산업 혁명 이후 메탄은 중요한 온실가스로, 지구 온난화 효과의 20%를 차지하고 있다. 메탄 자원화를 위해서는 매립가스 자원화 시설과 메탄 농도가 30% 이상인 경우가 필요하다. 바이오커버는 메탄 및 오염 가스를 분해할 수 있는 혼합 미생물 군집을 접종하여 사용하며, 환경 친화적이고 경제적이며 적용이 쉽다. 메탄은 바이오커버에서 메탄산화 세균에 의해 이산화탄소와 물로 분해되며, 이 세균은 절대 호기성으로 메탄을 에너지원으로 사용한다. 이 연구에서는 바이오커버를 설치하고, 메탄 산화 효율의 계절 및 기온 변화를 240일 동안 모니터링하였다.
<h1>서 론</h1> <p>메탄은 산업 혁명이후 중요한 온실 가스 중 하나로, 장기적으로 영향을 미치는 온실가스에 의한 지구 온난화 효과 중 \( 20 \% \)가 메탄에 의해 발생하고 있다. 메탄은 이후 100년을 고려했을 때 주요한 온실기체인 이산화탄소보다 단위 질량 당 온실효과(global warming potential, GWP)는 25배 이상의 강력한 온실가스로, 매립지는 인위적으로 발생하는 메탄의 가장 큰 오염원이다. 매립지에서 발생하는 메탄을 처리하기 위해 이를 포집하여 소각처리를 하거나, 에너지원으로 자원화시키는 방법이 있다. 메탄 가스를 자원화하기 위해서는 매립가스 자원화 시설이 필요하며 메탄 농도가 \( 30 \% \)이상 고농도인 경우에만 가능하다. 또한 매립지의 크랙에서 매립지 가스가 누출되는 문제점도 나타나고 있다. 이에 최근들어서는 기능성 복토인 바이오커버를 이용하여 메탄 배출량을 저감시키기 위해 연구가 활발하게 진행되고 있다. 바이오커버는 매립시 사용되는 복토에 메탄 및 오염 가스를 분해할 수 있는 혼합 미생물 군집(퇴비, 지렁이 분변토등)을 접종하여 사용함으로써 메탄을 처리하는 방식으로, 환경 친화적이고 경제적이며 매립지와 같은 면 오염원에 적용이 쉽다는 장점을 가지고 있다. 종래에는 연구실 규모에서주로 회분식 실험이나 연속식 반응조 실험으로 바이오커버 효율에 영향을 미치는 환경인자 등에 대한 연구가 주로 이루어졌으나, 최근들어 미국, 덴마크 등을 중심으로 해외에서 현장 적용 연구가 일부 진행되고 있다. 바이오커버에서메탄산화세균에 의해 메탄이 이산화탄소와 물로 분해되는데, 메탄산화세균은 주로 절대 호기성이며 methanemonooxygenase (MMO) 효소를 이용하여 메탄을 탄소원과 에너지원으로 사용한다. 메탄산화세균의 메탄 분해 효율은 바이오커버내의 물리적, 화학적, 생물학적 변수에 영향을 받는다. 일반적인 매립지는 대기 표면에 노출되어 있으며 또한 매립층이 균일하지 않아 바이오커버내 균일한 환경을 유지하기 어렵다. 향후 안정적으로 매립지내 메탄을 제거하는 바이오커버의 실용화를 위해서는 매립지 현장내 다양한 바이오커버 환경 변화에 따른 메탄 제거 특성에 대한 연구가 더 필요하다.</p> <p>본 연구진은 메탄 제거용 바이오커버의 개발에 대한 연구를 진행해오고 있다. 토양, 지렁이 분변토, 입상활성탄(granular activated carbon, GAC) 및 마사토 등 다양한 충전 소재를 이용하여 실험실 규모 바이오커버를 개발하여,benzene, toluene, dimethyl sulfide 등의 악취물질이 공존하는 조건에서 메탄 제거 성능을 평가한 결과, 메탄제거효율은 \( 47.3 \pm 8.4 \% \)이었다. 토버모라이트와 토양을 충전 소재로활용한 바이오커버의 메탄 제거 효율은 \( 67 \pm 11 \% \)이었다. 또한, 토양과 토버모라이트 및 지렁이분변토 혼합물을 활용하면 바이오커버의 메탄 제거성능이 향상되었다. 이 바이오커버에 의해 trimethal amine과 dimethyl sulfide와 같은악취물질은 \( 100 \% \) 제거되었고, 동시에 메탄도 \( 66.6 \pm 12.8 \% \)제거되었다. 향후 바이오커버의 상용화를 위해서는 매립지 현장에서 바이오커버의 성능에 대한 검증이 필요하다. 본연구에서는 생활 폐기물 매립지 현장에 파일럿 규모의 바이오커버 2기를 설치하고, 기온 및 계절에 따른 메탄 산화 효율의 변화를 240일 동안 모니터링하였다. 또한, 바이오커버충전 소재를 채취하여 혈청병에서 잠재 메탄 산화능을 평가하였다. 이러한 연구를 통해 바이오커버에 의한 매립가스 중메탄의 제거 특성과 이에 미치는 환경인자의 영향을 파악하고, 현장에 적용된 바이오커버의 메탄산화세균 활성에 대한정보를 구축하고자 하였다.</p>