KR20110018567A - 버드나무로부터 분리한 미생물을 이용한 발열용 우드펠릿의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열용 우드펠릿에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버드나무로부터 분리한 미생물을 이용한 발열용 우드펠릿의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조된 우드펠릿에 관한 것으로, 상기 본 발명에 따른 우드펠릿을 이용한 고체연료는 건조 및 숙성을 통하여 30% 이상의 증가된 발열량을 나타내고, 400℃이상의 고열이 발생하기 때문에 대체연료로서의 기능을 충분히 할 수 있어 경제성이 높고 착화가 용이하며, 연소시 대기오염의 우려가 없어, 산업용 보일러, 특용작물재배용 단지의 열풍기, 일반 사무실 및 가정용 보일러 등에 다목적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

우드펠릿, 버드나무, 고체연료

Description

버드나무로부터 분리한 미생물을 이용한 발열용 우드펠릿의 제조방법 {Exothermic wood pellet using bacteria from willow tree extracts using method thereof}

본 발명은 발열용 우드펠릿에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버드나무로부터 추출한 미생물을 이용한 발열용 우드펠릿의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조된 우드펠릿에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 고체 연료로는 석탄 등을 기공하여 사용하고 있으나, 이러한 고체 연료는 매장된 것이 한정적일 뿐만 아니라, 그 고체 연료가 연소하면서 발생하는 가스는 인체에 해로움은 물론 지구 온난화 문제를 유발하는데 지대한 영향을 끼쳐 생태계에 많은 문제를 야기시키고 있다.

이에 지구온난화를 막기 위해 2005년 발효된 교토의정서로 인하여, 각 국가들의 청정 대체 에너지의 개발이 선택의 문제가 아닌 필연적으로 해결해야하는 문제가 되었으며 특히, 대부분의 에너지원을 절대적으로 수입에 의존하는 우리나라에서는 에너지 10대 소비국가로서 국제환경 등의 외부적인 요인에 의해 국가경제의 장래마저 위협받고 있는 열악한 환경 속에 살아가고 있는 것이다.

이에, 본 발명자들은 발열량이 높으면서도 재(ash)의 발생률이 적고 유독성기체가 발생하지 않는 재활용 고체연료를 개발하고자 예의 노력한 결과, 버드나무로부터 추출된 추출액으로부터 분리된 미생물을 포함하는 발열용 발효조성물의 놀라운 효과를 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 버드나무로부터 추출된 추출액으로부터 분리된 미생물을 포함하는 발열용 발효조성물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 목적은 난분쇄성 섬유질 원료에 상기 발열용 조성물을 첨가하는 발열용 우드펠릿의 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 발열용 우드 펠릿의 제조방법에 따라 제조된 우드펠릿을 포함하는 비료퇴비 및 고체연료를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 발열용 우드펠릿은 버드나무로부터 추출된 추출액으로부터 분리된 미생물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 미생물을 포함한 발열용 우드펠릿은 완전 분해된 난분쇄성 물질의 무기질화로 유기 탄소를 흡수하고 수소이온이 중화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발열용 우드펠릿은 건조 및 숙성을 통하여 고체연료로 이용시 30% 이상의 증가된 발열량을 나타내고, 400℃이상의 고열이 발생하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 본 발명은 인트로박테리아씨 속(Enterobacteriaceae sp .), 인트로박터 속(Enterobacter sp.), 프세우도모나스 속(Pseudomanas sp .), 로도토룰라 속(Rhodotorula sp .), 피치아 속(Pichia sp.)의 미생물을 포함하는 발열용 발효조 성물을 제공한다.

상기 미생물은 버드나무로부터 추출된 추출액에서 분리된 것으로, 상기 버드나무로부터 추출된 추출액은 다음과 같이 제조된다.

즉, 버드나무 분말과 물을 1 내지 1.5: 1000의 중량비로 혼합하고 90 내지 150℃에서 30 내지 50분을 가열한 후 3 내지 5일 상온에서 농축한 추출액으로부터 분리된 것으로 구체적인 일예로, 30g의 버드나무 분말에 무게 20㎏의 물의 첨가하여 혼합한 후, 100℃에서 40분정도 삶아 자주색을 띄는 버드나무 추출액을 수득하고, 상기 수득된 버드나무 추출액을 상온에서 4일을 방치한 후, 농축된 버드나무 추출액을 제조하였다.

상기의 농축된 버드나무 추출액으로부터 순수 분리된 선별균주를 동정하기 위하여 세균의 경우 16S rRNA 유전자를, 효모 균주의 경우 26S rRNA 유전자의 부분 염기서열을 분석하였다. 상기 염기서열의 분석결과, 버드나무 농축액으로부터 우점종을 차지한 세균 3주와 효모 3주가 동정되었으며, 우점종의 선별균주는 인트로박테리아씨 속(Enterobacteriaceae sp .), 인트로박터 속(Enterobacter sp.), 프세우도모나스 속(Pseudomanas sp .), 로도토룰라 속(Rhodotorula sp .), 피치아 속(Pichia sp.)의 미생물을 확인하였다. 도 1을 참조한다.

본 발명에 따른 발열용 발효조성물은 상기 인트로박테리아씨 속(Enterobacteriaceae sp .), 인트로박터 속(Enterobacter sp .), 프세우도모나스 속(Pseudomanas sp .), 로도토룰라 속(Rhodotorula sp.), 피치아 속(Pichia sp .)의 미생물 모두를 이용할 때 놀랍게도 안정적이면서 우수한 발효 효과를 가지는 장점이 있다.

본 발명에 따른 상기 미생물은 미생물 배양액이 포함된 채로 제조될 수 있고, 장기간 보존을 위해 별도로 보관하였다가 사용직전에 혼합하여 사용할 수도 있다. 본 발명에 따른 상기 미생물은 장기간 보존하기 위해 별도로 공급되는 경우에는 10% 글리세롤 저장 용액에 -70℃의 온도로 얼려 보존하거나 동결 건조한 후에 4℃에서 보존하여 사용할 수 있다.

본 발명은

a) 난분쇄성 섬유질 원료를 직경 1 내지 2㎜ 크기로 절단하는 단계;

b) 상기 절단된 난분쇄성 섬유질을 함수율 60 내지 80%로 조절한 후, 제 1항에 따른 발열용 발효조성물을 투입하여 발효하는 단계; 및

c) 상기 발효된 된 난분쇄성 섬유질을 직경이 3 내지 10㎜ 크기의 펠릿을 성형하는 단계;

를 포함하는 발열용 우드펠릿의 제조방법을 제공한다.

상기 a) 단계의 난분쇄성 섬유질은 산업폐기물로서 톱밥, 송나무, 왕겨, 목초로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 사용하며, 상기 산업폐기물을 효율적으로 처리할 수 있게 됨으로써 산업공해요인을 제고할 수 있고, 이를 이용한 발열용 우드펠릿은 고체연료의 생산원가를 최대한 절감시키는 친환경적인 원료로 제조되는 것이 특징이다.

상기 제 b) 단계의 발효는 난분쇄성 섬유질을 30 내지 50℃의 온도를 유지하 는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 42℃의 온도를 유지하는 것이 제 1항에 따른 발열용 발효조성물 내 포함되어 있는 효소의 활성을 최적화 할 수 있다. 또한, 함수율은 30 내지 50%가 바람직하며, 가장 바람직하게는 40%의 함수율의 조건에서 2 내지 8주간 발효하는 것으로 3일 내지 4일 이상 온도변화가 없는 시기를 발효완료시점으로 하여 발효를 종료한다.

본 발명에 따른 상기 우드펠릿은 b) 단계에서 발열용 발효조성물과 함께 점화제, 점결제, 응결제 및 방향제로부터 선택되는 어느 하나 이상을 더 첨가하는 단계를 더 포함 할 수 있다.

본 발명은 상기의 제조방법에 따라 제조된 발열용 우드펠릿을 제공한다.

본 발명은 상기 본 발명에 따른 발열용 우드펠릿을 포함하는 비료퇴비를 제공한다.

구체적인 예로 제올라이트 중 양이온치환용량(C.E.C)이 70me 이상인 것을 본 발명에 따른 발열용 우드 펠릿의 10 중량% 정도로 첨가하여 부산물 비료를 완성하였다. 이는 포함된 발열용 발효조성물이 토양의 이화학성 개선효과 및 토양중 생물상의 활성 유지 및 증진할 수 있게 하는 것으로 완숙된 퇴비 생산을 도와주는 것이다. 뿐만 아니라 본 발명에 따른 발열용 발효조성물 내 미생물의 대사작용으로 생성된 각종 유기산 또는 효소들이 대상물질들을 통제 조절된 조건 내에서 미생물학적인 분해를 가능하게 하여, 장시간에 걸쳐 토양 내에 일어나는 분해과정 보다 효율이 높아 단기간에 가용화된 비료퇴비를 생산 가능하게 하는 효과가 있다.

본 발명은 상기 본 발명에 따른 발열용 우드펠릿을 포함하는 고체연료를 제 공한다.

상기 본 발명에 따른 발열용 우드 펠릿을 포함하는 고체 연료는 우선, 우드펠릿을 20 내지 30℃의 온도를 유지하는 건조실에서 서서히 건조하여 점액을 포함한 잔류 수분이 5 내지 15% 정도 되도록 하며, 바람직하게는 10%로 하여 성형물을 제조한다. 상기 잔류수분은 탄화시 잔류수분이 너무 적어 부수어지는 것을 막을 수 있으며, 또한 참나무와 같이 단단하고 다공질의 성형물을 얻기 위한 것이다. 상기 건조된 성형물은 탄화조에 넣은 다음 연기가 배출되는 구멍만 남겨 놓고 모두 밀폐시킨 후 600 내지 700℃의 온도를 유지하도록 하는 것이 검탄숯을 만들기 위해서 바람직하다. 상기 탄화조에 불을 때기 시작하여 연기 구멍에서 더 이상 연기가 나오지 않으면 탄화가 다 된 것으로 불을 끄고 고체연료를 제조를 완성한다.

본 발명에 따른 발열용 발효조성물은 버드나무로부터 추출된 추출액으로부터 분리된 미생물을 포함함으로써 유기 탄소를 흡수하고 수소이온을 중화시켜 난분쇄성 물질의 완전 분해가 가능한 장점이 있어 퇴비로 사용시 토양의 산성화를 방지할 수 있으며, 미생물에 의해 안정적이면서 우수한 발효 효율로 단기간에 가용화된 비료퇴비를 생산 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 고체연료는 건조 및 숙성을 통하여 30% 이상이 증가된 발열량 및 400℃이상의 고열이 발생하기 때문에 고효율의 대체연료로서의 기능을 충분히 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고체연료는 경제성이 높고 착화가 용이하며, 연소시 대기오염의 우려가 없어, 산업용 보일러, 특용작물재배용 단지의 열풍기, 일반 사무실 및 가정용 보일러 등에 다목적으로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에 종사하는 업자에게는 명백한 것이다.

이 때, 사용되는 기술용어 및 과학용어에 있어 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미를 지닌다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

[ 실시예 1] 발열용 발효조성물의 제조

(1) 버드나무 농축액 제조

30g의 버드나무 분말에 무게 20㎏의 물을 첨가하여 혼합한 후, 100℃에서 40분정도 삶아 자주색을 띄는 버드나무 추출액을 수득하고, 상기 수득된 버드나무 추출액을 상온에서 4일을 방치한 후, 농축된 버드나무 추출액을 제조하였다.

(2) 버드나무로부터 추출된 추출액으로부터 미생물의 분리

상기 (1)에서 제조된 버드나무 농축액으로부터의 미생물의 분리 및 동정을 위하여 세균 분리용 배지(Trypticase Soy Agar, TSA) 및 항생제가 포함된 효모균주 분리용 배지(Glucose peptone yeast extract agar, GPYA)를 사용하였다.

상기 (1)의 버드나무 농축액 250 ㎖을 원심분리 후, 상층액을 버리고 수집된 미생물 펠릿을 남아있는 소량의 상층액과 혼합하였다. 상기 미생물이 포함된 혼합액 1 ㎖을 무균상태에서 채취하여 9 ㎖의 증류수에 첨가하여 10^-1, 10^-2, 10^-3, 10^-4, 10^-5, 10^-5, 10^{- 7} 까지 연속적으로 희석한 후, 희석된 시료로부터 각 희석액 100 ㎕ 씩 채취하여 세균 분리용 배지 및 효모균주 분리용 배지에 각각 고르게 도말하였다.

상기 도말된 세균 분리를 위한 세균 분리용 배지는 30℃ 배양기에 배양을 실시하였고, 효모 분리를 위한 효모균주 분리용 배지는 25℃ 배양기에 각각 배양하였다. 배양 3일 후 배지를 관찰하여 생육균주의 콜로니 형태를 육안으로 관찰하고, 배지 내에 가장 많이 분포하는 대표적인 세균 3주, 효모균주 3주를 선별하였다.

상기 선별된 균주는 항생제가 배제된 분리 배지와 동일한 배지에 각각 접종하여 단일 콜로니를 분리하여 순수 분리하였다.

(3) 균주의 동정

상기 (2)에서 순수 분리된 선별균주를 동정하기 위하여 염기서열 분석법을 이용하여 동정하였다. 세균의 경우 16S rRNA 유전자의 염기서열을 조사하였고, 효모 균주의 경우 26S rRNA 유전자의 부분 염기서열을 분석하였다. 염기서열 분석에 사용한 프라이머는 세균의 경우 정방향 프라이머로 27f(5'-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3'), 785f(5'-GGA TTA GAT ACC CNG GTA-3'), 역방향 프라이머로 518r(5'-GTA TTA CCG CGG CTG CTG G-3'), 805r(5′-GAC TAC CAG GGT ATC TAA T-3′), 1542r(5’- AGA AAG GAG GTG ATC CAG CC-3’)을 사용하였으며, 효모의 경우는 NL1(5’-GCA TAT CAA TAA GCG GAG GAA AAG-3’)과 NL4(5’-GGT CCG TGT TTC AAG ACG G-3’) 프라이머를 사용하여 중합효소연쇄반응을 하였다. 상기 중합효소연쇄반응은 전변성(94℃, 5분) 후, 변성 (94℃, 30초), 어닐링(55℃, 30초)과 연장(72℃, 30초)을 35회 수행하였다.

상기 중합효소연쇄반응 증폭산물로부터 얻어진 염기서열을 GenBank에 등록된 균주의 서열과 비교하기 위하여 blast 검색을 실시하였다.

그 결과, 버드나무 농축액으로부터 우점종을 차지한 세균 3주와 효모 3주의 동정결과는 하기 표 1과 같다.

[실시예 2] 발열용 우드펠릿의 제조

톱밥, 송나무, 왕겨, 목초의 난분쇄성 섬유질 원료를 직경 2 ㎜ 크기로 절단하고, 상기 절단된 난분쇄성 섬유질을 함수율 60 내지 80%로 조절하였다.

상기 실시예 1의 발열용 발효조성물인 인트로박테리아씨 속(Enterobacteriaceae sp.), 인트로박터 속(Enterobacter sp.), 프세우도모나스 속(Pseudomanas sp.), 로도토룰라 속(Rhodotorula sp.), 피치아 속(Pichia sp.)의 미생물을 접종하여 42℃에서 함수율 40%에서 5주간 발효시켰다.

상기 발효된 난분쇄성 섬유질 100 중량부에 대하여 전분 30 중량부, 방향제를 20 중량부로 혼합한 후 원형사출기, 원형절단기, 건조기를 사용하여 직경이 5 ㎜ 크기의 펠릿을 성형하여 발열용 우드 펠릿을 제조하였다.

[실시예 3] 발열용 우드펠릿을 이용한 비료퇴비의 제조

규격화과정으로서 제올라이트 중 양이온치환용량(C.E.C)이 70me 이상인 것을 상기 실시예 2에서 얻어진 발열용 우드 펠릿의 10 중량% 정도로 첨가하여 부산물 비료를 완성하였다.

[실시예 4] 발열용 우드펠릿을 이용한 숯의 제조

상기 실시예 2에서 얻어진 발열용 우드 펠릿을 25℃의 온도를 유지하는 건조실에서 약 48시간동안 서서히 건조하면 점액을 포함한 잔류 수분이 10% 정도 되도록 하여 성형물을 제조하였다. 상기 제조된 성형물을 탄화조에 넣은 다음 연기가 배출되는 구멍만 남겨 놓고 모두 밀폐시킨 후 650℃의 온도를 유지하면서 탄화조에 불을 때고, 연기 구멍에서 더 이상 연기가 나오지 않으면 불을 끄고 식혀 발열용 우드펠릿을 이용한 숯을 제조하였다.

도 1은 본 발명에 따른 버드나무의 추출 농축액에서 분리된 미생물을 확인한 도면이고,

(A: 세균, B: 효모 균주)

도 2는 본 발명에 따른 발열용 우드펠릿의 제조공정 모식도를 나타낸 도면이다.

Claims (10)

1. 인트로박테리아씨 속(Enterobacteriaceae sp.), 인트로박터 속(Enterobacter sp.), 프세우도모나스 속(Pseudomanas sp.), 로도토룰라 속(Rhodotorula sp.), 피치아 속(Pichia sp.)의 미생물을 포함하는 발열용 발효조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 미생물은 버드나무로부터 추출된 추출액으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 발열용 발효조성물.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 미생물은 버드나무 분말과 물을 1 내지 1.5: 1000의 중량비로 혼합하여 90 내지 150℃에서 30 내지 50분을 가열한 후 3 내지 5일 상온에서 농축한 추출액으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 발열용 발효조성물.
4. a) 난분쇄성 섬유질 원료를 직경 1 내지 2 ㎜ 크기로 절단하는 단계;

   b) 상기 절단된 난분쇄성 섬유질을 함수율 60 내지 80%로 조절한 후, 제 1항에 따른 발열용 발효조성물을 투입하여 발효하는 단계; 및

   c) 상기 발효된 된 난분쇄성 섬유질을 직경이 3 내지 10 ㎜ 크기의 펠릿을 성형하는 단계;

   를 포함하는 발열용 우드펠릿의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 a) 단계의 난분쇄성 섬유질은 톱밥, 송나무, 왕겨, 목초로 이루어진 군으로부터 하나 이상인 것을 특징으로 하는 발열용 우드펠릿의 제조방법.
6. 제 4항에 있어서,

   제 b) 단계의 발효는 난분쇄성 섬유질을 30 내지 50℃에서 함수율 30 내지 50% 및 2 내지 8주간 실시되는 것을 특징으로 하는 발열용 우드펠릿의 제조방법.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 우드펠릿의 제조방법은 b) 단계에서 발열용 발효조성물과 함께 점화제, 점결제, 응결제 및 방향제로부터 선택되는 어느 하나 이상을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열용 우드펠릿의 제조방법.
8. 제 4항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 발열용 우드펠릿.
9. 제 8항에 따른 발열용 우드펠릿을 포함하는 비료퇴비.
10. 제 8항에 따른 발열용 우드펠릿을 포함하는 고체연료.

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