Estimation of Carbon Sequestration and Its Profit Analysis with Different Application Rates of Biochar during Corn Cultivation Periods

신중두,최용수,이선일,Shin, JoungDu,Choi, Yong-Su,Lee, SunIl Korea Organic Resources Recycling Association 2016 유기물자원화 Vol.25 No.3

바이오차 시용이 토양비옥도나 온실가스 완화에 기여하는 것 외에, 경작지 시용에 따른 탄소격리 및 순익 분석이 평가된바 거의 없다. 본 연구는 옥수수 재배 기간 동안 온실가스 완화에 대한 이익을 평가하고, 탄소격리를 산정하기 위해 수행되었다. 본 실험의 처리구는 돈분처리구, 돈분을 퇴비로 시용하면서 바이오차 처리를 2,600(0.2%), 13,000(1%), 및 26,000(2%) kg/ha로 나누어 시용하였다. 바이오차 시용에 따른 탄소 격리량을 예측하기 위해 Y = 0.5523X - 742.57 ($r^2=0.939^{**}$) 일차 모형식을 유도하였으며, 본 수식을 바탕으로 바이오차 0.2, 1 및 2% 시용 시 탄소 격리량은 각각 1,235, 3,978, 및 14,794 kg/ha로 산정되었고, 온실가스 완화는 각각 4.5, 14.6, 및 54.2 ton/ha로 평가 되었다. 이에 대한 이익 평가는 적게는 $14.6, 많게는 $452로 산정되었다. 또한 한국 기후변화 시장의 이산화탄소 시장 거래가로는 바이오차 0.2, 1 및 2% 시용 시 $35.6, $115.3 및 $428.2로 나타났다. 바이오차 시용에 대한 작물 재배에 있어, 초장과 수량은 처리간에 유의차가 인정되지 않았다. 따라서 본 실험결과는 농사활동에서 바이오차를 토양에 시용함으로서 탄소 배출건 거래제가 시행된다는 전제 조건하에 기초자료가 될 것이다. Despite the ability of biochar to enhance soil fertility and to mitigate greenhouse gas, its carbon sequestration and profit analysis with arable land application have been a few evaluated. This study was conducted to estimate carbon sequestration and to evaluate profit of greenhouse gas mitigation during corn cultivation periods. For the experiment, the biochar application rates were consisted of pig compost(non application), 2,600(0.2%), 13,000(1%), and 26,000(2%) kg/ha based on pig compost application. For predicting soil carbon sequestration of biochar application, it was appeared to be linear model of Y = 0.5523X - 742.57 ($r^2=0.939^{**}$). Based on this equation, soil carbon sequestration by 0.2, 1 and 2% biochar application was estimated to be 1,235, 3,978, and 14,794 kg/ha, and their mitigations of $CO_2$-eq. emissions were estimated to be 4.5, 14.6, and 54.2 ton/ha, respectively. Their profits were estimated at $14.6 for lowest and $452 for highest. In Korea Climate Exchange, it was estimated that the market price of $CO_2$ in corn cultivation periods with 0.2, 1 and 2% biochar application was $35.6, $115.3 and $428.2 per hectare, respectively. For the plant growth response, it was observed that plant height and fresh ear yield were not significantly different among the treatments. Therefore, these experimental results might be fundamental data for assuming a carbon trading mechanism exists for biochar soil application in agricultural practices.

Predicting Methane Production on Anaerobic Digestion to Crop Residues and Biomass Loading Rates

신중두,홍승길,박상원,김현욱,Shin, JoungDu,Hong, Seung-Gil,Park, SangWon,Kim, HyunWook Korea Organic Resources Recycling Association 2016 유기물자원화 Vol.25 No.3

본 연구의 목적은 농업에서 발생하는 식물체 잔사 종류별 투입비율에 따른 메탄 잠재 발생량을 예측하는 것이다. 바이오가스를 생산하기 위하여 보릿짚 및 유채대 등의 식물체 잔사를 다양한 투입율로 사용하여 세륨병에서 실험을 수행하였다. 표면 방법론의 운동방법을 통하여 메탄 생산은 Gomperz 수식에 적합한 것으로 나타났다. 중온소화 시 식물체 잔사별 바이오가스 생산에 있어, 최대생산량은 보릿짚 및 유채대 투입율 1%로 혐기소화 후 각각 6.8일에 37.2 mL/g과 7.5일에 28.0 mL/g로 나타났다. 중온소화 시 메탄 함량은 보릿짚 및 유채대 투입율 5%로 혐기소화 후 각각 5.5일에 61.7%와 3.4일에 75.0%로 가장 높게 관측되었다. 중온 소화시 최대 메탄 잠재발생량은 1% 보릿짚 투입율에서 159.59 mL/g 와 3% 유채대 투입율에서 156.62 mL/g로 산정되었다. 전반적으로 중온소화 시 바이오매스 투입율은 유채대 3% 및 보릿짚 1%를 투입하는 것이 적정 비율인 것으로 나타났다. Objective of this experiment was to predict the potential methane production with crop residues at different loading rates. Anaerobic digestion of barley and rapeseed straw substrates for biogas production was performed in Duran bottles at various biomass loading rates with crop residues. Through kinetic model of surface methodology, the methane production was fitted to a Gompertz equation. For the biogas production at mesophilic digestion with crop residues, it was observed that maximum yield was 37.2 and 28.0 mL/g at 6.8 and 7.5 days after digestion with 1% biomass loading rates of barley and rapeseed straws, respectively. For the methane content of mesophilic digestion, there were highest at 61.7% after 5.5 days and 75.0% after 3.4 days of digestion with barley and rapeseed straw on both 5% biomass loading rates, respectively. The maximum methane production potentials were 159.59 mL/g for 1% barley straw and 156.62 mL/g for 3% rapeseed straw at mesophilic digestion. Overall, it would be strongly recommended that biomass loading rate was an optimum rate at mesophilic digestion for using 1% barley and 3% rapeseed straws for feed stocks.

Management Strategies of Livestock Waste Minimization and Resource Conservation

Kim, Kyung-Sook,Won, Hyo-Joung,Chung, Jae-Chun,Choi, Deuk-Soo Korea Organic Resources Recycling Association 2000 유기물자원화 Vol.8 No.1

There is no simple method to solve livestock waste problems satisfactorily. For a successful solution, various methods should be well organized orderly depending upon the situation. Even in the livestock waste management, integrated waste management principle should be applied. Minimization of livestock waste generation is the first priority. It is also important to distribute fairly livestock farms throughout the nation. Efficient management of permit system is equally important. Permit should be given only when the farmer have enough grass-land on which the farmer can apply more than two thirds of livestock waste generated or when the farm have an anaerobic digestor in which store livestock waste generated for at least 3 months. In principle, livestock waste should be treated in the farm and it is desirable to operate composting facilities in the farm site too.

Purification and Some Properties of Arginine Deiminase in Euglena gracilis Z

Park, Bong-Sun,Hirotani, Aiko,Nakano, Yoshihisa,Kitaoka, Shozaburo Korea Organic Resources Recycling Association 1993 유기물자원화 Vol.1 No.1

Euglena gracilis 에서 arginine deiminas는 mitochondrial matrix 내에 존재한다. 고도로 정제된 효소가 0.23 nM의 $K_m$ 값을 갖고 효소반응을 하기 위해서는 $Co^{2+}$가 필요하며, 이때 최적 pH는 9.3~10.3이었다. Gel filtration에 의해서 얻어진 조효소 단백질의 분자량은 87,000이었으며, SDS-acrylamide gel electrophoresis에 의해 효소는 48,000의 분자량을 갖는 2개의 동일한 subunit로 구성되어 있음이 밝혀졌다. Euglena의 arginine deiminas는 sulfhydryl inhibitors에 의해서 활성이 저지되었는데, 이는 sulfhydryl group이 효소의 활성부위에 관여함을 나타낸다. 이 sulfhydryl group은 arginine이 효소와 결합하는데 있어서 negative cooperativity를 나타내었다. ${\beta}-guanidinopropionate$, ${\gamma}-guanidinobutyrate$와 guanidinosuccinate는 효소의 활성을 저지시키지 않는데 반하여, $L-^{\alpha}-amino-{\beta}-guanidino-propionate$, D-arginine, 그리고 L-homoarginine은 효소의 활성을 강력하게 저지시켰다. Citrulline과 ornithine에 의해서도 상당한 정도의 효소활성저지가 관찰되었다. 우리는 Euglena의 arginine deiminase의 독특한 성질이 Euglena 라는 원생동물 내에서 arginine 대사의 조절에 어떻게 영향을 미치는지를 토의하고자 한다. In Euglena gracilis arginine deiminase was located in the mitochondrial matrix. The highly purified enzyme required $Co^{2+}$ for the enzyme reaction with the $K_m$ value of 0.23 nM, and its optimum pH was 9.7 to 10.3. The molecular weight of the native enzyme protein was 87,000 by gel filtration, and SDS-acrylamide gel electrophoresis showed that the enzyme consisted of two identical subunits with a molecular weight of 48,000. Euglena arginine deiminase was inhibited by sulfhydryl inhibitors, indicating that a sulfhydryl group is involved in the active center of the enzyme. It exhibited negative cooperativity in binding with arginine. $L-{\alpha}-amino-{\beta}-guanidino-propionate$, D-arginine, and L-homoarginine strongly inhibited the enzyme while ${\beta}-guanidinopro-pionate$, ${\gamma}-guanidinobutyrate$, and guanidinosuccinate did not. Considerable inhibition was also observed with citrulline and ornithine. We discuss the effects of the unique properties of the Euglena arginine deiminase on the regulation of arginine metabolism in this protozoon.

통합혐기소화액의 시용이 벼 생육 및 논토양 환경에 미치는 영향

Hong, Seung-Gil,Shin, Joung-Du,Kwon, Soon-Ik,Park, Woo-Kyun,Lee, Deog-Bae,Kim, Jeong-Gyu Korea Organic Resources Recycling Association 2010 유기물자원화 Vol.18 No.4

가축분뇨는 적절하게 처리되기만 하면 가치 있는 자원이 될 수 있다. 년간 42백만톤에 달하는 가축분뇨의 84%가 퇴비와 액비 생산에 이용되고 있으며 최근에는 혐기소화를 통한 바이오가스 생산에 대한 관심이 고조되고 있으나, 혐기소화액의 농업적인 활용은 아직 인증되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 가축분뇨와 음식물류폐기물을 혼합하여 소화시킨 통합혐기소화액을 이용하여 벼 재배시 생육과 논토양 환경에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 통합혐기소화액은 돈분과 음식물류 폐기물을 70:30(v/v)으로 혼합하여 HRT(Hydro-logic retention time) 14일의 고온혐기소화공정을 거쳤으며, 안전성을 평가하기 위해 모니터링을 수행하였다. 질소전량 기준으로 통합혐기소화액을 와그너 포트에 시용하고 침출수를 채취하여 양분의 용출과 생육을 조사하였다. 통합혐기소화액을 시용한 처리구에서는 토양중 치환성 칼륨, 구리, 아연 등이 증가하였으며, 통합혐기소화액 처리후 침출수 중의 질산태 질소 농도는 처리 농도가 증가할수록 높았으며 모든 처리구에서 2주 만에 침출되어 빠져나가는 것으로 나타났다. 생육반응에 있어서 분얼수는 처리간에 차이가 없었으며, 초장은 통합혐기소화액을 추천시비량 질소 기준으로 2배 시용한 처리구에서 가장 높았으나, 벼의 생육을 고려하면 오히려 도복의 위험이 높은 것으로 나타났다. 토양중 염류 집적을 고려하여 추천시비량 질소 기준에 맞게 시용하는 것이 바람직하며, 통합혐기소화액이 화학비료 대체제로서의 가치가 있는 것으로 판단되었다. 향후 장기적인 면에서 통합 혐기소화액의 논토양 환경에 미치는 영향에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.