KR102390527B1 - 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 조건으로 제조된 블랙카본을 이용하여 작물 재배 시 밑거름 시비량과 시비횟수를 절감시킬 수 있고 재배 작물의 수량을 증대시키는 효과를 가지는 완효성 비료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 농업부산물 블랙카본을 제조하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 제조된 농업부산물 블랙카본 0.4~10 중량부, 요소 95 내지 105 중량부, 황산칼륨 35~55 중량부, 돌로마이트 6~12 중량부를 중량비율로 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, (c) 상기 (b)단계에서 혼합된 혼합물을 알갱이 형태로 입상을 제조하는 단계, (d) 상기 (c)단계에서 제조된 입상을 건조 및 선별하여 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물을 제조하는 단계를 거쳐 완효성 비료 조성물이 제조된다.

Description

농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물 및 그 제조방법 {.}

본 발명은 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 특정 조건으로 제조된 농업부산물 블랙카본을 이용하여 작물 재배 시 밑거름 시비량과 시비횟수를 절감시킬 수 있고 재배 작물의 수량을 증대시키는 효과를 가지는 친환경 완효성 비료 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

바이오차(biochar)는 산소공급이 제한된 조건에서 각종 씨앗, 목재 등을 포함한 다양한 종류의 바이오매스를 열분해 시켜 만들 수 있는 고체물질을 통칭한다. 바이오차를 토질 개선 및 탄소격리 목적으로 관련 연구를 시작한 것은 최근의 일로, 2006년 미국 필라델피아에서 개최된 세계토양학회(World Congress of Soil Science)에서 바이오차의 일종인 테라 프레타(Terra Preta)를 산소격리기술의 관점에서 접근할 필요가 있다는 의견이 제시되었다. 2011년 학술지 네이처(Nature)에 발표된 "Persistence of sil organic matter as an ecosystem property" 라는 논문에서는 바이오차를 이용한 토질 개선과 탄소 격리기술은 실질적인 탄소 저감방안이라고 밝히고 있다.

바이오차는 산소가 제한된 조건에서 열분해를 통해 바이오매스가 안정한 형태인 난분해성 탄소로 전환되기 때문에 외부 요인에 의해 쉽게 분해되지 않아 이산화탄소를 포집하여 장기간 저장함으로써 기후변화 완화에 기여할 수 있다.

또한, 바이오차를 토양에 투입하면 흡착능력 향상, 중성화, 이온 교환 능력 개선 등의 화학적 특성이 향상되며, 미생물 서식처 제공에 따른 생체량 및 활성도 증가, 토양의 통기성 증가, 토양의 수분 보유능력 향상, 토양의 용적밀도 감소 등 물리학적 특성이 향상됨에 따라 농업생산성 또한 향상시킬 수 있어 환경 뿐 아니라 에너지 관련 분야에도 폭넓게 적용할 수 있다.

블랙카본은 이러한 바이오차를 초임계장치를 이용한 고온습식 처리를 통해 얻을 수 있으며, 농업부산물을 직접 탄화한 바이오차에 비해 보다 높은 양이온 치환능력, 질소이용 효율 증대 등의 기능성이 증대되어 표면적은 700배 이상, 기공성은 95배 이상, 유기화합물에 대한 흡착력은 120배 이상 증가된다고 보고되었다(Xiao et al.. 2018)

그러나, 종래 바이오차는 pH가 높고 대부분 탄소로 이루어져 있어 토양 내 유용한 미생물의 번식을 방해하는 단점이 있다. 이에 바이오차는 탄소 고정화를 통한 이산화탄소 발생 저감과 토양의 산성화 방지 또는 중금속 제거 등 단순한 토양 개량 용도만으로 사용되고 있다.

일례로, 대한민국 공개특허 제2014-0000540호는 옥수수 잔유물을 열분해시켜 얻은 바이오차를 토양 에 첨가하여 대기 중으로 방출되는 이산화탄소를 감소시키는 방법을 제시하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제2015-0028654호는 목질계 바이오매스를 열분해하여 얻은 바이오차와 알긴산 나트륨을 혼합하여 토양 내 중금속 제거를 위한 바이오차 비드를 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허문헌들은 농업 또는 임업 부산물로부터 얻어진 바이오차를 이용하여 탄소 격리하거나 토양질 개선을 꾀하고 있으나, 제조에 많은 시간과 비용이 요구되며 용도가 제한적이고, 얻어지는 효과 또한 충분치 않은 단점이 있다.

한국 공개특허 제2014-0000540호 한국 공개특허 제2015-0028654호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로 농업부산물로부터 특정 방법으로 블랙카본을 제조하여 작물 재배 시 필요한 밑거름의 시비량 절감시키는 효과를 가지는 완효성 비료 조성물을 제조하기 위한 것이다.

또한, 작물 재배 시 필요한 밑거름의 시비횟수를 절감시키는 효과를 가지는 완효성 비료 조성물을 제조하기 위한 것이다.

또한, 재배되는 작물의 수량을 증대시키는 효과를 가지는 완효성 비료 조성물을 제조하기 위한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 (a) 농업부산물 블랙카본을 제조하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 제조된 농업부산물 블랙카본 0.4~10 중량부, 요소 95 내지 105 중량부, 황산칼륨 35~55 중량부, 돌로마이트 6~12 중량부를 중량비율로 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, (c) 상기 (b)단계에서 혼합된 혼합물을 알갱이 형태로 입상을 제조하는 단계, (d) 상기 (c)단계에서 제조된 입상을 건조 및 선별하여 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물을 제조하는 단계를 거쳐 완효성 비료 조성물이 제조된다.

보다 상세하게는 상기 (b)단계에서 농업부산물은 왕겨를 사용할 수 있다.

또한, 상기 (b)단계에서 혼합물은 황토, 숯, 일라이트, 석회 중 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 (b)단계에서 상기 요소 대신 황산암모늄, 질산칼륨, 염화암모늄, 질산암모늄 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용하고, 상기 황산칼륨 대신 염화칼륨, 탄산칼륨 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용하고, 상기 돌로마이트 대신 규산지립료, 벤토나이트 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용할 수 있다.

본 발명의 농업부산물로부터 특정 방법으로 블랙카본을 제조하여 작물 재배 시 필요한 밑거름의 시비량과 시비횟수를 절감시키는 완효성 비료 조성물 제조하기 위한 것이다.

또한, 재배되는 작물의 수량을 증대시키는 효과를 가지는 완효성 비료 조성물을 제조할 수 있다.

그리고 본 발명의 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물은 비료성분의 손실을 줄이며 노동력을 절감하고 토양질을 개선시키는 효과가 있다.

도 1은 제조예 1 내지 제조예 8로 제조된 블랙카본을 토양에 투입한 후 측정한 토양의 총 탄소 저장량을 표시한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명이 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 작물 재배 시 필요한 밑거름의 시비량 및 시비횟수를 절감시키며, 재배되는 작물의 수량을 증대시키는 효과를 가지는 완효성 비료 조성물에 관한 것이다.

이하 도면을 이용하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 1은 제조예 1 내지 제조예 8로 제조된 블랙카본을 토양에 투입한 후 측정한 토양의 총 탄소 저장량을 표시한 그래프이다.

본 발명에 따른 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물은 (a) 농업부산물 블랙카본을 제조하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 제조된 농업부산물 블랙카본 0.4~10 중량부, 요소 95 내지 105 중량부, 황산칼륨 35~55 중량부, 돌로마이트 6~12 중량부를 중량비율로 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, (c) 상기 (b)단계에서 혼합된 혼합물을 알갱이 형태로 입상을 제조하는 단계, (d) 상기 (c)단계에서 제조된 입상을 건조 및 선별하여 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물을 제조하는 단계를 거쳐 완효성 비료 조성물이 제조된다.

이하에서는 위 각 단계에 관하여 구체적으로 설명한다.

완효성 비료 조성물을 제조하기 위한 첫 번째 단계인 농업부산물 블랙카본을 제조하는 단계에서는 농업부산물을 이용하여 특정 조건에서 열분해(pyrolysis)를 통해 바이오차(biochar)를 제조한 후 증기를 처리하여 토양 탄소 저장량을 증대시키는 효과를 가지는 블랙카본을 제조할 수 있다.

보다 상세하게는 상기 농업부산물은 농업생산에서 기본 생산물 이외에 부수적으로 얻어지는 생산물로서, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등과 같은 섬유질이 다량 포함되어 있다. 상기 농업부산물의 예로는 왕겨를 포함한 고간류와 근채류 부산물이 있으며, 고간류 중 짚류에는 볏짚, 보리짚, 귀리짚, 밀짚 등이 있고, 간류에는 콩깍지, 콩대, 서숙대 및 옥수수대 등이 있으며, 근채류 부산물에는 고구마 및 감자 등의 부산물이 있다. 그 외에 나뭇잎, 견과류 껍질 등의 임업부산물과 억새(Miscanthus), 갈대(Phragmites) 등의 산야초를 사용할 수 있고, 팜 커널, 야자수 쉘, EFB(Empty fruit bunch) 등을 들 수 있다.

보다 바람직하게는 왕겨를 사용하는 것이 작물 재배 시 필요한 밑거름의 시비량 및 시비횟수를 절감시키며, 재배되는 작물의 수량을 증대시키는 효과를 가져오기에 가장 바람직할 수 있다.

상기 왕겨 블랙카본을 제조하는 첫 번째 단계인 열분해 단계에서는 왕겨의 표면에 묻어있는 이물질을 제거하고 분쇄한 왕겨를 260 내지 320℃의 온도와 1.8 내지 2.2MPa의 압력, N2, 150 내지 250 mL/min 조건 하에서 130 내지 160분 동안 탄화 처리할 수 있다.

보다 상세하게는 왕겨를 280 내지 300℃의 온도와 1.9 내지 2.1MPa의 압력, N2, 180 내지 220 mL/min 조건 하에서 140 내지 150분 동안 탄화 처리하는 것이 토양 탄소 저장량을 가장 효과적으로 증대시키기 위해 가장 바람직할 수 있다.

상기 왕겨를 분쇄하는 과정에서 왕겨 입자의 크기는 0.8 내지 1.2mm의 입자크기로 분쇄하는 것이 바람직할 수 있으며 추후 증기처리단계를 거치므로 파쇠를 제외한 탈수 및 건조 등의 전처리과정이 요구되지 않아 시간을 단축시킬 수 있다.

상기 탄화처리된 왕겨를 90 내지 120℃의 수증기로 30 내지 70분 동안 증기활성화 처리한 후 수분함량이 3 내지 10 중량%가 되도록 탈수 및 건조하여 블랙카본을 제조할 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 탄화 처리된 왕겨를 100 내지 110℃의 수증기(steam)로 45 내지 55분 동안 증기 활성화처리한 후 탈수 및 건조하여 수분함량이 4 내지 7 중량%인 블랙카본을 제조하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 탄화처리 및 증기 활성화된 왕겨 블랙카본을 제조하는 것이 토양의 탄소 저장량을 가장 효과적으로 증대시키기 위해 바람직할 수 있다.

상기 제조된 농업부산물 블랙카본과 요소, 황산칼륨, 돌로마이트를 혼합하여 혼합물을 형성한다.

보다 상세하게는 제조된 농업부산물 블랙카본 0.4 내지 10 중량부, 요소 95 내지 105 중량부, 황산칼륨 35 내지 55 중량부, 돌로마이트 6 내지 12 중량부를 중량비율로 혼합하여 혼합물을 형성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 제조된 농업부산물 블랙카본 0.4 내지 0.8 중량부, 요소 98 내지 102 중량부, 황산칼륨 40 내지 44 중량부, 돌로마이트 6 내지 9 중량부를 중량비율로 혼합하여 혼합물을 형성하는 것이 작물 재배 시 사용되는 밑거름의 시비량과 시비횟수를 절감시키고 작물 수량을 증대시키기 위해 가장 바람직할 수 있다.

또한, 상기 혼합물은 황토, 숯, 일라이트, 석회 중 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 포함되는 중량비율은 재배 식물의 종류, 재배지 토양의 질 등에 따라 다를 수 있다.

또한 상기 요소 대신 황산암모늄, 질산칼륨, 염화암모늄, 질산암모늄 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용하고, 상기 황산칼륨 대신 염화칼륨, 탄산칼륨 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용하고, 상기 돌로마이트 대신 규산지립료, 벤토나이트 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용할 수 있으며 포함되는 중량비율은 재배 식물의 종류, 재배지 토양의 질 등에 따라 다를 수 있다.

상기 혼합된 혼합물을 알갱이 형태로 입상을 제조한다.

상기 혼합물의 입상화 단계에서, 상기 혼합물은 시비에 적합한 형태와 크기로 성형될 수 있다. 상기 혼합물은 팬 그래뉼레이터(pan granulator)를 이용하여 입상화를 하는 것을 기준으로 하며, 진동 몰드 성형, 압착(프레스)성형, 펠렛(pellet) 성형 및 다이스 성형 등을 통해 다양한 형태와 크기를 갖는 성형물로 성형될 수도 있다. 상기 성형물의 형태와 크기는 토양의 종류, 질, 형태 및 재배되는 식물의 종류 등의 조건을 고려하여 선택될 수 있다.

상기 혼합물의 입상화를 위한 조립제로는 돌로마이트를 사용하였으며, 이 외에도 규산질비료, 벤토나이트 등을 사용할 수 있으며, 블랙카본의 투입 비율에 따라 조립정도를 시험예 2에서 분석한 결과 원활한 조립을 위해서는 블랙카본 투입률이 높아질수록 조립제의 투입률도 비례하여 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.

즉, 블랙카본을 함유하지 않은 처리구와 0.4% 처리한 처리구에서는 돌로마이트를 5% 투입시 조립이 이루어졌고 블랙카본 0.8%, 1.6% 처리한 처리구에서는 돌로마이트 10%에서 조립이 이루어졌다. 블랙카본 2.4% 처리시 돌로마이트 15%, 블랙카본 4% 처리시 돌로마이트 20%에서 조립이 이루어진 결과가 나타났으며 상기 비율로 블랙카본과 돌로마이트를 혼합하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 성형물은 지름 5 내지 100 mm, 높이 5 내지 100 mm의 원기둥형 또는 가로, 세로, 높이가 각각 5 내지 100 mm의 사각면체일 수 있다. 상기 성형물은 재배 식물의 특성 및 시비 기간 등에 따라 달라질 수 있으나, 주로 이용되는 바람직한 입자의 크기는 지름 20 내지 100 mm, 높이 20 내지 60 mm의 원기둥형 또는 가로, 세로, 높이가 각각 20 내지 100 mm인 사각면체일 수 있다.

상기 완효성 비료는 선별된 성형물 60 내지 80 중량부에 첨가물로서 토양의 부숙재인 유기성 부용재 25 내지 35 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.

상기 유기성 부용재로는 코코피트, 토탄, 왕겨 및 비트펄프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 코코피트는 코코피트 외피 부위에서 섬유질인 코코피트 섬유소(fiber)를 추출한 다음에 생기는 코코피트 섬유피(dust)를 물리화학적 과정을 거쳐 생산한 재료이다. 코코피트는 보수력과 보비력이 높고 통기성이 좋으며 밀도가 낮고 양이온 치환능력이 높으며 분해에 저항성이 있으면서 풍부한 식물 영양과 탄소함유물질을 포함하고 있다.

상기 토탄은 수목질 또는 화본과식물의 유체가 분지에 두껍게 퇴적하여 생물화학적인 변화를 받아서 분해되거나 변질된 것으로, 석탄의 한 종류이지만 지표에서 분해 작용을 받아 일반적으로 석탄과 구별된다.

상기 왕겨는 벼를 도정한 후 나오는 벼 껍질 부산물로서, 실리카, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 및 비타민류가 다량 함유되어 있다.

상기 제조된 입상을 건조 및 선별하여 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물을 제조한다.

건조 및 선별작업은 2차 단계로 이루어지며, 1차 건조에서 상기 성형물의 수분함량이 3 내지 10 중량%가 되도록 상기 성형물을 건조한 후 1차 선별작업을 진행한다.

상기 1차 건조된 성형물의 선별 기준에서 바람직한 수분함량은 4 내지 7 중량%이며, 더 바람직하게는 5 내지 6 중량%일 수 있다.

상기 1차 건조된 성형물이 선별기준을 통과하지 못한 경우 2차 건조를 진행하며, 2차 건조 성형물의 바람직한 수분함량은 3 내지 6 중량%이며, 더 바람직하게는 5 내지 6 중량%일 수 있다.

이하, 본 발명의 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물의 제조방법을 하기의 시험예 및 실시예에 의해 상세히 설명한다.

<제조예 1>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 290℃의 온도와 2.0MPa의 압력, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 상기 탄화 처리된 왕겨를 100℃의 수증기(steam)로 50분 동안 증기 활성화 처리한 후 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<제조예 2>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 290℃의 온도와 2.0MPa의 압력, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<제조예 3>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 290℃의 온도, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 상기 탄화 처리된 왕겨를 100℃의 수증기(steam)로 50분 동안 증기 활성화 처리한 후 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<제조예 4>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 290℃의 온도, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<제조예 5>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 550℃의 온도와 2.0MPa의 압력, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 상기 탄화 처리된 왕겨를 100℃의 수증기(steam)로 50분 동안 증기 활성화 처리한 후 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<제조예 6>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 550℃의 온도와 2.0MPa의 압력, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<제조예 7>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 550℃의 온도, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 상기 탄화 처리된 왕겨를 100℃의 수증기(steam)로 50분 동안 증기 활성화 처리한 후 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<제조예 8>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨를 550℃의 온도, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다.

<시험예 1> - 토양의 화학성 변화

토양의 화학성 변화 시험은 제조예 1 내지 제조예 8로 제조된 블랙카본을 시료로 사용하였고, 시험구내에서 블랙카본 투입 직후와 배추 수확기 후인 블랙카본 투입 96일 후 시료를 채취하였다. 토양시료 채취는 5 ~ 20 cm를 대상으로 토양채취용 오거를 활용하여 격자용으로 각각 5개씩 채취하여 혼합시료로 사용하였다. 토양분석은 토양 화학분석법 (NIAS, 2000)에 준하여 총 탄소를 분석하였다. 총 탄소는 TOC-meter (Vario TOC cube, Elementar Germany)로 분석하였으며, 토양 탄소 pool (M: Mg/ha)은 다음 계산식에 의해 산정하였다.

C는 토양중 탄소 함량 (g/kg)

는 토양 용적밀도 (t/m³)

H는 토양 유효깊이 (m)

그 결과, 도 1에서 보듯이 제조예 1, 제조예 2, 제조예 5, 제조예 6, 제조예 7, 제조예 3, 제조예 8, 제조예 4 순으로 토양 탄소 저장량이 높게 나타났으며 통계적으로도 유의한 차이를 나타냈다.

<시험예 2> - 블랙카본 및 돌로마이트 투입율에 따른 조립정도

비료조성물을 제조하기 위해 입상화를 하는 단계에서 왕겨 블랙카본과 돌로마이트의 최적의 혼합비율을 찾기 위하여 하기 표 1의 중량% 비율로 왕겨 블랙카본과 돌로마이트를 혼합하여 조립단계를 거쳤다.

그 결과, 상기 표 1에 나타난 바와 같이 왕겨 블랙카본을 함유하지 않은 처리구와 0.4% 처리한 처리구에서는 돌로마이트를 5% 투입시 조립이 이루어졌고 블랙카본 0.8%, 1.6% 처리한 처리구에서는 돌로마이트 10%에서 조립이 이루어졌다. 블랙카본 2.4% 처리시 돌로마이트 15%, 블랙카본 4% 처리시 돌로마이트 20%에서 조립이 이루어졌다.

<실시예>

1mm의 입자크기로 분쇄된 왕겨와 야자수 쉘을 290℃의 온도와 2.0MPa의 압력, N2, 200 mL/min 조건 하에서 140분 동안 탄화 처리한 후, 상기 탄화 처리된 왕겨와 야자수 쉘을 100℃의 수증기(steam)로 50분 동안 증기 활성화 처리한 후 탈수 및 건조하여 수분함량이 5 중량%인 블랙카본을 제조하였다. 상기 제조된 블랙카본, 요소, 황산칼륨, 돌로마이트를 하기 표 2 및 표 3의 중량% 비율로 혼합하고 상기 혼합물 70 중량부에 코코피트 30 중량부를 혼합한 후 지름 50mm, 높이 40mm 원기둥형 모양으로 입상을 제조하고 상기 입상의 수분함량이 5 중량%가 되도록 건조 및 선별하여 비료 조성물을 제조하였다.

왕겨 비료 조성물 제조 비율

	블랙카본	요소	황산칼륨	돌로마이트	비종 (N%-P%-K%)
비교예	0%	67.0%	28.0%	5%	30.8-0-13.4
실시예 1	0.4%	66.6%	28.0%	5%	30.6-0-13.4
실시예 2	0.8%	63.6%	25.6%	10%	29.3-0-12.2
실시예 3	1.6%	63.4%	25.0%	10%	29.2-0-12.0
실시예 4	2.4%	59.0%	23.6%	15%	27.1-0-11.3
실시예 5	4.0%	54.0%	22.0%	20%	24.8-0-10.6

야자수 비료 조성물 제조 비율

	블랙카본	요소	황산칼륨	돌로마이트	비종 (N%-P%-K%)
실시예 6	0.4%	66.6%	28.0%	5%	30.6-0-13.4
실시예 7	0.8%	63.6%	25.6%	10%	29.3-0-12.2
실시예 8	1.6%	63.4%	25.0%	10%	29.2-0-12.0
실시예 9	2.4%	59.0%	23.6%	15%	27.1-0-11.3
실시예 10	4.0%	54.0%	22.0%	20%	24.8-0-10.6

<시험예 3> - 블랙카본 함유 비료 사용에 따른 시비횟수 및 시비량 절감율

작물은 배추(춘광)를 사용하였고 재배는 일반 재배방식과 동일하게 하여 멀칭재배 하였다. 비료의 사용량은 농촌진흥청 작물별 비료사용처방 기준에 근거하여 시비하였고 실시예 처리구는 밑거름으로 일반 시판 비료로 사용하여 질소 기준 11kg/10a이 되도록 시비하였고 웃거름으로는 실시예 비료로 사용하여 질소기준 21kg/10a이 되도록 시비하였다. 시비시기는 밑거름 양과 웃거름 양을 동시에 정식전에 시비하여 토양혼화 하였다. 관행의 경우 밑거름, 웃거름 둘다 일반 시판 비료를 사용하였고 밑거름은 질소 기준 11kg/10a가 되도록하여 정식 전에 시비 후 토양혼화하였고 웃거름은 멀칭재배로 인해 농촌진흥청 시비기준의 2배가 되도록 질소 기준 21kg/10a를 정식 후 20일 간격으로 2회 골뿌림으로 시비하였다.

그 결과, 상기 표 4에서 보듯이 실시예 1과 비교예의 제조방법으로 제조된 비료조성물을 시비한 경우 밑거름 시비량의 절감률이 42.90%와 43.1%로 가장 높았다.

<시험예 4> - 블랙카본 함유 비료 사용에 따른 배추 엽색도 측정

시험예 3과 같은 방식으로 재배 방식으로 재배하고 비료를 시비하였고 배추의 엽색도 조사는 정식 2주 후부터 2주 간격으로 엽색도(SPAD)를 측정하였다.

그 결과, 상기 표 5에서 보듯이 무처리를 제외한 전체 처리구간 현저한 차이를 보이지는 않았으나 실시예 1 및 실시예 2 처리구에서 조금 높은 엽색도를 나타내었다.

<시험예 5> - 블랙카본 함유 비료 사용에 따른 배추 엽장, 엽폭 측정

시험예 4와 같은 방식으로 재배 방식으로 재배하고 비료를 시비하였고 배추 엽장, 엽폭 조사는 정식 2주 후부터 2주 간격으로 측정하였다.

그 결과, 상기 표 6에서 보듯이 무처리를 제외한 전체 처리구간 현저한 차이를 보이지는 않았으나 실시예 1 및 실시예 2 처리구에서 조금 높은 엽장, 엽폭을 나타내었다.

<시험예 6> - 블랙카본 함유 비료 사용에 따른 배추 수량 측정

시험예 3과 같은 방식으로 재배 방식으로 재배하고 비료를 시비하였고 정식한 날로부터 96일 이후 배추를 수확하여 생체중 및 수량을 측정하였다.

그 결과, 상기 표 7에서 보듯이 왕겨 블랙카본 함유 비료 처리구에서는 실시예 1과 실시예 2에서 관행대비 높은 수량을 나타냈고 실시예 1에서 가장 높은 수량을 나타내었다. 실시예 3 내지 실시예 5 처리구에서는 수량이 오히려 낮아지는 것으로 나타났다. 야자수 블랙카본 함유 비료 처리구에서는 관행 대비 수량이 낮게 나타났다. 위의 결과로 실시예 1 및 실시예 2로 제조한 비료 처리시 완효성비료의 효과를 가장 효과적으로 나타낼 수 있음을 확인하였다. 가장 적합한 왕겨 블랙카본 함량은 0.4%로 판단되었다.

<시험예 7> - 블랙카본 함유 비료 시비량 절감에 따른 시비횟수 및 시비량 절감율

시험예 3과 같은 방식으로 재배 방식으로 재배하고 비료를 시비하였고 비료 시비량 절감에 따른 시비횟수 및 시비량 절감율 측정하였다.

그 결과, 상기 표 8에서 보듯이 실시예 1의 제조방법으로 제조된 비료조성물을 40%, 60%, 80%, 100% 시비한 경우 밑거름 시비량의 절감률이 57.8%, 52.8%, 47.9%, 24.5%로 나타났다.

<시험예 8> - 블랙카본 함유 비료 시비량 절감에 따른 배추 엽장, 엽폭 측정

시험예 4와 같은 방식으로 재배 방식으로 재배하고 비료를 시비하였고 배추 엽장, 엽폭 조사는 정식 2주 후부터 2주 간격으로 측정하였다.

그 결과, 상기 표 9에서 보듯이 실시예 1을 100% 시비 처리한 구에서 관행대비 높은 배추 엽장, 엽폭 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

<시험예 9> - 블랙카본 함유 비료 시비량 절감에 따른 배추 수량 측정

시험예 6과 같은 방식으로 재배 방식으로 재배하고 비료를 시비하였고 배추 생체중, 수량을 측정하였다.

그 결과, 상기 표 10에서 보듯이 실시예 1을 100%, 80% 시비 처리구에서 관행대비 높은 수량을 나타내었고 60% 시비 처리구에서 관행과 비슷한 수량을 나타내었다.

위의 결과로 블랙카본 0.4% 함유시 밑거름의 시비량을 60%까지 적게 시비가 가능할 것으로 판단되었다. 따라서 블랙카본 함유 완효성비료의 효과로 시비횟수는 66.7% 절감할 수 있고 시비량은 52.8% 절감 되는 것으로 나타났다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물의 제조방법에 있어서,
   (a) 상기 완효성 비료 조성물의 제조에 사용되는 농업부산물은 왕겨를 사용하며, 상기 왕겨를 0.8 내지 1.2mm 크기 입자로 분쇄한 다음,
   상기 분쇄된 왕겨를 260 내지 320℃의 온도와 1.8 내지 2.2MPa의 압력, N2, 150 내지 250 mL/min 조건 하에서 130 내지 160분 동안 탄화 처리한 후,
   상기 탄화처리된 왕겨를 90 내지 120℃의 수증기로 30 내지 70분 동안 증기활성화 처리한 후 수분함량이 3 내지 10중량%가 되도록 건조하여 블랙카본을 제조하며,
   (b) 상기 (a)단계에서 제조된 왕겨 블랙카본 0.4 내지 10 중량부, 요소 95 내지 105 중량부, 황산칼륨 35 내지 55 중량부, 돌로마이트 6 내지 12 중량부를 중량비율로 혼합하여 혼합물을 형성하되,
   상기 혼합물에 황토, 숯, 일라이트, 석회 중 선택된 하나 이상을 더 포함하는 단계;
   (c) 상기 (b)단계에서 혼합된 혼합물을 알갱이 형태로 입상을 제조하는 단계;
   (d) 상기 (c)단계에서 제조된 입상을 건조 및 선별하여 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물을 제조하는 것을 특징으로 하는 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물의 제조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 (b)단계에서 농업부산물은 왕겨 대신에 볏짚, 보리짚, 귀리짚, 밀짚, 콩깍지, 콩대, 서숙대 및 옥수수대를 포함하는 고간류의 부산물을 사용하는 것을 특징으로 하는 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물의 제조방법.
   
5. 삭제
6. 제 3항에 있어서,
   상기 (b)단계에서 상기 요소 대신 황산암모늄, 질산칼륨, 염화암모늄, 질산암모늄 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용하고,
   상기 황산칼륨 대신 염화칼륨, 탄산칼륨 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용하고,
   상기 돌로마이트 대신 규산지립료, 벤토나이트 중 선택된 하나 이상을 더 포함하여 사용하는 것을 특징으로 하는 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물의 제조방법.

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