한우 분뇨의 메탄 배출계수 개발
Developing methane emission factors for the Korean cattle (Hanwoo) manure
- 주제(키워드) 메탄 , 배출계수
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이건모
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 환경공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000027617
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
지구온난화와 기후변화의 주된 요인인 온실가스에 대해서는 많은 이들이 인지하고 있으며, 전세계적으로도 배출되는 온실가스를 감축하기 위한 노력이 진행되고 있다. 온실가스 배출량을 감축하고자 하는 흐름에 따라 국가적으로도 온실가스 배출량 산정과 감축을 위해 많은 연구와 노력이 필요한 상황이다. 온실가스 배출량이 산정되는 부문 중 하나인 가축분뇨에 대한 CH4배출계수 산정에는 분뇨에서 배출되는 휘발성 고형물과 여기서 발생할 수 있는 CH4의 양, 분뇨처리 시스템의 이용률과 시스템에서의 CH4 전환 계수 등과 같은 다양한 변수가 요구된다. 이에 대한 연구들은 대부분 장기간의 시간을 필요로 하기 때문에 CH4 배출계수 개발은 어려우며, 이런 개발이 어려운 배출계수에 대해 통계적 접근을 통해 문제점을 해소하고자 하였다. 이 연구의 목적은 시뮬레이션을 통한 통계적 접근을 통해 한우 분뇨의 CH4 배출계수를 개발하는 것으로서, 이를 위해 배출계수를 구성하는 변수에 대한 데이터들이 수집되었다. 분뇨에서 배출되는 휘발성 고형물의 양 데이터를 위해 30개 한우 농가가 무작위로 선정되어 분뇨가 수집되어, 실험이 진행되었고, 한우 분뇨에서 배출될 수 있는 최대 CH4 발생량, 분뇨처리 시스템별 이용률, 분뇨처리 시스템에서의 CH4 전환 계수 데이터를 위해 한우 분뇨 관련 연구들이 조사되었으며, 이에 대한 데이터가 수집되었다. 수집된 데이터인 가축의 체중과 분뇨로부터 배출되는 휘발성 고형물 양에 대한 통계적 분석 결과, 배출계수는 성장 단계가 유사한 3개의 체중에 따른 분류별로 개발되어야 한다고 밝혀졌다. 몬테카를로 시뮬레이션과 Bootstrap 방법이 CH4 배출계수의 구간 추정에 적용되었으며, Bootstrap으로 추정된 배출계수가 몬테카를로 시뮬레이션으로 추정된 배출계수보다 이 더 작은 신뢰구간 너비와 불확도 값(U)를 보였다. 결론적으로, 이 연구에서는 시뮬레이션을 통한 통계적 접근을 통해, 체중에 따른 분류별로 한우 분뇨의 CH4 배출계수를 개발하였다. 한우 분뇨의 CH4 배출계수는 각각 [0.57, 1.37], [1.43, 3.36], [1.12, 2.72] kg CH4/head-year이었으며, CH4 배출계수를 단일값이 아닌 구간으로 제시하였다.
more초록/요약
Various input variables are necessary to calculate a CH4 emission factor from the livestock sector, part of the greenhouse gas (GHG) emission. Typical input variables include volatile solids (VS) excreted from the livestock manure, total CH4 production from the volatile solids, fraction of manure management system types handling the livestock manure and the methane conversion factors for each manure management system. The objective of this research is to develop CH4 emission factor of the Korean cattle using the statistical simulation approach. Cattle manures were analyzed from the randomly chosen 30 Korean cattle farms in Korea for the analysis of its VS content. Data for the maximum methane production, fractional utilization rate of the manure treatment system, and methane conversion factor were collected from the literatures. The statistical analyses results of the VS contents and the cattle’s body weight showed that the methane emission factors should be developed for three different body weight classes of the cattle. Each body weight class reflects the growth phase of cattle. The Monte Carlo Simulation (MCS) and bootstrap method were applied to obtain interval estimates of the methane emission factor, and the emission factor from the bootstrap method resulted in smaller interval width and relative percentage uncertainty compared to that from the MCS method. The methane emission factors of the Korean cattle manure in three different body weight classes of the cattle were [0.57, 1.37], [1.43, 3.36] and [1.12, 2.72] kg CH4/head-year. A salient feature of this emission factor is that it is an interval estimate, not a point estimate, in the area of the cattle’s manure.
more목차
Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구 배경 2
1.2 연구의 필요성 4
1.3 연구 목적 6
1.4 논문 구성 7
Ⅱ. 문헌 연구 9
2.1 가축분뇨에서의 CH4 10
2.1.1 가축분뇨에서의 CH4 발생 10
2.1.2 CH4 생성 원리 10
2.2 IPCC 가이드라인 12
2.2.1 가축분뇨에서 발생하는 온실가스 12
2.2.2 산정 방법론 12
2.2.3 배출계수 선택 14
2.3 국내외 가축 분뇨 CH4 배출계수 산정방법 21
2.3.1 국내 가축 분뇨 CH4 배출계수 산정방법 21
2.3.2 해외 가축 분뇨 CH4 배출계수 산정방법 23
2.4 한우 분뇨의 CH4 배출계수 산정에서의 고려사항 30
2.4.1 기본 배출계수에 대한 이의 제기 30
2.4.2 가축의 체중에 따른 분류 31
2.5 확률밀도함수 33
2.5.1 정규 분포(Normal distribution) 34
2.5.2 로그 정규 분포(Log-normal distribution) 35
2.5.3 삼각형 분포(Triangular distribution) 36
2.5.4 균등 분포(Uniform distribution) 38
2.5.5 와이블 분포(Weibull distribution) 40
2.5.6 지수 분포(Exponential distribution) 42
2.5.7 포아송 분포(Poisson distribution) 44
2.6 확률밀도함수의 검정 46
2.6.1 콜모고로프 스미르노프 검정(Kolmogorov-Smirnov Test) 46
2.6.2 K-S Test의 순서 46
2.6.3 앤더슨 달링 검정(Anderson-Darling Test) 47
2.6.4 A-D Test의 순서 47
2.6.5 카이 제곱 검정(Chi-squared test) 48
2.6.6 Chi-squared Test의 순서 48
2.7 시뮬레이션 방법 49
2.7.1 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation) 49
2.7.2 몬테카를로 시뮬레이션 절차 49
2.7.3 Bootstrap 51
2.7.4 Bootstrap 절차 52
2.8 ANOVA(Analysis of variance) 53
2.9 Tukey HSD(Honest Significant Difference) 54
Ⅲ. 연구 방법 55
3.1 한우 분뇨의 CH4 배출계수 산정 56
3.1.1 분뇨에서 발생되는 CH4 배출계수 산정식 56
3.1.2 CH4 배출계수 산정시 세분류 기준 57
3.2 데이터 수집 및 분석 58
3.2.1 일간 휘발성 고형물 배설량(VS) 데이터 58
3.2.2 배설된 분뇨의 최대 CH4 발생량(Bo) 데이터 60
3.2.3 분뇨처리 시스템의 CH4 전환 계수(MCF) 데이터 60
3.2.4 분뇨처리 시스템별 이용율(MS) 데이터 60
3.2.5 ANOVA 수행 61
3.2.6 Tukey HSD 수행 62
3.3 시뮬레이션을 통한 CH4 배출계수 산정 63
3.3.1 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation) 63
3.3.2 Bootstrap 65
Ⅳ. 연구 결과 67
4.1 한우 분뇨의 CH4 배출계수 산정식의 데이터 68
4.1.1 일간 휘발성 고형물 배설량 68
4.1.2 ANOVA & Tukey 70
4.1.3 배설된 분뇨의 최대 CH4 발생량 73
4.1.4 분뇨처리 시스템 74
4.2 몬테카를로 시뮬레이션을 통한 산정 77
4.2.1 모수적 몬테카를로 시뮬레이션 결과 77
4.2.2 비모수적 몬테카를로 시뮬레이션 결과 82
4.3 Bootstrap을 통한 산정 84
4.4 산정된 한우 분뇨의 CH4 배출계수 간 비교 85
4.5 결과에 대한 고찰 92
4.5.1 체중 증가에 비례하지 않는 체중 분류별 CH4 배출계수 92
4.5.2 분뇨처리 시스템 데이터의 분포 가정 93
4.5.3 해외 육우 분뇨 CH4 배출계수와의 비교 95
Ⅴ. 결론 97
Ⅵ. 향후 연구 방향 99
Ⅶ. 참고문헌 101
Abstract 110
