KR101933146B1 - 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 측면은, 바이오차 1 내지 30 중량%, 피트모스 1 내지 50 중량%, 코코피트 1 내지 60 중량%, 천연 광물질 1 내지 20 중량%, 질석 1 내지 10 중량%, 펄라이트 1 내지 20 중량%를 포함하며, 그 밖의 습윤제, 화학비료 및 pH조절제를 각각 0.5 중량% 이내로 포함하여 형성되는 바이오차를 이용한 상토 조성물에 있어서, 바이오차는, 바이오매스를 300 내지 1000℃ 무산소에서 열분해 온도를 증가시킴에 따라 내부 구조가 안정한 형태인 방향족 구조로 재배열되고, 표면적이 증가하게 기공이 생성된 상태로 사용하며, 천연 광물질은, 토르마린, 모나자이트, 귀양석, 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 포졸란, 의왕석, 옥, 천기토, 운모, 감람석, 목어석 중 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용하며, 습윤제는, 바인더, 식물산염 및 폴리올을 포함하며, 바인더로는 전분(starch), 아라비노키시란(arabinoxylan), 펙틴, 글리코겐, 셀룰로오스, 밀가루, 덱스트린 및 키틴 중 적어도 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 상토 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은, 바이오매스 원료 투입, 이물질 분리, 1차 파쇄, 입토 분리, 건조 및 탄화에 따른 바이오차 제조 과정을 거친 바이오차를 혼합기로 송부하며, 바이오차 외에 피트모스, 코코피트, 천연 광물질, 질석, 펄라이트, 습윤제, 화학비료, pH조절제를 미리 설정된 비율로 계량하여 혼합기로 송부하여 혼합기 내에서 혼합하는 제 1 단계; 혼합물에서 이물질 및 과대 크기의 입자를 제거하여 균일 제품을 선별하는 제 2 단계; 및 제품 저장 호퍼에 제품을 저장하고 포장하는 제 3 단계; 를 포함하여 구성되는 바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 단계 이전에, 바이오차 생산 공정시, 바이오매스 원료 투입하고, 이물질 분리하고, 1차 파쇄, 입토 분리, 건조 및 탄화를 순차적으로 거쳐서 생성된 숯 타입의 바이오차 중간가공물에 대한 냉각 과정, 그리고 혼련시설 및 용수 급여에 의한 반죽 형태로 형성한 뒤, 포장시설에 의한 가공에 의해 바이오차 제조 과정을 완료하는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조 방법을 제공한다.
이에 의해, 바이오차를 이용해 온실가스 저감, 토양의 개량 효과(토양의 pH 및 EC를 상승) 및 농산물 수확량 증대와 함께, 토양의 개량 효과에 있어서, 열처리된 천연 광물질들과 바이오차의 다공질 입자구조의 기공 형성에 의해 상호 침투 흡수되는 구조를 이용해 바이오차의 작용 속도를 늦추게 되어 장시간 그 효과를 발휘하도록 하는 장점이 있고, 또한 바이오차 및 천연 광물질의 다공질 입자구조에 의해 화학비료 추가 첨부시 토양내 양분 함량을 급격히 높이지 않으면서 원재료 내 중금속과 같은 유해성분량이 매우 낮고 토양내 유기물 함량을 증가시키며 발효 가스가 발생하지 않는 등 우수한 퇴비 효과 및 토양개량 효과를 가지며, 동시에 작물 생육에 필요한 초기 영양분을 공급할 수 있는 비료 효과가 우수하여 한 번의 시비로 3가지 기능을 동시에 부여할 수 있는 효과가 있다.

Description

바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법{Soil composition using biochar, and preparation method of the same}

본 발명은 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 바이오차를 상토 조성물의 주요 구성요소로 포함함으로써, 온실가스 저감, 토양의 개량 효과(토양의 pH 및 EC를 상승) 및 농산물 수확량 증대 등을 이루도록 하기 위한 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

1879년에 Herbert Smith는 아마존을 탐험하던 중 원주민의 설탕 농업에 대해, 사탕수수의 높이가 3m에 굵기가 손목 두께에 이르며 경이로운 생산력이 있는 것을 보고 이의 비밀이 아마존의 terra preta(dark earth, 검은 흙) 토양에 있다고 조사된바, 이의 연구 끝에 개발된 것이 바이오차(biochar)이다.

이러한 바이오차는 온실가스 저감의 경제적(환경적) 이익을 창출하는 것으로 연구되고 있다. 보다 구체적으로 유기물은 당, 탄수화물, 셀룰로오즈와 같이 빠르게 분해되는 물질과 리그린처럼 천천히 분해되는 물질이 있는바, 이때 분해시 발생하는 이산화탄소의 발생을 바이오차가 최소화함으로써, 전세계적으로 이슈화되고 있는 온실가스를 저감할 수 있다.

또한, 바이오차는 토양의 개량 효과가 있는 것으로 연구되고 있다. 보다 구체적으로 유기물을 토양에 시비할 경우 분해과정에서 발생하는 질산화작용에 의한 토양의 산성화를 유발하나, 바이오차의 경우 알카리성 회분의 물질로 인해 토양의 토양산도(pH) 및 전기전도도(EC)를 상승시키는 효과가 있다.

또한, 바이오차는 농산물 수확량 증대 효과가 있는 것으로 연구되고 있다. 보다 구체적으로, 토양 내 영양분의 흡착과 침출, 미생물 군집의 안정성 확보 등으로 인해 10%의 생산성 증대를 가져온다.

한편, 일반적으로 작물 식재용 상토의 다수의 유기물과 무기물을 주요 원료로 이들 배합 비율로 제품이 다수 개발·판매되고 있으나 유기물의 경우 분해가 느린 코코피트나 피트모스를 이용하고 있으나 이의 원료도 시간이 경과할수록 분해가 진행됨에 따라 가스 발생, 영양분 감소, 균사체 형성 등의 제품 변질을 유발하고 있는 실정이다.

이에 따라 해당 기술분야에 있어서는 미생물 분해에 대한 강한 저항성을 가지고 오랜 세월(수천 년까지) 동안 토양 내에서 존재할 수 있는 바이오차를 혼입하는 제품에 대한 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.

한편, 종래의 기술 1에 해당하는 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1638822호 "산처리를 이용한 바이오차의 활성화 방법, 산처리 활성화된 바이오차 및 그의 제조방법(Activation method of biochar using acid treatment, acid activated biochar and preparing method thereof)"은 바이오차를 산으로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 바이오차의 활성화 방법에 의하면 기존 바이오차보다 BET 표면적 및 공극부피가 현저히 증가한 바이오차를 제조할 수 있고, 이러한 활성화 방법에 의해 활성화된 바이오차를 항생물질로 오염된 토양에 적용할 경우에, 우수한 항생물질 흡착효과를 보여 기존 바이오차를 이용하는 방법에 비하여 효율적으로 항생물질을 흡착제거할 수 있는 기술에 관한 것이다.

그러나, 종래의 기술 1에 있어서는 바이오차의 표면적 및 공극부피를 증가시킴으로써, 항생물질 흡착효과를 높이는 것과는 본 발명의 기술과 유사하나 종래의 기술 1은 단순히 오염된 토양에서 항생물질 흡착효과를 위한 기술로, 농산물 수확량 증대에 관해서는 제시하지 못하는 한계점이 있다.

다음으로, 종래의 기술 2에 해당하는 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2016-0054938호 "인산 활성화된 계분 유래 바이오차 및 이를 이용한 납의 제거방법(Chicken manure biochar activated by phosphoric acid and method for removing lead using the same)"은 따른 인산 활성화된 바이오차에 의해 표면적의 증가와 함께, 납 이온 제거기능이 향상되며, 납 흡착에 드는 비용이 종래의 상용화된 흡착제에 비해 훨씬 저렴하여, 종래의 납 제거용 흡착제들을 대체할 수 있는 경제적인 흡착제를 제공하기 위한 기술에 관한 것이다.

그러나 종래의 기술 2는 상토에 적응할 수 있을지 알 수가 없으며, 상토에 적응시에 그 효과가 입증되지 못한 한계점이 있고, 종래의 기술 1과 같이 농산물 수확량 증대에 관해서는 그 목적 및 효과를 제시하지 못하는 한계점이 있다.

다음으로 종래의 기술 3은 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2016-0001832호 "바이오차를 이용한 토양 중 항생제 이동성 저감 방법(Method of inhibiting transport of antibiotics in soil using biochars)"은 토양에 바이오차를 처리함으로써, 항생제로 오염된 토양에서 항생제의 이동을 약 40 ~ 80% 정도로 감소시킬 수 있어, 토양에서의 항생제 이동에 의한 잠재적 위험성을 효과적으로 감소시킬 수 있는 기술에 관한 것이다. 그러나 종래의 기술 3은 토양의 개량 효과로 토양의 pH 및 EC에 대한 조절 그리고 농산물 수확량 증대를 이루도록 하기 위한 조성물에 대해서는 제시하지 못하는 한계점이 있다.

마지막으로 종래의 기술 4인 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1390454호 "단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차를 이용한 수질 중 항생물질 정화방법(Method for purifying antibiotics in water using biochar derived from buffalo-weed)"은 단풍잎돼지풀을 200 내지 800℃에서 2 내지 4시간 동안 열분해시켜 바이오차를 수득하는 단계를 포함하는 단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차(biochar)의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차, 상기 단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차를 항생물질로 오염된 물에 처리하는 단계를 포함하는 수질 중 항생물질을 정화하는 방법 및 상기 단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차를 유효성분으로 함유하는 수질 중 항생물질을 정화하기 위한 조성물을 제공하는 기술에 관한 것이다.

이러한 종래의 기술 4는 종래의 기술 1과 같이 항생물질을 정화하기 위한 것에서 공통되며, 종래의 기술 1의 토지의 항생물질 정화가 아닌 수질에 포함된 항생물질을 정화하기 위한 것이라는 차이점이 있다. 그리고 종래의 기술 4는 종래의 기술 3과 같이 종래 토양의 개량 효과로 토양의 pH 및 EC에 대한 조절 그리고 농산물 수확량 증대를 이루도록 하기 위한 조성물에 대해서는 제시하지 못하는 한계점이 있다.

대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1638822호 "산처리를 이용한 바이오차의 활성화 방법, 산처리 활성화된 바이오차 및 그의 제조방법(Activation method of biochar using acid treatment, acid activated biochar and preparing method thereof)" 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2016-0054938호 "인산 활성화된 계분 유래 바이오차 및 이를 이용한 납의 제거방법(Chicken manure biochar activated by phosphoric acid and method for removing lead using the same)" 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2016-0001832호 "바이오차를 이용한 토양 중 항생제 이동성 저감 방법(Method of inhibiting transport of antibiotics in soil using biochars)" 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1390454호 "단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차를 이용한 수질 중 항생물질 정화방법(Method for purifying antibiotics in water using biochar derived from buffalo-weed)"

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이오차를 이용해 온실가스 저감, 토양의 개량 효과(토양의 pH 및 EC를 상승) 및 농산물 수확량 증대와 함께 토양의 개량 효과에 있어서, 열처리된 천연 광물질들과 바이오차의 다공질 입자구조의 기공 형성에 의해 상호 침투 흡수되는 구조를 이용해 바이오차의 작용 속도를 늦추게 되어 장시간 그 효과를 발휘하도록 하기 위한 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 바이오차 성분을 많이 포함시킨 바이오차를 이용한 상토 조성물을 기반으로, Si 성분을 많이 필요로 하는 화본과 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물, 칼슘(Ca) 성분을 필요로 하는 밭 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물을 개별적으로 제공하도록 하기 위한 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물은, 바이오차 1 내지 30 중량%, 피트모스 1 내지 50 중량%, 코코피트 1 내지 60 중량%, 천연 광물질 1 내지 20 중량%, 질석 1 내지 10 중량%, 펄라이트 1 내지 20 중량%를 포함하며, 그 밖의 습윤제, 화학비료 및 pH조절제를 각각 0.5 중량% 이내로 포함하여 형성되는 바이오차를 이용한 상토 조성물에 있어서, 바이오차는, 바이오매스를 300 내지 1000℃ 무산소에서 열분해 온도를 증가시킴에 따라 내부 구조가 안정한 형태인 방향족 구조로 재배열되고, 표면적이 증가하게 기공이 생성된 상태로 사용하며, 천연 광물질은, 토르마린, 모나자이트, 귀양석, 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 포졸란, 의왕석, 옥, 천기토, 운모, 감람석, 목어석 중 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용하며, 습윤제는, 바인더, 식물산염 및 폴리올을 포함하며, 바인더로는 전분(starch), 아라비노키시란(arabinoxylan), 펙틴, 글리코겐, 셀룰로오스, 밀가루, 덱스트린 및 키틴 중 적어도 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이때, 바이오차를 이용한 상토 조성물은 구체적인 예로서, 바이오차 120kg, 분쇄된 코코피트 150kg, 해면된 피트모스 112kg을 혼합기로 송부하고, 혼합된 천연 광물질 76kg, 질석 37kg, 펄라이트 72kg, 습윤제 0.62kg, 화학비료 0.5kg 및 pH조절제 0.2kg를 계량하여 컨베이어 벨트를 통해 혼합기로 송부하여 2분 동안 무중력 혼합기에서 혼합될 수 있다.

또한, 바이오차를 이용한 상토 조성물은, 혼합기에서 혼합된 원재료 중 4mm 이상 되는 큰 원재료와 이물질을 제거하기 위해 스크린 시설을 통과시켜서 제조되는 것이 바람직하다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조 방법은, 바이오매스 원료 투입, 이물질 분리, 1차 파쇄, 입토 분리, 건조 및 탄화에 따른 바이오차 제조 과정을 거친 바이오차를 혼합기로 송부하며, 바이오차 외에 피트모스, 코코피트, 천연 광물질, 질석, 펄라이트, 습윤제, 화학비료, pH조절제를 미리 설정된 비율로 계량하여 혼합기로 송부하여 혼합기 내에서 혼합하는 제 1 단계; 혼합물에서 이물질 및 과대 크기의 입자를 제거하여 균일 제품을 선별하는 제 2 단계; 및 제품 저장 호퍼에 제품을 저장하고 포장하는 제 3 단계; 를 포함하여 구성되는 바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 단계 이전에, 바이오차 생산 공정시, 바이오매스 원료 투입하고, 이물질 분리하고, 1차 파쇄, 입토 분리, 건조 및 탄화를 순차적으로 거쳐서 생성된 숯 타입의 바이오차 중간가공물에 대한 냉각 과정, 그리고 혼련시설 및 용수 급여에 의한 반죽 형태로 형성한 뒤, 포장시설에 의한 가공에 의해 바이오차 제조 과정을 완료한다.

또한, 상기 제 1 단계 이전에, 천연 광물질들은 입자 크기를 700 내지 1000 메쉬로 분쇄한 후 혼합하고 300 내지 1000℃로 열처리하여, 열처리된 천연 광물질들의 다공질 입자구조의 기공 형성 과정을 더 포함하여, 상기 제 1 단계에서 천연 광물질의 기공 속에 바이오차를 침투시켜 흡수되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법은, 바이오차를 이용해 온실가스 저감, 토양의 개량 효과(토양의 pH 및 EC를 상승) 및 농산물 수확량 증대와 함께, 토양의 개량 효과에 있어서, 열처리된 천연 광물질들과 바이오차의 다공질 입자구조의 기공 형성에 의해 상호 침투 흡수되는 구조를 이용해 바이오차의 작용 속도를 늦추게 되어 장시간 그 효과를 발휘하도록 하는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법은, 바이오차 및 천연 광물질의 다공질 입자구조에 의해 화학비료 추가 첨부시 토양내 양분 함량을 급격히 높이지 않으면서 원재료 내 중금속과 같은 유해성분량이 매우 낮고 토양내 유기물 함량을 증가시키며 발효 가스가 발생하지 않는 등 우수한 퇴비 효과 및 토양개량 효과를 가지며, 동시에 작물 생육에 필요한 초기 영양분을 공급할 수 있는 비료 효과가 우수하여 한 번의 시비로 3가지 기능을 동시에 부여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물에 사용되는 성분인 바이오차의 제조과정의 예를 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 바이오차의 제조과정의 예를 구체적으로 나타내는 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물에 사용되는 코코피트의 제조과정의 일 예를 나타내는 공정도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명에 따른 바이오차(biochar)를 이용한 상토 조성물은 바이오차, 피트모스, 코코피트, 천연 광물질, 질석, 펄라이트, 습윤제(wetting agents), 화학비료, pH조절제를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 각각의 함량은 바이오차 1 내지 30 중량%, 피트모스 1 내지 50 중량%, 코코피트 1 내지 60 중량%, 천연 광물질 1 내지 20 중량%, 질석 1 내지 10 중량%, 펄라이트 1 내지 20 중량%를 포함하며, 그 밖의 습윤제, 화학비료 및 pH조절제를 각각 0.5 중량% 이내로 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조방법은

(1) 바이오차, 피트모스, 코코피트, 천연 광물질, 질석, 펄라이트, 습윤제, 화학비료, pH조절제를 계량하여 혼합기로 송부하여 혼합기 내에서 혼합하는 단계;

(2) 이물질 및 과대 크기의 입자를 제거하여 균일 제품을 선별하는 단계; 및

(3) 제품 저장 호퍼에 제품을 저장하고 포장하는 단계; 를 포함하여 구성된다.

이때, 상토 조성물에서 재배하기 위한 작물의 초기 양분 공급을 더욱 원활하게 하기 위하여 상기 (1)단계에 추가 화학비료를 더 포함하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

이하에서는 본 발명에 사용되는 각 성분에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명에서는 퇴비와 같은 유기물 효과를 나타내도록 하기 위해서 상토의 원재료로 주로 사용되는 코코피트와 피트모스에 바이오차를 주 구성요소로 추가하여 사용한다.

바이오차를 제조하기 위한 바이오매스(biomass)에 대해서 살펴보면, 유기물체를 총칭하여 바이오매스라 하며 생물 현존량 또는 생물량으로 번역하며 지구상에 존재하는 유기물체의 전부를 의미한다. 바이오매스에는 목재, 초본, 수중식물, 동물, 물고기 등이 포함되며, 가장 다량 존재하는 것이 plant biomass인 "식물 바이오매스(PHYTOMASS)"에 해당한다.

바이오차는 바이오매스를 산소가 없는 환경에서 열분해를 통해 얻어지는 고체 물질로, 유기물의 열분해를 거치면서 넓은 표면적을 가지며, 표면전하가 많아져서 원료물질인 유기물보다 흡착능력이 뛰어나고, 유기성 오염물질과 유기성 오염물질을 다양하게 흡착 가능하며, 토양의 비옥도를 높이고, 토양의 개량효과로 작물의 생산성을 증가시키며, 공기중의 온실가스를 흡착시키는 효과 등이 보고되어 오늘날 농업적 활용성이 높아지고 있다.

이러한 바이오차의 구체적인 특징 및 효과는 다음과 같다.

① 토양에 처리함으로써 DOC(용존유기탄소) 흡착효과가 60% 증가한다.

② 수질정화에 활성탄과 비슷한 효능을 가진다.

③ 토양에 처리함으로써 농약의 농도가 확연히 감소한다.

④ Cd, Zn의 흡착효과를 가진다.

⑤ Pb 오염이 심한 사격장 토양에 처리시 TCLP침출법에 따른 중금속 침출량을 비교한 결과 바이오차 처리량에 비례하여 Pb 침출량이 줄어들어 바이오차를 30% 처리하였을 때 Pb 침출량의 약 80%가 감소하는 효과를 가진다.

⑥ Cu 등의 중금속도 감소시키는 효과를 가진다.

⑦ 높은 pH와 넓은 표면적 때문에 수분 및 양분 보유력이 높아 토양개량 효과를 가진다.

⑧ 많은 공극량과 넓은 표면적이 토양내 양이온 및 음이온을 붙잡아 양분 보유능력을 향상시킨다.

한편, 바이오차 생산 공정을 상세하게 나타내면 도 1 내지 도 3과 같다. 즉, 도 1은 바이오매스 원료 투입(S110), 이물질 분리(S120), 1차 파쇄(S130), 입토 분리(S140), 건조 및 탄화(S150)에 따른 바이오차 제조 과정을 거친다. 도 2는 도 1의 과정을 보다 구체적으로 나타내며, 단계(S150)의 건조 및 탄화 이후에 냉각시설에 의한 냉각 과정(S160)이 추가되고, 도 3은 도 1 및 도 2에서 단계(S150)에서 바이오차 제조 완성 사이의 추가적인 과정을 나타낸다. 도 3을 살펴보면 도 1에서의 탄화 과정에 의해 숯 타입의 바이오차 중간가공물이 생성된 뒤, 도 2의 냉각 과정(S160)이 수행되고, 혼련시설 및 용수 급여에 의한 반죽 형태로 형성한 뒤, 포장시설에 의한 가공(S170)에 의해 바이오차 제조 과정을 완료한다.

여기서, 단계(S110)의 과정 또는 단계(S110) 이전에 바이오차 생산을 위해 유기성 물질인 바이오매스를 300 내지 1000℃ 무산소에서 열분해 온도를 증가시킴에 따라 내부 구조가 안정한 형태인 방향족 구조로 재배열되고, 표면적이 많이 증가하게 거대기공이 생성되도록 한다.

다음으로, 코코피트(cocopeat)는 열대지방(스리랑카, 인도, 인도네시아, 필리핀 등) 주요 수목인 야자수의 열매인 코코넛(coconut)에서 야자수유 및 야자섬유 등을 뽑고 난 부스러기 부산물을 자연 상태에서 부식시켰다가 규격화한 제품을 말한다. 이러한 코코피트 생산 공정을 상세하게 나타내면 도 4와 같다.

이러한 코코피트의 특징은 다음과 같다.

① 100% 천연야자 섬유질 용토로 환경공해가 없다.

② 통기성, 보수력, 보비력이 좋아 뿌리성장에 좋다.

③ 값이 타 용토에 비해 저렴하고 취급이 간편하다.

④ 토양을 암갈색이나 흙색으로 변화시켜 태양열의 흡수율을 높인다.

⑤ 토양산도를 5.5~6.5 사이에 고정시키는 중화물질(Ca+Mg)이 풍부하다.

⑥ 물과 섞이면 부피가 4~5배까지 팽창하므로 사용이 간편하다.

⑦ 토양 미생물의 활동을 촉진하여 토양에 유용한 화학반응을 촉진시킨다.

⑧ 토양 속에서 장기간 부패하지 않아 토양의 물리적 성질을 개선시킨다.

⑨ 코코피트는 화학적으로는 리그닌, 셀룰로오스 등 불활성 섬유질 성분이면서 상당한 유기 양분과 미량요소를 함유하고 있다.

⑩ 물리적으로는 보수, 보비, 통기, 흡수성이 좋고 pH는 5.5~6.5, EC(Electro Conductivity)는 0.4 이하이고 독성이나 악취가 없다.

⑪ 유기물 함량 대비 가격이 저렴하다.

본 발명에 사용되는 또 다른 성분인 피트모스(peat moss)는 약 3,000년 이전 늪지대의 수생식물, 갈대, 이끼 등의 식물이 높아진 지하수위에 의해 혐기 상태로 오랜 세월 동안 퇴적 침적된 유기물을 말한다. 피트모스는 다음과 같은 특징이 있다.

① 0.6~1.4% 정도의 질소가 함유하고 있어 작물에게 많은 질소 성분을 공급할 수 있다.

② 건조 중량비로 16 내지 24배 정도의 수분 흡수력이 있어 토양 내 보수력을 증대시킨다.

③ 양이온 치환용량(CEC)이 높아 비료 성분을 흡착하는 능력인 보비력이 우수하다.

④ 토양 내 분해에 안정한 유기탄소의 상태로 되어 있어 이화학성 유지가 장기간 지속 가능하다.

⑤ 한랭지의 습한 곳에서 생산되어 사상균, 세균, 해충 및 잡초 종자 등이 없고 가벼워 취급이 용이하다.

⑥ 토양의 경화를 예방하며 독성이나 악취가 없다.

피트모스는 캐나다 등 북미지역, 북유럽, 시베리아, 알라스카 등과 같이 한랭한 지역에서 주로 매장되어 있으며 주로 유기질 비료 및 상토 원재료로 많이 활용되고 있다.

천연 광물질은 토르마린, 모나자이트, 귀양석, 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 포졸란, 의왕석, 옥, 천기토, 운모, 감람석, 목어석 중 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

여기서, 본 발명에 적용되는 '토르마린'은 광물 중 유일하게 영구적인 전기적 특성을 가진 전기석이고, 보석의 일종으로 복잡한 구조 내 자연적인 원자들의 불규칙적인 흔들림으로 음이온이 발생하며, 본 발명에 적용되는 '모나자이트'는 음이온 방출량이 풍부한 광물이며, 본 발명에 적용되는 귀양석'은 적색과 백색의 2종류가 있으며, 각각의 특징으로는, 백색은 원적외선 방사율이 광석 중에서 가장 높이 나타나고 있고, 적색은 음이온의 발생량이 대단히 높은 에너지를 가진 천연광석이다.

이에, 천연 광물질들은 원적외선, 음이온을 다량 방출함으로써, 공기 정화작용, 먼지제거 및 살균작용, 중금속제거, 탈취, 방균효과, 곰팡이 번식방지 등으로 인하여 수질정화 및 토양의 부패를 방지한다.

그리고, 본 발명에 적용되는 '제올라이트(Zeolite)'는, Na+, K+ 의 양이온이 풍부하여 높은 양이온 교환 능력으로 산성화된 토양을 중성으로 중화시키며, 작물에 유용한 원소들이 고루 들어 있고, 높은 흡착력으로 인해 비료의 성분을 충분히 흡착하고 서서히 작물에 나눠 줌으로써 비료의 유실을 방지하는 기능이 있다.

보다 구체적으로, 제올라이트는 대체로 나트륨, 칼륨 등의 알카리 금속과 칼슘 등의 알카리 토금속을 함유하고 있으며 물분자를 결정수의 형태로 함유한 함수 규산염광물을 말한다. 제올라이트는 2~10Å 크기의 공동(surface pore)으로 연결되어 있는 특이한 세공구조를 가지고 있으며 현재 약 46종의 천연 제올라이트와 200 여종의 합성 제올라이트가 있다. 미세한 세공 구조와 (Si, Al)O₄ 사면체 내에서 Si₄의 일부가 Al₃ 로 치환됨으로써 발생하는 전하 결손을 보상하기 위해서 양이온들이 구조 내로 들어오기 쉬워 보수 능력이 우수하고 200~400meq/100g 에 달하는 치환성 양이온능력(CEC)이 우수하다.

본 발명에 적용되는 '일라이트'는 물속의 부유물질을 흡착하고, 음이온을 띠기 때문에 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집 침전을 유발하며, 용존산소를 발산하여 물 분자를 활성화함으로써 물을 깨끗하게 하며, 물, 토양 중의 각종 중금속 및 유독가스를 흡착 탈취 분해하고, 바이러스, 박테리아, 곰팡이 등의 정균 작용도 한다.

또한, 본 발명에 적용되는 '벤토나이트'는, 수분을 갖게 되면 전자와 분자 성분이 빠르게 변화하여 전하를 생성시켜 다공성의 스펀지처럼 팽창하게 되며, 다공성 스펀지 형태의 공간으로 이온이 독소를 끌어당김으로써, 이러한 능력이 독소, 불순물, 중금속과 다른 내부 오염물을 흡수하게 하여 수질을 정화한다.

한편, 본 발명에 적용되는 '포졸란'은, 친환경 소재의 광물로 대표적인 게르마늄 함량이 2.0ppm이며, 음이온, 원적외선 방사로 탈취효과, 항균,살균 및 곰팡이 제거효과가 있으며, 작물에 필요한 미네랄성분을 보강하고 오염된 토양을 활성화하고 개선하여 주며, 본 발명에 적용되는 '의왕석'은, 미네랄이 풍부한 광물이며 원적외선과 다량의 음이온을 방출하여, 방부작용, 정수작용, PH조절작용, 산화, 환원작용과 염소, 초산, 대장균, 일반세균등을 흡착하여 청정한 물로 만들어 준다.

또한, 본 발명에 적용되는 '옥'은 연옥, 경옥 등이 있으며, 칼슘, 마그네슘을 함유하고 있고 그 성분 중에는 마그네슘이 40% 이상을 차지하고 있는데, 마그네슘은 엽록소의 구성물질로 되어있어, 옥에서 나오는 기 파동이 식물 세포에 골고루 침투하여 공명공진 작용을 함으로써 조직의 부활 및 생장을 촉진한다.

그리고, 본 발명에 적용되는 '천기토'는, 염기치환능력(CEC)이 30.70meq으로 각종 미네랄용출, PH조정, 산소증가 등 수질개선 및 탈취효과와, 미량요소인 미네랄, 칼슘 등으로 세포막 기능을 강화하며, 항생제작용 등을 하여 식물의 생장을 촉진시켜 생산성과 품질을 개선하는 효능이 있으며, 본 발명에 적용되는 '운모'는, 견운모, 황운모, 백운모, 흑운모 등이 있으며, 광물의 특성에 따라 수십여 종의 필수 미네랄과 미량원소 등을 풍부하게 함유하고 있고 원적외선과 음이온을 방출하여, 항균, 항곰팡이 작용과 악취제거 등의 효과가 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 '감람석'은, 일반광석에 비해 3~4배의 원적외선을 방사하며, 음이온 방출이 높고 살균과 수질정화능력이 뛰어나고, 물분자 구조를 육각수 형태로 재배열하여 물 구조가 안정될 뿐 아니라 산소량이 증가되어 식물의 뿌리 활성화에 도움을 주며, 본 발명에 적용되는 '목어석'(목문석)은, 수종의 미량원소를 함유하고 있고 물에 대해 신선도유지, 자기화 및 소독작용이 있으며, 목어석을 물에 반 시간만 담가 두면 일반 물이 양질의 광천수로 변하므로 수질정화에 탁월한 효능이 있다.

이에. 상기 천연 광물질들은 식물생장에 필요한 미량요소들을 함유하고 있으며, 다량의 음이온, 원적외선 방사로 공기정화, 오염방지, 각종 중금속 및 유독가스를 흡착 탈취 분해하고 수질을 정화하는 기능이 있다.

한편, 천연 광물질들은 입자 크기를 700 내지 1000 메쉬로 분쇄한 후, 소정비율로 혼합하고 300 내지 1000℃로 열처리하여 세균 및 바이러스 등을 소멸시키는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 열처리된 천연 광물질들은 독특한 다공질 입자구조의 기공을 형성하고 있으며, 천연 광물질의 기공 속에 바이오차를 침투시켜 흡수하게 되면, 바이오차의 작용 속도를 늦추게 되어 장시간 그 효과를 발휘하는 하는 이점이 있다.

다음으로, 펄라이트는 유문암질 암석의 일종으로 진주광택을 가진 연회색에서 암회색, 갈색, 녹색, 검은색을 띠는 진주암을 870 ~ 1100℃ 정도에서 결합수가 증발하면서 생기는 증발 압력으로 10 ~ 20배 정도 팽창시켜 제조한다. 펄라이트는 공기 공급을 원활히 하기 때문에 배수가 불량한 토양에 주로 사용한다.

질석은 일반적으로 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물로 버미큘라이트(vermiculate) 라고도 한다. 산(酸)에 쉽게 분해되고 양이온 교환능력이 크며 흡습수와 중간수 및 결정수의 3가지 수분을 함유하고 있어 1000℃ 내외로 가열하면 질석 결정 속에서 발생하는 상기 수분이 증기로 변하며 압력때문에 질석 내의 다공질 구조가 부풀어 오르거나 분리되며 박리 팽창한다. 팽창은 8 - 20배 증가하나 개별 편들은 최대 30배까지도 팽창할 수 있다. 질석의 화학성분은 알루미늄·마그네슘·철의 수산화규산염으로 된 점토광물로 비중 2.76이다. 사문암 지대에서 많이 출토되며 명칭은 가열했을 때 지렁이와 비슷하여 지렁이를 뜻하는 라틴어 vermiculate에서 유래하였다.

질석은 물리성과 화학성이 좋아 많은 분야에서 활용되고, 특히 흡수 능력이 좋아서 농업용 비료나 배양토의 원료로 쓰이고 있다. 또한, 질석은 내화성 및 흡수성, 탈취성과 항균성이 우수하고, 인체에 유익한 원적외선을 방출한다.

습윤제(wetting agents)는 토양 주변의 모관수를 흡수하여 식물의 뿌리에 수분을 공급하며, 토양수분의 증발을 최소화하는 목적으로 포함될 수 있다.

습윤제로는 바인더, 식물산염 및 폴리올을 포함할 수 있으며, 바인더는 상기 토양개선용 조성물의 점도를 적절하게 조절하여 토양수분의 증발을 최소화하기 위해 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예로, 바인더로는 전분(starch), 아라비노키시란(arabinoxylan), 펙틴, 글리코겐, 셀룰로오스, 밀가루, 덱스트린 및 키틴 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

이러한 성분을 포함시 토양 내에서 자연분해되어 환경을 오염시키지 않으면서 효과적으로 습윤효과를 가져 가뭄피해예방 및 관수주기를 절감할 수 있다.

다음으로, 식물산염은 습윤제의 습윤효과를 더욱 증가시키기 위해 포함될 수 있으며, 알파-하이드록시프로피온산(α-hydroxypropionic acid)의 나트륨염 및 칼륨염 중에서 하나 이상 포함하는 할 수 있다. 이런 식물산염을 사용시 상기 습윤제의 습윤효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 마지막으로, 폴리올은 조성물의 습윤성을 위해 포함될 수 있으며, 폴리올은 글리콜, 글리세롤, 아라비톨, 자일리톨, 에리트리톨, 말티톨, 리비톨, 라시톨 및 소르비톨 중에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

화학비료는 바이오차 및 비료 양분 효과를 나타나도록 하기 위해서 규산질 비료, 규회석 비료, 광재 규산질, 패화석 비료, 소석회, 석회석, 석회 고토, 부산 소석회, 부산 석회, 석고 비료, 석회질 비료, 규조토, 구아노 및 혈분 등을 사용한다. 이 중 중요한 몇가지에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

석회질 비료는 토양 pH 개선 및 칼슘 성분이 많이 필요로 하는 전작 작물에 필요하고 규산질 비료는 pH 개선 및 규산 성분을 많이 필요로 하는 수도작 작물에 필요하다.

패화석 비료는 남해안 굴껍질을 소성 및 분쇄 가공한 비료로서 칼슘 성분뿐만 아니라 미량성분을 다량 함유하고 있어 토양개량뿐만 아니라 작물의 16대 영양소 중 공기와 물에서 오는 탄소, 수소, 산소를 제외한 13대 영양소 (N,P,K,Ca,Mg,S,B,Fe,Mn,Mo,Zn,Cu,Cl)를 대부분 공급할 수 있어 유기농 작물의 영양소 공급에 아주 우수한 효과를 발휘한다. 다음 표 1은 패화석 비료 성분 분석표의 일 예이다

항목		결과	단위
알카리분		51.4	%
분말도	1.7mm 통과	100	%
	0.6mm 통과	99.8
질소		0.06	%
인산		0.19	%
가리		0.08	%
석회		50.5	%
고토		0.5	%
규산		0.15	%
붕소		43.2	mg/kg
망간		101	mg/kg
철		880	mg/kg
아연		25.3	mg/kg

패화석 비료의 비료 양분으로 부족한 일반 농작물은 화학비료를 첨가하여 작물에 필요한 양분을 충분히 공급하면 된다.

pH조절제는 바이오차, 피트모스, 코코피트, 천연 광물질, 질석, 펄라이트, 습윤제(wetting agents), 화학비료 혼합물의 pH를 중성으로 조절하기 위해 사용된다.

즉, pH조절제는 혼합물의 pH를 중성 조건으로 되돌려서 최종 제조되는 토양 조성물의 pH를 중성에 가깝도록 하여 악취 발생, 악취 발생을 억제하기 위해 첨가된다.

본 발명의 다른 실시예로, pH(산도)를 식생의 요구 조건에 따라 차이가 있겠지만, 기본적으로 약산성에서 약알칼리성의 토양이면 입체 녹화시 유리한바, pH조절제는 혼합물의 pH 5.5 내지 8.0으로 기준을 충족할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로, pH조절제는 후술하는 각 제조예의 도표에 나타나는 pH 조건으로 조절하기 위해 사용된다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 따른 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법에 관하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

[ 실시예 ]

제조예 1. 바이오차 성분을 많이 포함시킨 바이오차를 이용한 상토 조성물

제조된 바이오차 120kg, 분쇄된 코코피트 150kg, 해면된 피트모스 112kg을 혼합기로 송부하고, 혼합된 천연 광물질 76kg, 질석 37kg, 펄라이트 72kg, 습윤제 0.62kg, 화학비료 0.5kg 및 pH조절제 0.2kg를 정확하게 계량하여 컨베이어 벨트를 통해 혼합기로 송부하여 바이오차, 코코피트 및 피트모스가 잘 혼합되게 약 2분 동안 무중력 혼합기에서 혼합하였다.

4mm 이상 되는 큰 원재료와 이물질을 제거하기 위해 스크린 시설을 통과시켜 제품 저장 호퍼에 제품을 저장하고 PE 포대 포장시설을 거쳐 최종적으로 바이오차 성분을 많이 포함시킨 많이 필요로 하는 토양 조성물을 제조하였다.

제조예 2. Si 성분을 많이 필요로 하는 화본과 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물

상기 제조예 1과 동일한 방법에 규산질 비료 120kg 추가하여 규산질 성분을 필요로 하는 화본과 작물용 종합 토양 조성물을 제조하였다. 제조예 2에서, 제조된 바이오차 120kg, 분쇄된 코코피트 150kg, 해면된 피트모스 112kg을 혼합기로 송부하고, 혼합된 천연 광물질 76kg, 질석 37kg, 펄라이트 72kg, 습윤제 0.62kg, 화학비료 0.5kg 및 pH조절제 0.2kg에 추가적으로 규산질 비료 120kg를 정확하게 계량하여 컨베이어 벨트를 통해 혼합기로 송부하여 바이오차, 코코피트 및 피트모스가 잘 혼합되게 약 2분 동안 무중력 혼합기에서 혼합하였다.

4mm 이상 되는 큰 원재료와 이물질을 제거하기 위해 스크린 시설을 통과시켜 제품 저장 호퍼에 제품을 저장하고 PE 포대 포장시설을 거쳐 최종적으로 Si 성분을 많이 필요로 하는 화본과 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물을 제조하였다. 제조예 2에서 얻은 Si 성분을 많이 필요로 하는 화본과 작물용 종합 토양 조성물을 분석한 결과를 표 2에 나타내었다.

pH	EC	유기물 (%)	T-N (%)	Av-P2O5 (%)	SiO2 (%)
8.42	1.53	28.5	0.32	0.15	25.0

제조예 3. 칼슘(Ca) 성분을 필요로 하는 밭 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 규산질비료를 대신하여 소석회 120kg을 투입하여 칼슘 성분을 필요로 하는 밭 작물용 종합 토양 조성물을 제조하였다. 제조예 3에서 얻은 칼슘 성분을 많이 필요로 하는 밭 작물용 종합 토양 조성물을 분석한 결과를 표 3에 나타내었다.

pH	EC	유기물 (%)	T-N (%)	Av-P2O5 (%)	CaO (%)
8.2	1.9	27.1	0.32	0.14	18.45

시험예 1. 바이오차 성분을 많이 포함시킨 종합 토양 조성물 제조

본 발명의 시제품이 시판중인 토양개량제 효과와 유사한 효과가 있는지를 파악하기 위해 상기 제조예 1의 방법으로 제조한 바이오차를 이용한 상토 조성물을 배추 육묘 상자(120cm(length) × 60cm(wide) × 9cm(depth))에 가득 채우고 배추를 2016년 2월 10일에 이식하여 재배하여 2016년 7월 10일 생육효과를 점검하였다.

비교 시험예 1

시중 시판중인 바이오차가 포함되지 않은 N사 제품 토양 조성물을 사용하여 시험예 1과 동일량, 동일 방법으로 육묘상 상토를 채취하여 건조 없이 측정한 결과 하기의 표 4와 같은 이화학적 분석결과를 얻었다. 여기서 N사 제품 토양 조성물은 피트모스 1 내지 70 중량%, 코코피트 1 내지 70 중량%, 천연광물질 1 내지 20 중량%, 질석 1 내지 10 중량%, 펄라이트 1 내지 20중량%, 그 밖의 습윤제, 화학비료, pH조절제 각각을 0.5 중량% 이내로 혼입하여 제조한다.

처리구	내 용	pH 1 :5	EC 1 :5 ( dS /m)	비 고
A	N사 제품	5.98	0.09	분석방법 : 육묘상 상토를 채취하여 건조 없이 측정 함.
B	바이오차 30%	6.14	0.09

비교 시험예 2

시중 시판중인 바이오차가 포함되지 않은 N사 제품 토양 조성물을 사용하여 시험예 1과 동일량, 동일 방법으로 배추 재배 시험을 실시하였다.

상기와 같은 방법으로 시험한 결과 배추 형성에 따른 중량 변화가 아래의 표 5와 같이 본 발명에 따른 토양 조성물이 타 비교 제품보다 월등하였으며 지상부 생육도 매우 우수하였다.

처리구	내 용	지상부	지하부	비 고
		g/plant
A	N사 제품	0.164	0.033	지상부 및 지하부 모두 월등한 생육
B	바이오차 중량 30%	0.267	0.043

비교 시험예 3

시중 시판중인 바이오차가 포함되지 않은 N사 제품 토양 조성물을 사용하여 시험예 1과 동일량, 동일 방법으로 배추 재배 시험을 실시하였다.

상기와 같은 방법으로 시험한 결과 배추 형성에 따른 생육상태 조사결과가 아래의 표 6과 같이 본 발명에 따른 토양 조성물이 타 비교 제품보다 월등하게 우수하였다.

처리구	A	B
	N사 제품 토양 조성물(33일)	바이오차 30 중량%(30일)
R1
R2
R3
생육상태 : B > A

비교 시험예 4

시중 시판중인 바이오차가 포함되지 않은 N사 제품 토양 조성물을 사용하여 시험예 1과 동일량, 동일 방법으로 배추 재배 시험을 실시하였다.

상기와 같은 방법으로 시험한 결과 배추 형성에 따른 뿌리 길이 조사결과가 아래의 표 7과 같이 본 발명에 따른 토양 조성물이 타 비교 제품보다 월등하게 우수하였다.

처리구	A	B
	N사 제품 토양 조성물(33일)	바이오차 30 중량%(30일)
R1
R2
R3
	평균 길이 : 6.2cm	평균 길이 : 9.4cm

시험예 2. Si 성분을 많이 필요로 하는 화본과 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물 제조

본 발명의 시제품이 시판중인 상토 조성물 효과와 유사한 효과가 있는지를 파악하기 위해 제조예 2의 방법으로 제조한 상토 조성물을 벼 육묘 묘 상자(60cm(length) × 30cm(wide) × 3cm(depth))에 가득 채우고 잔디를 2016년 2월 10일에 이식하여 재배하여 2016년 7월 10일 생육효과를 점검하였다.

비교 시험예 2-1

상술한 제조예 1의 바이오차 성분을 많이 포함시킨 바이오차를 이용한 상토 조성물을 사용하여 시험예 2와 동일량, 동일 방법으로 잔디 재배 시험을 실시하였다.

비교 시험예 2-2

시판중인 N사 제품 토양 조성물을 사용하여 시험예 2와 동일량, 동일 방법으로 잔디 재배 시험을 실시하였다.

상기와 같은 방법으로 시험한 결과 잔디 뿌리 형성이 본 발명에 따른 Si 성분을 많이 필요로 하는 화본과 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물이 타 비교 제품보다 월등하였으며 지상부 생육도 매우 우수하였다. 다음 표 8은 시험예 2 및 비교 시험예 2-1, 2-2에 따른 잔디 생육을 조사한 결과이다.

구분	엽색도(SPAD)	지상부 생체중(g)	지상부 건물중(g)	초장(cm)	비고
시험예 2	28.5	77	42	192	시험예 2가 가장 생육 우수
비교 시험예 2-1	27.9	71	38	181
비교 시험예 2-2	27.5	60	24	165

시험예 3. 칼슘(Ca) 성분을 필요로 하는 밭 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물

상기 제조예 3과 동일하게 제조한 상토 조성물을 돌산갓(늦둥이) 육묘 상자(120cm(length) × 60cm(wide) × 9cm(depth))에 가득 채우고 돌산갓(늦둥이) 묘종을을 2016년 2월 10일에 정식하였고 화학비료 처리 및 생육관리는 농촌진흥청 표준 재배법에 따라 작물 재배 시험을 실시하여 6월 17일에 최종 수확하여 시험 종료하였다.

비교 시험예 3-1

상술한 제조예 1의 바이오차 성분을 많이 포함시킨 바이오차를 이용한 상토 조성물을 사용하여 시험예 3과 동일량, 동일 방법으로 돌산갓(늦둥이) 재배 시험을 실시하였다.

비교 시험예 3-2

시판중인 N사 제품 토양 조성물을 사용하여 시험예 3과 동일량, 동일 방법으로 돌산갓(늦둥이) 재배 시험을 실시하였다.

시험 결과 표 9와 같이 본 발명의 칼슘(Ca) 성분을 필요로 하는 밭 작물용 바이오차를 이용한 상토 조성물 제품이 비교 시제품보다 생육이 월등히 우수하였으며 본 발명의 조성물이 퇴비 대용으로도 충분한 효과가 있음을 입증하였다.

구분	토양중 유기물함량(%)		엽색도 (SPAD)	초장 (cm)	평균 생체중(g/ea)
	재배전	수확후
시험예 3	2.5	4.2	48.32	41.0	429
비교 시험예 3-1	2.4	3.7	47.12	38.6	418
비교 시험예 3-2	2.1	2.7	43.16	35.1	326

또한, 본 발명에서는 바이오차 시용량을 달리하였을 때 유기농 김장배추와 감자의 생육 및 수량에 미치는 영향을 검토하였다.

바이오차 처리효과는 작물의 종류에 따라 차이가 있었으며, 김장배추에서는 무처리에 비하여 생육과 수량에 차이가 없었으나 감자재배에서는 생육과 수량에 뚜렷한 차이를 나타내었다. 배추의 초장이나 직경은 바이오차를 증가시켜도 유의적인 차이가 없었으나 수량에서 유박을 함께 시용할 경우 효과가 있었다.

그러나 김장배추와는 달리 감자재배시 바이오차 시용 효과(trial effect)는 지상부 생육량, 포기당 감자 개수 및 수량에서 유의적으로 증가하여 뚜렷한 차이를 나타내었다. 감자의 초장, 줄기직경, 엽록소 함량은 바이오차의 시용효과가 인정되지 않았으며, 유박을 추가할 경우 다소 초장이 길어졌다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 바이오차의 시용 효과는 엽채류 보다는 덩이줄기 등 근채류 작물에서 효과가 높을 것으로 사려된다. 또한 바이오차 시용량은 150kg이상을 시용하고, 단독으로 사용하기보다는 질소성분이 높은 유박과 혼합하여 사용하는 것이 더욱 효과적이라는 결과를 도출할 수 있었다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 바이오매스 원료 투입, 이물질 분리, 1차 파쇄, 입토 분리, 건조 및 탄화에 따른 바이오차 제조 과정을 거친 바이오차를 혼합기로 송부하며, 바이오차 외에 피트모스, 코코피트, 천연 광물질, 질석, 펄라이트, 습윤제, 화학비료, pH조절제를 미리 설정된 비율로 계량하여 혼합기로 송부하여 혼합기 내에서 혼합하는 제 1 단계;
   혼합물에서 이물질 및 과대 크기의 입자를 제거하여 균일 제품을 선별하는 제 2 단계; 및
   제품 저장 호퍼에 제품을 저장하고 포장하는 제 3 단계; 를 포함하여 구성되는 바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조 방법에 있어서,
   상기 바이오차 제조 공정시, 바이오매스 원료 투입하고, 이물질을 분리하고, 1차 파쇄, 입토 분리, 건조 및 탄화를 순차적으로 거쳐서 생성된 숯 타입의 바이오차 중간 가공물에 대하여 상기 건조 및 탄화 이후에 냉각 과정, 그리고 혼련시설 및 용수 급여에 의한 반죽 형태로 형성한 뒤, 포장시설에 의한 가공에 의해 바이오차 제조 과정을 완료하는 것을 특징으로 하며,
   상기 바이오매스 원료 투입 과정에서 유기성 물질인 바이오매스를 300~1000 ℃ 무산소에서 열분해 온도를 증가시킴에 따라 내부 구조가 안정한 형태인 방향족 구조로 재배열되도록 하고 표면적이 증가된 거대 기공이 생성되도록 하며,
   상기 제 1 단계 이전에, 천연 광물질들을 입자 크기 700 내지 1000 메쉬로 분쇄한 후 혼합하고 300 내지 1000℃로 열처리하여, 열처리된 천연 광물질들의 다공질 입자구조의 기공 형성 과정을 더 포함하고,
   상기 제 1 단계에서 천연 광물질의 기공 속에 상기 얻어지는 바이오차를 침투시켜 흡수되도록 하는 것을 특징으로 하는
   바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 천연 광물질은 토르말린, 모자나이트, 귀양석, 일라이트, 벤토나이트, 포졸란, 의왕석, 옥, 전기토, 감람석, 목어석 중 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 상토 조성물의 제조 방법.

Images