기체상 질소산화물을 포함한 2015-2019년도 대한민국 질소수지 연구

김현경,박성민,박재우 대한환경공학회 2023 대한환경공학회지 Vol.45 No.12

목적 : 본 논문에서는 2015년부터 2019년까지의 대한민국 질소수지를 체계적으로 이해하고, 비교 및 분석함으로써 우리나라의 연간 질소수지 경향을 파악하고자 하였다. 방법 : 질소수지는 농업 및 축산업지역, 도시지역, 임야지역으로 분류하여 산출하였다. 질소 유입은 대기로부터 침착량, 생물학적 고정량, 농업용수, 무기화학비료, 퇴비 및 사료 사용으로 인한 유입량, 생산된 농작물과 식료품 수입, 연료 사용 등에 의한 유입량을 추정하였다. 질소 유출은 탈질량, 휘발량, 지하수 유출량, 농경지 흡수량, 하수처리장 및 수계유출, 산림소비량, 질소산화물 배출량 등을 고려하여 산출하였다. 결과 및 토의 : 2015년도부터 2019년까지의 연간 총 질소수지는 6,107,449 ton/yr, 6,144,666 ton/yr, 6,245,240 ton/yr, 6,281,552 ton/yr, 5,993,347 ton/yr가 유입되었으며, 1,346,587 ton/yr, 1,369,119 ton/yr, 1,365,326 ton/yr, 1,378,941 ton/yr, 1,365,994 ton/yr가 유출되었다. 질소수지 변화에 기여도가 높은 질소산화물은 자동차, 사업장, 발전소 등에서 배출되는 질소로 모두 인간 활동이 원인이 되었으며, 매년 전체 질소수지 중 32% 이상이 질소산화물에 의한 것으로 조사되었다. 결론 : 도시화로 인한 식품 및 연료 소비량 증가로 질소수지는 2010년대에 지속적으로 증가하였다. 그러나 환경오염에 대한 인식이 점차 높아짐에 따라 배출규제와 대체재 활용 등의 노력으로 질소수지는 2019년에는 감소하였다. 따라서 질소를 효과적으로 감축하기 위해 적절한 제도의 설립과 적극적인 이행이 필요하다. Objectives : The study was aimed to systematically understand the nitrogen budget from 2015 to 2019, and to determine the annual nitrogen balance in South Korea.Methods : The nitrogen budget was calculated by classifying into agricultural and livestock, city, and forest areas. The nitrogen input was estimated from deposition, biological fixation, agricultural water, inorganic chemical fertilizer, compost, feedstuff, produced crops, imported grocery, and fuel consumption. The nitrogen output was estimated by considering denitrification, volatilization, ground water runoff, land and crop absorption, sewage disposal, drainage, forest uptake, and nitrogen oxide (NOx) emissions.Results and Discussion : The annual nitrogen budget from 2015 to 2019 showed the input as 6,107,449 ton/yr, 6,144,666 ton/yr, 6,245,240 ton/yr, 6,281,552 ton/yr, 5,993,347 ton/yr and the output as 1,346,587 ton/yr, 1,369,119 ton/yr, 1,365,327 ton/yr, 1,378,940 ton/yr, 1,365,994 ton/yr, respectively. The NOx, highly contributing to change in the nitrogen budget, was caused by human activities such as vehicles, business places, and power plants. More than 32% of the total nitrogen budget was caused by NOx in every year.Conclusion : The nitrogen budget continued to increase in the 2010s because of the increase in food and fuel consumption by urbanization. However, the nitrogen budget declined in 2019 due to the effort such as emission regulations and the use of alternatives as the awareness of environmental pollution gradually increased. Therefore, the appropriate institution should be established and actively implemented to reduce the nitrogen effectively.

기체상 질소산화물을 포함한 2011년도 대한민국 질소수지 산정

신진환(Jin Hwan Shin),유채원(Chae Won Yoo),안상우(Sang Woo An),박재우(Jae Woo Park) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.2

본 논문에서는 2011년도 대한민국에서 발생된 질소수지에 관한 연구에 기존 연구에서는 포함되지 않았던 질소산화물(NOx)의 발생량을 포함하여 추정하였다. 질소산화물의 발생원은 IPCC와 EPA보고서에 의해 배출되는 기여율이 높은 항목을 참고하여 자동차, 사업장, 발전소에 관해 산정하였다. 이외 질소수지연구는 발생원에 따라 도시지역과 농경지 및 축산업지역, 임야지역으로 구분하였으며, 질소(N)의 유입과 유출에 초점을 맞추어 시도별로 연구하였다. 질소의 유입에 대해서는 농경지의 비료에 의한 질소유입량과 생물학적 고정량, 대기침착량, 관개용수에 의한 유입량, 화학비료에 의한 질소발생량, 축산업지역에서의 사료에 의한 유입량, 임야지역의 고정 및 침착량, 도시에서 식료품 수입에 의한 질소발생량, 당 해에 생산된 농작물이 도시지역으로 유입되어 발생하는 질소량, 자동차와 발전소, 사업장에서 사용된 연료에 의한 질소발생량을 추정하였으며, 유출로는 작물에 의한 흡수량과 탈질량, 지하수로의 유출되어 발생하는 양, 가축분뇨의 해양투기, 농경지에서 흡수되는 양, 임야에서 흡수 및 탈질량, 도시에서 해양투기되는 양과 탈질량, 연료의 연소과정에서 배출되는 질소산화물을 대상으로 하였다. 질소산화물을 제외한 2011년 유입량은 1,692,648 ton/yr로 나타났으며, 유출은 1,005,496 ton/yr로 산정되었다. 질소산화물의발생량은 자동차로 인해 308,207 ton/yr 생성되었으며, 발전소에서는 601,437 ton/yr, 사업장에서는 469,946 ton/yr이 배출된 것으로 산정되었다. 따라서 질소산화물을 포함한 2011년도 총 질소수지는 5,652,366 ton/yr 유입되었고 1,425,371 ton/yr이 유출된 것으로 산정되었다. The present study estimated nitrogen budget of South Korea including nitrogen oxides (NOx) in 2011. Emission sources of NOx were calculated with the higher contributors, such as vehicles, businesses, power plants, based on the IPCC and EPA reports. Moreover, nitrogen budget was separated for city, agriculture livestock and forest. Input and output were chemical fertilizer, crop uptake, fixation, irrigation, compost, leaching, volatilization, imported food, denitrification, runoff, and so on. Annual nitrogen input were 1,692,650 ton/yr and output were 837,739 ton/yr which were increased from 2010 budget. In 2011, NOx emissions by vehicles, power plants, and businesses were 308,207 ton/yr, 601,437 ton/yr, and 469,946 ton/yr, respectively. Including nitrogen oxide, total nitrogen input and output in 2011 was calculated as 5,652,366 ton/yr and 1,425,371 ton/yr, respectively.

광양만권 산업체의 질소산화물 저감기술 적용성 연구

정경환 ( Kyong-hwan Chung ),고태석 ( Tae-suck Koh ),장덕례 ( Duck-rye Chang ),윤형선 ( Hyung-sun Yoon ),정승원 ( Seung-won Jeong ),정민철 ( Min-chul Chung ),안호근 ( Ho-geun Ahn ) 한국환경기술학회 2006 한국환경기술학회지 Vol.7 No.2

대기환경 규제지역으로 지정된 광양만권의 산업체에 대한 질소산화물 저감기술 적용성에 대해 조사하였다. 질소산화물 저감기술에 대한 효율성, 경제성 그리고 저감기술의 장단점을 비교하여 가장 효율적인 질소산화물 저감기술을 도출하고자 하였다. 광양만권 산업체가 적용하고 있는 질소산화물 저감기술은 질소산화물 배출량이 많을 경우 선택적 촉매환원법이나 선택적 무촉매환원법을 적용하는 비율이 높았다. 질소산화물 배출량이 100톤/년 이하인 공정에는 저NOx 버너를 사용하는 것이 경제적인 것으로 판단되었다. 광양만권 대기환경개선 실천계획을 달성하기 위해서는 질소산화물 발생량이 100톤/년 이상인 공정에는 선택적 촉매환원법을 적용하도록 유도하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다. The application of reduction technology for nitrogen oxide was studied to the industries located in Gwangyang-bay area. The efficiency, strength and weakness, and economics for equipment and operation about the technology were investigated to establish the most efficient reduction technology on Gwangyang-bay area. The low NOx burner was useful to the industries emit low concentration of nitrogen oxide compound below 100 ton/year. It is certified that the selective catalytic reduction process has to be applied to the industries which emit a large amount of nitrogen oxide compound more than 100 ton/year to accomplish the action plan for improvement of air pollution on Gwangyang-bay area.

선박 발전기관용 SCR 촉매의 셀 밀도차에 따른 NOx 저감 특성

임경선,임명환 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.7

The selective catalytic reduction (SCR) is known as a very efficient method to reduce nitrogen oxides (NOx) and the catalyst performs reduction from nitrogen oxides (NOx) to nitrogen (N2) and water vapor (H2O). The catalyst, which is one of the factors determining the performance of the nitrogen oxide (NOx) ruduction method, is known to increase catalyst efficiency as cell density increases. In this study, the reduction characteristics of nitrogen oxides (NOx) under various engine loads investigated. A 100CPSI(60Cell) catalysts was studied through a laboratory-sized simulating device that can simulate the exhaust gas conditions from the power generation engine installed in the training ship SEGERO. The effect of 100CPSI(60Cell) cell density was compared with that of 25.8CPSI(30Cell) cell density that already had NOx reduction data from the SCR manufacturing. The experimental catalysts were honeycomb type and its compositions and materials of V2O5-WO3-TiO2 were retained, with only change on cell density. As a result, the NOx concentration reduction rate from 100CPSI(60Cell) catalyst was 88.5%, and IMO specific NOx emission was 0.99g/kwh satisfying the IMO Tier III NOx emission requirement. The NOx concentration reduction rate from 25.8CPSI(30Cell) was 78%, and IMO specific NOx emission was 2.00g/kwh. Comparing the NOx concentration reduction rate and emission of 100CPSI(60Cell) and 25.8CPSI(30Cell) catalysts, notably, the NOx concentration reduction rate of 100CPSI(60Cell) catalyst was 10.5% higher and its IMO specific NOx emission was about twice less than that of the 25.8CPSI(30Cell) catalysts. Therefore, an efficient NOx reduction effect can be expected by increasing the cell density of catalysts. In other words, effects to production cost reduction, efficient arrangement of engine room and cargo space can be estimated from the reduced catalyst volume. 선택적 촉매 환원법(SCR)은 질소산화물(NOx)을 저감하는 매우 효율적인 방법으로 알려져 있으며 발생된 질소산화물(NOx)을 질소(N2)와 수증기(H2O)로 환원시키는데 촉매 작용을 한다. 질소산화물(NOx) 저감 성능을 결정하는 요소 중 하나인 촉매는 셀 밀도가 증가하면 촉매효율이 증가하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 실습선 세계로호에 설치되어 있는 발전 기관의 배기가스 조건을 모사한 실험장치를 통하여 100CPSI(60Cell)촉매의 부하에 따른 질소산화물(NOx) 저감 성능을 확인하고 세계로호에 설치되어 있는 25.8CPSI(30Cell) 촉매의 기존 연구 자료와의 비교를 통해, 셀 밀도가 질소산화물(NOx)의 저감에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 실험용 촉매는 셀 밀도만 변화를 주었고 형태는 벌집형(honeycomb), 조성물질은 V2O5-WO3-TiO2를 동일하게 사용하여 제작하였다. 실험결과 100CPSI(60Cell) 촉매의 질소산화물(NOx) 농도 저감율은 평균적으로 88.5%이며 IMO specific NOx 배출량은 0.99g/kwh로 IMO Tier III NOx 배출기준을 만족하였다. 25.8CPSI(30Cell) 촉매의 경우, 질소산화물(NOx) 농도 저감율은 78%, IMO specific NOx 배출량은 2.00g/kwh 이었다 두 촉매의 NOx 농도 저감율과 IMO specific NOx 배출량을 비교하였을 때, 100CPSI(60Cell)촉매가 25.8CPSI(30Cell) 촉매보다, NOx 농도 저감율은 10.5% 높고 IMO specific NOx 배출량은 약 2배 적은 것을 확인하였다. 따라서 촉매의 셀 밀도를 높임으로써 효율적인 탈질효과를 기대할 수 있으며 향후 실선 테스트를 통하여 검증한다면 촉매의 부피 저감을 통한 제작 비용을 줄이고 협소한 선박 기관실을 효율적으로 사용하기 위한 실용적인 자료로서 기대된다.

전도성 광촉매를 이용한 콘크리트 블록의 대기중 질소산화물 저감에 관한 연구

배근국,조인숙,안용식 한국건설순환자원학회 2023 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.11 No.4

The use of TiO2 photocatalyst in the production of concrete blocks for the purpose of nitrogen oxide reduction is an issue of controversy due to the conflicting evidence on its effectiveness. Efforts have been made to reduce the level of nitrogen oxides in the environment by using of titanium dioxide (TiO2). This study examined the effect of incorporating activated carbon into concrete blocks on the reduction of nitrogen oxides released into the atmosphere and the durability of the blocks. The efficiency of photocatalyst was enhanced through the addition of a surrounding conductive substance. The addition of activated carbon resulted in a significant increase in the electrical conductivity of photocatalytic blocks and improved durability. The cement mixture using 5 % TiO2 and 15 % activated carbon exhibited the optimal mixing ratio for the purpose of nitrogen oxide removal. The effect of the addition of conductive carbon to the photocatalytic blocks was discussed with the results of conductivity, flexural and comprssive strength and nitrogen oxide removal test. The relationship between the addition of conductive carbon to the photocatalytic blocks and its resulting effects have been studied by several tests, including conductivity, flexural and compressive strength, and nitrogen oxide removal. 본 연구에서는 전도성 재료를 혼입한 광촉매 보도블록을 제조하여 질소산화물 제거율에 미치는 영향을 살펴보고 내구성이향상된 블록을 제조하고자 하였다. 광촉매와 전도성 재료인 활성탄소를 혼입시 광촉매 효율이 향상되었으며 전도성 광촉매콘크리트 블록의 경우 광촉매 콘크리트 블록보다 질소산화물 제거율이 2.5배 정도 향상되었다. 전도성 광촉매 시험편의 질소산화물 제거율이 높게 나타난 것은 전도성 재료인 활성탄소의 영향으로 TiO2 광분해로 인한 광전류가 많이 발생한 영향으로볼 수 있으며 광촉매 시험편과 전도성 광촉매 시험편의 질소산화물 제거율 실험결과와 광전류 시험결과를 비교 분석하였다.

질소산화물 제거를 위한 TiO₂-mayenite 제조 방법에 관한 연구

박지혜(Ji Hye Park),박정준(Jung Jun Park),박희주(Hee Ju Park),이광복(Kwang Bok Yi) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.4

탄소함량이 높은 플라이애쉬를 함유한 시멘트 페이스트의 질소산화물 흡착 성능

이보연(Lee, Bo Yeon) 대한건축학회 2018 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.34 No.3

The use of fly ash in construction materials is increasing worldwide due the various advantages of using it, such as to produce durable concrete, or to use less cement and thus lower carbon dioxide emissions. The quality of fly ash is often determined by loss on ignition value (LOI), where an upper limit of LOI is set in each country for quality control purpose. However, due to many reasons, production of high LOI fly ash is increasing that cannot be utilized in concrete, ending up in landfill. In this study, the effect of fly ash use in cementitious materials on nitrogen oxides adsorption is examined. In particular, the effect of using high LOI, and thus high carbon content fly ash on nitrogen oxides adsorption is investigated. The results suggest that the higher carbon content fly ash is related to higher nitrogen dioxide adsorption, although normal fly ash was also more effective in nitrogen dioxide adsorption than ordinary portland cement. Also, higher replacement rate of up to 40% of fly ash is beneficial for nitrogen dioxide adsorption. These results demonstrate that high carbon fly ash can be used as construction materials in an environmentally friendly way where strength requirement is low and where nitrogen oxides emissions are high.

음식물류 폐수 소각처리에 따른 질소산화물 저감 및 소각설비의 안정성 평가에 관한 연구

황승민(Seung Min Hwang),정진도(Jin Do Chung),송장헌(Jang Heon Song) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.10

음식물류 폐수를 생활 폐기물 소각로에 직접 분사하여 소각처리 하는 방안에 대하여 검토하였다. 소각설비는 연속 스토카식 실증플랜트를 이용하였다. 그 결과 암모니아성 질소(NH₃-N)가 다량 함유된 음식물류 폐수를 분사·소각함으로써 질소산화물(NOx) 농도저감과 동시에 질소산화물(NOx) 저감을 위해 선택적 비촉매 환원장치(selective non-catalytic reduction; SNCR)에서 사용되는 암모니아(NH₃)의 사용량을 절감하는 효과를 가져왔다. 또한, 음식물류 폐수를 분사하여 2차 연소실 출구온도를 적정온도인 870~950℃로 유지하여 소각량을 최대화하는 한편 폐열회수 보일러의 수관외벽 막힘현상 개선을 통한 로의 안정성 확보 및 연속운영기간의 연장을 실현하였다. 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 다이옥신 등 대기오염물질 26개 항목에 대하여 측정을 실시한 결과 모두 배출허용 기준치 이하의 값을 나타내었다. We examine the processing method of the food wastewater to direct spray at living waste incinerator. The demoscale stoker system is used as a incineration facility. The results show that it brings effect on the reduction of nitrogen oxide (NOx) concentration as well as the ammonia (NH₃) amount in SNCR (selective non-catalytic reduction) by the incineration of food wastewater which is containing a plentiful ammoniac nitrogen (NH₃-N). Furthermore, the stability of incineration facility and the extension of operation period is actualized as a improvement of clogging phenomenon on outer wall of water pipe as the 870~950 maintain of exit temperature in a second combustor by spray of the food wastewater. The 26 items of air pollution matter of nitrogen oxide (NOx), sulfur oxide (SOx) and dioxin etc. are measured. The results show that it is under the value of allowable exhaust standard.

광촉매 종류 및 혼입률에 따른 효율적 광촉매 콘크리트의 제조 방법에 관한 연구

박기준,박정준,곽종원,김성욱 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.4

In this study, we evaluated the mechanical properties and nitrogen oxides removal characteristics according to the type and incorporationrate of the photocatalyst and investigated the method of separated placement for the production of economical and efficient photocatalyst concrete. Asa result, when the photocatalyst incorporation rate was 5%, the highest compressive strength and elastic modulus were measured. As a result of evaluatingthe nitrogen oxides removal performance by the photocatalytic reaction, as the photocatalyst incorporation rate increased, the nitrogen oxide removalrate increased. At this time, the nitrogen oxides removal performance of photocatalyst P-25 was better than the NP-A. In consideration of economicefficiency, we have provided a method of separated placement for casting a constant thickness of concrete surface with photocatalyst concrete andevaluated the integrated performance at this time. As a result, it appears to be equal to or higher than mechanical performance and durability performanceas compared with Plain, and it is judged that the integrated behavior is satisfied. 본 연구에서 광촉매 종류 및 혼입율에 따른 역학적 특성 및 질소산화물 제거 특성을 평가하였고 보다 경제적이고 효율적인 광촉매콘크리트 제조를 위해 분할 타설하는 방법에 대해 검토하였다. 그 결과 광촉매 혼입률이 5%일 때 가장 높은 압축강도와 탄성계수가 측정되었다. 광촉매 반응에 의한 질소산화물 제거 성능평가 결과 광촉매 혼입률이 증가함에 따라 질소산화물 제거율이 증가하였다. 이때 광촉매 P-25의질소산화물 제거성능은 NP-A보다 우수하였다. 경제성을 고려하여 콘크리트 표면의 일정 두께를 광촉매 콘크리트로 타설하는 분할 타설 방안을 제안하였고, 이때의 일체화 성능을 평가하였다. 그 결과 역학적 성능 및 내구성능이 Plain에 비해 동등 이상으로 나타나 일체화 거동을 만족하는 것으로 판단된다.

물시멘트비에 따른 모르타르의 이산화질소 흡착 성능

이보연(Lee, Bo Yeon),이재승(Lee, Jae-Seoung) 대한건축학회 2018 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.38 No.1

It has been revealed that cementitious materials have capability of adsorbing atmospheric nitrogen dioxide. However, the mechanism of the adsorption is not clearly identified. In this study, the effect of water-to-cement ratio of mortar on the adsorptive performance of nitrogen dioxide was investigated. Two water-to-cement ratios were used at 0.40 and 0.60 on two cementitious materials for comparison. The results suggest that water-to-cement ratios used in this research does not notably affect the nitrogen dioxide adsorption efficiency. This demonstrate that microstructure, and thus specific surface area variation due to water-to-cement ratio does not have meaningful effect on the nitrogen dioxide adsorption.