KR102499785B1 - 유황을 함유하는 기능성 바이오차 - Google Patents

유황을 함유하는 기능성 바이오차 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유황을 함유하는 기능성 바이오차에 관한 것이다.
본 발명의 유황을 함유하는 기능성 바이오차는, 나무를 포함하는 바이오매스를 40~45%(w/w)정도 탄화시킨 바이오차 및 제독유황수를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명에 의해, 선충 방제효과가 뛰어남과 동시에 토양개량효과가 우수한 유황을 함유하는 기능성 바이오차가 제공된다.

Description

유황을 함유하는 기능성 바이오차{Functional biochar containing sulfur}
본 발명은 유황을 함유하는 기능성 바이오차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선충 방제효과가 뛰어남과 동시에 토양개량효과가 우수한 유황을 함유하는 기능성 바이오차에 관한 것이다.
최근에 작물을 생육하고자 하는 경우 토양에 거름을 주어 비옥한 땅으로 개선함으로써, 작물의 생육을 더욱 빠르게 진행할 수 있고, 고품질의 과실을 얻을 수 있도록 생육에 적절한 토양을 개량하는 것으로 농업에 있어서는 필수적으로 토양개량제가 사용되고 있다.
여기서 토양개량제란 토양의 화학적, 물리적, 생물적 조건을 개선하여 작물의 생육을 좋게 하고 생산력을 높이기 위해 쓰이는 토양개량용 물질로, 일반적으로 우리나라의 농토에서는 토양개량을 위해 화학적 비료가 흔히 사용되고 있으며, 이러한 화학적 비료는 일시적으로 지력을 상승시켜 작물의 영양을 공급하는 기능을 갖고 있으나, 이를 지속적으로 사용함에 따라 지력이 쇠퇴하고 토양의 산성화현상이 심화된다.
이에 최근에는 화학적 비료 대신 생물학적 비료인 바이오차를 이용한 토양 개량제에 대한 다양한 연구가 시행되고 있다.
여기서, 바이오차(Biochar)는 바이오매스(Biomass)를 무산소 또는 저산소 환경에서 약 200~1,000℃ 정도 범위의 고온에서 열분해하여 얻어진 고형물을 의미하며, 예컨대 숯으로도 잘 알려져 있는 물질이다.
그러나 상기 기존 바이오차는 완전탄화된 숯으로써 pH 8~10인 바 사용함량에 한계가 있으며, 오히려 과도한 바이오차의 함량으로 인해 작물생장에 악영향을 미치기도 한다. 특히, 기존 바이오차는 탄소함량이 80~90%인 것으로 탄소외 유기물질이 존재하지 않는 것으로 순수 탄소결합만을 가지고 있는 상태인 바, 결과적으로 벤젠, 나프탈렌과 같은 소수성이 매우 높은 유기물의 제거에만 성능을 나타낼 뿐, 병해방지 등 작물보호 성능에는 그 효능을 나타내기 어려운 단점이 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-2451530호 '바이오차를 이용한 토양개량제 및 유기탄소비료의 제조방법' 2. 대한민국 공개특허 제10-1933146호 '바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조방법'
본 발명의 목적은 선충 방제효과가 뛰어남과 동시에 토양개량효과가 우수한 유황을 함유하는 기능성 바이오차를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유황을 함유하는 기능성 바이오차는, 나무를 포함하는 바이오매스를 40~45%(w/w)정도 탄화시킨 바이오차 및 제독유황수를 포함하는 것이 특징이다.
상기 바이오차는 250~350℃, 20~100 mmH2O의 가압상태하에 30~40분동안 태워 제조하는 것이 특징이다.
상기 제독유황수는 독성유황 분말을 유용 미생물 혼합배양액에 넣고 발효하여 1차 제독화 한 후, 여과한 다음 걸러져 나온 1차 제독유황물에 들기름 또는 참기름 중 어느 하나이상을 넣고 가열한 후 여과한 다음 걸러져나온 2차 제독유황물을 건조 및 분쇄하여 제조한 제독유황분말에 수산화칼륨(KOH), 유산동(CuSO4), 암염, 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주 배양액으로 구성된 혼합액을 넣고 혼합하여 제조한 것이 특징이다.
또 다른 본 발명인 유황을 함유하는 기능성 바이오차의 제조방법은, 나무를 포함하는 바이오매스를 250~350℃, 20~100 mmH2O의 가압상태하에 30~40분동안 처리하여 40~45%(w/w)정도 탄화시킨 바이오차를 제조하는 제1단계, 독성유황 분말을 유용 미생물 혼합배양액에 넣고 발효하여 1차 제독화 한 후, 여과한 다음 걸러져 나온 1차 제독유황물에 들기름 또는 참기름 중 어느 하나이상을 넣고 가열한 후 여과한 다음 걸러져나온 2차 제독유황물을 건조 및 분쇄하여 제조한 제독유황분말에 수산화칼륨(KOH), 유산동(CuSO4), 암염, 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주 배양액으로 구성된 혼합액을 넣고 혼합하여 제독유황수를 제조하는 제2단계 및 상기 제1단계의 바이오차에 상기 제2단계의 제독유황수를 분무교반하여 3~5%(w/w)의 유황을 함유한 기능성 바이오차를 제조하는 제3단계를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의해, 선충 방제효과가 뛰어남과 동시에 토양개량효과가 우수한 유황을 함유하는 기능성 바이오차가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 유황을 함유하는 기능성 바이오차의 제조공정도를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예를 상세하게 설명하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 유황을 함유하는 기능성 바이오차에 관한 것으로써, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
<본 발명의 유황을 함유하는 기능성 바이오차의 제조공정>
1. 제1단계: 바이오차 제조(S10)
본 단계에서는 나무를 포함하는 바이오매스를 40~45%(w/w)정도 탄화시킨 바이오차로 제조하는 것을 특징으로, 보다 바람직하게는 나무를 포함하는 바이오매스를 250~350℃, 20~100mmH2O의 가압상태하에 30~40분동안 고온가열처리하여 40~45%(w/w)정도 탄화된 바이오차를 제조하는 것이 특징이다.
설명하면, 통상적으로 바이오매스(biomass)란, 주변에서 흔히 찾아 볼 수 있는 다양한 조류 및 나무, 꽃, 풀, 가지, 잎, 뿌리, 열매 등 광합성으로 생성되는 모든 식물자원을 말하며, 최근에는 톱밥, 볏짚부터 음식물쓰레기 및 하수 슬러지, 축산분뇨에 이르기까지 산업 활동에서 발생하는 유기성 폐자원을 모두 바이오매스 자원이라고 칭한다.
이러한, 바이오매스를 산소가 제한된 조건에서 열분해하였을 때 생산되는 난분해성 탄소물질을 바이오차라고 불리우는데, 일반적인 바이오차는 완전탄화된 상태로 탄소함량이 80~90%인 것으로 수분 보유능증가, 영양물질공급 및 유지 등 토양질 향상효과와 오염 토양의 정화로써의 활용가치가 있다고는 하나, pH가 8~10으로 토양에 과사용시 오히려 작물에 악영향을 미칠 우려가 있는 단점을 갖고 있다. 또한 탄소외 유기물질이 존재하지 않고 순수 탄소결합능만을 가지고 있으며, 별도의 유기물질을 첨가하더라도 토양내 확산성이 느려 실제 활용가치가 높다가 보기 어렵다.
이에 본 발명의 발명자들은 여러 연구한 결과, 바이오매스를 40~45%(w/w)정도 탄화시킨 바이오차로 제조할 경우 pH가 6~7 정도로 구성되며, 미생물 확산성도 빠르고 탄소외에 유기물도 존재함에 따라 육묘 성장을 가능하게 되며, 대부분의 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스는 빠르게 분해하고, 리그닌은 천천히 분해되어 토양미생물에 지속적인 먹이가 되어 통기성, 보수력, 보비력을 증가시키는 장점을 갖게 되는 바, 이를 토양에 적용하게 되면 본 발명이 목적하는 토양개량제로써의 역할을 충분히 이루어 낼 수 있음을 확인한 것이다.
이때, 상기 바이오차의 탄화정도가 40%(w/w)미만으로 이루어질 경우에는 유기물질을 내포할 수 있는 기공이 부족하여 하기 추가 유기물질인 제독된 유황을 내포하고 있기 부족하여 그 확산성을 기대하기 어려우며, 45%(w/w)를 초과할 경우에는 바이오매스 자체 함유하고 있는 유기물의 손실이 커 토양개선에 따른 추가적인 작물성장효능을 기대하기 어렵다.
또한, 상기 바이오매스의 탄화정도를 40~45%(w/w)정도 맞추기 위해서는 여러다양한 열처리 공정을 거칠 수 있으나, 본 발명의 발명자들은 여러 연구한 결과 나무를 포함하는 바이오매스를 250~350℃, 20~100 mmH2O의 가압상태하에 30~40분동안 고온가열처리하여 40~45%(w/w)정도 탄화된 바이오차를 제조하는 것이 가장 적합함을 알아낸 것이다.
이때, 적용되는 바이오매스는 나무를 단독으로 사용하기도 하나, 더욱 바람직하게는 나무와 옥수수속대를 동량 혼합사용하는 것이 가장 좋다. 즉, 옥수수속대에는 작물성장에 유용한 여러가지 영양성분들을 함유하고 있으며 경제적으로도 가치가 있는 소재인 바, 바이오매스의 소재로 적합하긴 하나 단독사용할 경우 나무 대비 추가 유기물질의 흡수량이 떨어져 본 발명의 목적을 이루기 어렵게 된다. 이에 나무와 옥수수속대를 1 : 0.5~1 중량비로 혼합사용할 경우 경제적으로도 매우 유용한 가치가 있게 됨과 동시에 토양개량제로써의 재역할도 수행할 수 있게 되는 것이다.
이렇게 구성된 바이오매스는 250℃이상의 온도에서 탄화가 시작되는데 본 발명에서는 바이오매스에 함유되어 있는 유기물질의 일부 손실을 최소화 함과 동시에 추가 유기물질의 함유량을 높일 수 있는 기공을 형성하기 위해서는 250~350℃, 20~100 mmH2O의 가압상태하에 30~40분동안 고온가열처리하는 것이 가장 적합하며, 상기 조건을 벗어나 가공할 경우 바이오매스에 함유된 유기물질의 잔존상태가 적어 본 발명이 목적하는 토양개량효과를 얻기 어렵게 되거나 추가 유기물질의 함유량이 적어 이 역시 토양개량효과 및 추가 유기물질인 하기 제도유황의 함유량이 적어 선충방제효능이 떨어지게 된다.
또한, 상기 바이오매스는 상기 고온가열처리 전 적합한 입도크기를 갖는 것이 중요하다. 즉, 상기 바이오매스 입도의 크기는 길이 1~1.5cm, 지름 0.5~2.5cm 파쇄상태로 이루어질 경우 상기 가열조건을 통해 균일하게 40~45%(w/w)정도 탄화된 바이오차를 제조할 수 있게 된다.
2. 제2단계: 제독유황수 제조(S20)
본 단계에서는 독성유황 분말을 유용 미생물 혼합배양액에 넣고 발효하여 1차 제독화 한 후, 여과한 다음 걸러져 나온 1차 제독유황물에 들기름 또는 참기름중 어느 하나이상을 넣고 가열한 후 여과한 다음 걸러져나온 2차 제독유황물을 건조 및 분쇄하여 제조한 제독유황분말에 수산화칼륨(KOH), 유산동(CuSO4), 암염, 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주 배양액으로 구성된 혼합액을 넣고 혼합하여 제독유황수를 제조하는 것이 특징이다.
보다 바람직하게는 독성유황분말 300kg당 상기 유용 미생물 혼합배양액 1~1.5ton을 넣고 25~35℃에서 20~24시간동안 발효하여 1차 제독화 한 후, 여과한 다음 걸러져 나온 1차 제독유황물에 들기름 또는 참기름 중 어느 하나이상을 넣되, 1차 제독유황물 중량대비 2~3배의 상기 기름을 넣고 100~200℃에서 1~2시간동안 가열한 후 여과한 다음 걸러져 나온 2차 제독유황물을 90~95℃에서 5~7시간동안 건조시킨 다음 분쇄하여 제독유황분말을 제조하는 것이 가장 적합하다.
이때, 상기 제독조건에 해당되는 온도 및 시간은 독성이 있는 유황을 제독화 하기 위한 특정 조건인 것으로 상기 조건들을 벗어날 경우 제독이 제대로 이루어지지 않아 독성이 잔존할 우려가 있게 된다.
또한, 본 단계에서는 특정 미생물로 발효과정을 먼저 거쳐 1차 제독화 함에 따라 2차 제독화 시 제독유황의 2~3배의 기름으로 단시간에 유황의 제독화를 완료할 수 있는 큰 장점을 갖게 되는 것이다.
또한, 상기 유용 미생물 혼합배양액은 유산균인 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillus parafarraginis), 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei), 락토바실러스 톨러란스(Lactobacillus tolerans), 락토바실러스 부츠네리(Lactobacillus buchneri), 락토바실러스 하르비넨시스(Lactobacillus harbinensis), 락토바실러스 페로렌스(Lactobacillus perolens), 락토바실러스 람노서스(Lactobacillus rhamnosus), 락토바실러스 벡시노스테르쿠스(Lactobacillus vaccinostercus), 아세토박터 로바니엔시스(Acetobacter lovaniensis) 및 아세토박터 페록시단스(Acetobacter peroxydans), 효모인 피키아 퍼멘탄스(Pichia fermentans), 칸디다 에탄올리카(Candida ethanolica) 및 사카로미콥시스 스코에니(Saccharomycopsis schoenii)가 혼합되어 있는 것이 특징이며, 보다 바람직하게는 상기 유산균들의 농도가 1.0×106 cfu/ml~1.0×108 cfu/ml로 이루어지며, 상기 효모균들의 농도는 1.0×104 cfu/ml~1.0×105 cfu/ml로 상기 농도들 보다 낮을 경우에는 독성유황의 1차 제독이 원활하게 이루어지지 않게 되며, 상기 농도들을 초과할 경우 고농도로 배양에 따른 배양액의 산소 농도를 증가시켜야 하는 등 제조 비용이 증가하게 되어 바람직하지 않다.
이렇게 제조된 상기 제독유황분말에는 수산화칼륨(KOH), 유산동(CuSO4), 암염 및 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주 배양액으로 구성된 혼합물을 넣고 혼합하여 최종 제독유황수를 제조하는 것이 특징이다. 다시말해 상기 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주는 다양한 여러 유용미생물 중에서도 항생물질을 생산하는 방선균으로 알려져 있는 바, 보다 상승된 선충방제 효능을 얻기 위해 사용하며, 이러한 상기 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주는 한국생명공학연구소, 한국미생물보존센터등으로부터 누구나 용이하게 분양받아 사용하며, 보다 바람직하게는 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주를 액상배지에 접종한 후, 이를 30~35℃에서 24~72시간 동안 배양하여 1×107 CFU/ml 이상 농도의 미생물 배양액 상태로 준비하며, 더욱 바람직하게는 상기 액상배지에 상기 미생물 균주를 접종한 다음 30~35℃에서 24~72시간 동안 0.05~0.4 vvm(vol/vol/min)의 통기량과 교반속도 100~200 rpm(rotary/min), 내압 0.1~1 kgf/㎠으로 배양 하는 것이 가장 적합하다.
이때, 상기 배양온도가 30℃ 미만일 경우에는 배양온도가 너무 낮아 상기 미생물의 배양이 더디게 이루어지며, 35℃를 초과할 경우에는 상기 미생물이 성장에 악영향을 미쳐 오히려 배양이 이루어지지 않게 할 우려가 있게 된다. 또한 상기 24시간 미만으로 배양할 경우에는 시간 대비 배양된 정도가 적어 제제의 효능을 충분히 발휘하기 어렵게 될 우려가 있으며 72시간을 초과하여 배양할 경우에는 초과시간 대비 균주생성의 과포화로 인해 더이상의 상승된 효능을 나타내기 어렵게 된다.
상기 혼합물은 바람직하게는 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주 배양액 72~80 중량%, 수산화칼륜(KOH) 17~25 중량%, 유산동(CuSO4) 0.1~1 중량%, 암염 1~2 중량%로 구성되는 것이 좋다. 이와 같은 재료 및 배합비로 혼합하여 제조된 혼합물은 본 발명의 제독유황 단독 사용 대비 보다 상승된 선충방제효과를 갖는 이점을 나타내며 상기 중량범위를 벗어날 경우에는 이러한 효능을 얻지 못하거나 오히려 작물의 생육에 악영향을 미치게 되는 바, 상기 중량범위내에 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 혼합물에는 나노셀레늄 수용액을 더 포함하기도 하며, 바람직하게는 혼합물 전체중량을 기준으로 나노셀레늄 수용액 1~5 중량%로 포함하는 것이 좋다.
여기서 셀레늄(Se)는 설파계통의 비금속 무기물로서 그 구조는 황(S)과 유사하며, 식물 중에서는 주로 셀레노메티오닌 또는 셀레노시스테인과 다른 황아미노산의 유사체 형태로, 동물 중에서는 셀레노시스테인 형태로 가장 많이 존재하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 상기 셀레늄(Se)는 체내에 흡수되면 손상된 간을 재생시키고, 노화를 지연시킬 뿐만 아니라 수은, 납, 카드뮴 등 중금속을 중화시켜 중독을 예방할 수 있는 장점을 갖고 있으며, 작물의 성장발달에도 도모하여 수확량을 증가시키고 품질향상능도 나타내는 것으로 알려져 있다.
그러나, 상기 셀레늄(S)의 경우에는 과잉 사용하여 단순적용할 경우 셀레늄의 흡수가 용이하지 않아 실질적으로는 상기와 같은 장점을 얻기에 어려움이 있다.
다시 말해, 상기 셀레늄은 실질적인 흡수율을 높이기 위해서는 나노셀레늄 형태로 이루어진 것이 가장 큰 특징으로, 상기 나노셀레늄의 나노입자의 평균 입경은 1~10nm로 이루어지는 것이 흡수율을 높이는 게 가장 적합하다. 이때, 상기 나노입자의 크기가 10nm미만일 경우에는 셀레늄의 나노화 작업에 따른 추가 비용이 소요되는 바, 경제적인 면에서 적합하지 않으며, 1 nm를 초과할 경우에는 작물의 흡수율이 용이하지 않아 본 발명이 목적하는 효과의 상승된 가치를 얻지 못하게 될 우려가 있게 된다.
이렇게 구성된 상기 나노셀레늄은 본 발명에서는 수용액 형태로 사용하는 것을 특징으로, 이때, 상기 나노셀레늄의 농도는 100~1000 ppm 으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 상기 나노셀레늄의 농도가 100ppm 미만으로 이루어질 경우에 그 함량이 너무 적어 초과 상승효과를 기대하기 어려우며, 1000ppm을 초과할 경우에는 그 함량이 너무 많이 오히려 잔존하는 셀레늄의 함량으로 인해 인체에 유해한 영향을 미칠 우려가 있게 되기 때문이다
이렇게 구성된 상기 혼합물은 상기 제조해 둔 제독유황분말과 혼합하여 제독유황수로 제조하는 것을 특징으로, 보다 바람직하게는 상기 제독유황분말과 상기 혼합물은 1 : 2~5 중량비로 혼합하여 천연유황수를 제조하는 것을 특징으로 상기 조건을 벗어날 경우 토양개량효능 및 선충방제효능이 떨어지거나 오히려 과도한 혼합물의 함량으로 인해 작물생육이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생된다.
3. 제3단계: 유황을 함유하는 기능성 바이오차 제조(S30)
본 단계에서는 상기 제1단계의 바이오차에 상기 제2단계의 제독유황수를 분무교반하여 3~5%(w/w)의 유황을 함유한 기능성 바이오차를 제조하는 것이 특징이다.
설명하면, 상기 제1단계의 바이오차는 탄화정도가 40~45%(w/w)에 해당되는 바 완전탄화된 것과 달리 추가 유기물질의 흡수력이 낮다.
이에, 본 단계에서는 상기 제1단계의 바이오차에 상기 제2단계의 제독유황수를 물에 희석한 제독유황수를 분무교반처리 하면서 골고루 서서히 스며들수 있도록 하여 3~5%(w/w)의 제독유황을 함유한 기능성 바이오차를 제조하는 것이 좋으며, 이는 상기 제독유황이 3%(w/w)미만으로 함유될 경우에는 본 발명이 목적하는 선충방제효과 및 토양개량 효과를 얻기 어려우며 5 (w/w)초과 함유될 경우에는 초과 함량에 따른 상승효과를 기대하기 어렵기 때문이다.
또한, 상기 제독유황 함유량 선정에 따라 선택적으로 상기 제독유황수를 물에 희석하여 사용한다.
이하에서는 실시예 및 실험예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예 및 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1> 본 발명의 기능성 바이오차1 제조
나무 10kg과 옥수수대 5kg으로 혼합되어 있는 바이오매스를 300℃, 100 mmH2O의 가압상태하에 30분동안 고온가열처리하여 45%(w/w)정도 탄화된 바이오차를 제조하였다.
그 다음 독성유황 분말 300kg을 유용 미생물 혼합배양액(Lactobacillus parafarraginis, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus tolerans, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus harbinensis, Lactobacillus perolens, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus vaccinostercus, Acetobacter lovaniensis, Acetobacter peroxydans로 구성된 유산균들이 1.0×107 cfu/ml로, Pichia fermentans, Candida ethanolica, Saccharomycopsis schoenii로 구성된 효모균들이 1.0×105 cfu/ml로 혼합구성됨) 1ton에 넣고 30℃에서 24시간동안 발효하여 1차 제독화 시킨 후 이를 여과한 다음 걸러져 나온 1차 제독물 100kg에 들기름과 참기름이 1:1 중량비로 혼합된 기름 200kg을 넣고 20 mmH2O의 가압상태하에서 150℃, 1시간동안 가열한 다음 여과한 다음 걸러져 나온 2차 제독유황물을 90℃에서 7시간동안 건조한 다음 분쇄하여 제독유황분말을 미리 제조해 두었다.
그 다음 수산화칼륨 25kg, 유산동 1kg, 암염 2kg, Streptomyces sp. 균주 배양액( 1.0×107 cfu/ml로 구성) 72kg으로 구성된 혼합액 100kg을 제조하였다.
그 다음 미리 제조해 둔 상기 제독유황분말 50kg에 상기 혼합액 100kg을 넣고 혼합하여 제독유황수를 제조하였으며, 이 제독유황수 450ml에 물 4ℓ를 넣고 혼합하여 희석된 제독유황수를 제조하였다.
마지막으로 상기 제조해 둔 바이오차 10kg에 상기 희석하여 제조된 제독유황수 4ℓ를 분무처리함과 동시에 골고루 잘 부착될 수 있도록 교반하여 3%(w/w)의 유황이 함유된 기능성 바이오차1을 제조하였다.
<실시예 2> 본 발명의 기능성 바이오차2 제조
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 나노셀레늄 수용액을 상기 혼합액에 추가하여 제조하였다. 다시 말해, 셀레늄을 분쇄처리하여 10nm 나노입자크기로 제조한 후, 여기에 물을 넣어 1000ppm의 농도를 갖는 나노셀레늄 수용액을 제조한 후, 상기 혼합액을 수산화칼륨 25kg, 유산동 1kg, 암염 2kg, Streptomyces sp. 균주 배양액( 1.0×107 cfu/ml로 구성) 71kg, 상기 나노셀레늄 수용액 1kg으로 구성되도록 조성하여 유황이 함유된 기능성 바이오차2를 제조하였다.
<비교예 1> 바이오차3 제조
상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 45%(w/w)정도 탄화된 바이오차 대신 완전탄화된 바이오차를 적용하여 바이오차3을 제조하였다.
<비교예 2> 바이오차4 제조
상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 45%(w/w)정도 탄화된 바이오차 대신 50%(w/w)정도 탄화된 바이오차를 적용하여 바이오차4를 제조하였다.
<비교예 3> 바이오차5 제조
상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 45%(w/w)정도 탄화된 바이오차 제조시 200℃, 10 mmH2O의 가압상태하에 3~4시간동안 고온가열처리하여 바이오차5를 제조하였다.
<비교예 4> 바이오차6 제조
상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 제독유황수 제조시 2치 제독유황물 제조시 기름넣고 가열하는 과정 대신 1차 발효과정과 동일하게 2차 발효과정을 적용하여 바이오차6을 제조하였다.
<비교예 5> 바이오차7 제조
상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되, 기능성 바이오차 제조시 제1단계의 바이오차에 제2단계의 제독유황수를 침지시킨 후 건조시켜 유황이 함유된 바이오차7을 제조하였다.
<실험예1> 뿌리혹선충 방제효과 및 토양개량제로써의 효과 확인
1. 실험방법
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 5의 기능성 바이오차들을 이용하여 고구마뿌리혹선충, 땅콩뿌리혹선충의 유충에 대한 치사율을 조사하였으며, 상기 치사율은 페트리디쉬 실내 검정법으로 검정하였다.
실험군으로 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 5의 기능성 바이오차들을 각각 선충에 처리하였으며, 대조군으로는 아바맥틴(Avermectin 5% EC: 0.025%)을 사용하였다.
또한, 토양개량제로써의 효능을 확인하기 위해, 함유된 유황의 함량을 확인하였으며, 이와 동시에 잔디종자의 생육효과도 함께 확인하였다.
이때, 25 ± 2℃(주간), 62 ± 5%의 습도, 15 시간의 광주기 조건하에 7일 간격으로 각 pot 당 100㎖씩 수분공급, 각 pot 당 50g 씩 배양토와 함께 각 바이오차들을 교반하여 각각 시비하였다.
식물체 지상부의 높이(height)를 조사하기 위해, 상기 처리후 30일 째에 각 추출된 표본에서 가장 큰 표본 10개 체의 지상부 높이를 버어니어 캘리버스(VERNIER CALIPER)를 이용하여 0.01cm 단위로 측정하였다.
대조구는 상기와 같이 잔디종자를 키우되, 일반 원예용 퇴비(h사)를 처리하고 잔디종자를 키웠다.
상기 실험결과, 하기 표 1과 같이 나타났다.
땅콩뿌리혹선충의 치사효과(%) 고구마뿌리혹선충의 치사효과(%) 잔디종자의 높이 유황함량
(w/w)
대조구 88% 80% 4.42±0.51 -
실시예1 85% 78% 7.95±0.62 3%
실시예2 88% 80% 7.02±0.33 5%
비교예1 85% 78% 2.59±0.25 3%
비교예2 85% 88% 3.95±0.15 3%
비교예3 85% 80% 3.88±0.87 3%
비교예4 50% 45% 3.21±0.22 1%
비교예5 88% 80% 2.12±0.02 7%
상기 표 1에 나타나 있듯이 실시예 1의 기능성 바이오차1과 실시예 2의 기능성 바이오차2는 특정 제조공정을 거쳐 45%(w/w)정도 탄화된 바이오차에 제독유황이 골고루 잘 함축되도록 구성됨에 따라 고구마뿌리혹선충 및 땅콩뿌리혹선충에 대한 치사효과도 높게 나타남을 확인하였으며, 유기물질이 잘 보존되어 있음과 동시에 3~5%(w/w)의 유황함량이 지속적으로 함유되어 있음에 따라 토양개량제로써 충분히 그 효능을 나타냄을 잔디종자 생육촉진능을 통해 확인하였다.
특히, 대조구로 사용된 아바맥틴과 그 효능이 유사하게 나타남을 확인한 바, 이로 인해 친환경 소재로써 화학살충제의 대체제로 충분히 사용이 가능함을 확인하였다.
이에 반면, 비교예 1의 바이오차3의 경우에는 완전탄화된 바이오차로써 내포된 유황의 함량은 실시예 1과 비슷하나 바이오차 자체 pH의 함량이 너무 높아 잔디종자의 생육에 오히려 악영향을 미침을 확인하였으며, 내포되어 있던 유기물질들이 거의 손실됨에 따라 토양개량제로써의 활용가치가 낮음을 확인하였다.
비교예 2의 바이오차4의 경우에는 50%(w/w)정도 탄화된 바이오차로써 이 역시 내포된 유황의 함량은 실시예 1과 비슷하나 과도한 열처리로 인해 유기물의 손실이 커서 토양개선에 따른 추가적인 작물성장효능에서 실시예 1보다 떨어짐을 확인하였다.
비교예 3의 바이오차5의 경우에는 45%(w/w)정도 탄화된 바이오차이긴 하지만 제조공정에서 장시간 고온가열처리 함으로 인해, 내포되어 있던 유기물질의 손실이 매우 높아 토양개량제로써의 재역할을 못함을 확인하였다.
비교예 4의 바이오차6의 경우에는 유황의 제독은 모두 이루어졌으나, 실시예와 다르게 단순 발효과정만 2차례 거침에 따라 45%(w/w)정도 탄화된 바이오차에 잘 흡수 및 유지되지 않아 유황에 의한 효능을 기대하기 어려움을 확인하였다. 즉, 선충방제 효과가 매우 떨어졌으며, 작물생장에도 그닥 높은 효과를 나타낸다고 보기 어려웠다.
비교예 5의 바이오차7의 경우에는 제독유황수가 바이오차 내부로 침투되었긴 하나 7%(w/w)의 고함량으로 내포되어 오히려 작물생육촉진에 대하여는 악영향을 미침을 확인하였다.
이와 같이 본 발명에서는 선충 방제효과가 뛰어남과 동시에 토양개량효과가 우수한 유황을 함유하는 기능성 바이오차를 제공할 수 있음을 상기 실험들을 통해 확인하였다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 나무를 포함하는 바이오매스를 250~350℃, 20~100 mmH2O의 가압상태하에 30~40분동안 고온가열처리하여 40~45%(w/w)정도 탄화된 바이오차를 제조하는 제1단계;
    독성유황 분말을 유용 미생물 혼합배양액에 넣고 발효하여 1차 제독화 한 후, 여과한 다음 걸러져 나온 1차 제독유황물에 들기름 또는 참기름 중 어느 하나이상을 넣고 가열한 후 여과한 다음 걸러져나온 2차 제독유황물을 건조 및 분쇄하여 제조한 제독유황분말에 수산화칼륨(KOH), 유산동(CuSO4), 암염, 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.) 균주 배양액으로 구성된 혼합액을 넣고 혼합하여 제독유황수를 제조하는 제2단계 및,
    상기 제1단계의 바이오차에 상기 제2단계의 제독유황수를 분무교반하여 3~5%(w/w)의 유황을 함유한 기능성 바이오차를 제조하는 제3단계;를 포함하는,
    유황을 함유하는 기능성 바이오차의 제조방법.
  5. 제4항의 제조방법에 의해 제조된,
    유황을 함유하는 기능성 바이오차.
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