KR101313091B1 - 토양용 메탄가스 저감 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양용 메탄가스 저감 조성물 및 그 조성물의 사용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점토광물 및 알칼리 토금속으로 이루어진 메탄가스 저감 조성물을 벼가 이양된 토양에 살포하여 메탄가스의 배출을 저감하는 사용방법에 관한 것이다.
상기와 같은 토양용 메탄가스 저감 조성물이 살포된 논 토양은 메탄가스의 방출량이 현저하게 줄어드는 탁월한 효과를 나타낸다.

Description

토양용 메탄가스 저감 조성물{COMPOSITION FOR SUPPRESSING METHANE GAS EMISSION IN SOIL}

본 발명은 토양용 메탄가스 저감 조성물 및 그 조성물의 사용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점토광물 및 알칼리 토금속으로 이루어진 메탄가스 저감 조성물을 벼가 이양된 토양에 살포하여 메탄가스의 배출을 저감하는 사용방법에 관한 것이다.

본 발명은 토양용 메탄가스 저감 조성물 및 그 조성물의 사용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점토광물 및 알칼리 토금속으로 이루어진 메탄가스 저감 조성물을 벼가 이양된 토양에 살포하여 메탄가스의 배출을 저감하는 사용방법에 관한 것이다.

벼 등을 재배하는 논 토양에서는 지구온난화의 대표적인 원인물질 중 하나인 메탄가스가 다량 배출되고 있다.

논 토양에서 벼 재배과정중에서 주로 배출되는 온실가스인 메탄은 지구온난화잠재력(Global Warming Potential)이 이산화탄소에 비하여 21배 높으며, 저지대 또는 담수된 논에서 유기물이 혐기적으로 분해되는 과정에서 발생하며, 논에서 배출되는 메탄의 대부분은 벼의 통기조직을 통하여 배출된다. 따라서 논에서 메탄 배출량은 재배지역, 측정시기, 토양특성, 온도조건, 물관리 방법, 유기물이나 무기물의 시용량, 벼품종, 수확횟수 및 재배기간에 따라 매우 큰 차이가 있다(1994, Trace gas emissions from rice field, 119-148; 1984, J. Atmos. Chem. 1:241-268; 1981, Soil Science 132:279-289).

일반적으로, 논 토양에서 메탄은 산화환원전위가 대략 -150mV 이하일 때 생성되며, 볏짚 등의 유기물시용과 같은 기질의 공급, 지온 등의 메탄생성에 큰 기여를 하는 것으로 알려져 있다(1964, Soil Sci. Plant Nutri. 10:27-133; 1999, J. of Korean Environ. Agri. Soc. 18:1-5; 1996, J. Korean Soc. Soil Sci. Fert. 29:212-217; 1997, J. Korean Soc. Soil Sci. Fert. 30:35-40; 2007, J. Korean Soc. Soil Sci. Fert. 40:214-220).

따라서, 친환경적이며, 토양의 물리 및 화학성을 개선시키는 효과를 갖고 있으며, 농업적 활용가치가 높은 알칼리 토금속을 이용하여 논 토양에서 메탄가스의 전구물질인 탄소화합물과 반응하여 메탄가스의 발생을 저감시키는 토양용 메탄가스 저감 조성물 및 그 조성물의 사용방법이 요구되고 있다.

(특허 문헌 1) 대한민국등록특허공보 제10-0829438호(2008년05월15일)

본 발명의 목적은 알칼리이온이 포화된 제올라이트와 알칼리 토금속을 이용하여 논 토양에서 발생하는 메탄가스를 저감시킬 수 있는 토양용 메탄가스 저감 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 점토광물과 알칼리 토금속으로 이루어진 토양용 메탄가스 저감용 조성물을 벼가 이양된 토양에 살포하여 토양에서 발생하는 메탄가스를 저감할 수 있는 토양용 메탄가스 저감 조성물의 사용방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 점토광물 및 알칼리 토금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양용 메탄가스 저감 조성물을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 토양용 메탄가스 저감 조성물은 점토광물 40 내지 60 중량부 및 알칼리 토금속 40 내지 60 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 점토광물은 알칼리 이온이 포화된 제올라이트로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제올라이트는 모데나이트 및 클리놉틸로라이트로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 알칼리 토금속은 칼슘 또는 마그네슘으로 이루어지는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 점토광물 40 내지 60 중량부 및 알칼리 토금속 40 내지 60 중량부를 혼합하는 혼합물제조단계 및 상기 혼합물제조단계를 통해 제조된 혼합물을 벼가 이양되고 40 내지 50일이 경과 한 토양에 150kg/10a의 양으로 살포하는 살포단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양용 메탄가스 저감 조성물의 사용방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 점토광물은 염화칼슘에 제올라이트를 투입하고, 상온에서 20rpm의 속도로 24시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하고, 제조된 혼합물의 상등액을 제거한 후에, 상등액이 제거된 상기 혼합물에 제올라이트를 투입하고 상등액을 제거하는 과정을 3회 반복하여 제조되는 것으로 한다.

본 발명에 따른 토양용 메탄가스 저감 조성물 및 그 조성물의 사용방법은 알칼리이온이 치환된 제올라이트와 알칼리 토금속을 이용하여 논 토양에서 발생하는 메탄가스를 저감시키는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 토양용 메탄가스 저감 조성물의 사용방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예를 통해 제조된 논 토양의 메탄가스 방출량을 측정하여 나타낸 그래프이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 토양용 메탄가스 저감 조성물은 점토광물 및 알칼리 토금속으로 이루어지며, 점토광물 40 내지 60 중량부 및 알칼리 토금속 40 내지 60 중량부로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

상기 점토광물은 알칼리 이온이 포화된 제올라이트로 이루어지는데, 상기 제올라이트는 모데나이트 및 클리놉틸로라이트로 이루어진다.

상기 알칼리 이온은 칼슘이온으로 이루어지는 것이 바람직하며, 칼슘 이온이 포화된 제올라이트는 염화칼슘(CaCl₂)을 110g을 물 1L에 녹여 1M의 염화칼슘(CaCl₂)용액을 제조하고, 제조된 1M의 염화칼슘 용액 1L를 분말상태의 천연 제올라이트 500g에 투입하여 혼합물을 제조하고, 제조된 혼합물을 상온(25℃)에서 회전교반기를 이용하여 20rpm으로 속도로 24시간 동안 교반시킨 후에 24시간 방치하고, 24시간 방치된 혼합물의 상등액을 제거하여 제올라이트에서 치환되어 발생한 K+, Mg2+, Na+ 이온을 제거하고, 상등액이 제거된 혼합물에 다시 제올라이트를 혼합하여 상등액을 제거하는 과정을 3회 반복한 후에 건조시켜 제올라이트 공극 내부가 칼슘이온으로 완전히 치환되어 있는 포화된 상태의 제올라이로 제공하는 과정을 통해 제조된다.

상기의 과정을 아래에 나타내었다.

상기 알칼리 토금속은 칼슘 또는 마그네슘으로 이루어지는데, 논 토양에서 벼를 제배할 때 발생하는 메탄가스를 저감시키는 역할을 한다.

더욱 상세하게는, 논 토양에서 벼를 재배할 경우 항상 물로 포화되어 있기 때문에 토양 중 유기물이 분해될 때 나오는 이산화탄소가 물에 녹아 탄산이온이 산소가 없는 조건에서 환원되어 산소가 제거되고 메탄이 생성되게 되는데, 칼슘을 논토양 살포할 경우 용액 중에 칼슘이온이 토양용액 중에 녹아 탄산이온과 결합하여 Calcite 및 Aragonite 등의 탄산칼슘 광물이 형성되며, 이러한 탄산칼슘 광물은 메탄으로 환원될 수 있는 물질(기질)로 사용되는 탄산이온을 공침반응을 통해 제거하기 때문에 메탄의 발생이 줄어들게 된다.

또한, 마그네슘을 논 토양에 살포할 경우에도 용액 중에 마그네슘 이온이 토양의 용액 중에 녹아 탄산이온과 결합하여 Magnesite 및 Nesquehonite 등의 탄산마그네슘 광물이 형성되며, 이러한 마그네슘 광물은 메탄으로 환원될 수 있는 물질(기질)로 사용되는 탄산이온을 공침반응을 통해 제거하기 때문에 메탄의 발생이 줄어들게 된다.

또한, 칼슘만으로는 논 토양에 적용했을 때, 그 효과가 오랜시간 유지될 수 없기 때문에 제올라이트 공극에 칼슘이온이 포화되도록 치환시켜, 논 토양에 적용되었을 때 지속적으로 칼슘이온이 방출되도록 하여 오랜시간 효과가 유지되도록 하였다.

또한, 본 발명에 따른 토양용 메탄가스 저감 조성물의 사용방법은 점토광물 40 내지 60 중량부 및 알칼리 토금속 40 내지 60 중량부를 혼합하는 혼합물제조단계(S101) 및 상기 혼합물제조단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 벼가 이양되고 40 내지 50일 이 경과 한 토양에 150kg/10a(아르)의 양으로 살포하는 살포단계(S103)로 이루어진다.

상기 혼합물제조단계(S101)는 점토광물 40 내지 60 중량부 및 알칼리 토금속 40 내지 60 중량부를 혼합하는 단계로, 이때, 상기 점토광물은 염화칼슘에 제올라이트를 투입하고, 상온에서 20rpm의 속도로 24시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하고, 제조된 혼합물의 상등액을 제거한 후에, 상등액이 제거된 상기 혼합물에 제올라이트를 투입하고 상등액을 제거하는 과정을 3회 반복하여 제조된다.

상기 알칼리 토금속은 상기 토양용 메탄가스 저감 조성물에 사용되는 성분과 동일한 성분이 사용되므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 살포단계(S103)는 상기 혼합물제조단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 벼가 이양되고 40 내지 50일이 경과 한 토양에 150kg/10a(아르)의 양으로 살포하는 단계로, 상기 혼합물을 벼가 이양된지 40 내지 50일이 경과한 토양에 살포하는 이유는 벼를 심기전에 토양에 상기 혼합물을 살포하는 경우, 상기 혼합물에 함유된 칼슘성분이 유기물의 분해를 촉진하여 메탄의 배출을 오히려 증가시키게 되기 때문이다.

또한, 벼는 이양된 후 50일 이후부터 생육이 갑자기 촉진되고 70일이 되면 최고의 생육을 나타내는데, 토양에서 생성된 메탄은 벼 뿌리를 통해 흡수되어 벼의 잎에 있는 기공을 통하여 배출된다.

또한, 벼를 심은 후 지온이 점차 상승하여 토양에 유기물의 분해는 촉진되고, 분해과정 중 생성된 이산화탄소는 산소가 부족해져 메탄의 형성이 매우 왕성하게 되고, 메탄의 배출은 벼 이양 후 50일에서 90일까지 거의 60% 이상의 메탄이 배출된다.

45일 이전에 상기 혼합물을 논 토양에 시용하면 그 효과가 빨리 소모되므로, 메탄가스가 다량 발생하기 시작하는 40일 내지 50일 사이에 살포하는 것이 가장 바람직하다.

이하에서는, 본 발명에 따른 토양용 메탄가스 저감 조성물의 사용방법을 통해 토양용 메탄가스 저감 조성물이 도포된 논 토양의 메탄가스 방출량을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<실시예>

알칼리 이온으로 포화된 모데나이트와 클리놉틸로라이트로 이루어진 점토광물 50 중량부 및 칼슘으로 이루어진 알카리 토금속 50 중량부를 혼합하고, 혼합된 혼합물을 벼가 이양되고 45일이 경과 한 논 토양에 150kg/10a의 양으로 살포하여 토양용 메탄가스 저감 조성물이 도포된 논 토양을 구비하였다.

<비교예>

벼가 이양되고 45일이 경과한 논 토양을 구비하였다.

전술한 실시예 및 비교예를 통해 구비된 토양용 메탄가스 저검 조성물이 도포된 논 토양과 일반 논 토양의 메탄가스 방출량을 측정하여 아래 도 2에 나타내었다.

아래 도 2에 나타낸 것처럼 본 발명의 실시예를 통해 구비된 토양은 벼가 이양되고 약 45일이 경과 한 후에 본 발명에 따른 토양용 메탄가스 저감 조성물이 살포된 시점부터, 비교예에 의해 구비된 토양에 비해 메탄가스의 방출량이 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다.

S101 ; 혼합물제조단계
S103 ; 살포단계

Claims (7)

1. 점토광물 40 내지 60 중량부 및 알칼리 토금속 40 내지 60 중량부로 이루어지며,
   상기 알칼리 토금속은 마그네슘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양용 메탄가스 저감 조성물.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 점토광물은 알칼리 이온이 포화된 제올라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양용 메탄가스 저감 조성물.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제올라이트는 모데나이트 및 클리놉틸로라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양용 메탄가스 저감 조성물.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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