책임운영기관 농촌진흥청 국립축산과학원 (로고)

초록:  연구개발 목표 및 내용 최종 목표 □ 양돈 유래 냄새물질 농도에 따른 악취 강도 추정 기법 개발 □ 복합악취의 주요 원인 중 하나인 인돌 검출용 후각 수용체 기반 나노바이오센서의 제작 □ 축산냄새물질(암모니아, 황화수소) 연속 측정기 개발 전체 내용 < (1주관)국립축산과학원 > □ 시험돈사 유래 악취 DB 구축 ○ 측정지점 : 국립축산과학원 실험돈사의 입기구 및 배기구 * `실험돈사 환경은 위탁사육농가와 유사하도록 10주령 돼지를 입식하여 출하체중까지 사육하도록 하며, 농가수준의 환경관리 실시 ○ 측정시기 : 돼지 육성, 비육 전 기간 ○ 데이터 항목 - 환경 : 온도, 습도, 환기량 - 냄새 : 복합악취 희석배수, Ammonia(NH3), Acetic acid(ACA), Propionic acid(PPA), Butyric acid(BTA), iso-Butyric acid(IBA), Valeric acid(VLA), iso-Valeric acid(IVA), Phenol(Pn), para-Cresol(p-C), Indole(ID), Skatole(SK) ○ 냄새 분석방법 - NH₃ : INNOVA 1512(Photo Acoustic Spectroscopy) - VOCs(ACA, PPA, BTA, IBA, VLA, IVA, Pn, p-C, ID, SK) : TD-GC-FID, SIFT-MS - 복합악취 희석배수 : 악취공정시험법에 따라 샘플링 실시 후 외부전문 검사기관에 분석의뢰 □ 돼지 사육기간에 따른 환경·냄새 연속 변화 분석 ○ 분석데이터 : 시험돈사 유래 악취 DB ○ 분석항목 : 사육기간에 따른 각 냄새물질, 복합악취의 농도 변화 추이 □ 농가 유래 악취 DB 구축 ○ 측정지점 : 국내 양돈농가 육성‧비육 돈사 내부 및 부지경계 ○ 측정시기 : 연중 ○ 데이터 항목 - 냄새(16 항목) : 복합악취 희석배수, Ammonia(NH3), Hydrogen sulfide(H2S), Methyl mercaptan(MM), Dimethyl disulfide(DMDS), Dimethyl sulfide(DMS), Acetic acid(ACA), Propionic acid(PPA), Butyric acid(BTA), iso-Butyric acid(IBA), Valeric acid(VLA), iso-Valeric acid(IVA), Phenol(Pn), para-Cresol(p-C), Indole(ID), Skatole(SK) ○ 냄새 분석방법 - NH₃ : 악취공정시험법에 따른 붕산 용액흡수법-자외선/가기선 분광법 - VOCs(ACA, PPA, BTA, IBA, VLA, IVA, Pn, p-C, ID, SK) : TD-GC-FID, SIFT-MS - 복합악취 희석배수 : 악취공정시험법에 따라 샘플링 실시 후 외부전문 검사기관에 분석의뢰 □ 측정지점 별(돈사내부, 부지경계) 복합악취와 냄새물질 간 상관성 분석 ○ 분석데이터 : 농가 유래 악취 DB ○ 두 변수간의 상관성을 평가하는 기준으로 상관계수(r)를 이용 - 상관계수가 0.5 미만이면 변수간 상관성이 없는 것으로 간주 (Liu et al., 2018) * 상관계수(r) > 0.9 : Very high correlation, 0.9 > r > 0.7 : high, 0.7 > r > 0.5 : moderate, 0.5 > r > 0.3 : low, r < 0.3 : little □ 측정지점 별 악취활동도(OAV, Odor Activity Value)기반 악취 기여도 평가 ○ 악취활동도 : 악취활동도(OAV) = 악취물질농도/최소감지농도 ○ 악취기여도 : 악취기여도(%) = 악취물질활동도(OAV)/∑악취활동도(SOAV) □ 돈사 냄새 주요기여물질 농도 간 상관성 분석 ○ 분석데이터 : 양돈 유래 냄새 DB의 주요 기여물질 농도데이터 활용 ○ 분석방법 : 통계프로그램을 활용한 상관분석 □ 돈사 냄새 주요기여물질 농도와 냄새강도 단계 간 상관성 분석 ○ 분석데이터 : 양돈 유래 냄새 DB의 주요 기여물질 농도 및 냄새강도 데이터 활용 ○ 분석방법 : 통계프로그램을 활용한 상관분석 □ 돈사 냄새 주요기여물질 농도와 냄새강도 단계 간 관계식 도출 ○ 분석방법 : 선형회귀분석 < (2공동)한국생명공학연구원 > □ 인돌 인간 후각 수용체 단백질 생산 및 나노디스크 제작 ○ 후각 수용체 후보군 388종 100 μM 인돌에 대한 반응성을 비교한 결과 1차로 총 40종의 반응성이 있는 물질을 스크리닝함. - 이 중 다시 농도별 인돌에의 반응성 비교를 통해 가장 반응성이 좋은 리셉터를 선정함. - 이종의 악취 물질에 대한 선택성 실험 진행 □ 인돌 검출용 후각 수용체 기반 전기적 센서 제작 및 측정 ○ 2D 센서 채널로 사용된 단일층 그래핀을 CVD 방법을 활용하여 제작하였으며, 이를 MEMS 기술을 활용하여 대면적의 전도성 나노 소재가 올라간 트랜지스터 기판 제작 - 바이오리셉터의 효율적인 전도성 나노 소재의 표면 고정화를 위해 신규 인터페이싱 화합물을 합성하였으며, 이를 밀도범함수 (DFT) 시뮬레이션 결과를 통해 확인함. ○ 인돌 및 스케톨 표준 시료 기상 검출 검증 - 축산 악취 대표 물질인 인돌과 스케톨 표준 시료를 농도별 측정하였으며, 저농도 검출 가능성을 확인함. □ 축사 부지 내 인돌 GC 분석 DB 구축 I ○ 시료채취백-SPME 추출 시스템을 적용한 GC-MS 인돌 분석법의 최소 검출한계 확인 - 인돌 표준품을 시료채취백에서 기화시켜 GC-MS 분석 후 최소검출량 농도 확인 ○ 인돌 표준품 용액을 이용하여 GC-MS 인돌 분석법의 정량곡선 작성 - 각 농도 수준에서의 피크 면적을 이용하여 검정곡선 작성하고 이후 정량화에 사용 ○ 돈사 시료 샘플링 및 GC-MS　분석 - 시험돈사 및 일반농가 돈사에서 기체 시료채취 후 GC 분석 □ 축사 부지 내 인돌 GC 분석 DB 구축 II ○ 인돌과 스카톨 표준품 용액을 이용하여 GC-MS 인돌 분석법의 정량곡선 작성 - 인돌 표준품과 스카톨 표준품의 4개 농도를 GC-MS 분석 - 각 농도 수준에서의 피크 면적을 이용하여 검정곡선 작성 ○ 채취 위치(돈사 내부 및 정화조)에 따른 공기 시료 샘플링 및 GC-MS 분석 - 시료채취지점: 공주시 탄천면 남산리 금백로 1219-3 농가(위도 35.29759, 경도 127.03645)의 돈사 내부 공기와 정화조 공기 ○ 돈 분변의 헤드스페이스 내 성분 분석 - 분석데이터: 돈 분변 유래 물질을 분석하여 인돌 및 스카톨 유무를 확인 ○ 인돌 분석법 3종 비교 시험 및 돈사 내 인돌과 스카톨 정량화 - 시료채취지점: 공주시 탄천면 남산리 산골2길 58 농가(위도 35.297416, 경도 127.034473)의 돈사 내부 중앙 및 돈사 내부 배기구 앞 - 분석법 3종: SPME 현장노출법, 테플론백 포집법, PDMS 튜브 흡착-유기용매 추출법 - GC-MS를 통한 인돌 및 스카톨 정량 - SPME 현장노출법을 통해 돈사 내부 검출된 물질을 데이터베이스화 < (3공동)(주)이엔티 > □ 축산냄새 물질(암모니아, 황화수소)의 통합 관리 시스템 개발 ○ 축산냄새 물질(암모니아, 황화수소) 연속 측정 장치 개발 - 축산냄새 물질 측정 장치 개발 - 축산냄새 물질 측정 장치 내구성 확보를 위한 측정 주기 설정 - 축산냄새 물질 측정 장치 하우징 개발 - 축사 내·외부 환경 농가 설치 테스트 ○ 축산냄새 물질 측정 관제시스템 개발 - 축산냄새 물질 측정 장치 모니터링 소프트웨어 개발(사용자별 권한 설정) - 실시간 축산냄새 물질 모니터링 - 이상 징후 자동 경보시스템 구축(SMS) - 센서 이상 신호 활용 센서 교체 시기 판별(최대수치 또는 최소수치로 구분) - 일, 주, 월, 년 과거 데이터 시각화 연구개발성과 ○ 양돈유래 냄새 DB 구축 ○ 양돈유래 냄새 강도에 대한 주요 기여물질 선발 ○ 돈사 냄새 주요기여물질 - 냄새강도 관계식 도출 ○ 육성/비육돈 사육 전 기간 발생하는 냄새물질 프로파일 작성 ○ 양돈농가 유래 각종 냄새물질과 복합악취 강도의 관련성 검증 ○ 인돌 인간 후각 수용체 단백질 생산 및 나노디스크 제작 ○ 인돌 검출용 후각 수용체 기반 전기적 센서 제작 및 측정 ○ 축사부지 내 인돌 GC 분석 DB 구축 ○ 후각 수용체 기반 전기적 센서 성능 검증 및 복합악취 형성 메커니즘 제시 ○ 축산업의 환경 부하를 낮추고 생산성과 품질, 에너지 효율 향상의 미래형 생산 기반 구축에 기여 ○ 축사부지 내 및 경계에서 발생하는 복합악취 예방법 등 정책결정시 과학적 근거 제시 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 후각수용체 센서의 축산환경에 대한 내구성확보 및 미량 냄새물질 측정을 위한 신호 증폭 기술 개발을 통해 기술 실용화 추진 ○ 양돈 유래 악취 DB의 추가적인 구축 및 데이터 분석 전문가와 협업을 통해 악취물질 농도 기반 복합악취 추정 기술 고도화 및 실용화 (출처 : 요약문 2p)