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환경정화용 식물 기술

환경정화용 식물 개발식물을 이용하여 토양이나 수자원, 공기 중으로부터 오염물질을 제거하거나 유해하지 않도록 처리하는 방법을 식물이용 환경정화기술이라고 한다. 어떤 특정 식물들은 방어기작의 일환으로 유해물질을 체내에 흡수하여 식물의 액포에 저장함으로써, 스스로는 그 독성을 피하고 다른 생물에게 먹혔을 때 독성이 나타나도록 한다.식물을 이용한 환경정화는 이러한 식물의 특성을 이용하여 환경으로부터 각종 오염물질을 제거하거나 무독화 시키는 것을 의미한다. 최근 환경에 대한 관심이 크게 증가하여 1990년대 이후부터 식물이용 환경정화기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 각각의 오염물질에 대해 정화기능을 가지는 식물체의 선별 및 정화 능력을 극대화하기 위한 연구, 그리고 오염 현장에 대한 적용가능성 등에 대해 국내 및 선진국 등에서 활발하게 연구가 진행되고 있다. 생태계에 존재하는 다양한 오염물질을 효괒ㄱ으로 제거하기 위해서는 오염물질의 종류나 오염정도, 오염지역의 자연환경 등을 고려하여 그에 적합한 방법이나 식물을 사용하는 것이 필요하다.해바라기 및 인디언 겨자를 이용한 환경정화 적용사례토양이나 지하수로부터 오염물질을 제거하는 능력을 가진 식물을 실제 환경정화에 사용한 대표적인 예는 해바라기이며, 체르노빌 원자력발전소 방사능 유출 지역을 정화하는데 해바라기가 이용됐다. 1986년 우크라이나의 체르노빌에서 일어난 방사능 유출사고 때문에 최대 반경 100km 지역이 오염되었을 것으로 추정되었다. 아이오딘과 방사성 세슘, 방사성 스트론튬, 플루토늄 등이 이 지역의 토양과 지하수 뿐 아니라 동,식물에서도 발견되었고, 방사능 오염지역의 범위가 너무 방대했기 때문에 토양을 수거한 후 소각하거나 화학처리 하는 기존의 처리방법을 적용하기에는 무리가 있었다. 미국 뉴저지의 식물 조정작업 회사는 해바라기가 금속을 잘 흡수하는 점을 이용해서 식물을 이용한 추출 방법으로 넓은 오염지역을 효과적으로 정화할 수 있는 가능성을 제시하였다. 해바라기를 방사성 물질로 오염된 연못에서 12일 동안 키웠을 때, 해바라기의 줄기에는 연못 물에 비해 8,000배나 높은 양의 방사성 스트론튬(Sr)이, 그리고 뿌리에는 2,000배에 달하는 방사성세슘(Cs)이 저장되었다. 이러한 해바라기의 특성을 이용해 체르노빌 인근의 오염된 연못에 해바라기를 띄워 약 2~3주간 키우면서 방사성 물질을 뿌리에 많이 흡수하도록 한 뒤 수거하여 방사성 쓰레기로 처리하였다. 같은 지역에 반복적으로 새로운 해바라기를 도입하여 연못 내의 방사성 물질을 제거하였을 뿐 아니라, 주변 토양의 오염물질도 지하수를 통해 이동시켜 정화할 수 있었다. 전체 토양을 수거하여 정화할 필요가 없이 상대적으로 부피가 작은 식물만 수거하여 처리하면 되기 때문에 다른 방법보다 훨씬 저렴하고 적용 방법이 간단하며, 광범위한 오염지역을 정화하는데 큰 도움이 되었다.식물을 이용한 환경정화 및 국내 적용사례식물을 이용한 환경정화 방법은 위에서 언급한 방사성 물질이나 납 이외에도 다른 중금속과 유기 오염물질로 오염된 토양과 지하수의 정화에도 적용되고 있다. 미국은 오염이 심각한 지역을 슈퍼 펀드 지역으로 지정하고, 식물을 이용하여 환경을 정화하려는 시도를 하고 있다. 이들 지역에서는 각각의 오염물질과 오염지역의 특성에 따라 다양한 종류의 식물을 이용하여 오염물질을 제거하려는 노력을 하고 있다. 예를 들어, 포플러 나무는 뿌리가 땅속 40~50피트 깊이까지 파고들어 지하수 속의 트리클로로에틸렌(TCE)을 흡수하는데 유리하다는 것이 알려져 있다. 이러한 특성을 살려 미국 메릴랜드의 에버딘 무기시험장 지역과 텍사스의 카스웰지역 등지에서 TCE로 오염된 지하수를 정화하는데 포플러 나무를 사용하였다. 인디언 겨자는 납과 같은 중금속을 효과적으로 흡수하는 과축적 식물로 알려져 있어 미국 트윈시티 군사지역의 정화에 사용되었다.국내의 경우에는 국립산림과학원에서 식물을 이용한 환경정화를 시도하고 있다. 축산폐수를 포플러를 이용하여 정화하거나, 심각한 토양오염으로 신음하고 있는 강원도 정선, 태백이나 경북 봉화 등 폐광지의 중금속 오염토양에 박달나무를 심어 정화할 계획이지만, 아직까지 시험단계에 머무르고 있는 실정이다. 또한, 쑥을 이용하여 중금속으로 오염된 토양을 정화하려는 연구도 진행되고 있는데, 품종 개량을 통해서 중금속 내성이 강화된‘고려쑥’을이용해중 금속으로 오염된 토양을 정화하는 기술을 개발했다. 고려 쑥을 오염된 토양에 심어두면 쑥이 카드뮴 등의 중금속을 흡수하여 다른 생물에 독성이 옮겨가지 않도록 할 뿐만 아니라, 오염된 흙 알갱이가 빗물 등의 물리적 자극에 씻겨 내려가는 것을 막게 될 것으로 전망된다. 그리고 서울대 생명과학부 이은주 교수팀은 갈대를 이용해 침출수를 정화하는 연구를 진행 중이다. 갈대는 성장이 빠를 뿐 아니라 수생식물로서 침출수나 하천을 정화하는데 유용하게 이용될 수 있다. 그리고 이은주 교수팀이 전국에서 수집한 갈대로 침출수 정화력을 시험한 결과, 일반 갈대는 질소 및 인을 80% 이상 제거하는 것으로 나타났으며, 우수한 품종의 경우에는 일반 갈대에 비해 정화력이 2배 이상 우수한 것으로 나타났다.

공학/기술| 2022.06.25| 3페이지| 1,000원| 조회(188)

환경정화, 환경정화식물, 환경정화용 식물 개발, 과축적 식물, 국내 적용사례

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인공광합성과 인공나뭇잎 기술

인공 광합성, 인공 나뭇잎1. 인공 광합성1) 자연 광합성지구상의 모든 생물은 생존을 위해 에너지를 필요로 한다. 먹이사슬의 상위단계에 있는 개체는 하위단계의 개체로부터 에너지를 얻는다. 식물은 먹이사슬의 가장 아래에 있지만 지구상에서 스스로 에너지를 생산할 수 있는 유일한 생물이다. 식물은 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 생물의 에너지원인 탄수화물을 생산한다. 이것이 우리가 알고 있는 ‘광합성’ 과정이다. 따라서 광합성은 지구상의 모든 생명현상 중에서도 가장 경이롭고 중요한 현상이다.광합성은 크게 명반응과 암반응으로 구성되어 있다. 명반응은 엽록소와 효소 등으로 이루어진 엽록체에서 일어난다. 엽록소는 태양빛을 흡수하면 에너지적으로 들뜬 상태가 된다. 이 들뜬 에너지는 주변으로 높은 에너지의 전자를 전달해 일련의 화학반응을 일으키게 한다. 이러한 화학반응을 통해 식물은 물을 분해해 산소를 생성한다. 뿐만 아니라 다양한 화학반응의 에너지원인 ATP와 NADPH를 만들게 된다. 이렇게 생성된 ATP와 NADPH는 암반응 과정(캘빈회로) 을 통해 이산화탄소로부터 탄수화물을 합성하는데 이용된다.2) 인공광합성[그림1] 자연광합성과 염료감응 태양전지의 유사성을 이용해 개발한 인공광합성 기술인공 광합성 기술은 태양전지 기술을 이용해 NADP+로부터 NADPH를 재생시키는 자연 광합성의 명반응을 모방했다. 또 암반응 과정을 산화환원효소로 대체해 효소반응을 이용했다. 효소는 단백질로 이루어진 생체촉매를 일컫는 말로, 기존에 산업적으로 사용되는 촉매와는 달리 상온, 상압, 중성 pH의 온화한 조건하에서 부산물의 생성 없이 특정 화학물질만 선택적으로 합성할 수 있다는 장점이 있다.다양한 효소 중에서 산화환원 효소는 특히 기존의 촉매로는 거의 불가능한 광학이성질체나 신약원료물질의 합성이 가능해 정밀화학물질이나 신약 산업으로 활용할 수 있을 것으로 기대되어 왔다. 일례로 산화환원효소를 이용하면 당뇨병 치료제나 에이즈 치료제의 원료물질 등을 생산할 수 있다. 그러나 산화환원효소를 실제 산업적으로 활용한 예는 극히 드문 실정이다. 이는 산화환원효소의 촉매반응이 NADPH와 같이 1g당 수백만 원을 호가하는 고가의 보조인자를 소모하기 때문이다.이러한 문제를 해결하기 위해 KAIST 연구팀은 NADP+로부터 NADPH를 재생하는 자연광합성의 명반응과 염료감응 태양전지의 유사성에 주목했다[그림1]. 광합성에서는 엽록소가 가시광선을 흡수해 들뜬 상태가 되면 고에너지의 전자를 주변에 전달해 NAD(P)+로부터 NADPH를 재생한다.이와 유사하게 염료감응 태양전지에서는 황화카드뮴(CdS) 양자점과 같은 염료가 가시광선을 흡수해 들뜬 상태가 되면 고에너지의 전자를 주변의 산화티타늄(TiO2)에 전달해 전기를 생산하게 된다. 연구팀은 이러한 유사성에 착안, 염료감응 태양전지를 이용해 전기를 생산하는 대신에 NADP+로부터 NADPH를 재생하는데 성공했다. 더 나아가 재생된 NADPH를 산화환원효소 반응과 연결시켜 고부가가치의 정밀 화학물질을 생산하는 ‘인공 광합성’ 기술을 개발해냈다.이 인공 광합성 기술을 실제 산업에 적용하기 위해서는 광반응 효율성 향상, 생체물질인 효소의 안정성 향상 등 해결해야 할 문제가 아직 남아있다. 하지만 무한 에너지원인 태양광을 이용해 신약원료물질, 광학이성질체와 같은 고부가가치의 정밀화학물질을 친환경적으로 생산할 수 있다는 점에서 그 파급효과가 매우 클 것으로 예상된다.2. 인공 나뭇잎기후변화는 눈앞의 위기다. 세계가 함께 온실가스 절감을 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. 특히 대표적 온실가스인 이산화탄소를 처리하는 방법에 대한 관심이 높다. 점차 늘어나는 이산화탄소와 지구온난화라는 위기를 기회로 삼기 위한 노력도 있다. UNIST가 추진 중인 CO₂를 이용해 수송용 연료를 생산하는, 말 그대로 무(無)에서 유(油)를 창조하는 기술이다.UNIST 연구진은 이산화탄소 활용(Carbon Capture & Utilization, CCU) 방안 중 이산화탄소의 휘발유로 전환하는 기술에 집중했다. 이재성 에너지 및 화학공학부 교수는 세계 최초로 ‘이산화탄소-연료유 직접 전환 촉매’를 개발해 이산화탄소의 자원화 가능성을 제시했다.파리기후협약으로 기후변화와 이산화탄소 포집 및 처리에 대한 관심이 세계적으로 고조되고 있는 현재, 이산화탄소 배출량 세계 12위의 대한민국도 온실가스 처리에 대해 고심하고 있다. 기존 국내 이산화탄소 처리 연구는 이산화탄소 저장(CCS, Carbon Capture & Storage) 방식의 기술개발에 집중해 왔으나, 지중 및 해양퇴적 암반에의 저장 방식은 지질학적 문제로 한계에 부딪쳤다.이에 이산화탄소의 재활용·자원화를 통해 기후변화협약을 경제성장의 기회로 만들기 위한 연구개발의 방향전환이 이뤄지고 있다. 골칫덩이로만 여겨지던 CO₂를 유용한 자원으로 만드는 방법을 찾는 것이다. 국내 연구진들은 과학기술정보통신부의 탄소자원화 전략을 중심으로 이산화탄소의 전환, 재활용을 통해 화학소재, 제품 및 원료를 생산하는 새로운 기술 개발을 진행해왔다.UNIST, 차세대 촉매와 인공나뭇잎으로 CCR 비전 제시이재성 교수는 세계 최초로 이산화탄소를 연료유로 직접 전환하는 촉매를 개발했다. 2016년 발표한 이 연구의 핵심은 구리와 철로 이뤄진 ‘델라포사이트(delafossite)’ 촉매를 이용한 이산화탄소의 수소화 반응이다. 값싼 소재로 만든 촉매를 이용해 한 단계 반응만으로 연료유를 얻을 수 있다는 점이 특징이다. 기존 연구들이 두 단계 이상의 반응을 거친 것과 대조적이다.[그림2] 왼쪽은 이산화탄소의 수소화 반응에 활용된 촉매, 델라포사이트의 모습이고 오른쪽은 이 반응으로 생성된 디젤의 모습이다.연료유 생산 공정은 이산화탄소(CO₂)와 수소(H₂)를 반응시켜 휘발유로 사용할 수 있는 탄화수소를 만드는 과정이다. 이 때문에 이산화탄소와 수소, 두 가지 원료 확보가 중요하다. 이산화탄소는 저감 대상인만큼 풍부하지만, 수소를 얻는 일은 간단하지 않다. 수소는 매장자원이 아니기에 천연가스나 납사를 이용해 생산해야 한다. 하지만 이 과정은 복잡하고 비쌀 뿐 아니라 이산화탄소를 배출하는 문제를 갖고 있다.이 문제를 해결하기 위해 수소 생산을 위한 새로운 방식을 제시했다. 광촉매를 사용해 만든 고효율 ‘인공나뭇잎’ 소자로 이산화탄소 배출 없이 수소를 생산하는 것이다. 나뭇잎의 광합성 반응 원리에 착안한 ‘인공나뭇잎’은 물과 태양광을 원료로 수소 연료를 생산한다. 이 교수팀은 2016년 12월 해조류의 광합성 원리를 이용, 태양에너지의 수소 전환 효율을 8%까지 끌어올리며 ‘인공나뭇잎’ 소자의 상용화 가능성을 높였다.

공학/기술| 2022.06.25| 5페이지| 1,000원| 조회(914)

나뭇잎, 기후변화, 광합성, 인공광합성, 인공나뭇잎, 자연 광합성

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[환경생태학]온실가스 문제와 현황과 대책 평가A좋아요

환경생태학레포트- 온실가스 문제의 현황 및 대책담당 교수:학과:학번:이름:1. 서론인류의 놀라운 발전이 이루어진 이래, 대기오염 및 기후변화로 인한 지구온난화는 인류가 해결해야 할 가장 심각한 과제가 되었다. 그 가운데 가장 논란이 되는 부분은 화석연료의 사용으로 인해 발생하게 되는 온실가스 배출 문제이다. 2019년 세계경제포럼(WEF)는 전 세계를 위협할 가능성이 가장 큰 요인 세 가지로 기상 이변, 기후변화에 대한 대응 실패, 자연재해를 지목하였고, 발생 시 파급력이 가장 큰 위험에서도 위 세 가지를 우선으로 지목하였다. 이처럼 20세기를 기점으로 급격히 증가하고 있는 온실가스와, 이에 따른 기후변화로 인해 국제사회는 2015년 새로운 파리기후협정을 맺고 2030년 기후변화 대응 목표를 갱신함과 동시에 2020년부터 신기후체제의 본격적인 이행을 알렸다. 특히 2020년은 각 당사국이 기존에 제출한 온실가스 감축 목표를 다시 검토하는 시기로서 의미가 있는 동시에, 전 세계가 코로나19라는 유례없는 감염병 문제에 직면해 있는 시기이기도 하다. 이와 관련하여 코로나 19가 인류의 무분별한 지구파괴에 대한 영향이라는 이야기가 제기되고 있고, 코로나19를 극복하면서 전 세계는 기후변화 대응이라는 공통의 과제에 더 주목하는 계기가 되고 있다. 이처럼 온실가스로 인한 기후변화 이슈는 국내만이 아닌, 국제적인 관심으로 우리가 앞으로 직면해야 할 문제이다. 이 보고서를 통해서 현재 문제되고 있는 온실가스의 심각성과 배출현황, 이를 해결하기 위해 각국에서 시행되고 있는 정책, 그리고 가까운 미래에 활용할 수 있는 온실가스 저감 기술 등에 대해서 다뤄보고자 한다.2. 온실가스의 원인 및 문제1) 온실가스 종류 및 배출 특성온실가스란 대기를 구성하는 여러 기체들 가운데 대기 중으로 방출되는 복사열을 흡수하여 지구 기온이 상승하는 온실효과를 일으키는 기체라고 정의된다. 온실가스는 온실효과에 직접적으로 관여하는 직접 온실가스(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6대해 저감 및 관리대상 온실가스로 규정하였다.[표 1] 온실가스 종류 및 특성 (출처: 김승도 (2008). 온실가스 배출량 산정방법. 대한전자공학회 학회지, 76.)[표 2] 국가 온실가스 종류별 배출량 (출처: kosis 국가통계포털)[표 1]은 이산화탄소가 지구온난화에 미치는 영향을 1로 두었을 때, 상대적으로 다른 온실가스의 영향성을 나타내는 표이다. 상대적으로 지구온난화지수가 높은 수화불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6)에 비해CO _{2}가 온난화기여도가 2배 이상 높다는 것을 알 수 있다. 그 이유는 [표 2]와 같이,CO _{2}의 배출량이 총 배출량의 약 90% 이상을 차지하기 때문이다. 따라서 온실가스 감축의 가장 핵심은 탄소 저감이며, 탄소 저감과 관련된 많은 정책이 국내 외에서 도입되고 있는 실정이다.2) 온실가스 문제의 심각성 및 현황산업화 이전부터 현재까지 장기간의 온난화 경향이 반영되어, 2006~ 2015(10년)에 관측된 전지구 평균 지표온도(GMST)는 1850~1900년 평균보다 약 0.87CENTIGRADE 높았다 [그림 3]. 특히 최근 5년(2013~2017년) 기준으로는 약 10년에 0.2CENTIGRADE 상승으로 추정되고 있으며, 기간에 따라 상승 폭은 다르지만 방향성은 변하지 않고 있다. 이러한 상황이 지속되면 2060년에는 온도변화가 1.5CENTIGRADE 를 넘어 2CENTIGRADE 에 도달할 것이라고 보고되고 있다. 이러한 온도 상승이 불러올 파장에는 해수면 0.3~0.9m 상승, 해양어획량 300만톤 감소, 동물8%BULLET 식물16%BULLET 곤충18% 종의 감소, 우리나라가 속한 중위도의 극한 온난일 약 4CENTIGRADE 상승 등이 있다. 일부 생태계 손실과 같은 영향은 장기간 지속되거나 비가역적일 수 있으며, 다시 현재의 상태로 돌아오는 것이 불가능할 수 있다. 이처럼 쉽게 예상 가능한 일차원적인 영향 외에도, 다양한 부문의 잠재적 영향과 위험이 발생할 수 있다. 건 높음까지, 1.0~1.5CENTIGRADE 사이에서 RFC2(극한 기상 현상)에 대해 보통에서 높음까지 나타난다. 그리고 1.5 ~2.0CENTIGRADE 사이에서 RFC3(영향의 분포)에 대해 보통에서 높음까지, 1.5~2.5CENTIGRADE 사이에서 RFC4(전지구 총 영향)에 대해 보통에서 높음까지 나타난다. [그림 2] 다섯 가지 통합 우려 단계(출처: 지구온난화 1.5 특별보고서)이러한 심각성으로 인해 현재 국제적으로는 지구 기온의 상승 폭을 1.5CENTIGRADE 미만으로 제한하기 위한 노력을 하고 있다. 인간활동에 기인한 전지구CO _{2} 순배출량을 2030년까지 20년 대비 최소 45%까지 감소시키고 2050년에는 순제로에 도달해야한다. 즉 이산화탄소의 추가 배출로 인한 이산화탄소 농도의 상승이 없어야 한다. 이와 같이 이산화탄소의 배출을 감소시키기 위한 다양한 정책들이 도입되고 있는데, 다음장에서부터는 관련된 국내,외 정책들에 대해 언급하고자 한다.3. 온실가스 감축 정책1) 국내 정부 및 각 단체의 향후 온실가스 감축방안① 탄소포인트제국민 개개인이 온실가스 감축활동에 직접 참여하도록 유도하는 제도로 가정, 상업시설, 기업이 자발적으로 감축한 온실가스 감축분에 대한 인센티브를 지자체로부터 제공받는 범국민적 기후변화 대응 활동이다. 참여자에게 제공하는 인센티브는 지자체별로 인센티브의 종류, 규모, 지급횟수 및 지급시기등 구체적인 방법을 정한다. 탄소포인트는 현금, 탄소캐쉬백, 교통카드, 상품권 종량제 쓰레기봉투, 공공시설 이용 바우처, 기념품등 지자체가 정한 범위 내에서 선택가능하다. 탄소포인트를 탄소캐쉬백으로 전환하는 경우 이마트, 뚜레주르, 11번가 등 5만여 OK캐쉬백 가맹점, 탄소캐쉬백 가맹점에서 현금처럼 사용가능하다. *탄소캐쉬백: 에너지 절약형 행동 및 제품 구매를 장려하기 위한 인센티브제도로, 탄소캐쉬백 참여사의 제품 또는 서비스 이용 시 탄소캐쉬백 포인트가 제공된다. 제공받은 탄소캐쉬백 포인트는 OK캐쉬백 가맹점이나 탄소캐쉬상품 인증은 탄소배출량 인증을 받은 제품이 온실가스 감축목표를 당성할 경우 부여한다. 그 외 다양한 에너지라벨 및 아래와 같은 친환경 마크 등이 있으며, 이를 확인하여 해당 제품을 사용함으로써 간접적으로 온실가스 감축에 일조할 수 있게 된다.[그림 4] 탄소라벨링 및 친환경라벨 (출처: 탄소라벨링제도와 농식품, 임송택)③ 탄소세이산화탄소와 같은 온실가스의 방출 시에 부과하는 세금으로. 대개 화석연료를 사용하는 매체에 부과한다. 멀지 않은 미래에 탄소배출규제국가가 될 가능성이 높은 바, 제도 도입 후 중,장기적으로 탄소세를 도입하거나 기존 세제를 강화하는 방식을 도입할 가능성이 높다.위 제도가 중요한 이유는, 다른 제도와 달리 시민들에게 직접적인 경제적 압박을 줄 수 있기 때문에, 실질적인 가정,상업 및 수송 분야에서의 온실가스 저감에 큰 영향을 줄 수 있을 것으로 기대된다.④ 그린수송시스템 확립친환경 저탄소녹색교통수단 활용을 통한 수송기관의 에너지 효율을 개선하는 정책으로 다양한 교통수단에 걸친 친환경대체수단이용 및 간접적으로 기술향상에 의한 자동차 연비 개선, 대체연료자동차 개발, 저비용,저오염 자동차 세금 우대조치 등을 예로 들 수 있다.⑤ 연료세 도입승용차와 화물자동차의 1대당 연간 수송량을 저감시키기 위한 정책을 사용한다. 온실가스 저감정책의 실효성을 높이기 위해서 수송량당 에너지 소비량이 적은 철도와 선박으로의 수송의 전환이 요구되고 있는 바, 각종 세금의 부과를 통한 대체수단이용촉진 및 세금을 통한 경제적 압박을 통한 사람들의 직접적인 온실가스 감축을 유도할 것이다.⑥ 교통계획정책각 지방자치단체 등의 교통에 대한 권한을 강화하고, 교통계획을 책정하게 하며 교통에 있어 적정선을 유지하게 하며, 친환경 교통수단을 활용하게 함으로써 기존의 온실가스 고배출 운송수단보다 편리하면서도 온실가스를 저감하는 효과를 낳도록 유도한다.2) 주요국의 온실가스 감축 정책① 유럽2019년 12월 EU 집행위원회는‘유럽 그린딜’을 발표하며 2050년 까지 역내 탄소중립을 달라 유럽은 MFF의 재원확보를 위해 탄소궁격세, 디지털세를 단계적으로 도입하는 등 탄소중립 목표를 법률로 제정하려는 노력을 보이고 있다.② 미국2017년 트럼프 집권 이후 파리협정을 탈퇴한 미국은 환경규제를 완화하는 정책 기조로 전환하고, 기존 환경 정책을 오히려 후퇴시키려는 경향을 보였다. 하지만 2020년 미국 대선에서 승리한 조 바이든 대통령은 대선 공약 중 하나로 2050년까지 탄소배출 순제로 목표를 달성하기 위해 지속가능한 인프라와 청정에너지 관련 2조 달러 규모의 투자 계획을 제시하였다. 미국 내 노후된 인프라 시설을 현대화하고, 2035년까지 발전 부문의 탄소배출량 제로를 달성하며, 청정에너지 활용을 늘려나간다는 계획이다.③ 중국중국은 세계 1위의 온실가스 배출 국가이다. 따라서 전 세계 온실가스 배출량 감축과 지구온난화 억제에 있어 중국의 에너지 및 환경 정책은 매우 중요한 의미를 갖는다. 2030년까지 1차 에너지 소비에서 비화석연료 비중을 20%로 높이는 목표를 내세웠으며, 이에 정부는 석탄발전 관련 규제를 강화해왔다. 또한 보조금이나 세제지원 등을 통해 재생에너지, 특히 태양광과 풍력 시장을 키웠다. 실제로 지난 10년간 중국의 풍력 발전용량은 22배, 태양광 발전용량은 700배나 증가하였다. 뿐만 아니라 2020년 9월 중국정부는 2030년을 기점으로 탄소 배출량을 감축하여 2060년 이전 탄소중립을 달성하겠다는 계획을 발표하였다.4. 온실가스 감축 기술 현황1) CCS(Carbon dioxide Capture and Storage) 기술온실가스 감축을 위한 기술과 관련하여 신재생 에너지 개발 이외에도 보다 적극적인 방법으로CO _{2}를 감축할 수 있는 대책이 필요함에 따라, 발생원으로부터 직접CO _{2}를 포집하여 지반 내에 영구 저장하는 기술인 CCS가 주목 받고 있다.[그림 5] CCS 기술의 구성도(출처: 온실가스 대량감축을 위한 CO₂지중저장의 기술)[그림 5]에서 나타내는 것과 같이 CCS는 Site선정, 시설건설, 운영의 실시하여

생활/환경| 2022.06.25| 11페이지| 1,500원| 조회(290)

온실가스, 환경생태학, 현황 및 대책, 온실가스 문제

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싱가포르의 NEWater 기술

싱가포르의 NEWater 하수 재이용시설 조사1. 싱가포르의 수자원 현황서울과 비슷한 면적에 약 460만 명의 인구가 사는 도시국가, 싱가포르. 바다와 접하고 있지만 수원지로 이용할 만한 제대로 된 하천이 없다. 그래서 식수 대부분을 이웃 국가인 말레이시아에서 수입하는 수자원 빈곤국으로 유명하다. 한 사람당 가용 수자원량은 연간 121㎥로 세계평균(6천383㎥/년)의 53분의 1 수준에 불과하며, 그중 하루에 필요한 수자원의 약 60%를 말레이시아 조호르 강에서 공급받고 있다.이마저도 2061년 말레이시아와의 협정이 만료되기 때문에 지속가능한 수자원 공급대책으로 볼 수 없다.싱가포르는 과거부터 물부족 문제를 겪어왔는데, 강수량이 연평균 2천300㎜로 풍부함에도 불구하고 국토 내에 강과 호수, 하천이 많지 않고 빗물 집수 공간도 적어 자체적으로 빗물을 모아 확보할 수 있는 수자원량은 전체 물 수요의 20%에 불과하다. 싱가포르 정부는 만성적인 식수 부족이라는 악조건을 극복하기 위해 1970년대부터 국가 차원에서 물 자원 확보 방안을 연구했다.물 한 방울이 절박했던 싱가포르가 택한 최우선과는 수자원 개발이었다. 연평균 2300㎜ 안팎의 비를 한 방울이라도 허투루 흘려보내지 않기 위해 담수저장이 가능한 지역을 찾아내 모두 저수지로 만들었다. 그 결과 2009년 이후, Marina Barrage 등 대형 저수지가 17곳으로 늘어나 싱가포르 전역에 식수를 공급한다.또 다른 다른 수자원 공급책은 싱가포르의 수자원 공사 (PUB; Public Utilities Board)에서 내세운 “4가지의 수도꼭지(Four Taps)”라 불리는 4가지 수자원 공급원이 있다. 빗물 집수, 말레이시아로부터 수입, 하수처리, 해수 담수화가 바로 그 4가지이다. 4가지 방법의 장단점을 이용하여 그 효과를 극대화하여 지속적이고 안정적인 수자원 공급을 한다는 것이 PUB의 전략이다. 이 중 주목해야 할 것은 3번째 수자원 공급원인 하수처리이다. 이들의 기술 수준의 실용화를 나타내는 이 하수 재처리 시스템은 NEWater를 탄생시켰다. 싱가포르는 분류식 하수관거 시스템을 채택하여 전국에 설치, 활용하고 있다. 싱가포르 전역의 가정, 공장에서 나온 오·폐수는 이들이 자랑거리로 내새우는 지하하수터널(DTSS, Deep Tunnel Sewerage System)을 통해 전국 7개의 수처리공장로 모인다. 그리하여 수처리공장에서 나온 처리수는 바다로 배출 되는데, 그 중 일부를 NEWater 공장으로 보내어 식수의 수준까지 처리하여 싱가포르의 수자원 공급책으로 사용되는 것이 NEWater 이다.2. NEWater의 개요Bedok 지역에 위치한 뉴워터 비지터 센터는 싱가포르의 수자원공사 PUB 소속 기관으로 생활오수를 처리해 음용 가능한 NEWater가 생산되는 공정을 일반 시민들에게 알리기 위한 시설이다. 싱가포르 전 지역의 하수는 수처리공장에서 처리 후 그 처리수의 30%를 NEWater Centre에서 정수하여 공장지대 등의 산업용수로 공급한다. NEWater로 물을 정화하기 위해서 기존의 수자원처리 방식 외에도 마이크로필터, 역삼투압, 자외선기법 등 이중막(Dual-membrane)이 사용된다. 하수는 수천 개의 플라스틱 튜브를 지나는데, 튜브의 구멍은 겨우 물분자 60개만 통과할 수 있다고 한다. 이는 물만 통과 시키고, 다른 고체 성분은 통과하지 못하게 하는 역할을 한다. 이 부분에서 더 작은 구멍을 갖춘 막(membrane)이 물을 밀고, 결과적으로 기술적인 정화가 이뤄지는 것이다. 또한 NEWater의 일부분은 음용수 취수원지인 각 저수지로 재이송 되어 물의 낭비를 최소화하고 있다.3. NEWater의 추진 내용 및 수처리 과정하수를 정화해 음용수까지 얻어낸다는 발상이 처음부터 환영받지는 못했다. 그러나 오늘날 싱가포르의 NEWater는 성공적 사례로 세계인의 주목을 끌고 있다. 싱가포르 수자원 공사(PUB) 가 엄격한 환경기준을 적용할 뿐 아니라 정수처리 과정에서 발생하는 오염물질도 철저하게 관리하기 때문이다. 싱가폴 수자원 관리청의 산하 PUB에서 시행하여 현재 3개 재이용 처리장에서 91천㎥/일의 재이용량을 생산하고 있으며, 이 중 98%는 공업용수 등 기타용수로 사용되고, 2%만이 상수도용 저수지로 공급되어 저수지수와 혼합되어 상수원수로 사용중이다.NEWater시설에서는 그림1에 제시된 3단계의 정수처리과정을 거친다. 1단계는 미세여과, 2단계는 역삼투, 3단계는 자외선소독을 거쳐서 NEWater를 만들어낸다. 1단계 미세여과 단계에서는 콜로이드 입자 및 질병 유발 물지르 박테리아 등을 걸러낸 뒤 최종적으로 유기 분자와 용해된 염분만 남긴 상태로 2단계로 보낸다. 2단계 역삼투 단계에서는 반투막 멤브레인에 역삼투압의 원리르 사용하여 유기물과 염분을 걸러낸다. 삼투압이란 흔히 농도가 다른 두 액체를 반투막으로 막아 놓았을 때, 용질의 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 옮겨가는 현상에 의해 나타나는 압력을 의미하는데, 역삼투압은 반대로 용질의 농도가 높은 쪽에 외부압력을 가하여 순수한 물만 이동시키는 원리이다. 흔히 해수담수화에 이러한 역삼투압 원리가 사용되며 우리가 흔히 접하는 정수기에도 역삼투압의 원리가 사용된다. 2단계까지 거친 처리수는 이미 양호한 수질의 단계에 이르게 되지만, 국내에서는 고도처리라 부르는 자외선소독을 최종적으로 거치면서, 모든 유기물질이 사멸되게 된다. 상기과정을 거쳐 만들어지게 되는 NEWater의 수질은 음용이 충분히 가능한 수준까지 깨끗하게 만들어지지만 주로 산업용으로 제공하거나 저수지의 원수와 혼합 후 재 정수처리하여 수돗물로 공급하게 된다.

공학/기술| 2022.06.25| 3페이지| 1,000원| 조회(175)

싱가포르, 수질관리, 수자원 현황, NEWater, NEWater 하수

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탄소중립을 위한 상수도와 하수도

탄소중립을 위한 상수도와 하수도1. 탄소중립이란탄소중립이란 대기 중 온실가스 농도가 인간활동에 의해 더 이상 증가되지 않도록 순 배출량이 0이 되도록 하는 것을 의미하며, 넷제로(Net-Zero)라고도 불린다. 탄소 중립은 기후위기에 대응해 안전하고 지속가능한 사회를 만들기 위한 2050년까지의 온실가스 감축 목표를 담은 개념이라고도 할 수 있다. 이러한 탄소중립을 달성하기 위해서는 차량과 공장의 화석연료 연소 등과 같은 인위적 배출을 최대한으로 줄이고, 습지와 숲 복원 등 흡수원을 확대해 흡수량을 늘리거나 네거티브 배출기술(Negative Emissions Technique, NET)로 대기 중 이산화탄소를 제거해야 한다.2. 탄소중립을 위한 상수도와 하수도탄소중립을 위한 상하수도 정책 및 기술 제안을 5단계로 나누어 말하자면 그 첫 번째는 탄소중립을 위한 저탄소 행동 동기 부여 및 국민 공감대 형성이다. 이 단계는 앞으로 진행될 행동의 기초가 될 목표와 요인을 확인하는 단계이며, 수도사업자가 탄소중립을 추구하는 이유를 상하수도 시설 운영자가 이해하기 시작하는 단계이다. 이러한 이해는 다른 관점에서 현재 문제를 살펴봄으로써 행동의 변화를 이끌어낼 수 있는, 기회와 목표를 연결하는 중요한 역할을 한다.두 번째 단계는 상하수도 분야 내 탄소배출량 자료를 이용하여 시스템을 평가하는 과정이다. 도시의 물은 상호 연결되어 있는 자원이기 때문에 상하수도 서비스에 대한 전체적인 접근방식을 사용해 탄소배출 수준과 물·에너지의 비효율성을 분석·평가 및 시각화하는 것이 중요하다.세 번째는 기회식별 단계로서, 온실가스 배출을 줄일 수 있는 기회를 포착하는 동시에 목표달성을 위해 행동하는 가장 좋은 위치를 식별하는 단계이다. 탄소저감을 위해 상하수도시설이 각 단계 공정별 탄소배출에 영향을 미치는 요인을 파악하고 상황을 개선할 수 있는 로드맵 과정이라고 할 수 있다.네 번째는 탄소중립 달성을 위해 수립된 계획을 실행하는 ‘조치시행’ 단계다. 상하수도사업자의 온실가스 배출 감소 조치를 지원하는 데 필요한 실행가능성을 식별하는 동시에 장기적 프로젝트 개발주기에 대한 전략적 접근을 모색하는 단계다. 기술적 조치 이행을 위한 명확한 비전, 용량, 자금조달 능력 및 이해관계자 참여를 통한 환경 개선 노력이 필요하다. 마지막으로 다섯 번째 단계는 지속적이고 연속적인 모니터링 시스템의 구축과 운영이다. 모니터링은 온실가스 배출량 감소를 검증하고 측정하는 데 사용되며 효과증명을 통해 기업의 추가 투자를 유도할 수 있는 중요한 단계이다. 지속적인 상하수도시설 모니터링은 온실가스 배출 감소에 따른 효용과 장기적 전망을 파악하고 물산업 분야 기술개발에 도움을 줄 수 있다. 모니터링 운영은 국가적 차원에서 이뤄져야 막대한 국가 예산 투입 대비 효율성을 확보할 수 있다.

생활/환경| 2022.06.25| 1페이지| 1,000원| 조회(175)

상하수도, 상수도, 하수도, 탄소중립

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