respectively. Dry matter digestibility was higher (p < 0.001) in corn silage than in alfalfa hay. Dry matter digestibility of alfalfa hay was higher than those of tall fescue or rice straw (p < 0.001). Neutral detergent fiber digestibility of tall fescue was lower (p < 0.001) than those of alfalfa, rice straw, or corn silage. Daily enteric CH4 production and the daily enteric CH4 production per kilogram of BW0.75, dry matter intake (DMI), organic matter intake (OMI), digested DMI, and digested OMI of rice straw did not differ from those of tall fescue but were higher (p < 0.001) than those of alfalfa or corn silage. Roughage type had no effect on enteric CO2 emission in goats. Straw appeared to generate more enteric CH4 production than legume or silage, but similar to grass.

In this research, we present a new methodology to indirectly assess the concentration levels of the biochemical oxygen demand (BOD) and total nitrogen (T-N) of dewatered cake by evaluating the amounts of the volatile solids (VS) and total solids (TS). Information regarding the BOD and T-N concentrations of dewatered cake could then be used to estimate the Greenhouse Gas (GHG) emissions caused by sewage treatment. To this end, regression equations were derived by considering the relationship between the product of two solid terms: (TS × VS) and BOD/T-N levels of digested sludge. The optimal regression equations for BOD and T-N were computed as y = 152425x (R2= 0.969, p < 0.05) and y = 128378x (R2= 0.970, p < 0.05), respectively. For the purposes of verification, the applicability of the regression equations was tested using the data for other periods not considered in the regression analysis. Accordingly, the differences between the measured and estimated concentration data (derived using the regression equations) were within the standard deviation of the measured concentrations. However, the concentrations estimated by regression equations were quite different from those obtained by conventional methods. Nonetheless, such differences did not significantly change GHG emissions, thus we conclude that the plant specific regression equations can be derived from the methods presented in this study, although more efforts are needed for its validation in various respects.

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.

국제연합식량농업기구(FAO, United Nations Food and Agriculture Organization)의 보고서에 따르면 21세기 전 세계의 인구는 2050년 약 90억에 달할 것으로 예측되며, 이러한 인구팽창으로 인한 식량부족 및 사료공급의 문제는 생산 시 야기되는 자원고갈 및 환경영향에 대한 우려와 함께 전 세계의 큰 관심사로 화두되었다. 이렇듯 현대사회가 직면한 복합적인 문제점을 해결하기 위해 전 세계적으로 새로운 미래자원에 대한 탐색이 이루어졌으며, 곤충이 하나의 유망자원으로서 새롭게 각광받기 시작하였다. 특히 목질을 섭식하는 흰개미의 경우 난분해성 물질인 리그닌과 셀룰로오스의 분해능력으로 인해 해외에서는 이미 오래전부터 흰개미의 장내 미생물을 이용하여 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하는 방법에 대해 연구가 진행되어왔다. 하지만 국내에서는 흰개미를 목조 문화재를 가해하는 해충으로 분류하여 흰개미의 방제에 초점을 맞추어 연구가 많이 진행되어왔을 뿐 유용자원으로서의 흰개미의 잠재성에 대한 관심과 연구가 미흡한 실정이다. 또한, 흰개미는 우수한 단백질 공급원으로서 일부 국가에서는 식용 및 사료로서 활용하고 있지만 이에 따른 환경영향 및 효율에 관한 연구 역시 미흡하다. 따라서 본 연구는 국내에 분포하는 일본흰개미(Reticulitermes speratus kyushuensis Morimoto)를 대상으로 흰개미가 주로 섭식하는 폐목재를 먹이로 주어 사육하였을 때, 생산되는 식용과 사료의 온실가스 발생량(LCA, Life cycle assessment)과 질소의 순환효율(ROI, Return on Investment)을 정량화하여 환경적･경제적 이점을 도출하고자 하였다.정량화된 온실가스 발생량과 질소의 순환효율은 식용으로 활용할 경우 기존의 단백질원인 한우, 양돈, 육계, 대두와 비교하고, 사료의 경우 대두박과 비교하였다. 그 결과 흰개미를 식용과 사료로 이용할 경우 온실가스 발생량 측면에서 비교적 높은 값을 나타내었으며, 질소의 순환효율에서는 상대적으로 우수한 결과를 나타내었다. 미래 유망자원으로서 보다 다양한 곤충에 대한 탐색이 이루어질 필요성이 있으며, 곤충활용에 따른 환경적⋅경제적 이점의 정량화는 향후 곤충산업의 발전방향을 제시하고 활성화하는데 이바지할 수 있을 것으로 예상한다.

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.

국제연합식량농업기구(FAO, United Nations Food and Agriculture Organization)의 보고서에 따르면 21세기 전 세계의 인구는 2050년 약 90억에 달할 것으로 예측되며, 이러한 인구팽창으로 인한 식량부족 및 사료공급의 문제는 생산 시 야기되는 탄소, 질소의 손실로 인한 자원고갈 및 환경영향에 대한 우려와 함께 전 세계의 큰 관심사로 화두되었다. 또한, 대두, 유채, 팜을 이용한 식물성 바이오오일의 생산은 식량작물을 에너지작물로 활용함에 따라 개발도상국의 식량부족 문제를 심화시키는 악효과를 야기했다. 이렇듯 현대사회가 직면한 복합적인 문제점을 해결하기 위해 전 세계적으로 새로운 미래자원에 대한 탐색이 이루어졌으며, 곤충이 하나의 유망자원으로서 새롭게 각광받기 시작하였다. 다양한 곤충 중 흰개미의 경우, 분류계통상 고등 및 하등 흰개미로 분류되는데 종류에 따라 섭식대상이 다양하며 소화기작에서도 약간의 차이를 보인다. 특히 목질을 섭식하는 흰개미는 난분해성 물질인 리그닌과 셀룰로오스의 분해능력으로 인해 해외에서는 이미 오래전부터 흰개미의 장내 미생물을 이용하여 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하는 방법에 대해 연구가 진행되어왔다. 하지만 국내에서는 흰개미를 목조 문화재를 가해하는 해충으로 분류하여 흰개미의 방제에 초점을 맞추어 연구가 많이 진행되어왔을 뿐 유용자원으로서의 흰개미의 잠재성에 대한 관심과 연구가 미흡한 실정이다. 또한, 흰개미는 우수한 단백질 공급원으로서 일부 국가에서는 식용 및 사료로서 활용을 하고 있지만 이에 따른 환경영향 및 효율에 관한 연구 역시 미흡하다. 따라서 본 연구는 국내에 분포하는 흰개미 중 일본흰개미(Reticulitermes speratus kyushuensis Morimoto)를 대상으로 흰개미가 주로 섭식하는 폐목재를 먹이로 주어 사육하였을 때, 생산되는 오일과 식용의 온실가스 발생량과 탄소와 질소의 순환효율을 정량화하여 흰개미를 산업용으로서 활용하는 것에 대한 타당성과 전체 탄소와 질소의 물질흐름에 있어서 환경적･경제적 이점을 정량화하고자 하였다.

Sulfate produced during anaerobic reduction limits the activity of methanogens but it is not reflected in the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) methodology for estimating CH4 emissions. In this study, CH4 emissions from the Sudokwon landfill site were estimated by adopting a methane correction factor, which was determined through the relationship between the COD/sulfate ratio and CH4 generation. Although the gas originating from the Sudokwon landfill site has not produced any environmental problems in recent years due to gas collection and soil cover maintenance activities, CH4 emissions estimated by the IPCC methodology indicated that only 60% of the CH4 was recovered and the remainder was emitted into the atmosphere, suggesting a potential environmental problem. Accordingly, CH4 estimates determined according to IPCC methodology must be modified by adopting the methane correction factor and considering the effect of sulfate concentration.

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.

현재 개별 매립지의 매립가스 발생량을 추정을 위해 폐기물의 분해를 일차분해반응으로 가정한 수학적 model들인 Scholl Canyon model, Palos Verdes model, Sheldon Arleta model과 IPCC GL 그리고 EPA의 LAEEM(Landfill Air Emissions Estimation Mode) 등이 주로 사용되고 있다. 일차분해 model을 이용한 온실가스 발생량의 추정은 매립된 폐기물의 양 및 조성, 매립시기와 경과시간 등의 기초자료, 폐기물의 메탄최대발생량(L0)와 메탄발생속도계수(k)를 사용되기 때문에 온실가스의 정확한 예측을 위해서는 이들에 대한 보다 적절한 값이 선정되어야 한다. 현재 선진국들은 매립지 특성을 반영한 메탄발생속도상수(k)를 제시하고 있으나 국내에의 경우 이러한 연구가 전무한 상황으로 이에 대한 연구가 필요한 것으로 보인다. 본 연구에서는 현재 사용중인 2곳(H, Y 매립지)의 소규모 매립장에 대한 매립지 특성 자료수집과 현장측정을 통해 2006 IPCC FOD방법의 입력변수로 사용되는 메탄발생속도 상수(k)를 산출하여 보았으며, 또한 이 결과를 default valus 적용한 2006 IPCC GL의 FOD방법에 의한 메탄 배출량 산정결과와 비교하여 보았다. 2006 IPCC GL에 제시된 FOD방법의 메탄 배출량 산정식을 이용한 k값 산정 결과, H 매립지의 산정된 평균 k값은 0.0413 yr-1, Y 매립지의 산정된 평균 k값은 0.0117 yr-1로 나타나 IPCC 가이드라인에 제시된 기본값이 0.09 yr-1에 비하여 상대적으로 낮은 값을 보였다. 또한 현장측정에 의해 산출된 k값들과 2006 IPCC GL의 default value을 이용하여 H, Y매립장에 대하여 메탄가스 배출량을 비교해본 결과, H매립지(1994년~2012년)와 Y매립장의 메탄가스 총배출량이 현장측정에 비하여 492.7%와 166.5%나 과다산정되는 것으로 나타나 매립지에서 발생하는 정확한 온실가스 배출량 예측을 위해서는 각각의 매립지별 현장 측정을 통한 고유의 k값 결정을 통한 산정이 진행돼야 할 것으로 판단된다.

The aim of this study is to calculate process emission of GHGs(greenhouse gases) in nonferrous-metal industry, such as Zn, Pb, Cu and Ni. In addition, variation and emission of GHGs generated from these company were defined. And then, GHGs algorithm and calculation formular which were considered as production process in each part of nonferrous-metal industry were developed to develop calculation program of GHGs emission. These algorithm and calculation formular would present fundamental direction about other nonferrous-metal industry in the future.