• 제목/요약/키워드: Methane Emissions

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논토양에서 바이오차르 투입 및 완효성비료 시용에 따른 메탄발생량과 작물생산량 변화 (Changes in Crop Yield and $CH_4$ Emission from Rice Paddy Soils Applied with Biochar and Slow-release Fertilizer)

  • 김대균;조광래;원태진;박인태;유가영
    • 환경생물
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    • 제32권4호
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    • pp.327-334
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    • 2014
  • Emission reduction of $CH_4$ (methane gas) from rice paddy soil is a very important measure for climate change mitigation in agricultural sector. In this study, we investigated the changes in crop yield and $CH_4$ emissions in response to application of biochar and fertilizers. The experimental site is located in Hwasung, Kyunggido and experimental design is the split-plot method with three replicates. Treatments included rice straw (RS) and biochar (BC) amendments nested with the conventional NPK fertilizer (NPK) and slow release fertilizer (SRF). Control was also prepared with the soil with the conventional NPK fertilization with no amendment. Measurement of $CH_4$ emission was conducted during the growing season of 2014 using a dynamic chamber method. The results showed that application of rice straw increased daily $CH_4$ emission rate by 15%, while application of biochar reduced daily $CH_4$ emission rate by 38%. When we combined biochar application with slow release fertilizer, $CH_4$ emission was reduced by 45%. Further, the crop yield was also increased in all treatments compared with the control except for the treatment of rice straw application with slow release fertilizer. Overall results imply that biochar amendment to agricultural soil can be an effective strategy to decrease annual $CH_4$ emission with no reduction in crop yield.

Suppression of Methane Emission from Rice Paddy Soils with Fly ash Amendment

  • Ali, Muhammad Aslam;Oh, Ju-Hwan;Kim, Pil-Joo
    • 한국환경농학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.141-148
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    • 2007
  • Fly ash, a by-product of the coal-burning industry, and a potential source of ferro-alumino-silicate minerals, which contains high amount of ferric oxide and manganese oxide (electron acceptors), was selected as soil amendment for reducing methane $(CH_4)$ emission during rice cultivation. The fly ash was applied into potted soils at the rate of 0, 2, 10, and 20 Mg $ha^{-1}$ before rice transplanting. $CH_4$ flux from the potted soil with rice plants was measured along with soil Eh and floodwater pH during the cropping season. $CH_4$ emission rates measured by closed chamber method decreased gradually with the increasing levels of fly ash applied but rice yield significantly increased up to 10 Mg $ha^{-1}$ application level of the amendment. At this amendment level, total seasonal $CH_4$ emission was decreased by 20% along with 17% rice grain yield increment over the control. The decrease in total $CH_4$ emission may be attributed due to suppression of $CH_4$ production by the high content of active and free iron, and manganese oxides, which acted as oxidizing agents as well as electron acceptors. In conclusion fly ash could be considered as a feasible soil amendment for reducing total seasonal $CH_4$ emissions as well as maintaining higher grain yield potential under optimum soil nutrients balance condition.

Impact of Ecklonia stolonifera extract on in vitro ruminal fermentation characteristics, methanogenesis, and microbial populations

  • Lee, Shin Ja;Jeong, Jin Suk;Shin, Nyeon Hak;Lee, Su Kyoung;Kim, Hyun Sang;Eom, Jun Sik;Lee, Sung Sill
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제32권12호
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    • pp.1864-1872
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    • 2019
  • Objective: This study was conducted to evaluate the effects of Ecklonia stolonifera (E. stolonifera) extract addition on in vitro ruminal fermentation characteristics, methanogenesis and microbial populations. Methods: One cannulated Holstein cow ($450{\pm}30kg$) consuming timothy hay and a commercial concentrate (60:40, w/w) twice daily (09:00 and 17:00) at 2% of body weight with free access to water and mineral block were used as rumen fluid donors. In vitro fermentation experiment, with timothy hay as substrate, was conducted for up to 72 h, with E. stolonifera extract added to achieve final concentration 1%, 3%, and 5% on timothy hay basis. Results: Administration of E. stolonifera extract to a ruminant fluid-artificial saliva mixture in vitro increased the total gas production. Unexpectedly, E. stolonifera extracts appeared to increase both methane emissions and hydrogen production, which is contrasts with previous observations with brown algae extracts used under in vitro fermentation conditions. Interestingly, real-time polymerase chain reaction indicated that as compared with the untreated control the ciliate-associated methanogen and Fibrobacter succinogenes populations decreased, whereas the Ruminococcus flavefaciens population increased as a result of E. stolonifera extract supplementation. Conclusion: E. stolonifera showed no detrimental effect on rumen fermentation characteristics and microbial population. Through these results E. stolonifera has potential as a viable feed supplement to ruminants.

Understanding the functionality of the rumen microbiota: searching for better opportunities for rumen microbial manipulation

  • Wenlingli Qi;Ming-Yuan Xue;Ming-Hui Jia;Shuxian Zhang;Qiongxian Yan;Hui-Zeng Sun
    • Animal Bioscience
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    • 제37권2_spc호
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    • pp.370-384
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    • 2024
  • Rumen microbiota play a central role in the digestive process of ruminants. Their remarkable ability to break down complex plant fibers and proteins, converting them into essential organic compounds that provide animals with energy and nutrition. Research on rumen microbiota not only contributes to improving animal production performance and enhancing feed utilization efficiency but also holds the potential to reduce methane emissions and environmental impact. Nevertheless, studies on rumen microbiota face numerous challenges, including complexity, difficulties in cultivation, and obstacles in functional analysis. This review provides an overview of microbial species involved in the degradation of macromolecules, the fermentation processes, and methane production in the rumen, all based on cultivation methods. Additionally, the review introduces the applications, advantages, and limitations of emerging omics technologies such as metagenomics, meta-transcriptomics, metaproteomics, and metabolomics, in investigating the functionality of rumen microbiota. Finally, the article offers a forward-looking perspective on the new horizons and technologies in the field of rumen microbiota functional research. These emerging technologies, with continuous refinement and mutual complementation, have deepened our understanding of rumen microbiota functionality, thereby enabling effective manipulation of the rumen microbial community.

Impacts of Unsystematic Solid Waste Dumping on Soil Properties and Climate Change

  • Benish ZAHRA;Farida BEGUM;Woo-Taeg KWON;Seung-Jun WOO;Min-Jae JUNG
    • 웰빙융합연구
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    • 제7권3호
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    • pp.31-42
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    • 2024
  • Purpose: Open-air dumping is a significant problem in Gilgit City, with limited research analyzing waste generation and its physicochemical impact on the soil. This study aimed to evaluate the effects of open dumping on soil properties and compare them with a controlled site. Research Design, data, and Methodology: Using ANOVA, the study found significant differences in electrical conductivity (EC), soil organic matter (SOM), soil organic carbon (SOC), sand, silt, and clay between the two sites, except for pH. Pearson correlation revealed that pH negatively correlated with EC, sand, and silt, but positively with SOM, SOC, and clay. The control site's mean EC was 6.06 mS/m, whereas the dumping site recorded 8.5 mS/m. EC is inversely related to SOM, SOC, silt, and clay, but directly to sand. SOC and SOM values varied significantly, with notable differences in soil texture components like clay and silt. Results: The research highlights the detrimental effects of unsystematic waste dumping on soil health and its contribution to greenhouse gas emissions, particularly methane, which exacerbates climate change. Conclusion: The study concluded that waste deposition and decomposition significantly impact EC, SOM, SOC, and soil texture, though pH remains unchanged. The unsystematic dumping of solid waste contributes to climate change through methane production, a potent greenhouse gas. To mitigate these impacts, the study recommends regular monitoring, waste prevention, recycling strategies, and continuous training for stakeholders to achieve sustainable development.

지자체 온실가스 인벤토리 구축연구 - 전라북도 사례 (A Study on Greenhouse Gas Inventories for Regional Governments (A Case Study of Jeonbuk Province))

  • 장남정
    • 대한환경공학회지
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    • 제31권7호
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    • pp.565-572
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    • 2009
  • 본 연구에서는 지자체 차원의 기후변화협약 대응을 위해 전라북도를 사례로 온실가스 인벤토리를 구축하고 그 결과에 따라 온실가스 저감전략 기본방향을 수립하였다. 전라북도 온실가스 배출원 분류체계는 대한민국 제3차 국가보고서의 배출원 분류 체계에 따랐으며, 제3차 국가보고서는'Revised IPCC 1996GL'을 기초로 작성되었다. 국가의 경우 에너지 공급 측면의 1차에너지를 기준으로 온실가스 배출량 산정이 가능하지만, 지역의 경우 전환부문에 대한 통제가 불가능하므로 에너지 소비 측면의 2차 에너지를 기준으로 배출량을 산정하였다(지역 전력사용은 에너지 산업부문으로 포함). 전라북도 온실가스 인벤토리 구축결과 2006년 총배출량 중 에너지 연소에 의한 이산화탄소($CO_2$)가 87.1%로 가장 많았으며, 메탄($CH_4$) 8.1%, 기타 부문 이산화탄소 ($CO_2$) 2.2%, 아산화질소($N_2O$) 1.6%, F-가스(HFCs, PFCs, $SF_6$)는 1.0%를 차지하였다. 2006년 총배출량은 에너지(88.0%), 농업(7.6%), 폐기물(2.3%), 산업공정(2.1%) 부문 순으로 배출비중이 높았으며, 에너지 부문은 전력을 포함한 에너지산업, 제조업 및 건설업, 수송, 광업/농림어업/가정상업/공공기타 순으로 발생량이 많았다. 2006년 총배출량 중 산업공정 부문은 F-가스 (HFCs, PFCs, $SF_6$)소비, 농업 부문은 벼논경작, 폐기물 부문은 소각에 의한 온실가스 배출비중이 높은 특성을 보였다. 본 연구에서는 전라북도 각 부문별 특성을 분석하여 부문별 온실가스 저감을 위한 기본방향을 수립하였다.

가축분퇴비 및 토양개량제 처리가 온난화 가스 배출에 미치는 영향 (Effects of Livestock Compost and Soil Conditioner Application on Greenhouse Gases Emission in Paddy Soil)

  • 이경보;김종구;신용광;이덕배;이상복;김재덕
    • 한국환경농학회지
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    • 제24권2호
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    • pp.117-122
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    • 2005
  • 논 토양으로부터 발생된 지구온난화 가스의 배출 제어 기술을 구명하기 위하여 논 토양에서 가축분퇴비 및 토양개량제 시용에 따른 온실가스 배출 양상을 검토하였다. 축분퇴비 시용에 따른 $CH_4$ 배출량은 우분퇴비 처리구가 331 kg $ha^{-1}$로 가장 많았으며, 돈분퇴비 시용구는 282 kg $ha^{-1}$, 계분퇴비 시용구는 294 kg $ha^{-1}$이었다. $N_2O$ 배출량은 계분퇴비 시용구가 1.78 kg $ha^{-1}$, 돈분퇴비 시용구가 1.78 kg $ha^{-1}$, 우분퇴비 시용구가 1.60 kg $ha^{-1}$이었다. 반면에 볏짚을 시용한 처리구의 $N_2O$ 배출량은 1.44 kg $ha^{-1}$이었다. 지구온난화 지수(global warming potential : GWP)는 우분퇴비 처리구가 7,447 kg $ha^{-1}$로 가장 많았으며, 돈분퇴비 시용구는 6,474 kg $ha^{-1}$, 계분퇴비 시용구는 6,726 kg $ha^{-1}$ 그리고 볏짚시용구는 6,956 kg $ha^{-1}$이었다. 토양개량제 시용에 의한 온난화 가스 배출시험에서 석회 시용구의 $CH_4$ 배출량은 다근 처리에 비해 373 kg $ha^{-1}$로 가장 많았으며, 규산 시용구는 264 kg $ha^{-1}$, 인공제올라이트 시용구는 239 kg $ha^{-1}$ 그리고 볏짚 시용구는 310 kg ha-1이었다. $N_2O$ 배출량은 석회 시용구가 1.49 kg $ha^{-1}$, 규산 시용구가 1.40 kg $ha^{-1}$, 인공제올라이트 시용구가 1.38 kg $ha^{-1}$이었다. 지구온난화지수(GWP)는 석회 처리구가 8,295 kg $ha^{-1}$, 규산 시용구는 5,978 kg $ha^{-1}$, 인공제올라이트 시용구는 5,447 kg $ha^{-1}$ 그리고 볏짚 시용구는 6,956 kg $ha^{-1}$이었다.

포장 폐기물 감량을 위한 환경저해지수 제안 (Environmental Degradation Index for the Reduction of Packing Wastes)

  • 홍호진;조현민;최성훈
    • 산업경영시스템학회지
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    • 제43권1호
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    • pp.26-33
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    • 2020
  • The plastic waste problem is deepening all over the world. Plastic wastes have serious impacts on our lives as well as environ- mental pollution. The production and use of plastics increases every year, but once they are produced, they usually roam the earth for hundreds or thousands of years to pollute the environment. Although there is growing interest in plastic issues around the world and environmental regulations are being tightened, but no clear solution has yet been found. This study suggests Environmental degradation index (EDI). EDI can help raise consumers' attention to plastic wastes. In addition, EDI will contribute to reduce them in the future. As far as we know, this is the first study. We developed EDI for the confectionery packaging. This study defines four factors that may affect the environment of confectionery packaging: greenhouse gas emissions, energy consumption, methane emissions, and packaging space ratio. Then we quantify the value of each element and compute EDI as the sum of the four component values. In order to evaluate the feasibility of EDI proposed in this study, confectionery-packaging materials distributed in Korea were collected and analyzed. First, the types of confectionery are classified into pies, biscuits, and snacks and basic data was collected. Then the values of the four components were calculated using existing research data on the environment. We can use the proposed EDI to determine how much a product packing affects the environment.

CNG엔진에서 합성가스 연료의 연소 및 배기 특성 평가 (Characteristics of Combustion and Emission for Synthetic Natural Gas in CNG Engine)

  • 이성원;임기훈;박철웅;최영;김창기
    • 한국가스학회지
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    • 제19권6호
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    • pp.8-14
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    • 2015
  • 합성가스(SNG)는 석탄 가스화를 통하여 얻어지는 가스연료로서, 고유가로 인한 천연가스가격 상승을 대비할 수 있는 대체연료 중의 하나로 주목받고 있다. 본 연구에서는 메탄 90.95%, 프로판 6.05%와 수소 3%의 조성비를 갖는 SNG연료 모사가스와 압축천연가스 (CNG)를 11리터 급 CNG 엔진에 적용하여 연소 및 배기 특성을 비교실험 하였다. 연료공급시스템, 분사시기 등 엔진의 연소제어인자를 일정하게 하고 전부하 운전조건에서 엔진회전수 변화에 따른 출력, 열효율, 연소 안정성 및 배기특성을 비교하였다. 1260rpm, 전부하 운전조건에서 노킹특성도 분석하였다. SNG 연료를 사용했을 때 출력 저하 없이 연소안정성이 향상되어 열효율이 증가하였다. 질소산화물($NO_x$)의 배출은 CNG연료의 경우에 비해 증가되었으나 이산화탄소($CO_2$)의 배출은 감소하였다. SNG 연료를 이용하여 운전할 경우 내노킹성이 향상되었다.

무안지역 메탄가스의 단주기적 농도변화에 대한 평가 (Studies of Short-Term Variability of Methane in the Moo-Ahn Observatory Site in Korea)

  • 최규훈;윤용훈;김창희;조영민;김기현
    • 한국지구과학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.327-338
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    • 2001
  • 본 연구에서는 전남 무안지역을 중심으로 관측한 농도자료와 세계의 주요 배경관측지점인 Point Barrow(Alaska), Mauna Loa(Hawaii)를 중심으로 관측한 농도자료를 이용하여, 메탄의 농도분포특성을 지역 또는 시간의 함수로 비교분석하였다. 이들 관측점들은 주요 위도대를 대표하기 때문에, 위도별 베탄의 분포특성을 파악하는데도 중요한 단서를 제공하였다. 또한 본 연구결과에 기초하여 메탄의 농도변화양상을 여러 가지 시간적 주기로 비교하고, 그러한 결과의 의미를 다양한 통계적 기법에 기초하여 분석하였다. 전체 관측기간동안 확보된 일평균 농도자료로부터 계산된 무안지역의 농도는 1898${\pm}$85.3ppb(N=812)로 나타났다. 동일한 기관동안 두 개의 비교관측지점인 Point Barrow와 Mauna Loa 지역에서는 1832${\pm}$29.6ppb(N=823), 1745${\pm}$14.8ppb(N=818)의 평균농도가 각각 관측되었다. 각 지점에서 관측된 자료를 이용하여 빈도분포를 비교한 결과에 따르면, 무안지역에서 1900ppb의 최빈값을 나타낸 반면, Point Barrow, Mauna Loa 지역에서는 각각 1850, 1750ppb로 (상대적으로) 낮은 최빈값을 보여주었다. 이 논문에서는 국내의 관측점에서 발견되는 고농도의 메탄분포특성을 여러 관점에서 비교하고 해석하고자 하였다. 국외지역에서 주로 발견되는 미미한 수준의 농도변화 경향과 달리, 무안지역에서는 여타 지역들에 비해 절대적으로 높은 농도값이 유지되고 그 농도변화가 주야간대별로 뚜렷하게 구분될 정도로 주기적인 변화의 폭이 큰 것으로 확인되었다. 특히 무안지역에서는 낮시간대(6:00 AM 이후)에 농도가 낮아지고, 저녁시간대에 농도치가 상승하는 경향이 두드러졌다. 풍향과 CH$_4$농도관계를 비교한 결과, 연구대상지역이 서해안에 위치한 지리적인 요건으로 인해 상대적으로 청정한 해풍이 주를 이루는 서풍계열의 풍계가 나타날 때, CH$_4$의 농도는 낮은 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 본 연구에 의하면, 국내 지점의 메탄농도는 국외여타 지점에 비해 뚜렷하게 구분이 될 정도로 높은 수준을 유지하고 있다. 이러한 현상을 초래하는 원인으로 여타 비교대상지역들에 비해, 무안지역이 보다 다양한 배출원의 영향에 직접적으로 노출된데 따른 영향을 직간접적으로 반영하는 결과로 사료된다. 연구지점에서 발견된 CH$_4$의 고농도 현상과 일주기를 중심으로 반복되는 농도의 큰 진동폭이 나타나는 현상도 역시 주목할 만하다.

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