KR20180005378A - 바이오차를 이용한 유기질 비료 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 농업부산물을 주원료로 하여 양질의 성분을 함유하고 식생에 의한 양분의 흡수가 원활히 이루어지도록 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료에 관한 것으로, 본 유기질 비료는 농업부산물을 원료로 제조된 바이오차 분말 70 중량%와, 수분이 제거된 커피 부산물 25 중량%와, 상기 바이오차 분말과 커피 부산물을 고형화시키는 고형화 성분 5 중량%로 구성된다.

Description

바이오차를 이용한 유기질 비료 및 이의 제조 방법{ORGANIC FERTILIZER USING BIOCHAR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유기질 비료 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 농업부산물을 주원료로 하여 양질의 성분을 함유하고 식생에 의한 양분의 흡수가 원활히 이루어지도록 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지난 40여 년간 우리나라에서는 농산물 증산을 위해 화학비료와 농약 등 화학물질을 남용하여 온 결과 자연생태계가 파괴되고 토양 및 수질이 오염되었음은 물론 이들 오염물질이 농수축산물에 잔류되어 있다가 인체에 흡수 축적되어 불치병으로 이어짐으로써 사회적으로 큰 문제가 되어 왔다. 또한, 화학비료의 과다한 사용은 토양을 산성화시켰을 뿐만 아니라 토양 내 염류 집적에 의해 토양의 물리적 특성을 악화시킴으로써 토지의 지력을 급격하게 저하시켰다.
따라서 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 우리의 농업방식도 화학비료와 농약 사용을 줄이면서 차츰 천연비료인 퇴비의 사용을 늘려가고 있으며, 이에 따라 유기질이 풍부한 우수한 유기질비료의 공급이 요망되고 있다.
이와 관련하여 돈 분뇨, 우 분뇨, 인 분뇨에 미생물제를 혼합한 다음 후숙시켜 제조되는 분뇨를 주성분으로 하는 유기질 비료나, 각종 축산 분뇨나 축산 폐수, 각종 음식물 및 농산 폐기물 등을 사용하여 일관 공정으로 유기질 비료를 제조하는 방법이 제안되었다.
또한, 국내에서는 연간 수십만 내지 수백만톤의 농업부산물이 배출되고 있고, 이러한 농업부산물은 주로 볏집, 왕겨 등의 곡물 농업의 부산물과, 사과, 고추 등의 과수 농업의 부산물 등이 주류를 이루는데, 이러한 농업부산물은 주로 태워서 폐기 처분하고 있다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.
이러한 종래의 유기질 비료는 주로 가축 등의 분뇨에만 의존하고 있으므로 양분이 질소 등 한 쪽으로 편중되어 있어 부분적으로 영양과잉이 될 우려가 있었고, 국내에서 연간 다량으로 배출되는 농업부산물에 대한 합리적인 처리가 필요한 실정이다.
등록특허 제10-101756호 "토양미생물 군이 함유된 유기질 비료 및 그 제조방법"(2011.02.18.)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 농업부산물을 주원료로 하여 양질의 성분을 함유하고 식생에 의한 양분의 흡수가 원활히 이루어지도록 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "바이오차를 이용한 유기질 비료"는, 농업부산물을 원료로 제조된 바이오차 분말 70 중량%와, 수분이 제거된 커피 부산물 25 중량%와, 상기 바이오차 분말과 커피 부산물을 고형화시키는 고형화 성분 5 중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "바이오차를 이용한 유기질 비료"의 상기 농업부산물은, 볏짚, 왕겨, 고추의 엽목, 들깨의 엽목, 콩의 엽목 및 배나무의 엽목을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "바이오차를 이용한 유기질 비료"의 상기 고형화 성분은, 3 중량%의 수분을 포함하고, 수분을 제외한 나머지 중량은 소듐 알지네이트 또는 미강인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "바이오차를 이용한 유기질 비료의 제조 방법"은, 농업부산물을 준비하고, 준비된 농업부산물을 무산소 분위기에서 고온으로 열분해하여 바이오차를 제조하는 바이오차 제조 단계와; 커피 부산물을 건조시켜 분말로 준비하는 커피 부산물 준비 단계와; 고형화 성분을 준비하는 고형화 성분 준비 단계와; 상기 바이오차 70 중량%와, 커피 부산물 25 중량%와, 고형화 성분 5 중량%를 혼합하여 원재료를 준비하는 원재료 준비 단계와; 상기 원재료를 비드 성형기에 넣고 비드 형태로 압축 성형하는 비드 성형 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "바이오차를 이용한 유기질 비료의 제조 방법"의 상기 농업부산물은, 볏짚, 왕겨, 고추의 엽목, 들깨의 엽목, 콩의 엽목 및 배나무의 엽목을 포함하고, 상기 볏짚과 왕겨는 200℃에서 열분해되고, 상기 들깨와 배나무는 400℃에서 열분해되며, 상기 고추와 콩은 600℃에서 열분해되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "바이오차를 이용한 유기질 비료의 제조 방법"의 상기 고형화 성분은, 3 중량%의 수분을 포함하고, 수분을 제외한 나머지 중량은 소듐 알지네이트 또는 미강이고, 상기 제조 방법은, 상기 비드 성형 단계의 다음으로, 건조후 경화되는 액상의 경화제와 액상의 방부제를 8 : 2의 중량 비율로 혼합한 혼합물을 상기 비드의 외면에 도포하여 코팅하고 상기 코팅된 비드를 자연 건조시켜 상기 비드의 외면에 막을 형성하는 비드 코팅 단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 농업부산물을 주원료로 하여 양질의 성분을 함유하고 식생에 의한 양분의 흡수가 원활히 이루어지며, 그에 따라 농업부산물의 재활용이 원활히 이루어지고 농업부산물의 폐기에 따른 환경오염이 현저히 개선되면서 저탄소 농업이 실현되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 농업부산물을 보인 사진,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따라 서로 다른 온도에서 농업부산물을 열분해하여 바이오차를 형성한 상태를 보인 사진.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 유기질 비료를 설명하면 다음과 같다. 본 유기질 비료는 농업부산물을 원료로 제조된 바이오차 분말 70 중량%와, 수분이 제거된 커피 부산물 25 중량%와, 상기 바이오차 분말과 커피 부산물을 고형화시키는 고형화 성분 5 중량%로 구성된다.
상기 바이오차 분말은 탄소와 각종 유효한 비료 성분을 포함하고 있어 본 유지질 비료의 주요 성분으로써 역할을 한다. 여기서, 상기 농업부산물은 볏짚, 왕겨, 고추의 엽목, 들깨의 엽목, 콩의 엽목 및 배나무의 엽목을 포함한다.
상기 볏집과 왕겨는 벼의 부산물로써, 국내에서 가장 많이 배출되는 농업부산물이다. 상기 고추, 들깨 및 콩의 엽목은 열매를 수확하고 남은 잎과 줄기를 말하고, 배나무의 엽목은 가지치기 등에 의해 배출되는 잎과 가지를 말하고, 이는 '배정전지'로 도면에 기재되어 있다.
이와 같은 상기 농업부산물은 무산소 분위기에서 고온으로 가열하여 열분해함으로써, 바이오차(바이오숯)으로 제조된다.
상기 커피 부산물은 커피 원두에서 커피 성분을 추출하고 남은 커피 찌꺼기로써, 지방, 단백질 등을 함유하고 있어 본 유기질 비료의 성분을 보조 및 보완하는 역할을 한다. 이와 같은 상기 커피 부산물은 건조 후 분쇄하여 분말로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 농업부산물과 마찬가지로 바이오차로 제조될 수도 있다.
상기 고형화 성분은 상기 바이오차 분말과 커피 부산물을 혼합하여 비드로 형성할 때 고형화시키는 역할을 하는 것으로, 3 중량%의 수분을 포함하고 수분을 제외한 나머지 중량은 소듐 알지네이트 또는 미강인 것이 바람직하다. 이와 같은 상기 수분과 소듐 알지네이트 또는 미강은 혼합되면서 점성을 형성하여 상기 바이오차 분말과 커피 부산물을 비드 형태로 성형될 때 이들을 고형화시키는 역할을 한다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하여 상기와 같은 본 발명에 따른 유기질 비료의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다. 본 제조 방법은 농업부산물을 바이오차로 제조하는 바이오차 제조 단계와, 커피 부산물을 준비하는 커피 부산물 준비 단계와, 고형화 성분을 준비하는 고형화 성분 준비 단계와, 상기 바이오차와 커피 부산물 및 고형화 성분을 혼합하여 원재료를 준비하는 원재료 준비 단계와, 상기 원재료를 성형하여 비드를 형성하는 비드 성형 단계와, 상기 비드의 외면을 코팅하는 비드 코팅 단계를 포함하고, 이와 같은 단계들이 순차적으로 이루어져 본 발명에 따른 유기질 비료가 제조된다.
상기 바이오차 제조 단계는 농업부산물을 준비하고 준비된 농업부산물을 무산소 분위기에서 고온으로 열분해하여 바이오차를 제조하는 단계를 말한다. 여기서, 상기 농업부산물은 볏짚, 왕겨, 고추의 엽목, 들깨의 엽목, 콩의 엽목 및 배나무의 엽목을 포함한다.
상기 볏짚과 왕겨는 200℃에서 열분해되고, 상기 들깨와 배나무는 400℃에서 열분해되며, 상기 고추와 콩은 600℃에서 열분해되는 것이 바람직한데, 이는 [표 1]에 제시된 바와 같이 각 농업부산물의 열처리 실험을 통해 획득된 것으로, 비료의 유효 성분이 각 온도에 가장 많이 표출되기 때문이다.
시료명 열처리온도
(℃)		 C O Mg K Ca Si P Cl Na S
------------------------- % --------------------------------


고추
 200 58.8 35.6 0.7 3.8 - 0.7 - - - 0.4
400 72.3 19.2 0.7 5.9 0.9 - - 0.7 - 0.3
600-1 54.4 28.2 2.5 10.1 2.7 0.3 - 1.0 - 0.8
600-2 54.1 27.5 2.9 9.7 2.6 1.2 - 1.6 - 0.4

들깨
 200 59.2 38.0 - 2.9 - - - - - -
400 69.2 17.1 1.7 8.8 3.3 - - - - -
600 54.0 31.0 1.3 7.7 5.0 0.4 - - 0.3 0.3

볏짚
 200 57.4 37.1 - 3.4 - 1.5 - 0.7 - -
400 77.4 17.9 - 1.0 - 3.8 - - - -
600 52.5 32.5 - 2.7 - 11.2 - 1.1 - -


배나무
 200 58.0 41.1 - 0.9 - - - - - -
400 78.1 10.9 - 4.2 1.54 1.2 - 3.3 0.9 -
600-1 90.7 6.9 - 2.5 - - - - - -
600-2 62.9 25.4 - 11.6 - - - - - -

왕겨
 200 28.5 50.2 - 0.5 - 20.8 - - - -
400 23.9 51.0 - 0.5 - 24.0 - - - -
600 47.3 36.8 - 0.6 - 14.3 - - - -


콩
 200 54.5 42.2 0.6 1.9 0.7 - - - - -
400 69.6 19.8 1.4 6.3 1.8 0.1 - - - -
600-1 44.0 30.9 2.2 19.1 3.4 0.5 - - - -
600-2 52.0 28.4 0.5 6.2 11.5 - 1.5 - - -
[표 1]의 실험은 각 농업부산물 원료로 생산한 바이오차의 표면 특성을 알아보기 위하여 SEM-EDX(Hitachi S-4300, Japan)분석을 진행한 결과이다. 이 결과에 따르면, 상기 볏짚과 왕겨는 200℃에서 열분해되고, 상기 들깨와 배나무는 400℃에서 열분해되며, 상기 고추와 콩은 600℃에서 열분해될 때, 마그네슘, 칼슘, 칼륨 등의 비료의 유효성분이 많이 표출됨을 알 수 있다. 여기서, 600-1과 600-2는 600℃의 온도에서 2차례에 걸쳐 실험을 실시한 것을 의미한다.
상기 커피 부산물 준비 단계는 커피 원두에서 커피를 추출하고 남은 커피 부산물을 건조시켜 분말로 준비하는 단계를 말한다.
상기 고형화 성분 준비 단계는 고형화 성분을 준비하는 단계로서, 상기 고형화 성분은 3 중량%의 수분을 포함하고 수분을 제외한 나머지 중량은 소듐 알지네이트 또는 미강인 것이 바람직하다. 여기서, 소듐 알지네이트(Sodium alginate)는 다시마, 미역 등의 해조류에서 추출한 물질로 2가 양이온과 만나면 피막을 형성하며 응집하는 특성을 갖고 있는 것이고, 미강은 벼에서 왕겨를 뽑고 난 다음 현미를 백미로 도정하는 공정에서 분리되는 고운 속겨를 말한다.
상기 원재료 준비 단계는 상기 바이오차 70 중량%와, 커피 부산물 25 중량%와, 고형화 성분 5 중량%를 혼합하여 원재료를 준비하는 단계를 말한다.
상기 비드 성형 단계는 상기 원재료를 비드 성형기에 넣고 비드 형태로 압축 성형하는 단계를 말한다.
상기 비드 코팅 단계는 건조 후 경화되는 액상의 경화제와 액상의 방부제를 8 : 2의 중량 비율로 혼합한 혼합물을 상기 비드의 외면에 도포하여 코팅하고 상기 코팅된 비드를 자연 건조시켜 상기 비드의 외면에 막을 형성하는 단계를 말한다.
상기 비드 코팅 단계는 상기 비드의 외면을 경화제로 코팅하여 상기 비드의 손상이나 파손을 최소화시키면서 방부제를 통해 상기 커피 부산물과 수분에 의해 비드의 부패 및 곰팡이의 발생을 억제하기 위한 것이다. 이와 같은 상기 경화제 및 방부제로 이루어진 막은 수용성 성분으로 본 유기질 비료가 시비된 후에는 빗물이나 농업용수에 의해 용해되어 제거된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

Claims (6)

  1. 농업부산물을 원료로 제조된 바이오차 분말 70 중량%와,
    수분이 제거된 커피 부산물 25 중량%와,
    상기 바이오차 분말과 커피 부산물을 고형화시키는 고형화 성분 5 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 농업부산물은,
    볏짚, 왕겨, 고추의 엽목, 들깨의 엽목, 콩의 엽목 및 배나무의 엽목을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고형화 성분은,
    3 중량%의 수분을 포함하고, 수분을 제외한 나머지 중량은 소듐 알지네이트 또는 미강인 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료.
  4. 농업부산물을 준비하고, 준비된 농업부산물을 무산소 분위기에서 고온으로 열분해하여 바이오차를 제조하는 바이오차 제조 단계와;
    커피 부산물을 건조시켜 분말로 준비하는 커피 부산물 준비 단계와;
    고형화 성분을 준비하는 고형화 성분 준비 단계와;
    상기 바이오차 70 중량%와, 커피 부산물 25 중량%와, 고형화 성분 5 중량%를 혼합하여 원재료를 준비하는 원재료 준비 단계와;
    상기 원재료를 비드 성형기에 넣고 비드 형태로 압축 성형하는 비드 성형 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 농업부산물은,
    볏짚, 왕겨, 고추의 엽목, 들깨의 엽목, 콩의 엽목 및 배나무의 엽목을 포함하고,
    상기 볏짚과 왕겨는 200℃에서 열분해되고, 상기 들깨와 배나무는 400℃에서 열분해되며, 상기 고추와 콩은 600℃에서 열분해되는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고형화 성분은,
    3 중량%의 수분을 포함하고, 수분을 제외한 나머지 중량은 소듐 알지네이트 또는 미강이고,
    상기 제조 방법은,
    상기 비드 성형 단계의 다음으로, 건조후 경화되는 액상의 경화제와 액상의 방부제를 8 : 2의 중량 비율로 혼합한 혼합물을 상기 비드의 외면에 도포하여 코팅하고 상기 코팅된 비드를 자연 건조시켜 상기 비드의 외면에 막을 형성하는 비드 코팅 단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오차를 이용한 유기질 비료의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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