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안희권 한국환경농학회 2012 한국환경농학회 워크샵자료 Vol.2012 No.1
1. 가축분뇨 바이오에너지화의 필요성농업 생산액 중 축산업의 생산액 비율은 ’00년 25%이었으나 ’09년에는 농업 생산액 42조 9,951억 중 38%인 16조 4,840억 수준으로 증가하였다. ’09년 농산물 생산액 상위 10개 품목 중 6개 품목을 축산물이 차지할 정도로 농업에서의 축산업 비율은 지속적으로 증가하고 있다. 수익성을 높이기 위해 양축농가는 사육형태를 점차 전업화?규모화하고 있으며 이로 인해 가축분뇨 발생량은 최근들어 연간 43~47백만 톤 수준으로 늘어나게 되었다. 올해부터 가축분뇨 해양배출을 전면 금지함으로 인해 양축농가의 가축분뇨 처리 부담은 한층 더 가중되었다고 볼 수있다. 퇴?액비화 과정을 거쳐 토양에 환원되고 있는 가축분뇨는 전체 발생량의 약 88% 수준으로 매우 높은 반면, 혐기소화 공정을 거쳐 바이오에너지로 전환되고 있는 가축분뇨는 총 발생량의 1%를 밑돌 정도로 매우 미미한 수준이다. 농업부문 온실가스 발생량(15백만톤) 중 약 19%에 해당되는 것이 가축분뇨에서 기인하고 있다. 가축분뇨를 혐기 소화할 경우 가축분뇨 1톤당 약 36~206kg의 온실가스 저감효과를 기대할 수 있다. 국가적인 차원에서 온실가스 저감 목표를 설정하고 다양한 대책을 수립해 추진하고 있는 실정을 감안할 때 가축분뇨를 혐기소화하는 것은 대체 에너지 생산뿐만 아니라 온실가스 저감측면에서 매우 의미가 있다고 할 수 있다. 화석연료 고갈 우려 및 가격 상승에 대처하기 위해 정부는 신재생 에너지 보급률을 ’08년 2.6%수준에서 ’30년 11% 수준으로 확대하는 목표를 수립하고 관련 정책을 추친해 나가고 있다. Biomass 확보에 어려움이 많은 우리나라의 상황을 고려할 경우, 신재생 에너지원으로써 가축분뇨의 잠재력은 매우 크다고 본다. 2. 국내외 가축분뇨 바이오에너지 산업 현황미국의 경우 농장형 대규모 가축분뇨 바이오가스 생산시설은 ’00년 20여 개소에서 ’11년 176개소로 늘어났으며, 독일은 1990년 100여 개였던 것이 최근 5,000개소로 현전하게 증가했다. 국내의 경우 일 처리용량 20톤 이상인 가축분뇨 바이오가스 생산시설 중 정상 가동되고 있는 것은 12개소에 불가한 실정이다. US EPA의 보고에 의하면 가축분뇨 혐기소화 시설을 이용해 전기를 생산 할 경우 유우 500두, 양돈 2,000두 이상 규모의 농장에서는 경제성이 있지만 그 이하의 사육규모에서는 가축분뇨 바이오가스 생산시설을 이용해 전기를 생산하는 것은 비효율적이라고 한다. 3. 가축분뇨 바이오에너지화 관련 우리나라 정책현황 우리나라는 폐자원 및 바이오매스 에너지 보급률을 ’07년 1.98%에서 ’20년 4.16%로 확대하고 온실가스 발생량을 ’20년에는 ’08년 대비 약 4.75% 감축하는 목표를 설정하고 관련분야 정책을 추진 중에 있다. 농식품부에서는 가축분뇨 에너지화 시설을 ’13년까지 15개소, ’20년까지는 100개소로 확충하는 계획을 수립하고 가축분뇨 에너지화 시범사업을 ’10년부터 추진해 오고 있다. 4. 가축분뇨 바이오에너지화 활성화 방안가축분뇨로부터 생산된 바이오가스를 이용해 전기를 생산하는 시설은 초기 투자비용이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 유지관리에 어려움이 있다. 가축분뇨 혐기소화 시설을 확대해나가기 위해서는 바이오가스를 난방용으로 활용할 수 있는 저가형 소규모 시스템을 개발 보급할 필요가 있다. 혐기소화 과정을 거치면서 Ammonium-Nitrogen으로 전환된 소화폐액 내 질소 성분은 토양 시비과정 중 공기에 노출되면 쉽게 휘산될 수 있으므로 가능한 공중살포를 하지 않는 것이 바람직하다. 소화폐액(Digestate)에 잔존하는 악취를 제거하기 위한 목적으로 대부분의 가축분뇨 혐기소화 시설에서 후속처리공정(고속발효 및 호기여과상을 활용한 여과)을 적용하고 있다. 이와 같은 후속공정은 소화폐액내 질소성분 휘산을 촉진시키므로 가능한 후속처리공정 없이 지중살포 등과 같은 토양시비 방법을 이용해 토양에 직접 환원하는 것이 바람직하다. 돈분뇨 및 우분뇨의 경우 톤당 약 28~30m3의 바이오가스를 생산하지만 고형물의 경우 톤당 약1,000m3의 바이오가스를 생산하는 것이 가능하다. 가축분뇨 혐기소화 시설 단위 부피당 바이오 가스 생산효율을 개선하기 위한 목적으로 농업 부산물 및 음식 폐기물을 혼합해 처리하는 통합 혐기소화 및 고형물을 수분이 높지 않은 상태에서 처리하는 건식 혐기소화 방법을 활용하는 것도 좋은 대안이 될 수 있다.
안희권,이승훈,김은종,이재희,성용주 한국토양비료학회 2014 한국토양비료학회지 Vol.47 No.2
The effect of thermal pretreatment conditions on hydrolysis characteristics of dairy manure and sawdustmixtures has been evaluated. Thermal pretreatment temperature varied between 35 and 120°Cand the periodof the treatment changed between 30 and 1440min (24h). As thermal pretreatment temperature and durationincreased, organic material solublization rates were improved. Maximum solubilizations of chemical oxygendemand (SCOD), carbohydrates, and volatile fatty acids(VFAs) were observed when dairy manure treated forone day at 120°C. Although one day treatment duration at 120°Cshowed the highest SCOD, solublecarbohydrates, and VFAs concentration, its hydrolysis rate was only about 12%. The results reveal that thethermal pretreatment conditions tried in this study are not enough to solubilize the organic matter contained indairy manure and sawdust mixtures. In order to maximize hydrolysis performance, the further research needsto determine the factors influences on organic material solubilization in addition to thermal pretreatmenttemperature and duration.