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.

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.