책임운영기관 농촌진흥청 국립축산과학원 (로고)

초록:  Ⅳ. 연구개발결과 □ 축산부문 온실가스 배출량 측정기술 개발 ○ CH₄ 평균 배출량은 무처리구에서 가장 높았으며(226.3 ㎍/㎡/s), 그 뒤를 뒤집기구(80.8 ㎍/㎡/s)와 강제급기구(19.5 ㎍/㎡/s)가 따랐으며 철망구(17.1 ㎍/㎡/s)는 제일 적은 배출량을 보였음. N₂O 의 평균 배출량을 보면 무처리구에서 가장 높게 나타났으며(32.7 ㎍/㎡/s), 그 뒤를 철망구(14.5 ㎍/㎡/s), 뒤집기구(9.9 ㎍/㎡/s), 강제급기구(7.6 ㎍/㎡/s)의 순이었음 ○ CO₂-환산량으로 계산했을 때, 무처리구가 가장 많은 양을 배출했으며(15,402.1 ㎍/㎡/s), 그 뒤를 뒤집기구(4,970.2 ㎍/㎡/s)와 철망구(4,748.5 ㎍/㎡/s)가 따랐으며, 강제급기구에서 가장 낮은 배출량(2,752.3 ㎍/㎡/s)을 보였다. 따라서 퇴비화 과정중 온실가스 배출량을 감소시키기 위해서는 어떠한 방법이던지 공기를 넣어야 한다는 것을 알 수 있음 ○ SF₆ 배출율을 측정하였는데 하루 일 회 같은 시간에 무게 감소량을 측정하였을때 permeation capsule에 충진된 SF₆ 감소량이 직선회귀를 보이며 r2값은 20개 capsules 중 frit가 깨진 2개를 제외하고 모두 0.99 이상을 보여 향후 감소량 예측가능했음 ○ Permeation capsule의 내부 공간의 SF₆ 압력이 30기압으로 떨어지는 시점까지 SF₆가 일정량 배출되는 것으로 예측할 수 있었으므로 제작한 permeation capsule의 사용기간을 계산할 수 있었음 ○ 소의 호흡량을 계산(Veterinary anesthesia and pain management secrets, S. Greene, Hanley & Belfus, Inc., PA., 2002, p260 이용)하였을 때, 1회 호흡량을 7.0~8.0 ㎖/㎏ 무게, 분당 호흡수 : 20~40 회/분이라고 가정할 때 350㎏ 한우 호흡량(풍량)은 49ℓ~112ℓ/분으로 계산됨 □ 국가 온실가스 인벤토리 축산부문 작성을 위한 activity database 구축 ○ IPCC에서 제시한 ‘96/‘06 guideline을 비교 분석한 후 배출계수의 고유값이 산출되지 않는 국내 현실을 반영하여 Tier 2 방법에 의한 배출량 산정 방법론을 제시하고, 항목을 도출할 수 있도록 환경부, 국립축산과학원, 농협중앙회 포털, 국가통계 포털 등의 문헌 자료를 수집하여 가축분뇨 처리 시설 분류, 축종, 분뇨처리 방법, 사육두수, 축종 별 성장 단계별 휘발성 고형물 배설량, 질소 배설량, 분뇨처리비율, 발생량, 처리 형태에 따른 온실가스 배출량 산출 값 등을 정리하는 과정을 통해 국내 활동도 관련 database를 구축함 ○ 한우분, 육계분, 산란계분, 비육돈분, 모돈분을 대상으로 축종별 최대 메탄 발생량을 조사한 결과, 축종별, 분뇨 종류별, 성상별로 메탄가스 발생량 및 가스 생산량의 차이가 큰 것으로 나타났음. 온도변화(중온(37℃)/고온(55℃))에 따른 축종별 최대 메탄가스 발생량은 모돈분(37℃) 0.523, 비육돈분(37℃) 0.130, 산란계분(37℃) 0.684, 한우분(55℃) 10.604 g CH₄ /kg bio-degradable VS이었으며 이는 채취시점, 사료의 차이 등의 환경적 요인에서 기인한 것으로 사료됨 ○ 온도 환경을 중온(37℃)으로 고정시킨 상태에서 메탄생성균을 주입한 경우 모든 시험구에서 지속적으로 메탄가스가 발생하는 것을 관찰 할 수 있었으며, IPCC에서 제시하고 있는 “Bo”값과는 한우 외에 다른 축종들은 매우 낮은 것으로 나타났는데 이는 축종, 체중, 사료 섭식량, 사육방법, 분뇨 처리 방법 등이 다르기 때문이라고 판단됨 ○ 축종별, 분뇨 성상별 호/혐기 주기에 따른 최대 아산화질소가스 발생량을 조사한 결과, 혐기/호기 주기가 2시간인 경우 최대 가스발생량을 보였으며, 축종별 중온(37℃)에서 아산화질소 가스는 한우분>모돈분>비육돈분>산란계분의 순서로 많이 발생하는 것으로 나타났음. 축종별 고온(55℃)에서 아산화질소 가스는 한우분>비육돈분>모돈분>산란계분의 순서로 많이 발생하는 것으로 나타났으며, 축종별 최대 아산화질소 발생량은 모돈 0.056, 비육돈 0.012, 산란계 0.005, 한우 0.366 kg N₂O /kg N였음 ○ 중부지역 한우/젖소 깔짚 축사에서 발생하는 온실가스 배출량을 조사해 본 결과, 깔짚 두께(10, 15 cm)에 따른 평균 CH₄ 발생량은 한우 7.4 g/head/year, 젖소130.4 g/head/year으로 유우가 17.7배 많았으며, IPCC 2006 G/L의 깔짚에서 발생되는 CH₄ 배출계수는 현재 국가 배출량 산정 시 북아메리카 값을 적용하고 있으나 축종별로 구분만 하고 있을 뿐 분뇨처리 혹은 관리에 방법에 대한 고려가 없어 본 연구에서 얻어진 배출계수와 직접적으로 비교할 수는 없을 것으로 판단됨. 깔짚으로부터의 연간 N₂O 발생량은 한우 3,267 g/head/year, 젖소 14,719g/head/year으로 젖소가 한우에 비해 약 4.5배 많음을 알 수 있었으며, 깔짚으로 부터 발생하는 온실가스는 CH₄ 보다 N₂O 가 많음을 알 수 있었음 ○ IPCC 2006 G/L의 깔짚에서 발생되는 직접적 N₂O 배출계수는 깔짚 혼합이 없을경우 0.01 kg N₂O -N/kg N, 깔짚 혼합이 있는 경우 0.07 kg N₂O -N/kg N로 제시하고 있는데 본 연구에서는 깔짚 혼합이 있을 경우의 IPCC 배출계수인 0.07 kg N₂O -N/kg N과 비교했을 때 한우 0.2148 kg N₂O -N/kg N, 젖소 0.1632 kg N₂O -N/kg N으로 한우는 약 3.07배, 젖소는 약 2.33배 정도 높은 것으로 나타났음. IPCC 2006 G/L에 수록되어있는 N₂O 배출계수는 축종에 따른 구별 없이 깔짚에서의 발생 정도만을 대략적으로 제시하고 있어 배출계수 값을 비교할 수 없음 ○ 실제 농가에서 한우와 유우를 사육할 때 평균 CH₄ 발생량은 한우 1.503g/head/year, 유우 3.192 g/head/year으로 유우가 2.12배 높았으며, 모의 축사 실험과 비교 했을 때 15배 적게 발생되는 것으로 나타났음. N₂O 발생량의 경우, 한우 134.671 g/head/year, 유우 341.902 g/head/year으로 유우가 한우에 비해 약2.5배 많이 발생함을 알 수 있었으며, 현장에서도 모의 실험과 마찬가지로 깔짚으로부터 발생하는 온실가스는 한우와 유우 모두 CH₄ 보다 N₂O 가 많이 발생하는 것을 알 수 있었음. IPCC 2006 G/L에 따르면 깔짚에서 발생되는 직접적 N₂O 배출계수는 깔짚 혼합이 없을 경우 0.01 kg N₂O -N/kg N, 혼합을 해주는 경우 0.07 kg N₂O -N/kg N로 제시하고 있는데 본 연구에서는 한우 0.0058 kgN₂O -N/kg N, 유우 0.00496 kg N₂O -N/kg N이었음. 또한, 깔짚 혼합이 있을 경우, IPCC 배출계수인 0.07 kg N₂O -N/kg N과 비교했을 때 한우는 약 12배 유우는 약 14배 정도 적게 발생하는 것으로 나타났음. IPCC 2006 G/L에 수록되어있는 N₂O 배출계수는 축종에 따른 구별 없이 깔짚에서의 발생 정도만을 대략적으로 제시하고 있어 배출계수 값을 우리의 실험과는 직접적으로 비교할 수 없으나, 우리나라 현장에서의 한우와 유우사에서의 온실가스 배출계수가 낮은 것은 IPCC가 제시한 값이 측정된 지역과 축종, 사육환경, 사료, 깔짚 교체 주기, 사용되는 깔짚의 종류, 깔짚 높이, 사육 밀도, 기온 등 다양한 인자에 차이가 있기 때문인 것으로 판단됨 ○ 중부지역의 한우/유우 깔짚 축사에서 얻은 실험 데이터와 기상청의 자료를 이용하여 남부지역의 한우/유우 깔짚 이용 축사의 온실가스 배출량 및 배출계수를 추정한 결과, 메탄가스의 경우 한우와 유우 모두 20℃이하의 조건에서는 메탄가스 발생량이 0.1 ppm이하로 발생하다가 20℃이상의 조건에서는 급격히 증가함을 관찰할 수 있음. 아산화질소의 경우, 메탄과는 달리 온도에 의존하는 경향을 보였음. 특히 한우사에서는 온도가 증가할수록 아산화질소 발생량이 증가하는 경향을 보였으며, 유우사의 경우 메탄가스와 비슷하게 20℃이상의 조건이 되면 아산화질소 발생량이 급격히 증가하는 것을 관찰할 수 있었음 ○ 깔짚과 섞인 분뇨 혼합물이나, 축산 분뇨 처리 과정에서의 혼합물에 관한 배출 계수산출에 이용되는 휘발성 고형물 자료를 IPCC G/L 분류 체계에 따라 젖소,다른 소(한우), 판매용 돼지(비육돈), 번식용 돼지(모돈), 가금류(산란계, 육계)로 축종을 구분하고, 중부지역(강원도 및 경기도)을 중심으로 사육규모, 사육형태, 분뇨 수집 및 분뇨처리 배분구조 등을 고려하여 48개 농가를 대상으로 휘발성 고형물 외에도 수분함량, 총 고형물, TKN을 분석하여 우리나라 고유의 배출계수 산출을 위한 database를 마련함 □ 축산온실가스 효율적 배출량 관리방법 구축 ○ 해외 축산 부문 온실가스 배출량 산정 및 LCA연구사례를 분석하여 필수 고려사항을 정립하였다. 농가 통계자료를 이용해 국내에서 주로 사육하는 축종을 선정하여 5대 축종(젖소, 비육우, 돼지, 육계, 산란계)를 선정하여 각 축종별로 알맞은 시스템 경계를 설정하였다. 더불어 해외 축산 부문 온실가스 배출량 저감을 위해 입안한 정책을 조사하여 국내 축산부문 온실가스 배출량 저감 정책을 입안하는데 참고할 수 있는 자료를 구성하였음 ○ Farm GHG accounting tool의 틀은 기 설정한 시스템 경계를 바탕으로 구축하였다. farm GHG accounting tool은 LCA 방법론을 기초로 하여 IPCC guideline 2006에서 제시한 온실가스 배출량 산정식 및 배출계수를 적용하였다. 더불어 국내외 축산 관련 물질 및 공정에 대한 온실가스 배출량 자료를 수집하여 축산부문 온실가스 배출량을 산정할 수 있도록 하였다. 또한 산정된 온실가스 배출량을 통해 축산부문 온실가스 배출량에서 가장 중요한 단계가 가축의 장내발효와 분뇨처리 단계인 것으로 밝혀졌음 ○ 기 구축된 farm GHG accounting tool에서 가장 큰 문제로 파악된 부분은 온실가스 배출량 결과의 할당과 데이터의 불확실성으로 나타났다. 할당의 문제는 가축체내의 net energy, 생체활동 그리고 생산되는 축산물 사이의 관계를 통해 할당할 수 있는 방법을 개발하였다. 또한 farm GHG accounting tool에 적용되는 데이터 불확실성을 산정할 수 있도록 하여 데이터가 온실가스 배출량 산정 결과에 미치는 영향을 파악하고, 각 데이터가 결과의 신뢰성에 미치는 영향을 알 수 있도록 하였다. 이를 통해 향후 결과비교의 타당성을 담보할 수 있고 데이터 품질개선의 방향성을 제시 할 수 있도록 개선하였음 □ 분뇨처리시설의 온실가스 배출계수 산출 ○ 육성돈 슬러리 돈사에서의 CH₄ 의 발생량은 0.15 ~1.02 mg/㎡․s 이었음 ○ 남부지방 슬러리 돈사에서 발생되는 CH₄ 양을 8월 하순부터 11월 초순까지 분석한 결과 8월 보다 9월이 더 높은 발생량을 보임을 알 수 있었으며 CH₄ 발생량은 0.04 ~2.78 mg/㎡․s 이었음 ○ 슬러리 돈사 분뇨에서는 N₂O 의 발생은 무시할 정도로 미미하였음 ○ 퇴비시설에서 연속해서 30분 간격으로 200시간 분석한 결과 평균 CH₄ 발생량은 0.22mg/㎡․s이고, 평균 N₂O 발생량은 0.00025mg/㎡․s이었음 ○ 연속측정 중 교반기를 작동하여 작동 전․후의 퇴비화시설에서의 CH₄ 발생량 및 N₂O 발생량의 추이를 보였다. 교반 전 안정한 값을 보이다가 교반 후 3시간 후 최대값을 나타낸 후 평균 발생량 보다 낮은 값을 나타났음 ○ 중부지방의 밀폐가능한 퇴비사에서 발생되는 온실가스를 1일 6회 자동 분석하였을 때 CH₄ 은 최저 0.25 ~ 0.35mg/㎡·s로 배출됨을 알 수 있었으며 유입되는 주변공기온도가 낮아져 10월 하순경부터 배출량이 감소됨. N₂O 의 발생은 부숙 과정에서 점차 증가하여 발생되는 알 수 있으며 초기 N₂O 발생값은 기존의 퇴비사에 잔존하고 있는 발효된 퇴비가 발생시키는 것으로 추정되며 2개월이 지난 후 N₂O 값이 안정화 되는 것을 관찰 할 수 있었으며, N₂O 발생량은 최저 0.00125 ~0.0016 mg/㎡ s이었음 ○ 남부지방의 오픈된 퇴비사에 CH₄ 은 평균 0.325mg/㎡·s로 배출되고 있으며 주변기온이 하강할 때 오픈구조에 따른 발생량도 저감되는 것을 볼 수 있었음. N₂O 의 평균 배출량은 0.0015 mg/㎡·s이었음 ○ 깔짚 산란계사의 발생하는 CH₄ , N₂O 발생량은 평균 CH₄ 0.5mg/㎡/s였고, 평균 N₂O 가스 발생량은 0.03mg/㎡/s였음 □ 대 반추동물 장내발효의 메탄 배출계수 산출 ○ 한우암소 육성기의 메탄배출계수는 옥수수 위주의 농후사료 급여 시 수준별로 각 각 18.9, 25.5과 29.9kg CH₄ /head/yr로 나타났음. 본 연구의 시험 조건에서의 메탄전환율(Ym)과 사료의 소화율(DE %)은 High 처리구 0.06 (Ym)과 73.8%였음 ○ 젖소 숫송아지 성빈우의 메탄배출계수는 TMR 사료 급여 시 11.81kg CH₄ /head/yr였으며, 조사료와 농후사료를 분리 급여 하였을 때는 8.68kg CH₄ /head/yr로 TMR 사료를 급여했을 때가 분리 급여하였을 때보다 26.5% 정도 반추위 메탄 발생량이 높게 나타남. 젖소 숫송아지 성빈우의 호흡가스 발생량을 기존 실험과 비교했을 때 사료 급여량 및 구성성분, 체중, 성별이 달라 산소 소모량, 이산화탄소 생성량과 메탄 생성량에서 모두 낮은 결과를 보였음 □ 중소 반추동물 장내발효의 메탄 배출계수 산출 ○ 사료조성비 별 시간대별 메탄발생량은 세 처리구 모두 사료급여 후 1시간 만에 급속히 올라갔다가 서서히 감소되는 경향을 나타내었음 ○ 성장중인 흑염소 체중당 하루 메탄가스 발생량은 조사료:농후사료의 비율에 따라 0.76~0.80 L/kg/day로 나타났으며, 조:농비에 따른 통계적 유의성 나타나지 않았음 ○ 사료 중 조사료 함량이 증가할수록 메탄발생량은 유의하게 감소하였고(p<0.05), 메탄발생량의 범위는 7.18~10.1 g/day/head로 조사됨. 꽃사슴에 있어서 사료 급여 수준이 건물 및 유기물의 소화율에 영향을 미치지 않았음. 그러나 사료의 급여수준이 증가할수록 메탄발생량은 유의하게 증가하였고(p<0.05), 메탄발생량의 범위는 8.07~13.3 g/day/head로 조사됨. 꽃사슴의 두당 메탄배출계수는 9.73g/head/day이었고, 및 대사체중당 메탄배출계수는 1.03g/kg BW^0.75/day로 산출됨 ○ 흑염소교잡종의 두당 또는 대사체중 당 하루 메탄발생량은 사료 급여수준이 증가함에 따라 직선적으로 증가하였음. 그러나 건물 및 유기물 섭취량 당 메탄발생량은 섭취수준이 증가함에 따라 감소하는 경향이 있음. 소화된 건물섭취량 및 소화된 유기물섭취량 당 메탄발생량은 섭취수준이 증가함에 따라 증가하였음. 흑염소교잡종의 체중당 하루 메탄가스 발생량은 조사료:농후사료의 비율에 따라 0.38~0.57 L/kg/day로 나타났으며, 조농비에 따른 통계적 유의성은 나타나지 않음 ○ 흑염소교잡종에서의 건물 소화율은 조사료의 종류 및 조합 비율에 따라 42.31~75.87%로 나타났음. 흑염소교잡종의 대사체중당 하루 메탄가스 발생량은 조사료의 종류 및 조합비 율에 따라 0.94~2.07g/kgBW^0.75로 나타났음 ○ 흑염소교잡종의 두당 또는 대사체중 당 하루 메탄발생량은 알팔파 펠렛과 볏짚의 2:8조합비율에서 메탄발생량이 높게 발생하였음 ○ Single linear 모델에서는 섭취량을 변수로 이용할 경우 유기물섭취량을 변수로 활용할 때가 가장 유효한 것으로 나타남. 그리고 소화된 영영소를 변수로 할 경우는 소화된 NDF량을 변수로 할 경우가 가장 유효한 것으로 나타났지만 소화된 영양소를 측정하기 위해서는 대사케이지와 같은 장비를 이용하여야 하므로 측정하기가 힘들어 쉽게 사용하기가 어려울 것으로 판단됨. Multiple linear 모델에서는 소화된 영양소량을 변수로 이용할 경우가 섭취한 영양소양을 기준으로 할 때가 더 유효한 것으로 나타남 □ 차량 이동형 CH₄ /N₂O 측정 시스템 운용법 개발 ○ 현장에서 배출되는 온실가스 측정을 위해, 설치/이동이 용이한 차량 이동형 트레일러 기준 설정 ○ 지속적 측정 및 데이터 저장이 가능하며, 실시간 배출량/배출 패턴 분석이 가능한 분석기 선정 및 이용방안 분석 ○ 다 수의 챔버를 사용하는 시험에서 GC 분석에 따른 시간차 상쇄 방안 ○ 가스크로마토그래피를 이용한 CH₄ /N₂O 배출량 측정법 매뉴얼화 ○ 차량 이동형 CH₄ /N₂O 측정 시스템을 이용한 측정 ○ 이동형 온실가스 측정장치 이용법 및 GC 사용 매뉴얼 □ 차량 이동형 CH₄ /N₂O 측정 시스템 구축 및 운용 ○ 차량 이동형 CH₄ /N₂O 측정 시스템 구축, 차량 인증 및 시스템 운용 - 돼지 일관사육농가, 산란계 농가 - 미량가스분석기와 GC 동시 운용