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Carbon sequestration in wood related to global climate changes and its enhancement

Carbon sequestration in wood related to global climate changes and its enhancement1. 서론최근 전세계에서는 이산화탄소와 같은 온실효과를 일으키는 가스에 의해 지구표면의 평균온도가 상승하는 지구온난화 현상을 겪고 있다. 이로 인하여 빙하가 용해되어 해수면이 상승되면서 저지대가 침수되고, 이상기후 현상이 발생하면서 가뭄과 홍수로 인하여 생태계에 다양한 변화가 초래되고 있다. 이러한 현상의 주된 원인은 온실가스를 유발하는 물질의 농도가 점차 증가함에 따라 햇빛이 지표에서 반사되어 발생하는 복사열이 온실가스에 흡수됨으로써 대기의 온도가 상승하면서 나타나게 된다.지구온난화에 따른 기후변화에 적극 대처하기 위하여 국제사회는 1988년 UN총회 결의에 따라 세계기상기구와 유엔환경계획에 “기후변화에 관한 정부간 패널”을 설치하였고, 1992년 6월 유엔환경개발회의에서 기후변화협약을 채택하였다. 우리나라도 1993년 12월, 세계에서 47번째로 이 협약에 가입하였다. 기후변화협약에서 가장 주된 논점은 온실가스를 감축하는 것이다. 이와 같은 목표를 위해 선진국들에 감축의무를 나타내는 교토의정서에 대한 안건이 제시되었다. 이는 국제협약이면서 기후변화협약의 구체적 이행방안으로, 1997년 12월 일본 교토에서 개최된 기후변화협약 제 3차 당사국총회에서 채택되었다. 2000년 이후의 온실가스 감축목표에 관한 의정서인 교토의정서에서는 의무 이행 대상국으로 오스트레일리아, 캐나다, 미국, 일본, 유럽연합 등 총 38개국을 지목했다. 이 국가들은 2008~2012년 사이에 온실가스 배출량을 1990년 수준보다 평균 5.2% 감축하여야 한다. 감축 대상가스는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 불화탄소, 수소화불화탄, 불화유황 여섯가지로 우리나라는 개발도상국으로 분류되어 의무대상국에서 제외되었어나, 2008년부터 자발적인 의무부담을 할 것을 요구받았다. 2002년 IEA(국제에너지기구)의 통계에 따르면 한국의 연간 이산화탄소 배도로 대폭 늘어났다. 탄소 격리의 확대를 위한 대표적 과제로는 격리된 이산화탄소의 유출 가능성에 대한 위험성을 불식시키는 것과 격리 기술의 경제성을 확보해야 하는 것을 들 수 있다. 특히, 경제성 측면의 경우, 현재 탄소의 포집에서 수송, 격리에 드는 비용은 탄소 톤당 50~100 달러 규모인데, 2030년이면 현재의 절반 수준으로 떨어지리라는 전망이다. 그럼에도 탄소 격리는 성장을 유지하면서 온실가스를 감축할 수 있는 이점이 있기 때문에 선진 기업 및 정부의 참여가 활발한 이유이기도 하다. 현재 탄소 격리는 파일럿 시험과 기술 개발이 주류를 이루고 있는데, 북해나 사막 지역의 유전과 가스전에 고압의 이산화탄소를 주입하고 저장하여 석유나 가스의 채굴량을 증가시키는 프로젝트들이 대표적이다. 탄소 격리가 유전이나 가스전의 생산성이나 수명을 연장시키는 차원을 넘어, 향후 에너지용 수소 생산, 발전 효율 향상 등 에너지 체계의 한 축으로 자리잡으며 국가 혹은 기업의 경쟁력과 직결될 가능성이 높다. 따라서 탄소 분리 및 포집에서 제거에 이르는 격리 기술의 확보는 물론, 공동 개발 참여 등 국내 기업과 정부의 적극적 관심과 대응이 필요한 시점이다.2.3 삼림과 토양내의 탄소격리의 가능성미국 지구정책연구소(Earth Policy Institute)가 발간한 보고서(Planting Trees and Managing Soils to Sequester Carbon)에 따르면, 2007년 기준으로 열대지역에서 줄어드는 삼림으로 인해 매년 대기로 방출되는 탄소의 양은 22억 톤에 달한다고 보고했으며, 반면에 온대지역의 삼림확대로 인해 매년 7억 톤의 탄소가 흡수되고 있다고 한다. 이는 약 15억 톤의 탄소가 매년 대기로 방출됨으로써 지구 온난화 에 기여하고 있는것이다. 아시아 지역에서의 열대우림의 파괴는 빠르게 증가하는 목재에 대한 수요에 일차적 원인이 있다. 남미의 경우, 아마존 삼림파괴의 원인은 콩과 소고기에 대한 수요증가 때문이다. 아프리카는 주로 연료용 목재에 대한 수요와 계산에 포함하지 않았다. 유입된 통나무 이용의 분포는 톱집할 내수용 원목의 이용 분포와 같은 것으로 추정하였다.Table 1. Carbon per unit of roundwood, by region in kg/m3 (lb/ft3)RegionSoftwood factorsHardwood factorsPacific Northwest-west242.0 (15.11)188.4 (11.76)Pacific Northwest-east212.9 (13.29)188.4 (11.76)Pacific Southwest242.0 (15.11)188.4 (11.76)Northern Rocky Mountains215.0 (13.42)191.7 (11.97)Southern Rocky Mountains212.9 (13.29)188.4 (11.76)North Central201.0 (12.55)277.6 (17.33)North East194.6 (12.15)307.7 (19.21)South Central270.7 (16.90)317.5 (19.82)South East270.7 (16.90)317.5 (19.82)3.2 원목에서 1차 산물과 잔존물로Table 2는 소비된 원목을 1차 산물, 목재 제재소의 잔존물과 펄프 제재소 잔존물의 세 가지 범주로 나누었다. 대부분의 지역에서, 고체 목재 잔존물은 다른 공정의 원료 물질로서 거의 완전히 이용되거나 에너지를 얻기 위해 태워졌다. 단지 잔존물의 소량만이 남아서 썩고, 에너지를 가하지 않고 태워졌다(Powell et al. 1993). 1차 고체 목재와 종이 제품의 유입 분량에 있는 탄소는 각 제품 범주에 추가되었고, 유출 분량에 있는 탄소는 계산에 포함하지 않았다.Table 2. Categories of historical and projected wood consumption used to construct estimates of wood carbon use, disposal, and decay.Historical estimates(1910-1neous usesMixed paperConstruction wastePulp substitutes and high grade deinkingDemolition wasteTable 4는 각각의 최종 이용 단계에서의 탄소의 반감기를 나타낸다. 반감기는 이용되고 있는 탄소의 절반이 더 이상 이용되지 않는 시간이다. 이용 후에 탄소의 처리는 재활용, 매립지 또는 쓰레기 처리장에서의 처리나 연소에 의한 대기 중으로의 방출(생산된 에너지가 있든, 없든 간에)을 포함한다. 최종 이용으로부터 목재의 회수율은 한 주기 동안에는 일정한 상수이고, 그 다음 중간기 근처에서 잠시 가속되고, 마지막으로 중간기 후에 느려진다. 어떤 목재나 종이 품목은, 역사적인 건물, 도서관에서의 책, 골동품과 같은 최종 용도에서는 매우 긴 수명을 가지고 있는 것으로 생각된다. 이용중인 종이 제품은, 6년의 반감기를 가진 오래된 출판물을 빼고는 반감기가 1년이나 그 이하로 그 회수율이 매우 빠르다.Table 4. Assumed duration of carbon sequestration in end uses of wood and paper.End useHalf-life of carbon (years)Single-family homes (pre-1980)80Single-family homes (post-1980)100Multifamily homes70Mobile homes20Nonresidential construction67Pallets6Manufacturing12Furniture30Railroad ties30Paper(free sheet)6Paper(all other)13. 4. 쓰레기 처리장과 매립지에서의 탄소 처리종이와는 달리, 목재가 최종 용도로 사용되는 시간의 길이는, 결국에는 제품에서 sequester된 탄소의 순량에 단지 미비한 효과를 가지고 있을 지도 모른다. 이용되지 않는 제품이 현대식 매립지에서 처리된다면 거의 썩지 않고 무기한으로 남아 있을 것이다. 탄소 sequestration이이다.순수 유입량에 추가해서 수확된 원목에 포함된 총 탄소량은, 연료재 이용이 점차로 감소한 결과의 한 부분으로서 1910과 1940년에는 124에서 74 Tg/year로 감소했다. 1940년대 후에 원목에 있는 탄소의 양은 1995년까지 74 Tg/year에서 150 Tg/year로 두배가 되었다. 원목과 순수 유입량에 있는 총 탄소량은 미국 삼림 분야에 대한 1993 RPA Base case projections를 이용하여 나타낸 바와 같이 2040년까지 210 Tg/year로 증가할 것으로 보인다(Table 6).Table 6. Estimates of harvested wood carbon sequestered, emitted, and consumed in U.S.annually in Tg(historical reconstruction 1910 to 1980, with projections to 2040[RPA Base case]).YearAdded to products in useAdded to landfillsEmitted by burning with energyEmitted by decay or burning without energyTotal consumed each yearHistorical reconstruction191024.31.188.410.6124.4192022.93.151.914.792.6193012.84.144.615.577.0194014.05.335.020.474.7195013.66.337.425.582.819609.07.134.630.681.3197012.49.232.835.990.3198011.827.948.119.2107.0Base Case projections199026.033.474.411.4145.2200025.032.588.114.3159.9201024.638.096.815.3174.7202025.642.6103.016.4187.6203024.447.0109.517.1197.9204022.950.8119.017.5210sp

생활/환경| 2011.06.03| 9페이지| 1,500원| 조회(116)

온실효과, 목재, 기후변화, 온난화, climate change, 탄소격리, car..

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Importance of wood for green building materials

Importance of wood for green building materials1. 서론현대는 건물의 대형화, 도시화로 인한 에너지 고갈현상과 환경오염으로 인해 일상생활에서도 친환경이라는 말을 쉽게 접할 수 있을 만큼 환경에 대한 관심이 커졌을 뿐 아니라, 나날이 심각해지는 환경오염으로 인한 환경문제야말로 인류가 해결해야 할 시급한 문제로 대두되고 있다.유한한 지구는 무한한 인간의 소비욕구를 충족시킬 수 없으며, 현재의 생산과 소비패턴이라면 인류의 앞날은 지속 불가능하다는 인식이 확산되고 있다. 그 예로 1990년에 16억 명이었던 전 세계 인구는 1999년 10월에 60억 명을 넘어섰으며 2050년에는 89억 명으로 증가할 것으로 학자들은 예측하고 있다. 반면 중요한 지구자원은 한계점으로 치닫고 있는데, 현대문명의 근간을 이루고 있는 석유의 경우 채굴가능한 양은 약 1,800기가배럴로서 앞으로 40-50년이면 바닥이 날 것으로 예측되며, 가스는 63년, 석탄은 218년 정도밖에 사용할 수 없는 실정이다. 따라서 성장이 최고의 가치라는 사고에서 벗어나 더 늦기 전에 환경위기를 인식하고 생태적 사고와 환경 친화적 생산 및 소비생활양식의 확산은 지속가능한 발전을 달성하기 위해 매우 중요한 과제라 할 것이다. 실제로 유엔환경계획(UNEP)은 지난 2003년 2월 아프리카 케냐 나이로비에서 개최된 제22차 집행이사회에서 기존의 경고성 환경캠페인에서 탈피, 환경 친화적 지속가능한 소비를 유도하는 새로운 접근방식을 제시했다. 새로운 접근법은 죄책감이 들게 강요하는 기존의 환경캠페인이 별다른 효과를 거두지 못하고 있다는 반성에서 출발하고 있으며, 이 방식은 경제-사회-환경적 측면에서 모두 이득을 볼 수 있다. 우리의 생활과 경제활동에 필요한 제품과 서비스의 환경부하를 저감시키려면 친환경상품의 소요를 촉진시켜야 한다. 친환경상품에 대한 소비촉진을 위하여 중앙정부, 지자체 등 공공기관의 구매력을 적극 활용하는 방안을 모색해야 하는데, OECD 회원국은 평균적으로 GDP의내 환경을 유지하게 된다. 그러나 지속되는 쾌적성 요구에 자연을 파괴하고 무분별하게 건설되어지는 건축과 많은 에너지 소비로 지구온난화, 오존층 파괴, 산성비 등등으로 자연이 파괴되고 있다.한편 U.S. Environmental Protection Agency (EPA)의 연구 결과에 의하면 실내 공기는 바깥 공기보다 2-5배 더 오염되어 있다고 한다. 원인으로는 실내의 카펫, 페인트 및 다른 합성 물질에서 천식을 유발하는 곰팡이나 독성 화학물질이 발견되기 때문이다. EPA 조사 결과 인간의 건강에 해로운 물질들 중 상위 다섯 가지 안에 실내 공기가 포함되었다.산업화와 경제성으로 자연환경을 무시한 무분별한 개발을 지금부터라도 자연과 친화를 위해서 줄여나가야 하며, 자연에너지를 이용하고 그린 빌딩 등 친환경적인 건축물을 생산하고 보급하는데 관심을 가져야 한다.1.2 건물수명의 장기화건물의 수명을 생각함에 있어서 결정적 역할을 하는 것은 재료이다. 특히 콘크리트를 이용한 건축행위에서 본다면, 콘크리트 평균 강도를 재령28일 210kgf/cm2 ~240kgf/cm2 로 본다면 그 수명이 100년을 넘는다. 즉, 강도에 따른 수명은 시공사의 큰 하자만 없다면 건축물의 수명단축에 큰 문제가 없다. 하지만 이외의 부정확한 설계나 유지관리의 부주의로 인한 수명단축이 있을 수 있다.2. 그린 빌딩(Green building)그린 빌딩은 환경보존과 에너지 절약을 목표로 설계, 건설, 운영 및 철거되는 건축물로 에너지부하 저감, 고효율 에너지설비, 자원의 재활용, 환경공해 저감 기술 등을 적용하여 자연친화적으로 설계 및 건설하고 유지관리 후 철거될 때까지 환경의 피해가 최소화되도록 계획된 건축물이다. 넓은 의미에서는 친화경/무독성 건축 자재, 에너지와 물 사용 효율화, 운용비용 절감, 폐기물 배출 감소, 실내 공기 질 개선 및 공중과 주민의 건강 개선, 주변 환경과의 어울림 등도 그린 빌딩의 조건에 포함된다. 지속가능한 개발과 지속가능성에 관련된 개념은 그린 빌딩에서 없어서는 안 남향창, 지열펌프 등 자연 에너지를 활용하여 화석연료 사용을 최소화한 주택을 뜻한다. 더 나아가 지붕이나 벽면에 태양광 패널을 붙이거나, 자체적으로 마련한 소형 풍력 발전기, 폐기물 처리 시설 등을 통해 필요한 전기를 조달하는 빌딩이나 주택도 늘고 있다.이미 유럽에서는 2001년에 수동형 주택 보급 실증 사업인 CEPHEUS(Cost Efficient Passive House as European Standards)가 마무리되었으며, 그 경험을 바탕으로 현재 독일과 오스트리아에서 초기 시장이 형성되고 있다. 국제 에너지 기구 IEA에 따르면 오스트리아의 Upper Austria주에서는 수동형 주택의 보급이 2003년 2%에서 2006년 7%까지 증가했으며, 에너지 소모량이 수동형 주택보다 조금 많은 수준인 저에너지 주택(Low energy buildings)은 3%에서 79%로 늘었다(그림 1). 오스트리아 Upper Austria주의 신축 가정용 주택의 시장 점유율(%)또한 신흥국에서는 도시 개발 계획 자체에 그린 빌딩이 포함되어 있다. 일례로 2016년까지 7차에 걸쳐 완공할 아랍에미레이트의 마스다르(Masdar) 도시 프로젝트는 그린 빌딩을 통한 에너지 소비 최소화, 신재생 에너지를 통한 에너지 자체 조달을 목표로 하고 있다.2.2 시장 활성화를 위한 각국 정부의 노력현재 그린 빌딩 시장은 각국의 정부 주도하에 형성되고 있다. 그린 빌딩은 에너지 수요 절감 및 온실 가스 감축에 있어서 비용 효율적인 대안 중 하나이기 때문이다. McKensey Global Institute에 따르면 2020년까지 달성할 수 있는 에너지 절감량 중 상업용/주거용 부문이 차지하는 비중은 약 35%에 이른다.각국 정부는 그린 빌딩 시장을 육성하기 위해 다양한 제도적 노력을 기울이고 있는데, 가장 널리 사용되는 방법은 에너지 효율 기준을 강화하는 것이다. 이미 유럽, 일본, 미국 등 선진국뿐만 아니라 중국과 인도 등 신흥국에서도 그린 빌딩과 관련된 법안이 속속 등장하고 있다. 출 제도 등을 통해 그린 빌딩을 지원하고 있다. 더 나아가 인증/등급제를 통해 그린 빌딩의 시장 경쟁력을 키우는 방안도 제시되고 있다. 그린 빌딩 인증/등급제란 제 3의 기관이 빌딩의 에너지 효율을 점검하고 등급을 매기거나 인증서를 발급하는 제도로 그간 자발적인 참여로 운영되어 왔다. 스위스의 ‘Menergie’, 영국의 ’BREEAM‘, 미국의 ’LEED‘ 등이 대표적인 예이다. 인증/등급제는 소비자에게 에너지 절감량에 대한 정확한 정보를 제공함으로써 그린 빌딩의 가치를 높이는데 기여할 수 있다.2.3 그린 빌딩 인증제도건축은 국가발전에 커다란 비중을 차지하면서 동시에 지구환경과 인간의 건강에 미치는 영향과 파급효과가 매우 큰 분야로서 에너지 소비의 1/3, 자원소비의 40%, CO2 배출의 50%, 폐기물배출의 20～50%를 차지하고 있다.그린 빌딩 인증제도는 건축물의 자재생산, 설계, 건설, 유지관리, 폐기 등 전 과정을 대상으로 에너지 및 자원의 절약, 오염물질 배출감소, 쾌적성, 주변 환경과의 조화 등 환경에 미치는 영향에 대한 평가를 통해 건축물의 환경성능을 인증하는 제도이다.환경부는 1998년부터 GBC(Green Building Challenge) 등 외국의 그린 빌딩 인증제도 사례조사 및 국내 도입방안에 대하여 종합검토하고, 1999년 1월부터 그린 빌딩 시범인증을 추진하였다. 시범인증사업에서는 GBC의 그린 빌딩 평가기준 6개 부문 111개 항목을 토대로 적용가능성 및 시범인증임을 감안하여 평가항목을 선정, 공동주택과 주상 복합건물을 대상으로 그린 빌딩 시범인증을 하였다(이언구, 2002).이와 같은 시범인증을 거쳐 2002년부터 본격 시행중인 이 제도는 환경부와 건설교통부가 공동으로 운영하고 있으며, 아파트 등 공동주택을 비롯하여, 공동주택 이외에 주상복합건물, 업무용(공공, 일반건물)에 시행하고 있으며 앞으로 상업용(학교?병원 등) 및 리모델링 건축물까지 단계적으로 확대 시행할 계획이다.이러한 그린 빌딩 인증제도가 정착될 경우 환경 친화적재의 개발 및 사용유도, 건축물의 전 과정에서 발생하는 환경오염의 저감뿐만 아니라 소비자에게 건축물의 친환경성과 쾌적성에 대한 올바른 정보제공 등의 성과를 거둘 수 있을 것으로 기대하며, 친환경건축이라는데 관심을 가지고 친환경건축의 지식을 보급하고, 친환경적인 건축물을 생산하기 위해 노력한다면 자연이 건축물을 보호하고 건축물이 자연을 배려하여 서로 공존하는 이상적인 건축행위가 이루어질 것이라 생각한다.2.4 그린 빌딩의 건축재료미국의 경우 건물의 건축 및 유지가 총 전기 소모량의 72%, 총 에너지 소모량의 39%, 이산화탄소 배출량의 38%, 총 폐기물 생산량의 30%, 총 음용수 소비량의 14%를 차지한다. 이를 통해 본다면 일반 건축물 분야에서의 에너지 및 환경부하에 관한 인식의 전환이 필요한 시점이나 실제 건축현장에서의 환경 보전을 위한 노력은 상당히 미흡한 수준에 머물러 있으며, 국내의 경우 건축 재료 중 콘크리트의 비중이 매우 크므로 대책을 마련하는 것이 시급하다.따라서 그린 빌딩의 건축에 있어서 재료의 선택은 매우 중요하다. 만약 건축 재료를 건축 현장으로부터 멀리 떨어진 곳에서 가져와야 한다면 운송 시 발생하는 비용 및 연료의 소모와 이로 인한 대기의 오염을 고려해야 할 것이다. 이상적인 그린 빌딩의 재료는 독성이 없고 재생이 가능하며 재활용 및 재사용이 가능한 것, 그리고 가까운 곳에서 구할 수 있는 것이다.2.4.1 천연 건축재료건축에 이용되는 재료에는 석영, 진흙, 철광석, 모래, 석고, 목재섬유, 수지, 석탄 등이 있다. 이러한 재료들을 이용하여 건축을 하는 데에는 전기, 디젤 연료, 가솔린, 목재, 석탄, 원자력 등의 에너지가 소모된다.2.4.2 건축재료의 전과정평가(Life-cycle assessment)다양한 건축 재료와 기술에 대한 전과정평가는 원재료의 생성과 성장 및 재료로서의 사용을 처리공정과 사용, 그리고 폐기방법 등에서 환경에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 또한 기술적인 측면에서도 에너지 사용, 공기와 물로 배출되는 물질,있다.

생활/환경| 2011.06.03| 4페이지| 1,500원| 조회(138)

그린빌딩, Green Building, 목재 건축물, 녹색 건축물

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Recycling of agricultural wastes in various composite production

Recycling of agricultural wastesin various composite production서론목재 섬유로부터 생산되는 여러 종류의 판재 및 복합재는 구조용재나 장식재 또는 마루판 및 가구재로써 다양하게 사용되어 왔다. 목재 복합재 산업은 특히 50년대와 60년대 제재소에서의 목재잔재와 저등급의 목재를 활용하여 particleboard나 fiberboard를 생산함으로써 급격한 발전을 이루었다. 이후 건설산업에서의 구조용 목제품이 개발됨에 따라 waferboard, oriented strand board, laminated veneer lumber, parallel strand lumber, composite beams 등 다양한 제품이 생산되었다. 현대 사회의 고도의 경제성장과 기술개발, 그리고 그에 따른 환경적인 변화는 목재를 다루는 산림산업에 많은 압박을 주고 있다. 세계적으로 1년에 약 20만㎢의 산림이 제지와 목재산업에 이용되어지는데, 이 양은 해마다 남한면적의 두 배에 달하는 면적이 파괴되어지는 것과 같다. 현재 인도나 필리핀의 열대림은 거의 파괴되었으며 앞으로 100년 이내에 대부분의 산림이 파괴될 것이라고 한다. 때문에 전세계적으로 줄어드는 산림면적과 더불어 지구 온난화로 인한 사람들의 환경적 관심과 인식이 높아져 광합성을 통해 온실가스인 CO2를 소비하는 목재의 가치가 높아졌기 때문이다. 지구온난화 예방을 위한 CO2 규제를 협의한 리우 환경개발회의와 IPCC 회의를 통해 국가차원에서 자국의 산림보호규제가 높아지고 있다. 목재제품에 대한 소비요구가 커져가는 사회속에서 목재의 가격은 높아지고 원목자원의 공급은 줄어들게 되어 제지와 판재 및 복합재 산업에서는 대체섬유원료의 개발 필요성을 느끼게 되었다[1].많은 개발도상국의 경우 연료 및 제지, 판재, 복합재 등 산업적으로 이용가능한 충분한 산림자원을 가진 나라들은 많지 않다. 하지만 이런 나라들의 경우 대부분은 목재가 아닌 다른 lignocellulosic식물인 일년생 작물에엽수와 활엽수인 목재의 경우 어느정도 차이가 있지만 일반적으로 cellulose의 함량이 대략 40%, lignin 25~30%, ash의 양은 대부분 1%미만을 나타낸다. 하지만 세계적으로 많이 이용되는 농산부산물인 bagasse, cereal straw의 경우 목재와 비교할 경우 lignin 성분이 적은 반면 ash의 함량 및 silica 함량이 상당히 높은 것을 알 수 있다. silica성분은 ash에 포함되는 규소성분으로 이 수치가 높은 것은 산업에서는 많은 문제를 발생한다. 표피의 경우 일년생 초본류인 농산부산물은 bark로 덮힌 다년생 식물인 목재와는 달리 wax층으로 덮혀있는 것이 특징이다.Table 2. 대표적인 농산부산물의 화학적 구성Bagasse는 사탕수수에서 설탕성분들을 추출한 남은 잔여물을 말한다. 일부분은 설탕정제과정에서 열에너지 공급을 위해 소각되고 있으며, 나머지 잔량들은 그냥 버려지고 있다. Bagasse는 섬유성분과 수(pith)로 이루어져 있으며 섬유의 경우 두꺼운 세포벽을 가지고 비교적 긴 섬유길이(1~4㎜)를 가지고 있다. 세계적으로는 인도와 쿠바, 남미국가 등 열대성 국가에서 주로 생산된다. Bagasse의 경우 저장시 높은 당분의 양 때문에 발효작용을 막기 위해 특별한 처리가 요구된다. 당분의 양을 줄이고 저장수명을 늘이기 위해 bagasse는 대부분 pith를 제거한 상태에서 저장된다. Pith의 경우 설탕정제과정에서 효과적은 연료자원으로 활용된다. 일반적으로 수가 제거된 bagasse는 건조된 후 곤포의 형태로 압축되어 저장된 후 particleboard나 fiberboard로 이용된다.Cereal straw는 세계적으로 농산부산물로 만들어지는 판재 및 복합재 산업에서 두번째로 많이 이용되는 농산부산물로써 밀과 호밀, 귀미 및 쌀등의 짚을 말한다. 짚의 경우 silica를 포함한 높은 ash양으로 인해 제조공정상에서 절단기구의 마쇄를 유발시킨다. 또한 줄기에 포함된 wax성분은 섬유와 요소수지와의 결합을 약화시킨다. 미생물이 농산부산물을 공격하게 되면 산물의 양이 줄어들게 되고 더불어 섬유의 질 또한 낮추게 된다. 짚의 경우 곡물이 목적이 되기에 한 계절에 한꺼번에 많은 양이 수집되어 보관해야하는 문제점이 있다.농산부산물은 목재산업에서 일반적으로 쓰이는 수지접착제와 결합이 어렵다. 대표적인 예가 straw와 요소수지의 경우로 접착이 매우 불량한 결과를 보이는 데, 이는 straw의 화학적 특성 중 높은 완충용량과 wax의 양으로 인해 비롯된다. 때문에 농산부산물의 Wax 성분은 접착시 문제를 발생시키며 대부분 긴 압착시간을 요구하게 된다. 또한 벼나 보리등의 straw는 높은 silica양을 가지고 있는데 이는 board생산시 기계장비의 마모를 일으키고 입자의 처리과정에서 문제를 일으킨다.농산폐기물을 원료로 한 Composites세계적인 이용 측면세계적으로 다양하고 많은 양의 농산부산물들이 이용되고 있다. 특히 나라마다 각기 다른 작물들을 특성화하여 이용하고 있으며, 이 작물들을 이용하고 Low-density insulation boards, medium-density fiberboards, hardboards, particleboard 그리고 문이나 지붕과 같은 구조용재등을 생산하고 있다. 사용되는 결합제로는 합성 열경화성 수지와 tannin과 lignin, starches과 같은 추출된 천연수지성분, 열경화성 플라스틱, 무기질등이 사용되었다. 다음의 범주의 내용은 USDA Forest Service에서 수행된 각 나라마다 농산부산물의 사용에 대한 조사를 통해 지리적 구분에 의해 보고된 내용이다[2].Africa(Botswana, Nigeria, Sudan)Nigeria에서는 망그로브 나무에서 추출된 tannin과 red onion skins을 이용하여 합성수지를 생산하였으며 이것으로 bagasse와 망그로브 나무의 수피, 목재대패밥, 옥수수자루를 이용하여 높은 강도의 particleboard를 생산하였다.Sudan에서는 guar와 수수줄기를 이용하여 보드를 생산하였다 관심을 가지게 되었다. Germany에서는 목재와 straw를 이용한 판넬을 생산하였다.Bulgaria에서는 다양한 농산부산물을 연구하여 너도밤나무의 섬유와 hemp, 담배줄기, 면, 나무딸기, 옥수수열매, 해바라기 줄기등을 이용하여 다양한 조합의 fiberboards를 생산하였다.IndiaIndia에서는 bagasse를 이용하여 결합제가 없는 particleboard를 생산하였다. 이 과정에서는 bagasse가 1~2% alkali bath에 증해된 후 oil과 함께 압착되어 board로 생산되었는데 다른 농산부산물의 판넬제품과 비교시 좋은 단열성을 보였다. 건축자재를 연구하기 위해 농산부산물과 시멘트를 이용하여 보드나 지붕, 타일재등으로 생산되었다.The middle East(Egypt, Iraq, Saudi Arabia)Rice straw는 Egypt에서는 대표적인 lignocellulosic 물질이며 fiberboard로 생산되기도 하였다. 대부분의 rice straw는 목재섬유로 만든 board보다 비섬유물질의 함량이 높아 board의 질이 열악한 결과를 보였다. 하지만 rice straw의 섬유화를 높였을 경우 board의 특성이 매우 높아졌다. 이 외에 다른 lignocellulosic계 부산물로는 면화의 줄기와 bagasse, kenaf이다. 이 농산부산물부터 만든 hardboards가 rice straw board보다 물성이 더 좋다는 보고도 있다.Iraq에서는 갈대나 부들을 목재와 혼합하여 particleboards로 만들었다. 갈대를 넣었을 경우 강도특성은 많이 향상되었으나 내수성은 감소되었다.Saudi Arabia에서는 건축자재로 이용되는 composites에 섬유자원으로 bagasse를 이용하였다.Philippines필리핀에서는 판넬생산을 위한 농산부산물의 이용에 대해 연구하였다. 대부분 연구의 초점은 코코넛 껍질과 파인애플 섬유를 목재와 혼합하여 particleboard를 생산하는 것이었다. 또 다른 연구에서는 바나나껍질을 목재칩과 d까지 다양하게 이용된다. 내장재로 사용될 경우에는 내수성이 약하지만 가격이 낮은 수지를 사용하며 외장재로 사용될 경우에는 내수성이 강하지만 가격이 높은 열경화성 수지를 사용한다. Composite의 성질은 섬유의 화학적 변화를 통해 치수안정성이나 산염기 안정성, 내열성 및 부식성을 개선될 수 있다.Non-structural composites비구조성 composite은 무게를 지탱하지 않는 목적에서 만들어진 제품으로 정의되며 문이나 창문, 천정타일 및 자동차 내장재 등으로 이용된다. 이것은 구조성 composite에 비해 가격이 저렴하다. 대부분 압출성형이나 열압착, 주조방법에 의해 생산된다.Molded products대부분의 목재기반의 composite 산업에서는 판재형식의 제품을 생산하였으여 이 판재들은 조각으로 잘려져 접착 또는 고정되는 방법으로 서랍이나 상자, 용기등의 제품으로 제조되었다. 일차적으로 판재는 섬유와 수지간의 압착으로 만들어지고 이차적으로 이를 이용하여 생산하는 과정상에서 판재를 형성하는 과정에서의 비용을 줄이고 긴 섬유를 이용하여 일차공정상에서 원하는 형상의 composite을 생산하는 것이다. 이 기술에서는 섬유를 mat를 형성하기 전에 접착제를 주입하고나 분사하는 방법으로 처리한 후 mat로 형상을 만든 후에 열성형 과정을 통해 밀도를 높이게 된다. 이 때 원하는 크기나 모양, 두께, 밀도가 가능하게 된다. 이 주형된 제품은 구조성 또는 비구조성등으로 이용가능하다.Packaging농작물로 생산된 포장지는 많은 세월동안 가방이나 상자, 그 외의 용기로 사용되어왔다. 이것은 경량성이며 재활용이 가능하며 저가의 특성을 가지고 있다. 긴 섬유의 농작물은 직물과 mat로 제조된 후 열경화성 플라스틱 필름을 통해 중첩되어 concrete나 음식, 화학품등의 포장에 이용된다.다른 물질과의 혼합농산부산물의 잎이나 인피섬유, 줄기섬유를 유리섬유나 금속, 플라스틱등의 다른물질과 결합함으로 인해 composite을 생산할 수 있다. 이 과정의 comp

생활/환경| 2011.06.03| 10페이지| 1,500원| 조회(95)

재활용, 복합체, Composite, 농산폐자원, agriculture wast..

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2007 Korea Oil Spill

2007 Korea oil spill2007 Korea oil spill"The MT Hebei Spirit oil spill is a major oil spill in South Korea that began on the morning of 7 December 2007 local time, with ongoing environmental and economic effects. Government officials called it South Korea's worst oil spill ever, surpassing a spill that took place in 1995." -wikipediaHistoryOn December 7, 2007, a wire linked to Samsung no.1, big vessel carrying a crane wascut off. And then, that crane crashed into an oil tanker Hebei Spirit that was in thewest coast of Taean, spilling like 12,547 kL of crude oil. As a result, left side of vesselwas broken and oil was spilled to ocean.The density of the oils were about 0.85. The oils mostly consist of hydrocarbons andsome trace metals. And 30-50% of total mass of oil is mostly volatile organic carbons.So, most of them evaporate at the initial stage of spill.Spilled oil spread out the ocean. It is very complex phenomenon that dispersion occur.It depends on many things that current, temperil dissolves in the seawater, and volatile component vaporizes into air. Oil contains 50 - 80% of water thereby, and form emulsion that is brown and sticky. It is called Oil ball and it is that spilling oil is solidified by weathering. And then, deposit particle and organism can be attached to sticky oilball. If it happened it sinks to the bottom of the sea. (sediment) Such formed sediment called tar mat becomes direct cause of long-term damage by oil spill. Because poisonous materials in oil are remained in deep bottom of the sea, finally them cause the pollution of whole sea.- Physical effect;(1) Among biological damage by oil spill, damage of sea bird and marine mammals attract the most interests. Because damage is very visible and much population is influenced all at once.①Waterproof of hair is lost.Crude oil have considerable amount of surface active agent, so it wash fat soluble materials that do waterproof function in hair. If seawater permeate into hair, air that is kept in betosits that entertain oil are formed, and they protect oils from weathering. Finally, oil is remained behind within land for a long time.The general method of restoration- 1 step: Establishing oil fence, so minimize spread of oil.- 2 step: Directly removal using devices or tools according to amount of spilt oil or thickness of oil film.- 3 step: Input adsorbent material such as adsorbent paper to remainder oil which removal of above methods is hard.- 4 step: To remainder oil that can't remove by above mechanical and physical method, use 유처리제(유분산제) as final measure.-mechanical and physical method① Oil adsorbent paper (기름 흡착포)It is produced with polypropylene that is hydrophobic property in MB method. It has keeping out water and adsorbing role. It can usually adsorb 10 ~ 20 time of itself weight. Cotton clothe can be used instead of it.② Oil fence or Floating boom-Purpose : We use Oil fence or Floating boom to protect specific region (ex : fish farm or main fishing ground) and send spiltd vertically.What happened in Tae-anThe intertidal zone is the area thatis exposed to the air at low tideand underwater at high tide andsubtidal zone is the area that isalways underwater still at low tide.Sea water is also contaminated.TPH conentration is ingredient for measure oil quantity and its water environmental standard is 10ppb. And experiment range of coast is boundary between sea and land included intertidal. Only small part, kind of 모항 measured 10.5ppb , exceed oil pollution standard, but ,as you can see the table, TPH average concentration generally decreased from the begging of accident 2007. 12. First TPH concentration is 1320 ppb but 2~3 months later it changes to 17ppb and 7 months later it fell to 3ppb. Therefore, TPH concentraiton in sea water recovers normal level.And There is Oil pollution in sediment, too. Some part kind of 모항 and 아치네 still show 100 ppm, high TPH concentration, but most other areas' recovers normal level from 100ppm to 29 ppm. However, oil pollutioin this using 300 thousand kg oil absorbent paper. They collected 5000kl waste oil and 2000ton lump of tar.Oil fence were also installed around farm and sensitive area. And oil absorbent material were spread on oily coast and absorbed oil. On the sea, many helicopters and ships spray oil clean using high pressure pump.However, There is also limitiation. In case of oil fence, alphabet I shape, 1m high oil fences were installed oil spoiled area, but oil spreaded rapidly dre ioof expecstale storng wind and wave. They made oil jumped over the oil fence, so oil fences were useless. And in case of oil clean, it uses for the last time after all the physical operations were done In case of its environmental proalem as we said before. But using large amount of oil clean is much cheeper than using oil absorbent paper, many bet ing villages used lots of oil clean in a wrong ways. Tlages less spread of oil clean made Tae- Ahn restoring hours long.Desirable ideaIn many cases, they were just interesr

자연과학| 2010.06.14| 9페이지| 1,500원| 조회(182)

태안, 기름유출, OIL, Spill

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중금속 오염된 토양에서의 zeolite의 phytoability 조절 효과

중금속으로 오염된 토양에서의zeolite의 phytoability 조절 효과중금속으로 오염된 토양에서의zeolite의 phytoability 조절 효과목 차I. 서론II. 실험 목적III. 실험 방법IV. 실험 결과 및 고찰V. 결론VI. 참고문헌I. 서론중금속은 토양 내에 축적되어 식물체 내로 흡수되는데 식물에 흡수되었을 경우 독성을 나타내어, 식물의 생육을 저해하며, 이 식물이 농작물일 경우 수량을 감소시킨다. 중금속은 식물체가 흡수할 수 있는 가용상태와 불가용상태가 있으며 토양 중 식물이 흡수할 수 있는 가용성중금속은 식물의 뿌리를 통하여 대부분 흡수되고, 토양의 pH, 토양의 산화력, 양이온치환용량(CEC), 점토와 유기물의 함량에 따라 차이가 크다고 알려져 있다.1) 우리나라 토양의 특징우리나라의 토양을 살펴보면 산악이 많은 지형적 조건과 강우가 집중되는 몬순기후의 영향으로 토심이 얕고, 점토함량이 낮으며 특히 산성을 나타낸다. 또한 습윤, 온난한 기후가 유기물의 분해를 촉진함으로써 유기물함량이 낮다. 낮은 점토함량과 유기물함량은 양이온치환용량과 완충용량을 낮추기 때문에 토양에 유입되는 물질에 대한 보유력도 낮아지게 된다. 따라서 우리나라의 토양은 환경오염이나 중금속과 같은 유해한 물질에 대하여 취약한 성질을 가지고 있으며, 주변에 다른 환경까지 유해성을 전가시킬 가능성이 클 것으로 예상된다.2) 중금속이 토양 내에서 고정되는 경로중금속은 산업폐수, 생활폐수, 연료의 연소를 통한 대기에서의 유입 등 다양한 경로를 통해 토양으로 들어온다. 중금속 이온이 수용성 상태에서 고체상으로 이동하는 과정에는 크게 세 가지가 있다. 첫째는 흡착으로 주로 이온교환반응이나 van der waals force에 의해 물리적으로 결합하는 물리적인 흡착과, 극성이 반대인 점토광물의 입자표면과 이온 간의 결합인 화학적인 흡착이 있다. 두 번째는 ligand와 결합하여 복합체를 형성하는 경우가 있으며, 마지막으로 점토광물의 표면에 침전되어 새로운 고체상을 형성시키는 것이다. 위된 토양을 개량하는 방법오염농경지에 대한 개량대책으로는 물리, 화학, 생물학적인 개량방법이 있다.가. 물리적인 개량방법 : 경지정리 후 오염토양 매립, 심경반전, 객토, 절토 등의 방법,흡착 방법으로 제올라이트(Zeolite) 같은 물질 시용나. 화학적인 개량방법 : 유해중금속을 불용화 시키는 방법으로 소석회, 유기물 및 인산 시용,담수재배다. 생물학적 개량방법 : 중금속 흡수력이 큰 비식용식물을 재배하는 방법4) 제올라이트(Zeolite)제올라이트(Zeolite)는 일반적으로 결정질 함수 알루미노규산염 광물로서SiO _{4} 및AlO _{eqalign{4#}} 사면체들을 기본단위로 하는 규칙적으로 균일하게 배열된 고유한 크기의 공공이나 세공을 가지고 있고, 또한 영구 음전하를 가지는 결정구조 중의AlO _{4} ^{-} 때문에 전기적 중성을 유지하기 위한 알칼리 금속 등의 양이온이 세공이나 공공 내에 존재하여, 양이온 교환을 쉽게 할 수 있다. 이런 특이한 결정구조와 물리, 화학적 특성을 가지고 있어 흡착제를 비롯하여 분리제, 이온교환체, 촉매, 폐수처리제, 경수연화제, 건조제, 악취제거제, 유지탈색제 및 입상비료의 고결방지제 등 여러 분야에 공업적으로 광범위하게 이용되고 있다.II. 실험 목적중금속으로 오염된 토양에 개량제 중 하나인 제올라이트(Zeolite)를 처리해 식물이 성장함에 있어서의 가용성 변화량을 측정 해 본다.III. 실험 방법광산 지역에서 광미로 오염된 토양을 채취한 후 제올라이트를 0%, 1%, 2%로 농도를 다르게 처리한 후 9일 정도 건조시킨 토양을 사용하여 실험하였다.현재 우리나라에는 식용으로 많이 이용되는 10대 작물이 지정되어 각 작물별로 중금속 함량 기준이 명확하게 제시되어 있는 반면, 고추는 많이 이용되는 데 비해 중금속 함량 기준이 뚜렷하지 않다. 때문에 이번 실험을 통해 고추 재배 시 흡수된 중금속 함량을 알아봄으로 기준 제시에 도움이 될 수 있으며, 특히 척박한 토양에서도 잘 자라는 특성을 가지고 있기 때문에 고추를 실험량은 변하지 않는다는 것을 알아보기 위해 토양을 개량제 투입 전후로 왕수에 녹여 전함량을 조사하는 실험을 수행한다.식물이 자라는 토양 안에 중금속이 많이 있는데 이것을 식물이 다 이용하지는 않는다. water soluble, exchangable, 카보네이트와 결합, 철망간 옥사이드와 결합, 유기물과 결합 등 다양한 형태로 중금속이 존재하는데 식물이 이용할 수 있는 형태는 식물마다 다르다.토양 중 중금속의 확실한 bioavailability를 확인 할 수 있는 가장 확실한 방법은 식물체를 심어보고 얼마나 흡수했는지를 알아보는 방법이다. 하지만 시간이 너무 오래 걸리고, 분석하기도 힘들다. 그래서 시간을 단축하는 방법이 있는데 그 중에 우리가 선택한 것이 암모늄나이트레이트(NH _{4} NO _{3})를 이용한 방법이다. 암모늄나이트레이트의 치환능력 (암모늄나이트레이트가 중금속 자리에 들어가고 중금속이 빠져나오는 것)이 식물체가 이용하는 것과 비슷하기 때문에 1M의 암모늄나이트레이트를 처리하여 식물체가 흡수할 양을 가늠 해 볼 수 있다.개량제를 처리하면 중금속의 함량이 변하는 것이 아니라 availability가 달라진다. 즉, 전함량은 변함없지만 phytoavailability가 달라진다는 것이다. 여기서 phytoavailability가 높아진다면 중금속으로 오염된 토양에 식물을 심어서 토양을 정화시키는 phytoextraction을 이용하면 되고, phytoavailability가 낮아진다면 개량제를 처리한 토양에서 작물을 기르면 되는 것이다.실험 1. 제올라이트 처리 농도에 따른 pH, EC, CEC 변화 측정1) pH, EC 변화 측정 실험처리한 토양과 증류수를 1:5의 비율로 (토양 5g : 증류수 25mL) 혼합한다.2) CEC 변화 측정처리한 토양과 암모늄아세테이트(NH _{4} OAc)를 1:10의 비율로 (토양 2g : 암모늄아세 테이트 20mL) 혼합한다.혼합한 용액을 30분 동안 120rpm으로 shaking 해 준 후, 거름종이로 거른 용1M로 혼합하고 shaking 해 준 후 거름종이로 거른 용액을 분석한다.실험 3. 제올라이트 처리 농도에 따른 식물체 내 중금속 함량 변화 측정건조시킨 잘게 부순 식물 0.4g과 질산 5~7mL를 혼합한 후 거름종이로 거른 용액을 분석한다.실험 4. 고추 재배 전, 후 토양 내의 중금속의 전함량 변화 측정제올라이트를 1% 처리한 토양 0.5g과 왕수 12mL (HCl 9mL+HNO _{3} 3mL)를 혼합한 후 거름종이로 거른 용액을 분석한다.[사진] 실험3. 건조한 식물과 질산 용액을 혼합하는 모습IV. 실험 결과 및 고찰실험 1. 제올라이트 처리 농도에 따른 pH, EC, CEC 변화 측정pHEC양이온CaKMgNaTotal0%6.52154.71454.449177.011314.688102.07692048.2261%6.62147.11468.216240.7363309.6727199.13852217.7642%6.6160.41770.12349.402368.2834340.5142828.357[표] 제올라이트 처리 농도에 따른 pH, EC, 양이온 농도 값의 변화 (EC:mu s/cm, 농도:ppm)[그래프1.] 제올라이트 처리 농도에 따른 양이온 농도 변화 (단위;ppm)표의 결과를 보면 제올라이트를 처리한 농도가 커질수록 pH, EC, 그리고 양이온의 농도가 증가하는 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 토양에 제올라이트를 다른 농도로 처리해 줬을 뿐 다른 처리는 하지 않았어도 금속이온의 전 함량이 증가한 것은 첨가해 준 제올라이트에 그 원인이 있다고 해석할 수 있다. 즉, 제올라이트의 양이온 흡착 능력으로 인해 자체적으로 보유하고 있던 금속 이온의 양 만큼, 0%에서 2%로 갈수록 더 높은 pH와 EC, 금속 이온의 전 함량이 증가한 것이다.실험 2. 제올라이트 처리 농도에 따른 토양 내 중금속의 유효태 변화 측정[그래프2.] 제올라이트 처리 농도에 따른 토양 내 유효태의 농도 변화 (단위:ppm)[그래프2.]에서 ‘control’은 제올라이트를 처리하지 않은 토양알아볼 수 있게 세로축 간격이 다른 그래프로 나타내었다. 제올라이트는 양이온을 흡착하는 능력이 뛰어나기 때문에, 실험 결과 처리를 한 토양 내의 중금속 유효태의 농도가 줄어들었음을 알 수 있다. As는 다른 중금속 이온과 달리 음이온으로 제올라이트 흡착 기작이 다르기 때문에 증가한 것으로 추측할 수 있다.실험 3. 제올라이트 처리 농도에 따른 식물체 내 중금속 함량 변화 측정[그래프3.] 제올라이트 처리 농도에 따른 식물체 내 중금속 함량 변화 (단위:ppm)제올라이트 처리 농도가 증가 할수록 식물체 내 중금속 함량이 줄어드는 경향을 보였다. 이는 제올라이트가 토양 내의 중금속을 강하게 흡착하기 때문에 그만큼 식물체가 흡수하는 데 어려움이 있기 때문이다. Cu와 Zn 같은 필수영양소에 속하는 원소는 흡수량이 증가하기도 하였는데 이는 식물체가 생존을 위해 제올라이트의 흡착력보다 더 강한 힘으로 흡수한 것으로 예측할 수 있다.실험 4. 고추 재배 전, 후 토양 내의 중금속의 전함량 변화 측정[그래프4.] 고추 재배 전, 후 제올라이트를 처리한 토양 내의 중금속 함량 변화 (단위:ppm의 log값)위 그래프에서 볼 수 있듯이, 고추를 심은 후 토양 내의 중금속 함량이 감소하였다. 이론적으로 생각해 보았을 때 식물이 흡수할 수 있는 중금속의 양도 매우 적고, 게다가 제올라이트를 처리함으로 인해 그 흡수량은 더 적어야 한다. 그리고 위 그래프의 세로축은 로그 값으로 처리되어 있는데, 실제 흡수량의 차이는 더 크다고 볼 수 있다. 이는 식물체가 그만큼 흡수한 것으로 추측하기에는 그 양이 너무 많다. 그렇다면 그 원인을 전함량분석 실험시의 오차에서 생각해 볼 수 있는데, 고추를 재배하기 전 실행했던 전 함량분석 실험에서 그 오차를 찾을 수 있다. 전 함량 분석 시 토양은 넣지 않고 왕수만 넣은 시험관에서 As, Cd, Cr Cu, Ni, Pb, Zn 이 각각 75, 12, 15, 450, 300, 600, 900 (ppm) 이 검출되었다. 즉, 고추 재배 전 토양의 중금속 있다.

자연과학| 2010.06.14| 12페이지| 2,000원| 조회(210)

중금속, 토양오염, zeolite, 개량제, phytoavaility

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