HPLC를 활용한 산불피해지 내 열화탄소(Pyrogenic Carbon)의 분석

김태현1*, 정진규1, 임상준1,2

(1서울대학교 농림생물자원학부, 2서울대학교 농업생명과학연구원)

Analysis of Pyrogenic Carbon in Fire-Affected Forests Using HPLC

Taehyun Kim1*, Jingyu Jeong1, Sangjun Im1,2

(1Department of Agriculture, Forestry and Bioresources, Seoul National University,

2Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University)

요약: 산림 탄소는 유기탄소와 무기탄소의 형태로 순환되며 총유기탄소는 입자의 크기에 따라 입자성 유기탄소와 용존성 유기탄소로 구분이 된다. 산불이 발생하면 산림 내 유기물의 탄소가 산화되는데, 완전 연소되면 이산화탄소 상태로 배출되고 불완전 연소되면 지표면에 연소잔여물의 형태로 남게 된다. 연소잔여물의 유기탄소 중 일부는 연소 과정에서 고온·고압에 노출되어 열화탄소(Pyrogenic Carbon, PyC) 구조체로 변형되며, 연속된 원소탄소 결합체의 형태로써 물리·화학적으로 분해에 강해진다. 따라서 일반적인 유기탄소에 비해 긴 체류시간을 갖는 열화탄소는 산불피해를 받은 산림 내에서 탄소의 저장과 격리 역할을 수행할 것으로 기대되며, 전 세계적으로 산불피해지 내 열화탄소의 정성적·정량적 평가가 시도되고 있다. 이 연구에서는 고성능액체크로마토그래피(High-Performance Liquid Chromatography) 방법을 활용하여 2023년 금산·대전 산불피해지의 연소잔여물과 산불피해유역의 유출수에 존재하는 열화탄소량을 분석하였다. 분석 결과, 연소잔여물의 총유기탄소는  평균 15.0±0.9 %였으며, 총유기탄소 중 열화탄소가 차지하는 비율의 최댓값은 41.1 mg PyC/g PyOM로 나타났다. 유출수는 6.7-10.6 mg/L의 범위를 나타냈으며, 총유기탄소중 열화탄소가 차지하는 비율의 최댓값은 45.9%(mg PyC/mg TOC)로 나타났다. 이 연구는 연소잔여물과 물에 존재하는 열화탄소를 정량화하였으며, 이러한 결과는 추후 산불피해지 유기탄소의 거동을 분석하는 데에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract: Forest carbon cycles in the forms of organic and inorganic carbon, and total organic carbon(TOC) is categorized into particulate organic carbon (POC) and dissolved organic carbon (DOC) based on particle size. When a wildfire occurs, the carbon in forest organic matter oxidizes; complete combustion releases it as carbon dioxide, while incomplete combustion leaves it on the surface as pyrogenic organic matter(PyOM). Some of the organic carbon in this residue is exposed to high temperatures and pressures during the combustion process, transforming into a structure known as pyrogenic carbon (PyC). As a continuous elemental carbon compound, PyC is physically and biochemically resistant to decomposition, giving it a longer residence time compared to typical organic carbon. Thus, PyC is expected to play a role in carbon storage and sequestration within wildfire-affected forests. In this study, the amount of PyC in PyOM and runoff from the fire-affected areas of 2023 Geumsan·Daejeon Forest fire was analyzed using High-Performance Liquid Chromatography. The analysis showed that the TOC of the PyOM was on average 15.0±0.9%, with the highest proportion of PyC in TOC being 41.1 mg PyC/g PyOM. The PyC in runoff ranged from 6.7 to 10.6 mg/L, with the highest proportion of PyC in TOC being 45.9% (mg PyC/mg TOC). This study is expected to be useful in analyzing the behavior of organic carbon with PyC in fire-affected areas.

사사: 이 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2022R1A2C1011562)