역모델링기법을 이용한 매립지 메탄배출량 산정 방법론 검토 = A Review of the Estimation Methodology of Methane Emission in a Landfill using Inverse Modeling Technique

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With glowing concern over the effects of global warming, the need to quantify fugitive methane emissions from landfills has increased. The most prevailing method in Korea is to use a methane generation method of FOD (First Order Decay) or to measure the methane flux at the surface directly. They cannot be considered as accurate methods since the uncertainty of input parameters of FOD and variability of landfill surface. As an alternative method, the direct plume measurement method using dispersion model, namely inverse modeling technique, was proposed in this study. In order to validate the inverse modeling procedure with CALMET and CALPUFF, the dispersion modeling was performed with known arbitrary emission rates and then the model concentrations at the particular receptor points were calculated. The inverse modeling was carried out to find the emission rates with the calculated concentrations at the receptor points. The estimated emission rates by inversing process were identical to the given emission rates. It demonstrated that the inverse modeling procedure is accurately defined in this study. The experiment for inverse modeling was carried out to estimate methane emission rates in Daejeon landfill on 06th October. Meteorological variables and methane concentrations at the Daejeon landfill site were measured to organize input data for the inverse modeling during the experiment. The range of estimated emission rates were from 29.65 to 36.68 g/㎡-day by applying the proposed inverse modeling with measured meteorological and concentration values. The major emission areas in the landfill were also identified.
In spite of the limited experiment, the inverse modeling technique is proved to be simple and cost saving method to estimate the methane emission rate in the heterogenous landfill surface. The proposed inverse modeling in this study should be further validated by comparisons with methane flux measurement or a tracer experiment.

국문 초록 (Abstract)

고형페기물 매립지에서 온실가스 배출량 산정은 기후변화에 대응 측면에서 매우 중요한 사항이다. 국내에서 메탄가스 배출량 산정은 주로 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)가이드라인에 근거하여 매립지 표면에서 직접적으로 flux chamber를 이용하여 배출량을 측정하거나, 또는 FOD(First Order Decay)방법에 의존하여 왔다. 그러나 FOD방법은 매립특성을 반영한 매립가스발생속도상수(k)를 정확히 산정하는데 어려움이 존재하고, 또한 표면 발산량을 측정하는 방법은 매립지 표면에서 배출량이 다양하고 측정이 한정된 기간에만 국한된다는 문제점을 내재하고 있다. 대안으로 본 연구에서는 plume measurement의 한 방법으로 대기확산모델을 활용한 역모델링기법을 적용하는 것을 검토하였다. 역모델링에 의해서 매립지 메탄가스 배출량을 직접 계산하기 위한 방법론을 정리하고, 실제 대전매립지에서 측정한 메탄농도를 이용하여 역모델링기법을 적용한 매립지 메탄 배출량 산정하는 방법에 대하여 제시하였다. 역모델링 과정을 검증하기 위해서 임의의 배출량으로 모델링을 수행하여 모델 예측농도와 확산변수 를 계산하였으며, 역으로 예측농도와 확산변수 를 이용하여 배출량을 재산정 하였다. 재산정한 배출량이 임의의 배출량과 동일함을 확인함으로써 본 연구에서 제시하고 있는 역모델링 절차가 적절함을 검증하였다. 또한, 본 연구에서는 역모델링 기법을 적용하여 실제 대전매립지를 대상으로 메탄 배출량 산정하였다. 대전매립지를 대상으로 메탄배출량을 산정한 결과 29.65~36.68 g/㎡-day로 산정되었으며, 주요 메탄 배출지점은 매립지 내의 유사한 지점에서 일관되게 나타났다. 본 연구방법은 기존의 방법과 비교하면, 메탄농도의 측정방법이 간단하고 비용이 적게 소요되므로 지속적인 모니터링이 가능한 장점이 있으며, 불균일한 매립지 표면의 배출량을 비교적 간편하게 산출이 가능한 것으로 파악되었다. 한편, 본 연구는 제한된 실험에 의한 결과이므로 향후 실제 매립지 배출량을 직접 측정하거나, 또는 추적자 실험을 통해서 그 방법론을 추가로 검증할 필요가 있는 것으로 판단된다.

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