• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.180-180
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• 2022

최근 하천 횡단구조물로 형성된 호소 및 저수지에는 오랜 시간동안 다양한 유기 퇴적물이 유입되고 오염되어 호소환경 및 호소 생태계에 악영향을 미칠 수 있으며, 환경 여건에 따라 메탄과 온실가스를 유발할 수도 있다. 이러한 온실가스를 검출하고 그 원인을 파악하여 감축하는 일련의 기술이 국가적인 온실가스 감축 정책과 맞물려 새로운 이슈로 등장하였다. 일반적으로 메탄가스를 측정하는 실험은 BMP(Biochemical Methane Potential)-Test이며, 수치모의에 비해 BMP-Test는 수심이 깊은 지역이나 유속이 빠른 구역에는 적용이 어려운 한계가 존재한다. 이러한 BMP-Test의 한계점을 보완하는 차원에서 사전검증된 수치모형 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 이용하여 메탄가스 발생기작을 재현 및 도출하고 실내 실험결과와 비교 분석하였다. 첫째, COMSOL Multiphysics가 호소에서 발생하는 메탄가스 발생기작의 재현 타당성을 입증하기 위해 동일한 조건의 인공합성된 유기물을 이용한 실내 실험에서 수행된 BMP-Test와 비교·분석을 수행하였다. 둘째, COMSOL Multiphysics에 TOC(총유기탄소), TP(총 인)에 따른 유기물 조건과 메탄 발생 화학식을 설정하여 온도에 따른 메탄 생성량과 반응상수를 산출하였고, 이를 BMP-Test 결과와 비교하였다. BMP-Test의 비교·분석 결과를 바탕으로 하천 및 호소에서 발생하는 메탄가스 발생에 대한 COMSOL Multiphysics의 활용가능성을 검증하였다. 향후 하천 및 호소로부터의 발생가능한 온실가스 감축 목표를 달성하기 위한 하천 유기물 환경의 평가 또는 최적화 조성에 유사한 검증과정을 거친 COMSOL Multiphysics를 활용할 수 있을 거라 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.173-173
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• 2022

유기 퇴적 오염물은 다양한 형태로 호소 바닥에 축적되어 호소 환경 및 생태계에 악영향을 미치고 있으며 메탄가스와 같은 온실가스의 발생을 유발한다. 또한, 수력 산업, 관개, 이·치수 등 다양한 목적에 의해 수체의 형성이 활발하게 이루어지면서 하천 및 호소에 의한 탄소유출을 전지구적 탄소순환에 적극적으로 포함시켜야 한다는 필요성이 증가하고 있다. 따라서 하천 및 호소에서 발생하는 다양한 생지화학적 반응에 의한 메탄 발생 메커니즘 파악은 유역의 중요한 환경평가 지표를 나타내며 탄소 순환을 이해하는데 매우 중요하다. 수온, 수심, 유기물 조건에 따른 하천 및 호소의 메탄 발생을 분석한 연구들이 선행되었으나 생지화학적 특성을 정리하고 이에 따른메탄 발생을 정량화한 연구들은 거의 없는 상황이다. 본 연구는 호소 내 메탄을 발생시키는 기작을 판별하기 위해 수온과 호소 환경과 유사한 TOC(총유기탄소)와 TP(총인) 조건과 같은 유기물 조건을 설정하여 BMP Test를 수행하였다. 반응수조에서 발생한 가스를 포집한 후 GC(Gas Chromatograpghy) 분석을 통해 메탄 생성량을 산출하였고, 유기물 조건에 따라 이론적인 메탄 생성량 대비 실제 발생한 메탄 생성량을 나타내는 생분해도를 산출하여 호소 환경별 주요 기작에 따른 가스 발생을 정량화 하였다. 실험 결과 수온에 가장 큰 영향을 받았으며, 수온에 따라 TP, TOC 순으로 메탄 발생의 영향성을 확인하였다. 향후에는 호소 환경에서의 유기물 조건을 반영하기 위해 입도비, 점착성/ 비점착성 조건, 수체의 높이 조건을 포함한 추가 실험을 수행하고 메탄수율을 정량화하여 호소 내 유기퇴적물에 대한 생지화학적 및 수환경 영향 평가 기법 개발이 가능할 것으로 기대한다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.35 no.12
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• pp.867-876
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• 2013

To promote the carbon emission trading scheme and reduce greenhouse gas (GHG) emission as following 'Korean GHG & Energy Target Management System', GHG emissions should be accurately determined in each industrial sector. For the estimation method of GHG emission from waste landfill, there are several error parameters, therefore we reviewed the estimation method and proposed a revised method. Methane generation from landfill must be calculated by the selected method based on methane recovery rate, 0.75. However, this methodology is not considered about uncertainty factor. So it is desirable that $CH_4$ generation is estimated using first order decay model and methane recovery should use field monitoring data. If not, $CH_4$ recovery could be applied from other study results; 0.60 of operational landfill with gas vent and flaring system, 0.65 of operational site with landfill gas recovery system, 0.90 of closed landfill with final cover. Other parameters such as degradable organic carbon (DOC) and fraction of DOC decompose ($DOC_f$) need to derive the default value from studies to reflect a Korean waste status. Proper application of MCF that is selected by operation and management of landfill requires more precise criteria.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.154.2-154.2
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• 2010

상대적으로 이산화탄소 배출량이 적으며, 기존의 천연가스를 대체할 수 있고, 21세기 신 에너지원으로 기대되고 있는 메탄 하이드레이트(Methane hydrate)는 태평양과 대서양의 대륙사면 및 대륙붕, 남극대륙의 주변해역 등지에서 자연적으로 발생한 메탄 하이드레이트의 분포가 확인되었으며, 그 매장량의 1조 탄소톤 이상으로 기존 화석연료의 매장량이 5천억 탄소톤, 대기중의 메탄가스가 3억 6천만 탄소톤임을 고려할 때 2배에 이르는 막대한 양이라고 보고하였다. 따라서 메탄 하이드레이트는 화석에너지를 대체할 수 있는 차세대 청정 에너지 또는 대체 에너지원으로서의 무한한 잠재력을 가지고 있어 새로운 에너지분야로 크게 주목을 받고 있다. 또한 하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 만약, 특성을 역으로 이용하여 산업적으로 고체화 수송을 할 경우 화수송보다 18-24%의 비용절감이 이루어질 것으로 예상되어진다. 그러나 메탄 하이드레이트를 인공적으로 만들경우 물과 가스의 반응율이 낮아 하이드레이트 형성시간이 상당히 길고 가스 충진율도 낮다. 따라서 본 연구에서는 하이드레이트를 빨리 만들며 가스 충진율도 증가시키기 위하여 증류수와 다공성물질이며 나노세공(Nano pore)을 가지고 있는 제올라이트를 증류수에 첨가하고, 초음파 분산하여 만든 혼합유체를 메탄가스와 반응시켜 하이드레이트 형성 실험을 수행하여 비교 분석하였다. 그 결과 0.01 wt% 제올라이트 혼합유체에서 증류수보다 하이드레이트가 훨씬 빨리 생성되었으며, 메탄가스소모량은 ${\Delta}T_{subc}$=0.5K에서 약 4배 높음을 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.466-466
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• 2023

전세계적으로 2050년까지 탄소 배출량을 0으로 만들기 위한 탄소중립을 선언하였고, 우리나라에서는 온실가스 감축 목표 달성을 위해 논물관리기술 확산, 가축분뇨 자원순환 등 농업 분야 탄소 저감 계획을 수립하였다. 특히, 논물관리기술을 통한 탄소 저감 목표를 달성하기 위해서는 지역별 적합한 논물관리기술 모델이 개발되어야 한다. 이에 본 연구에서는 강원도 지역에 적합한 논물관리기술 모델 개발을 위해 강원도 원주시 일대 6개의 시험포를 조성하여 메탄 발생량을 모니터링 하였다. 각 시험포는 상시담수(S1), 4주 중간 물떼기+얕게 걸러 대기(S2), 4주 중간 물떼기+얕게 대기(S3), 3주 중간 물떼기+얕게 걸러 대기(S4), 2주 중간 물떼기+얕게 걸러 대기(S5), 2주 중간 물떼기+얕게 대기(S6)로 논물관리기간을 다르게 설정하였다. 그리고 각 시험포에는 메탄 발생량 모니터링을 위해 각각 3개의 챔버와 논물관리를 위한 자동물꼬조절장치를 설치하였다. 메탄발생량 모니터링은 2022년 5월부터 2022년 9월까지 총 5개월 동안 25회 진행하였다. 메탄 발생량 모니터링 결과 S1은 423.1 kg/ha, S2는 348.4 kg/ha, S3은 396.4 kg/ha, S4는 164.7 kg/ha, S5는 347.9 kg/ha, S6은 234.1 kg/ha 의 메탄이 배출된 것으로 분석되었다. 분석결과와 같이 S1에서 메탄 발생량이 가장 많았으며, S4에서 가장 적게 발생한 것으로 분석되었다. 논에서 발생되는 메탄에 영향을 주는 인자는 토양 유기물, 토양 산도 등이 중요한 요인으로 알려져 있으며, 이앙 전과 수확 후 토양분석을 진행한 결과 시험포별 인자별 변화량 차이가 나타났다. 따라서 장기적인 모니터링을 통해 논물관리기술에 따른 토양유기물 및 토양 산도 변화에 대한 보완이 필요할 것으로 판단되며, 지속적인 메탄 발생량 모니터링을 통해 강원도 지역에 적합한 논물관리기술을 적용해야 할 것으로 보여진다.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.18 no.4
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• pp.325-335
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• 1985

Biogas production from agricultural wastes were summarized as follows: 1. Biogas Generation Characteristics of Various Manures and Residues a. Gas yield from crop residues like rice straw, rice hull, corn stalk and coconut husk can be improved by addition of animal manures. b. Gas yield from coconut husk can be improved through aerobic fermentation for at least one week before loading in the digester. c. Gas yield from fresh rice straw is better than from pre-fermented one, whether alone or in combination with animal manures. d. Initial study has shown that fresh azolla can be substituted for animal manures in manurerice straw combinations and gas yield derived based on unit volatile solids loaded is actually better than for manure-residue combinations. e. Gas production is highly sensitive to substrate pH and becomes almost nil at a pH of below 6. 2. Effect of ambient conditions and other factors on biogas production in a house hold-size digester. a. Results showed that compaction of rice straw in straw-manure combination can reduce gas yield compared with loosely mixed straw. b. The effective gas production period extended to 70 days using freshly threshed rice straw and fresh cattle manure as feed material. c. Underground and above ground digesters with shade have relatively more stable substrate temperature than aboveground exposed digesters. This relative temperature instability may likely be the reason for lower gas yield for the exposed aboveground digester loaded with loose straw-cattle manure substrate, compared with the underground digester with the same substrate. 3. Economic Analysis a. Based on prevailing costs of fuel, materials, and labor in the Philippines, biogas produced from the household size system is cheaper than either LPG or kerosene. b. If other benefits like organic fertilizer, pollution control and convenience are considered, biogas will surely be the best alternative fuel source.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.27 no.3
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• pp.5-13
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• 2019

This study is conducted to investigate the effects of anaerobic treatments of swine manure slurry alone and combination of livestock manure slurry and fruit pomace on biogas production. Anaerobic co-digestion was evaluated in mesophilic tank reactors for 96 day-incubation period. The organic matter loading of anaerobic digestion was 1 kg of volatile solids(VS) per $1m^3{\cdot}day$. The highest methane production was achieved from the combination of swine manure slury and mandarin pomace(70:30) treatment, whereas the lowest daily and cumulative methane yields was observed in swine manure slurry alone treatment. More than two-fold increase in bio-gas and methane production was obtained by combination of livestock manure slurry and mandarin pomace treatment, compared to the swine manure slurry alone treatment. The co-digestion of livestock manure and fruits pomace has advantages to enhance the production of methane gas, compared to digestion of swine manure slurry alone.

• Journal of Animal Science and Technology
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• v.53 no.5
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• pp.475-480
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• 2011

This study was conducted to investigate the effects of different feeding level of TDN (Total Digestible Nutrients) on the generation of main greenhouse gases such as carbon dioxide and methane in Hanwoo cows. The diet TDN (kg) adjusted to achieve ADG of 0 g/day (Control), 200 g/day (T1), and 400 g/day (T2) of the maintenance level TMR (Total Mixed Ration) delivered twice a day at 08:30 and 17:30. Cow are housed in a respiration chamber and the environmental temperature was maintained at $20^{\circ}C$. The gases were measured for 24 hours using the multi-detector instrument Mamos-300. The analyzed methane emissions of T1 and T2 were 33.5% and 69.6% higher than control, respectively, and the carbon dioxide emissions were 21.1% and 40.6% higher than control. Also, the hourly pattern of carbon dioxide and methane production were showed very similar emission. Gas production showed peak after 1 hour of feeding and this gap was wider in the afternoon than in the morning hours. It is clearly conducted that $CO_2$ and $CH_4$ emissions were different by limited intake levels of feed.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.32 no.6B
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• pp.399-406
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• 2012

The objective of this research is to develop greenhouse gas generation models and estimation method of their parameters for solid waste landfills. Two models obtained by differentiating the Modified Gompertz and Logistic models were employed to evaluate two parameters of a first-order decay model, methane generation potential ($L_0$) and methane generation rate constant (k). The parameters were determined by the statistical comparison of predicted gas generation rate data using the two models and actual landfill gas collection data. The values of r-square obtained from regression analysis between two data showed that one model by differentiating the Modified Gompetz was 0.92 and the other model by differentiating the Logistic was 0.94. From this result, the estimation methods showed that $L_0$ and k values can be determined by regression analysis if landfill gas collection data are available. Also, new models based on two models obtained by differentiating the Modified Gompertz and Logistic models were developed to predict greenhouse gas generation from solid waste landfills that actual landfill generation data could not be available. They showed better prediction than LandGEM model. Frequency distribution of the ratio of Qcs (LFG collection system) to Q (prediction value) was used to evaluate the accuracy of the models. The new models showed higher accuracy than LandGEM model. Thus, it is concluded that the models developed in this research are suitable for the prediction of greenhouse gas generation from solid waste landfills.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.30 no.1
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• pp.35-40
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• 1997

This study was conducted to investigate methane emission under different rice cultural practices in paddy soil (Jeonbug Series, occurring on fluvio-alluvial plain). The rates of application of fresh rice straw were 5,000kg/ha in combination with 110 and 160kg N/ha as chemical fertilizer. The methane emission among the rice cultural practices was in the order of transplanting cultivation, direct seeding on flooded surface and direct seeding on dry paddy field. The average methane flux was $10.27mg/m^2/h$ in direct, seeding on dry paddy field and $24.1mg/m^2/h$ in transplanting cultivation. The diurnal variation of methane emission at heading stage was high from 9 a.m. till 7 p.m. and the methane emission rate was highly correlated with air temperature fluctuation and soil Eh. The seasonal change of methane flux was high from ear formation stage to heading stage.