본 연구의 목적은 폐쇄형 식물생산시스템에서 세가지 혼합 LED와 형광등에서 자란 적치마 상추의 생육과 광 이용효율을 비교하는 것이다. 18일간 육묘한 적치마상추 묘를 적색(R, 655nm), 청색(B, 456nm), 녹색(G, 515nm), 백색(W, 456nm + 558nm)의 혼합 LED(R:B=8:2, R:W:B =8:1:1, R:G:B=8:1:1)와 형광등이 설치된 폐쇄형 식물생산시스템에 정식하였다. 형광등에서 자란 상추는 모든 LED 처리에 비해 유의적으로 높은 엽형지수를 보였다. 지상부와 지하부 생육에서 LED 처리간 유의적 차이를 보이지 않았으나, 모든 LED 처리가 형광등에 비해 약 34% 지상부 생체중의 증가를 유도시켰다. 한편, 정식 후 4주차에 형광등의 총 소비 전력은 145kW인 반면, LED 처리구들에서 형광등의 약 1/3배인 54kW를 나타냈다. LED 처리구들의 건물중에 대비한 광 이용 효율은 약 34mg/W였으며, 이는 형광등 보다 약 3.5배 높은 값이었다. 결론적으로, 본 연구는 식물 생산 시스템에서 적절한 조합의 LED 조사는 형광등에 비해 상추 생장을 증진시킬 수 있으며 추가적으로 에너지 절감을 통해 광 이용효율도 극대화 할 수 있음을 보여주었다.

Flat panel display devices are mainly used as information display devices in the 21st century. The worldwide waste flat panel displays are expected at 2-3 million units but most of them are land-filled for want of a proper recycling technology More specifically, rare earth metals of La and Eu are used as fluorescent materials of Cold Cathode Flourscent Lamp(CCFL)s in the waste flat panel displays and they are critically vulnerable and irreplaceable strategic mineral resources. At present, most of the waste CCFLs are disposed of by land-filling and incineration and proper recovery of 80-plus tons per annum of the rare earth fluorescent materials will significantly contribute to steady supply of them. A dearth of Korean domestic research results on recovery and recycling of rare earth elements in the CCFLs prompts to initiate this status report on overseas research trends and noteworthy research results in related fields.

폐쇄형 묘생산 시스템에서 청색LED, 적색LED, 백색형광등을 인공광원으로 이용한 가운데 파프리카의 육묘시 생장 특성과 정식 후 생장 및 초기 수량을 분석하고자 본 연구가 수행되었다. 폐쇄형 시스템에서 파프리카 육묘용 환경조건은 광주기 16/8h, 평균 PPF 204μmol·m-2·s-1, 기온 26/20℃, 상대습도 70%이었다. 육묘 후 21일째에 백색형광등과 LED 하에서 생장된 파프리카 묘의 엽장, 엽폭, 엽면적 등 잎 관련지표뿐만 아니라 지상부 생체중과 건물중, 엽록소함량 등이 자연광 처리구에 비해서 크게 나타났다. 청색 LED, 적색LED 및 자연광 처리구에서의 엽면적은 대조구인 형광등 처리구와 비교할 때 각각 63%, 63%, 28%에 해당하였다. 또한 청색LED, 적색LED 및 자연광 처리구의 지상부 건물중은 각각 대조구의 64%, 50%, 22%로 나타났다. 정식 후 18일째에 엽수는 대조구에서 44매로 가장 크게 나타났다. 적색LED, 청색LED 및 자연광 처리구의 엽수는 대조구에 비해서 각각 86%, 81%, 48%로서 정식 시기와 비교할 때 엽수의 차이가 줄어들었다. 정식 후 114일째에 초장은 청색LED와 적색LED 처리구에서 상대적으로 작게 나타났다. 이러한 결과는 단색LED 하에서 육묘된 파프리카의 줄기 신장이 정식 후에 억제된 것으로 판단된다. 초기 4주 동안 수확된 파프리카는 청색LED 3.5개/plant, 적색LED 3.3개/plant, 자연광 1.0개/plant으로서 대조구 2.2개/plant에 비해서 각각 159%, 150%, 45%로 나타났다. 초기수량은 적색LED 453g/plant, 청색LED 403g/plant, 자연광 101g/plant으로서 대조구 273g/plant와 비교할 때 각각 166%, 148%, 37%로 나타났다. 한편 적색LED 처리구에서의 평균 중량은 136g으로서 다른 처리구와 비교할 때 상대적으로 큰 과실이 생산되었다. 한편 정식 후 온실에서의 재배기간이 길어짐에 따라 인공광 처리구와 자연광 처리구에서 수량 차이가 없었다. 이러한 결과를 종합하면 LED 또는 형광등을 인공광원으로 이용한 조건에서 육묘된 파프리카의 정식 후 초기 생육이 양호하였으며, 초기 수확이 자연광 처리구에 비해서 1주 정도 빠르게 이루어졌음을 알 수 있다. 따라서 LED 또는 형광등과 같은 인공광원이 파프리카 육묘에 이용될 경우 묘소질의 향상, 조기 수확 및 초기 수량의 증대가 기대된다.

유엔환경계획(UNEP)의 미나마타 협약으로 유해물질인 수은에 대하여 국제적으로 관심의 대상이 되고 있으며, 수은을 포함한 형광등에 대한 안전한 처리방안이 필요하다. 국내 폐형광등 발생량은 2014년 기준으로 약 1억 4천만개 정도이며, 폐형광등의 재활용량은 약 4천 3백만개 정도로 나타났다. 이는 폐형광등의 국내 생산자 책임재활용제도(EPR System)의 의무율은 2014년 기준 35.5%에 비해 실제 재활용율은 32.7%로 의무율을 달성하지 못하고 있는 실정이다. 폐형광등을 재활용하거나 관리하는 것은 유해물질인 수은이 포함되어 있기 때문이며, 이러한 유해물질은 폐기물을 재활용하고 관리하기 위하여 제거 되어야 한다. 이러한 유해물질을 제거하기 위해서는 폐기물 내 유해물질의 분포를 파악하는 것이 중요하며, 이를 파악하고자 U-type 폐형광등 재활용 공정의 폐기물 흐름을 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내에서 발생되는 폐형광등 중 약 25%정도 차지하는 U-type 폐형광등의 재활용 공정의 폐기물 흐름 평가는 유입과 유출을 이용한 기본적인 방법을 이용하여 실시하였으며, 재활용 시설의 계(System)는 각 공정시설로 설정하고 각 공정별로 주위(Boundary)를 설정하여 전체적으로 물질에 대한 흐름을 검토하였다. 폐기물 흐름 평가는 U-type 폐형광등 1 ton에 대한 기초 자료를 이용하여 분석하였다. U-type 폐형광등에 포함되어 있는 유리, 플라스틱, 금속류 등의 물질을 대상물질로 하여 폐기물 흐름을 평가한 결과, 유리 84.40%, 플라스틱 12.60%, 철금속 1.93%, 형광분말 1.07%로 나타났다. 또한 U-type 폐형광등 재활용 공정에서 발생되는 유해물질인 수은은 기상수은과 투입된 물질에 포함된 수은으로 구분하여 수은에 대한 흐름을 평가하고자 하였다.

Environmental concerns regarding mercury-containing fluorescent lamps have been raised in many countries, especiallyafter International Minamata Convention on Mercury in 2014. Improper management and disposal of the waste such aslandfilling and incineration may pose serious threats to the environment and human health. In Korea, mercury-containinglamps have been regulated by the expanded producer responsibility (EPR) system since 2004. However, only less than30% of the lamps sold to consumers has been collected by municipalities. In order to provide additional measures relatedto proper management of fluorescent lamps, there is a need for a quantitative material flow study by life cycle stage. Inthis study, material flow analysis was conducted by collecting relevant data from literature review, available statistics,and field site visits to lamp recycling facilities. According to the results of this study, approximately 150 million unitsof fluorescent lamps were put on the market in 2013, while 36.9 million units of the lamps were recycled mainly fromhouseholds in the year. It is estimated that approximately 3.5 million units and 2.3 million units of lamps in disposalbags are disposed and treated in landfills and incineration facilities, respectively. This study also found that there weresignificant amounts of uncollected lamps that were present in industrial sectors. The material flow of the industrial sectorsare largely unknown and not properly regulated by government. Based on the mass flow of mercury in lamps, 1.6ton ofmercury in lamps came into consumer markets in 2013. Approximately 407kg of mercury was collected by the recyclingprocess at the fluorescent lamps recycling facility. The mercury disposed in landfills and treated in incinerators were foundto be 38.3kg and 25.5kg, respectively. Further study may be warranted to focus the material and mercury flow of lampsin industrial sectors in order to accurately determine the final destination and disposal of such waste in the environmentbecause there are very few available statistical data regarding distribution flow and treatment of lamps in the sectors.