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목차
제1장 서론 14
제1절 연구의 배경 및 필요성 14
제2절 연구의 목표 및 내용 15
1. 연구의 목표 15
2. 연구의 내용 및 범위 16
3. 연구 추진 체계 17
제2장 우분 바이오가스화 관련 국내외 사례 조사 및 검토 18
제1절 국내 소 사육현황 및 우분 관리현황 조사 18
1. 국내 사육규모별 축산 현황 조사 및 분석 18
2. 국내 우분 발생량 및 처리 현황 20
3. 국내 우분관리 현장조사 22
제2절 국외 가축분뇨 발생량 및 관리현황 조사 31
제3절 국내외 우분 바이오가스화 관련 기술·정책 동향 조사 32
1. 국내현황 32
2. 국외현황 35
제3장 우분 바이오가스화 시설 설계 인자 도출 46
제1절 국내 우분 성상 분석 46
1. 현장 발생 우분의 계절별 수집 및 분석 46
2. 다양한 사육장 내 톱밥 및 왕겨 우분의 성상 조사 47
제2절 우분 바이오가스 잠재량 기초 조사 49
1. 저장 상태 및 축종에 따른 우분의 메탄잠재량 측정 49
2. 신선한 우분의 저장온도 및 저장기간에 따른 메탄잠재량 변화 51
3. 신선한우분과 톱밥의 혼합 비율에 따른 메탄잠재량 변화 58
4. 톱밥한우분의 바이오가스화 시 동역학적 상수 도출 62
제3절 연속식 실험을 통한 우분의 바이오가스화 성능 평가 64
1. 우분 단독 혐기성 소화 64
제4장 우분 바이오가스화 적용방안 마련 70
제1절 톱밥한우분과 타 유기성폐기물의 통합소화 70
1. 실험방법 70
2. 단독소화 71
3. 통합소화 72
제2절 우분과 소화액의 점탄성 분석 80
1. 우분 초기 점탄성 측정 80
2. 우분 연속 소화액 점탄성 측정 83
제3절 우분 바이오가스화 처리 계통 85
1. 우분의 바이오가스화 처리 계통 85
2. 소화액의 활용 방안 86
제4절 경제·환경적 효과 87
1. 경제적 효과 87
2. 환경적 효과 89
제5장 향후 연구방향 및 정책 제언 92
1. 향후 연구 방향 92
2. 정책 제언 94
〈참고문헌〉 96
〈부록〉 99
〈부록1〉 우분 시료의 원소분석 결과[원문불량;p.87-92] 100
〈부록2〉 자문회의 개최 결과 106
[표 1-1] 연구 내용 및 세부 내용 16
[표 2-1] 국내 사육규모별 한·육우 농가수 및 사육두수 18
[표 2-2] 국내 사육규모별 젖소 농가수 및 사육두수 19
[표 2-3] 국내 우분 처리현황 21
[표 2-4] 환경백서와 농림축산식품통계연보의 통계치 차이 21
[표 2-5] 우분 배출원단위 선정 변경 이력 22
[표 2-6] 현장조사 대상 축산농가 현황 23
[표 2-7] 현장조사 개요 23
[표 2-8] 관리 상태와 구역에 따른 악취 농도 30
[표 2-9] 유기성폐자원 바이오가스화 시설현황 34
[표 2-10] 우분 바이오가스화 관련 국내 연구현황 34
[표 2-11] 가축분뇨 바이오가스화 관련 정책 35
[표 2-12] 우분 바이오가스화 연구관련 출판된 해외문헌 수('09-현재) 41
[표 2-13] 우분 바이오가스화 관련 국외 연구 42
[표 2-14] 우분 바이오가스화 공정의 소화율 및 운전효율 증진 관련 국외 연구 44
[표 3-1] 우분의 계절별 성상 분석 결과 47
[표 3-2] 사육장 내 톱밥 및 왕겨우분 성상 분석 48
[표 3-3] 우분의 저장상태 및 축종에 따른 성상 차이 50
[표 3-4] 우분의 저장상태 및 축종에 따른 메탄전환율 51
[표 3-5] 온도 및 저장기간에 따른 한우분뇨 메탄잠재량 56
[표 3-6] 온도 및 저장기간에 따른 젖소분뇨 메탄잠재량 56
[표 3-7] 저장 온도에 따른 악취 발생량 58
[표 3-8] 신선한우분 및 30일 저장한우분, 톱밥한우분의 성상 59
[표 3-9] 신선한우분 및 저장한우분, 톱밥한우분의 메탄잠재량 59
[표 3-10] 우분 농도별 누적 메탄발생량 및 생산속도(Gompertz 식 이용) 63
[표 3-11] Michaelis-Menten 식 63
[표 3-12] 우분 단독 혐기성 소화 반응조의 운전조건 64
[표 3-13] 연속식 실험에 사용한 톱밥한우분과 신선한우분의 성상 65
[표 3-14] 톱밥한우분 소화액 이용 다양한 pH 및 온도 조건별 암모니아 스트리핑 효율 68
[표 4-1] 톱밥한우분, 음식물류폐기물, 돈분 성상 70
[표 4-2] 톱밥한우분의 통합소화 BMP 실험 계획 70
[표 4-3] 농도에 따른 톱밥한우분, 음식물류폐기물, 돈분 단독 회분식 소화 시 메탄전환율 72
[표 4-4] 초기 농도에 따른 톱밥한우분과 음식물류폐기물의 통합소화 73
[표 4-5] 초기 농도에 따른 톱밥한우분과 돈분의 회분식 통합소화 74
[표 4-6] 통합소화 기질의 혼합비율 및 기질 농도에 따른 추가 메탄 발생효과 76
[표 4-7] 우분/돈분 통합 혐기성 소화 반응조의 운전조건 78
[표 4-8] 돈분, 톱밥한우분, 혼합 분뇨의 성상 78
[표 4-9] 돈분 및 우분의 유변학적 특성 82
[표 4-10] 반응조 소화액의 유변학적 특성 84
[표 4-11] 우분 및 소화액의 원소분석 결과 86
[표 4-12] 가축분뇨 이용 퇴비 규격 86
[표 4-13] 처리 규모 및 운영 연수에 따른 경제성 평가 88
[표 4-14] 우분 바이오가스 공정의 환경적 효과(100톤/일 처리규모) 89
[그림 1-1] 연구 범위 및 연구 계획 16
[그림 1-2] 연구 추진 체계 17
[그림 2-1] 연도별 일일 우분 발생 현황 20
[그림 2-2] 한우 농가 내 사육장 및 퇴비사 25
[그림 2-3] 관리가 잘되는 한우 농가의 사육장 25
[그림 2-4] 관리가 잘되는 한우 농가의 퇴비사 26
[그림 2-5] 관리가 잘되지 않는 한우 농가의 사육장 26
[그림 2-6] 관리가 잘되지 않는 한우 농가의 퇴비사 27
[그림 2-7] 한우 농가 내 관리 상태가 상이한 사육장 27
[그림 2-8] 계절별 한우 및 한우분의 보관 실태 28
[그림 2-9] 한우 농가 내 악취발생량 측정방법 29
[그림 2-10] 혐기성 소화 과정 33
[그림 2-11] 유럽 바이오가스 플랜트 수 36
[그림 2-12] 유럽에서 바이오가스 생산에 사용되는 원료들 36
[그림 2-13] 현재 원료의 에너지 잠재량과 '20년과 '30년에 예측된 에너지 잠재량 37
[그림 2-14] 독일 바이오가스 시설에서 사용되는 기질 종류 및 바이오가스 생산량 37
[그림 2-15] 각 기질별 바이오가스 생산수율 38
[그림 2-16] 가축분뇨의 암모니아 농도에 따른 미생물 생장속도 영향[원문불량;p.25] 38
[그림 2-17] 우분 통합소화 시 혼합비율 및 바이오가스 수율(Behringen 시 바이오가스) 39
[그림 2-18] 덴마크에서 우분 통합소화 시 혼합되는 원료들 40
[그림 2-19] 프랑스의 바이오가스 플랜트에 사용되는 원료 40
[그림 2-20] 타 원료와의 통합소화가 우분에 미치는 영향 41
[그림 2-21] 연속식 우분 바이오가스화 시 성능 증대를 위한 방법 43
[그림 3-1] 현장 발생 톱밥한우분 샘플링 46
[그림 3-2] 농가별 우분 사진 48
[그림 3-3] 우분 저장 상태 및 축종 사진 50
[그림 3-4] 우분의 저장상태 및 축종에 따른 메탄잠재량 51
[그림 3-5] 우분 저장시스템 전경 52
[그림 3-6] 우분의 저장온도 및 저장기간에 따른 유기물 함량 변화 53
[그림 3-7] 20℃에서 저장기간에 따른 누적 메탄발생량 54
[그림 3-8] 30℃에서 저장기간에 따른 누적 메탄발생량 55
[그림 3-9] 저장기간 및 저장온도에 따른 우분 온실가스 발생량 57
[그림 3-10] 저장온도에 따른 악취 발생량 58
[그림 3-11] 신선한우분과 톱밥의 혼합 비율에 따른 우분 메탄가스... 60
[그림 3-12] 신선한우분 및 톱밥 첨가량을 달리한 톱밥한우분을 30일 저장하는... 61
[그림 3-13] 기질 농도별 누적 메탄발생량 62
[그림 3-14] 우분 연속 혐기성 소화 반응기... 64
[그림 3-15] 연속식 실험에 사용한 톱밥 및 신선한우분(사진) 65
[그림 3-16] 톱밥한우분 단독 혐기성 소화 결과 66
[그림 3-17] 신선한우분 단독 혐기성 소화 결과 67
[그림 3-18] 암모니아 스트리핑을 적용한 톱밥한우분 단독 혐기성 소화 결과 69
[그림 4-1] 개별 유기성폐기물의 메탄발생량 71
[그림 4-2] 우분과 음식물류폐기물의 통합소화 72
[그림 4-3] 우분과 돈분의 통합소화 74
[그림 4-4] 우분 통합소화 시 평균 메탄전환율 75
[그림 4-5] 우분과 음식물류폐기물의 통합소화 시 추가 메탄 생산효과 77
[그림 4-6] 우분과 돈분의 회분식 통합소화 시 추가 메탄 생산효과 77
[그림 4-7] 우분/돈분의 혼합기질을 이용한 연속 통합소화 결과 79
[그림 4-8] 적정 교반강도 산정을 위한 계획 및 절차[원문불량;p.67] 80
[그림 4-9] 우분의 점탄성 측정을 위한 MCR-92 Rheometer 81
[그림 4-10] 돈분 및 우분 농도에 따른 초기 점도 특성 82
[그림 4-11] 교반성능 테스트를 위한 반응조 규모 83
[그림 4-12] 혐기성 소화 소화액에 따른 점도 변화 84
[그림 4-13] 우분 처리 계통도 85
[그림 4-14] 우분 바이오가스화 공정 성능 87
[그림 4-15] 처리 규모 및 운영 연수에 따른 경제성 평가 88
[그림 5-1] 처리 규모 및 운영 연수에 따른 경제성 비교 94
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