지난 2005년 2월 16일, 선진국에 온실가스 감축의무를 부과한 교토의정서가 97년에 채택된 이래 8년 만에 공식적으로 발효되었다. 우리나라의 경우 실질적인 감축의무는 2012년 이후에 가지게 되며, 이에 대한 대비가 요구된다. 폐기물 매립지는 온실가스를 발생시키는 주요한 발생원 중 하나이며, 국내의 경우 온실가스 전체 발생량 중 폐기물 분야가 차지하는 부분은 2004년 자료로 2.7%에 해당하며, 1995년 이후 매년 발생되는 양이 일정한 것으로 알려졌다.

  휘발성 가스가 토양에서 대기로 유출되는 정도를 측정하기 위한 방법 중의 하나가 챔버를 이용한 방법이다. Witkamp & Frank(1969)는 Static chamber method와 Dynamic chamber method를 제안하였으며, 이후 많은 연구자들에 의해 이 방법은 널리 사용되었다. Kienbusch(1986)는 Dynamic chamber의 제작에서 세부 측정 방안에 대한 연구를 수행하였고, 이 연구결과는 EPA(Environmental Protection Agency)에 권고안으로 만들어졌다(EPA/600/8-86/008, 1986). Gholson(1989)는 이 연구결과를 실제 환경에 적용시켜 Dynamic chamber method를 보완하고 발전시켰다. Static chamber를 이용한 방법은 연구자들마다 동일한 측정 원리를 이용하지만 chamber의 제작과 세부적인 운용 사항은 연구자들마다 달랐다.

  챔버를 이용한 방법간의 비교를 통해 각 방법을 보완하려는 연구는 지속적으로 진행되어 왔다. Jensen등은 1996년에 발표한 연구결과에서 100 mg CO2/㎡/h method를 기준으로 이보다 높은 표면발산량에서는 Dynamic chamber method과 비교했을 때 Static chamber method의 결과가 항상 12%정도 높은 값을 보였으며, 100 mg CO2/㎡/h 보다 낮은 표면발산량에서는 항상 낮은 값을 보였다고 보고하였다. 2003년 Widen 등은 Static chamber를 이용한 방법에서는 측정 오차가 -19%에서 +21%인 것으로 보고되었으며, Dynamic chamber를 이용한 방법은 모든 측정범위에서 이론값보다 실측값이 더 높게 측정되는 것으로 보고하였다.

  본 연구에서는 EPA에서 권고한 것을 바탕으로 Dynamic chamber를 제작하였고, 이와 동일한 형태로 Static chamber를 제작하였다. 컬럼을 이용해 기체의 표면발산량에 영향을 줄 수 있는 외부인자들을 통제하며 실험을 진행하였다. 컬럼은 자갈층과 모래층으로 구성하였으며, 모래는 완전 건조된 주문진 토사를 이용하였다. 20℃ 항온실에 컬럼을 설치하여 실험시 온도를 일정하게 유지하였다. 문헌 조사를 통해 실제 폐기물 매립지에서 측정된 자료를 바탕으로 표면발산량을 조절하여 이를 각 chamber method를 이용하여 측정하였다.

  표면발산량을 16.6, 216.4, 2703.2 L/㎡/min을 컬럼 하부에서 유입시킨 결과에서 Static chamber method는 표면발산량이 2703.2 L/㎡/min인 경우 챔버가 닫힌계를 유지하지 못해 실험값을 구할 수 없었으며, 그 외의 경우에 있어서는 Dynamic chamber method에 비해 안정적인 결과 값을 보이는걸 확인할 수 있었다. 두 방법간의 비교에서 표면발산량이 216.4 L/㎡/min인 경우에는 측정값이 별다른 차이를 보이지 않았고, 16.6 L/㎡/min에서는 Dynamic chamber method의 측정값이 10배 이상 크게 측정되어 표면발산량 값이 작은 경우에 있어서는 이 방법을 신뢰할 수 없는 것으로 나타났다. flux값이 큰 영역에서는 Static chamber method는 내부압 증가로 그 사용이 적합하지 않으며, Dynamic chamber method를 사용하는 것이 합리적이다.

  Static chamber method에서는 표면발산량을 구할 때 시간에 따른 농도 변화율을 구하는 것이 관건이고 이 때 농도변화율의 회귀분석시 시간범위를 선정하는 것이 주요한 문제이다. 이는 표면발산량에 따른 시간범위를 분석해서 얻은 Y=-0.42 + 27.34/x 식을 이용해 활용할 수 있다.

  Dynamic chamber method에서 carrier gas의 유량을 5 L/min, 3 L/min으로 조절하여 실험을 하였다. 표면발산량이 216.4 L/㎡/min이상인 경우에는 차이를 보이지 않았지만, 표면발산량이 이보다 작은 경우에는 carrier gas의 유량이 3 L/min인 경우가 안정적인 실험 결과를 보였다. EPA에서는 Dynamic chamber method의 carrier gas 유량을 5 L/min로 제안하고 있지만 보다 작은 유량을 사용하여 더 안정적인 측정값을 얻을 수 있었다. 그러나 carrier gas의 유량이 적어질수록 측정 시간이 길어지는 단점이 있다.

  Static chamber method를 이용한 측정에서 챔버내부는 닫힌계를 유지하고 있어야 한다. 그러나 2703.2 L/㎡/min의 표면발산량을 유지하는 실험에서 챔버내부를 외부와 격리시키는데 사용됐던 벤토나이트가 챔버 외부압이 200 mmH2O이상으로 증가하면 견디지 못하는 것을 확인하였다. 챔버가 닫힌계를 유지할 수 없는 경우 챔버에 설치된 밸브를 열어 챔버 내부의 혼합가스가 밸브를 통해서만 유출되도록 한 뒤 유량을 측정하여 표면발산량을 구하였다. Static chamber method는 표면발산량이 커서 챔버 내부압이 200 mmH2O이상으로 증가하는 경우 사용할 수 없다. 본 연구에서 제안하는 변형된 open 형태의 Static chamber의 경우 내부 압력증가가 없으며, 이 때 측정되는 표면발산량 값은 실제값의 60~70%에 해당하였다.

주요어 : 온실가스, 표면발산량, static chamber method, dynamic chamber method, carrier gas