KR102536291B1 - Controlled release fertilizer composition containing biodegradable polymer and biochar and its manufacturing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물 및 가축분뇨로부터 제조된 바이오차(biochar)와 해조류, 식물, 미생물 유래의 생분해폴리머를 영양성분 방출 조절 복합 비료에 적용함으로써 영양성분의 과남용 방지를 통한 지하수 및 호소의 부영양화와 같은 환경오염 억제, 영양성분 방출 조절을 통한 식물의 생육을 촉진 및 장기간 유지에 따른 시비 횟수를 줄일 수 있는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nutrient release-controlled complex fertilizer composition comprising biodegradable polymer and biochar and a method for producing the same, and more particularly, to biochar prepared from plant and livestock manure and derived from seaweed, plant, and microorganisms. By applying biodegradable polymers to complex fertilizers that control nutrient release, suppression of environmental pollution such as eutrophication of groundwater and lakes through prevention of overuse of nutrients, promotion of plant growth through control of nutrient release, and number of fertilizations due to long-term maintenance It relates to a nutrient release-controlled complex fertilizer composition comprising a biodegradable polymer and biochar that can reduce
바이오차(biochar)는 다양한 농부산물을 포함하는 식물 및 가축의 배설물 등을 포함하는 바이오매스(biomass)를 산소가 결여된 열분해에 의하여 제조되는 고체 물질으로써, 주로 토양 개간 및 수중의 오염물질 제거 등으로 이용되고 있다. Biochar is a solid material produced by oxygen-deficient pyrolysis of biomass, including plant and livestock excrement, including various agricultural products. is used as
그 중에서도 영양성분의 흡착 및 탈착, 수분 흡수, 이산화탄소 고정, 이용할 원재료에 따른 본래 가지고 있는 영양원의 공급의 장점이 있으며, 이에 따라서 바이오차를 토양에 혼합 시, 식물의 생육을 촉진하는 역할로 이미 알려져 있다. Among them, it has the advantages of adsorption and desorption of nutrients, absorption of water, fixation of carbon dioxide, and supply of original nutrients according to the raw materials to be used. Accordingly, when biochar is mixed with soil, it is already known to play a role in promoting plant growth. there is.
특히, 시중에서 제조되어 판매되는 완효성 비료(slow-release fertilizer) 제품은 영양성분의 캡슐화를 통하여 제조되고 있으며, 캡슐화를 위하여 사용된 폴리머들은 화학적 합성에 의해 제조된 것으로 미생물에 의한 분해력이 낮고, 찌꺼기 발생으로 인하여 토양 및 수질에 미세플라스틱 발생으로 환경오염의 주범으로 작용하고 있다. 뿐만 아니라, 영양성분의 방출이 단기간에 이루어져 추가적인 시비 작업이 요구되어 노동력 증가에 따른 비용이 발생되는 문제점이 있었다.In particular, commercially manufactured and sold slow-release fertilizer products are manufactured through encapsulation of nutrients, and the polymers used for encapsulation are manufactured by chemical synthesis and have low decomposition power by microorganisms, Due to the generation of microplastics in soil and water quality, they are acting as the main culprit of environmental pollution. In addition, there was a problem that the release of nutrients was made in a short period of time and additional fertilization work was required, resulting in costs due to increased labor force.
한편, 생분해폴리머는 해조류, 식물 및 미생물 유래로부터 생산되는 물질로써, 미생물의 분해가 용이하여 기존의 플라스틱 대체재로 주목받고 있다. 특히, 기존 플라스틱과 비교하여 단기간에 높은 분해력으로 토양 및 수질의 오염을 최소화할 수 있으며, 그 중에서도 환경오염의 주범인 미세플라스틱 발생을 줄여 친환경 제품에 사용이 가능하다. On the other hand, biodegradable polymers are materials produced from algae, plants, and microorganisms, and are attracting attention as a substitute for conventional plastics because they are easily decomposed by microorganisms. In particular, compared to existing plastics, it can minimize soil and water pollution with high decomposition power in a short period of time, and among them, it can be used for eco-friendly products by reducing the generation of microplastics, which are the main culprit of environmental pollution.
하지만, 생분해폴리머는 플라스틱 대체재로서의 기능을 통해 통상적으로 작물이 자라는 땅을 덮어서 토양의 침식방지 및 수분 유지를 가능하게 하고, 지온을 조절을 하며 잡초 및 병균을 억제하여 제초작업이나 제초제 사용을 억제하기 위해 멀칭필름 제조에 활용되고 있을 뿐, 식물의 생육 촉진을 위한 비료 첨가제로서의 활용도가 저조하고, 이에 따라 생분해폴리머를 활용한 식물의 생육 촉진을 위한 연구가 지속적으로 활성화되어야 할 필요가 있다.However, biodegradable polymers, through their function as plastic substitutes, cover the land where crops normally grow, enable soil erosion prevention and moisture retention, control soil temperature, and control weeds and pathogens to suppress weeding or herbicide use. It is only used for manufacturing mulching film for plant growth, but its utilization as a fertilizer additive for plant growth promotion is low. Accordingly, it is necessary to continuously activate research for plant growth promotion using biodegradable polymers.
여기서 전술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아니다.The background art or prior art described above is only to help understand the technical significance of the present invention, and does not mean a widely known technique in the technical field to which the present invention belongs prior to the filing of the present invention.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전술한 배경기술에 의해서 안출된 것으로, 식물 및 가축분뇨로부터 제조된 바이오차와 해조류, 식물, 미생물 유래의 생분해폴리머를 영양성분 방출 조절 복합 비료에 적용함으로써 영양성분의 과남용 방지를 통한 지하수 및 호소의 부영양화와 같은 환경오염 억제, 영양성분 방출 조절을 통한 식물의 생육을 촉진 및 장기간 유지에 따른 시비 횟수를 줄일 수 있는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve this problem, the present invention has been made based on the above-described background art, by applying biochar prepared from plant and livestock manure and biodegradable polymers derived from seaweed, plants, and microorganisms to a nutrient release-controlled complex fertilizer. Nutrients including biodegradable polymer and biochar that can suppress environmental pollution such as eutrophication of groundwater and lakes through prevention of overuse of ingredients, promote plant growth through control of nutrient release, and reduce the number of fertilizations due to long-term maintenance Its purpose is to provide a controlled-release complex fertilizer composition and a manufacturing method thereof.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함됨은 물론이다. However, the object of the present invention is not limited thereto, and even if not explicitly mentioned, the purpose or effect that can be grasped from the solution or embodiment of the problem is also included therein, of course.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가축분뇨, 농부산물, 목질계 바이오매스, 식물계 바이오매스 중 어느 하나, 또는 둘 이상을 200℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 5초 ~ 10시간 동안 열분해 및 가스화 반응이 이루어지도록 하고, 이후 열분해 및 가스화 반응이 이루어진 바이오매스를 건조 및 파쇄하여 바이오차를 제조하는 단계; 열분해 및 가스화 반응이 이루어진 바이오매스를 100℃ ~ 110℃에서 건조 후 파쇄하고, 체거름 방식을 통해 0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차만을 선별하는 단계; 상기 바이오차에 영양성분 및 생분해폴리머를 일정 중량비로 혼합한 혼합물과 증류수를 혼합 및 교반하여 비드(bead), 펠렛(pellet), 칩(chip) 형태 중 어느 하나의 형태로 형성되는 복합비료를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, any one or two or more of livestock manure, agricultural products, woody biomass, and plant biomass are heated in a temperature range of 200 ° C to 1,000 ° C for 5 seconds to Manufacturing biochar by allowing pyrolysis and gasification to occur for 10 hours, and then drying and crushing the biomass subjected to pyrolysis and gasification; Drying and crushing the biomass subjected to pyrolysis and gasification at 100 ° C. to 110 ° C., and selecting only biochar made of 0.1 μm to 500 μm through a sieve method; Mixing and stirring a mixture of biochar with nutrients and biodegradable polymer at a certain weight ratio and distilled water to prepare a complex fertilizer formed in any one of the form of beads, pellets, and chips It is characterized in that it includes; the step of doing.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바이오차를 제조하는 단계는, 바이오차의 총 중량에 있어서, 가축분뇨 25중량% ~ 40중량%, 농부산물 30중량% ~ 35중량%, 목질계 바이오매스 20중량% ~ 25중량%, 식물계 바이오매스 10중량% ~ 15중량% 의 비율로 혼합하는 단계; 혼합된 바이오매스 혼합물을 200℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 열분해한 후, 5초 ~ 10시간 동안 열분해 및 가스화 반응이 이루어지도록 하는 단계; 열분해 및 가스화 반응이 완료된 바이오매스 혼합물을 100℃ ~ 150℃의 온도로 건조 한 후, 일정 입자를 가지도록 파쇄하고, 파쇄된 바이오차를 체거름 방식을 통해 0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차만을 선별하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, in the step of manufacturing biochar, in the total weight of biochar, 25% to 40% by weight of livestock manure, 30% to 35% by weight of agricultural products, and lignocellulosic biomass Mixing at a ratio of 20% to 25% by weight and 10% to 15% by weight of plant-based biomass; After pyrolysis of the mixed biomass mixture at a temperature range of 200 ° C. to 1,000 ° C., pyrolysis and gasification reactions are performed for 5 seconds to 10 hours; After the pyrolysis and gasification reaction is completed, the biomass mixture is dried at a temperature of 100℃ ~ 150℃, crushed to have certain particles, and the crushed biochar is sieved to obtain only biochar consisting of 0.1㎛ to 500㎛. selecting; It is characterized in that it includes.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 각각의 바이오매스들은 열분해가 이루어진 상태로 혼합되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, it is characterized in that each of the biomass is mixed in a state in which pyrolysis is made.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합비료를 제조하는 단계는, 상기 바이오차, 영양성분 및 생분해폴리머를 복합비료 총 중량부에 대하여 0.01 중량부 ~ 95 중량부로 혼합하고, 혼합된 혼합물에 증류수를 5 중량% ~ 99.99 중량% 의 비율로 함유하여 각각 혼합하는 단계; 상기 혼합물과 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물을 이용하여 비드(bead), 펠렛(pellet), 칩(chip) 형태 중 어느 하나의 형태로 형성되는 복합비료로 제조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, in the step of preparing the complex fertilizer, the biochar, nutrients, and biodegradable polymer are mixed in an amount of 0.01 to 95 parts by weight based on the total weight of the complex fertilizer, and distilled water is added to the mixed mixture. 5% by weight to 99.99% by weight of each containing and mixing; Stirring the mixture and distilled water, and preparing a compound fertilizer formed in any one of a bead, pellet, and chip form using the stirred mixture; It is characterized in that it includes.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바이오차, 영양성분 및 생분해폴리머는 혼합물의 총 중량에 있어서, 바이오차 40중량% ~ 70중량%, 영양성분 15중량% ~ 30중량%, 생분해폴리머 15중량% ~ 30중량%로 혼합되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the biochar, nutrients, and biodegradable polymers are 40% to 70% by weight of biochar, 15% to 30% by weight of nutrients, and 15% by weight of biodegradable polymer, based on the total weight of the mixture. It is characterized in that it is mixed in % to 30% by weight.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합비료에 포함된 생분해폴리머의 내부 경화를 위해 염화칼슘(CaCl2), 염화철(FeCl2), 염화바륨(BaCl2), 염화마그네슘(MgCl2) 수용액 중 어느 하나의 수용액에 복합비료를 24시간 동안 침지하고, 침지 후 회수된 복합비료를 증류수로 3회 세척을 진행한 후, 40℃ ~ 110℃의 온도로 건조하는 단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, any one of calcium chloride (CaCl 2 ), iron chloride (FeCl 2 ), barium chloride (BaCl 2 ), and magnesium chloride (MgCl 2 ) aqueous solution for internal curing of the biodegradable polymer included in the composite fertilizer. immersing the complex fertilizer in an aqueous solution for 24 hours, washing the complex fertilizer recovered after immersion with distilled water three times, and then drying at a temperature of 40 ° C to 110 ° C; characterized in that it is further performed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합비료, 또는 생분해폴리머의 내부 경화가 이루어진 복합비료의 표면에 Emulsion 상태의 PHB(Polyhydroxybutyrate) 용액으로 이루어지는 코팅막을 형성하는 단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the step of forming a coating film consisting of a polyhydroxybutyrate (PHB) solution in an emulsion state on the surface of the composite fertilizer or the composite fertilizer in which the biodegradable polymer is internally cured; characterized in that it is further performed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바이오매스는, 소, 돼지, 닭의 분뇨를 포함하는 가축분뇨와, 고춧대, 왕겨, 과수 전정가지를 포함하는 농부산물과, 참나무를 포함하는 목질계 바이오매스 및 장미꽃, 녹차잎, 호두껍질, 단풍잎, 커피 찌꺼기를 포함하는 식물계 바이오매스 군으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the biomass is livestock manure including cow, pig, and chicken manure, agricultural products including red cabbage, rice hulls, and fruit tree pruned branches, and woody biomass including oak and a plant-based biomass group including rose flowers, green tea leaves, walnut shells, maple leaves, and coffee grounds.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영양성분은, 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 황(S), 붕소(B)를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the nutrients include nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), iron (Fe), sulfur (S), and boron (B) It is characterized by doing.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해폴리머는, alginate, carrageenan를 포함하는 해조류 유래의 다당류(polysaccharide), 식물 유래의 gum, protein, starch, lignin, PLA, PCL, PHA, PHV를 포함하는 바이오 플라스틱(bio plastic)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the biodegradable polymer is a polysaccharide derived from seaweed including alginate and carrageenan, a bio-derived polysaccharide including plant-derived gum, protein, starch, lignin, PLA, PCL, PHA, and PHV. Characterized in that it is made of plastic (bio plastic).
이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명의 다양한 식물 및 분뇨 유래의 바이오매스를 이용하여 바이오차를 제조함에 따라, 다양한 폐바이오매스를 경제적이고 효과적으로 이용할 수 있어 완효성 비료와 같은 고부가가치의 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다. According to such an embodiment of the present invention, as biochar is produced using biomass derived from various plants and manure of the present invention, various waste biomass can be economically and effectively used, resulting in high value-added products such as slow-release fertilizers has the effect of producing
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 바이오차를 지지체로하여 영양성분 및 생분해성폴리머를 적용시킴으로써 영양성분의 방출 조절 기능, 이산화탄소 흡착 및 공급, 수분 흡수 및 공급, 미생물 고정 등의 기능을 부여할 수 있으며, 이는 식물 생육을 촉진하고, 시비 작업의 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by applying nutrients and biodegradable polymers to biochar as a support, functions such as nutrient release control function, carbon dioxide adsorption and supply, moisture absorption and supply, and microorganism fixation can be given. It can promote plant growth and reduce fertilization work.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 생분해폴리머를 적용하는 방법(내부 가교 혹은 외부막 코팅)에 따라 영양성분의 방출 및 분해를 조절할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there is an effect of controlling the release and decomposition of nutrients according to the method of applying the biodegradable polymer (internal crosslinking or outer film coating).
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 생분해폴리머 사용으로 미세플라스틱의 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 방출 조절형 복합비료는 환경오염의 피해 저감 및 노동력을 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the generation of microplastics can be minimized by using biodegradable polymers. Therefore, the release-controlled complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar has an effect of reducing environmental damage and reducing labor.
더불어, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다. In addition, the various beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해폴리머 및 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 제조 과정을 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해폴리머 및 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 제품을 나타낸 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해폴리머 및 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 적용 전(A) 및 후(B)의 식물 생육 상태를 나타낸 사진,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해폴리머 및 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 수분 흡수 결과를 나타낸 표,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해폴리머 및 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 생분해폴리머 분해에 따른 흩어짐 결과를 나타낸 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해폴리머 및 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 성분 방출 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a flow chart showing a manufacturing process of a nutrient-adjusted complex fertilizer containing a biodegradable polymer and biochar according to an embodiment of the present invention;
2 is a photograph showing a product of a nutrient-adjusted complex fertilizer containing a biodegradable polymer and biochar according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a photograph showing the state of plant growth before (A) and after (B) application of the nutrient-adjusted complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar according to an embodiment of the present invention;
4 is a table showing the results of water absorption of the nutrient-adjusted complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a photograph showing the scattering results according to the decomposition of the biodegradable polymer of the nutrient component-adjusted complex fertilizer containing the biodegradable polymer and biochar according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph showing the results of component release of the nutrient-adjusted complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 이하에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 식별부호를 사용할 수 있다. 이러한 식별부호는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것이고, 설명의 편의를 위하여 사용되는 것일 뿐, 그 식별부호에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. In addition, terms such as "comprise", "comprise" or "having" described below mean that the corresponding component may be inherent unless otherwise stated, excluding other components. All terms, including technical or scientific terms, are generally understood by those skilled in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. have the same meaning as understood. In addition, in describing the components of the present invention, identification codes such as first, second, A, B, (a), (b) can be used. These identification codes are used to distinguish the component from other components and are used only for convenience of description, and the nature, sequence, or order of the corresponding component is not limited by the identification code.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도시된 바와 같이, 본 발명의 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 제조 방법은 소, 돼지, 닭의 분뇨를 포함하는 가축분뇨와, 고춧대, 왕겨, 과수 전정가지를 포함하는 농부산물과, 참나무 등의 목질계 바이오매스 및 장미꽃, 녹차잎, 호두껍질, 단풍잎, 커피 찌꺼기 등을 포함하는 식물계 바이오매스 군으로부터 선택된 하나, 또는 둘 이상의 바이오매스 군을 열분해 및 가스화 반응화 하여 제조되는 바이오차(biochar)를 지지체로 하고, 이 바이오차와 영양성분 및 생분해폴리머를 혼합 및 침지시는 과정을 통해 제조되는 것이다. As shown, the method for manufacturing a nutrient release-controlled complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar of the present invention includes livestock manure including cow, pig, and chicken manure, red pepper stalk, rice hull, and fruit tree pruned branches. By thermally decomposing and gasifying one or more biomass groups selected from plant-based biomass groups including agricultural products, wood-based biomass such as oaks, roses, green tea leaves, walnut shells, maple leaves, coffee grounds, etc. It is prepared through a process of mixing and immersing the biochar with nutrients and biodegradable polymers using manufactured biochar as a support.
이와 같은 본 발명은 먼저 상기 언급한 바이오매스 군을 통해 바이오차(biochar)를 제조하는 바이오차 제조단계(S110)가 수행된다. In the present invention as described above, first, a biochar manufacturing step (S110) of manufacturing biochar through the above-mentioned biomass group is performed.
바이오차 제조단계(S110)는 가축분뇨, 농부산물, 목질계 바이오매스, 식물계 바이오매스 중 어느 하나를 200℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 5초 ~ 10시간 동안 열분해 및 가스화 반응이 이루어지도록 하고, 이후 열분해 및 가스화 반응이 이루어진 바이오매스를 건조 및 파쇄하여 바이오차를 제조하는 단계이다.In the biochar manufacturing step (S110), thermal decomposition and gasification of any one of livestock manure, agricultural products, lignocellulosic biomass, and plant-based biomass is performed at a temperature range of 200 ° C to 1,000 ° C for 5 seconds to 10 hours, Then, the biomass subjected to pyrolysis and gasification is dried and crushed to produce biochar.
이때, 바이오차 제조단계(S110)에서는 열분해 및 가스화 반응이 이루어진 바이오매스를 100℃ ~ 110℃에서 건조 후, 파쇄하고, 체거름 방식을 통해 0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차만을 선별하는 단계를 더 수행한다.At this time, in the biochar manufacturing step (S110), the biomass subjected to pyrolysis and gasification is dried at 100 ° C. to 110 ° C., crushed, and only biochar consisting of 0.1 μm to 500 μm is selected through a sieve method. do more
한편, 바이오차 제조단계(S110)는 가축분뇨, 농부산물, 목질계 바이오매스, 식물계 바이오매스 중 둘 이상의 바이오매스를 일정 중량비로 혼합하고, 혼합한 혼합물을 열분해 및 가스화 반응이 이루어지도록 하고, 이후 열분해 및 가스화 반응이 이루어진 바이오매스를 건조 및 파쇄하여 바이오차를 제조할 수 있을 것이다.On the other hand, in the biochar manufacturing step (S110), two or more biomass among livestock manure, agricultural products, lignocellulosic biomass, and plant biomass are mixed at a certain weight ratio, and the mixed mixture is subjected to pyrolysis and gasification, and then Biochar can be produced by drying and crushing biomass subjected to pyrolysis and gasification.
이러한 바이오차 제조단계(S110)는 가축분뇨, 농부산물, 목질계 바이오매스, 식물계 바이오매스 중 둘 이상의 바이오매스를 일정 중량비로 혼합하는 바이오 혼합물 제조단계를 수행할 수 있다.In the biochar manufacturing step (S110), a biomixture manufacturing step of mixing two or more biomass among livestock manure, agricultural products, lignocellulosic biomass, and plant biomass at a predetermined weight ratio may be performed.
여기서, 바이오 혼합물 제조단계는, 둘 이상의 바이오매스를 혼합하는 경우, 바이오차의 총 중량에 있어서, 가축분뇨 25중량% ~ 40중량%, 농부산물 30중량% ~ 35중량%, 목질계 바이오매스 20중량% ~ 25중량%, 식물계 바이오매스 10중량% ~ 15중량% 의 비율로 혼합될 수 있을 것이다.Here, in the biomixture manufacturing step, when mixing two or more biomass, in the total weight of biochar, 25% to 40% by weight of livestock manure, 30% to 35% by weight of agricultural products, 20% by weight of woody biomass It may be mixed in a ratio of 10 wt% to 15 wt% of plant-based biomass and 25 wt% by weight.
이때, 바이오 혼합물 제조단계는, 전술한 가축분뇨, 농부산물, 목질계 바이오매스 및 식물계 바이오매스가 모두 혼합되는 경우, 각각의 바이오매스들의 열분해가 이루어진 상태로 혼합이 이루어지도록 구성될 수 있다. In this case, in the step of preparing the biomixture, when all of the above-described livestock manure, agricultural products, lignocellulosic biomass, and plant-based biomass are mixed, the mixture may be performed in a state in which the respective biomass are thermally decomposed.
이때, 가축분뇨는 600℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 4시간 ~ 10시간 동안 열분해가 이루어지도록 하고, 농부산물은, 400℃ ~ 600℃의 온도 범위에서 3시간 ~ 5시간 동안 열분해가 이루어지도록 할 수 있다. At this time, livestock manure is subjected to pyrolysis in the temperature range of 600 ° C to 1,000 ° C for 4 to 10 hours, and agricultural products are subjected to pyrolysis in the temperature range of 400 ° C to 600 ° C for 3 to 5 hours. can
또한, 목질계 바이오매스는 200℃ ~ 400℃의 온도 범위에서 2시간 ~ 5시간 동안 열분해가 이루어지도록 하고, 식물계 바이오매스는 100℃ ~ 200℃의 온도 범위에서 5초 ~ 1분 동안 열분해가 이루어지도록 할 수 있다.In addition, woody biomass is subjected to thermal decomposition at a temperature range of 200 ° C to 400 ° C for 2 hours to 5 hours, and plant-based biomass is thermally decomposed at a temperature range of 100 ° C to 200 ° C for 5 seconds to 1 minute. you can make it
이후, 바이오차 제조단계(S110)는 바이오 혼합물 제조단계 다음으로 혼합된 바이오매스 혼합물을 일정 온도로 가열하여 열분해가 이루어지도록 하고, 열분해가 이루어진 바이오매스 혼합물의 가스화 반응이 이루어지도록 하는 바이오매스의 열분해 및 가스화 반응 단계를 수행한다. Thereafter, in the biochar manufacturing step (S110), the biomass mixture is heated to a certain temperature to perform thermal decomposition, followed by the biomass mixture manufacturing step, and thermal decomposition of biomass to achieve gasification of the biomass mixture having been thermally decomposed. and a gasification reaction step.
여기서, 바이오매스의 열분해 및 가스화 반응 단계는 혼합된 바이오매스 혼합물을 200℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 열분해한 후, 5초 ~ 10시간 동안 가스화 반응이 이루어지도록 한다.Here, in the thermal decomposition and gasification reaction step of biomass, the mixed biomass mixture is pyrolyzed in a temperature range of 200 ° C to 1,000 ° C, and then the gasification reaction is performed for 5 seconds to 10 hours.
바이오매스의 열분해 및 가스화 반응 단계 이후, 바이오매스 혼합물을 100℃ ~ 150℃의 온도로 건조 한 후, 일정 입자를 가지도록 파쇄하고, 파쇄된 바이오차를 체거름 방식을 통해 0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차만을 선별하는 단계를 더 수행한다.After the pyrolysis and gasification reaction of biomass, the biomass mixture is dried at a temperature of 100 ° C to 150 ° C, crushed to have certain particles, and the crushed biochar is sieved to a size of 0.1 μm to 500 μm. A step of selecting only the biochar formed is further performed.
다음으로, 0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차를 지지체로 하는 복합비료를 제조하는 복합비료 제조단계(S120)를 수행한다.Next, a compound fertilizer preparation step (S120) of preparing a compound fertilizer having a size of 0.1 μm to 500 μm using biochar as a support is performed.
복합비료 제조단계(S120)는 제조된 바이오차에 영양성분과 생분해폴리머를 일정 중량비로 혼합하고, 혼합한 혼합물을 건조시켜 복합비료로 제조하는 단계이다. The compound fertilizer manufacturing step (S120) is a step of preparing a compound fertilizer by mixing nutrients and a biodegradable polymer in a predetermined weight ratio with the prepared biochar, and drying the mixed mixture.
여기서, 상기 영양성분은, 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 황(S), 붕소(B) 등 식물 생육에 필요한 주성분 및 보조성분으로 구성될 수 있으며, 생분해폴리머는, alginate, carrageenan같은 다른 해조류 유래의 다당류(polysaccharide) 등, 식물 유래의 gum, protein, starch, lignin 등과, PLA, PCL, PHA, PHV 등을 포함하는 (bio plastic) 등 생분해가 가능한 폴리머가 어느 하나 혹은 둘 이상 함유된 것일 수 있다. Here, the nutrients include nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), iron (Fe), sulfur (S), boron (B), and other main and auxiliary components necessary for plant growth. , and biodegradable polymers include polysaccharides derived from other seaweeds such as alginate and carrageenan, plant-derived gum, protein, starch, lignin, etc., and bioplastics including PLA, PCL, PHA, PHV, etc. ) may contain any one or two or more biodegradable polymers.
복합비료 제조단계(S120)는 바이오차, 영양성분 및 생분해폴리머가 복합비료 총 중량부에 대하여 0.01 중량부 ~ 95 중량부로 함유될 수 있도록 하고, 증류수가 5 중량% ~ 99.99 중량% 의 비율로 함유되어 각각 혼합하는 단계를 수행한다. In the compound fertilizer manufacturing step (S120), biochar, nutrients, and biodegradable polymers can be contained in an amount of 0.01 to 95 parts by weight based on the total weight of the compound fertilizer, and distilled water is contained in a ratio of 5% to 99.99% by weight and perform the step of mixing each.
즉, 본 발명의 복합비료는 증류수와 일정 중량비로 혼합되어 사용되는 것이다. 이때, 복합비료는 총 중량에 있어서, 바이오차 40중량% ~ 70중량%, 영양성분 15중량% ~ 30중량%, 생분해폴리머 15중량% ~ 30중량%로 혼합될 수 있을 것이다. That is, the compound fertilizer of the present invention is used by mixing with distilled water at a constant weight ratio. At this time, the complex fertilizer may be mixed with 40% to 70% by weight of biochar, 15% to 30% by weight of nutrients, and 15% to 30% by weight of biodegradable polymer in the total weight.
이후, 복합비료 제조단계(S120)는 혼합된 복합비료와 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물을 이용하여 비드(bead), 펠렛(pellet), 칩(chip) 형태 중 어느 하나의 형태로 제조하는 단계를 수행한다.Thereafter, in the compound fertilizer manufacturing step (S120), the mixed compound fertilizer and distilled water are stirred, and the stirred mixture is prepared in any one of the form of beads, pellets, and chips. do
이때, 비드, 펠렛, 칩의 형태 중 어느 하나의 형태의 복합비료는 그 크기가 1mm ~ 5mm 로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.At this time, the compound fertilizer in any one of the form of beads, pellets, and chips may have a size of 1 mm to 5 mm, but is not limited thereto.
한편, 본 발명은 복합비료에 포함된 생분해폴리머의 내부 경화를 위해 염화칼슘(CaCl2), 염화철(FeCl2), 염화바륨(BaCl2), 염화마그네슘(MgCl2) 수용액 중 어느 하나의 수용액에 비드, 펠렛, 칩의 형태 중 어느 하나의 형태의 복합비료를 24시간 동안 침지하고, 침지 후 회수된 복합비료를 증류수로 3회 세척을 진행한 후, 40℃ ~ 110℃의 온도로 건조하는 단계를 수행할 수 있다. On the other hand, the present invention is calcium chloride (CaCl 2 ), iron chloride (FeCl 2 ), barium chloride (BaCl 2 ), magnesium chloride (MgCl 2 ) for internal hardening of the biodegradable polymer contained in the composite fertilizer. A step of immersing the compound fertilizer in any form of pellet or chip for 24 hours, washing the compound fertilizer recovered after immersion with distilled water three times, and then drying at a temperature of 40 ° C to 110 ° C. can be done
또한, 본 발명은 비드, 펠렛, 칩의 형태 중 어느 하나의 형태의 복합비료, 또는 생분해폴리머의 내부 경화가 이루어진 복합비료의 표면에 Emulsion 상태의 PHB(Polyhydroxybutyrate) 용액으로 이루어지는 코팅막을 형성하는 단계를 더 수행할 수 있다.In addition, the present invention is a step of forming a coating film consisting of a PHB (Polyhydroxybutyrate) solution in an emulsion state on the surface of a complex fertilizer in the form of beads, pellets, or chips, or a complex fertilizer in which a biodegradable polymer is internally cured. can do more
이때, PHB는 재생 가능한 탄수화물 공급 원료로부터 생물학적 발효를 통해 제조된 열가소성 플라스틱으로, 생물분해성의 특징을 가지는 소재이다.At this time, PHB is a thermoplastic produced through biological fermentation from a renewable carbohydrate feedstock, and is a material having biodegradable characteristics.
여기서, 비드, 펠렛, 칩의 형태 중 어느 하나의 형태의 복합비료에 코팅막을 형성하는 단계는, PHB 용액에 상기 복합비료를 24시간 동안 침지시키고, 침지 후 회수된 복합비료를 100℃ ~ 110℃의 온도로 1시간 ~ 24시간 동안 건조하는 단계로 이루어질 수 있다. Here, in the step of forming a coating film on the complex fertilizer in the form of beads, pellets, or chips, the complex fertilizer is immersed in the PHB solution for 24 hours, and the compound fertilizer recovered after immersion is 100 ° C to 110 ° C It may consist of a step of drying for 1 hour to 24 hours at a temperature of.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복합비료는 영양성분에 살충제, 제초제 등을 포함할 수 있으며, 대체 혹은 혼합 적용이 가능할 것이다.On the other hand, in one embodiment of the present invention, the compound fertilizer may include pesticides, herbicides, etc. in nutrients, and alternative or mixed applications will be possible.
[실시예 1] [Example 1]
실시예 1은 도 2에 도시된 바와 같이, 바이오차, 영양성분 및 생분해폴리머를 이용한 비드, 펠렛, 칩 형태 중 어느 하나의 형태로 형성되는 복합 비료를 제조하였다.As shown in FIG. 2, in Example 1, a complex fertilizer formed in any one of the form of beads, pellets, and chips using biochar, nutrients, and biodegradable polymers was prepared.
구체적으로, 바이오차에 포함된 성분들 중 농부산물은 왕겨를 사용하였고, 500℃에서 3시간 동안 열분해 및 가스화 반등이 이루어진 바이오차를 105℃에서 건조 후, 파쇄하여 0.1㎛ ~ 500㎛ 로 체거름하였다. 0.1㎛ ~ 500㎛로 구성되는 바이오차 2g과 1㎖의 농축 영양성분(질소(N), 인(P), 칼륨(K)) 용액 및 1g의 alginate(생분해폴리머)와 증류수(4㎖)를 혼합하여 반죽한 후, 비드, 펠렛, 칩의 형태 중 어느 하나의 형태로 제조하였고, 제조된 복합비료는 105℃에서 건조하였다(Control). Specifically, among the components included in biochar, rice hulls were used as agricultural products, and biochar, which was pyrolyzed and gasified at 500 ° C for 3 hours, was dried at 105 ° C, crushed and sieved to 0.1 μm to 500 μm. did 2g of biochar composed of 0.1㎛ ~ 500㎛, 1㎖ concentrated nutrients (nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K)) solution, 1g of alginate (biodegradable polymer) and distilled water (4㎖) After mixing and kneading, it was prepared in any one of the forms of beads, pellets, and chips, and the prepared complex fertilizer was dried at 105 ° C. (Control).
Experiment-1로써 제조된 복합비료는 생분해폴리머(alginate)의 내부 경화를 위하여 1ℓ의 CaCl2 수용액에 24시간 동안 침지하고, 침지 후 회수된 복합비료는 증류수로 3회 세척을 진행하였다. The compound fertilizer prepared as Experiment-1 was immersed in 1 liter of CaCl 2 aqueous solution for 24 hours for internal hardening of the biodegradable polymer (alginate), and the compound fertilizer recovered after immersion was washed three times with distilled water.
Experiment-2는 Experiment-1의 방법으로 제조된 복합비료의 외부막에 생분해폴리머를 코팅하였다. 사용된 생분해폴리머는 Emulsion 상태의 PHB(Polyhydroxybutyrate) 용액으로 제조하였으며, 복합비료를 생분해폴리머 용액에 침지(24시간), 회수, 건조(105℃) 과정을 통하여 제조하였다. In Experiment-2, a biodegradable polymer was coated on the outer film of the compound fertilizer prepared by the method of Experiment-1. The biodegradable polymer used was prepared as a PHB (Polyhydroxybutyrate) solution in an emulsion state, and the composite fertilizer was prepared through immersion (24 hours) in the biodegradable polymer solution, recovery, and drying (105 ° C).
[실시예 2] [Example 2]
실시예 2는 생분해폴리머와 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료를 적용한 식물의 생육 상태를 확인하였다.Example 2 confirmed the growth status of plants to which the nutrient-adjusted complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar was applied.
구체적으로, 일반토양에서 고사하고 있는 식물(아이비)이 있는 화분에 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료(Control:Exp-1:Exp-2 = 4:3:3)를 적용하여 식물의 생육에 미치는 영향을 확인하였다. Specifically, by applying a nutrient-adjusted compound fertilizer (Control:Exp-1:Exp-2 = 4:3:3) containing biochar to pots with plants (ivy) dying in general soil, it is effective for plant growth. effect was confirmed.
도 3은 복합비료 적용 전(A) 및 후(B)의 식물 생육 상태를 나타낸 것으로 도시된 바와 같이, 복합비료 적용 후, 식물 잎의 성장 및 생육 상태가 좋아진 것으로 나타났다. As shown in Figure 3 showing the plant growth conditions before (A) and after (B) application of the complex fertilizer, it was found that the growth and growth conditions of plant leaves improved after application of the complex fertilizer.
[실시예 3][Example 3]
실시예 3은 생분해폴리머와 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료에 대한 수분 흡수율을 평가하였다.Example 3 evaluated the water absorption rate of the nutrient-adjusted complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar.
구체적으로, 제조된 생분해폴리머와 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료를 105℃에서 24시간 동안 건조하였다. 건조된 복합비료를 2일 동안 대기상태에서 정치 후, 건조 전후의 무게를 측정하여 수분 흡수량을 계산하였다. Specifically, the nutrient-adjusted complex fertilizer containing the prepared biodegradable polymer and biochar was dried at 105° C. for 24 hours. After the dried compound fertilizer was left in the air for 2 days, the weight before and after drying was measured to calculate the water absorption.
결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제조된 본 발명의 복합비료는 수분을 흡수하여 식물 및 미생물의 생육에 영향을 줄 수 있으며, 식물 배양에 적용할 경우, 생분해폴리머의 분해도를 증가시킬 수 있는 것으로 확인되었다.As a result, as shown in FIG. 4, the prepared complex fertilizer of the present invention can absorb moisture to affect the growth of plants and microorganisms, and when applied to plant culture, it can increase the degree of degradation of biodegradable polymers. It was confirmed that there is
[실시예 4][Example 4]
실시예 4는 생분해폴리머와 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 생분해폴리머 분해에 따른 흩어짐을 평가하였다.Example 4 evaluated the dispersion due to the decomposition of the biodegradable polymer of the nutrient-adjusted complex fertilizer containing the biodegradable polymer and biochar.
구체적으로, 제조된 3종의 생분해폴리머와 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료를 증류수(20㎖)에 넣어 시간에 따른 비드(또는, 펠렛이나 칩)의 흩어짐 정도를 확인하였다. Specifically, the prepared three types of biodegradable polymers and biochar-containing nutrient-adjusted complex fertilizers were put in distilled water (20 ml), and the degree of dispersion of beads (or pellets or chips) over time was confirmed.
평가 결과, 도 5에서 나타난 바와 같이, 3종의 복합비료(Control:Exp-1:Exp-2)에서 각각 분해도가 다르게 나타났다. 따라서, 분해도 차이는 영양성분 방출의 조절이 가능할 것으로 판단되면, 또한, 바이오차가 흩어짐에 따라 표면적 증가에 따른 식물의 영양성분 흡수 용이 및 토양미생물의 주거지 역할을 할 것으로 기대된다. As a result of the evaluation, as shown in FIG. 5, the degree of decomposition was different in each of the three types of compound fertilizers (Control: Exp-1: Exp-2). Therefore, if the difference in decomposition degree is determined to be possible to control the release of nutrients, it is also expected that as the biochar disperses, it will facilitate the absorption of nutrients by plants due to the increase in surface area and serve as a habitat for soil microorganisms.
[실시예 5][Example 5]
실시예 5는 생분해폴리머와 바이오차를 함유한 영양성분 조절 복합비료의 성분 방출을 평가하였다.Example 5 evaluated the component release of the nutrient-adjusted complex fertilizer containing biodegradable polymer and biochar.
3종의 복합비료(Control:Exp-1:Exp-2)를 증류수(10㎖)에 넣어 시간에 따른 방출되는 영양성분의 양을 확인하였다. Three types of compound fertilizers (Control: Exp-1: Exp-2) were put in distilled water (10 ml) to confirm the amount of nutrients released over time.
평가 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 3종의 복합비료에서 조성물 및 제조 방법에 따라 영양성분 방출양이 다르게 나타났다. As a result of the evaluation, as shown in FIG. 6, the amount of nutrients released was different depending on the composition and manufacturing method in the three types of compound fertilizers.
특히, 3종의 복합비료 중, control에서 영양성분의 방출이 빠르게 나타났으며, 내부 경화 및 외부막 코팅을 적용한 Experiment-1과 Experiment-2에서는 영양성분이 천천히 방출되는 것으로 나타났다. In particular, among the three compound fertilizers, the release of nutrients was fast in the control, and the nutrients were released slowly in Experiment-1 and Experiment-2, which applied internal hardening and outer film coating.
따라서, 제조된 복합비료는 제조한 조성물 및 방법에 따라 영양성분의 방출 조절이 가능하며, 이들의 단일 혹은 혼합 적용을 통하여 영양성분 단기 및 장기로 공급할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 따라서, 시비 작업을 줄이고, 단순화함에 따라 노동력 감소 및 손실되는 영양성분을 줄일 수 있을 것으로 판단된다. Therefore, the prepared complex fertilizer can control the release of nutrients according to the prepared composition and method, and is expected to be able to supply nutrients in short and long term through single or mixed application of these. Accordingly, it is judged that labor force reduction and loss of nutrients can be reduced by reducing and simplifying fertilization work.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (11)
열분해 및 가스화 반응이 이루어진 바이오매스를 100℃ ~ 110℃에서 건조 후, 파쇄하고, 체거름 방식을 통해 0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차만을 선별하는 단계;
0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차에 영양성분 및 alginate, carrageenan를 포함하는 해조류 유래의 다당류(polysaccharide), 식물 유래의 gum, protein, starch, lignin, PLA, PCL, PHA, PHV를 포함하는 바이오 플라스틱(bio plastic)으로 이루어지는 생분해폴리머를 일정 중량비로 혼합한 혼합물과 증류수를 혼합 및 교반하여 비드(bead), 펠렛(pellet), 칩(chip) 형태 중 어느 하나의 형태로 형성되는 복합비료를 제조하는 단계;
복합비료에 포함된 생분해폴리머의 내부 경화를 위해 염화칼슘(CaCl2), 염화철(FeCl2), 염화바륨(BaCl2), 염화마그네슘(MgCl2) 수용액 중 어느 하나의 수용액에 복합비료를 24시간 동안 침지하고, 침지 후 회수된 복합비료를 증류수로 3회 세척을 진행한 후, 40℃ ~ 110℃의 온도로 건조하는 단계;
복합비료, 또는 생분해폴리머의 내부 경화가 이루어진 복합비료의 표면에 Emulsion 상태의 PHB(Polyhydroxybutyrate) 용액으로 이루어지는 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 복합비료를 제조하는 단계는,
상기 바이오차, 영양성분 및 생분해폴리머를 복합비료 총 중량부에 대하여 0.01 중량부 ~ 95 중량부로 혼합하고, 혼합된 혼합물에 증류수를 5 중량% ~ 99.99 중량% 의 비율로 함유하여 각각 혼합하는 단계;
상기 혼합물과 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물을 이용하여 비드(bead), 펠렛(pellet), 칩(chip) 형태 중 어느 하나의 형태로 형성되는 복합비료로 제조하는 단계;
를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 제조 방법.
Livestock manure including cow, pig, and chicken manure, agricultural products including red pepper stalk, chaff, and pruned branches of fruit trees, and woody biomass including oak and rose flowers, green tea leaves, walnut shells, maple leaves, and coffee grounds Any one or two or more of the plant-based biomass containing a pyrolysis and gasification reaction at a temperature range of 200 ° C to 1,000 ° C for 5 seconds to 10 hours, and then drying and crushing to produce biochar;
Drying the biomass subjected to pyrolysis and gasification at 100 ° C to 110 ° C, crushing, and selecting only biochar made of 0.1 μm to 500 μm through a sieve method;
Biochar consisting of 0.1㎛ to 500㎛, bioplastics containing nutrients, polysaccharides derived from seaweed including alginate and carrageenan, gum, protein, starch, lignin, PLA, PCL, PHA, and PHV derived from plants Mixing and stirring a mixture of a biodegradable polymer made of bioplastic at a certain weight ratio and distilled water to prepare a complex fertilizer formed in any one of the form of beads, pellets, and chips step;
For internal hardening of the biodegradable polymer included in the compound fertilizer, the compound fertilizer is mixed with any one of calcium chloride (CaCl 2 ), iron chloride (FeCl 2 ), barium chloride (BaCl 2 ), and magnesium chloride (MgCl 2 ) aqueous solution for 24 hours. immersing, washing the recovered complex fertilizer with distilled water three times, and then drying at a temperature of 40 ° C to 110 ° C;
Forming a coating film made of a polyhydroxybutyrate (PHB) solution in an emulsion state on the surface of the composite fertilizer or the composite fertilizer in which the biodegradable polymer is internally cured;
The step of preparing the complex fertilizer,
Mixing the biochar, nutrients, and biodegradable polymers in an amount of 0.01 to 95 parts by weight based on the total weight of the complex fertilizer, and mixing the mixed mixture with distilled water in an amount of 5% to 99.99% by weight, respectively;
Stirring the mixture and distilled water, and preparing a compound fertilizer formed in any one of a bead, pellet, and chip form using the stirred mixture;
A method for producing a nutrient release controlled complex fertilizer comprising a biodegradable polymer and biochar, characterized in that further performing.
상기 바이오차를 제조하는 단계는,
바이오차의 총 중량에 있어서, 가축분뇨 25중량% ~ 40중량%, 농부산물 30중량% ~ 35중량%, 목질계 바이오매스 20중량% ~ 25중량%, 식물계 바이오매스 10중량% ~ 15중량% 의 비율로 혼합하는 단계;
혼합된 바이오매스 혼합물을 200℃ ~ 1,000℃의 온도 범위에서 5초 ~ 10시간 동안 열분해 및 가스화 반응이 이루어지도록 하는 단계;
열분해 및 가스화 반응이 완료된 바이오매스 혼합물을 100℃ ~ 150℃의 온도로 건조 한 후, 일정 입자를 가지도록 파쇄하고, 파쇄된 바이오차를 체거름 방식을 통해 0.1㎛ ~ 500㎛로 이루어지는 바이오차만을 선별하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 제조 방법.
According to claim 1,
The step of manufacturing the biochar,
In the total weight of biochar, 25% to 40% by weight of livestock manure, 30% to 35% by weight of agricultural products, 20% to 25% by weight of woody biomass, and 10% to 15% by weight of plant biomass Mixing at a ratio of;
Allowing the mixed biomass mixture to undergo pyrolysis and gasification at a temperature range of 200 ° C to 1,000 ° C for 5 seconds to 10 hours;
After the pyrolysis and gasification reaction is completed, the biomass mixture is dried at a temperature of 100℃ ~ 150℃, crushed to have certain particles, and the crushed biochar is sieved to obtain only biochar consisting of 0.1㎛ to 500㎛. selecting;
A method for producing a nutrient release-controlled complex fertilizer comprising a biodegradable polymer and biochar, characterized in that it comprises a.
상기 각각의 바이오매스들은 열분해가 이루어진 상태로 혼합되는 것을 특징으로 하는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 제조 방법.
According to claim 2,
A method for producing a nutrient release-controlled complex fertilizer comprising a biodegradable polymer and biochar, characterized in that each of the biomass is mixed in a thermally decomposed state.
상기 바이오차, 영양성분 및 생분해폴리머는 혼합물의 총 중량에 있어서, 바이오차 40중량% ~ 70중량%, 영양성분 15중량% ~ 30중량%, 생분해폴리머 15중량% ~ 30중량%로 혼합되는 것을 특징으로하는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 제조 방법.
According to claim 1,
The biochar, nutritional components, and biodegradable polymers are mixed at 40% to 70% by weight of biochar, 15% to 30% by weight of nutritional components, and 15% to 30% by weight of biodegradable polymers, based on the total weight of the mixture. A method for producing a nutrient release controlled complex fertilizer comprising a biodegradable polymer and biochar.
상기 영양성분은, 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 황(S), 붕소(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 제조 방법.
According to claim 1,
The nutrients include nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), iron (Fe), sulfur (S), and boron (B). A method for manufacturing a nutrient release-controlled complex fertilizer containing tea.
상기 바이오차는, 소, 돼지, 닭의 분뇨로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 가축분뇨 25중량% ~ 40중량%와, 고춧대, 왕겨, 과수 전정가지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 농부산물 30중량% ~ 35중량%와, 참나무를 포함하는 목질계 바이오매스 20중량% ~ 25중량%와, 장미꽃, 녹차잎, 호두껍질, 단풍잎, 커피 찌꺼기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 식물계 바이오매스 10중량% ~ 15중량% 로 구성되며,
상기 영양성분은, 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 황(S), 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것이고,
상기 생분해폴리머는, alginate, carrageenan를 포함하는 해조류 유래의 다당류(polysaccharide), 식물 유래의 gum, protein, starch, lignin, PLA, PCL, PHA, PHV를 포함하는 바이오 플라스틱(bio plastic)으로 이루어지는 것이며,
상기 복합비료 조성물은, 총 중량에 있어서, 바이오차 40중량% ~ 70중량%, 영양성분 15중량% ~ 30중량%, 생분해폴리머 15중량% ~ 30중량%
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해폴리머 및 바이오차를 포함하는 영양성분 방출 조절형 복합비료 조성물.
In the nutrient release controlled complex fertilizer composition containing biodegradable polymer and biochar,
The biochar is 25% to 40% by weight of one or more livestock manure selected from the group consisting of cow, pig, and chicken manure, and 30% by weight of one or more agricultural products selected from the group consisting of cayenne pepper, rice husk, and pruned branches of fruit trees ~ 35% by weight, 20% ~ 25% by weight of wood-based biomass including oak, and 10% by weight of at least one plant-based biomass selected from the group consisting of rose flowers, green tea leaves, walnut shells, maple leaves, and coffee grounds. It consists of ~ 15% by weight,
The nutritional component is at least one selected from the group consisting of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), iron (Fe), sulfur (S), and boron (B),
The biodegradable polymer is composed of polysaccharides derived from algae, including alginate and carrageenan, and bioplastics including plant-derived gum, protein, starch, lignin, PLA, PCL, PHA, and PHV,
The composite fertilizer composition, in the total weight, 40% to 70% by weight of biochar, 15% to 30% by weight of nutrients, 15% to 30% by weight of biodegradable polymer
Nutrient release-controlled complex fertilizer composition comprising a biodegradable polymer and biochar, characterized in that consisting of.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102714551B1 (en) | 2023-07-21 | 2024-10-11 | 주식회사 초이랩 | Biochar compositions comprising myrrh resin and methods for preparing antibacterial and antiviral biochar |
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