[논문]소나무와 굴참나무의 개체별 화재하중 및 탄소배출량 분석

박영주; 이해평; 황미정; 김민중; 이시영

소나무와 굴참나무의 개체별 화재하중 및 탄소배출량 분석
Analysis of Individual Fire Loads and $CO_2$ Emission for Pinus Densiflora and Quercus Variabilis 원문보기

박영주 (강원대학교) , 이해평 (강원대학교) , 황미정 (강원대학교) , 김민중 (강원대학교) , 이시영 (강원대학교)

본 연구에서는 산불발생에 따른 화재강도를 예측하고 취약성을 분석하기 위하여 소나무와 굴참나무를 대상으로 개체별 화재하중과 탄소배출량 분석 연구를 수행하였다. 화재하중은 소나무 3,566 THR/kg, 굴참나무 3,922 THR/kg 정도인 것으로 분석되었다. 또한, 이산화탄소 배출량은 소나무 $3,761.3CO_2/kg$, 굴참나무 $4,829.98CO_2/kg$ 정도인 것으로 분석되었으며, 일산화탄소 배출량은 소나무 182.176 CO/kg, 굴참나무 291.746 CO/kg 정도 배출하는 것을 알 수 있었다. 따라서 바이오매스량이 동일할 경우 굴참나무는 소나무보다 상대적으로 화재하중이 크게 작용하여 화재강도가 큰 것으로 나타났으며, 탄소배출량 또한 많아 산불에 취약한 것으로 나타났다.

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문제 정의

본 연구에서는 활엽수종 가운데 참나무의 대표수종인 굴참나무를 대상으로 산불의 화재 강도 및 산불동태를 예측에 필요한 개체별의 화재하중을 분석하고자 한다.

제안 방법

더 이상 중량 변화가 없을 때 실험을 종료하였으며, 결과값은 3회 측정한 결과의 평균값을 사용하였다. 연소효율이 100%라는 가정에 따른 부위별 총열방출량과 이산화탄소 및 일산화탄소 배출량을 분석하였다. 화재하중과 탄소 배출량은 식 (1), 식 (2), 식 (3)에 의해 산출하여 분석하였다.

대상 데이터

바이오매스량은 수간화 및 수관화 대상연료에 해당되는 생엽, 가지, 줄기를 대상으로 산출하였다.
화재하중 및 탄소배출량을 분석하기 위하여 대상 연료는 산불에 가장 취약한 수종으로 알려진 소나무와 내화수종으로 알려진 참나무류 가운데 굴참나무를 선정하였다. 바이오매스량은 수간화 및 수관화 대상연료에 해당되는 생엽, 가지, 줄기를 대상으로 산출하였다.

데이터처리

실험조건은 Table 1에 제시하였다. 더 이상 중량 변화가 없을 때 실험을 종료하였으며, 결과값은 3회 측정한 결과의 평균값을 사용하였다. 연소효율이 100%라는 가정에 따른 부위별 총열방출량과 이산화탄소 및 일산화탄소 배출량을 분석하였다.

성능/효과

1) 부위별 총열방출량을 살펴보면, 소나무의 경우 생 엽 1, 270 MJ/m2-kg, 가지 948 MJ/ m2-kg, 줄기 1, 348 MJ/m2-kg 이었으며, 굴참나무의 경우 생엽 362 MJ/m2-kg, 가지 1, 530 MJ/m2-kg, 줄기 2, 030 MJ/m2-kg 정도 배출하는 것으로 나타나 화재하중은 소나무는 3, 566 THR/kg, 굴참나무 3, 922 THR/kg인 것으로 분석되었다. 이러한 화재하중 차이는 산불발생 시 바이오매스량에 따라 발열량이 다르게 작용하여 화재 강도가 다르게 나타날 것으로 사료된다.
2) 이산화탄소 배출량은 소나무의 경우 생엽 986.2 CO₂/kg, 가지 1, 080.3 CO₂/kg, 줄기 1, 694.8 CO₂/kg 정도였으며, 굴참나무의 경우 생엽 1, 463.16 CO₂/kg, 가지 1, 658.36 CO₂/kg, 줄기 1, 708.46 CO₂/kg 정도 배출함을 알 수 있었다. 또한, 일산화탄소 배출량은 일산화탄소 배출량은 소나무의 경우 생엽 66.
3) 화재하중과 탄소배출량 분석 결과, 화재에 취약한 수종으로 알려진 소나무는 굴참나무보다 오히려 화재하중이 작고, 탄소배출량도 작은 것으로 분석되었는데, 이는 부위별 착화특성 차이와 착화 후 화염지속시간 차이와 부위별 성분차이에 기인한 것으로 사료되나, 실제 산불발생 시에는 바이오매스량 적용과 기상 등의 환경 인자에 따라 변수가 작용할 것으로 사료된다.
746 CCh/kg 정도 배출함을 알 수 있었다. 따라서 산불에 취약한 수종으로 알려진 소나무는 굴참나무보다 탄소배출량이 상대적으로 적은 것을 알 수 있었다.
따라서 식 (2)에 의해 산출된 이산화탄소 배출량은 소나무 3, 761.3 CO₂/kg, 굴참나무 4, 829.98 CQ/kg인 것으로 분석되었으며, 일산화탄소 배출량은 소나무 182.176 CO₂/kg, 굴참나무 291.746 C₆/kg 인 것으로 분석되었다.
236 CO/kg 정도 배출하는 것을 알 수 있었다. 따라서 이산화탄소배출량은 소나무 3, 761.3 CO₂/kg, 굴참나무 4, 829.98 CO₂/kg 정도인 것으로 분석되었으며, 일산화탄소 배출량은 소나무 182.176 CO₂/kg, 굴참나무 291.746 CCh/kg 정도 배출함을 알 수 있었다. 따라서 산불에 취약한 수종으로 알려진 소나무는 굴참나무보다 탄소배출량이 상대적으로 적은 것을 알 수 있었다.
46 CO₂/kg 정도 배출함을 알 수 있었다. 또한, 일산화탄소 배출량은 일산화탄소 배출량은 소나무의 경우 생엽 66.686 CO/kg, 가지 35.258 CO/kg, 줄기 80.238 CO/kg 정도였으며, 굴참나무의 경우 생엽 185.316 CO/kg, 가지 57.194 CO/kg, 줄기 49.236 CO/kg 정도 배출하는 것을 알 수 있었다. 따라서 이산화탄소배출량은 소나무 3, 761.
제시하였다. 부위별 총열방출량을 살펴보면, 소나무의 경우 생엽 1, 270 MJ/m2-kg, 가지 948 MJ/m2-kg, 줄기 1, 348 MJ/m2-kg 이었으며, 굴참나무의 경우 생엽 362 MJ/m2- kg, 가지 1, 530 MJ/m2-kg, 줄기 2, 030 MJ/m2-kg 정도 배출하는 것으로 나타났다. 따라 서식 (1)에 의해 산출된 화재하중은 소나무는 3, 566 THR/kg, 굴참나무 3, 922 THR/kg인 것으로 분석되었다.
이산화탄소 배출량은 소나무의 경우 생엽 986.2 CO₂/kg, 가지 1, 080.3 CO₂/kg, 줄기 1, 694.8 CO₂/kg 정도였으며, 굴참나무의 경우 생엽 1, 463.16 CO₂/kg, 가지 1, 658.36 CO₂/kg, 줄기 1, 708.46 CO₂/kg 정도 배출하였다.
이와 같이 산불에 취약한 것으로 알려진 소나무는 오히려 동일 바이오매스량의 경우 굴참나무보다 상대적으로 탄소배출량이 적은 것으로 나타났으며 , 굴참나무는 상대적으로 탄소 배출량이 많아 산불에 취약한 것으로 나타났다.
일산화탄소 배출량은 소나무의 경우 생엽 66.686 CO/kg, 가지 35.258 CO/kg, 줄기 80.238 CO/kg 정도였으며, 굴참나무의 경우 생엽 185.316 CO/kg, 가지 57.194 CO/kg, 줄기 49.236 CO/kg 정도 배출하는 것으로 나타났다.

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