[논문]농업잔재물 노천소각에 의한 대기오염물질 배출량 산출에 관한 연구

김동영; 최민애; 한용희; 박성규

doi:10.5572/kosae.2016.32.2.167

농업잔재물 노천소각에 의한 대기오염물질 배출량 산출에 관한 연구
A Study on Estimation of Air Pollutants Emission from Agricultural Waste Burning 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.32 no.2, 2016년, pp.167 - 175

김동영 (경기연구원) , 최민애 (경기연구원) , 한용희 (경기연구원) , 박성규 ((주)케이에프)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we estimate air pollutants emission from agricultural waste burning. We investigated activities related to agricultural waste burning such as crop burning rates, location, and time by region. The average crop burning rates per square meter farmland of fruits, pulses, barleys, cereals, vegetables, and special crops were $273.1g/m^2$, $105.7g/m^2$, $7.4g/m^2$, $121.0g/m^2$, $290.7g/m^2$, and $392.9g/m^2$, respectively. We estimated air pollutants emissions with pre-developed emission factors. The estimated air pollutant emission of agricultural biomass burning were CO 148,028 ton/year, $NO_x$ 5,220 ton/year, $SO_x$ 11 ton/year, VOC 59,767 ton/year, TSP 21,548 ton/year, $PM_{10}$ 8,909 ton/year, $PM_{2.5}$ 7,405 ton/year, and $NH_3$ 5 ton/year. When these results compared with the entire emissions of national inventory (CAPSS), CO, VOC, $PM_{10}$ account for about 17.8%, 6.2%, 6.7% of the total, respectively.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 생물성연소 부문 중 농업잔재물 노천소각에 의한 대기오염물질 배출량을 산정하였다. 이를 위해 배출량 산정방법을 검토하고, 현장에서의 설문 및 심층면담 조사를 통하여 작물별 소각량과 소각비율 등의 관련 활동도를 파악하였다.

제안 방법

농업잔재물 노천소각 관련 활동도(작물별 소각량, 소각형태 등) 조사를 위해 전국을 먼저 6개 권역(수도권, 강원권, 충청권, 영남권, 호남권, 제주권)으로 나누었다. 일반적으로 농업잔재물 노천소각은 농촌지역에서 발생하는 경우가 대부분이기 때문에 농촌지역을 위주로 조사를 실시하였다.
농업잔재물 소각과 관련된 활동도는 현장에서 직접 면담을 통해 설문결과를 도출하였고, 필요시 현장에서 저울을 사용하여 즉시 무게를 달아 발생한 농업잔재물의 양을 측정하여 결과에 반영하였다.
이를 위해 배출량 산정방법을 검토하고, 현장에서의 설문 및 심층면담 조사를 통하여 작물별 소각량과 소각비율 등의 관련 활동도를 파악하였다. 또한 국내에서 직접 실험을 통해 개발된 대기오염물질 배출계수를 사용하여 대기오염물질 배출량을 산정하였다. 산출된 배출량은 국가 대기오염물질 배출량 통계 자료와 비교하였다.
배출계수 항목은 대기정책지원시스템(CAPSS)에서 배출량을 산출하는 항목으로 입자상 오염물질은 TSP, PM₁₀, PM_2.5, 가스상 오염물질로는 CO, SO_x, NO_x, VOC, NH₃를 분석하였다. 농업잔재물 소각 부문 대기오염물질 배출계수는 표 7과 같다.
본 연구에서 조사한 작물별 단위 재배면적당 소각량과 작물별 재배면적 등 활동도 자료와 배출계수를 사용하여 대기오염물질 배출량을 산출하였다. 최근 5년간(2010~2014년) 농업잔재물 노천소각에 따른 대기오염물질 배출량 산출 결과는 표 8과 같다.
본 연구에서는 농업잔재물 노천소각에 대한 마을단위 설문 및 심층면담 조사를 통해 소각량과 소각행태 등 관련 활동도를 파악하였으며, 그 결과를 이용하여 2010년부터 2014년까지 5년 동안의 대기오염물질 배출량을 산정하였다.
본 연구에서는 현장에서 수행한 조사결과를 이용하여 작물 종류별로 소각비율을 추정하였다. 일부 재배작물 중 조사된 자료가 적은 경우에는 소각비율 산정에서 제외하였다.
, 2015; KEITI, 2014) 결과를 적용하였다. 이 연구에서는 모형 챔버를 제작하여 연소실험을 통해 배출계수를 도출하였다.
본 연구에서는 생물성연소 부문 중 농업잔재물 노천소각에 의한 대기오염물질 배출량을 산정하였다. 이를 위해 배출량 산정방법을 검토하고, 현장에서의 설문 및 심층면담 조사를 통하여 작물별 소각량과 소각비율 등의 관련 활동도를 파악하였다. 또한 국내에서 직접 실험을 통해 개발된 대기오염물질 배출계수를 사용하여 대기오염물질 배출량을 산정하였다.
농업잔재물 노천소각 관련 활동도(작물별 소각량, 소각형태 등) 조사를 위해 전국을 먼저 6개 권역(수도권, 강원권, 충청권, 영남권, 호남권, 제주권)으로 나누었다. 일반적으로 농업잔재물 노천소각은 농촌지역에서 발생하는 경우가 대부분이기 때문에 농촌지역을 위주로 조사를 실시하였다. 설문 대상 지역은 지역 편차를 줄이기 위해 각 권역별로 총인구 대비 농업인구 비율이 높은 지역을 조사대상으로 선정하였다.
주요 설문 내용은 응답자의 거주 지역, 주 업종, 가족 구성원, 성별, 나이 등 기본사항과 단위 면적당 작물 소각량, 소각장소 및 시기 등 소각행태와 관련된 활동도를 조사하였다.

대상 데이터

마을 및 가구단위로 심층 면담 조사를 실시한 결과 전국에 걸쳐 총 45개 시·군, 111개 읍·면·동, 244개부락을 방문하여 전체 1,002개의 설문을 수행하였다.
일반적으로 농업잔재물 노천소각은 농촌지역에서 발생하는 경우가 대부분이기 때문에 농촌지역을 위주로 조사를 실시하였다. 설문 대상 지역은 지역 편차를 줄이기 위해 각 권역별로 총인구 대비 농업인구 비율이 높은 지역을 조사대상으로 선정하였다. 표 3은 통계청의 2010년 기준 각 권역별 농업인구 분포 특성을 나타낸 결과이다.
소각되는 작물의 국내 재배면적은 통계청의 지역별 작물별 재배면적을 이용하였으며, 그 내용은 표 2와 같다. 과수의 경우 사과 재배면적이 30,702 ha로 가장 넓은 것으로 나타났고, 이 중 61.

데이터처리

또한 국내에서 직접 실험을 통해 개발된 대기오염물질 배출계수를 사용하여 대기오염물질 배출량을 산정하였다. 산출된 배출량은 국가 대기오염물질 배출량 통계 자료와 비교하였다.

이론/모형

농업잔재물 소각에 의한 대기오염물질 배출량 산정을 위해 대기오염물질 배출계수는 국내에서 최근 실측된 기존연구(Park et al., 2015; KEITI, 2014) 결과를 적용하였다. 이 연구에서는 모형 챔버를 제작하여 연소실험을 통해 배출계수를 도출하였다.
농업잔재물 소각에 의해 발생되는 대기오염물질 배출량 산정방법은 기본적으로 미국 CARB (2006)의 방법을 적용하였다. 이는 경작지 면적과 단위 면적당 작물의 소각량 그리고 대기오염물질 배출계수의 곱으로 산출한다.
따라서 농업잔재물 소각에 의한 대기오염물질 배출량을 시·군·구 단위로 배분하기 위해 “2010년 농림어업총조사(통계청)”의 경작지 면적 비율을 사용하였다.

성능/효과

본 연구 결과를 현재 활용 가능한 국가배출목록 CAPSS의 2012년 배출량 자료와 비교한 결과는 표 10과 같다. 2012년 CAPSS의 CO, VOC, PM₁₀배출량은 각각 703,586, 911,322, 119,980 ton인데, 본 연구의 2012년 농업잔재물 노천소각 배출량은 각각 152,196, 59,839, 8,642 ton으로 이는 전체 배출량의 17.8, 6.2, 6.7%에 해당되어 상대적으로 기여도가 큰 것으로 나타났다. 반면 NO_x 배출량은 CAPSS 배출량이 1,075,207 ton인데 본 연구의 경우 5,122 ton으로 0.
농업잔재물 소각행태를 월별로 살펴보면 작물별 재배 시기에 따라 다소 차이가 있지만, 보통 농사를 준비하는 이른 봄(2월~3월) 또는 수확 이후 늦가을(10월~11월)에 집중적으로 소각하는 것으로 조사되었다. 과수, 잡곡의 경우 2~3월의 소각 비율이 각각 48.
다음으로 화목난로·보일러 (펠릿난로·보일러) 부문 대기오염물질 배출량이 CO 60,049, NOx 2,215, VOC 17,724, PM10 2,044 ton으로 각각 26.0, 26.0, 19.9, 14.3%를 차지하였다.
7%에 해당되어 상대적으로 기여도가 큰 것으로 나타났다. 반면 NO_x 배출량은 CAPSS 배출량이 1,075,207 ton인데 본 연구의 경우 5,122 ton으로 0.5%를 차지함으로써 매우 적은 양을 차지하는 것으로 나타났다.
우리나라와 미국의 통계가 서로 다르기 때문에 각 작물별로 상세한 직접적 비교는 어렵다. 비교 결과, 우리보다 미국 CARB의 값이 큰 것을 알 수 있었다. 이는 미국의 농업방식이 다르기 때문에 차이가 나는 것으로 판단된다.
우선 생물성연소 부문 전체 배출량은 CO 230,997, NO_x 8,519, VOC 88,915, PM₁₀14,312 ton이었다. 이 중에 농업잔재물 노천소각이 차지하는 비율은 각각 65.9, 60.1, 67.3, 60.4%로 가장 많은 양을 차지하는 것으로 나타났다. 다음으로 화목난로·보일러 (펠릿난로·보일러) 부문 대기오염물질 배출량이 CO 60,049, NO_x 2,215, VOC 17,724, PM₁₀ 2,044 ton으로 각각 26.
작물별 농업잔재물 양과 소각비율을 적용하여 도출한 단위 면적당 작물별 평균 소각량은 특용작물이 392.9 g/m²으로 가장 큰 값을 나타냈다. 다음으로 채소 290.
지역적으로 보다 상세하게 시·군·구별로 PM10 배출량을 살펴보면 경상북도 상주시, 의성군, 안동시, 경주시가 각각 229, 195, 194, 190 ton으로 가장 많은 배출량을 나타냈고, 다음으로 충청북도 충주시, 청원군도 각각 175, 164 ton으로 나타났다.
일부 재배작물 중 조사된 자료가 적은 경우에는 소각비율 산정에서 제외하였다. 현장조사 결과, 주로 소각되는 작물의 종류는 크게 과수, 두류, 맥류, 잡곡, 채소, 특용작물이며 세부 항목별로는 과수(배, 사과, 복숭아, 포도), 두류(콩), 맥류(보리), 잡곡(옥수수), 채소(고추), 특용작물(참깨, 들깨, 땅콩)로 나타났다. 농업잔재물 소각 작물 종류는 표 1과 같다.

후속연구

7%를 차지하는 것으로 나타나 상대적으로 기여도가 큰 것으로 나타났다. 향후 이들 배출원에 대한 적극적인 관리가 필요한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	농업잔재물을 노천에서 소각할 경우, 발생하는 물질은 무엇인가?	농업잔재물을 노천에서 소각할 경우 일산화탄소, 질소산화물, 휘발성 유기화합물, 검댕을 포함한 상당한 양의 미세먼지가 대기 중으로 배출된다. 또한, 검댕이나 휘발성 유기화합물이 광화학반응을 일으켜서 오존이나 질산과 같은 광화학 스모그를 형성하여 시정을 더욱 악화시키는 요인으로도 작용한다(Seo, 2011).
	농업잔재물이란 무엇인가?	농업잔재물이란 농업 활동에 수반하여 발생되는 폐기물로 가지치기한 과수, 추수하고 남은 볏짚, 고춧대, 깻대 등이 여기에 해당된다. 이 밖에 병해충이나 기상재해 등으로 인해 죽은 잔여물 등도 농업잔재물에 포함된다.
	PM2.5 이하의 초미세먼지처럼, 입자 크기가 작을수록 나타나는 특징은 무엇인가?	5 이하의 초미세먼지가 많다. 먼지는 입자 크기가 작을수록 대기 중 체류시간이 길어지고 이동거리도 늘어나 영향권이 매우 넓어지는 특성이 있다. 환경부에서 수행한 PM2.

참고문헌 (10)

CARB (California Air Resources Board) (2008) 2007 Area Sources Emission Inventory Methodology : 670 - Agricultural Burning.
CARB (California Air Resources Board) (2006) Emission Inventory Methodology-San Joaquin Valley Unified Air Pollution Control District: Agricultural Burning.
KEITI (Korea Environmental Industry & Technology Institute) (2014) Improvement of air pollution emission data by biomass burning.
NIER (National Institute of Environment Research) (2012) CAPSS (Clean Air Policy Support System).
NIER (National Institute of Environment Research) (2009) A study on the estimation of emission and contribution rate for $PM_{2.5}$ .
Park, S.K., Y.S. Hong, D.K. Kim, D.Y. Kim, and Y.K. Jang (2015) Emission of Air Pollutants Agricultural Crop Residues Burning, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 31(1), 63-71. (in Korean with English abstract)

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Seo, Y.H. (2011) Estimation of emission factor of $PM_{10}$ and determination of PAH in $PM_{10}$ particles collected from biomass burning, rice straw, J. Korea Soc. Environ. Administ., 17(2), 95-103. (in Korean with English abstract)
Statistics Korea (2014) Statistic of agricultural area.
Statistics Korea (2010) Agricultural Census Report.
UNEP (United Nations Environment Programme) (2009) Converting waste agricultural biomass into a resource, Compendium of Technologies.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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