관리기와 스피드스프레이어 대기오염물질 배출량 분석

한규강 ( Gyu Gang Han ),전준혁 ( Jun Hyuk Jeon ),김민우 ( Min Woo Kim ),최은선 ( Eun Sun Choi ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

목적 관리기는 밭과 시설온실에서 두둑성형, 비닐피복, 복토작업 등의 농작업에 많이 사용되고 있다. 또한 과수농업의 경우, 관리기뿐만 아니라 스피드스프레이어가 방제, 영양제살포, 퇴비살포 등에 활용되고 있다. 관리기와 스피드스프레이어는 농업기계보유현황 및 농업기계 이용실태 조사 등과 같은 통계자료에는 그 보유대수, 활용시간 등의 자료가 수집되고 있으나 국가 대기오염물질 배출량 인벤토리에는 현재 조사대상 기종으로 포함되어 있지 않다. 본 연구에서는 국가 대기오염물질 배출량 인벤토리에 포함되어 있지는 않지만 관리기와 스피드스프레이어의 대기오염물질 배출문제 가능성을 조사하여 보고자 하였다. 방법 농림축산식품부 발행 농업기계보유현황을 자료를 바탕으로 하여 관리기와 스피드스프레이어 보유대수 등과 같은 관련 자료를 수집하였으며, European Environment Agency(EEA)에서 제시한 농업기계 대기오염물질 배출계수를 적용하였다. 농촌진흥청 국립농업과학원에서 발행한 2017년 농업기계 이용실태 조사서에서 관리기와 스피드스프레이어의 연간사용시간을 수집하여 대기오염물질 배출량을 분석하였다. 결과 최종 조사년도의 자료로 분무기류, 양수기, 탈곡기, 파종기의 대기오염물질(CO, NOx, SOx, TSP, PM10, PM2.5, VOC, NH3) 연간 총 배출량은 각각 8,050×106 g, 6,648×106 g, 347×106 g, 38×106 g 이다. 관리기와 스피드스프레이어의 대기오염물질 연간 총 배출량은 각각 1,545×106 g 와 844×106 g 이며, 기존 4종의 농기계 대비 약 16% 수준이다. 결론 국가 대기오염물질 배출량 산정을 정교화하기 위해 대기오염물질 농업기계 배출원에 포함되어는 있지만 보유대수 및 활용시간 등과 같은 관련 통계자료의 수집이 어려운 분무기와 양수기 등을 관련 공인 통계자료를 얻을 수 있는 관리기와 스피드스프레이어로 항목 대체할 필요가 있다.

2016년 트랙터 작업별 대기오염물질 배출량 분석

한규강 ( Gyu Gang Han ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

목적 트랙터는 경종, 채소, 과수, 축산 등 거의 대부분의 농업부문에 사용되며, 경운·정지·운반 등 많은 작업에 이용되는 농업기계이다. 트랙터의 대기오염물질은 내연기관에서 배출되는 오염물질과 농업활동 중 경지정리와 수확과정에서 발생되는 비산먼지가 있다. 비산먼지는 TSP(Total suspended particulate), PM10이 발생된다. 본 연구는 2016년 기관출력을 기준으로 3개 그룹의 트랙터 작업별 이용시간에 따른 작업별 대기오염물질 배출량을 분석하고자 한다. 방법 농림축산식품부에서 발행한 2016년 농업기계보유대수와 국립환경과학원에서 제시한 내연기관 및 농업활동 배출계수, 평균정격 출력을 사용하여 트랙터의 배출량을 산정하였으며, 트랙터 작업별 사용시간은 국립농업과학원에서 발행한 2015년 농업기계 이용실태 조사서를 참고하여 경운, 정지, 균평, 비료살포, 로더, 곤포, 퇴비 살포, 운반, 기타로 분류하였다. 결과 2016년 트랙터 대·중·소의 보유대수 분포에 따라 구한 평균 출력은 각각 52kw, 39kw, 23kw이며, 작업별로 출력에 따른 대·중·소 트랙터의 대기오염물질 총배출량은 각각 3,052Mg, 5,200Mg, 1,523Mg이며, 총 9,775Mg이다. 국립환경과학원에서는 트랙터 출력의 크기에 따라 분류하지 않고, 평균 출력을 33.1kw으로 동일하게 하여 산정한 작업별 대기오염물질 배출량은 8,544Mg이나 대·중·소로 나누어 산정하면 약 14% 증가한 배출량을 보인다. 트랙터의 경운, 정지, 균평, 비료살포, 로더, 곤포, 퇴비살포, 운반, 기타 등 작업별 대기오염물질은 2016년 각각 총 배출량 중 13%, 29%, 11%, 5%, 15%, 2%, 4%, 13%, 8%의 대기오염물질이 배출되었다. 특히, 전체 배출량 중 경운·정지·균평작업 배출량이 2016년 53%로 절반 넘게 차지한다. 논과 밭의 경기정리는 대부분 트랙터로 한다. 논과 밭의 경지정리에 의해 발생된 비산먼지 배출량은 논이 67%, 밭이 33%의 배출량을 보인다. 비산먼지 배출량은 경지면적의 넓이에 따라 비례한다. 결론 본 연구에서는 2016년 통계자료를 중심으로 기관출력별 트랙터의 각 작업에서 발생하는 대기오염 물질을 산정하고 비교하였다. 국가 대기오염물질 배출량 산정에서 트랙터의 출력은 기관출력에 따라 구분되어 있지 않으나 기관출력에 따라 구분하여 계산하면 배출량은 증가한다. 트랙터의 경지정리에 의한 발생하는 비산먼지는 밭에 비해 논에서 많이 발생한다.

지자체별 농산물 생산량, 생산면적과 농업기계 보유현황간의 상관관계 분석

한규강 ( Gyu Gang Han ),조용진 ( Yong Jin Cho ),이준영 ( Jun Young Lee ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

목적 미세먼지는 에너지산업 연소, 제조업 연소, 도로·비도로 이동오염원, 폐기물처리 등 다양한 발생원이 있다. 그중에서 비도로 이동오염원은 포장도로가 아닌 비포장도로에서 발생하는 것으로서 농업기계가 주행하거나 농업기계 내연기관의 연소결과물로서 발생하기도 한다. 전국에는 트랙터, 스피드스프레이어, 경운기, 이앙기, 콤바인, 관리기, 건조기 등 180여만 대의 농업기계가 있다. 본 연구의 목적은 농업기계에서 발생하는 미세먼지와 원인물질 발생특성을 구명하는데 필요한 지자체별 주요 농산물 생산량, 생산면적과 농업기계 보유현황의 상관관계를 분석하고자 하는 것이다. 방법 지자체별 농산물 생산량, 생산면적과 농업기계보유 현황 관련 자료는 통계청, 농촌진흥청 등 관련 기관에서 게재, 발행하는 자료를 중심으로 분석하였다. 결과 농산물 생산에는 트랙터, 스피드스프레이어, 경운기, 이앙기, 콤바인, 관리기, 곡물건조기, 농산물건조기 등의 농업기계가 사용된다. 지자체마다 주로 재배되는 농산물, 생산면적에 따라 사용하는 농업기계의 종류와 크기가 다르며 보유대수의 차이가 있다. 미곡을 주로 생산하는 지자체는 트랙터, 이앙기, 콤바인 등 논농사에 필요한 농업기계 보유대수가 비교적 많으며, 과수를 주로 생산하는 지자체는 스피드스프레이어, 관리기, 농산물건조기의 보유대수가 다른 농업기계에 비해 많았다. 또한 각 지자체의 미곡, 서류, 채소, 과실 생산량과 재배면적에 따라 농업기계 보유현황이 다르다. 이는 주로 사용되는 농업기계의 종류와 크기에 따라 각 지역의 농작업시 발생하는 미세먼지와 원인물질 발생특성이 다르다는 것을 의미한다. 결론 미세먼지와 원인물질 발생특성을 구명할 때 지자체별로 주요 농산물 재배에 사용되는 농업기계의 종류와 크기를 선별하여 자료 수집을 할 필요가 있다는 결론을 얻었다.

트랙터 엔진 티어에 따른 경유 배출 인벤토리 분석

한규강 ( Gyu Gang Han ),전준혁 ( Jun Hyuk Jeon ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

목적 농업기계에서 배출되는 대기오염물질 배출량을 감소시키기 위해 올해 농림축산식품부에서는 총 사업비 121.7억원을 책정하여 노후 경유 농업기계 조기 폐차 지원사업이 시행되고 있다. 최근 국가미세먼지정보센터에서는 디젤엔진기술에 따라 나누어 산정할 수 있도록 배출계수가 개발하였으나 농업기계 정격출력별 등록대수의 자료 수집 한계로 인하여 고도화된 산정방법을 활용하지 못하고 있다. 본 연구에서는 농업기계 엔진기술에 따라 배출되는 대기오염물질 중 현행 대기오염물질 인벤토리에 속해있는 CO, NOx, PM에 대하여 현행의 배출량과 개선된 배출량을 비교하여 분석하고자 한다. 방법 국가미세먼지정보센터에서 발표된 장비 연식별 단일 배출계수와 농업기계연감의 농업기계 규격별 공급대수 자료를 활용하여 엔진 기술에 따른 Tier 3 이전, Tier 3, Tier 4 엔진 장착 트랙터에서 배출되는 대기오염물질을 분석하였다. 결과 현행 배출량 산정방식과 개선된 배출량 산정방식을 비교한 결과 개선된 방식이 적용된 14년부터 대기오염물질 배출량이 감소율이 매년 증가하여 2019년에는 현행과 10%의 차이를 보여준다. 또한 2014년과 2019년을 비교한 결과 대기오염물질 배출량이 현행방식은 4%가 감소하나 개선된 방식은 14%가 감소하였다. 결론 노후농업기계 조기폐차에 의한 대기오염물질 배출 감소량의 예측이 가능하며, 노후 경유 농업기계 조기 폐차 지원 사업의 확대 등 정책 수립에 도움이 될 수 있음을 보여준다.

지자체별 농업용 면세유류 배정량과 농업기계 보유현황간의 상관관계 분석

한규강 ( Gyu Gang Han ),조용진 ( Yong Jin Cho ),이준영 ( Jun Young Lee ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

목적 미세먼지(Particulate Matter, PM)는 입자의 크기에 따라 지름이 10㎛ 보다 작은 미세먼지(PM10)와 2.5㎛ 보다 작은 초미세먼지(PM2.5)로 나뉜다. 농업기계 운용시 미세먼지는 농업기계의 주행 및 작업할 때 발생하기도 하지만 대부분 내연기관의 연소결과물로 나타나고 있다. 초미세먼지(PM2.5)는 작업기 가동시 발생되는 물리적인 마찰보다는 고압과 고열의 환경에서 물질의 연소 및 화학적 반응으로 발생한다. 내연기관에 주로 사용되는 화학연료는 가스, 등유, 중유, 휘발유 등을 사용하고 있으며, 농업기계를 대상으로 대부분의 농업용 면세유류를 공급하고 있다. 각 지자체에서는 1986년부터 농업관련 에너지 정책으로 농업용 면세유류를 각 농가에 농업기계별로 공급하고 있으며, 면세유류 공급대상 농업기계에는 경운기, 트랙터, 이앙기, 콤바인, 곡물건조기 등 42종의 농업기계가 있다. 본 연구의 목적은 지자체별 면세유류 배정량과 농업기계 보유현황의 상관관계를 분석하여 농업기계의 내연기관에서 발생하는 초미세먼지의 발생 정도를 지자체별로 예측하고자 한다. 방법 지자체별 농업용 면세유류 배정량과 농업기계 보유 현황 관련 자료는 통계청, 농림축산식품부 등 관련 기관에서 게재, 발행하는 자료를 중심으로 분석하였다. 결과 농업기계 내연기관에 사용된 연료 별 공급량과 농업기계의 운용시간에 따라 초미세먼지 발생정도는 달라지게 된다. 각 지자체별로 공급된 농업용 면세유류와 농업기계 보유현황간의 상관관계 분석을 통해 향후 농업기계 내연기관에 의한 미세먼지의 발생량을 예측할 수 있으며, 각 유류의 종류에 따라 발생하는 미세먼지와 원인물질의 성분은 차후 배출 오염원 측정 센서를 통해 분석할 수 있다. 지자체별로 농업기계의 보급대수와 쌀 생산량과의 상관관계는 r2 = 0.76 이었으며, 재배면적과의 상관관계는 r2 = 0.75 이었다. 이는 대부분의 보급된 농업기계는 쌀의 생산작업에 투입되고 있다고 사료된다. 또한, 지자체별로 농업기계의 보급대수와 공급되는 면세유류 중 경유와의 상관관계는 r2 = 0.84 이었으며, 등유와의 상관관계는 r2 = 0.86 이었다. 이는 각 지자체에서 보유하고 있는 농업기계 대부분은 면세유류로 운용되고 있다고 사료된다. 결론 현재 농업기계 보유현황은 매년 갱신되고 있으나 지자체별 공급된 면세유류 데이터는 2014년까지의 데이터로만 분석되어 현재발생되는 미세먼지 예측에는 한계가 있다. 따라서 현재 지자체별 농업기계 운용에 따른 미세먼지의 발생 정도 예측을 위해서는 관련 기관에 자료를 요청하여 최신 자료에 의한 분석이 추가적으로 이루어져야 한다.

2016년 콤바인 수확작업 대기오염물질 배출량 분석

한규강 ( Gyu Gang Han ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

목적 우리나라 농업에서 매우 큰 비중을 차지하는 작물은 쌀이다. 벼농사에서 여러 가지 단계 중 많은 시간이 필요로 하는 일 중 하나는 수확작업이다. 콤바인이 발생시키는 대기오염물질은 크게 두가지로 볼 수 있다. 비도로이동오염원으로 내연기관에서 배출되는 대기오염물질과 수확작업시 발생되는 비산먼지가 있다. 본 연구에서는 2016년 기관출력을 기준으로 3개 그룹의 콤바인의 곡류 수확작업에서 발생되는 대기오염물질의 총량과 대기오염물질별로 산출하여 분석하고자 한다. 방법 통계청에서 발행한 농작물생산조사서를 바탕으로 2016년 전국 곡류재배면적과 생산량 관련 자료를 수집하였으며, 국립환경과학원에서 제시한 내연기관 및 농업활동 배출계수, 평균정격출력과 국립농업과학원에서 발행한 2015년 농업기계 이용실태 조사서에서 벼 작물의 콤바인 연간사용시간을 수집하여 대기오염 물질을 분석하였다. 결과 대기오염물질 산정에 사용된 콤바인의 평균 출력은 27.2kw이나 농업기계보유대수 분포에 비례하여 기관출력으로 나누면 3조 이하, 4조, 5조 이상으로 나눌 수 있으며, 출력은 각각 30.9kw, 43.2kw, 70.2kw이다. 기관출력에 따라 구분하여 산정하면 평균 출력에서 산정한 배출량에 비해 약 67% 이상의 대기오염물질이 증가하였다. 기관출력에 따라 배출되는 대기 오염물질 배출량은 738Mg이며, 미곡과 맥류에서 발생하는 대기오염물질 비율은 93%, 7%이다. 대부분의 콤바인 기관 대기오염물질은 벼수확 시에 발생한다는 것을 알 수 있다. 수확작업 비산먼지 발생비율은 미곡, 맥류 각각 94%, 6%이다. 미곡과 맥류 모두 비산먼지는 대부분 논에서 발생하나 맥류의 경우 미곡에 비해 밭에서 발생되는 비율이 약 16% 더 크다. 결론 본 연구에서는 수확작업에서 콤바인에 의해 발생되는 대기오염물질을 산정하고 분석하였다. 평균출력에 의해 산정된 대기오염물질 배출량보다 기관출력에 따라 구분한 배출량은 67%이상 증가한 양을 보인다. 콤바인이 대형화 되는 추세이기 때문에 예전의 평균 출력에서 기관출력에 따른 방식으로 바꿀 필요가 있다. 수확작업 비산먼지 발생량 역시 맥류보다 미곡을 수확할 때 많이 발생한다. 콤바인의 대기오염물질를 파악할 때 내연기관에서 배출되는 대기오염물질 뿐만 아니라 수확작업에서 발생되는 비산먼지를 포함하여 분석하여야 한다는 것을 알 수 있다.

국내 농기계 및 시설난방 유래 미세먼지 인벤토리 개발 연구

한규강 ( Gyu Gang Han ),조용진 ( Yong Jin Cho ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

목적 국내에서는 국가적으로 국립환경과학원에서 9개 대기오염물질(CO, NOx, SOx, TSP, PM10, PM2.5, BC, VOC, NH3)을 체계적으로 관리하고 있다. 최근 이 중 특히 국민 건강에 일차적으로 연관이 있다고 알려져 있는 미세먼지(Particulate Matter, PM)에 대한 관심이 매우 높다. 현재 국가에서 사용하고 있는 미세먼지 배출량 산정법은 주로 미국과 유럽에서 개발된 방법을 차용하고 있으며 배출량 산정에 이용되는 대상도 현실에 맞지 않는다. 본 연구의 목적은 국내에서 농작업 시 농기계 그리고 시설난방에 의해 배출되는 연소가스와 비산먼지에 의해 발생하는 새로운 미세먼지(PM10, PM2.5) 인벤토리를 개발하기 위해 필요한 방법론을 제시하는 것이다. 방법 농업 부문에서 발생하는 미세먼지 배출량 산정 관련 국외 자료는 주로 미국의 EPA와 유럽의 CORINAIR 자료를 중심으로, 국내 자료는 국립환경청, 통계청, 농촌진흥청 그리고 공식적인 농업 관련 기관에서 발행하는 자료를 중심으로 심도 있게 분석하였다. 결과 미국과 유럽에서 개발된 미세먼지 배출량 산정에는 작물재배 면적, 작물 재배력, 그리고 다양한 농작업에 의해 산출되는 배출계수(Emission Factor, EF)가 쓰인다. 현 국내 농업 실정에 맞는 새로운 미세먼지 인벤토리를 개발하기 위해서는 정확한 작물재배 면적 정보, 다양한 작물 재배력 분석 등이 필요하며 또한 농업면세유 사용량, 농기계 사용 실태 분석 등을 통해 배출계수 정교화가 필요하다. 이를 위해 현재 대상 농기계인 8개 중 분무기, 양수기, 탈곡기, 파종기 등 4개 기종은 1999년부터 국가 통계자료를 얻을 수 없어 그 때의 자료를 계속 쓰고 있어 현재 국가 통계자료를 얻을 수 있는 관리기, SS기, 곡물건조기, 농산물건조기로 대체할 필요가 있다. 그리고 국가 통계자료를 얻을 수 없는 시설재배용 난방기에 대한 정확한 정보를 얻어 난방기 연소에 의한 미세먼지 배출량 산정을 정교화 할 필요가 있다. 결론 국내외적으로 농작업, 농기계 사용 및 시설난방, 부문에서 발생하는 미세먼지 배출량 산정 방법을 분석하였고 현재 국내에서 사용하고 있는 농작업, 농기계 사용 및 시설난방, 부문에서 발생하고 있는 미세먼지 인벤토리를 보완할 필요가 있다는 결론을 얻었다.

국내 벼 생산시 발생하는 주요 대기오염물질의 시각화 및 시계열 분석

전준혁 ( Jun Hyuk Jeon ),한규강 ( Gyu Gang Han ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),김성민 ( Seong Min Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

목적 최근 대기오염물질에 대한 전국적, 정책적 관심사가 높아짐에 따라 농업에서 발생되는 대기오염물질 배출량이 중요해지고 농작업의 기계화율이 높아짐에 따라 농기계에서 내뿜는 대기오염물질의 정량적 계산이 필요하다. 방법 국내 벼 생산시 발생하는 대기오염물질 배출량을 산정하기 위하여 벼 재배력 및 2018년 벼농사 경지면적, 벼 작업별 투입기계, 기계별 작업의 종류, 농작업시간·기간을 시계열로 분석하였다. 대기오염물질 배출량 산정을 위해 논과 밭의 경지면적을 나눈 뒤, 국가미세먼지정보센터의 농기계별 배출량을 농작업시간을 이용하여 작업별 배출량을 산정하고, 이를 취합하여 벼 생산에 대한 대기오염물질 배출량을 산정하였다. 결과 벼 재배면적 및 농작업에 대한 대기오염물질 배출량을 산정한 결과 논 1 ha 당 배출량은 CO, NOx, PM10, PM2.5가 각각 1.899 kg, 5.16 kg, 0.332 kg, 0.306 kg으로 나타났으며 작업별로는 CO 기준 트랙터 정지 작업에 306.2 Mg으로 가장 많은 대기오염 물질이 발생하였다. 시계열 분석 결과 연중 벼 생산에 발생한 대기오염물질은 CO 기준 10월에 최고 275.5 Mg, 9월에 최소 31.9 Mg으로 평균 133.6 Mg이 발생하였다. 결론 벼 생산 시 발생하는 대기오염물질 배출량의 시계열 시각화 분석을 통해 벼 재배 환경적인 측면에서 농작업 시 농작업자 건강, 농작업 환경 개선 그리고 농작업 효율화 방안 등을 알 수 있었다.