2024년 1학기 방송통신대 기말과제물 농축산환경학)자연생태계와 농업생태계(관행농업생태계, 유기농업생태계)의 차이에 대하여 설명하시오 축산악취의 일반적 특성 바이오매스(biomass)를 이용한 바이오 에너지 생산 방법 등

소개글

2024년 1학기 방송통신대 기말과제물 농축산환경학)자연생태계와 농업생태계(관행농업생태계, 유기농업생태계)의 차이에 대하여 설명하시오 축산악취의 일반적 특성 바이오매스(biomass)를 이용한 바이오 에너지 생산 방법 등에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 자연생태계와 농업생태계(관행농업생태계, 유기농업생태계)의 차이에 대하여 설명하시오. (20점)
1) 자연생태계
2) 관행농업생태계
3) 유기농업생태계

2. 축산악취의 일반적 특성에 대하여 설명하시오. (10점)
1) 발생 양상 및 특성
2) 악취 관련 가축분뇨의 특성과 생물학적 분해
3) 가축분뇨 조성에 영향을 주는 사료 첨가물질의 역할
4) 법적 규제 대상 물질과 축산 악취 원인 물질의 비교
5) 축산 분야의 악취 발생 경로

3. 바이오매스(biomass)를 이용한 바이오 에너지 생산 방법에 대하여 설명하시오. (20점)
1) 바이오매스의 열화학적 이용
2) 바이오매스의 생화학적 이용
3) 바이오매스의 화학적 이용

4. 참고문헌

본문내용

다. 이는 열을 흡수하는 과정(endothermic process)으로, 생산된 가스와 액상 탄화수소의 약 75~90%가 휘발성 물질로 이루어진다. 연소는 만들어진 가스와 숯을 산소를 이용하여 일부분 태워서 열과 이산화탄소를 생산한다. 환원은 이산화탄소가 열을 흡수하여 남은 숯과 휘발된 바이오매스 성분과 반응하면서 일산화탄소(CO)를 생산한다. 수증기가 존재할 경우에는 수소가 생성된다. 이와 같은 3개 과정을 통해 수소와 일산화탄소를 생산할 수 있다.
가축은 유기물을 섭취하고 배설하기 때문에 가축분뇨를 건조한 후 연소를 하여 에너지로 사용할 수 있다. 우리나라는 환경부고시 “제2015-110호 가축분뇨 고체연료 시설의 설치 등에 관한 고시(2015. 7. 17)”에는 가축분뇨를 고체 연료로 사용할 경우에 대한 규정이 있다. 우리나라는 가축분뇨를 이용하여 고체연료를 공급할 수 있는 시설로 시멘트 소성로, 화력발전 시설 및 열병합발전 시설, 발전용량이 2메가와트 이상인 발전 시설, 석탄 사용량이 시간당 2톤 이상인 지역난방 시설/산업용 보일러, 제철소로(爐), 가축분뇨 고체연료 사용량이 시간당 200킬로그램 이상인 보일러 시설 중 초기 가동 시 연소실 출구 온도가 800°C 이상이 될 때 가축분뇨 고체연료를 자동투입할 수 있는 시설로 한정하고 있다.
또한 가축분뇨 고체연료에 대한 기준도 규정되어 있다. 환경부(2013)에 따르면, 돈분과 젖소분을 이용하여 고형연료를 만들었을 경우 고위 발열량이 각각 4,516kcal/kg, 3,936kcal/kg이었으며, 돈분과 젖소분에 톱밥을 넣어 고형연료를 만들었을 경우 고위 발열량이 각각 4,221kcal/kg, 3,775kcal/kg으로 나타났다. 가축분뇨뿐만 아니라 하수슬러지 및 목재 역시 고형연료로 만들어 사용할 수 있다. 환경부(2016)에 따르면 가축분뇨 고형연료는 기존 하수슬러지 고형연료 이용 시설에 직접 이용이 가능할 것으로 평가되었다. 그러나 가축분뇨 고형연료의 재(ash) 함량 품질기준(30%)이 목질계 고형연료 제품들의 그것(10~25%)에 비해 높기 때문에, 목질계 고형연료 사용 시설의 경우 연소 장치에 대한 점검이 필요하다고 하였다. 「대기환경보전법 시행규칙」(2019. 7. 16.)에서는 별표 8로 대기오염물질의 배출허용기준을 규정하고 있으며 그 속에 고체연료도 규정되어 있다.
2) 바이오매스의 생화학적 이용
바이오가스는 공기(산소)가 없는 조건에서 바이오매스가 분해되면서 발생한다. 예를 들면, 재래식 화장실, 단위동물 및 반추동물의 소화기관, 가축분뇨 저장 시설, 논, 쓰레기 매립장, 정화조 등 공기가 없는 모든 곳이 해당된다. 바이오매스에 포함된 탄수화물, 지방, 단백질 등 유기물은 미생물에 의해 가수분해(hydrolysis) 과정을 거쳐 작은 크기의 유기물(포도당, 지방산, 아미노산)로 분해된다. 이후 산성화 과정(acidogenesis)에서 더 분해되어 산성물질(프로피온산, 뷰티르산, 젖산 등 유기산), 알코올 등이 생산되며, 초산생성 단계(acetogenesis)를 거쳐 초산(acetic acid), 이산화탄소, 수소를 생성하여 메탄생성균(methanogens)이 이용하기 쉽도록 한다.
이후 메탄생성균에 의해 초산(acetic acid) 또는 수소를 이용하여 메탄을 생성하는 메탄생성 과정(methanogenesis)이 진행된다. 소와 같은 반추동물의 경우 초산을 이용하여 메탄을 생성하지만 바이오가스를 생산하기 위해 규모를 크게 만든 시설에서는 수소를 이용하여 메탄을 생성하는 과정을 주로 이용한다.
바이오가스의 조성은 원료인 바이오매스의 종류, 바이오가스가 생성되는 기기의 운영조건(혐기상태, 온도, pH 등)에 의해 변한다. 메탄생성균은 산소에 민감하게 악영향을 받기 때문에 혐기적이며 중성 pH(6.8~7.8) 환경에서 산화환원전위가 -300mV 아래인 환경에서 잘 자란다. 일반적으로 바이오가스는 메탄 55~70%, 이산화탄소 30~40%, 그리고 질소, 수소, 황화수소, 휘발성 지방산(volatile fatty acids) 등으로 구성되어 있다. 바이오가스를 생산하는 혐기소화조는 유기물의 수분함량에 따라 습식(고형분<10%), 건식(10%<고형분 <20%), 고상(고형분>25%)으로 나눈다.
습식 혐기소화조는 하수 및 폐수, 양돈 분뇨가 혼합된 슬러리(slurry) 등 액상의 원료를 사용한다. 건식 혐기소화조는 음식물 쓰레기와 슬러리 상태의 원료를 사용한다. 습식 혐기소화조를 이용하여 양돈 분뇨 슬러리로 바이오가스를 생산하면, 일 처리 양돈 분뇨 슬러리의 양이 100톤인 시설의 경우 휘발성 고형물(volatile solid: VS)이 3.2% 정도이며 휘발성 고형물 분해율은 70%, 메탄가스 발생량은 1,299Nm3/일, 전력생산량은 4,138kWh/일이었다. 양돈 분뇨 슬러리 70톤에 액상 음식물 쓰레기(음폐수) 30톤을 넣는 경우 휘발성 고형물이 4.6%정도이며, 휘발성 고형물 분해율은 75%, 메탄가스 발생량은 2,215Nm3/일, 전력생산량은 7,055kWh/일이었다. 이와 같이 바이오가스를 생산하고 발전기에 투입하여 전기를 생산할 수도 있지만, 바이오가스를 정제하여 메탄을 추출한 바이오메탄의 경우 발열량이 커서 부탄가스를 보조열원으로 추가할 경우 도시가스 수준의 열량을 가지게 되므로 수송용 연료로도 사용이 가능하다.
바이오에탄올은 옥수수, 쌀, 사탕수수 등 전분질계 및 당분계 식용 작물에서 술을 만드는 과정을 통해 긴 시간 동안 생산하였다. 화석연료 가격의 상승으로 바이오에탄올을 연료로 사용하게 되면서 식량 가격의 상승이 발생하였다. 따라서 식량과 경합이 일어나지 않도록 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하기 위한 연구가 계속되고 있다. 최근에 미세조류(micro-algae)로부터 바이오에탄올을 생산하는 연구도 진행되고 있다. 에탄올은 가수분해 과정을 통해 당화(saccharification) 과정과 효모를 이용한 발효(fermentation) 과정을 거쳐서 생산된다.
3) 바이오매스의 화학적 이용
미세조류(microalgae)는 식물처럼 광합성을 하는 미생물로 매우 작다. 미세

키워드

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