논토양 질소시비량과 물관리에 따른 아산화질소 배출량 평가

주옥정(Okjung Ju),노안성(Ahn-Sung Roh),정재원(Jaewon Jeong),김조은(Jo-Eun Kim),소호섭(Hoseup Soh),이영순(Young-Soon Lee) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

농경지에서 배출되는 아산화질소는 토양에 투입된 질소투입원에 따른 토양 내 미생물의 질산화 및 탈질화 과정에 의해 발생한다. 담수상태에 있는 논토양에서는 아산화질소 배출량이 적어 관련 연구가 부족하나, 중간낙수 등 논토양이 혐기적 환경에서 호기적으로 전환될 경우 질산화와 탈질화 과정을 촉진하여 아산화질소 배출을 증가시킬 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 논토양 질소 비료 시용량과 물관리에 따른 아산화질소 배출량을 평가하고자 실내 포트시험을 수행하였다. 수행방법은 경기도농업기술원내 논토양 시료를 채취하여 풍건후 약 9kg을 와그너포트(NF-2, 1/2000a, Φ256×Φ234×297mm)에 담아 처리구별 폐쇄형 원형 챔버(Φ240×500mm)를 3개씩 설치하였다. 질소질 비료 시용에 따른 처리구는 벼 재배 표준시비량인 3요소 N-P₂O<SUB>5</SUB>-K₂O = 90-45-57 kg ha<SUP>-1</SUP> 기준 질소 1배, 1.5배, 2배, 무시비로 처리하였다. N은 요소, P₂O<SUB>5</SUB>는 용과린, K₂O는 염화칼리로 시용하였으며, N는 기비 56%, 분얼비는 22%, 수비는 22% 분시하였고, 인산은 전량 기비, 칼리는 기비 70%, 수비 30%로 분시하였다. 건토양에 기비 시용 후 2주 후 담수하였으며, 분얼비는 담수 후 12일, 수비는 담수 후 70일에 시용하였으며 분얼비 후 35일에 중간낙수를 3주 동안 실시하였다. 아산화질소 시료채취는 폐쇄형 챔버법으로 주 2회 이상 오전 10시~12시 사이에 챔버 뚜껑을 닫고 1차로 채취한 후 40분 경과 후 2차로 시료 채취하여 아산화질소 농도 변화를 측정하였으며, 시료 채취와 동시에 최초 온도와 40분 후 온도를 기록하였으며, 논물로부터 챔버 상단까지 유효높이를 조사하여 아산화질소 배출량을 산정하였다. 약 144일 측정기간 동안의 평균 아산화질소 배출량은 무시비 0.13, 질소 1배 0.48, 질소 1.5배 0.74, 질소 2배 0.91 mg m<SUP>-2</SUP> hr<SUP>-1</SUP>으로 질소질 비료 시용량이 많을수록 아산화질소 배출량이 높게 나타났다. 일일 아산화질소 배출량 변화에서는 담수 20일 이후부터 아산화질소 배출량이 유의하게 나타났으며, 중간 낙수 마지막날에 최고 일일 배출량(무시비 0.07, 1배 0.89, 1.5배 2.68, 2배 3.15 mg m<SUP>-2</SUP> hr<SUP>-1</SUP>)이 나타났다가 담수후 약 50일 지나서 다시 아산화질소 배출량이 높게 나타났다.

중간물떼기 실시 논에서 아산화질소 배출 측정의 중요성

권효숙(Hyosuk Gwon),이형석(Hyeongseok Lee),이선일(Sunil Lee),최은정(Eunjung Choi),이종문(Jongmun Lee),강성수(Seongsoo Kang) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

논은 물을 가둔 상태로 벼를 재배하는 특이적 환경으로, 우리나라 총 메탄(CH₄) 배출의 23%가 벼 재배 과정에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 논에서 메탄 배출을 저감하기 위하여 중간물떼기와 같은 물관리 기술이 중점적으로 적용되고 있으나, 이로 인한 아산화질소(N₂O) 배출 증가 부작용은 간과되고 있다. 따라서 본 연구에서는 중간물떼기를 실시하는 논에서 간과되고 있는 아산화질소 배출량의 정량적 평가를 통해 아산화질소 배출 측정의 중요성에 대해 논의하고자 하였다. 이를 위하여 2018~2019년 동안 벼 재배 시 상시담수(CF) 및 중간물떼기(ID)를 실시, 챔버법을 이용하여 아산화질소 배출 변화 및 배출량을 조사하였다. 동시에 아산화질소 배출원이 질소비료인 만큼 요소비료(U)를 처리구와 함께, 요소비료를 대체하는 완효성비료(SRF), 헤어리베치혼합(HV) 처리구를 추가로 설치하여 중간물떼기에 따른 아산화질소 배출 변화를 조사하였다. 2018년과 2019년에서 공통적으로 중간물떼기 후에 상시담수를 제외한 모든 처리구에서 아산화질소 배출이 증가하였다. 중간물떼기가 끝나고 재담수를 실시하자 아산화질소 배출은 다시 감소하는 경향을 나타냈으나, 벼 수확을 위해 완전물떼기(이앙후 100일경)를 실시하자 아산화질소 배출이 다시 증가하였다. 그 결과 벼 재배 기간 중 총 아산화질소 배출은 상시담수 대비 중간물떼기를 실시한 처리구에서 약 214~329배 높았다. 총 아산화질소 배출은 ID+HV 처리구에서 가장 많았으며, 이후 ID+U, ID+SRF, CF+U 처리구 순으로이었다. 수량의 경우 정조수량은 ID+HV, ID+SRF, CF+U, ID+U 순으로 나타났다. 본 연구에서 ID+U 처리구와 ID+SRF 처리구 간 총 아산화질소 배출은 통계적으로 큰 차이는 없었으나, 상대적으로 아산화질소 배출은 적고 수량은 많은 완효성비료 활용으로 중간물떼기의 단점을 다소 보완할 수 있을 것으로 보인다. 이와 관련하여 완효성비료 시용 수준에 따른 아산화질소 배출량에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 생각된다. 또한 본 연구결과 중간물떼기로 아산화질소 배출이 뚜렷하게 증가하는 것을 확인한 만큼 논에서의 온실가스 배출 연구를 수행할 때 메탄뿐만 아니라 아산화질소를 포괄하는 연구가 필요하다고 판단된다.

농경지 토양으로부터 배출되는 아산화질소의 측정 농도에 대한 불확도 분석

강남구 ( Namgoo Kang ),주옥정 ( Ok-jung Ju ) 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2022 No.-

온실가스 배출량에 대한 정확한 측정은 국가 탄소중립 목표 달성을 위한 기초이다. 밭토양에서 발생하는 아산화질소 농도에 대한 정확한 측정은 농업 분야의 온실가스 배출량 산정 뿐만 아니라 질소 순환의 이해에도 매우 중요하다. 농업 분야 경종 부문 온실가스 배출량을 측정하기 위한 국제적으로 표준화된 방법은 현재 챔버에 의한 가스 샘플링 및 가스크로마토그래피의 측정 신뢰성에 의존하고 있다. 농경지 유래 아산화질소 배출계수의 불확도를 파악하기 위해서는 우선 아산화질소가 함유한 공기 시료 포집과 아산화질소 화학종에 대한 기기 분석에 영향을 미치는 다양한 불확도 요인들에 대한 이해가 필요하다. 하지만 여태까지 국내외에서 관련 연구 개발에 대한 정보는 희귀한 실정이다. 본 연구에서는 챔버법에 기반한 가스 샘플링 및 가스크로마토그래피에 기반한 아산화질소 농도의 가스분석을 통해 아산화질소 농도 측정치에 영향을 미치는 잠재적 불확도 요인들을 탐색하고 실험 데이터에 기초하여 정량화를 국내외 최초로 시도하였다. 본 연구에서 각 불확도 요인에 대한 특성을 고려한 측정 불확도 산정 방법을 고안하고 각 불확도 요인에 대한 상대표준불확도를 정량적으로 평가한 후 이들의 조합을 감안한 아산화질소 측정 농도에 대한 상대합성표준불확도를 산정하였다. 또한 아산화질소 농도의 상대합성표준불확도에 영향을 미치는 각 불확도 요인의 상대적인 기여도를 정량적으로 평가하였다. 본 연구를 통해 얻은 다양한 정보는 아산화질소 측정 농도의 불확실성을 평가하기 위한 과학적 기준을 제공하고 불확도를 감소시키기 위한 합리적 방안을 모색하기 위한 과학적 근거로서 가치를 가지고 있다. 본 연구 결과는 궁극적으로 농업분야 경종부문 아산화질소 국가고유배출계수의 고도화와 도모하고 국가 온실가스 배출량 보고서 의 신뢰성 향상을 위한 정책 개발에 활용될 수 있다.

고추 재배지에서 완효성 비료의 아산화질소 발생 저감 효과 검정

백지현,이평호,구연종 한국응용생명화학회 2024 Journal of Applied Biological Chemistry (J. Appl. Vol.67 No.-

아산화질소는 지구 온난화와 성층권의 오존층 파괴를 주도하는강력한 온실가스이다. 농경지 토양에서 아산화질소 발생의 주된원인은 무기질 질소의 과도한 사용에서 비롯되며, 토양에 축적된 무기질 질소는 토양 박테리아에 의해 촉진되는 질산화 및탈질화 과정 중에 아산화질소로 변환된다. 본 연구에서는 완효성 비료를 통해 질소를 공급함으로써 요소비료 처리와 유사한수준으로 고추의 생장을 유지하면서 아산화질소의 배출을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 확인했다. 토양 박테리아 군집분석에서 완효성 비료 사용 시 질산화-탈질화 관련 박테리아가 요소비료 처리 토양보다 낮은 수준을 유지하며, 토양 내 탈질화유전자인 nirK 및 nosZ의 수준도 요소비료 처리 그룹에서는 크게 증가되었으나 완효성 비료 처리 그룹에서는 낮은 수준을 유지했다. 이러한 결과는 완효성 비료를 사용할 때 탈질화 관련박테리아의 활동이 덜 활성화되어 아산화질소 생성이 효과적으로 통제될 수 있음을 나타낸다. 이 논문의 결과는 완효성 비료가 고추의 생장 촉진뿐만 아니라 아산화질소 생성 억제에 기여할 수 있는 환경 친화적인 비료로 활용될 수 있음을 보여준다.

농경지토양 아산화질소 배출량 산정 고도화를 위한 모델 특성

최은정 ( Eunjung Choi ),최순군 ( Soonkun Choi ),정현철 ( Hyuncheol Jeong ),이종식 ( Jongsik Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

농업부문 온실가스 배출량은 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후변화에 관한 정부간 협의체)가이드라인에 따라 매년 산정되며 산정방법에 따라 기본 배출계수를 사용하는 Tier1, 국가 고유 배출계수나 보정계수를 사용하는 Tier2, 직접측정이나 모델을 이용하는 Tier3으로 나뉜다. 농경지 토양 주요 온실가스인 아산화질소 배출량은 직접측정과 간접측정으로 구분되며, 간접측정은 배출경로에 따라 대기 휘산과 수계유출로 나뉜다. 현재 Tier1과 Tier2 방법을 이용하여 국가 아산화질소 배출량이 산정되고 있으며, 산정방법을 Tier3 수준까지 올리기 위해 우리나라 여건에 맞는 모델 선정이 필요하다. 본 연구에서는 국가 아산화질소 배출량 산정 고도화를 위한 모의 모델선정을 목표로 질소 순환 모델들의 특성을 비교하였다. 비교대상 모델은 농경지 토양을 기반으로 하는 DNDC, DayCent, SPACSYS, SOILN, DenNit, FASSET 으로 총 6개이며 모델구동을 위해 요구되는 입력자료, 모형의 시·공간적 범위, 분석 항목, 출력결과를 기준으로 비교하였다. 6개 모델 모두 투입된 비료가 NH₃⁺, N₂O, N₂ 등의 형태로 전환되는 질산화와 탈질화 과정에 중점을 두고 있으며, 두 가지 과정에 관여하는 주요 인자인 토양 수분과 온도를 공통 입력값으로 한다. SOILN과 DenNit를 제외한 4개의 모델들은 토양-작물-대기의 순환과정을 모의하였고, SOILN은 토양-작물, DenNit은 토양-대기의 흐름을 모의하였다. DNDC, DayCent, SPACSYS, FASSET 모델들은 질소뿐 아니라 탄소 순환 모의도 가능하여 이산화탄소와 메탄의 배출량도 확인할 수 있다. 또한 DNDC와 DayCent 모델을 통해서는 아산화질소 직접 배출뿐만 아니라 간접 배출량도 모의가 가능하다. 본 연구를 통해 각 모델들의 특성을 비교하여 국내 여건에 맞는 모델의 적용 가능성을 알아 볼 수 있었으나, Tier3 수준의 온실가스 배출량 평가를 위해서는 선정된 모델의 민감도 분석과 관측값을 이용한 모델 성능평가가 필요할 것이다.

고추 재배에 가축분퇴비 활용방법이 아산화질소 배출에 미치는 영향

이창규(Chang-Kyu Lee),김형국(Hyeong-Goog Kim),송은주(Eun-Ju Song),최선우(Seon-U Choi),전형권(Hyong-Gwon Chon) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

전라북도 농업분야에서 발생하는 온실가스를 「2020 국가 온실가스 인벤토리 보고서」를 기준으로 분석한 결과, 1990년부터 2019년까지 약 24%가 증가하였다. 농업분야에서 온실가스 발생량이 증가한 가장 큰 이유 중 하나는 가축 사육두수가 증가하였기 때문으로 나타났다. 따라서 가축분퇴비를 농경지에 살포하여 합성 질소질비료 사용량을 줄임에 따라 나타나는 아산화질소 배출량과 고추 생육 특성에 대해 분석하기 위해 본 연구를 실시하였다. 실험은 전라북도농업기술원에 위치한 노지 시험포장에서 작물은 고추로 하여 2020년 5월부터 2021년 4월까지 연구를 실시하였다. 시험을 위한 비료는 2020년 5월 3일에 살포하였고, 처리구는 가축분분상퇴비와 가축분입상퇴비로 구분하였다. 처리방법은 가축분퇴비를 표준시비량의 인산 11.2kg/10a를 기준으로 전량 밑거름을 살포하였고, 이때 부족한 질소와 칼리는 표준시비량인 22.5 kg/10a와 14.9 kg/10a에 맞추어 합성 화학비료로 보충하여 양분이 부족하지 않게 균형을 맞추었다. 아산화질소 배출량 조사는 비료살포 전부터 다음 작기 시작 전까지 330일 동안 매주 1회 실시하였다. 아산화질소 포집은 패쇄형 챔버법으로 하였고, 오전 10시 20분∼11시까지 40분간 실시로 하였으며, 분석은 gas chromatography (Agilent GC-7890B)를 사용하였다. 고추재배를 위해 시험비료를 처리한 후 아산화질소 배출량을 분석한 결과, 무기질비료 처리구에서 가장 많았고 그 다음으로는 가축분입상퇴비+NK 처리구, 가축분입상퇴비+NK 처리구이었으며, 무처리구에서는 가장 적었다. 그리고 조사한 처리구의 아산화질소 배출량을 지구온난화지수로 환산하면 무기질비료 처리구는 5,735 kg/ha CO₂-eq., 가축분입상퇴비+NK 처리구에서는 2,724 kg/ha CO₂-eq., 가축분분상퇴비+NK 처리구는 2,228 kg/ha CO₂-eq., 무처리구에서는 734 kg/ha CO₂-eq.인 것으로 나타났다.

컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 MLE 공법 하수처리장에서 최저 아산화질소 발생 운전 조건 파악

한지수,김민철,이병희 유기성자원학회 2023 유기물자원화 Vol.31 No.2

Nitrous oxide, one of the six greenhouse gases from Kyoto protocol, is known to be emitted in biological nitrification and denitrification reactions at wastewater treatment plant. In this study, EQPS which is a computer program that can simulate nitrous oxide gas emission amount at wastewater treatment plants is used. The MLE process which treats wastewater from combined sewer is studied. Operational variables which are MLR, water temperature at reactor and primary clarifier by-pass percentage are changed to define the condition which produces the least amount of nitrous oxide gas. 200 % of MLR, 20 ℃ of water temperature at bioreactor and 15 % of primary clarifier by-pass percentage are shown the least nitrous oxide emission factor. Also, it is found that the deep aeration tank produces less amount of nitrous oxide gas since less air is required to meet oxygen demand in this type of aeration tank. 하수처리장에서 생물학적 질소 제거를 위한 질산화, 탈질 과정 중 6대 온실가스 중 하나인 아산화질소가발생한다. 이번 연구에서는 온실가스 발생량을 정량할 수 있는 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램인 EQPS를 이용해합류식 하수를 처리하는 MLE 공법 하수처리장의 내부반송유량, 수온 그리고 유입수의 일차침전지 by-pass %에따라 아산화질소가 가장 적게 발생하는 운전 조건을 찾았다. 내부반송 유량은 유입 유량의 200 %이고, 생물반응조수온이 20 ℃이고 일차침전지에서 생물반응조로 by-pass 되는 유입수가 15 %일 때 아산화질소 배출 계수가 가장적은 조건임을 확인했다. 또한 깊은 수심에서 공기를 주입하는 심층폭기는 상대적으로 적은 공기공급을 필요로하기 때문에 일반적인 폭기조에 비해 적은량의 아산화질소가 발생함을 확인하였다.

반응온도 및 체류시간에 따른 아산화질소 열분해 효과

박주원,이태화,박대근,김승곤,윤성환 해양환경안전학회 2021 海洋環境安全學會誌 Vol.27 No.7

아산화질소(N2O, Nitrous Oxide)는 6대 온실가스 중 하나로 대기 중에서 적외선을 흡수하여 온실효과를 유발하는 것으로 알려져 있다. 특히 지구온난화지수(GWP)는 CO2에 비해 310배 높아 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 이슈화되고 있으며, 그에 따른 강력한 환경 규 제 강화법들이 발의되고 있다. N2O 저감 기술에는 물리적인 방식에 따라 농축회수, 촉매분해, 그리고 열분해로 구분할 수 있는데, 본 연구 에서는 그 중 가장 효과적인 열분해 처리방식에 대해 논의하고자 일반적인 연소 조건 내 고온 열분해 방식을 이용하여 비용 저감과 함께 질소산화물을 저감시키는 온도 조건 및 반응 시간에 대한 정보를 제공하고자 한다. 열분해 조건으로 선정된 고온 영역은 1073 K부터 1373 K 까지 100 K 간격을 두고 계산을 수행하였다. 1073 K과 1173 K의 온도조건에 경우, N2O 저감율과 일산화질소 농도가 체류시간에 따라 비례관 계를 이루는 것이 관측되었으며, 1273 K에 경우, 체류시간이 증가함에 따라 발생되는 역반응으로 인해 N2O 저감율이 감소되는 것이 관측되 었다. 특히 1373 K에 경우, 모든 체류시간에 대해 정반응과 역반응이 화학 평형상태에 도달하여 N2O 저감에 대한 반응진행율이 오히려 감 소하는 것으로 확인되었다. Nitrous oxide (N2O) is one of the six major greenhouse gases and is known to produce a greenhouse effect by absorbing infrared radiation in the atmosphere. In particular, its global warming potential (GWP) is 310 times higher than that of CO2, making N2O a global concern. Accordingly, strong environmental regulations are being proposed. N2O reduction technology can be classified into concentration recovery, catalytic decomposition, and pyrolysis according to physical methods. This study intends to provide information on temperature conditions and reaction time required to reduce nitrogen oxides with cost. The high-temperature ranges selected for pyrolysis conditions were calculated at intervals of 100 K from 1073 K to 1373 K. Under temperatures of 1073 K and 1173 K, the N2O reduction rate and nitrogen monoxide concentration were observed to be proportional to the residence time, and for 1273 K, the N2O reduction rate decreased due to generation of the reverse reaction as the residence time increased. Particularly for 1373 K, the positive and reverse reactions for all residence times reached chemical equilibrium, resulting in a rather reduced reaction progression to N2O reduction.

아산화질소 촉매 분해 특성 연구

용승주(Sung Ju Yong),박대일(Dae Il Park),김태규(Taegyu Kim) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

추진제로써 아산화질소를 활용하기 위해 아산화질소의 촉매 분해 특성에 대한 연구를 수행하였다. 아산화질소를 분해하기 위해 Ru와 Pt 촉매를 Al2O3 지지체에 함침법을 이용하여 담지하였고, 관형 반응기를 사용하여 GHSV와 반응온도에 따른 아산화질소의 전환율을 측정하였다. GHSV는 낮을수록, 반응온도는 높을수록 전환율이 높았고, Ru/Al23O3 촉매가 Pt/Al2O3 촉매보다 우수한 성능을 보였다. The characteristics of nitrous oxide catalytic decomposition were studied to utilize the nitrous oxide as a propellant. The Ru and Pt were selected as nitrous oxide decomposition catalysts and loaded in the Al2O3 support using an impregnation method. The nitrous oxide conversions as a variation of GHSV and reaction temperature were measured in a tubular reactor. At the low GHSV and high temperature, the conversion was increased, and Ru/Al2O3 catalyst showed better performance than Pt/Al2O3 catalyst.

2008년도 대한민국 질소수지 연구

남역현(Yock Hyoun Nam),안상우(Sang Woo An),박재우(Jae Woo Park) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.2

본 연구에서는 기존의 질소 수지에 관한 연구를 바탕으로, 우리나라의 2008년 질소의 총 유입과 유출을 수지분석 방법을 이용하여 추정하였다. 질소의 유·출입은 도시지역, 농·축산지역, 임야지역의 세부분으로 나누어 산출하였다. 질소의 주요 유입으로는 화학적, 생물학적 질소고정, 건식 및 습식 침착량, 해외로부터 수입된 양 등이 있으며, 유출된 양은 작물흡수, 휘발, 탈질, 침식, 표면유출, 산림소비 등으로 결정하고 그 양을 추정하였다. 연간 질소의 총 유입량은 1,294,155 ton/yr이며, 총 유출량은 632,228 ton/yr이었다. 질소수지를 기존의 2005년 질소 수지와 상호 비교 및 분석한 결과, 2008년도에 총 유입된 질소는 2005년 질소유입 보다 1.9% 저감된 것으로 조사되었다. 총 유입 질소의 감소는 질소비료 사용량 감소, 국토 개발, 경작지 감소 등으로 인한 결과이며 총 유출 질소는 6.3% 감소하였다. 질소 수지 분석에 의한 연간 발생한 비점오염의 양을 추정해본 결과, 2005년도에 연구되었던 질소 수지량에 비해서 22% 증가한 것으로 조사되었다. 탈질로부터 아산화질소 배출량을 산정 하였는데, 농업지역과 하수처리장에서 약 8,289 ton/yr이 배출되었다. The main objective of this research was to estimate Nitrogen budget of South Korea in 2008. Input-output budgets for nitrogen fluxes were categorized into three sections: cities, agricultural area, and forest. Chemical and biological fixation, dry and wet deposition, imported food and feed were used as the nitrogen input. Crop uptake, volatilization, denitrification, leaching, runoff, and forest consumption were used as the nitrogen outputs. Annual total nitrogen input was 1,294,155 ton/yr, and output was 632,228 ton/yr. Comparison with a previous research in 2005 indicates that nitrogen input was decreased by 1.9% due to the decrease in nitrogen fertilizer while nitrogen output was decreased by 6.3%. Non-point source (NPS) pollution was also estimated by mass balance approach, which increased by 22% than the previous research in 2005. The emission of nitrous oxide (N2O) caused by denitrification was newly examined in this research. About 8,289 ton/yr of N2O was released from agriculture area and domestic wastewater treatment plant.