KR20200064090A - 브라시카 카리나타 종자 작물의 농업 생산 방법 - Google Patents

브라시카 카리나타 종자 작물의 농업 생산 방법 Download PDF

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스티븐 파비잔스키
마이클 린덴바움
메자 베날리
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뉴시드 글로발 인노베이션 엘티디.
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Abstract

본 발명은 탄소 격리 극대화, 생산성 향상, 지속 가능한 농업 및 온실 가스 배출 최소화를 위한 농업 관행에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 일 실시에에서, 첫 번째 작물을 교체하거나 휴경지를 대체하여 브라시카 카리나타 (Brassica carinata) 품종을 두 번째 작물로 재배하는 단계; 화석 연료 투입량의 사용을 줄이고 상기 브라시카 카리나타 품종의 식물 재료에 의한 대기 탄소 포집을 최대화하기 위한 토지 관리 관행을 구현하는 단계; 상기 브라시카 카리나타 품종을 수확하여 곡물을 얻는 단계; 및 상기 브라시카 카리나타 품종에서 상기 곡물을 제외하고 모든 식물 재료의 약 70% 내지 약 90%를 토양으로 돌려보내는 단계를 포함한다. 이에 따라, 농업과 관련된 전체 온실 가스 배출이 들어든다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 저탄소 강도 연료를 생산하기 위해 식물계 공급 원료의 제조에 사용하기 위한 곡물 생산; 토양에 탄소를 첨가하기 위해; 및/또는 탄소 크레딧(credit)을 획득을 위한 단계를 더 포함한다.

Description

브라시카 카리나타 종자 작물의 농업 생산 방법
본 출원은 2017 년 9 월 11 일에 출원된 미국 임시 특허출원 제62 / 556,575 호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 농업 분야에서, 전통적인 덮개 작물 또는 휴경지의 토양 이점을 보존하며 새로운 농업 관행을 이용하여 낮은 탄소강도 바이오 연료 생산을 위한 공급 원료를 제공하면서도 수명주기 온실 가스 (GHG) 배출량을 줄이고 토양에서 탄소를 격리할 수 있고 오일이 풍부한 곡물을 수확 할 수 있으며 작물 회전에 사용되는 기존 작물 또는 경작 작물의 대체물로서 브라시카 카리나타 종자 작물의 재배를 포함하는 신규한 방법을 개시한다.
운송, 에너지 생성, 가정 난방, 산업 전원 등의 화석 연료에 대한 의존도가 높아짐에 따라 대기 중 CO2 및 GHG 배출 및 축적 비율이 계속 증가하고 있다. 이로 인해 지구 온난화의 위협과 바람직하지 않은 결과가 초래되었다. 대기 중의 CO2 및 기타 온실 가스의 증가 속도를 감소시키는 한 가지 전략은 화석 연료를 식물성 기름 및 바이오 매스에서 추출한 것과 같이 전체 수명주기 동안 탄소를 덜 사용하며 보다 지속 가능한 연료로 대체하여 화석 연료에 대한 의존도를 낮추는 것이다.
온실 가스 배출을 통제하기 위해 정부는 관할권 내에서 합의된 목표 수준으로 탄소 배출량의 증가율을 줄이기 위한 규제를 제정했다. 이러한 규정을 시행할 수 있도록 “웰(well)에서 탱크까지” 특정 연료에 대해 생성된 수명주기 온실 가스 배출량을 정확하게 감시하는 메커니즘 및 방법론이 개발되었다. 동시에, 이러한 목표 (탄소세, 상한선 및 거래 시스템)를 존중하기 위해 이미터(emitters)를 유도하는 조치도 시행되고 있다. 이러한 조치의 결과는 탄소를 배출하는 사람들이 부담해야 하는 탄소 가격 책정 시스템을 구축하는 것이었다.
연료 및 에너지원을 생산하고 의존하는 산업은 특히 이러한 정책의 대상이 된다. 따라서 연료 생산자 및 바이오 연료 생산 업체는 부과된 목표를 존중하고 탄소 가격이 수익에 미치는 영향을 최소화하기 위해 공급 원료, 연료 및 제조 공정을 식별할 수 있도록 상당한 인센티브를 받는다.
각 부문에서 탄소 배출량을 줄이기 위한 탄소 배출량 감소와 산업계에 대한 강력한 인센티브는 새로운 저탄소 강도 경로의 개발로 이어지는 중요한 요소였다. 그러나 재래식 연료와 관련하여 차세대 연료의 가격은 대규모 채택에 장애가 되었다. 탄소 가격이 등장하면서 이러한 불균형 중 일부가 제거되었으며 기존 연료와 비교하여 바이오 연료의 탄소 강도 차이를 증가시키는 것이 가격 차이에 크게 영향을 줄 수 있는 한 가지 요소가 될 수 있다.
탄소 강도 (CI)는 "LCA (Life-Cycle Assessment)를 사용하여 결정된 연료의 온실 가스 (GHG) 배출량 측정치로 정의된다. LCA는 연료 생산 시 모든 온실 가스 배출량을 식별하고 추정한다; 원료의 성장 또는 추출에서, 연료의 생산에 이르기까지, 연료의 최종 사용에 이르기까지. 탄소 강도는 연료에 포함 된 에너지 단위당 배출되는 이산화탄소 등가 온실 가스의 질량, 즉 메가 줄 에너지 당 이산화탄소 당량 (gCO2e / MJ) 단위로 보고 된다("재생 가능 탄소 농도 결정" 및 저탄소 연료 요건 규정 (Information Bulletin RLCF-006)”3 페이지, 섹션 2,“탄소 강도 란?”이란. 브리티시 컬럼비아 주 에너지 광업무가 발행. 2010 년 12 월 발행, 2013 년 7 월 개정). 2017 년 EU-RED (유럽 연합 재생 가능 에너지 지침) 및 바이오 디젤에 따라 화석 연료에 대한 기본 CI 값이 보고 되었으며, 미국 재생 가능 연료 표준 (US RFS)에 따르면 DeJong 등의 표 3에 보고된 바와 같이 각각 83.8 (EU-RED) g CO2eq / MJ 에너지 및 91.8g CO2eq / MJ 에너지 (US RFS)이다.
당업자는 LCA 모델 및 생산 방법이 발전함에 따라 화석 연료 및 바이오 연료 둘 다에 대한 CI 값이 변할 수 있음을 알고 있다. 다양한 바이오 연료 경로에 대한 현재 CI는 (https://www.arb.ca.gov/fuels/lcfs/fuelpathways/current-pathways-01102017.xlsx)에서 확인할 수 있다.
농업 생산은 차세대 바이오 연료 생산을 위한 적절한 방법론을 제공한다. 현대 농업은 식량, 사료 및 섬유를 엄청나게 생산하며 새로운 생산 기술이나 인프라를 개발할 필요없이 연료 생산을 위한 원료를 제공하도록 동원될 수 있다. 농업 생산의 매력적인 특징 중 하나는 광합성을 통해 대기 이산화탄소를 이용하고 고정시키는 식물의 능력을 이용하여 탄소의 중요한 흡수원으로 작용한다는 것이다. 연간 작물의 바이오 매스에 축적된 탄소는 궁극적으로 일부는 수확된 물질로, 나머지는 토양에 있는 박테리아와 곰팡이에 의해 분해되는 작물 잔류물 (잎, 줄기, 줄기, 뿌리)로 재생된다. 이 토양 동화 탄소 중 일부는 토양 미생물에 의해 에너지 원으로 사용되며 궁극적으로 기체 이산화탄소로 호흡 될 것이다. 그러나 일부는 토양에 안정적으로 유지 될 것이며, 탄소 격리와 대기로의 배출 감소를 위한 중요한 싱크(sink)가 될 것이다. 모든 환경 탄소 풀 중에서 토양은 바다에 비해 크기가 두 번째이며, 총 식물 바이오 매스에서 총 축적 된 탄소의 4 배 이상을 나타내는 2.3GT 이상의 유기 탄소 (Jobbagy and Jackson, 2000)의 추정 함량으로 구성된다. 토양으로 탄소를 복원할 경우 얻을 수 있는 또 다른 이점은 토양의 비옥도 및 구조를 개선하는 것이다.
그러나 연간 작물은 수명 동안 탄소를 격리시키고 장기 격리를 위해 축적된 탄소의 상당 부분을 토양으로 되돌려 보내지만 재배로 인해 CO2 및 CO2 등가의 온실 가스가 직간접적으로 배출될 수 있다. 이러한 배출은 농작물 재배, 농작물을 공급 원료로의 후속 변환, 공급 원료를 액체 연료로의 변환, 공급 원료 및 완성된 연료의 저장 및 운송, 그리고 마지막으로 연료의 분배 및 활용을 통해 발생한다. 작물의 상승과 관련된 온실 가스 배출은 종자 개발, 현장 준비, 작물 투입(비료, 살충제 / 살충제 / 종자 처리)의 제조 및 적용 단계, 작물 파종, 작물 유지 및 작물 수확, 수확된 물질의 보관 및 가공 공장으로의 저장 및 운송을 포함한다.
에너지 작물의 재배, 수확 및 바이오 연료로의 전환의 전체 수명주기 동안 이산화탄소 및 기타 온실 가스의 흐름을 설명하기 위해 “온실 가스, 규제 배출 및 운송에 에너지 사용 (GREET)”과 같은 감사 방법론 이전에 개발된 모델 (DeLucchi 1991)을 기반으로 한 모델 (Wang 1996), GHGenius (S & T Squared. GHGenius, Model Version 4.03; www.ghgenius.ca; S & T Squared Consultants Inc. for Natural Resources Canada : Delta, 2017, British Columbia, 2017) ), BioGrace (www.biograce.net; Neeft et al., 2012) 등이 개발되었다. 이를 통해 바이오 연료 생산과 활용의 전체 온실 가스 영향과 화석 연료의 온실 가스 영향을 보다 효과적으로 비교할 수 있으며, 다양한 유형의 에너지 작물로 제조 된 바이오 연료를 비교할 수도 있다. 바이오 연료 생산의 전체 수명주기에 걸쳐 GHG 배출량을 정확하게 모델링하고 예측할 수 있는 능력으로 탄소 생산에 가치를 부여할 수 있었다. 탄소 가격 책정의 결과, 특정 목표에 대한 탄소 / GHG 배출 감소를 달성하기 위해 국내 및 국제 협약이 협상되었다. EU의 재생 가능 에너지 지침 (RED)과 미국의 재생 가능 연료 표준 (RFS) 및 캘리포니아 저 탄소 연료 표준 (CA-LCFS)이 이러한 정책의 예이다.
표 1은 선택된 바이오 연료 경로에 대한 공개된 탄소 강도(CI) 값을 비교하고 이를 종래의 가솔린 및 / 또는 디젤 연료의 값과 비교한다. 하기와 같이, 석유 기반 동등물에 비해 FAME (Fatty Acid Methyl Ester) 바이오 디젤 경로는 기존 디젤의 경우 102.4g CO2 eq / MJ의 CI와 비교하여 67.32 ~ 51.35g CO2eq / MJ의 CI 값을 가진다. 또한, 44g CO2 eq / MJ의 CI로, 평지씨유의 수소 처리를 통해 생성된 재생 또는 녹색 디젤은 FAME 공정에 비해 전체 경로 탄소 강도를 추가로 감소시킨다.
Figure pct00001
1986 년부터 2006 년까지 캐나다 대초원에서 카놀라 재배로 인한 온실 가스 배출에만 초점을 둔 연구에서 저자 (Shrestha, et al., 2014)는 일정 시간 간격에서 온실 가스 배출량이 지역별로 40 % 및 곡물 건조 물질 기준으로 65 %가 감소했다. 감소된 토지 관리 변화를 통해 토지 사용 변화 감소, 곡물 수확량 증가 및 토양 유기 탄소 격리 증가 등의 요소의 조합으로 인한 것이다. 2006 년이 지역의 토양 탄소 격리는 평균 500kg CO2 / ha를 나타냈다.
그러나, 바이오 디젤, 녹색 디젤 및 제트 연료 대체물과 같은 액체 바이오 연료를 위한 고품질 공급 원료로서 수요를 충족시키기 위해 생산량을 조정할 수 있는 전용 공급 원료 작물에 대한 요구가 여전히 존재한다. 　 다른 고 수율 및 생산적인 종자 작물이 잠재적 공급 원료로 제안된 반면, 카놀라 유형 브라시카 또는 대두와 같은 가장 확립된 종 및 품종은 전용 바이오 연료 공급 원료에 비해 비용 프리미엄이 되고 식용유의 공급도 줄어드는 식용유를 생산한다.
예를 들어, 상당한 양의 바이오 연료의 생산으로 카놀라 또는 저급 유채의 전환은 식용유 생산의 부족을 보충하기 위해 토지 사용 변화를 거의 확실하게 초래할 것이다. 더욱이, 가격 프리미엄에 따른 고품질 식용유는 바이오 연료 적용을 위한 카놀라 공급 원료의 가격을 비 경쟁적 수준으로 이끌 것으로 예상될 수 있다.
바이오 연료 생산을 위한 원료로 사용된 대두는 북미, 남미 및 아시아 전역에서 재배되는 서늘한 콩과 식물이다. 식용유의 공급원으로서 콩은 현재 미국에서 소비되는 식용유의 60 % 이상을 차지한다. (표 20에서 얻은 데이터 : 미국 지방 종자 및 제품 공급 및 유통 지역 마케팅 년도 및 표 21 : 미국 콩 및 제품 공급 및 유통 지역 마케팅 년도; (https://apps.fas.usda.gov/psdonline/circulars /oilseeds.pdf)). 식용유와 바이오 연료 공급 원료 사이의 경쟁은 가격 변동성을 가져 왔으며, 이는 바이오 연료 공급 원료로서의 바람직성에 대한 경제적 사례를 감소시킬 수 있다 (Wisner 2010). 더욱이 식용유를 바이오 연료 응용 분야로 실질적으로 전환하면 간접적으로 토지 이용 변화 배출이 거의 확실하게 발생하게 된다.
바이오 연료 생산을 위한 또 다른 주요 공급 원료인 팜유는 아시아와 남미에서 재배된다. 그러나 팜유는 민감한 생태계에서 야자 농장을 설립함으로써 발생하는 토지 이용 변화로 인해 많은 관할 지역에서 심각한 장애물에 직면해 있다. 팜유의 사용은 단일 양식 야자 농장의 설립으로 인한 대규모 삼림 벌채로 인해 높은 수준의 온실 가스 배출과 관련이 있다. 소위 인증된 지속 가능한 팜유 또는 RSPO (Roundtable of Sustainable Palm Oil)의 표준에 따라 생산된 팜유는 고가의 자연림을 보존하고 보존하려는 생산 업체의 약속에 의해 인증되지 않은 팜유와 구별됩니다. 그러나, 지속 가능한 팜유는 비인증 팜유보다 상당히 비싸서 바이오 연료 공급 원료로서의 사용에 불리하다.
Brassicaceae (이전 Cruciferae)과의 일종인 브라시카 카리나타는 carinata, Ethiopian mustard, Abyssinian mustard, African Sarson 및 Gomenzer로도 알려져 있다. 브라시카 속에는 B. carinata 외에도 경제적으로 중요한 몇 가지 종자 작물인 B. juncea (L)가 포함된다: Czern. (갈색 겨자), B. napus L. (랩, 아르헨티나 카놀라), B. nigra (L.) W.D.J. Koch (검은 겨자) 및 B. rapa L. (필드 머스타드, 폴란드어 카놀라) 및 양배추, 브로콜리, 콜리 플라워, 브뤼셀 콩나물, 콜라 비 및 양배추를 포함한 B. oleracea L. 식량 작물도 포함된다. 6 개의 브라시카 종은 Triangle of U (Nagaharu 1935)에 설명된 바와 같이 유 전적으로 밀접하게 관련되어 있다. 브라시카 카리나타의 고유 범위는 이디오피아의 중앙 고지대를 포함한다; 그러나 최근의 노력은 카리나타 고유의 유전적 변이를 이용하여 반 건조 지대 또는 더 적은 농경지가 우세할 수 있는 지역을 포함하여 보다 다양한 농업 환경에서 생산되는 품종을 생산하고 있다.
브라시카 카리나타는 지름 1-1.5 mm의 노랑에서 황갈색에서 갈색으로 변하는 (Alemaw 1987, Rahman and Tahir 2010) 풍부한 구형 종자를 생산한다(Mnzava and Schippers 2007). 종자는 품종과 재배 조건에 따라 종자 건조 중량을 기준으로 37-44 %의 오일 함량을 함유하는 오일이 풍부하다. 종자 단백질 함량은 종자 건조 중량으로 표현된 25-30 %로 높다 (Pan et al., 2012). 카놀라와 달리 브라시카 카리나타는 먹을 수 없는 기름을 생산한다.
스페인과 이탈리아에서는 카리나타 씨오일이 바이오 연료 및 많은 용도로 사용되는 바이오 산업 공급 원료에 사용되었다 (Cardone 등, 2002, Cardone 등, 2003, Bouaid 등, 2005, Gasol 등, 2007, Gasol 등, 2009 (즉, 윤활제, 페인트, 화장품, 플라스틱). 북미에서는 카리나타가 바이오 연료 공급 원료로 평가되었으며(Drenth et al., 2014, Drenth et al., 2015), B. 카리나타 종자로부터 생산된 원유는 녹색 또는 재생 가능한 디젤, 바이오 디젤 및 바이오 제트 연료를 생산하는데 사용되어 왔다(Drenth et al. 2014). 2012 년 10 월, 세계 최초의 100 % 바이오 제트 연료를 사용한 캐나다 국립 연구위원회 (National Research Council) 의 실험 항공 비행이 성공했다 (“ReadiJet 100 % 바이오 연료 비행 - 2012 년 가장 중요한 25 가지 과학 행사 중 하나”, Popular Science Magazine, 2012 (12)).
Blackshaw와 동료들은 서부 캐나다의 FAME 바이오 디젤 공급원으로서 적합성을 위해 여러 종자 종을 비교했다 (Blackshaw et al., 2011). 2008 년부터 2009 년까지 캐나다 서부 5 개 지역에서 실시된 시험에서 3 종의 카놀라 (브라시카 나푸스, 브라시카라파 및 브라시카 juncea 카놀라 유형 각각 포함), 브라시카 카리나타를 포함한 여러 종자 종과 품종 , 카멜리나사티바 (Camelina sativa), 오리엔탈 머스타드(juncea), 옐로우머스타드 (Sinapis alba), 대두 및 아마는 수율 및 오일 공급 원료 품질에 대해 평가되었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 브라시카 카리나타는 9 개 사이트 9 년 중 1 회만 브라시카 나푸스 카놀라 (수표 라인) 수율을 초과했으며, 이는 이 시험에서 테스트 된 모든 항목 중 가장 낮은 총 수율 순위를 구성하는 반면 오일 함량은 브라시카 카리나타(Brassica carinata)는 세번째 (조미료 겨자 및 대두보다 높음)가 가장 낮았다. 그러나 이 연구에서 사용된 카리나타 품종은 이질적인 “공통” 품종이며 상용 엘리트 품종이 아니라는 점에 유의해야 한다.
대조적으로, 2012-2013 년 미네소타에서 수행된 브라시카 오일 시드 품종의 비교에서 Gesch et al. (2015)는 새로운 상업용 카리나타 품종이 상업용 카놀라 타입 브라시카 나푸스 품종에 필적하는 곡물 수확량을 생산하는 동시에 나푸스 품종의 지상 바이오 매스의 거의 두 배를 생산함을 입증하기 위해 취해졌다. Gesch et al. 에서 카리나타 작물의 낮은 종자 대 지상 바이오 매스 비율 (Harvest Index)은 선택적 육종을 통한 곡물 수확량 개선의 범위가 있음을 시사한다. 그러나 Gesch et al. 에서 브라시카 카리나타의 높은 바이오 매스는 토양으로 추가 탄소를 되돌릴 수 있는 잠재력 면에서 이점을 제공함을 시사하진 않는다.
존슨과 동료들은 카리나타 곡물과 바이오 매스 수율이 질소 비료 적용 증가와 양의 상관 관계를 갖고 있으며 연구된 조건 (실험에 따라 최대 160-200 kg N / ha)에서 밀짚과 곡물의 최대 수율이 정체되지 않음을 시사했다(Johnson et al., 2013). 이것은 카리나타 곡물 생산에 매우 높은 수준의 질소가 필요할 수 있음을 나타내기 위해 취해질 수 있다. 그러나 그들은 또한 기존의 토양 질소 광물화 조건 하에서 질소 비료를 첨가하지 않고도 높은 곡물 수율을 얻을 수 있음을 보여주었다. 한편, Johnson et al. 에서는 질소를 고정하고 토양 질소 광물화를 증가시키는 렌즈 콩, 완두콩 또는 콩과 같은 콩류 작물을 이용하여 작물 회전에 브라시카 카리나타를 포함시키는 잠재적인 긍정적 효과와 관련된 교시는 제공되지 않았으며, 질소 비료 및 카리나타 생산의 탄소 강도에 대한 요구를 감소시켰다.
브라시카 카리나타 재배를 위한 탄소 발자국을 확립하기 위한 첫 번째 시도로서, 리그 노 셀룰로스 발전 시스템으로서(Gasol et al., 2007) 수확된 지상 바이오 매스 (곡물 포함) 전체의 사용에 기초하여 카리나타를 위한 바이오 에너지 자르기 시스템에서 GHG 수명주기 분석을 수행했다. 광범위한 뿌리 시스템과 관련된 탄소의 추정치에 기초하여 Gasol et al. 에서 631 kg의 CO2 / ha가 토양으로 이동 될 수 있으며, 기준 천연 가스 발전 시스템에 비해 대기 CO2 등가 배출량이 최대 71 % 감소하는 데 기여한다. 그러나 Gasol et al. 에서 카리나타 곡물 채집 및 채집 후 지상 바이오 매스를 돌려 보내 토양에 영양분이 추가로 반환될 가능성을 고려하지 않았으며, 카리 나타 곡물의 수집, 또는 바이오 연료 제조, 공급 원료의 추출을 위한 곡물의 사용 및 고단백 동물 사료 첨가제로 사용하기 위한 식사 보조 제품을 고려하지 않았다.
상기 문헌은 브라시카 카리나타가 바이오 연료 생산에 적합한 전용 공급 원료 작물일 수 있다는 것을 교시하고 있지만, 이 공급 원료가 가능한 한 가장 유리한 탄소를 달성하기 위해 다양한 지역, 토양 조건 및 작물 회전에서 카리나타로부터 어떻게 생산될 수 있는지 바이오 연료 통로의 강도는 알려져 있지 않다.
화석 연료 사용에 대한 의존도를 줄이고 온실 가스 배출량을 증가시키고 지속 가능한 농업에 기여하기 위한 수단으로서, 본원에 기술된 본 발명은 화석 연료를 대체하며 바이오 연료 생산을 위한 공급 원료인 수확된 종자로부터 오일을 생산하는 작물인 브라시카 카리나타(Brassica carinata)의 재배 방법을 포함하며, 상업용 가축 사료 배급에 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다수의 기후 구역 및 지역에 적용되는 최적의 농업 및 토지 관리 관행을 사용하여 작물을 생산하는 재배 방법을 기술하고, 동등한 양의 화석 연료에 비해 대기 CO2 및 GHG 배출량을 실질적으로 감소시킨다.
브라시카 카리나타는
a. 공급 원료 생산 및 후속 바이오 연료 제조와 관련된 GHG 배출량 감소;
b. 재배되는 토양의 탄소 함량 증가;
c. 회전하여 생산되는 작물의 개선된 수확량을위한 조건을 제공하는 단계; 및
d. 토지 이용 변화가 거의 또는 전혀 증가하지 않은 상태에서 선행함으로써, 고품질 바이오 연료 공급 원료를 생산하는 동시에 다양한 환경에서 지속적으로 재배할 수 있다.
이러한 속성을 통해 미국의 RFS 프로그램 및 EU의 RED 프로그램과 같은 배출 탄소에 가치를 부여하도록 설계된 제도 또는 프로그램을 통해 크레딧(credits)을 얻을 수 있다.
이러한 프로그램은 또한 연료의 생산 및 이용에서 생산된 탄소의 가치가 화석 연료와 대체 바이오 연료 사이의 현재 가격 차이를 감소시키는 방식으로 수익을 창출할 수 있게 한다. 최종 결과는 탄소를 일차적 가치의 상품으로 인식하는 것이다. 유사하게, 특정 상품의 공급원으로서(즉, 바이오 연료 생산을위한 공급 원료로서) 생산되고 평가되는 작물로서의 카리나타의 개념은 탄소 방출 대 탄소 저감의 바람직한 균형을 나타내는 값으로 대체되고 있다. 이러한 관점에서, 카리나타의 생산은 새로운 카테고리의 농업 생산, 즉 탄소 농업으로 설명될 수 있는 생산을 나타낸다.
본 발명은 특정 기후 및 토양 지대 및 지리적 영역에서, 특정 농업 및 토지 관리 관행을 사용하여 바이오 연료 및 사료를 위한 지속 가능한 공급 원료를 제공하면서 온실 가스 배출 감소의 형태로 측정 가능한 이점을 제공하면서 카리나타로 회전하며 재배되는 다음 작물의 토양 구조 개선 및 성능 개선하여 카리나타 재배를 제공한다.
카놀라와 달리, 브라시카 카리나타는 비-식용유를 생산하며, 그 생산은 한계 토지에서 또는 여름 또는 겨울 휴경기를 대체하는 작물 회전의 일부로서 수행될 수 있으며, 이는 식량 작물의 최소한의 이동과 수반되는 토지 이용 변화를 거의 또는 전혀 수반하지 않을 것이다.
실시예들에서, 온대 또는 아열대 지역에서 짧은 낮 길이의 겨울 작물 및 서늘한 온화한 건조 지역에서 긴 낮 길이 여름 작물을 가능하게하는 브라시카 카리나타 품종의 재배 방법이 제공된다.
일부 실시예에서, 카리나타가 경작을 대체하고 펄스(pulse), 콩과 식물, 곡물에 의해 또는 그 이전에 회전으로 이전에 경작된 땅에서 유지되는 경작 조건이 제공된다.
또 다른 실시예에서, 최적의 곡물 및 바이오 매스를 달성하기 위한 비료, 제초제 및 살충제 적용, 파종 속도 및 파종 깊이의 사용을 포함하는 브라시카 카리나타 오일 종자 곡물의 재배 및 수확을 위한 농경 및 토지 관리 관행이 제공된다.
추가의 실시예에서, 토양 탄소 수준을 최대화하기 위해 지상 및 지하 카리나타 식물 바이오 매스를 현장으로 복귀시키는 것과 같은 카리나타 재배를 위한 토지 관리 관행이 제공된다. 카리나타로 달성할 수 있는 탄소 축적 정도는 예상치 못한 결과이다. 카놀라와 같은 다른 오일 종자는 바이오 매스 생산 비용의 종자 생산으로 식물 에너지 투입을 유도하는 품종을 육종하여 곡물 생산에 최적화 된 반면, 브라시카 카리나타는 높은 수준의 곡물 생산과 바이오 매스 생산을 동시에 달성한다. 이렇게 생산이 증가된 바이오 매스는 더 많은 양의 탄소를 포함하며, 이 탄소의 많은 부분을 수확 후 토양으로 되돌릴 수 있다.
다른 실시예에서, 동물 사료로 사용되는 것으로 기술된 바와 같이 단백질, 탄수화물, 섬유 및 에너지를 이용한 오일 추출의 부산물로서 식사를 생성하면서, 브라시카 카리나타를 재배하여 HVO와 같은 바이오 연료 제조를 위한 공급 원료로서 오일을 사용하는 곡물을 생성하기 위한 조건이 제공된다.
다른 실시예에서, 저탄소 강도 바이오 연료의 제조를 위한 공급 원료를 제조하는 방법이 제공된다. 이와 같이 생성된 공급 원료로부터 생성된 바이오 연료의 탄소 강도는 음수일 수 있으며, 향상된 온실 가스 감소를 제공한다.
겨울이 농작물 재배를 지원하기에 너무 심할 수 있는 일부 환경에서, 브라시카 카리나타는 봄 / 여름 휴 경기를 대체하며, 보통 겨울철 전에 수확 한 작물을 따라가며, 브라시카 카리나타는 회전의 일부로서 토양 온도가 허용되는 즉시 겨울 직후에 심을 수있다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
a. 첫 번째 작물을 교체하거나 휴경지를 대체하여 브라시카 카리나타 (Brassica carinata) 품종을 두 번째 작물로 재배하는 단계;
b. 화석 연료 투입량의 사용을 줄이고 상기 브라시카 카리나타 품종의 식물 재료에 의한 대기 탄소 포집을 최대화하기 위한 토지 관리 관행을 구현하는 단계;
c. 상기 브라시카 카리나타 품종을 수확하여 곡물을 얻는 단계; 및
d. 상기 브라시카 카리나타 품종에서 상기 곡물을 제외하고 모든 식물 재료의 약 70% 내지 약 90%를 토양으로 돌려보내는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 중단 기간(intervening fallow period) 없이 순차적 작물 생산을 위해 상기 첫 번째 작물의 수확과 함께 또는 수확 직후에 상기 브라시카 카리나타 품종을 재배하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 곡물을 가공하여 오일을 생성하는 단계를 더 포함하며, 이에 의해 오일은 공급 원료로서 사용되어 저탄소 강도 바이오 연료를 생성한다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 오일 분획의 추출 후에 가축 생산을위한 단백질이 풍부한 사료 첨가제로서 사용될 수 있는 저 섬유질의 단백질이 풍부한 밀 프랙션이 남도록 곡물을 가공하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 실시예에서, 브라시카 카리나타가 아닌 새로운 작물은 중단 기간(intervening fallow period)없이 브라시카 카리나타의 수확 직후 또는 그와 함께 심어지므로 토양에 탄소를 추가하면서 땅의 생산성을 증가시킨다. 결과적으로 농업과 관련된 전체 온실 가스 배출이 줄어든다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타의 재배 방법은 다음을 포함한다:
a. 중단 기간(intervening fallow period) 없이 순차적 작물 생산을 위해 첫 번째 작물의 수확과 함께 또는 수확 직후에 상기 브라시카 카리나타 품종을 재배하는 단계;
b. 화석 연료 투입량의 사용을 줄이고 상기 브라시카 카리나타 품종의 식물 재료에 의한 대기 탄소 포집을 최대화하기 위한 토지 관리 관행을 구현하는 단계;
c. 상기 브라시카 카리나타 품종을 수확하여 곡물을 얻는 단계;
d. 상기 브라시카 카리나타 품종에서 상기 곡물을 제외하고 모든 식물 재료의 약 70% 내지 약 90%를 토양으로 돌려보내는 단계;
e. 상기 브라시카 카리나타의 수확 직후 또는 그에 수반되는 중단 기간 없는 상기 브라시카 카리나타가 아닌, 상기 첫 번째 작물과 동일하거나 상기 첫 번째 작물과 상이할 수 있는 새로운 작물을 심는 단계
f. 곡물을 가공하여 오일을 생산함으로써 상기 오일이 탄소 강도가 낮은 바이오 연료를 생산하는 공급 원료로 사용하는 단계, 및
g. 오일 분획의 추출 후에 가축 생산을 위한 단백질이 풍부한 사료 첨가제로서 사용될 수 있는 저 섬유질의 단백질이 풍부한 밀 프렉션(meal fraction)이 유지되도록 상기 곡물을 가공하는 단계.
휴경 기간은 많은 지역에서 일반적인 관행이라는 것이 농업 생산 분야의 숙련자들에 의해 일반적으로 이해된다. 또한 휴경 기간은 종종 첫 번째 작물이 재배되는 전형적인 기간과 동일한 시간 동안 땅을 처리하지 않은 채로 두는 것을 포함 할 수 있다는 것이 일반적으로 이해되거나, 또는 경작 기간은 토양 침식을 제어하거나 잡초와 같은 바람직하지 않은 식물의 생장을 방지하기 위해 덮개 작물의 재배를 포함할 수 있다. 각각의 경우에, 휴경이라는 용어는 토지가 첫 번째 농작물 생산에 사용되지 않는 기간을 광범위하게 설명하는 데 사용되지만 오히려 농작물이 없거나 단순히 식물 또는 지상에 식물 덮개를 제공하는 데 사용되는 작물로 파종되도록 관리된다. 농업의 각 지역마다 휴면 시간과 기간은 기후가 변할 수 있고 지역마다 실습이 바뀔때마다 다르며, 이는 일반적으로 농업 분야의 숙련가에게 명백하다. 그러나 휴경은 비생산적인 것으로 간주되는 시간의 일부를 설명하는 용어이다.
밀, 호밀, 기타 풀 및 브라시카 나푸스, 브라시카 쥬체사, 카멜리나, 레스케렐라(초목)와 같은 종자에서 기름을 생산하는 작물에 이르기까지 휴경기 동안 사용된 많은 덮개 작물이 있다. 그러나 밀, 호밀 및 기타 풀과 같은 작물은 저탄소 강도 연료에 사용할 수 있는 오일을 생산하지 않는 반면 Camelina와 Lesquerella와 같은 작물은 충분한 양의 탄소를 포집할 수 있게 하는 상당한 양의 바이오 매스를 생산하지 못하고 브라시카 카리나타에서 볼 수 있는 온실 가스 절약을 제공한다. 예를 들어, 브라시카 카리나타는 일반적인 경작 조건에서 휴경기 사용이 일반적인 브라시카 나푸스의 바이오 매스의 최대 2 배, 카멜리나의 바이오 매스의 4.5 배 이상을 생산할 수 있는 것으로 나타났다 (Gesch et al., 2015). 본 발명에서, 우리는 브라시카 카리나타가 저탄소 강도 연료의 생산에 사용될 수있는 곡물을 회수 할 수 있다는 이점과 함께 휴면 기간 동안 대체될 수 있고 토양에 더 많은 탄소가 첨가될 수 있다는 예상치 못한 유리한 결과를 보여 주었다.
본 발명의 목적은 수확시 토양에 첨가되는 대기 탄소의 포획을 최대화하는 관행을 사용하여 휴경을 피하고 브라시카 카리나타로 대체하는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 관행에는 관개와 같은 비료 감소 및 추가된 물 사용 감소가 포함될 수 있다.
서리 사건이나 열 사건과 같은 극심한 기후 변화에 대한 향상된 내성을 포함하는 브라시카 카리나타의 독특한 특성으로 인해 다른 지방 종자가 자랄 수 없거나 곡물에 높은 비율의 기름을 함유한 곡물과 같은 수확 가능한 제품을 생산하지 않는 지역에서 브라시카 카리나타 재배가 가능하다.
전형적인 휴경 프로토콜에서 휴경 기간 동안 자라는 식물 물질은 휴경 기간 말에 제초제에 의해 경작되거나 죽어 토양에 통합된다. 본 발명은 보다 유리한 토지 이용, 브라시카 카리나타 바이오 매스를 통해 토양에 보다 많은 대기 탄소가 제공되며, 저탄소 강도 연료를 생성하는데 사용될 수 있는 오일을 포함하는 곡물을 수확하는 추가 이점을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 저탄소 강도 바이오 연료를 위한 식물계 오일 공급 원료의 제조에 사용하기위한 곡물의 제조; 토양에 탄소를 첨가하기 위해; 및/또는 탄소 크레딧(credit) 획득 제조 방법을 제공한다.
일부 실시예들에서, 저탄소 강도 연료를 위한 공급 원료의 제조에 사용하기 위한 곡물을 제조하는 방법은 다음과 같은 방법을 포함한다:
a. 중단 기간(intervening fallow period) 없이 순차적 작물 생산을 위해 상기 첫 번째 작물의 수확과 함께 또는 수확 직후에 상기 브라시카 카리나타 품종을 재배하는 단계;
b. 화석 연료 투입량의 사용을 줄이고 상기 브라시카 카리나타 바이오 매스에 의한 대기 탄소 포집을 최대화하기 위한 토지 관리 관행을 구현하는 단계;
c. 상기 브라시카 카리나타 품종을 수확하여 곡물을 얻는 단계;
d. 상기 브라시카 카리나타 품종에서 상기 곡물을 제외하고 모든 식물 재료의 약 70% 내지 약 90%를 토양으로 돌려보내는 단계;
e. 상기 곡물을 가공하여 오일 및 밀 프렉션(meal fractions)을 회수하는 단계, 및
f. 상기 오일을 저탄소 강도 연료로의 오일 및 가축을 위한 고 단백질 사료 첨가제로의 밀(meal)로 전환하는 단계.
다른 실시예들에서, 다음이 제공된다:
1. a. 첫 번째 작물을 교체하거나 휴경지를 대체하여 브라시카 카리나타 (Brassica carinata) 품종을 두 번째 작물로 재배하는 단계;
b. 화석 연료 투입량의 사용을 줄이고 상기 브라시카 카리나타 품종의 식물 재료에 의한 대기 탄소 포집을 최대화하기 위한 토지 관리 관행을 구현하는 단계;
c. 상기 브라시카 카리나타 품종을 수확하여 곡물을 얻는 단계; 및
d. 상기 브라시카 카리나타 품종에서 상기 곡물을 제외하고 모든 식물 재료의 약 70% 내지 약 90%를 토양으로 돌려보내는 단계;를 포함하는
브라시카 카리나타 재배 방법.
2. 제1실시예에 있어서, 중단 기간(intervening fallow period) 없이 순차적 작물 생산을 위해 상기 첫 번째 작물의 수확과 함께 또는 수확 직후에 상기 브라시카 카리나타 품종을 재배하는 단계를 더 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
3. 제1실시예 또는 제2실시예에 있어서, 상기 수확된 곡물을 가공하여 오일을 추출하고 밀 프랙션(meal fraction)을 생성하는 단계를 더 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
4. 제3실시예에 있어서, 저탄소 강도 바이오 연료(low carbon intensity biofuel)를 생성하기 위한 공급원료로서 상기 오일을 사용하는 단계를 더 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
5. 제4실시예에 있어서, 상기 저탄소 강도 바이오 연료는 화석 연료 공급원료로부터 생성된 상응하는 연료의 탄소 강도 값에 비해 약 50 내지 약 200g CO2eq/MJ 만큼 감소된 탄소 강도 값을 갖는 브라시카 카리나타 재배 방법.
6. 제4실시예에 있어서, 생산 라이프사이클 동안 상기 저탄소 강도 바이오 연료의 생성으로 인한 GHG 배출이 화석 연료 공급원료에서 상응하는 연료의 생성으로 인한 GHG 배출에 비해 약 60% 내지 약 400% 감소되는 브라시카 카리나타 재배 방법.
7. 제3실시예에 있어서, 상기 밀 프랙션으로부터 가축 생산을 위해 단백질이 풍부한 사료 첨가제를 생성하는 단계를 더 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
8. 제1실시예 내지 제7실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 브라시카 카리나타의 수확 직후 또는 그에 수반되는 중단 기간 없는 상기 브라시카 카리나타가 아닌, 상기 첫 번째 작물과 동일하거나 상기 첫 번째 작물과 상이할 수 있는 새로운 작물을 심는 단계를 더 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
9. 제1실시예 내지 제8실시예 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 방법은 토양의 탄소를 격리시키는 단계를 더 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
10. 제1실시예 내지 제9실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 방법은 토양에서 연간 헥타르(hectare) 당 약 0.5 내지 약 5 톤의 CO2 를 격리시키는 브라시카 카리나타 재배 방법.
11. 제1실시예 내지 제10실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 토지 관리 관행은 경작 금지, 저 경작(low-tillage) 또는 중 경작(medium-tillage)인 브라시카 카리나타 재배 방법.
12. 제1실시예 내지 제11실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 토지 관리 관행은 동일한 재배 환경에 대한 다른 종자 작물에 요구되는 정상 관개(irrigation)량과 비교하여 관개를 제거하거나 관개를 감소시키는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
13. 제1실시예 내지 제12실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 토지 관리 관행은 성장 환경을 위한 브라시카 카리나타에 대한 권장량의 질소 비료에 비해 무기 질소 비료의 사용을 감소시키는 단계를 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
14. 제13실시예에 있어서, 상기 성장 환경에서 질소 비료의 사용을 브라시카 카리나타에 대한 권장량의 질소 비료의 약 40% 내지 100%로 감소시키는 단계를 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
15. 제13실시예에 있어서, 상기 성장 환경에서 질소 비료의 사용을 브라시카 카리나타에 대한 권장량의 질소 비료의 약 40% 내지 90%로 감소시키는 단계를 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
16. 제13실시예에 있어서, 상기 성장 환경에서 질소 비료의 사용을 브라시카 카리나타에 대한 권장량의 질소 비료의 약 50% 내지 70%로 감소시키는 단계를 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
17. 제1실시예 내지 제12실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 토지 관리 관행은 브라시카 카리나타 재배에 필요한 질소 비료의 약 20% 내지 약 100%를 제공하기 위해 분뇨를 사용하는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
18. 제1실시예 내지 제12실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 토지 관리 관행은 브라시카 카리나타 재배에 필요한 질소 비료의 약 30% 내지 약 90%를 제공하기 위해 분뇨를 사용하는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
19. 제1실시예 내지 제12실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 토지 관리 관행은 브라시카 카리나타 재배에 필요한 질소 비료의 약 40% 내지 약 80%를 제공하기 위해 분뇨를 사용하는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
20. 제1실시예 내지 제12실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 토지 관리 관행은 브라시카 카리나타 재배에 필요한 질소 비료의 약 50% 내지 약 75%를 제공하기 위해 분뇨를 사용하는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
21. 제17내지 제20실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 분뇨는 닭 찌꺼기(litter), 소 분뇨 또는 양 분뇨인 브라시카 카리나타 재배 방법.
22. 제1실시예 내지 제21실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 브라시카 카리나타 품종은 일반적으로 딸어 떨어진 채 땅에서 자라는 브라시카 카리나타 재배 방법.
23. 제1실시예 내지 제22실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 토지 이용 변화가 최소이거나 없는 브라시카 카리나타 재배 방법.
24. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물이 콩과 작물(leguminous crop)인 브라시카 카리나타 재배 방법.
25. 제24실시예에 있어서, 상기 콩과 작물이 빈(bean), 완두콩, 렌틸(lentil), 콩(soybean), 땅콩, 또는 알팔파(alfalfa)인 브라시카 카리나타 재배 방법.
26. 제24실시예에 있어서, 상기 콩과 작물이 땅콩, 렌틸(lentil), 또는 콩(soybean)인 브라시카 카리나타 재배 방법.
27. 제1실시예 내지 제23실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물이 곡물 작물인 브라시카 카리나타 재배 방법.
28. 제27실시예에 있어서, 상기 곡물 작물이 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 옥수수인 브라시카 카리나타 재배 방법.
29. 제27실시예에 있어서, 상기 곡물 작물이 밀 또는 옥수수인 브라시카 카리나타 재배 방법.
30. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물이 면화 또는 참깨(sesame)인 브라시카 카리나타 재배 방법.
31. 제1실시예 내지 제30 실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 성장 환경은 열대 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
32. 제1실시예 내지 제30 실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 성장 환경은 열대 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 여름 또는 가을에 수확을 위해 봄에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
33. 제31실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물이 면화 또는 참깨(sesame)인 브라시카 카리나타 재배 방법.
34. 제30실시예 또는 제31실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물이 콩과 작물 또는 곡물 작물인 브라시카 카리나타 재배 방법.
35. 제34실시예에 있어서, 상기 콩과 작물은 땅콩, 렌틸(lentil) 또는 콩인 브라시카 카리나타 재배 방법.
36. 제34실시예에 있어서, 상기 곡물 작물은 옥수수 또는 밀인 브라시카 카리나타 재배 방법.
37. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물은 콩과 작물이고, 상기 성장 환경은 온난하고 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
38. 제37실시예에 있어서, 상기 콩과 작물은 땅콩, 렌틸, 또는 콩인 브라시카 카리나타 재배 방법.
39. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물은 곡물 작물이고, 상기 성장 환경은 온난하고 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 가을 또는 겨울에 수확을 위해 봄 또는 여름에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
40. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물은 곡물 작물이고, 상기 성장 환경은 온난하고 건조한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
41. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물은 곡물 작물이고, 상기 성장 환경은 쿨(cool)한 온화한 건조 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 여름 또는 가을에 수확을 위해 봄에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
42. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물은 곡물 작물이고, 상기 성장 환경은 쿨(cool)한 온화한 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 여름 또는 가을에 수확을 위해 봄에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
43. 제1실시예 내지 제23실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 첫 번째 작물은 곡물 작물이고, 상기 성장 환경은 열대 건조 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
44. 제39실시예 내지 제43실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 곡물 작물은 옥수수 또는 밀인 브라시카 카리나타 재배 방법.
45. 제1실시예 내지 제44실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 방법은 토양에서 약 0.5 내지 약 5톤의 CO2 /ha/년의 격리를 초래하는 브라시카 카리나타 재배 방법.
46. 제1실시예 내지 제45실시예 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 수확이 콤바인 수확기에 의한 것인 브라시카 카리나타 재배 방법.
47. 제46실시예에 있어서, 상기 수확이 다이렉트 컴바이닝(direct combining)에 의한 것인 브라시카 카리나타 재배 방법.
도 1은 BioGrace GHG 배출량 계산기의 "well to tank(월 투 탱크)" 시스템 경계 내에 있는 재배 된 브라시카 카리나타 곡물에서 HVO (수소 처리 된 식물성 오일) 생산 단계를 보여준다. 처음 세 단계의 할당 계수는 0.613이다. HVO의 수율은 0.58 MJ / MJ 카리나타 종자이다.
하기의 설명, 실시예 및 표에서, 다수의 용어가 사용된다. 본 발명의 명확하고 일관된 이해를 돕기 위해, 다음의 정의가 제공된다.
바이오 연료는 화석 공급원에서 유래한 연료와 대조적으로 생물학적 (식물, 동물 또는 박테리아) 탄화수소 공급원에서 유래 한 공급 원료에서 생산된 연료이다. 바이오 연료의 종류는
a. 1 세대 : 일반적으로 1 세대 바이오 연료는 식품 작물에서 얻은 바이오 매스, 예를 들어 전분과 설탕의 발효에서 생성 된 에탄올 또는 식용 식물성 오일의 에스테르 교환 반응에서 생성 된 바이오 디젤에서 추출 된 바이오 연료이다.
b. 2 세대 : 2 세대 바이오 연료는 전용 비 식품 에너지 작물의 바이오 매스 또는 식품 작물의 수확 잔류 물에서 파생 된 공급 원료로 만들어진 것이다. 전자는 자트로파 (jatropha)와 같은 전용 에너지 작물의 원료 오일이며, 후자는 옥수수 난로의 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스, 사탕 수수 사탕 수수 등을 포함한다.
c. 고급 또는 3 세대 바이오 연료 : 조류 공급 원료로 생산된 바이오 연료.
바이오 매스는 일반적으로 살아있는 유기체 또는 최근에 살아있는 유기체를 포함하는 유기 유래 물질로 정의된다. 지상 식물 바이오 매스는 샘플링시 토양 표면 위에있는 식물의 일부와 관련된 전체 바이오 매스를 포함한다. 마찬가지로, 지하 식물 바이오 매스는 샘플링시 토양 표면 아래에 있는 식물의 일부와 관련된 전체 바이오 매스를 포함한다. 총 식물 바이오 매스는 샘플링시 지상 바이오 매스 및 모든 지하 바이오 매스의 합으로 정의된다.
탄소 강도 (CI)는 연료 단위가 연소 될 때 진화된 에너지와 비교하여 전체 수명주기 동안 단위 연료 양에 의해 생성 된 온실 가스 (GHG)의 양을 지칭한다. 온실 가스 생산량은 전체 수명주기 분석 (LCA)에 의해 결정되며, 이는 연료 생산 및 활용 단위로 배출되는 모든 온실 가스 배출량을 열거한다. 바이오 연료의 경우 농작물 재배 및 수확 된 물질 운송, 수확 된 물질의 연료 공급 원료로의 전환, 공급 원료의 운송 및 저장, 공급 원료로부터 연료 생산, 저장으로 인해 발생하는 모든 배출물 및 연료의 최종 사용까지 연료의 분배가 여기에 포함된다. CI는 연료에 포함 된 에너지 단위당 배출되는 이산화탄소 당량 온실 가스의 질량으로, 생성된 에너지의 메가 줄 (gCO2e / MJ) 당 이산화탄소 당량 (g) 단위로 보고된다.
카리나타는 브라시카 니그라 (Brassica nigra)로부터의 B 게놈 및 브라시카 올레라케아 (Brassica oleracea)로부터의 C 게놈 둘 다를 함유하는 브라시카 카리나타 종의 종자 또는 식물을 지칭한다 (Nagahuru, 1935).
곡물 또는 곡물 작물 (들)은 보리, 옥수수, 귀리, 쌀, 호밀 및 밀을 포함하지만 이에 제한되지 않는 그레인 을 위해 재배되는 풀(grasses)에 적용되는 용어이다.
여기에서 사용된, 기후대, 기후(climatic)지역, 기후는 과거 평균 기온, 강수량 및 계절적 변화의 유사성에 근거하여 지역을 묘사하는 지표면의 지리적 구분을 의미하는 용어이다. 본 출원에 사용된 기후대는 “2009 년 2 월 28 일 EC / 2006 / EC에 대한 부속서 V의 목적을 위한 토지 탄소량 계산 지침에 관한 2010 년 6 월 10 일위원회 결정” 이라는 제목의 EU 문서에 기술 된 기후대에서 파생된 것이다. 차례는 IPCC에 의해 설정된 기후 지역을 기반으로 한다(국가 온실 가스 인벤토리 프로그램에 대한 IPCC 2006, 2006 IPCC 가이드 라인, 국가 온실 가스 인벤토리 프로그램, Eggleston HS, Buendia L., Miwa K., Ngara T. 및 Tanabe K. (eds). 게시 : IGES, 일본.). 이 구역은 고도, 연평균 기온 (MAT), 연평균 강수량 (MAP), 연평균 강수량 대 잠재적 인 증발 수송비 (MAP : PET) 및 서리 발생의 공통점을 기준으로 정의된다. 12개의 기후 지역이 있다 : 열대 몬테네; 열대 습식; 열대 습윤; 열대 건조; 온난 온화한 습윤; 온난 온화한 건조; 쿨(Cool) 온화한 습윤; 아한대 습윤; 아한대 건조; 극지 습윤; 및 극지 건조(하기 표2에 기재됨).
Figure pct00002
Figure pct00003
결합은 성숙 작물에서 시드 포드를 수확 및 수집하고, 시드 포드를 타작하여 시드 (곡물)를 방출하고, 현재 비어있는 시드 포드, 줄기 및 가지 (통합적으로)에서 곡물을 분리하고 회수하는 과정을 말한다(통칭하여chaff라고 함). 이러한 한 번의 별개의 작업은 오늘날 "결합"수확기로 적절히 알려진 다기능 기계화 장치를 사용하여 종종 "결합"된다.
덮개 작물은 토양을 풍부하게 하거나 개선하기 위해 주로 자라는 연간 식물이다. 그들은 뿌리 작물 뿌리 영역에서 영양분의 침식과 침출로 인한 토양 분해를 방지함으로써 작용한다. 또한 토양 수분을 보존하고 토양 영양소를 유지하기 위한 저장소 역할을 하며 탄소 함량을 증가시켜 토양 구조를 개선하며 식물 병원균의 지속성을 막기 위한 질병 중단 역할을 한다. 자연적으로, 덮개 작물은 다음 시즌 작물의 성장을 지원할 수 있는 토양을 보존하거나 개선하기 위해 한 시즌 동안 심어진다. 일반적으로, 덮개 작물은 식품, 연료 또는 섬유의 생산에 사용될 수 있는 능력과 같은 고유의 경제적 가치를 갖는 수확 가능한 물질을 생산할 것으로 기대하여 재배되지 않는다. 오히려 덮개 작물에 의해 생산된 식물 물질은 일반적으로 수명주기 동안 또는 수명이 끝날 때 토양에 통합된다. 반대로 브라시카 카리나타는 농작물뿐만 아니라 토양에도 유사한 이점을 제공하면서, 농민들에게 직접적인 경제적 수익을 제공하며, 바이오 연료 생산에 사용되는 공급 원료 및 동물 사료 응용 분야에 사용될 수 있고 제공하는 단백질이 풍부한 식사로 가공될 수 있는 오일을 풍부한 곡물로 수확하기 위해 재배된다.
재배 : 재배는 작물을 심고 유지하고 수확하는 조건을 말한다. 카리나타의 경작 요소는 다음과 같다:
a. 파종 시기: 카리나타는 다른 겨자 유형보다 약간 더 긴 계절을 필요로 하는 중장기 작물이다. 따라서 초기 파종이 최상의 결과를 제공한다. 이상적인 파종 날짜는 지리와 날씨에 크게 좌우된다. 그러나 일반적으로 심기 전에 토양은 40 F 이상이어야 한다.
i. 캐나다 대초원과 미국 북부 계층 : 전형적인 재배는 4 월 초에서 5 월 말까지 봄에 이루어진다.
ii. 미국 남동부 : 전형적인 재배는 10 월에서 12 월 사이에 가을에 발생한다.
iii. 남아메리카 (우루과이) : 최적의 재배 시간은 가을 또는 겨울 (즉, 일반적으로 5 월 초에서 6 월 말 사이)에 발생한다.
b. 파종: 토양 유형과 이전 작물 역사는 묘상(seedbed)를 준비하는 데 필요한 경작 유형에 영향을 미친다. 경작을 줄이거나 최소일 경우 물 절약, 토양 유기물, 연료 효율 및 침식 제어가 증가할 수 있다. 카리나타는 통상적으로 또는 최소한 경작된 토양에 심을 수 있거나, 스탠딩 염(standing stubble)에 심을 수 없을 때까지 심을 수 있다. 파종은 평방 미터당 80-180 개의 식물 범위에서 식물 밀도를 달성하도록 설계된 속도로 수행된다. B. 카리나타는 0.5 내지 5.0 cm의 일정한 깊이, 예를 들어 1.35 내지 2.5 cm의 깊이로 파종될 수 있다.
c. 비료 : 카리나타의 생식 요건은 다른 겨자 및 카놀라와 유사하다. 진정한 수율 잠재력을 달성하기 위해서는 질소, 인, 칼륨 및 황의 적절한 가용성이 필요하다. 분뇨는 특정 토양 조성에서 브라시카 카리나타의 성장에 권장되는 무기 질소의 일부 또는 전부를 대체하기 위해 유기 질소 공급원으로 사용될 수 있다. 비료 비율은 재배 지역과 토양 비옥도에 따라 다르다.
d. 경작 : 카리나타는 통상적 경작 토양에 심어질 수 있으며, 여기서 기존 경작 또는 완전 경작은 파종 시 토양 표면에 식물 잔류 물이 거의 남지 않도록 연간 수 차례 반복되는 실질적인 토양 인버젼(inversion)을 포함한다. 대안적으로, 카리나타는 보존 경작 관행에 따라 유지되는 토양에 심을 수 있고 이에 따라 경작의 정도와 빈도는 기존 경작 (소위 경운 또는 저 토양 토양 관리)과 관련하여 실질적으로 줄어든다. 각 경운 관행에 대한 자세한 설명은 하기에 토지 관리 관행의 정의에서 제공된다.
e. 습도 : 양호한 스탠드(stand) 구축을 위해, 카리나타는 파종 및 이머전시(emergence)를 통해 적절한 토양 수분을 요구하지만 그 이후 감소된 수분을 견딜 수 있으며 캐나다 남부 초원의 반-건조 한여름 조건에서 잘 견딜 수 있다.
f. 온도: 카리나타는 온화한 기후 작물이지만 캐나다 남부의 대초원과 미국 북부의 주에서 경험하는 더 극단적인 조건에 적응했다. 초기 스탠드(stand) 형성 동안, 카리나타는 단기적인 서리 조건에서 회복할 수 있으며 개화 및 종자 세트에서 다른 브라시카 오일 시드보다 더 높은 열을 견딜 수 있다.
g. 제초제: 카리나타는 공격적인 농작물이며 잘 확립되면 많은 잡초를 능가 할 것이다. 그러나 일부 잡초 종은 조기에 확립되고 지속될 수 있으면 카리나타를 포함한 모든 작물의 품질과 수확량에 영향을 줄 수 있다. 카리나타 수율과 품질에 악영향을 줄 수있는 잡초의 예에는 코키아, 야생겨자 및 야생무가 포함된다. 잡초 관리는 따라서 현대 농업 관행의 중요한 측면이며 몇 가지 상이하지만 예를 들어 잡초 종을 억제하거나 죽이는 화학 작용제 또는 제초제 사용뿐만 아니라 들판 재배, 경작 및 도발과 같이 설립되기 전에 및/또는 그들의 씨앗을 세트(set)하고 배출전에 잡초를 제거하는 물리적 방법 포함하는 보완적인 접근 방식으로 구성된다. 제초제는 일종의 살충제이며 식물의 성장과 생존을 막는 방식으로 식물의 특정 생물학적 과정을 방해하는 많은 화합물을 포함한다. 제초제는 상호 작용하는 생물학적 과정에 의해 정의된 등급으로 분류된다. 이들은 지질 생합성 억제, 아미노산 생합성 억제, 식물 성장 호르몬 조절, 광합성 억제, 질소 대사 억제, 식물 색소 생합성 또는 기능 억제, 세포막을 방해 할 수있는 작용제 및 묘목 성장을 억제하는 작용제(Sherwani et al. , 2015)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 상이한 화합물 및 제초제 부류는 특정 잡초 종에 대해 다양한 정도의 효능을 나타낼 수 있다. 또한 일부 농작물 종은 다른 종보다 특정 부류의 제초제에 내성을 보일 수 있다. 따라서, 특정 지리적 지역에서, 잡초 방제를 위한 특정 제초제의 사용은 재배되는 작물의 특성 및 이 지역에서 마주치는 잡초에 의해 지시될 수 있다. 따라서 특정 제초제는 성능 기록과 작물 수확량에 큰 영향을 미치지 않으면서 관련 잡초를 방제할 수 있는 입증된 능력을 바탕으로 작물에 사용하도록 등록된 것으로 지정될 수 있다. 또한 등록된 용도는 권장 제초제 농도, 적절한 희석제, 보조제, 계면 활성제 등의 사용, 전달 방법(즉, 스프레이 대 과립), 작물 손상을 최소화하기 위한 적절한 작물 단계에서의 적용시기, 적용시기 및 적용 횟수 최적의 잡초 방제, 적용 위치 (포리아(foliar) 또는 토양 적용), 최적의 잡초 방제를 위한 권장 기상 조건 보장을 포함하는 제초제의 특정 적용 방법을 명시한다. SE USA에서 재배한 브라시카 카리나타와 함께 사용하도록 권장되는 제초제의 일부예가 나와 있다 (https://agrisoma.com/ckfinder/userfiles/files/2017_18_SE_Handbook.pdf).
전술한 것은 예로서 인용되었으며 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
h. 살균제는 병원성 곰팡이에 의한 식물 감염의 심각성을 예방하거나 감소시킬 수있는 다양한 화학제를 포함하는 한 종류의 살충제를 구성한다. 제초제의 경우와 마찬가지로 수많은 종류의 살균제가 있다. FRAC (Fungicide Resistance Action Committee; http://www.frac.info/home)는 클래스 내 살균제가 목표로하는 다양한 생화학적 경로와 알 수 없는 동작 모드를 가진 살균제로 구성된 13 번째 클래스를 기준으로 12 개의 클래스를 나열한다. 살균제는 또한 전달 방식과 작용 부위에 의해 구별된다: 일부 살균제는 식물 표면에 뿌려지는 반면, 다른 살균제는 세분화된 형태로 또는 토양 표면에 침수되는 액체로 토양 표면에 도포된다. 토양에 적용되는 살균제는 뿌리를 통해 흡수되는 경향이 있으며, 목질을 통해 모든 식물 조직으로 운반된다. 포리아(foliar)가있는 살균제는 국소적일 수 있다 - 즉, 접촉하는 표면만 체계적으로 보호 - 즉, 상부 식물 표면에 흡수된 다음 xylem 의해 모든 지상 조직으로 또는 부분적으로 전신으로 운반된다. - 즉, 이들은 국소적으로 흡수될 수 있지만 살균제 접촉의 초기 지점보다 다소 넓은 표면을 보호하기 위해 단거리로만 운반될 수 있다. 또한, 제초제의 경우와 같이, 살균제 등록 시스템이 존재하는데, 이는 특정 살균제 사용이 가장 효과적이고 안전한 것으로 밝혀진 특정 농작물 및 곰팡이 질병 응용으로 제한된다. 브라시카 오일 시드 작물의 곰팡이 질병은 수확 곡물의 수확량과 품질을 감소시킬 수 있다. 곰팡이 병원체 감염의 본질과 심각도에 따라, 그 영향은 경미한 것에서 완전한 작물 손실까지 다양하다. 살균제는 곰팡이 감염으로 인한 손실의 위험을 완화하는 데 도움이 될 수 있지만, 살균제 스프레이 비용은 비용 편익과 위험 평가 유형 분석이 진행하기로 결정하기 전에 수행할 만큼 충분히 중요하다. 브라시카 및 겨자씨의 경제적으로 중요한 곰팡이 질병의 예는 다음과 같다.
i. Sclerotinia 줄기 부패(rot)는 포자가 꽃이 피는 단계에서 주로 브라시카에 감염되고 발생률이 습도가 높은시기와 관련된 곰팡이에 의해 발생한다. 줄기에 병변이 형성되어 결국 식물을 죽일 수 있다. 감염의 중증도를 제어할 수 있는 살균제를 사용할 수 있지만 최상의 효과를 위해서는 식물 수명주기의 특정 기간 (즉, 초기에서 중간에 꽃이 피는시기)에 적용해야 한다. 종종 이 시간 내에 여러 응용 프로그램이 필요하다.
ii. Alternaria는 브라시카스의 곰팡이 질병으로, 초기 묘목에서 성숙에 이르기까지 모든 성장 단계에서 식물에 영향을 미치지만 성숙한 식물은 더 취약하다. 가장 큰 경제적 영향은 곡물 생산량과 품질에 있다. 개화 후기 말기의 살균제 살포는 곡물 수확량 및 품질에 대한 질병의 더 해로운 영향을 완화시키는 효과적인 방법이다.
iii. Blackleg는 브라시카 오일 시드 작물의 곰팡이 질병이며 모든 단계에서 식물을 감염 시키지만 초기 단계 감염은 가장 심각한 결과를 낳고, 종종 아래쪽 줄기에 괴사성 병변이있는 식물에서 거의 바닥에서 식물을 절단할 수 있다. 살균제는 부분적으로 만 효과적이며, 초기 식물 생장 단계에서 적용될 때 약간의 보호 효과가 있다.
iv. Clubroot 는 브라시카 오일 시드 작물의 뿌리에 영향을 미치는 토양 매개 곰팡이다. 포자는 토양에서 장기간 지속될 수 있으며 현재 효과적인 살균 처리는 없다. 관리자는 브라시카 파종 빈도를 제한하는 회전을 사용해야 할 수도 있다.
i. 살충제는 곤충에 의한 작물 종의 포식으로 인한 작물 손실을 감소시키거나 제거하도록 설계된 제 3 그룹의 살충제 화합물이다. 제초제 및 살균제와 같이 살충제는 작용 방식과 그들이 목표로하는 생화학적 경로에 따라 분류된다. 살충제 저항 행동위원회 (IRAC; http://www.irac-online.org)에 의해 주장된 한 분류 체계 (IRAC MoA)는 살충제 화합물이 목표로 하는 일반적인 생화학적 과정과 경로로 분류된 29 가지 종류의 살충제를 열거한다. 제초제 및 살균제와 같이 살충제 기능과 지속성은 작용 부위, 즉 식물 표면에서만 작용하는지 또는 전신 작용제인지에 따라 영향을 받을 수 있다. 일부 곤충이 식물 해충을 방제하고, 식물 수분 조절제 역할을하며 토양의 영양분 함량에 따라 살충제는 무차별적으로 적용되는 것이 아니라 원하는 목표 종에 가능한 한 많은 작용을 제한하는 방식으로 사용하는 것이 중요하다. 따라서, 적용시기, 적용량 및 경로, 사용된 살충제 유형 및 사용되는 작물에 대한 제한과 같은 양식은 모두 안전성 및 효능을 보장하기 위한 수단으로서 살충제의 등록된 사용 기준에 모두 포함된다. 아래는 브라시카와 겨자씨 종자 작물의 수확량과 곡물 품질에 중대한 부정적인 영향을 미칠 수 있는 곤충 종의 예이다:
j. 벼룩 딱정벌레는 잎과 줄기에 먹이를 주는 브라시카 오일 시드와 겨자 작물의 매우 일반적인 해충이다. 벼룩 딱정벌레가 작물 개발의 초기 단계에 존재할 때, 그것은 작물 스탠드를 심하게 가늘게 하여 궁극적으로 곡물 수확량에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 초기 단계 감염을 제어하는 데 효과적인 포리아(foliar) 스프레이로 적용할 수 있는 살충제 제품이 있다.
k. 성충 다이아몬드 나방은 브라시카 오일 시드와 겨자 잎의 표면에 알을 낳고 부화하면 결과적인 유충이 작물의 잎과 줄기를 공격한다. 나중 단계에서 부화한 알의 유충은 종자 꼬투리도 먹는다. 가장 영향을 미치는 침입은 나방의 수명주기가 전형적인 브라시카 오일 시드 작물 시즌 동안 세대까지 허용될 수 있기 때문에 초기 식물 단계에서 시작되는 것이다. 이러한 경우 살충제 처리는 유충이 처음 관찰되는 계절의 초기 단계에서 적용될 때 가장 효과적이다.
l. 성충과 애벌레 양배추 종자 바구미는 대부분 개화 및 종자포드(Seedpod) 개발을 손상시켜 브라시카 지방 종자 작물에 심각한 피해를 줄 수 있다. 성충은 꽃 봉오리를 먹여 심하게 약화시키고 열로 인한 손상과 손실에 더 취약하다. 성충은 알을 씨앗 꼬투리에 넣고 애벌레는 발달하는 씨앗을 먹는다. 유충이 성충이 되면 성숙된 포드(pod)에서 포드벽을 통해 씨앗을 계속 공급한다. 조기 개화 단계에서의 살충제 적용은 2 차 침입으로의 진행을 중단하기 위해 1 차 침입을 제어해야 한다.
m. 종자 처리: 종종, 특정 살 진균제 및 살 곤충제는 화학 작용제 및 결합제와 함께 제제화되어 종자의 표면에 적용될 수있는 조성물을 형성할 수 있다. 이 종자 처리는 종자 표면에 안정적인 코팅을 형성한다. 그 결과 처리된 종자는 포장되어 농부에게 판매될 수 있다. 종자가 심어질 때, 살균제 및 살충제는 최적의 선량으로 존재하여 식물이 가장 취약하고 식물이 더 활발한 스탠드를 형성할 수 있게 함으로써, 신생 식물이 이른 시즌 곤충 및 곰팡이 침입에 견딜 수 있게 한다. 이점은 작물 수확량 잠재력을 향상시키고 초기 스프레이에 대한 요구량을 줄이는 것이다.
배출 강도는 특정 활동의 강도에 대한 주어진 소스에서 주어진 오염 물질의 평균 배출 속도이다. 특정 예로서 탄소 강도는 에너지 생산 중(MJ로 표시)에 방출되는 탄소의 양(종종 CO 2g으로 표시됨)이다.
휴경은 농지가 집중적으로 재배된 기간이 지난 후 한 번 이상의 재배 계절 동안 농작물이나 식량으로 농작물 불모지를 남기는 농업 관행을 말한다. 휴경의 목표는 다음 시즌에 수확량을 높일 가능성을 높이는 것이다.　휴경기는 농부가 필드에서 잡초 문제를 해결할 수있는 기회를 제공한다. 잡초는 휴경지에서 자라게 한 다음 물리적 수단이나 제초제 처리를 통해 근절될 수 있다. 이것은 휴경 기간 동안 여러 번 반복될 수 있으므로 잡초 종자 은행의 고갈은 사전 종자, 작물 내 및 수확 후 조치를 사용하는 것보다 더 효과적으로 달성될 수 있다. 휴경 기간은 토양이 수분을 축적하여 이전 작물에 의해 고갈된 수분을 대체함으로써 토양에 이로울 수 있습니다. 경작 중에 식물 잔류물과 이전 작물의 뿌리에서 나온 유기 물질을 더 철저히 분해하여 구조와 영양분 함량을 개선함으로써 토양에 더 유리다. 휴경 기간은 또한 토양 미생물 군과 다른 토양 유기체가 그 수를 보충할 수 있게하는 반면, 작물 생산의 중단은 또한 작물 종을 숙주로 하는 특정 식물 병원체의 고갈을 허용할 수 있다. 작물 회전에 내장된 휴경 기간은 후속 작물 및 향후 작물의 건강 및 수확량에 상당한 이점을 가질 수 있음을 당업자는 이해하지만, 또한 단기적으로 휴경지가 농부에게 캐시(cash) 작물로부터 경제적 수익을 얻을 수 있는 기회를 제공하지는 않는다는 것이 이해된다. 대조적으로, 경작지 대신에 덮개 작물로서 브라시카 카리나타 재배는 전술한 많은 토양 및 회전 이점을 제공할 수 있지만, 농부에게 귀중한 오일 시드 곡물의 수확으로부터 상당한 경제적 복귀 가능성을 제공할 수 있는 추가 이점을 제공할 수있다. 휴경지 대신에 덮개 작물로서 브라시카 카리나타 재배는 저탄소 강도 바이오 연료 생산 및 공급 원료를 제공하며 상당한 양의 탄소를 포획하여 토양으로 옮겨 수명주기 GHG 배출을 상쇄할 수 있는 기회를 제공함으로써 환경에 이롭다.
본원에 사용된 공급 원료는 오일 시드의 파쇄로부터 유래되고 특정 방법을 통해 바이오 연료를 생산하기에 적합하고 충분한 1 차 원료로 만들기 위해 급격한 정제를 거친 오일을 지칭한다.
비료 (무기 비료, 화학 비료, 광물질 비료)는 재배된 식물과 작물의 성장, 수확량 및 성능을 최적화하기 위해 기존 토양 기반 영양소를 보충하기 위해 농부/생산자가 토양에 첨가한 영양소이다. 질소 (N), 인 (P) 및 칼륨 (K)은 비료의 주요 원소 다량 영양소 성분이다. 화학 비료로 일반적으로 사용되는 화학 성분에는 다음이 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다:
·질소 비료: 암모니아 (NH3), 질산나트륨 (NaNO3), 질산암모늄 (NH4NO3), 질산칼슘 (Ca(NO3)2NH4NO3), 모노암모늄포스페이트 또는 MAP (NH4H2PO4), 인산디암모늄 또는 DAP ((NH4)2HPO4), 및 우레아 (CO(NH2)2).
·인 비료: 오산화인 (P2O5), 과인산 또는 OSP (인산모노칼슘 또는 Ca(H2PO4)2), 인산암, MAP 및 DAP
·칼륨 비료: 칼륨, 산화 칼륨 (K2O), 염화칼륨 (KCl), 질산 칼륨(KNO3), 황산 칼륨 (K2SO4), 인산 모노-칼륨 (KH2PO4), 및 인산 디-칼륨(K2HPO4).
비료에서 N, P 및 K의 화학적 형태는 다양할 수 있지만, 세 가지 원소의 다른 형태를 포함하는 비료 간의 비교를 허용하기 위해 비율은 다음과 같이 표준화된다. 질소 함량은 원소 질소로 표시되고, 인 함량은 P2O5 당량으로 표시되며, 칼륨 함량은 K2O 당량으로 표시된다. 전환 계수는 다른 미네랄 형태의 무게가 적절한 표준 무게로 변환될 수 있게 한다. 파종 전에 기존 영양분 함량에 대한 토양 테스트는 최적의 비료 적용 수준을 결정하는 가장 신뢰할 수있는 방법이다. 농작물 요구 사항 및 토양 영양분 함량을 기준으로 요구되는 수준 이상의 비료를 과도하게 적용하는 것은 여러 가지 이유로 권장되지 않는다. 과도한 비료를 적용하여 발생하는 추가 비용은 종종 비용을 충당하기 위해 작물 수확량을 증가시키는 것으로 해석되지 않는다. 또한 과도한 영양소는 작물 성장에 해로운 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 브라시카 오일 시드 작물을 볼팅(bolting) 후 과도한 질소는 개화 및 종자 세트를 희생시키면서 포라지(foliage)가 자랄 수 있다. 또한, 과량의 질소 기반 비료는 수면에서 침출된 재료로 수계로 또는 직접 휘발을 통해 토양에서 방출될 수 있다. 이 침출 및/또는 휘발 물질은 간접 공정을 통해 N2O로 변환되어(아래 참조) GHG 배출에 기여할 수 있다. 토양에서 수면으로 침출된 과도한 질소 및 인산 비료는 담수(석류 및 강)에 들어가 충분한 수준에 도달하거나 부영양화 및 탈산 소화를 일으켜 수생 환경에 손상을 줄 수 있다.
곡물은 브라시카 카리나타와 관련하여 성숙기에 수확되어 오일과 밀(meal) 제품의 원천으로 판매되는 종자를 의미한다.
온실 가스 ( GHG )는 탄화수소 연료의 연소 또는 탄화수소 함유 제품의 휘발성 성분 방출과 같은 인위적 공급원을 통해 방출되는 가스 부산물의 하위 집합으로, 복사 태양 에너지의 대기 포획에 기여함으로써 지구 온난화를 증가시키는 역할을 한다. 주요 온실 가스는 CO2 (이산화탄소), CH4 (메탄), N2O (아산화 질소) 및 CFC (클로로플로로카본)이다. 에어로졸 추진제 및 냉매에 사용되는 화합물의 종류인 CFC의 배출은 일반적으로 직접 방출의 결과이다. N2O 배출은 탄화수소 연료의 연소 및 적용된 비료에서 방출되어 발생할 수 있다. 가장 중요한 온실 가스는 CO2, CH4 및 N2O이다. GHG는 지구 온난화 잠재력 (GWP) 또는 지구 온난화를 집중적으로 자극하는 능력으로 평가된다. 중량 기준으로 지구 온난화(지구 온난화 잠재력)에 대한 상대적 기여 측면에서 비교할 때 N2O는 CO2보다 265 배 더 강력하고 CH4는 CO2보다 28 배 더 강력하다(IPCC 5 차 평가 보고서: IPCC의 값), 2014 : 기후 변화 2014 : 종합 보고서. 기후 변화에 관한 정부 간 패널의 5 차 평가 보고서에 실무 그룹 I, II 및 III의 기여 [Core Writing Team, R.K. 파차 우리와 L.A. 메이어 (에디션)]. IPCC, 스위스 제네바, 151pp). 상기 언급된 상대 효력에 기초하여, GHG 배출은 종종 CO2 등가 방출 (CO2에 비해 에너지 생산 동안 방출된 3 개의 GHG의 효과를 조합하고 정상화)으로 표현된다.
GHG 배출과 지구 온난화에 미치는 영향은 일반적으로 화석 연료의 연소와 관련이 있지만, GHG는 바이오 매스 기반 연료의 연소에 의해 방출될 수도 있다. 후자의 경우, GHG는 광합성을 통해 식물과 작물에 의해 흡수되는 CO2에 의해 상쇄된다.
본원에서 사용된 수확 또는 거둬들이기 성장기 동안 충분히 성숙된 식물의 일부를 수집하는 작용을 지칭하고 이는 식품, 사료, 섬유질, 원료, 구조 재료 또는 식물 자체의 전파원으로서 가치를 지니고 있다. 카리나타는, 예를 들어, 기계 수확에 의해, 종자 성숙도에 도달할 때 (종자, 꼬투리 및 줄기가 녹색에서 황색으로 변하고, 종자 수분이 9.5 % 이하임)이상적으로 수확된다. 카리나타는 직선 절단으로 수확하거나 초기 단계에서 필요에 따라 스와스(swathed) 할 수 있고, 자연 건조시키거나 건조제의 도움을 받아 건조된 스와스(swath)를 결합할 수 있다. 성숙할 때 린 오버(lean over) 경향이 높은 카놀라("롯지")는 결합하기 전에 종종 "스와스(swatged)" 된다. 스와싱(Swathing)은 식물 바닥 근처에서 카놀라를 자르고 곡물이 적절한 건조 상태에 도달할 수 있도록 식물이 며칠 동안 밭에 평평하게 놓이도록하는 것을 의미한다. 건조되면 스와스(swath)를 결합하여 수확한다. 또 다른 변형은 "푸싱(pushing)"이라고하며, 이는 식물이 물리적으로 옆으로 밀려 나고 수확을 결합하기 전에 며칠 동안 건조될 수 있다는 점을 제외하면 흔들리는 것과 유사한다. 이러한 수확의 모든 변형에 대해 일반적인 최종 단계는 결합 수확이다. 그러나, 카리나타는 카놀라보다 줄기가 훨씬 튼튼하기 때문에, 카리나타 수확을 위한 바람직한 방법은 스와싱(Swathing) 또는 푸싱(pushing)보다는 직접 결합하는 것이다. 직접 결합을 통해 필드의 로우(rows)을 한 번 통과하여 수확할 수 있다. 단일 패스 수확은 연료 사용 감소로 인해 결합에 추가로 스와싱(Swathing) 또는 푸싱(pushing)가 수행되는 수확보다 적은 CO2를 생성한다.
수확 지수 (Hay, 1995)는 성숙된 식물에서 수확된 곡물의 무게와 줄기와 가지, 남은 관련 잎과 빈 종자 포드(pods) (왕겨)를 포함할 수 있는 나머지 지상 식물 물질의 무게의 비율을 측정한 것이다.
토지 이용 변경 (LUC): 환경 과학 맥락에서 사용되는 토지 이용 변경이라는 용어는 저장된 탄소의 상당한 변화를 초래하는 대기 사용의 변화와 대기 중 이산화탄소 수준 및 다른 GHG의 변화를 초래한다. LUC로 인해 CO2 및 GHG 배출이 증가하는 예에는 농업 생산에 사용할 수 있는 경작지를 늘리기위한 산림 개간과 농업 생산을 위한 경작지를 높이기 위한 초원 개간이 포함된다. 대기 CO2 및 GHG 수준의 감소로 이어지는 LUC의 예에는 이전에 경작된 토지가 자연 상태로 돌아오는 것을 허용하는 것이 포함된다.
토지 관리 관행: 이 적용의 목적상, “토지 관리 관행”이라는 용어는 주어진 토지 이용에 대해 토양 탄소, 영양분 및 수위에 영향을 미치며 대기 중 CO2 및 기타 GHG수준을 변화시킬 수 있는 관행 또는 변경을 의미한다. 이것은 다음을 포함한다: 경작의 종류 및 농작물 잔류물 처리, 특정 농작물 회전 또는 휴경기 사용 및 비료(또는 기타 투입)의 종류 및 양. 토지 관리 및 토지 입력 유형은 다음 제목의 EC 문서 표 3에서 다음을 포함한다: Directive 2009 / 28 / EC의 부록 V를 목적으로하는 토지 탄소량 계산 지침에 관한 2010 년 6 월 10 일의위원회 결정,
i. 완전 경작: 완전 역전 및/또는 빈번한 (1 년 이내) 경작 작업으로 인한 상당한 토양 교란. 식재시 표면의 적은 부분 (예: <30 %)이 잔류물로 덮여 있다.
ii. 경작 감소: 1 차 및 / 또는 2 차 경작이지만 토양 교란이 감소하고 (일반적으로 얕고 전체 토양 역전이 없음) 일반적으로 식재시 잔류물에 의해 표면이 30 % 이상을 덮는다;
iii. 미경작 (또는 경작금지): 1 차 경작이 없는 직접 파종, 파종 지역의 토양 교란이 최소화된다. 제초제는 일반적으로 잡초 방제에 사용된다;
iv. 낮은 경작 (또는 낮은 경운): 낮은 잔류물 회수는 잔류물 제거 (수집 또는 연소를 통해), 빈번한 벌채, 낮은 잔류물을 산출하는 작물 생산(예 : 채소, 담배, 면화), 미네랄 비료 또는 질소 고정 작물이 없는 경우 발생;
v. 중간 경작 (또는 중간 경운): 모든 작물 잔류물이 필드로 반환되는 곡물을 사용한 연례 작물 대표. 잔류물이 제거되면 보충 유기물 (예: 분뇨)이 추가된다. 또한 회전시 미네랄 비료 또는 질소 고정 작물이 필요;
vi. 분노가 높음: 정기적으로 동물 분뇨를 추가하는 추가 관행으로 인해 중간 탄소 투입 작물 시스템에 비해 훨씬 높은 탄소 투입량을 나타낸다; 및
vii. 분뇨가 없이 높음: 고 잔류물 수확 작물 생산, 녹색 분뇨 사용, 농작물 재배, 식물성 경작지 개선, 관개, 연간 작물 순환에서 다년생 초목의 빈번한 사용과 같이 분노가 적용되지 않는 (상기 행 참조) 추가 관행으로 인해 중간 탄소 투입 작물 시스템보다 훨씬 더 큰 작물 잔류물 투입량을 나타낸다.
콩과 식물 (또는 콩과 작물)은 Fabaceae(또는 Leguminosae)과의 식물이며 주로 곡물을 위해 재배되며; 건조된 형태를 펄스라고 한다. 콩과 식물도 사료로 재배된다. 콩과 작물의 중요한 특징은 뿌리 노듈(nodules)로 알려진 독특한 진화 구조를 가지고 있으며 공생 질소 고정 rhizobacteria에 의해 서식지화 될 수 있다. 이 공생 박테리아는 콩과 작물에 대기 질소를 암모니아로 고정시키는 능력을 부여하며, 이후 아미노산과 단백질의 생합성에서 식물에 의해 사용된다. 식물이 죽으면 단백질로 저장된 질소가 토양으로 되돌아 가서 궁극적으로 NO3로 전환되어 다른 식물이 이용할 수있게 된다.
수명주기 평가 (LCA)는 “재료 및 에너지의 투입과 산출 및 수명주기 전반에 걸쳐 제품이나 서비스 시스템의 기능에 직접적으로 관련된 관련 환경 영향을 컴파일(compiling )하고 조사하기 위한 체계적인 절차 세트”(ISO 14040.2 초안: 수명주기 평가-원칙 및 지침)이다. “LCA는 관련 입력 및 출력의 인벤토리를 컴파일하여 입력 및 출력과 관련된 잠재적 환경 영향을 평가하고 연구 목표와 관련하여 인벤토리 및 영향 단계의 결과를 해석하여 제품 (또는 서비스)과 관련된 잠재적인 환경적 측면과 잠재적인 측면을 평가하기 위한 기술이다" (ISO 14040.2 초안: 수명주기 평가-원칙 및 지침). LCA의 측면은 다음과 같다:
· 연구중인 내용, 정의 된 공정 단계를 정의하고 구분하는 기능 단위는 적절한 입력 및 출력을 지정하고 대체 연료, 연료 제조 공정 또는 공급 원료 간의 비교를 위한 기초를 제공한다.
· 특정 시스템의 분석에 포함 할 프로세스를 정의하는 시스템 경계: 운송 연료의 경우, 가장 자주 사용되는 시스템 경계는 바퀴에 잘 맞으며 원료의 추출, 가공, 운송, 저장, 분배 네트워크 및 차량 엔진의 최종 연소에서 모든 단계를 포함한다. 웰 투 휠(well to wheel) 시스템의 변형은 차량 엔진에서 연료의 연소를 제외하고 웰 투 휠(well to wheel) 시스템의 모든 단계를 포함하는 "웰 투 탱크(well to tank)"이다.
· 공정 중 하나 또는 여러 개의 부산물과 함께 주요 제품이 생산될 때 공정의 배출물을 분할하는 데 사용되는 할당 방법. 이것의 특정 예는 유종에서 개발된 바이오 연료의 유정 탱크 분석에서 발생하는 배분이다. 본원에 사용된 BioGrace 모델에서, 오일 시드의 분쇄는 오일(바이오 연료 공급 원료)뿐만 아니라 단백질이 풍부한 밀(meal) 부산물을 생성한다는 사실을 고려한다. 오일 시드를 별도의 밀 및 오일 분획으로 처리하기 전에 오일의 LHV(낮은 값)를 기준으로 오일 시드의 오일 부분과 관련된 에너지 비율을 반영하는 모든 프로세스 배출에 할당 계수가 적용된다. 오일과 밀(meal) 분획을 분리한 후 모든 에너지 사용량과 배출량은 오일에 할당되는 반면 밀(meal)은 더이상 기여하지 않는다.
본원에 사용된 저탄소 강도 바이오 연료 또는 저 CI 바이오 연료는 하나 이상의 재생 가능 연료 규정에 따라 해당 석유계 연료보다 탄소 강도가 낮은 바이오 연료이다. 예를 들어, DeJong 등의 표 1에 제시된 값을 사용하면, 낮은 CI 바이오 연료는 EU-RED에 따라 83.8g CO2 eq / MJ 미만의 CI 값을 가지며, 낮은 CI 바이오 디젤은 US RFS에 따라 91.8g CO2 eq / MJ 미만의 CI 값을 갖는다.
본원에 사용된 저 GHG 바이오 연료는 하나 이상의 재생 가능한 연료 규정에 따라 하나 이상의 LCA 모델을 사용하여 결정된 바와 같이, 해당 석유계 연료의 생산보다 GHG 배출이 더 적은 바이오 연료이다.
본원에 사용된 다량 영양소는 질소 (N), 인 (P), 칼륨 (K) 및 황 (S)을 지칭한다. 아미노산, 단백질 및 엽록소의 주요 성분인 질소는 주로 잎과 포리지(foliage)의 성장에 기여한다. DNA / RNA 폴리머, 뉴클레오 시드 전구체 및 코엔자임, 막 인지질 등에서 발견되는 인은 종자 및 과일 발달 및 성숙뿐만 아니라 뿌리 및 꽃 형성에 필요하다. 칼륨은 물의 움직임, 팽압(turgor), 개화 및 결실에 대한 중요한 조절제이다.
본원에서 사용되는 분뇨는 농업에서 유기 비료로 사용될 수있는 주로 동물 대변으로부터 유래된 유기 물질을 지칭한다. 분뇨는 토양의 박테리아, 곰팡이 및 기타 유기체에 의해 이용되는 유기물 및 질소와 같은 영양소를 첨가함으로써 토양의 비옥도에 기여한다. 대부분의 동물 분뇨는 대변으로 구성된다. 동물성 거름의 일반적인 형태는 식물성 물질(통상적으로 짚)을 포함할 수있는 농경지 거름(FYM)으로 동물의 베딩(bedding)으로 사용되어 대변과 소변을 흡수했다. 다른 동물의 분뇨는 품질이 다르며 비료로 사용할 때 다른 도포 속도가 필요다. 예를 들어, 양 분뇨는 질소와 칼륨이 높고 소 분뇨는 유기 탄소뿐만 아니라 질소의 좋은 공급원이다. 　닭 찌꺼기는 질소와 인산염 모두에 집중되어 있다.
성숙은 포드 시드 충전이 완료되고 포드 및 시드가 모든 녹색 채색을 잃고 시드 수분이 9 % 미만인 단계로 정의된다. 이 시점에서, 전부는 아니지만 대부분의 잎이 손실되고 줄기와 줄기가 모두 노랗게 변했으며 식물은 죽은 것으로 간주된다.
마이크로영양소: 주요 마이크로영양소 (N, P 및 K) 외에도 칼슘 (Ca), 마그네슘 (Mg) 및 황 (S) 및 마이크로영양소 (예 : 붕소, 구리, 철, 망간, 아연)은 또한 최적의 식물 성장 및 수율에 기여할 수 있다.
N 2 O 배출량: 관리되는 농업 토양은 CO2보다 265 배 더 강력한 온실 가스인 아산화 질소 (N2O)를 방출할 수 있다. 아산화질소는 직접 또는 간접적으로 방출될 수 있다. 미생물에 의한 토양 질소의 질산화 및 탈질화를 통해 직접 아산화질소 배출이 발생할 수 있다. 토양 질소는 합성 N 비료(요소, 암모니아 또는 질산염 기반)의 적용, 유기 비료 (점액, 분뇨)의 적용, 자연 동물 또는 가금류 폐기물 (배설물 / 소변), 식물/작물 잔류물 분해, 토양 유기물의 광물화/탈염으로부터 기원할 수 있다. 간접 아산화질소 배출은 다단계 공정에서 발생한다. 첫 번째 단계는 암모니아 또는 질산염/아질산염 (NOx) 기반 가스를 대기로 방출하는 것이다. 이러한 배출은 다음과 같은 여러 출처에서 발생할 수 있다: 합성 비료, 유기 비료 또는 동물 폐기물에서 발견되는 질소 함유 화합물의 직접 휘발; 식물 폐기물 / 작물 파편의 연소; 및 농기계 연료 연소. 두 번째 단계는 강우를 통해 이러한 대기 질소 화합물 (암모늄, NOX)을 예를 들어 토양 또는 수역 표면에 증착하는 것을 포함하며, 마지막 단계는 탈질소 / 질화를 통한 N2O로의 후속 전환 및 대기로의 방출을 포함한다. 아산화 질소의 간접 배출을위한 2 차 암모늄 및 NOx 공급원은 질소 기반 비료, 유기 비료 또는 가축 폐기물을 토양에서 수면으로, 그리고 그 다음 수역으로 침출시키는 것으로 이때 탈질 / 질화를 통해 N2O로 전환될 수 있다. 농지에서의 농지 사용에 따른 합성 비료, 유기 비료, 수확시 지상 및 지하 바이오 매스의 양을 기준으로 농지에서 직접 및 간접 N2O 배출량을 계산하는 공식은 BioGrace 모델에서 제공한다(그리고 국가 온실 가스 인벤토리 프로그램, Eggleston HS, Buendia L., Miwa K., Ngara T. 및 Tanabe K. (eds)에 의해 준비된, 국가 온실 가스 인벤토리에 대한 2006 년 IPCC 가이드 라인 IPCC 2006, IPCC에 설명된 것을 기반으로 함. 출판 : 일본 IGES.)
시드 포드(Seed pods)는 종자의 발달 및 곡물로의 성숙 동안 종자를 함유하는 특수화 된 구조이다. 시드 포드는 외부 환경으로부터의 종자 보호 역할을 하며 종자 개발을 위한 에너지와 영양분을 제공한다. 씨앗이 완전 성숙에 도달하면, 씨앗 꼬투리는 건조해지고 부서지기 쉬우며 모든 엽록소를 잃어버린 것은 노란색으로 나타난다. 이때에도 종자 꼬투리는 구조의 물리적 개방인 기생충에 취약해져 성숙한 종자(곡물)의 방출을 허용한다.
순차적 농작물 생산은 농사 연도에 동일한 토지에서 두 개 이상의 농작물을 순차적으로 재배하는 방식으로, 농부가 계절에 따라 작물을 정상적으로 재배할 수 없는 계절, 즉 농작물을 정상적으로 재배할 수 있도록 한다. 이를 통해 농부는 추가 수입을 올릴 수 있다. 토지가 이미 개간되어 농업 생산에 사용되기 때문에 순차적 작물 생산은 토지 사용 변화를 일으키지 않는다. 또한, 순차적인 작물로서 브라시카 카리나타와 같은 덮개 작물을 사용함으로써 농부는 휴경 기간의 토양 이점을 달성하고 카리나타 곡물의 판매로 수입을 얻을 수 있다.
토양은 미네랄, 유기물, 가스, 액체 및 다양한 동물 및 식물 유기체로 구성된다. 토양은 시간이 지남에 따라 지구의 지각을 구성하는 광물에 대한 기후, 지질, 수문 및 대 기력의 상호 작용에 의해 생성된다. 충분한 시간이 주어지면 토양은 모래, 미사 및 점토의 상대적 비율에 의해 결정되는 구조와 구성이 다른 층 또는 평야로 발전한다.
토양 탄소: 토양에는 유기 및 무기(미네랄) 형태의 탄소가 포함되어 있다. 유기 탄소 분획은 사멸 및 부패 물질로 구성되거나 살아있는 식물, 곤충 진균 또는 미생물 물질을 포함할 수 있다. 표준 토양 유기 탄소 저장량 ( SOC ST ) 값은 지역 기후의 영향에 의해 수정된 지역 기준 토양 유형의 알려진 탄소 함량을 기준으로 추정할 수 있다(앞서 설명한 기후 분류 체계를 기반으로 함). 아래 표 3은 제목 EC 문서의 표 1에서 수정되었다: Directive 2009 / 28 / EC 부록 V의 목적을 위한 육상 탄소량 계산 지침에 대한 2010 년 6 월 10 일의 위원회 결정은 지정된 기후 지역의 표토 등급에 대한 추정 SOCST 값 (헥타르 당 탄소 톤은 0 ~ 0.3 M 토양 깊이 층)을 요약한다.
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경작지 (SOC = SOCST × FLU × FMG × FI, SOC = 토양 유기 탄소에 대한 토지 이용, 토지 관리 및 농업 투입량과 같은 요소를 고려한 토양 유기 탄소 (SOC) 값 헥타르 당 탄소 질량으로 측정; SOCST = 0-30 센티미터 표토층의 표준 토양 유기 탄소로 헥타르 당 탄소 질량으로 측정하고 위에서 설명한 대로 결정; FLU = 토양 유기 탄소의 차이를 반영하는 토지 사용 계수 표준 토양 유기 탄소와 비교 한 토지 이용 유형; FMG = 표준 토양 유기 탄소와 비교하여 원칙 관리 관행과 관련된 토양 유기 탄소의 차이를 반영하는 관리요소; FI = 관련 토양 유기 탄소의 차이를 반영하는 입력 요소 표준 토양 유기 탄소와 비교하여 토양으로의 탄소 입력의 다른 수준. EC 문서의 표 2에서 채택된 표 4: 지침 2009/28/EC에 대한 부록 V의 목적을 위한 토지 탄소량 계산 지침에 대한 2010년 6월 10일의 위원회 결정, 특정 토지 사용, 토지에 따라 다른 기후대에서 경작된 작물에 대한 FLU, FMG, FI 값 관리 관행 및 입력 사용 수준.
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경작 방법, 토지 관리 관행 또는 특정 농지 기반과 관련된 투입물이 변경된 경우, 탄소 저장량에 대한 변화의 결과를 아는 것이 바람직한 경우, 이후 실제 시나리오 (SOC A )뿐만 아니라 참조 시나리오 ( SOC R ) 및 계산에 일반식Esca =-(SOCR-SOCA) * 3.664/20 년 또는 20 년 동안 탄소(CO2)톤 /년을 이용한 토양 탄소 축적( E sca ) 에 대한 SOC 값을 유사하게 계산할 수 있다. Esca 값이 음수이면 토양 탄소의 손실을 나타내는 반면 양수이면 토양 탄소의 순 축적을 나타낸다.
토양 분류: 토양은 30 개의 토양 그룹을 제안한 “토양 자원에 대한 세계 기준 기반 (WRB)”에 따라 분류된다. 이 30 가지 기준 토양 유형은 아래 설명된대로 10 가지 'Set'로 분배된다.
· SET# 1에는 모든 유기 토양이 포함된다. 유기 토양 (Histosol)은 다양한 분해 단계에서 유기물이 비정상적으로 풍부하고 저온 및/또는 습한 조건에 장기간 노출되어 분해 속도가 저해되는 토양이다. 나머지 광물 토양 그룹은 각각 형성 및 분화에 핵심적인 가장 특정한 식별 요소에 기초하여 9 개 세트 중 하나에 할당된다.
· SET #2 에는 특히 인간의 영향으로 조절되는 모든 유형의 미네랄 토양이 포함되어 있다. 이 세트는 하나의 기준 토양 그룹인 ANTHROSOLS로 구성된다.
· SET #3 에는 모재의 특성에 의해 형성되는 광물 토양이 포함된다. 이 세트에는 3 개의 기준 토양 그룹이 포함된다: 화산 기원 및 지역인 ANDOSOLS; 사막 지역, 해변, 내륙 사구 등의 모래 토양을 포함하는 ARENOSOLS; 늪지대 습지 지역, 강둑 및 유역에서 발견되는 짙은 점토 토양인 VERTISOLS.
· SET #4 는 지형 / 생리 학적 또는 수문학적 환경에 의해 형성 및 특성이 영향을받는 미네랄 토양으로 구성된다. 이 세트는 4 개의 기준 토양 그룹으로 구성된다:
o 저지대와 습지 지역에서 발견되는 층화된FLUVISOLS;
o 층이없는 GLEYSOLS는 일반적으로 물이 튀는 지역에서 발견된다;
o 일반적으로 바위가 많은 기판 위의 높은 지역에서 발견되는 얕은 토양 LEPTOSOLS; 및
o 자갈이 많은 기판 위에 발생하는 고가 지역의 더 깊은 토양인 REGOSOLS.
· SET #5 비교적 어린 나이로 인해 적당히 발달된 토양으로 구성되어 있으며 매우 다양한 기준 토양 그룹을 나타낸다: CAMBISOLS
· SET #6 은 습한 열대 지역의 기후에 의해 조절되는 토양으로 구성된다. 이 세트의 6 가지 기준 토양 그룹은 풍화 제품의 오랜 용해 및 운송 역사가 깊고 유 전적으로 성숙한 토양을 생성했다는 공통점을 가지고 있다:
o 점토와 석영(' plinthite ')의 혼합물로 구성된 PLINTHOSOLS;
o 양이온 교환 용량이 매우 낮고 풍화성 성분이 없는 FERRALSOLS;
o 양이온 교환 용량이 높고 알루미늄이 풍부한 ALISOLS;
o 철분 함량이 높고 짙고 붉은 색조의 토양인 NITISOLS;
o 점토 함량이 높고 고농도의 알루미늄을 함유한 저 비료 토양인 ACRISOLS; 및
o 저 비료 토양이며, 양이온 교환 능력은 낮지만 염기 포화도가 높은 토양인 LIXISOLS.
· SET # 7 은 건조 및 반 건조한 지역의 기후에 의해 조절되는 토양으로 구성된다. set #7을 구성하는 5 개의 기준 토양 그룹은 다음과 같다:
o 용해성 염 함량이 높은 SOLONCHAKS,
o 흡착된 나트륨 이온의 비율이 높은SOLONETZ,
o 2차 석고 농축의 평야인GYPSISOLS,
o 실리카로 시멘트 처리된 토양재료층 또는 결절이 있는DURISOLS,
o 2차 카보네이트 농축이 있는CALCISOLS..
· SET #8 은 건조한 기후와 습한 온대 지역 사이의 대초원 지역에 발생하는 토양으로 구성되며 3개의 기준 토양 그룹을 포함한다:
o 깊고, 매우 어두운 표면 토양과 탄산염이 농축된CHERNOZEMS,
o 깊이가 적고 갈색을 띠는 표면 토양과 탄산염 및/또는 석고 축적이 깊은 곳에서 발생(이 토양은 대초원 지대에서 가장 건조한 부분에서 발생)하는 KASTANOZEMS, 및
o 염기 포화가 높지만 2차 카보네이트 축적의 가시적인 징후가 없는 프레리(prairie)지역의 황록색 토양인 PHAEOZEMS.
· SET#9는 습한 온대 지역의 갈색 및 회색 토양을 보유하고 있으며 5 개의 기준 토양 그룹을 포함한다:
o 알루미늄 및/또는 철이 함유된 유기물의 축적 지평에 걸쳐 표백된 용출 지평을 갖는 산성 PODZOLS,
o 밀도가 높고 표백 표토가 있으며, 천천히 투과가능한 서브토양 PLANOSOLS,
o 찰흙이 풍부한 지하 수평선으로 통하는 표백된 용출 수평선이있는 베이스-푸어(base-poor) ALBELUVISOLS,
o 뚜렷한 점토 축적 지평을 가진 베이스-리치(base-rich)기본 풍부 LUVISOLS, 및
o 유기물이 풍부한 두껍고, 어둡고, 산(acid) 표면 수평성을 가진 UMBRISOLS.
· SET # 10은 영구 동토층(permafrost regions) 토양을 보유하고 있으며 하나의 기준 토양 그룹인 CRYOSOLS에 포함되어 있다.
2010 년 6 월 10 일 EU위원회 결정에서“지침 2009 / 28 / EC에 대한 부속서 V의 목적을위한 토지 탄 소량 계산 지침” (http://eur-lex.europa.eu/legalcontent/EN/TXT/?uri=uriserv %3AOJ.L_.2010.151.01.0019.01.ENG)에서, 30 개의 기준 토양 그룹은 모래 토양 (아레노졸), 습지 토양 (글리졸), 화산 토양 (안도졸), 비산 토양 (포도졸), 저 활성 점토 토양 (양이온 교환 용량 또는 CEC) 및 고 활성 점토 토양 (높은 CEC)를 포함하는 6 가지 주요 토양 유형 범주로 더 그룹화되었다.
밀짚은 수확 및 결합 과정에 의해 수집된 다음 곡물과 분리된 모든 지상 식물 부분 (곡물 제외)으로 정의되며, 그 후 다시 현장으로 퇴적된다.
스터블은 콤바인 수확기에 의해 절단 지점 아래의 재료를 포함하고 후속 곡물 탈곡 및 개설 작업을 위해 수집되지 않은 수확 후 잔류물로 정의된다. 토양 관리 패러다임이 낮거나 낮을 때, 다음 작물의 파종이 이루어질 때 대부분 또는 모든 스터블이 들판에 남아있다. 이를 위해서는 특수한 파종 장비가 필요하다. 토양에 방해가되지 않는 경로를 열면 스터블 중간에 좋은 종자가 토양에 접촉할 수 있다. 이는 예를 들어 이전 옥수수 작물의 스터블과 같이 스터블이 특히 조밀한 상황에서 특히 중요하다.
다양성은 품종이 종 또는 아종보다 낮은 등급을 갖는 식물 분류학 지정을 의미하며, "다양성"이라는 용어는 UPOV가 관리하는 국제 조약인 식물의 새로운 품종 보호를 위한 국제 협약에 명시된 조건에 따라 보호되는 상업용 식물 품종을 의미한다. "다양성"(UPOV 하에서)이라는 용어는 식물 육종가가 개발한 새롭고 물리적으로 독특하고 균일하며 안정적인 식물 품종을 설명한다. 후자의 정의는 위에서 언급한 4 가지 기준이 충족되는 한, 조약, 식물 육종가, 법적“다양성”에 서명한 국가들 사이의 보호 및 소유권에 대한 특정 권리를 부여한다.
농업 관행 및 토지 이용 변화로 인한 탄소 배출은 바이오 연료 경로의 전체 탄소 강도에 기여할 수 있다. 본 발명은 전용 바이오 연료 공급 원료 작물로서 브라시카 카리나타의 사용뿐만 아니라 재배에 사용되는 관련 기후대 및 작물 회전뿐만 아니라 관련 농업 관행뿐만 아니라 고도 상승 동안 탄소 배출을 감소시키기 위한 관련 탄소 배출량을 재배 및 수확 동안 순 탄소 플럭스가 대기 CO2 수준의 순 감소 (즉, 음의 탄소 강도)를 선호하는 정도까지 감소시키는 것을 언급한다.
본 발명은 재배가 저탄소 강도 바이오 연료를 생산하는데 사용될 수 있는 공급 원료 생산용 유틸리티를 제공하는 것으로 이미 입증되지 않은 작물인 브라시카 카리나타의 생산을 기술한다. 브라시카 카리나타는 독특한 성장 습관과 서리, 가뭄 및 열에 대한 저항력으로 인해 이전에는 알려지지 않았던 이점을 제공한다. 본 발명 및 본원의 실시 예 및 설명에서, 다수의 생산 관행에서 다수의 크롭핑(cropping) 시나리오에서 회전 옵션으로서 브라시카 카리나타의 실질적인 유용성이 작업 예로서 입증되었다. 최적의 조건하에서, 공급 원료 오일 및 밀(meal)의 생산을위한 순(net) 음의 전체 탄소 강도가 달성될 수있는 예가 제공되며, 이는 바이오 연료 제조 및 유통 과정에서 발생하는 탄소 강도를 상쇄할 수 있으며 연간 헥타르 당 상당한 양의 탄소를 토양으로 되돌려 보낸다.
브라시카 카리나타는 오일 씨드 브라시케아과 사이에 독특한 성장 습관을 가지고있어 다른 브라시카 오일 종들보다 더 가지가 많은 성숙한 식물을 생산한다 (Gesch et al., 2015). 현재 상업적인 브라시카 나푸스와 브라시카 카리나타 품종 사이의 바이오 매스를 비교하면, 지상의 바이오 매스 축적은 고급 상업용 브라시카 나푸스 품종에 비해 브라시카 카리나타 품종의 단위 면적당 1.8 내지 2 배 더 높은 것으로 밝혀졌다.
브라시카 카리나타의 경우, 곡물의 수확량은 지상의 바이오 매스의 거의 두 배를 생산하면서 가장 진보된 카놀라 타입 브라시카 나푸스 품종에 접근한다 (Gesch et al., 2015).
브라시카 카리나타의 깊고 광범위한 탭 뿌리(tap root) 시스템은 토양 표면 아래 60-90cm까지 연장될 수 있으며, 상단(top) 30cm에서 뿌리 질량의 50 % 이상을 차지한다 (예 : Seepaul et al., 2016 참조). 탭 뿌리는 압축된 토양층을 관통하여 공정의 토양 구조를 개선할 수 있다. 그들은 일반적으로 수분에 걸러질 수 있는 미네랄과 영양소를 섭취하고 그 영양소를 회전하는 후속 작물에 사용할 수 있다. 뿌리는 또한 성숙도에서 측정된 식물의 지상 바이오 매스의 20-25 % 정도 (Gan et al., 2009a)와 같이 식물의 총 바이오 매스의 상당 부분을 차지하며, 및 수확 후 탄소가 추가로 흡수되도록 한다. 뿌리는 탄소 싱크(sink)를 구성할 뿐만 아니라 뿌리-토양 계면에서 탄소 함유 분자가 환경으로 분비될 수 있는 도관의 역할도 한다. 뿌리 줄기라고도하는 살아있는 뿌리 조직에 의한 탄소 방출은 식물의 생장 및 성숙 과정에서 발생하며 주변 토양으로의 탄소 침착을 위한 세 가지 소스를 포함한다 : 거친 뿌리 경계 세포에서 유래한 탄소, 분비된 점액에서 유래한 탄소, 및 뿌리 세포로부터 "배출되는" 소분자로부터의 탄소, 후자는 뿌리 줄기-증착 된 탄소의 중요한 공급원을 나타낸다 (Nguyen, 2003). 단일 성장 계절에 거의 350 kg / ha의 브라시카 나푸스 (Brassica napus)에 의해 리조(rhizo)-증착된 탄소로 추정된다 (Gan et al., 2009b).
브라시카 카리나타의 탄소 함량은 바이오 매스의 건조 중량의 45 % 내지 47 %로 추정되며, (Gasol et al., 2007, Duca et al., 2015) 이에 따라 성장기 동안 지상과 지하에 축적 된 상당한 탄소 흡수원을 구성한다. 성숙되면, 카리나타 곡물은 전형적으로 컴바이닝(combining)에 의해 수확되며, 이는 종자 포드(pods)가 발견되는 줄기 및 가지로 구성된 지상 식물 물질을 절단 및 수집한다. 종자 꼬투리가 찢어지고 곡물은 수집되며, 현재 비어있는 꼬투리, 줄기, 가지 및 줄기(총괄적으로 식물 짚으로 불림)를 포함한 모든 나머지 재료가 들판으로 되돌아감에 따라 남은 식물 염(stubble)과 함께 토양 매개 박테리아, 곰팡이 및 곰팡이에 의한 잔류 물의 분해를 통해 토양 탄소 수준에 잠재적으로 기여할 수 있다.
작물 기반 바이오 연료 생산 경로를 살펴보면, 탄소 강도를 줄이는 가장 큰 범위는 공급 원료 생산, 특히 농작물 생산 단계에있다. 작물이 수명 기간 동안 방출하는 것보다 더 많은 CO2를 흡수한다는 점을 감안할 때 경작 방법을 약간 수정하여 경로의 단계에서 음의 탄소 강도를 도입하는 것이 가능해야 하며, 이는 경로의 전체 탄소 강도를 감소시키는 효과가 있다.
작물의 재배, 수확, 저장, 선적 및 가공 과정에서 방출되는 CO2 및 GHG의 완화 범위는 상당히 넓다. 예를 들어, 투입량, 특히 무기 질소 비료의 감소는 비료의 제조와 관련된 배출량을 줄이고 토양 질소를 감소시킴으로써 작물의 필요 이상으로 존재하는 경우 이산화탄소보다 265 배 더 강력한 GHG 인 아산화 질소로 대기로 방출되어 탄소 기반 배출에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 질소는 대부분의 연간 작물에 필수적인 영양소이지만, 작물의 알려진 요구 사항과 토양에 존재하는 질소 수준의 결정에 따라 적용을 미세 조정할 수 있다. 또한 토양에 대기 질소를 고정시키는 것으로 알려진 콩과 식물의 연간 작물은 다른 비-N 고정 작물과 함께 회전하여 추가적인 N 비료에 대한 요구 사항을 줄일 수 있다.
간접 토지 이용 변경 (ILUC)으로 인해 온실 가스 배출이 발생할 수도 있다. ILUC는 새로운 농작물 재배 및 사료 작물 재배를 수용하기 위한 토지 요구량 증가의 결과로 식품 작물 재배를 대체한다. 변위된(displaced) 식량 작물에 대한 수요를 지속적으로 충족시키기 위해서는 현재 원료 공급에 사용되는 토지를 대체할 새로운 토지를 찾아야한다. 여기에는 산림이나 초원을 클리닝하는 과정이 포함되어 있으며, 그 과정에서 이전에 안정적이고 격리된 많은 양의 CO2와 다른 GHG가 배출된다. 남용, 한계 농작물, 덮개 작물 또는 회전 경작 대체물로 성공적으로 재배할 수있는 작물은 ILUC의 잠재력을 감소시켜 에너지 또는 원료 작물로 큰 이점을 갖는다.
농작물 회전은 기존 토지 사용의 효율성을 높이고 새로운 농지에 대한 요구를 줄임으로써 ILUC로 인한 GHG 배출을 줄이는 중요한 수단이다. 농작물 회전은 또한 보완적인 작물 종 간의 유익한 관계를 이용하여 작물 수확량과 생산성을 향상시킨다.
예를 들어, 이전 작물과 다른 종의 다음 작물은 이전 작물에 특이적 및/또는 발병성 질환의 장기적인 확립 또는 지속을 방지할 수 있다(즉, 다음 작물은 파쇄 작물로서 제공됨). 다음 작물은 휴경 주기의 대안으로 작용하여 토양 침식을 방지하고 수분을 보존하며 필수 미네랄과 영양소를 재활용하고 토양 구조를 개선하는 등 덮개 작물의 장점을 제공할 수 있다. 콩과 식물과 같은 일부 작물은 토양에 대기 질소를 고정시키고 다음 작물에서 외인성 질소 비료에 대한 요구 사항을 줄일 수 있다.
브라시카 종과 같은 작물은 토양에 항균 특성(즉, 글루코시놀레이트(glucosinolates))을 가진 화합물을 토양으로 배출하여 다음 작물의 식물 병원균으로부터 보호할 수 있다.
글루코시놀레이트는 이황화과에 의해 합성된 독특한 부류의 황 함유 화합물로서, 이의 카타볼라이트(catabolites)와 함께 강력한 항진균성 및 항균 활성을 갖는다. 글루코시놀레이트의 합성은 뿌리 및 삼출물 중의 글루코시놀레이트의 뿌리 및 방출을 포함하여 다수의 식물 구획에서 발생하고 이의 대사물은 곡물을 이용한 작물 회전에 통합될 때 효과적인 질병 파단을 제공하는 브라시카 오일 시드 작물의 능력에 기여하는 것으로 여겨진다. 따라서 회전에서 자란 작물의 수확량은 단일 양식으로 자란 작물의 수확량을 종종 산출할 수 있으며, 겨울 휴경기를 대체하는 덮개 작물을 포함하는 회전은 휴경기에 의존하는 생산자보다 생산적이고 지속 가능하다. 예를 들어 호주, 유럽 및 북미 지역의 밀 재배 관련 데이터 조사에서 앵거스와 동료(Angus et al., 2011, Angus et al., 2015)는 브라시카 나푸스(Brassica napus) 또는 브라시카 준세아(Brassica juncea)의 밀 재배는 밀 다음에 밀에 비해 다음 밀 작물의 수확량을 지속적으로 증가시킨다. 당업자는 이들이 예에 의한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
일 측면에서, 저탄소 강도 바이오 연료 생산을 위한 공급 원료를 생산하는 수단이 제공된다. 특히, 본 발명은 회전 순서에서 브라시카 카리나타 오일 종자 작물의 배양의 결과로서 저탄소 강도 바이오 연료의 생산을 위한 공급 원료를 제공하기 위해 토지 관리 관행을 포함하는 농업 관행의 사용 방법을 기술한다. 통상적인 캐시(cash) 작물이 재배되지 않는 기간을 포괄하는 상기 회전 순서는 이 재배와 관련된 CI 및 GHG 배출이 CI 및 GHG 평가를위해 다양한 확립된 계획하에서 평가될 때 현저한 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
예를 들어, 열대 및 온화한 기후에서 겨울철 브라시카 카리나타 재배는 브라시카 카리나타 곡물의 경제적인 수율의 예상치 못한 결과를 낳았다. 또한, 마른 땅 휴경지에서 브라시카 카리나타 재배는 재생 가능한 디젤 및 제트(jet) 연료 생산을위한 수소 처리 식물성 오일 (HVO)과 같은 고급 저탄소 강도 바이오 연료의 제조에 적합한 공급 원료를 제공하는 브라시카 카리나타 곡물의 성공적인 수확의 예상치 못한 결과를 제공한다.
본 발명은 또한 농업 방법으로서, 저탄소 강도 바이오 연료 및 기타 제품의 생산에 사용될 수있는 공급 원료 생산을 위한 브라시카 카리나타 시드 생산을 위해 재배 중 화석 연료 투입량을 줄이고 대기 탄소 포집을 최대화하기 위한 회전 전략과 토지 관리 관행이 포함된다. 이러한 생산 관행 및 회전 전략은 이전에 설명되지 않았으며, 결과적인 수확의 낮은 탄소 강도 및 낮은 GHG 프로파일(profile)은 명백하거나 예측할 수 없었다.
본 명세서에 기술된 브라시카 카리나타 품종의 독특한 특성은 특정 토지 관리 관행, 계절의 회전 타이밍 및 상기 회전의 선행 작물과 결합하여 공급 원료를 생산하여 저탄소 강도 바이오 연료 및 기타 재생 가능 제품을 생산할 수 있게 한다.
저탄소 강도 바이오 연료를 생산하기 위한 공급 원료를 생산하기 위해 브라시카 카리나타 오일 시드의 사용은 또한 오일 추출 후 부산물로서 식물 기반 밀(meal) 또는 단백질 공급원을 제공한다. 곡물의 오일 성분과 관련된 동일한 GHG 절감은 또한 오일 추출의 밀(meal) 부분 또는 부산물과 관련되어 있음에 유의한다. 따라서, 본 발명은보다 친환경적인 방식으로 가축 생산에 유용성을 갖는 새로운 저 GHG 단백질이 풍부한 사료 첨가제를 제공한다. 따라서 본 발명은 동물 사료 첨가제로 사용하기 위한 저 GHG 밀 제품을 기술한다.
본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 여름 작물, 예를 들어 콩, 면화, 땅콩 또는 참깨와 함께 회전하는 겨울 덮개 작물로서 열대 및 따뜻한 온도 기후에서 재배되는 것으로 나타나고, 일반적으로 겨울 휴경지에 재배된다(Seepaul et al., 2015). 이것은 브라시카 지방 종자의 첫 번째 사례로 11 월 초에서 말까지 심어졌을 때이 지리에서 일관된 수확량을 제공하며, 확립된 카리나타가 카놀라와 같은 적절한 회복이 불가능한 다른 오일 종자 브라시카가 있는 단단한 서리 후에 생존하고 회복할 수 있는 독특한 능력에 의해 가능해졌다(Seepaul et al., 2015). 콩과 같은 오일 종자는 서리에 매우 취약하기 때문에 (Hume and Jackson, 1981) 이 환경에서 가능한 겨울철 덮개로 간주되지 않을 것이다. 이 환경에서 브라시카 카리 나타가 겨울철 작물로 사용하는 이점은 다음과 같습니다. 브라시카 카리나타가 이 환경에서 겨울철 작물로 사용하는 이점은 토양의 겨울 수분과 영양분을 보존하는 능력, 질소, 인산염 및 기타 잔류 영양소가 지역 수로로 침출되는 것을 완화하고 토양 유기 탄소를 증가시키는 수단을 제공한다(Newman et al., 2010 (개정)). 이것은 이전에 존재하지 않았던 이 지역에 새롭고 실행 가능한 지방 종자 옵션(option)을 도입하고, 토양 구조 개선 및 카리나타 수확 후 심어진 작물의 설립을 위한 추가 수분 측면에서 이점을 제공하며, 다음 작물의 수확량을 개선할 수 있는 조건을 제공한다. 토지가 이전에 농사되었으므로 직접적인 토지 이용 변경 결과는 없으며, 지속 가능성 관점에서 브라시카 카리나타를 겨울철 덮개로 재배하는 것이 반드시 농작물 생산을 대체할 필요는 없다.
본 발명의 다른 실시예에서, 브라시카 카리나타는 여름 및 겨울 곡물 작물 (예를 들어 겨울 및 여름 밀)과의 회전의 일부로서 여름 작물로서 반-건조 지역에서 재배될 수있다. 마찬가지로, 브라시카 카리나타는 여름 기온이 높은 지역(7 월 평균 기온 18-24 ° C)과 총 강우량이 제한적인 지역(연간 200-500mm 미만) 에서 콩과 같은 콩 작물(콩, 렌즈 콩, 땅콩, 콩 등)과 곡물 (옥수수, 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 껍질과 같은)과 함께 다년간 회전으로 재배할 수 있다. 남반구에서는 늦가을 또는 초겨울에 습한 토양에 작물을 뿌릴 수 있다. 더 높은 강우량 지역에서는 이른 봄에 늦게 뿌릴 수 있다.
브라시카 농작물은 밀과 같은 곡물로 자랄 때 오랫동안 유익한 것으로 나타났다. 밀과 같이 곡물 재배 기간이 짧고 기후 극단에 대한 내성때문에 반건조 지역에서 생산할 수 있는 중요한 식품 작물이다. 유채종과 포라지(forage) 브라시카를 사용한 회전은 토양 구조 및 수분 보존 개선에 영향을 미치고 곡물 성능에 영향을 미치는 질병의 주기를 중단시킬 수 있는 능력으로 인해 다음 곡물 작물의 수확량에 지속적으로 유리한 효과를 나타냈다(Angus, et al., 2011). 곡물 질병 주기를 깰 수있는 능력은 브라시카의 많은 곡물 질병에 대한 감수성이 결여되어 있기 때문에 발생하지만 뿌리 삼출물과 잔류물의 생물 훈증제 활동을 통해 토양 병원균의 지속성을 적극적으로 억제하는 능력에서 비롯될 수도 있다(Kirkegaard and Sarwar, 1998). 브라시카 카리나타는 토양 수분을 추가로 보존할 뿐만 아니라 교란된 토양층으로부터 유기 탄소의 안정한 침착물의 방출을 감소시키는 보존 또는 비-경작(tilling) 패러다임에 적합하다. 다시 말해 반 건조 환경에서, 본 발명의 실시는 재배가 휴경지를 대체하거나 한계 지대에서 수행되는 회전의 일부로서 비 식품 작물로부터 바이오 연료 공급 원료의 지속 가능한 생산을 가능하게 할 것이다. 어느 경우이든, 이 환경에서 카리나타 재배의 결과로 직접 또는 간접적으로 토지 이용 변화가 최소화 될 것이다. 토양 유기 탄소로서 대기 CO2를 격리시키는 것은 회전에서 자란 음식 작물의 수율 향상을 위한 조건을 제공하는 추가적인 이점과 함께 GHG 수명주기 배출을 추가로 감소시킬 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 브라시카 카리나타는 여름 및 겨울 곡물 작물과의 회전의 일부로서 온화한 북부 지역에서 봄에 파종된 가을 수확 작물로 재배될 수 있으며, 이에 따라 브라시카 카리나타는 이전의 겨울 곡물 대체 수확 후 여름 휴경지이며 수확 후 겨울 곡물 작물을 심는다. 적당한 곡물 작물에는 밀, 보리, 호밀 또는 귀리가 포함된다. 휴경기 교체로 인한 혜택뿐만 아니라 전반적인 생산성 향상 및 직간접 토지 사용 변경 감소로 인한 추가 혜택은 카리나타 오일과 같은 2 세대(비-연료) 오일 종자-기반 원료에서 생산된 바이오 연료, 필수 양에 대한 이중 카운팅(double counting)을 허용하여 2 세대 공급 원료를 선호하는 EU의 지침을 충족할 수 있다. 브라시카 카리나타의 초여름 서리에 대한 내성이 높고 개화 및 종자 세트(set) 동안 더 높은 열과 더 낮은 습기에 잘 대처하는 능력뿐만 아니라 개화 및 종자 세트(set)와 로깅(lodging)에 대한 저항성을 통해 반-건조 지역의 생산자들에게 보다 안정적인 오일 종자 수확 옵션을 제공하여, 이른 날씨와 늦은 계절의 극한 기후를 더 잘 견딜 수 있다(Seepaul et al. , 2015).
유사하게, 브라시카 카리나타는 여름 기온이 높은 지역(7 월 평균 기온 18-24 ° C)과 총 강우량이 제한적인 지역(연간 200-500mm 미만)에서 콩과 같은 콩 작물(피즈(peas), 렌즈 콩, 땅콩, 콩 등)과 곡물 (옥수수, 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 스펠트(spelt)와 같은)과 함께 다년간 회전으로 재배할 수 있다. 남반구에서는 늦가을 또는 초겨울에 습한 토양에 작물을 뿌릴 수 있다. 더 높은 강우량 지역에서는 이른 봄에 늦게 뿌릴 수 있다.
따라서, 브라시카 카리나타는 다양한 여름 또는 겨울 곡물, 콩과 식물 또는 기타 작물과 함께 여러 기후에서 재배되어 바이오 연료 제조를 위한 오일 공급 원료와 가축 사료용 밀(meal)을 제공하는 오일 종자를 생산할 수 있다. 곡물에서 생산된 원료는 폐기물이 거의 또는 전혀 발생하지 않은 종자의 거의 모든 질량을 구성한다. 곡물 수확 후 남은 실질적인 식물 잔류물은 현장으로 돌아가 토양 유기 탄소를 증가시키고 이산화탄소로 대기로 방출되는 탄소의 양을 줄이는 데 크게 기여한다. 토양의 탄소 함량이 증가하면 토양 구조가 개선되고 습윤력이 향상되며 영양 균형이 개선되어 후속 작물의 재배 조건이 개선된다. 또한, 다른 작물과의 회전에서, 카리나타는 다음과 같은 작물 생산성에 도움이되는 질병을 제공할 수 있다. 브라시카 카리나타는 이전 작물의 스터블 레프트(subble left)에 직접 뿌릴수도 있다. 보전 경작 또는 무경작 농업으로 알려진 이 관행은 반 건조 지역의 토양 수분을 보존하고 토양 구조를 보존하며 경작 장비 작동 중 연료 사용으로 인한 온실 가스 발생을 줄인다. 전체적으로, 카리나타 재배는 바이오 연료 생산을 위한 공급 원료를 제공하는 동시에 여러 생산 시나리오와 지역에 걸쳐 온실 가스 배출량을 측정할 수 있다 (다양한 GHG 조사 모델을 통해 측정).
브라시카 카리나타는 오일 종자 수율을 바탕으로 화석 연료에 대한 잠재적 대안을 생산하기위한 공급 원료를 제공할 뿐만 아니라 바이오 매스 생산을 향상시켜 탄소를 토양으로 포획 및 회수하는 효율적인 메커니즘을 제공할 수 있다. 토양은 또한 탄소를 격리시키고 대기로의 배출을 감소시키는 잠재적인 싱크(sink)를 구성한다. 모든 환경 탄소 풀(pools) 중에서 토양은 오션(oceans)에 비해 크기가 두 번째이며, 총 식물 바이오 매스에서 축적된 탄소의 4 배 이상을 나타내는 2.3GT 이상의 유기 탄소 (Jobbagy and Jackson, 2000)의 추정 함량으로 구성된다. 또한, 집중 농업, 삼림 벌채, 침식 등과 같은 요인으로 인해 실제 토양 탄소 축적량은 최대 용량과 관련하여 상대적으로 고갈된다.
토양에서 탄소 격리에 대한 증분 용량은 50 ~ 100GT를 초과할 것으로 추정된다(Lal 2008a, Lal 2008b).
본 발명의 일 측면에서, 브라시카 카리나타는 중간 농작물을 가지거나 가지지 않고 수확된 농작물의 스터블(stubble)에 심어지고, 따라서 이전 농작물은 브라시카 카리나타 자체는 아니었고, 카리나타를 파종하기 전에 마지막으로 수확한 작물이었다.
일 실시예에서, 선행 작물은 빈(bean), 완두콩, 렌틸(lentils), 콩, 땅콩 또는 알팔파(alfalfa)와 같은 연간 작물을 포함할 수있는 콩과 작물이다. 콩과 식물은 대기 질소를 고정시켜 토양의 질소 함량을 높이기 때문에 회전에 유용한 작물 선택이다. 브라시카 카리나타와 같은 지방 종자 작물은 최대 수율을 위해 상당한 양의 질소를 요구하는 것으로 유명하다. 콩과 식물 회전에 따른 작물로서, 브라시카 카리나타는 축적된 토양 질소를 활용할 수 있으며, 이는 질소 함유 비료에 대한 요구를 줄인다.
하버 공정 (Haber process)과 같은 방법을 사용하여 암모니아 계 비료를 생산하면 반응의 주요 부산물 인 상당한 양의 CO2가 배출된다는 것이 잘 알려져있다. 또한, 외인성 무기 질소 비료의 감소는 또한 토양 박테리아 및 미생물의 작용에 의해 생성된 아산화 질소의 토양 방출을 감소시킬 수 있다. 265 g의 CO2에 해당하는1g 의 강력한 온실 가스 인 아산화 질소는 또한 식물 기반 바이오 연료 경로의 전반적인 탄소 강도에 크게 기여한다. 콩과 식물을 회전시킨 후의 카리나타의 최종 이익으로서, 콩과 식물 수확 후 남은 잔류물은 양호한 카리나타 종자와 토양 접촉에 영향을 미치지 않는 일관성을 유지하며, 카리나타 작물의 출현과 확립을 개선하고, 경작 또는 경작이없는 농업의 사용과 혜택을 허용한다.
과량의 무기 질소 비료의 적용으로 인한 GHG 생산을 감소시키기 위해, 본 발명의 일 실시예에서, 토지 관리 관행은 성장 환경을 위한 브라시카 카리나타에 대한 권장량의 질소 비료에 비해 무기 질소 비료의 사용을 감소시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 토지 관리 관행은 성장 환경에서 브라시카 카리나타에 대한 질소 비료의 권장량의 약 40 % 내지 약 100 %로 무기 질소 비료의 사용을 감소시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 토지 관리 관행은 성장 환경에서 브라시카 카리나타에 대한 질소 비료의 권장량의 약 40 % 내지 약 90 %로 무기 질소 비료의 사용을 감소시키는 것을 포함한다. 또 다른 일부 실시예에서, 토지 관리 관행은 성장 환경에서 브라시카 카리나타에 대한 질소 비료의 권장량의 약 50 % 내지 약 70 %로 무기 질소 비료의 사용을 감소시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 브라시카 카리나타를 심기 전에 브라 시카 카리나타가 콩과 작물의 수확 후 또는 대량의 질소 비료가 적용된 최초의 작물의 수확 후 심어진 경우와 같이 토양 질소 수준이 높을 때 무기 질소 비료의 사용을 줄이는 관행은 유익할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타 품종은 지침 2009/28/EC에 의해 확립된 지침에 따라 해수면 온도가 18 oC 이상이고 대부분 습하나 겨울에는 3-5 개월이 더 건조할 수 있는 열대 습한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서, 개재된 휴경 유무에 관계없이 수확된 농작물의 스터블(stubble)에 심어진다. 일부 실시예에서, 브라시카 카리나타의 재배는 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 일어난다. 다른 실시 예에서, 브라시카 카리나타의 재배는 가을 또는 겨울에 수확하기 위해 봄 또는 여름에 일어난다. 일부 실시예에서, 브라시카 카리나타 품종은 지역적으로 적응되며 심은 면적당 우수한 수율의 오일, 성숙 시간 단축, 서리 내성 개선, 질병 저항성 개선 또는 포드 샤터(pod shatter) 대한 내성으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 특성에 대해 선택된 품종 중에서 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 브라시카 카리나타는 지침 2009/28/EC에 의해 정의된 바와 같이 1 년 내내 온화하고 습도가 높으며 건조한 계절이 없으며 온도가 10 oC 이상인 8 개월 이상 온난하고 촉촉한 특성으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 개재된 휴경 유무에 관계없이 수확된 농작물의 스터블(stubble)에 심어진다. 일부 실시예에서, 브라시카 카리나타의 재배는 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 일어난다. 다른 실시예에서, 브라시카 카리나타의 재배는 가을 또는 겨울에 수확하기 위해 봄 또는 여름에 일어난다. 일부 실시예에서, 브라시카 카리나타 품종은 지역적으로 적응되며 심은 면적당 우수한 수율의 오일, 성숙 시간 단축, 서리 내성 개선, 질병 저항성 개선 또는 포드 샤터(pod shatter) 대한 내성으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 특성에 대해 선택된 품종 중에서 선택된다.
작물 회전 시나리오: 본 발명은 브라시카 카리나타가 제 1 작물과 함께 회전하여 수확될 때 수확된 제 1 작물의 스터블(stubble)에 심어진 다수의 상이한 기후 구역에서 수행될 수 있다. 브라시카 카리나타의 재배 및 수확시기는 지역별 및 작물 회전 관행에 따라 다를 수 있다. 상술한 바와 같이, 브라시카 카리나타와 같은 곡물 및 브라시카 오일 시드를 포함하는 작물 회전은 감염성 또는 숙주로서의 역할을 할 수 없기 때문에, 브라시카 오일 시드 작물이 곡물에 영향을 미치는 질병의 순환으로 인해 질병이 지속되는 것을 허용하지 않는다. 브라시카 카리나타의 뿌리와 수확 잔류물에는 글루코시놀레이트와 같은 독성 물질이 포함되어 있으며 토양에 병원성 유기체의 확산을 적극적으로 억제할 수 있다.
· 시나리오 A: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 봄 또는 초여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울 동안 브라시카 카리나타의 재배가있는 열대성, 습한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 개재 작물의 유무에 관계없이 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 일부 실시예에서, 콩과 작물과 같은 수확된 작물은 콩, 완두콩, 땅콩, 렌틸 및 대두를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 수확된 작물은 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 옥수수를 포함하지만 이에 제한되지 않는 곡물 작물이다. 다른 실시예에서, 수확된 작물은 면(cotton) 또는 참깨이다.
· 시나리오 B: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 여름 또는 가을에 수확을 위해 봄 동안 브라시카 카리나타의 재배가 있는 열대성, 습한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 휴경기의 존재 또는 부재하에 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 일부 실시예에서, 콩과 작물과 같은 수확된 작물은 완두콩, 렌틸 및 콩을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 수확된 작물은 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 옥수수를 포함하지만 이에 제한되지 않는 곡물 작물이다.
· 시나리오 C: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울 동안 브라시카 카리나타의 재배가 있는 온난한 습한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 휴경기의 존재 또는 부재하에 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 다른 실시예에서, 콩과 작물과 같은 수확된 작물은 완두콩, 렌틸, 및 콩을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
· 시나리오 D: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 가을에 수확을 위해 봄 또는 여름 동안 브라시카 카리나타의 재배가 있는 온난한 습한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 휴경기의 존재 또는 부재하에 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 다른 실시예에서, 수확된 작물은 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 옥수수를 포함하지만 이에 제한되지 않는 곡물 작물이다.
· 시나리오 E: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울 동안 브라시카 카리나타의 재배가 있는 온난한 건조한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 개 된 휴경기의 존재 또는 부재하에 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 옥수수이다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 밀이다.
· 시나리오 F: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 여름 또는 가을에 수확을 위해 봄 동안 브라시카 카리나타의 재배가 있는 쿨(cool) 온화 건조한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 휴경기의 존재 또는 부재하에 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 옥수수이다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 밀이다.
· 시나리오 G: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 가을에 수확을 위해 봄 동안 브라시카 카리나타의 재배가 있는 쿨(cool) 온화 습한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 휴경기의 존재 또는 부재하에 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 옥수수이다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 밀이다.
· 시나리오 H: 본 발명의 일 실시예에서, 브라시카 카리나타는 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울 동안 브라시카 카리나타의 재배가 있는 열대 건조한 것으로 분류된 기후를 갖는 지역에서 휴경기의 존재 또는 부재하에 수확된 농작물의 스터블(stubble)이 심어진다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 옥수수이다. 다른 실시예에서, 수확된 콩과 작물은 밀이다.
전술한 실시예들 및 농작물 회전 시나리오들 중 임의의 것에서, 필드는 파종 전에 감소된 (중간) 경작, 낮은 경작, 또는 경작이 없을 수 있다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 경작 또는 경작 관리 관행이 사용되는 상황에서 카리나타를 스터블(stubble), 특히 곡물 스터블에 파종하는 것은 상기 스터블의 종자와 토양 표면 사이에서 적절한 깊이에서 일관된 접촉을 보장하도록 설계된 파종 관행 및 기계의 사용을 수반한다. 당업자는 또한 눈(snow)이 토양을 더 압축할 수 있다는 것을 인식하고, 전술한 바와 같이, 낮은 경작 또는 경작이 없는 관리 관행이 무거운 곡물 그루터기의 제거 또는 압축된 표토의 느슨함을 배제하는 경우, 적절한 주의를 기울여야하며, 적절한 토양 깊이에서 일정한 종자와 토양 접촉을 보장하기 위해 적절한 방법과 기계를 사용하여 카리나타를 파종해야 한다.
임의의 상기 설명된 실시예 및 작물 회전 시나리오에서, 브라시카 카리나타의 파종은 파종기 또는 0.50 cm, 0.63 cm, 1.25 cm, 1.9 cm, 2.5 cm, 3.75 cm, 또는 5 츠, 또는 그 사이의 깊이, 및 3.0 kg seed/ha, 4.0 kg seed/ha, 5.0 kg seed/ha, 5.6 kg seed/ha, 6.7 kg seed/ha, 7.8 kg seed/ha, 9.0 kg seed/ha, 10.1 kg seed/ha, 11.2 kg seed/ha, 또는 그 사이의 임의의 파종 속도로 유사하게 설정된 기계를 사용한다. 간격은 10cm, 20cm, 30cm, 40cm, 50cm 또는 그 사이의 거리로 설정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 낮은 경작 또는 경작이 없는 토지 관리 관행이 무거운 곡물 그루터기의 제거 또는 압축된 표토의 느슨함을 배제하는 경우, 당업자에 의해 알려진 바와 같이, 적절한 토양 깊이에서 종자와 토양이 일관되게 접촉하도록 적절한 방법과 기계를 사용하여 파종 카리나타에 적절한 주의를 기울여야 한다.
전술한 실시예들 및 작물 회전 시나리오들 중 임의의 것에서, 무기(미네랄) 비료는 탑 드레싱, 사이드 드레싱, 브로드캐스트(broadcast) 또는 포리아(foliar) 어플리케이션에 의해 적용된다. 일부 실시예에서, 무기(미네랄)비료는 무기 질소 (N) 비료, 인 비료, 칼륨 비료 및 황 비료 중 하나 이상을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예: 무기 질소(N) 비료는 30 kg/ha, 45 kg/ha, 56 kg/ha, 67 kg/ha, 78 kg/ha, 90 kg/ha, 101 kg/ha, 112 kg/ha, 123 kg/ha, 135 kg/ha, 150 kg/ha, 165 kg/ha, 또는 이들 사이의 임의의 속도; 인(P)비료는 헥타르당 P2O5 의 비율이22, 34, 45, 또는 56 kg 또는 그 사이의 임의의 양; 헥타르당 P2O5 의 비율; 칼륨(K)비료는 헥타르당 K2O의 비율이 30, 45, 56, 67, 78, 90, 101, 또는 그 사이의 임의의 양의 속도; 및 황(S)비료는 11 kg/ha, 17 kg/ha, 22 kg/ha, 28 kg/ha, 34 kg/ha, 40 kg/ha, 또는 이들 사이의 임의의 속도로 첨가된다. 일부 실시예에서, 무기 N 비료 및 S 비료는 분할식으로, 절반은 식재시, 다른 절반은 개화전에 적용되는 반면, P 및 K 비료는 식재시 단일 용량으로 적용된다. 무기 N 비료와 S 비료가 분할 용량으로 적용되는 로미(loamy) 토양에서는 무기 N 비료의 1/4 ~ 1/3 및 S 비료의 1/3 ~ 1/2이 식재시 추가되고 나머지는 볼팅(bolting) 추가시, P 및 K 비료는 식재시 단일 용량으로 적용된다. 깊은 모래 토양에서, 비료는 3 가지 용량으로 적용될 수 있다: 식재 또는 첫 식물 출현시, 무기 N 비료의 1/3, S 비료의 1/2, K 비료의 1/2, 그리고 P 비료는 식재시 또는 첫 번째 식물 출현시에 첨가된다; 볼팅시, 무기 N 비료의 1/3 및 나머지 S 및 K 비료가 첨가되고; 마지막으로, 조기 개화시, 나머지 N은 초기 개화시에 첨가된다.
임의의 상기 설명된 실시예 및 작물 회전 시나리오에서, 분뇨 및/또는 유기 비료를 사용하여 카리나타 재배중에 필요한 질소 비료의 일부 또는 전부를 제공할 수있다. 분뇨는 분뇨 살포기, 덩어리 분산기(lump spreader), 탱크 왜건(tank wagon) 또는 당업자에게 알려진 다른 적절한 장비를 사용하여 브로드캐스팅(broadcasting), 밴딩(banding), 통합(incorporation) 또는 다른 당업자에게 공지 된 다른 방법에 의해 적용될 수있다. 분뇨는 가금류 쓰레기, 소 대변, 돼지 대변 또는 질소 및 기타 영양소가 풍부한 기타 농업 폐기물 중 하나 이상일 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 필드에 적용되는 분뇨의 양은 분뇨의 조성, 특히 질소 함량에 의존할 것이다. 분뇨의 전형적인 적용 비율은 0.5 - 10 톤/ha 또는 그 사이의 적용 비율이다. 예를 들어, 분뇨는 약 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 7, 8, 9 또는 10 톤/ha의 비율로 적용될 수있다. 이 비율로 적용되는 경우, 분뇨는 브라시카 카리나타 배양 중에 필요한 질소 비료의 약 20 % 내지 100 %, 또는 그 사이의 임의의 비율을 제공할 수있다. 예를 들어, 브라시카 카리나타 재배에 필요한 질소 비료에서의 분뇨는 약 20 %, 25 %, 30 %, 35 % 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90%, 95 % 또는 100 %를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 분뇨는 브라시카 카리나타 배양에 필요한 질소 비료의 약 30 % 내지 90 %, 또는 그 사이의 임의의 비율로 제공할 수있다. 다른 실시예에서, 분뇨는 브라시카 카리나타 배양에 필요한 질소 비료의 약 40 % 내지 80 %, 또는 그 사이의 임의의 비율로 제공할 수있다. 다른 실시예에서, 분뇨는 브라시카 카리나타 배양에 필요한 질소 비료의 약 50 % 내지 75 %, 또는 그 사이의 임의의 비율로 제공할 수 있다.
2022 년까지 헥타르 당 2090kg의 곡물 (43% w/w 오일 함량을 가정할 때 ha 당 899kg의 오일에 해당)의 미국 반 건조 지역에서 카리나타 생산량의 보수적인 추정치에 근거하여, 무기 N-비료 45-90 kg/ha, P- 비료 17-34 kg/ha, K-비료 0-11 kg / ha, 살충제3.1 kg/ha, 및 디젤연료 32.7 L/ha, 및 분쇄, 오일 저장 및 운송, 바이오 연료 제조 및 바이오 연료 분배와 관련된 온실 가스 배출이 대두 및 카멜리나(camelina)와 거의 동일하다고 가정할 때, 바이오 매스 바이오 디젤 생산을위한 가상 카리나타 경로에서 EPA-추정 GHG 총 배출 감소 HVO와 같은 고급 연료는 생산자가 Type 4 또는 Type 5 RIN 크레딧(credits)을 얻을 수 있도록 한다 (EPA-HQ-OAR-2015-0093-; FRL-9926-80- OAR; 바이오 연료 생산에 사용되는 브라시카 카리나타 오일의 생산 및 운송에 따른 온실 가스 배출량 분석에 대한 의견 고지 , Vol.80, 79, 2015 년 4 월 24 일 금요일, p 22996-23003; https://www.gpo.gov/fdsys/pkg/FR-2015-04-24/pdf/2015-09618.pdf). 따라서, 본 발명의 일 측면은 카리나타가 반 건조 환경에서 배양하여 최적의 바이오 연료 공급 원료를 제공하고 GHG 배출량을 현저하게 감소시킬 수 있는 비 식품 종자 작물을 나타내며, 후속 식량 작물의 개선된 수확량을 지원할 수 있는 토양의 질을 향상시킨다.
임의의 상기 기재된 실시예 또는 작물 회전 시나리오 하에서 재배될 때, B. 카리나타는 연간 헥타르 당 약 0.5 내지 약 5.0 톤의 CO2 또는 이들 사이의 임의의 양의 CO2를 토양으로 격리시킬 것이다. 예를 들어, 전술한 임의의 실시예 또는 작물 회전 시나리오 하에서 B. 카리나타의 성장은 연간 헥타르 당 0.5, 1.0., 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 또는 5.0 톤의 CO2를 격리시키거나 그 사이의 토양으로의 모든 양의CO2 를 격리시킨다.
임의의 상기 기재된 실시예 또는 작물 회전 시나리오 하에서 B. 카리나타로부터 수확된 B. 카리나타 곡물로부터 제조된 공급 원료는 바이오 디젤 또는 제트 연료와 같은 저탄소 강도 (낮은 CI) 바이오 연료를 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 저 CI 바이오 연료는 탄소 강도에 비해 생성된 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 또는 이상의 g CO2eq / MJ 에너지만큼 감소되는 화석 연료 공급 원료로부터 생성된 상응하는 종래의 연료의탄소 강도 값을 갖는다. 다른 실시예에서, 저탄소 강도 바이오 연료는 생성된 약 50 내지 약 200g CO2eq / MJ 에너지의 감소된 탄소 강도 값을 가지거나 화석 연료 공급 원료로부터 생성된 상응하는 연료의 탄소 강도 값에 대한 이들 사이의 임의의 양을 가진다. 다른 실시예에서, 저탄소 강도 바이오 연료는 생성된 약 75 내지 약 200g CO2eq / MJ 에너지의 감소된 탄소 강도 값을 가지거나 화석 연료 공급 원료로부터 생성된 상응하는 연료의 탄소 강도 값에 대한 이들 사이의 임의의 양을 가진다. 다른 실시예에서, 저탄소 강도 바이오 연료는 생성된 100-200 g CO2eq / MJ 에너지의 감소된 탄소 강도 값을 가지거나 화석 연료 공급 원료로부터 생성된 상응하는 연료의 탄소 강도 값에 대한 이들 사이의 임의의 양을 가진다.
유사하게, 임의의 상기 기재된 실시예 또는 작물 회전 시나리오 하에서 B. 카리나타의 성장은 녹색 (재생 가능) 디젤 생산에 사용될 때 그리고 화석 연료 공급 원료로부터 기존 디젤을 정제 및 생산하는 동안 GHG 생산에 대해 측정할 때 GHG 수명주기 배출을 약 60-400 % 또는 그 사이의 임의의 백분율로 감소시킬 것이다. 예를 들어, 임의의 상기 기재된 실시예 또는 작물 회전 시나리오 하에서 B. 카리나타의 성장은 녹색 (재생 가능) 디젤 생산에 사용될 때 그리고 화석 연료 공급 원료로부터 기존 디젤을 정제 및 생산하는 동안 GHG 생산에 대해 측정할 때 GHG 수명주기 배출을 약 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 95 %, 100 %, 125 %, 150 %, 175 %, 200 %, 225 %, 250 %, 275 %, 300 %, 325 %. 350 %, 375 % 또는 400 % 감소시킬 것이다. 일부 실시예 또는 작물 회전 시나리오에서, B. 카리나타의 성장은 녹색 (재생 가능) 디젤 생산에 사용되는 경우 및 화석 연료 공급 원료에서 기존 디젤을 정제 및 생산하는 동안 GHG 생산을 기준으로 측정 한 경우 GHG 라이프 사이클 배출을 약 75-300 %, 또는 이들 사이의 임의의 백분율로 감소시킬 것이다. 일부 실시예 또는 작물 회전 시나리오에서, B. 카리나타의 성장은 녹색 (재생 가능) 디젤 생산에 사용되는 경우 및 화석 연료 공급 원료에서 기존 디젤을 정제 및 생산하는 동안 GHG 생산을 기준으로 측정한 경우 GHG 라이프 사이클 배출을 약 90-250 %, 또는 이들 사이의 임의의 백분율로 감소시킬 것이다.
실시예
실시예 1 : 브라시카 카리나타는 땅콩을 회전시킨 후 겨울 덮개로 순차적으로 성장시켰다. 이 예는 저탄소 강도 바이오 연료 제조를위한 공급 원료 생산 및 가축 사료 응용을 위한 단백질이 풍부한 식사를 위해 열대 습한 기후대에서 덮개 작물로서 브라시카 카리나타의 재배를 보여준다. 이 지역의 경작의 예로서, 브라시카 카리나 타는 2015 년에서 2016 년까지 겨울 동안 SE Coverage (북 플로리다)의 두 농장에서 휴 경기를 대체하는 겨울철 작물로 순차적으로 재배되었다. 농장 1은 Jay, Fl. 농장 2는 플로리다 주 알타 근처에 있었다. 두 농장에서 재배된 이전 작물은 콩과 식물 작물인 땅콩이었다.
표 5는 각 농장에서 카리나타 작물 재배 방법을 요약한 것이다. 두 농장은 플로리다 북부에 위치하고 있으며, 표 2에서 위에서 설명한 바와 같이 열대 습한 지역으로 분류된 지역에 있다.　두 농장이 위치한 노스 플로리다 지역의 토양은 위의 정의에서 토양 분류의 SET # 6에 속하는 acrisol로 분류되었다.
필드는 경작이 없는(no-till) 관리 접근 방식을 사용하여 파종을 위해 준비되었다. 지역에 대한 Agrisoma 2015 재배자 안내서 (https://agrisoma.com/ckfinder/userfiles/files/2017_18_SE_Handbook.pdf)에서 제안된 최적 범위 내에서 속도와 파종 깊이로 브라시카 카리나타 AAC-A120을 사용하여 파종을 수행했다. 양 농장에서 사용된 투입량 (표 5 참조)도 관리자의 매뉴얼에 제시된 권장 범위에 속한다. 카리나타 재배와 관련된 총 온실 가스 배출량에 가장 정확하게 접근하기 위해, 농장 관리자는 카리나타 작물의 재배 및 수확에 사용된 모든 농기계의 연료 사용량을 기록했다 (표 5에서 설명). 모든 관수(watering)는 자연적인 침전을 통해 이루어졌으므로 추가 관개는 필요하지 않았다. 성숙되면 종자를 콤바인을 통한 직선 절단으로 수확하고 수집된 곡물을 제외하고 거의 모든 식물 재료를 현장으로 돌려 보냈다. 양 농장에서 수확된 카리나타 곡물의 순 및 ha 당 수확량 (10 % 수분 함량)을 표 5에 표시했다.
Figure pct00009
실시예 2 : 브라시카 카리나타는 열대 습한 기후(Florida / SE USA)에서 곡물(옥수수)에 이어 겨울 덮개로 순차적으로 성장하였다. 이 실시예는 바이오 연료 제조를 위한 공급 원료의 생산을위한 열대 습한 기후대에서 덮개 작물로서 브라시카 카리나타의 재배 및 가축 공급 응용을위한 단백질이 풍부한 밀(meal)을 입증한다. 브라시카 카리나타는 2015 년에서 2016 년까지 겨울 동안 겨울철 작물을 재배하여 겨울철 경작지를 SE USA의 농장에서 재배했다. 이전에 경작된 곡물은 곡물 작물 종의 예인 옥수수였으며, 관행에서 벗어 났을 때, 이전의 옥수수 작물의 수확 잔류물은 경작으로 통합되지 않았다. 표 6은 상기 기재된 바와 같이 열대 습한 기후대 및 표 2에서 수행된 카리나타 재배의 세부 사항을 요약한다. 노스 플로리다의이 지역에있는 토양은 모래 아레솔릭 타입(arenosolic- type)이다(위의 정의에서 토양 분류의 SET # 3 참조).
Figure pct00010
상기의 환경에서, 브라시카 카리나타는 11 월 중순에서 말까지, 이전 옥수수 작물의 스터블(stubble)에 전형적으로 1.25 -2.5 cm의 깊이로 파종되었다. 이 성장하는 환경에는 현재2종의 인브레드 오픈포렌(inbred open-pollenated) 카리나타 품종 레저넌스(Resonance) AAC-A120 (캐나다의 식물 육종가 보호, 출원 번호 15-8718로 보호됨) 또는 Avanza 641 (WO 2017 / 181276A)는 현재이 성장하는 환경에 권장되며, 후자의 다양성은 지역 적응성 높은 수율, 낮은 글루코시놀레이트 함량 및 증가된 서리 내성을 기반으로 권장된다. 파종 속도는 4 kg/ha로 조정되어 m2 당 80-180 식물의 범위에서 최적의 식물 밀도를 달성했다. 사용된 투입량은 표 6에 기재된 바와 같으며 무기 질소, 칼륨 및 인계 비료를 제안된 양으로 포함하였다. 아레노졸성 토양(Arenosolic soils)은 적당히 산성이며 돌로마이트 석회(dolomitic lime) (CaO)를 첨가해야 한다. 무기 질소 비료는 141.1 kg / ha의 속도로 적용되었으며, 일반적으로 카리나타에 권장되는 것보다 높지만 뿌리(root) 구역으로부터 질소가 침출될 수있고 뿌리 구역으로부터 침출되는 경향있는 습한 열대 환경의 모래 토양 유형에 적합하다.
재배 중 총 GHG 배출량을 가장 정확하게 액세스(access)하기 위해, 재배 및 카리나타 작물의 수확 동안 사용된 모든 자동화된 농장의 모든 자동화된 농장 연료 소비량의 사용을 기록했다. 모든 급수는 침전을 통해 달성되었으므로 추가 관개가 필요하지도 않았다. 짧은 주간 조건에서 겨울철 덮개 작물로 자란 브라시카 카리나타는 성숙기에 도달하는 데 5 개월 이상이 소요되었으며, 이 시점에서 카리나타는 콤바인을 통해 직선 절단으로 수확했다. 곡물을 수집하고 수집된 곡물을 제외한 거의 모든 식물 재료를 현장으로 돌려보냈다. ha 당 곡물수율 (10 % 수분 함량) 및 누적 연료 사용 연료는 표 6에 표시되어 있다.
실시예 3: 서늘하고 온화한 건조한 기후 (NT)에서 콩과 식물 ( 렌틸 )에 이어 여름철 덮개로서 브라시카 카리나타 . 이 실시예는 바이오 연료 제조를 위해 공급 원료 생산을 위한 여름 덮개 작물 및 가축 공급 응용을 위해 단백질이 풍부한 밀(meal)로서 카리나타의 재배를 입증한다. 브라시카 카리나타는 여름 덮개 작물로 재배되며, 미국 북부의 서늘하고 온화한 건조한 기후대와 캐나다 남부 대초원에서 이전 렌틸 작물의 스터블(stubble)에 심어져 있다. 표 7은 상기 기술된 바와 같이 쿨(cool)하며 온화한 건조로 분류된 기후 지역 및 표 2에서 수행되는 재배의 세부 사항을 요약한다. 이러한 지역의 예는 미국의 북부 티어(tier) 상태 및 캐나다 서부의 남부 대초원을 포함한다. 이 지역의 토양은 고 활성 점토 토양으로 분류된다(2010 년 6 월 위원회 결정은 부록 V에 지침 2009 / 28 / EC의 목적을위한 육상 탄소 저장량 계산 지침). 렌틸, 콩과 식물 종은 이 지역에서 점점 더 중요한 작물이며 밀 및/또는 브라시카 오일 시드와 같은 곡물을 포함하는 회전에서 자라는 경우가 많다.
상기한 환경에서, 브라시카 카리나타는 4 월 중순부터 5 월 초까지, 일반적으로 토양 온도가 이전 렌틸 콩 작물의 스터블(stubble)에 1.25 -2.5 cm의 깊이로 4-5 ºC를 초과할 때 파종된다. 2 종의 인브레드 오픈포렌(inbred open-pollenated) 카리나타 품종 레저넌스(Resonance) AAC-A120 (캐나다의 식물 육종가 보호, 출원일 2015 년 4 월 9 일 출원 번호 15-8718) 및 3A22 (2016 년 4 월 22 일 출원된 미국 특허 출원 번호 62/326111, 2017 년 4 월 18 일자로 출원된 PCT 국제 출원 번호 PCT / CA2017 / 050474)는 현재 이러한 성장 환경에 권장되며, 후자는 지역적 적응, 높은 수율, 낮은 글루코시놀레이트 함량 및 초기 성숙도에 기초하여 선택된다. 파종량은 5 ~ 9kg / ha의 파종률에 해당하는 m2 당 80 ~ 180 개의 식물 범위에서 식물 밀도를 달성하도록 조정된다. 투입물은 표 7에 기술된 바와 같고 무기 질소, 칼륨 및 인계 비료를 제안된 양으로 포함한다. 이 지역의 토양 pH는 일반적으로 7.0 이상이므로 돌로마이트 석회 적용이 필요하지 않다. 90kg / ha의 무기 질소가 권장되는 복용량이지만, 렌틸은 뿌리의 대기 질소를 고정시키는 능력으로 인해 토양 질소의 수준을 증가시키기 때문에 후속 작물에 따라 첨가되는 질소의 양을 줄일 수 있다. 따라서 표 7에는 무기 질소 첨가량에 대해서만 다른 두 가지 재배 시나리오가 나와 있다. 정상적인 권장 복용량을 가진 하나 (시나리오 1)와 무기 질소 적용을 가진 다른 하나(시나리오 2)는 이전 렌틸 작물에 의해 제공된 질소를 이용하기 위해 절반으로 줄었다.
Figure pct00011
카리나타 작물의 재배 및 수확의 모든 단계에서 사용되는 모든 농기구 및 기계의 사용과 관련된 GHG 배출 총량에 가장 정확하게 접근하기 위해 작동에 사용되는 디젤 연료의 양이 기록된다. 이를 위해, 디젤 연료 사용량의 기본값 1000MJ / ha가 사용되는데, 이는 자동화 농기구의 사용량이 적당히 높다는 것을 나타낸다. 모든 급수는 자연적인 침전을 통해 이루어지므로 추가 관개가 필요하지 않다. 여름철 덮개 작물로 재배될 때, 브라시카 카리나타는 일반적으로 4 개월 이내에 성숙기에 도달하며, 이 시점에서 콤바인을 통한 직선 절단으로 수확된다. 곡물이 수집되고 수집된 곡물을 제외한 거의 모든 식물 재료가 현장으로 반환된다. 두 질소 사용 시나리오 하에서 수확된 카리나타 곡물의 순 및 ha 당 수확량(10 % 수분 함량)이 표 7에 표시되어 있다.
실시예 4 : 브라 시카 카리나 타는 따뜻하고 습한 기후 (우루과이)에서 콩과 식물 (콩)에 이어 겨울 덮개로 순차적으로 성장하였다. 이 예는 바이오 연료 제조를 위한 공급 원료 생산 및 가축 사료 응용을 위한 단백질이 풍부한 밀(meal)을 위해 휴작을 대체하는 겨울철 작물로서 브라시카 카리나타의 순차적 재배를 설명한다. 브라시카 카리나타는 우루과이의 따뜻하고 습한 기후에서 이전 콩 작물의 스터블에 심은 겨울 덮개 작물로 재배되었다. 표 8은 위에서 설명한 온난한 습한 기후로 분류된 기후 지역 및 표 2에서 2015 년 겨울 동안 수행된 재배의 세부 사항을 요약한다. 이러한 지역의 예에는 우루과이의 경작지가 많이 포함된다. 이 지역의 토양은 고 활동 점토 토양으로 분류됩니다(2010 년 6 월 위원회 결정은 부록 V에 지침 2009 / 28 / EC의 목적을 위한 육상 탄소 저장량 계산 지침). 콩과 종인 콩과 식물은 이 지역에서 점점 더 중요한 작물이며 밀 및/또는 브라시카 오일 시드와 같은 곡물을 포함하는 회전에서 자라는 경우가 많다.
Figure pct00012
5 월 중순에서 후반 동안 2400 ha가 넘는 우루과이에 있는 17 개의 농장에 이전 콩 작물의 스터블과 깊이 1.25-2.5 cm의 카리나타를 순차적으로 심었다. 이 성장하는 환경에 대해 2 종의 인브레드 오픈포렌(inbred open-pollenated) 카리나타 품종 레저넌스(Resonance) AAC-A120 (현재 캐나다에서 PBR로 보호, 출원 번호 15-8718)과 Avanza 641 (준비중인 미국 식물 품종 특허 출원)이 권장되었으며 지역 적응, 높은 수율, 낮은 글루코시놀레이트 함량, 서리 내성 및 조기 성숙도를 기준으로 한다. 표 8은 모든 농장의 파종량, 투입량 및 생산량에 대한 평균값을 표로 나타낸 것이다. 파종 속도는 평균 파종 속도 7 kg / ha에 해당하는 최적의 식물 밀도를 달성하도록 조정되었다. 투입량은 표 8에 기술된 바와 같으며 모든 농장에서 사용되는 무기 질소, 칼륨 인 및 칼슘 (석회) 기반 비료의 평균을 포함한다. 이 지역의 토양 pH는 pH 5.7만큼 낮은 산성인 경우가 많으므로 토양 산도를 줄이기 위해 돌로마이트 석회 적용을 수행했다. 토양 질소 분석 결과에 기초하여 총 계절 평균 59.7 kg / ha의 질소가 적용되었다. 이는 권장 질소 수준 (90 kg / ha)보다 낮지 만, 기존의 토양 농작물로 인한 기존 토양 질소 수준을 반영한다. 표 8은 또한 모든 농장에서 살충제 (살충제, 제초제 및 살 진균제 포함)의 평균 사용량을 표로 정리한 것이다. 이러한 제품의 제조는 에너지를 소비하고 GHG 배출에 기여하기 때문에 BioGrace 모델은 이 제품이 기여하는 CO2eq 배출량을 결정하여 재배 단계의 총 배출량으로 결합했다.
전술한 바와 같이, 카리나타 재배와 관련된 GHG배출 총량을 가장 정확하게 평가하기 위해, 카리나타 작물의 재배 및 수확 동안 사용되는 모든 농기구 및 기계류 및 그들의 작업에 사용된 디젤 연료의 양이 기록되었다. 모든 농장에서 디젤 연료의 평균 소비량은 디젤 1ha 당 277MJ의 연료였다. 모든 급수는 침전을 통해 달성되었으므로 추가 관개가 필요하지도 않았다. 브라시카 카리나타는 낮 일광 조건에서 겨울철 작물로 자라기 때문에 5-6 개월 내에 성숙기에 이르렀으며(여름 재배 조건에서 요구되는 것보다 1-2 개월 더 길었다), 카리나타는 콤바인을 통해 직선 절단하여 수확했다. 곡물을 수집하고 수집된 곡물을 제외한 거의 모든 식물 재료를 현장으로 돌려보냈다. 수확된 카리나타 곡물의 순 및 ha 당 수확량 (수분 함량 10 %)을 표 8에 표시했다.
브라시카 카리나타는 우루과이에서 재배된 다른 지방 종자 작물에 비해 높은 수확량과 높은 바이오 매스를 생산한다. 2016 년 우루과이에서 수행된 연구에서 브라시카 카리나타 품종 Avanza 641은 현재 열려있는 수분 및 하이브리드 스프링 카놀라-형 상업용 브라시카 나푸스 품종의 여러 품종과 함께 삼중 플롯으로 동일한 조건으로 파종 되었다. 식물 밀도, 실리크(silique) 밀도, 수확시 지상 바이오 매스, 수확시 곡물 수율 및 수확 지수에 대한 배양 과정에서 플롯을 모니터링 하였다. 데이터는 표 9에 요약되어 있다.
Figure pct00013
반복 실험의 최소 제곱 평균 (LSM)을 계산하고 테스트 된 품종 간에 유의한 차이가 있는지 여부를 확인하기 위해 Tukey의 검정을 사용한 평균을 비교했다(표 10 참조). 각 측정에 대해 동일한 문자를 공유하는 LSM 값은 크게 다르지 않다.
Figure pct00014
이처럼, 이들 우루과이 연구에 사용된 재배 조건하에서 브라시카 카리나타는 가장 최신의 하이브리드 스프링 카놀라 품종까지도 현저하게 산출했다. 이러한 수율 이점에 기여하는 것은 실리크(silique) 밀도 및 식물 밀도와 같은 특성이 브라시카 카리나타 AVANZA 641에 대해 상당히 더 높은 특성이었다. 이전 연구는 미국 Norther Tier의 다른 브라시카 오일 시드에 비해 봄에 심은 브라시카 카리나타 품종의 지상 바이오 매스 생산이 높음을 보여 주었다(Gesch, et al. 2015). 본원에 제시된 결과는 짧은 낮 길이의 겨울 재배를 위해 선택된 브라시카 카리나타 품종이 다른 상용 브라시카 오일 시드 작물보다 상당히 높은 수준의 지상 바이오 매스를 생산하면서 높은 수확량 잠재력을 유지함을 입증한다. 풍부한 바이오 매스 생산은 수확 잔류물을 현장으로 반환, 보존 경작, 스터블(stubble) 유지와 같은 토지 관리 관행과 함께 관리하면 식물 영양소와 탄소가 토양으로 크게 반환될 수 있다 (아래 참조).
실시예 5 : 뉴 사우스 웨일즈의 곡물(밀)에 이어 겨울철 작물로 브라시카 카리나타를 순차적으로 재배함. 이 예는 바이오 연료 제조를 위한 공급 원료 및 가축 사료 응용을 위한 단백질이 풍부한 밀(meal)을 위해 호주 동부 뉴 사우스 웨일즈의 밀 벨트로 대표되는 따뜻한 온대 건조 및 열대 건조 기후 지역에서 덮개 작물로서 카리나타 재배를 보여준다. 여기에서 겨울철에 제공되는 증가된 수분을 이용하기 위해, 브라시카 오일 시드(주로 카놀라 유형 품종)는 가을, 겨울에 재배되며 봄 또는 초여름에 최대 5-7개월의 재배 계절 후에 뿌려진다. 비슷한 방식으로, 브라시카 카리나타는 겨울 동안 상대적으로 높은 강수량을 받는 것으로 알려진 서브 지역의 농장에서 겨울철 작물을 대체하여 겨울철 작물로 순차적으로 재배된다. 이전에 경작된 곡물은 곡물 작물 종의 일예인 밀이며, 이전의 관행을 벗어나는 경우 이전 작물의 수확 잔재물은 경작으로 통합되지 않는다. 표 11은 상기한 바와 같이 따뜻하고 온화한 건조 기후대 및 표 2에서 수행되는 카리나타 재배의 세부 사항을 요약한다. 이 지역의 토양 대부분은 Luvisol, Vertisol 또는 Calcisol으로 분류되며, 위의 토양 분류 정의에서 SET # 9, SET # 3 및 SET # 7에 각각 설명되어 있다.
상기한 환경에서, 브라시카 카리나타는 4 월 중순에서 5 월 말까지 순차적으로 이전 밀 작물의 스터브에, 전형적으로 1.25-2.5 cm 깊이로 파종된다. 파종 속도는 5 kg / ha로 조정되어 m2 당 80-180 식물의 범위에서 최적의 식물 밀도를 달성한다. 사용된 투입량은 표 11에 기술된 바와 같이 무기 질소-, 칼륨-및 인계 비료를 제안된 양으로 포함하였다. 110kg / ha의 무기 질소 비료가 사용되었으며, 이는 일반적으로 카리나타에 권장되는 것보다 높지만 질소가 뿌리 지역 밖으로 침출되는 습한 열대 환경의 모래 토양 유형에 대해 정당화될 수 있다.
Figure pct00015
실시예 6: 땅콩(peanut)을 회전시킨 후 겨울철 덮개로서 순차적으로 성장한 브라시카 카리나타로부터 제조된 공급 원료를 사용하여 저 CI 바이오 연료에 대한 GHG 감소. 실시예 1에 기재된 카리나타 재배의 예에서 카리나타 재배의 GHG 풋프린트(footprint )를 계산하기 위해, BioGrace v 1.4 모델을 사용하였다(http : // www. Biograce.net). 이 모델은 연료 품질 지침(2009 / 30 / EC)에도 명시된 재생 가능 에너지 지침(2009 / 28 / EC, RED)의 지속 가능성 기준을 따른다. BioGrace Excel 도구의 계산은 LCA (Life Cycle Assessment) 관점에 따라 1MJ 연료의 GHG 배출량을 평가한다. 이것은 다음을 의미한다:
· 기능 단위는 "1MJ의 연료 생산 및 사용"이다.
· 바이오 매스 생산에서 연료 분배에 이르는 모든 수명주기 단계가 고려되고 (표 12 참조) 바이오 연료 경로의 한 단계를 나타내는 전용 모듈 내의 계산 시트에 표시된다. 바이오 연료의 경우, 배출되는 CO2가 생물 성이므로 연료를 연소할 때 발생하는 CH4 배출량은 중요하지 않기 때문에 사용 단계에서는 GHG가 배출되지 않는다.
· 모듈은 입력 소비량을 수집하고 기후 변화 (CO2, CH4 및 N2O)에 기여하는 3 가지 주요 가스의 배출량을 계산한다. 각 가스의 기여도에 대한 자세한 내용은 계산의 마지막 단계에서 제공된다. 세 가지 가스의 합은 동일한 GHG 효과 (g CO2eq / MJ HVO 연료 생산)를 생성하는 데 필요한 동등한 양의 CO2 (CO2eq)로 표시된다.
· 각 경로의 GHG 배출량을 얻기 위해 각 모듈의 GHG 배출량을 요약한다.
그러나 이 실시예의 목적상, 생산된 공급 원료는 주로 운송 및 항공 연료 응용 분야에서 연료 대체품으로 사용하기위한 HVO 생산에 주로 사용되지만, 카리나타가 겨울철 덮개로 재배되고 열대 습한 기후대 지역의 콩과 식물 (땅콩)을 따라 재배되는 재배 조건에서 카리나타 재배가 관련 연료 경로의 탄소 강도를 감소시킬 가능성을 확립하기 위해 BioGrace 모델은 곡물의 수확, 건조 및 저장 위치로의 운송을 포함하여, 카리나타 기반 바이오 연료 경로의 재배 단계에서 발생하는 GHG배출량을 고려하는데만 사용된다. 그럼에도 불구하고 일관되고 기능적 단위를 존중하는 방식으로 GHG 배출량을 추정하기 위해, 약식 경로에 대한 추정 된 HVO 수율은 카리나타 시드의 0.58 MJ HVO / MJ로 설정되었다. BioGrace GHG 배출량 계산기의 "웰 투 탱크(well to tank)"시스템 경계 내에있는 재배된 브라시카 카리나타에서 HVO를 생산하는 단계는 도 1에 나와 있다. 카리나타 오일의 처음 3 단계에 대한 할당 계수는 0.613이다.
재배 중에 사용되는 투입물 및 연료의 GHG 배출량은 BioGrace 스프레드 시트에 유사하게 제공된 적절한 할당 계수를 곱하여 사용된 투입량 또는 연료량을 기준으로 추정할 수 있다. 종자, 오일 또는 연료의 운송 중에 사용된 연료로부터 도출된 배출량은 적절한 연료 유형에 대해 유사하게 제공된 할당 계수와 이동 거리 및 특정 운송 방식 (예 : 철도, 도로 또는 해상 선박)의 연료 효율을 곱하여 계산될 수 있다.
MJ/kg으로 표현되고, BioGrace 스프레드 시트와 함께 제공된 이러한 값의 표로부터 수득되는 낮은 발열량는 경로의 다양한 단계에서 곡물, 오일, 밀(meal)의 에너지 함량을 측정하는 데 사용되었으며 기능 단위와 관련하여 HVO의 MJ 당 MJ로 변환되었다.
카리나타 재배 (필드 준비, 파종, 투입 및 수확용) 및 수확된 카리나타 곡물의 건조에 사용되는 전기 에너지에 사용되는 트랙터 및 농기구에 연료를 공급하는 데 사용되는 디젤은 경로 GHG 배출에 기여하며, 이것 또한 재배 단계의 일부로 설명된다.
재배 중에 사용되는 연료의 GHG 배출량은 BioGrace 스프레드 시트에 유사하게 제공된 적절한 할당 계수를 곱하여 사용된 연료량을 기준으로 추정할 수 있다.
비료 및 살충제와 같은 농작물 재배에 사용되는 투입물 제조에는 바이오 연료 생산 경로의 수명주기 GHG 배출의 일부로 포함되어야 하는 관련 배출물이 있다; 이는 농작물 재배에 사용된 투입량과 관련 투입물의 제조 공정에 이용 가능한 기본 배출 계수 (GHG 생산량 / kg 투입량) (JEC E3- 데이터베이스; 버전 31-7-2008)를 기준으로 추정된다. 또한 경작에서 발생하는 추가 배출원이 있는데, 이는 이산화탄소보다 265 배 더 강력한 온실 가스인 아산화질소 (N2O)의 필드 배출의 결과이다. 이러한 필드 방출은 세 가지 추가 범주로 세분화된다: 필드에서 직접 N2O 배출, 침출 및 유출로 인한 간접 N2O 배출, NH3 및 NOx 휘발로 인한 간접 N2O 배출. 필드 배출은 작물 잔류물에서 파생된 유기 물질의 분해 또는 연소의 결과와 질소 기반 비료 사용 자체의 결과이며 BioGrace 스프레드 시트의 N2O 배출 모듈로 추정된다(이 출원의 정의 섹션에 설명됨).
상업용 곡물 처리기에 의해 유지되는 수집 및 보관 지점으로 곡물을 운송하는 것도 GHG 배출의 잠재적 원인이 되었다. 운송의 특성, 운송 중 사용된 연료 및 이동 거리는 모두 기록되어 순 GHG 배출량을 결정하는 데 사용되었다(표 12). 이 실시예의 목적상 곡물을 지역 저장고로 운송하는 것만 고려된다.
Figure pct00016
재배 건조 및 운송 단계에서 표로 분류된 모든 배출량을 추가하여 재배 단계의 총 배출량을 산출했다(농장 1의 재배 단계 배출량에 대해서는 표 13, 농장 2의 재배 단계 배출량에 대해서는 표 14 참조). 카리나타 재배 및 곡물 재배 후 현지 곡물 처리기 보관,
카리나타 오일 분획이 종자의 에너지의 63 %를 차지하고 HVO로 고유하게 처리되는 종자 분획이라는 사실을 설명하기 위해 할당 계수가 배출에 적용된다. 따라서, 오일이 HVO로 처리될 때까지 생성된 배출량에 할당 계수를 곱한다.
Figure pct00017
Figure pct00018
BioGrace 모델은 순 GHG 배출량 계산의 한 가지 추가 요소, 즉 기준 상황과 비교하여 바이오 에너지 작물을 경작할 때 개선된 토지 관리 관행이 적용될 수 있는 예상 GHG 배출량 감소를 고려한다. Esca라고 하는 배출 감소는 개선된 토지 관리 관행이 관리 토지에서 탄소 격리를 증가시켜 경로의 경작, 처리 및 운송 단계에서 생성된 배출의 일부를 상쇄한다고 가정한다. 본원에 기술된 바와 같이 재배된 카리나타의 특정 경우에, 전체 경작에서 경작이 없는 것으로의 변경 및 경작 작물로 휴경기를 대체하여 수확시 토양의 바이오 매스의 높은 비율을 토양으로 다시 돌려 보냄으로써 추가적인 배출 감소가 예상된다. BioGrace 모델은 이러한 개선 사항에 따라 토양 / ha / 년으로 반환되는 톤 단위의 CO2 단위로 Esca 값을 수량화하고 할당한다(표 15의 Esca 값 참조). 이는 이후 생산된 HVO 바이오 연료의 토양 / MJ로 반환된 CO2 톤으로 변환된 다음 전체 경로의 순 배출량을 줄이는 데 사용된다 (표 16 및 17 참조).
농장 1의 카리나타 재배에서 볼 수 있듯이, 생산된 HVO의 MJ 당 CO2 eq 배출은 음이며 (-35.6 톤의 CO2eq / MJ가 생산된 HVO) HVO 생산 경로의 재배 단계만을 고려한다면, 농장 1에서의 재배 조건하에서 카리나타의 재배로 인해 생성된 단위 연료 당 대기 GHG 수준의 순 감소를 나타낸다. 농장 2에서 생산된 HVO의 MJ 당 CO2 eq 배출량도 음수이다: -17.6 톤의 CO2eq / MJ of HVO. 농장 1이 경험한 배출량을 크게 감소시키는 요인은 다음과 같다. a) 질소 비료의 제조와 관련된 수명주기 배출량뿐만 아니라 현장 GHG 배출량을 감소시키는 무기 질소 비료의 사용량 감소; b) 경작된 헥타르의 수가 실제로 많았음에도 불구하고 경작에 사용되는 농기구의 연료 사용량이 적다.
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
실시예 7: 땅콩을 회전시킨 후 겨울 덮개로서 순차적으로 성장할 때 공급 원료를 생산하기 위해 카리나타를 사용하여 전체 HVO 생산 경로와 관련된 GHG 감소. 이 실시예는 콩과 작물 (땅콩) 재배 후 열대 습한 기후대에서 덮개 작물로 순차적으로 성장한 카리나타의 공급 원료를 사용하여 전체 HVO 생산 경로에서 달성된 GHG 배출 감소를 보여준다. 이전 실시예에서 설명한 바와 같이, 브라시카 카리나타는 2015 년에서 2016 년 겨울 동안 겨울철 작물을 대체하여 겨울철 경작지를 SE USA의 두 농장에서 재배했다. 두 농장에서 재배 이전 작물은 콩과 식물 작물인 땅콩이었다. 일반적인 관행에서 벗어난 경우, 땅콩 잔류물은 수확 후 경작으로 통합되지 않고 땅콩 작물 잔류물이 들판에 남아있게 할 때까지 관리를하지 않았다.
이들 실시예에서 카리나타 재배의 GHG 풋프린트(footprint)를 계산하기 위해, 전술한 바와 같이 BioGrace v 1.4 모델(http: // www. Biograce.net)을 사용하였다. 표 18은 HVO 바이오 연료 생산 경로 (웰 투 탱크(well to tan))에 의해 생성된 모든 관련 배출물을 설명하는 BioGrace V1.4 모듈의 관련 모듈을 요약한 것이다. 본 명세서에 기술된 실시예에서, 재배 배출만을 고려한 이전의 예와 달리, 상기 열거 된모든 배출원이 고려된다.
경작 단계의 경우 종자 및 필드 준비로 인한 배출, 투입 적용으로 인한 직접 및 간접 배출, 파종을위한 농기구 사용으로 인한 배출, 투입 적용, 수확 등의 배출, 건조와 관련된 에너지 사용으로 인한 배출 N2O의 필드 방출로 인한 곡물 및 배출량은 이전 실시예 (실시예 6)에 설명된 바와 같으며 표 13 및 14에 요약되어있다.
Figure pct00022
오일 추출 및 바이오 연료로의 가공을 포함하는 가공 단계에서, 수소 처리 식물성 오일 (HVO)의 생산은 카리나타 공급 원료의 최종 용도로 선택되었다. 분쇄 및 오일 추출 단계에서, 착유기 및 분쇄 라인 장비를 가동하기 위한 전기 및 가열을 위한 천연 가스 보일러 증기 생성은 LCA 모델에서 설명되는 주요 GHG 배출원이다. 밀(meal)로부터의 오일 (예: 헥산) 추출 및 추출 오일 (예: NaOH 및 인산)의 탈검(degumming) 및 정제(refining)에 사용되는 화학 물질도 수명주기 GHG에 기여하고 설명된다. 수소를 HVO로 가공하기 위해 수소 처리 공정 자체에 사용되는 수소와 마찬가지로 전기 및 천연 가스 증기 생성이 GHG 배출에 기여하는 주요 에너지원이다. 일반적으로 기본 배출량 값은 크게 변하지 않는 잘 확립된 공정이므로 이러한 공정 단계에 사용된다. 유채 기름 추출 및 수소 처리에 대한 기존의 기본값은 유채 또는 카리나타에 적용되는지에 따라 크게 다르지 않을 것으로 예상되므로 카리나타 경로에 사용되었다. 처리 단계의 배출량은 표 19에 요약되어 있다. 곡물 생산량의 차이로 인해 서로 다른 총 오일 양이 생산 및 처리되는 반면, 이러한 배출량은 각 농장의 기여에서 생산된 HVO의 총량으로 정규화되기 때문에 정규화된 처리 각 농장의 곡물 생산량에 대한 배출량은 같다.
Figure pct00023
운송-관련 배출의 경우, 농장 게이트, 가장 가까운 곡물 엘리베이터, 분쇄 공장, HVO 바이오 연료 정유소 및 주유소 사이를 이동하는 거리가 운송 연료 요구 사항을 추정하는 데 사용된다. 저장 시설에서의 발전 비용은 곡물 생산량으로 계산된 공급 원료 및 바이오 연료 양을 기준으로 한다. 이 특정 예에서, 플로리다 북부와 조지아 남부의 농장에서 경작된 곡물은 3 개의 수집 지점 중 하나로 운송된 다음 트럭을 통해 탬파 항구로 운송되어 곡물이 모여 해상 운송 회사의 화물선에 적재되었다. 곡물은 바다로 프랑스 루앙(Rouen)으로 운송된 다음 분쇄를 위해 트럭으로 그랑쿠론(Grande Currone)에 운송되었다. 식물성 오일은 저장을 위해 트럭으로 벨기에 안트베르펜 (Anthewerp)으로 운송된 다음, HVO 가공에 의해 연료로 전환하기 위해 프랑스 동 (Donges)의 정유 공장으로 트럭으로 운송되었다. 이동 거리와 운송 중 사용된 연료 (표 20에 요약)를 사용하여 농장 1 (표 21)과 농장 2 (표 22)의 운송 단계에서 생성된 배출량을 결정했다.
재배 단계, 카리나타 곡물을 분쇄기로 이송, 종자 파쇄 및 오일 추출 단계에서 카리나타 오일 분획이 종자의 에너지의 63 %를 구성하며 HVO로 고유하게 처리되는 종자 분율을 포함한다. 따라서 오일이 HVO로 처리될 때까지 배출량에 할당 계수 (0.63)를 곱한 반면 후속 단계에서는 배출량이 계산된 값의 100 %로 간주된다.
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
전술한 바와 같이, 간접적인 토지 이용 변화는 바이오 연료 경로의 GHG 배출에 크게 기여할 수 있으며 BioGrace 모델에서 GHG 배출의 잠재적 공급원으로서 설명되며, 상기 단계에 추가될 수있다. 그러나, 본 발명의 카리나타 재배 방법에서, 카리나타의 재배가 작물 회전에서 휴경 기간을 대체하고 다른 작물을 대체하지 않기 때문에 간접적인 토지 이용 변화는 발생하지 않는다.
BioGrace 모델은 순 GHG 배출량 계산의 한 가지 추가 요소, 즉 기준 상황과 비교하여 바이오 에너지 작물 재배에 적용되는 개선된 토지 관리 관행이 발생할 수있는 예상 GHG 배출량 감소를 고려한다. Esca라고하는 배출 감소는 개선된 토지 관리 관행이 탄소 격리를 증가시켜 경로의 경작, 처리 및 운송 단계에서 생성된 배출의 일부를 상쇄한다고 가정한다. 본원에 기술된 바와 같이 재배된 카리나타의 특정 경우에, 전체 경작에서 경작이 없는 것으로 변경되고 경작을 경작 작물로 대체하여 높은 비율의 바이오 매스를 토양으로 다시 돌려 보냄으로써 추가적인 배출 감소가 예상된다.
BioGrace 모델은 이러한 개선 사항에 따라 Esca 값을 수량화하고 할당한 다음 전체 경로의 순 배출량에서 차감한다(표 23).
Figure pct00027
표 23은 또한 카리나타가 농장 1과 농장 2에서 생산될 때 카리나타 오일에서 HVO 경로로 발생하는 것으로 계산된 GHG 배출량을 요약한다. 두 농장은 동일한 토양 및 기후 지역에 위치하고 서로 지리적으로 근접하고 작물은 동일한 종점으로 동일하게 처리되므로 처리 및 운송 단계는 배출량 측면에서 매우 유사하다. 이처럼, 둘 사이의 배출량 차이를 나타내는 유일한 단계는 재배 단계이며 각 농장에서 사용되는 관행의 변화를 반영한다. 여기에는 acres 파종, 파종량, 투입량 (특히 질소 기반), 재배에 사용되는 에너지 및 궁극적으로 작물 수확량의 차이가 포함된다. 그럼에도 불구하고, 표 24에 도시된 바와 같이, -14.2 gCO2 eq / MJ (농장 1) 및 3.5 gCO2 eq / MJ (농장 2)의 카리나타에서 HVO 경로로의 수명주기 GHG 배출량은 83.8 gCO2eq / MJ (WTT 부록 1, v3 단락 2.1 및 3; Z1)에서 석유 유래 디젤의 생산 경로는 디젤 연료와 관련하여 GHG 배출량을 96 ~ 117 % 감소시킨다.
Figure pct00028
실시예 8 : 겨울철 덮개로서 콩 후에 순차적으로 브라시카 카리나타 ; 재배 중 GHG 배출에 대한 분뇨 사용의 영향. 브라시카 카리나타는 2015 년에서 2016 년까지 겨울 동안 겨울철 작물로 경작하여 SE USA의 두 농장(조지 아주 포트 밸리 근처 농장 A와 GA 더블린 근처 농장 B)에서 경작지를 대체했다. 이 지역은 위와 표 2에 설명된 대로 온대 온화한 습기로 분류된 기후대에 속한다. 조지아의이 지역에서 발견되는 토양은 저 활동 점토 토양 유형의 일반 분류에 속한다(2010 / 335 / EU; 위원회 참조 Directive 2009 / 28 / EC 부속서 V의 목적을위한 토지 탄소량 계산 지침에 대한 2010 년 6 월 10 일 결정). 양 농장의 밭에는 해당 지역의 Agrisoma Growers Guide에 요약된 절차에 따라 브라시카 카리나타 Avanza 641을 심었다 (https://agrisoma.com/ckfinder/userfiles/files/2017_18_SE_Handbook.pdf); 재배에 대한 자세한 내용은 표 25를 참조. 양 농장에 사용된 비료 투입량은 표 25에 나와 있으며, 재배자 안내서에 제안된 권장 범위를 달성하기 위해 첨가된 영양분의 양을 결정하기위한 토양 분석 결과를 기반으로 한다. 농장 A의 경우, 모든 질소가 무기 질소 비료의 형태로 적용되었고, 농장 B의 경우에는 무기 질소 비료와 분뇨의 혼합물이 사용되었다.
카리나타 재배와 관련된 총 GHG배출량에 정확하게 접근하기 위해 농장 관리자는 카리나타 작물의 재배 및 수확에 사용된 모든 농기계의 연료 사용량을 기록했다(표 26).
두 곳의 모든 급수는 자연적인 침전과 보충 관개를 통해 이루어졌다. 성숙되면 종자를 콤바인을 통한 직선 절단으로 수확하고 수집된 곡물을 제외하고 거의 모든 식물 재료를 현장으로 돌려 보냈다. 양 농장에서 수확한 카리나타 곡물(특정 수분 함량)의 단위 면적당 수확량은 표 25에 정리되어 있다.
Figure pct00029
분뇨를 사용하거나 사용하지 않은 카리나타 재배의 GHG 풋프린트(footprint)를 계산하기 위해, 재배 및 운송 동안 재배 투입에 대해 실시예 6에 설명된 바와 같이 BioGrace v 1.4 모델 (http: // www. Biograce.net)을 사용하여 동일한 원리를 사용하여 GHG 배출을 설명했다. 그러나 이 실시예의 목적상, 생산된 공급 원료는 주로 운송 및 항공 연료 응용 분야에서 연료 대체품으로 사용하기 위해 HVO 생산에 주로 사용되지만, 카리나타는 따뜻하고 온화한 습한 기후 지역의 농장에있는 휴경지를 대체하는 겨울 덮개로 재배되며, 재배 단계에서 사용된 분뇨가 HVO 바이오 연료의 탄소 강도에 미치는 영향을 평가할 수 있는 재배 조건에서 관련 바이오 연료 연료 경로의 탄소 강도를 감소시키는 카리나타 재배의 가능성을 입증하기 위해 BioGrace 모델은 곡물의 수확, 건조 및 저장 위치로의 운송을 포함하여, 카리나타 기반 바이오 연료 경로의 재배 단계에서 발생하는 GHG 배출량을 고려하는 데만 사용된다. 그럼에도 불구하고 일관되고 기능적 단위를 존중하는 방식으로 GHG 배출량을 추정하기 위해, 축약된 경로에 대한 추정된 HVO의 수율은 수확된 카리나타 곡물의 0.58 MJ HVO / MJ로 간주되었다. 카리나타 오일 생산(재배, 건조 및 곡물 운송)의 처음 3 단계에 대한 할당 계수는 앞에서 설명한대로 0.613이다.
재배, 건조 및 운송 단계에서 도표화된 모든 배출물을 추가하여 재배 단계에 대한 총 배출량(탄소 강도로 표시)을 제공했다(농장 A 및 농장 B의 재배 단계 배출량에 대해서는 표 26 참조). 전술한 바와 같이, 재배, 건조 및 곡물 수송 단계에있어서, 카리나타 오일 분획이 종자의 에너지의 63 %를 차지하고 HVO로 고유하게 처리된 분율을 나타내는 사실을 설명하기 위해 할당 계수가 배출에 적용된다. 따라서, 카리나타 오일이 곡물에서 추출될 때까지 생성된 배출량에 상기 할당 계수를 곱하여 각 재배, 건조 및 곡물 운송 단계에 대해 소위 할당 배출량을 산출한다(표 27 참조).
Figure pct00030
Figure pct00031
BioGrace 모델은 순 GHG 배출량 계산에서 한 가지 추가 요소를 고려한다. - 즉, 관리 관행이 수정되지 않은 기준 상황과 비교하여 바이오 에너지 작물 재배 중에 적용되는 개선된 토지 관리 관행으로 인해 발생할 수있는 GHG 배출량 감축 예상. Esca라고하는 배출 감소는 개선된 토지 관리 관행이 관리 토지에서 탄소 격리를 증가시켜 경로의 경작, 처리 및 운송 단계에서 생성된 배출의 일부를 상쇄한다고 가정한다. 본원에 기술된 바와 같이 배양된 카리나타의 특정 경우에, 중간 경작에서 경작 감소로의 변경, 토양 탄소 보존에 기여하는 비료의 사용뿐만 아니라 수확시 토양으로 다시 바이오 매스의 높은 비율을 돌려주는 지면 덮개 작물로 경작을 대체함으로써 추가적인 배출 감소가 예상된다. BioGrace 모델은 이러한 개선 사항에 따라 토양/ha/년으로 반환되는 톤 단위 CO2 단위의 Esca 값을 수량화하고 할당한다(농장 A의 표 28 및 농장 B의 표 29의 Esca 값 참조). 이는 이후 전체 경로의 순 배출량을 줄이는 역할을하는 생산된 HVO 바이오 연료의 토양/MJ로 반환되는 CO2 톤으로 변환된다.
Figure pct00032
Figure pct00033
표 30에서 볼 수 있듯이, 두 농장의 재배, 건조 및 곡물 선적 단계에서 생산된 HVO의 MJ 당 CO2eq 배출량은 음성이며 (즉, 농장 A에서 생산된 HVO의 -18.7 톤의 CO2eq / MJ 및 농장 B에서 생산된 HVO의 -114.35 톤의 CO2eq / MJ), 본원에 기술된 조건 및 관행 하에서 카리나타의 배양이 대기 CO2eq의 순 감소를 초래했음을 나타내고 농장 B의 경우, 분뇨를 사용하여 토양 구조와 탄소 보유를 개선함으로써. 탄소 함유 수확 잔류 물, 잎 찌꺼기 및 뿌리 물질의 순 혼입으로 인해 실질적으로 토양 유기 탄소의 수준을 증가시킴으로써 경작 감소를 이용하여 토양 탄소 손실을 감소시킨다.
Figure pct00034
표 26에서 볼 수 있듯이, 농장 B에서 분뇨를 사용하면 직접 및 간접 N2O 배출과 관련된 CO2eq 배출이 크게 증가한다. 실제로, 농장 2는 경작, 건조 및 곡물 운송 단계의 기여만을 고려할 때 농장 A의 온실 가스 배출량보다 1.65 배 높은 CO2 배출량을 나타낸다. 그러나 이는 농장 A보다 농장 B에 대해 관찰된 연간 토양 탄소 퇴적물의 2.8 배 증가에 의해 보완된다(표 28 및 29 참조). 따라서, 농부가 비옥도가 비교적 낮은 토양 (특히 질소 수준에 관한 한)에서 카리나타를 재배하기를 원할 경우, 비료 적용이 토양 탄소 축적에 유리한 영향으로 인해 GHG 배출량을 상쇄하고 더 줄일 수 있기 때문에 필요한 생식량 수준과 최대 카리나타 수율을 달성할 농부가 분뇨를 무기질 비료(특히 무기 질소)의 대체물로 사용하는 것이 유리하다.
현재 분석에서는 HVO 바이오 연료 경로의 일부만 고려하지만, HVO 및 저탄소 강도 바이오 연료의 생산을위한 공급 원료를 생산하기 위한 카리나타 재배에 대해 본원에 기술된 바에 따르면, 카리나타 재배, 건조 및 곡물 수송 단계 동안 발생된 상당한 감소가 경로 (즉, 오일 추출, 공급 원료의 수송 및 저장, 공급 원료의 HVO 로의 전환, HVO 수송 저장 및 분배)의 최적의 방법을 적용하는 것이 당업자에게 명백하다. 실제로, 농장 B에 대해 기술된 관행이 실시예 7에 기술된 HVO 생산 경로에 적용된다면, 전체 HVO 생산 경로에 대한 순 음의 탄소 강도가 쉽게 달성될 것이다. 재배, 건조 및 곡물 운송 단계에 대한 탄소 강도가 음수일수록 바이오 연료 경로의 전체 GHG 배출을 최소화하면서 공급 원료 및 HVO에 대한 운송 옵션의 범위를 더 많이 고려할 수 있다.
실시예 9 : 열대 습한 기후 (Florida / SE USA)에서 곡물 (옥수수)에 따라 겨울 덮개로서 브라시카 카리나타의 순차적 재배로부터 생성되어 공급 원료로부터 제조된 저 CI 바이오 연료에 대한 GHG 감소 가능성. 이 실시예는 노스 플로리다에서 곡물 후 카리나타의 생산에 의해 예시된 바와 같이, 열대 습한 기후 구역에서 커버 작물로서 순차적으로 재배되는 카리나타의 배양 동안 달성된 GHG 방출의 감소를 입증한다(이전에 실시예 2에 기재됨). 이전 실시예에서와 같이, 열대 습한 기후대에서 옥수수 후 겨울 덮개 작물로서 카리나타 재배로 인한 배출은 최종 제품으로 HVO를 가정하고 BioGrace 모델을 사용하여 계산되었으며 생산된 HVO의 g CO2eq / MJ로서 표 31에 요약되어 있다. 곡물의 재배 및 수확, 건조 및 운송으로 인한 배출량은 곡물의 오일 부분만이 바이오 연료 경로의 이 부분에서 GHG 배출에 기여한다는 사실을 설명하기 위해 사용되는 할당 계수 적용 전후에 표로 작성되었다. 표시된 바와 같이, 할당 계수를 적용한 후, 곡물의 경작, 건조 및 수송으로 인한 총 배출량은 47.9 g CO2eq / MJ의 HVO 생산량 인 것으로 밝혀졌다.
Figure pct00035
표 32는 옥수수와 카리나타 회전 채택과 관련 토지 관리 관행 개선으로 인해 발생할 수 있는 이점을 요약한 것이다. BioGrace 모델은 새로운 농업 관행 적용 전후의 토양 탄소 축적을 비교한다. 기준 상황에서 토지는 경작된 상태로 유지되고 낮은 수준의 투입물을 받는 동안 경작 조건에서 유지되는 반면, 수정된 상황에서는 경작 조건과 높은 수준의 투입량으로 카리나타 덮개 작물이 경작된다. 실제로 이러한 변화의 결과는 수확 후 남은 식물 잔류물과 뿌리 물질로부터 축적된 탄소의 반환으로 인해 기존 토양 저장량에 탄소가 연간 순 기여한 것이다. BioGrace 모델은 기준선을 통해 개선된 토지 관리 관행에 따른 카리나타 재배로 인해 연간 1.02 톤의 CO2 / ha / 년으로 표현되는 순증가 토양 탄소를 예측한다. 탄소는 주로 대기 CO2의 광합성 고정을 통해 식물에서 유래하기 때문에 대기에서 CO2의 총(net) 제거하고 토양에 격리시킨다. 순 GHG 배출 감소는 또한 생산된 HVO의 양, 36.59 g CO2eq / MJ HVO에 비례하여 표현될 수 있으며, 이 보너스 또는 Esca 값은 바이오 연료 경로의 전체 과정에서 생산되는 GHG 배출을 상쇄하는 데 사용될 수 있다. 표 33에는 곡물의 재배, 건조 및 운반에서 축적된 순 방출에서 Esca 값을 뺀 결과가 나와 있다. 상기와 같이, Esca 인자를 뺀 후에 11.42 g의 CO2eq / J HVO의 순 GHG 방출이 생성된다. 상기 카리나타 재배의 일부예와는 달리, 열대 습한 기후대에서 옥수수 이후 겨울 휴경기로서 카리나타 재배를 포함하는 경로의 탄소 강도, 수확된 곡물의 수집 및 건조 지점은 Esca 보너스를 뺀 후에도 여전히 남아 있으며, 순 온실 가스 배출이 방출되고 있음을 나타낸다. 이것은 부분적으로 본 연구에서 카리나타 재배에 사용된 높은 수준의 질소와 재배 단계 동안 온실 가스의 전계 배출에 대한 기여 때문이다.
그러나, 카리나타 수율 (낮은 질소 이용률)에 큰 영향을 미치지 않고 질소 인풋을 50 % (즉, 141 kg/ha에서 70kg/ha)로 줄일 수 있다면, 질소 비료의 제조와 관련된 수명주기 배출 감소 및 현장 배출 감소로 인해 재배 단계 중 GHG 배출은 47.9 g CO2eq /MJ HVO 에서 30.1 g CO2eq / MJ HVO (표 33) 줄일 수 있다. 운송 및 Esca가 고려되면, 배출은 음성이되며 (-6.4g CO2eq / MJ HVO) 카리나타 재배의 결과로 대기 CO2 수준의 순 감소를 나타내며, 이는 바이오 연료 경로의 다른 단계에 대한 배출을 상쇄하는 데 사용될 수 있다.　 이 예는 카리나타 재배의 질소 사용 효율을 극대화하여 낮은 CI 바이오 연료 제조와 관련된 GHG 배출량 감소에 크게 영향을 줄 수 있는 방법을 보여준다.
Figure pct00036
Figure pct00037
실시예 10: 서늘하고 온화한 건조한 기후에서 콩과 식물 ( 렌틸 ) 후 여름철 덮개로서 브라시카 카리나타 재배로 인한 GHG 배출. 이 실시예는 바이오 연료 제조를 위한 공급 원료의 생산을 위해 경작된 여름용 덮개 작물로서 카리나타를 사용하여 달성된 온실 가스 배출의 감소를 설명한다. 이전 실시예에서와 같이, 쿨(cool) 온화한, 건조 기후대에서 렌틸 후 여름철 작물로 카리나타 재배로 인한 배출량은 BioGrace 모델을 사용하여 계산되며, HVO를 최종 제품으로 가정하고 앞에서 설명한 바와 같이 gCO2eq / MJ로서 표 34(110 kg / ha 의 무기 N 사용 시나리오 1) 및 표 35(55 kg / ha 의 무기 N 사용 시나리오 2)에 요약되어 있다. 곡물의 재배 및 수확, 곡물의 건조 및 운반으로 인한 배출량은 할당 계수 적용 전후에 표로 표시되며, 이는 곡물의 오일 부분만이 바이오 연료 경로의 부분에서 GHG 배출에 기여한다는 사실을 설명하는 데 사용된다. 표 34 및 35의 데이터를 비교하여 알 수 있듯이 곡물의 건조 및 운송을 위한 온실 가스 배출량은 질소 사용 시나리오에서 동일하지만 재배 단계마다 실질적으로 다르며, 시나리오 2는 BioGrace 모델에 의해 예상되는 배출량이 훨씬 적다. 이는 농작물에 더 적은 양의 질소 비료가 적용되어 발생하는 더 적은 전계 방출을 반영한다. 따라서, 수율을 유지하는 능력과 결합된 질소 기반 비료에 대한 더 낮은 요구 조건은 카리나타와 함께 회전할 때 렌틸 및 기타 콩과 식물 종을 사용함으로써 얻을 수 있는 이점은 경작 중 온실가스 배출을 크게 줄이는 형태의 추가 이점을 제공한다.
Figure pct00038
Figure pct00039
표 36은 렌틸(lentil)/카리나타 로테이션 채택과 관련 토지 관리 관행 개선의 결과로 발생할 수있는 이점을 요약한 것이다. BioGrace 모델은 새로운 농업 관행 적용 전후의 토양 탄소 축적을 비교한다. 기준 상황에서, 토지는 경작지를 유지하고 낮은 수준의 투입물을 받을 수 있는 반면, 수정된 상황에서는 카리나타 덮개 작물이 재배된다. 이것은 더 많은 투입량의 적용을 수반하지만, 카리나타 재배의 순 결과는 식물 잔류물로부터 축적된 탄소와 수확 후 반환된 뿌리 물질로부터의 귀환으로 인해 기존 토양에 탄소의 연간 순 기여도이다. BioGrace 모델은 기준선에 걸쳐 카리나타 재배로 인해 연간 0.73 톤의 CO2/ ha/ 년으로 표시되는 순증가 토양 탄소를 예측한다. 탄소는 주로 대기 CO2의 광합성 고정을 통해 유래된 식물이기 때문에, 이것은 대기에서 CO2가 순 제거되고 토양에 격리된 것을 나타낸다. 순 GHG 배출 감소는 생산된 HVO의 양, 30.32 g CO2eq / MJ HVO에 비례하여 표현될 수 있으며, 이러한 Esca 값의 보너스는 경로 과정에서 생산되는 GHG 배출을 상쇄하는 데 사용될 수 있다. 이는 표 37에는 곡물의 재배, 건조 및 운반에서 축적된 순 배출량에서 Esca 값을 뺀 결과가 나와 있다. 시나리오 1 (높은 질소 이용률)에서 볼 수 있듯이 Esca 계수를 추가한 후 CO2eq / MJ HVO 8.2g의 순 GHG 배출이 발생한다. 그러나 시나리오 2 (낮은 질소 이용률)에서는 4.5g CO2eq / MJ HVO의 순 GHG 감소가 얻어진다. 이 음의 탄소 강도는 카리나타 오일의 처리, 정제 및 수소 처리와 같은 HVO 생산 경로의 다른 단계에서 발생할 수 있는 배출을 상쇄하는 데 사용될 수 있어 경로의 전체 배출을 줄인다. 따라서 경작 단계의 질소 사용 효율을 높이고 경작과 관련된 토지 관리 관행을 개선하면 이 경로 단계에 대해 음의 탄소 강도가 증가하고 전체 바이오 연료 경로의 전체 온실 가스 배출량을 크게 줄일 수 있다.
Figure pct00040
Figure pct00041
실시예 11 : 따뜻하고 습한 기후 (우루과이)에서 콩과 식물 (콩)에 따라 겨울 덮개로서 브라시카 카리나타의 순차적 재배로 인한 온실 가스 배출 감소. 이 실시예는 카리나타를 겨울철 작물로 사용하여 바이오 연료 제조를 위한 공급 원료 생산을 위해 경작된 휴경기를 대체하여 달성된 GHG 배출 감소를 보여준다. 따뜻하고 습한 기후대에서 콩을 사용한 후 순차적 겨울 덮개 작물로서 카리나타 재배로 인한 배출량은 BioGrace 모델을 사용하여 계산되었으며, 앞서 기술한 바와 같이 HVO를 최종 생성물로 가정하고, 생성된 HVO의 gCO2eq / MJ로서 표 38에 요약하였다. 전술한 바와 같이, 곡물의 재배 및 수확, 건조 및 수송으로 인한 배출량은 곡물의 오일 부분만이 바이오 연료 경로의 부분에서 GHG 배출에 기여한다는 사실을 설명하는 데 사용되는 할당 계수 적용 전후에 표로 작성되었다. 이처럼, 할당 계수를 적용한 후, 곡물의 경작, 건조 및 수송으로 인한 총 배출량은 27.1 g CO2eq / MJ의 HVO 생산량인 것으로 밝혀졌다.
Figure pct00042
표 39 는 콩/카리나타 로테이션 채택과 관련 토지 관리 관행 개선의 결과로 발생할 수 있는 이점을 요약한 것이다. BioGrace 모델은 새로운 농업 관행 적용 전후의 토양 탄소 축적을 비교한다. 기준 상황에서 토지는 휴경 상태를 유지하고 낮은 수준의 투입을 받았으며, 수정된 상황에서는 카리나타 덮개 작물이 재배되고 높은 수준의 투입이 적용되었다. 이것은 더 많은 투입량의 적용을 수반하지만, 카리나타 재배의 순 결과는 식물 잔류물로부터 축적된 탄소와 수확 후 반환된 뿌리 물질로부터의 귀환으로 인해 기존 토양에 탄소의 연간 순 기여도이다. BioGrace 모델은 기준 시나리오에 비해 카리나타 재배로 인해 연간 1.41 톤의 CO2 / ha / 년으로 표시되는 토양 탄소의 순 증가를 예측했다. 탄소는 주로 대기 CO2의 광합성 고정을 통해 유래된 식물이기 때문에, 이것은 토양에서 격리된 대기의 CO2 순 제거를 나타낸다. 순 온실 가스 배출량 감소는 생산된 HVO의 양, gCO2eq / MJ HVO 50.91g을 기준으로 표현되었으며,이 보너스 또는 Esca 값은 BioGrace 모델에서 경로 과정에서 생산된 온실 가스 배출량을 상쇄하기 위해 사용되었다. 이는 곡물의 재배, 건조 및 수송에서 축적된 순 배출량에서 Esca 값을 빼고 23.8g CO2eq / MJ HVO의 음의 GHG 배출량을 가져온 표 39에 나와 있다. 즉, 본 연구에 사용된 재배 조건 하에, 종자 곡물을 생산하기 위한 브라시카 카리나타 재배는 대기 CO2 수준을 감소시킬 수 있다. 이 음의 탄소 강도는 카리나타 오일의 처리, 정제 및 수소 처리와 같은 HVO 생산 경로의 다른 단계에서 발생할 수 있는 배출을 상쇄하는 데 사용될 수 있어 경로의 전체 배출을 줄인다. 재배 단계의 음의 탄소 강도에 기여하는 것은 질소 사용 효율 및 카리나타 재배와 관련 개선된 토지 관리 관행과 같은 요소이다.
Figure pct00043
Figure pct00044
실시예 12: 뉴 사우스 웨일즈의 시리얼 (밀)에 이어 겨울철 작물로 브라시카 카리나타를 순차적으로 배양한 결과 온실 가스 감소. 이 실시예는 호주 동부 뉴 사우스 웨일즈의 밀대로 대표되는 따뜻한 온대 건조 및 열대 건조 기후 지역에서 덮개 작물로 카리나타를 사용하여 달성한 온실 가스 배출 감소를 보여준다. 이전의 실시예에서와 같이 따뜻한 온대 기후 지역에서 밀(wheat) 이후 겨울철 덮개 작물로서 카리나타의 순차적 재배로 인한 배출량은 BioGrace 모델을 사용하여 계산되며, 최종 생성물로서 HVO를 가정하고, 생성된 HVO의 g CO2eq / MJ로서 표 41 (높은 무기질 N 사용) 및 표 42 (낮은 무기질 N 사용)로 요약된다. 곡물의 재배 및 수확, 곡물의 건조 및 운반으로 인한 배출량은 곡물의 오일 부분만이 바이오 연료 경로의이 부분에서 GHG 배출에 기여한다는 사실을 설명하기 위해 사용되는 할당 계수 적용 전후에 표로 표시된다. 상기에서 알 수 있듯이, 할당 계수를 적용한 후 곡물 재배, 건조 및 운송으로 인한 총 배출량은 카리나타 배양 중에 다량의 무기 질소 비료를 사용하고 무기질 비료 사용량이 적은 경우 25.5g의 CO2eq / MJ를 생산하는 시나리오에서 생산된 HVO의 38.8g CO2 eq / MJ 인 것으로 밝혀졌다.
Figure pct00045
Figure pct00046
표 43은 밀(wheat)-카리나타 회전의 채택과 특정 기후대 및 토양 유형에 따른 토지 관리 관행 개선으로 인해 발생할 수 있는 이점을 요약한 것이다. BioGrace 모델은 새로운 농업 관행 적용 전후의 토양 탄소 축적을 비교한다. 기준 상황에서 토지는 경작된 상태로 유지되고 낮은 수준의 투입물을 받는 동안 경작 조건에서 유지되는 반면, 수정된 상황에서는 경작 조건과 높은 수준의 투입량으로 카리나타 덮개 작물이 경작된다.
실제로 이러한 변화의 결과는 수확 후 남은 식물 잔류물과 뿌리 물질로부터 축적된 탄소의 반환으로 인해 기존 토양 저장량에 탄소가 연간 순 기여한 것이다.
BioGrace 모델은 기준선을 통해 개선된 토지 관리 관행에 따른 카리나타 재배로 인해 연간 0.97 톤의 CO2/ha/년으로 표현되는 순증가 토양 탄소를 예측한다. 탄소는 주로 대기 CO2의 광합성 고정을 통해 유래된 식물이기 때문에, 이것은 대기에서 CO2가 순 제거되고 토양에 격리된 것을 나타낸다. 순 GHG 배출 감소는 생산된 HVO의 양, 35 g CO2eq / MJ HVO에 비례하여 표현될 수 있으며, 이 보너스 또는 Esca 값은 바이오 연료 경로의 전체 과정에서 생산되는 GHG 배출을 상쇄하는 데 사용될 수 있다. 이는 곡물의 재배, 건조 및 수송에서 축적된 순 배출량에서 Esca 값을 빼는 표 44에 나와 있다. 높은 무기질 질소로 배양할 때 볼 수 있듯이 Esca 인자를 빼면 CO2 eq / J HVO 3.8g의 순 GHG 방출이 발생한다. 카리나타 재배의 다른 예와는 달리, NSW를 포괄하는 온난 온화한 건조 / 열대 건조 지역에서 밀(wheat) 이후 겨울 휴경기로서 카리나타의 재배를 포함하는 경로의 탄소 강도, Esca 보너스를 뺀 후에도 수확된 곡물의 수집 지점으로의 건조 및 운반은 양의 상태를 유지하여 순 온실 가스 배출이 방출됨을 나타낸다.
Figure pct00047
카리나타 수율 (낮은 질소 이용률)에 큰 영향을 미치지 않고 질소 인풋을 50 % (즉, 110kg / ha에서 55kg / ha로) 줄일 수 있다면, 재배 단계에서 GHG 배출량은 37.5g CO2eq / MJ HVO에서 24.2 g CO2eq / MJ HVO (표 44)는 질소 비료의 제조와 관련된 수명 주기 배출 감소와 전계 방출 감소로 인한 것이다. 운송 및 Esca가 고려될 때, 저 질소 시나리오에서 전체 배출량은 -9.5 CO2eq / MJ HVO로 감소되며, 이러한 조건하에 카리나타 재배의 결과로 대기 CO2 수준의 순 감소를 나타낸다. 이 예와 앞의 예는 토양 유형과 기후 지역의 차이가 온실 가스 배출량을 줄이기 위해 카리나타 재배 능력과 관련 최적 관행에 영향을 미칠 수있는 효과를 보여준다.
Figure pct00048
실시예 13 : 브라시카 카리나타 재배 동안 GHG 배출 및 격리에 대한 분뇨 사용의 영향.
2016-2017 년 겨울, 브라시카 카리나타는 미국 조지아의 중앙부에 위치한 13 개의 독립 농장에서 재배되었다. 지속 가능한 관행 준수를 평가하기 위해 이 농장에서 카리나타 생산을 신중하게 확인했다. 재배 공정의 모든 단계에 대한 에너지 사용 및 GHG 배출량에 대한 데이터는 이전 실시예에 기재된 바와 같이 BioGrace GHG Biofuel GHG 배출량 계산기 스프레드 시트, 버전 4d를 사용하여 분석되었다. 무기 질소의 부분적 또는 완전한 대체물로서 사용될 때, 카리나타 재배로부터의 GHG 배출 수준에 대한 분뇨(이 경우 닭 찌꺼기) 사용의 효과를 평가하는 것이 특히 관심의 대상이었다. 13 개 농장 중 6 개는 분뇨를 무기 질소와 함께 비료로 사용하거나 다른 경우에는 무기 질소를 완전히 대체하는 반면 나머지는 비료 혼합물에만 무기 질소를 사용했다. 모든 농장에서의 재배에는 경작 감소 및 곡물 작물, 콩과 식물 작물, 면화 또는 참깨와 함께 회전하는 덮개 작물로서 카리나타의 사용을 포함하여 본원에 기술되며 개선된 토지 관리 관행의 사용이 포함되었다.
표 45에는 이러한 농장에서 얻은 데이터가 요약되어 있다. 이 연구의 목적을 위해, 생산 된 카리나타 곡물은 HVO 바이오 디젤 생산을 위한 공급 원료를 제공할 것이며, 경로에 대한 중간 GHG 계산은 전술한 바와 같이 HVO 바이오 디젤의 에너지 함량과 관련하여 정규화되었다고 가정되었다. CO2 등가 배출량은 재배 데이터에서 계산되었으며 투입 단계 제조, 농기계 연료 사용, 재배를 시작하는 데 사용되는 상업용 종자 생산, 종자 건조, 종자 운송 등의 단계에서 발생하는 배출물로 구성되었다. 현장에 적용되는 유기 및 무기 질소의 직접 및 간접 배출도 정량화되고 포함되었다. 토지 및 재배 관리 관행의 개선 결과, CO2 배출량의 일부가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하고 대신 토양 유기 탄소 풀에 포함되어 순 배출량을 줄였다. Esca로 알려진 이 후자의 효과는 전술한 바와 같이 정량화될 수 있고, 이어서 각 농장에 대한 순 재배 배출을 생성하기 위해 상기 언급된 공급원에 의해 생성된 CO2eq로부터 차감된다. 표 45에서 알수 있는 바와 같이, 모든 농장은 경로의 경작 단계에서 음성 배출을 발생시켰으며, 이는 본원에 기재된 방법을 사용한 카리나타의 경작이 대기 중 CO2의 순 제거에 영향을 미쳤음을 나타낸다.
분뇨 공급원으로 분뇨를 사용하는 농장은 무기 영양소만 사용하는 것보다 대기 중 CO2가 더 많이 감소했다. 이에 대한 한 가지 이유는 비료를 사용한 농장이 무기질 소만을 사용하는 농장보다 몇 배나 높은 수준의 토양 탄소 축적을 보여준 토양 탄소 축적에 대한 비료 사용의 영향에서 볼 수 있다.
본원에 기술된 내용에서, 데이터는 HVO 생산 경로의 후반 단계로부터 직접 얻지 않았다. 그러나 일단 곡물이 단단해지면 경로의 후속 단계가 모든 곡물 공급원에 공통적이라고 간주될 수 있다. 오일 추출 및 오일 공급 원료의 HVO 바이오 디젤로의 전환에 사용되는 에너지와 관련된 배출물은 잘 알려져 있으며 주로 사용되는 공급 원료의 양의 함수이다. 공급 원료와 완성된 연료의 운송, 유통 및 저장 거리와 양식은 상당히 다양할 수 있지만, 이 예시의 목적을 위해, 기본 거리 및 운송 연료의 유형은 이러한 샘플 경로에 대한 순 배출량을 계산하기 위한 데이터를 제공하기 위해 사용되었으며, 이는 전체 탄소 강도를 얻기 위해 전술한 카리나타 및 카리나타 공급 원료의 농업 생산을 통해 생산되는 HVO에 대한 실제 재배상 배출 데이터에 추가되었다. 표 45에서 볼 수있는 바와 같이, 대부분의 경우, 이 기본 경로에 의해 생성된 HVO의 탄소 강도는 음이며, 화석 연료 공급 원료로부터의 디젤 생산에 비해 대기 GHG 수준의 순 감소를 나타낸다. 재배 단계에서 분뇨를 사용하여 농장에서 얻은 공급 원료에서 가장 높은 온실 가스 감축 혜택을 얻을 수 있다.
공급 원료 및 완성된 연료의 운송, 분배 및 저장의 거리 및 양식의 가변 인자에 더 의존하는 경로의 후속 비-경작 단계에서 발생하는 배출물을 더 많이 배출할 수 있으며, 감소 또는 비 경사 관행, 관개 감소, 분뇨 사용을 포함하여 본 문서에 기술된 개선된 관행을 통해 재배 단계에서 CO2eq 배출량을 줄일 수 있는 것은 분명하다.
Figure pct00049
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본 명세서에 인용된 모든 간행물 및 특허출원은 각각의 개별적인 간행물 또는 특허출원이 구체적이고 개별적으로 참조로 포함된 것으로 표시되어 있는 것처럼 본원에 참조로 포함된다. 임의의 간행물의 인용은 출원일 이전에 그 개시에 대한 것이며, 본 발명이 선행 발명에 의해 그러한 간행물을 대체 할 자격이 없다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
전술한 발명은 이해의 명확성을 위해 도식 및 예에 의해 일부 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구 범위의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 특정 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것이 본 발명의 교시에 비추어 당업자에게 명백하다.
본 명세서 및 첨부된 청구 범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 참조를 포함한다는 점에 유의해야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 명세서 및 청구 범위에서 사용된 "및 / 또는"이라는 어구는 이와 같이 결합된 요소, 즉 어떤 경우에는 결속적으로 존재하고 다른 경우에는 결합적으로 존재하는 요소 중 하나 또는 둘 모두를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
"및 / 또는"으로 열거된 다수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 이와 같이 결합된 요소 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. "및 / 또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소들, 구체적으로 식별된 요소들과 관련되거나 관련되지 않은 다른 요소들이 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비 제한적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때 "A 및 / 또는 B"에 대한 언급은, 일 실시예에서 A에게만 (선택적으로 B 이외의 요소를 포함); 다른 실시예에서 B에만 (선택적으로 A 이외의 요소를 포함); 또 다른 실시예에서 A 및 B 모두 (선택적으로 다른 요소들을 포함); 등을 나타낸다.
본 명세서 및 청구 범위에 사용된 "또는"은 상기 정의된 "및 / 또는"과 동일한 의미를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 때 "또는" 또는 "및 / 또는"은 포괄적인 것으로 해석되어야 하며, 즉, 하나 이상의 요소를 포함하거나 하나 이상의 요소 또는 다수의 요소 목록을 포함하고 선택적으로 추가 미등록 항목을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 명세서 또는 첨부된 청구 범위에서, "포함하는", "포함하는", "운반하는", "갖는", "함유하는", "포함하는"등의 용어는 포괄적인 것이거나 개방적인 것으로 이해되어야 하며(즉, 여기에 국한되지 않음), 인용되지 않은 요소, 재료 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는, 각각의" 문구만이 청구 범위 및 본 명세서의 예시적인 실시예 단락과 관련하여 폐쇄 또는 반-폐쇄 전이 문구이다. "으로 구성되는" 과 같은 표현은 구체적으로 언급되지 않은 임의의 요소, 단계 또는 성분을 배제한다. "본질적으로 구성되는"과 같은 표현은 범위를 특정 요소, 재료 또는 단계 및 여기에 개시 및 / 또는 청구된 본 발명의 기본 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 범위로 제한한다.

Claims (30)

  1. a. 첫 번째 작물을 교체하거나 휴경지를 대체하여 브라시카 카리나타 (Brassica carinata) 품종을 두 번째 작물로 재배하는 단계;
    b. 화석 연료 투입량의 사용을 줄이고 상기 브라시카 카리나타 품종의 식물 재료에 의한 대기 탄소 포집을 최대화하기 위한 토지 관리 관행을 구현하는 단계;
    c. 상기 브라시카 카리나타 품종을 수확하여 곡물을 얻는 단계; 및
    d. 상기 브라시카 카리나타 품종에서 상기 곡물을 제외하고 모든 식물 재료의 약 70% 내지 약 90%를 토양으로 돌려보내는 단계;를 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    중단 기간(intervening fallow period) 없이 순차적 작물 생산을 위해 상기 첫 번째 작물의 수확과 함께 또는 수확 직후에 상기 브라시카 카리나타 품종을 재배하는 단계를 더 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수확된 곡물을 가공하여 오일을 추출하고 밀 프랙션(meal fraction)을 생성하는 단계를 더 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    저탄소 강도 바이오 연료(low carbon intensity biofuel)를 생성하기 위한 공급원료로서 상기 오일을 사용하는 단계를 더 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저탄소 강도 바이오 연료는 화석 연료 공급원료로부터 생성된 상응하는 연료의 탄소 강도 값에 비해 약 50 내지 약 200g CO2eq/MJ 만큼 감소된 탄소 강도 값을 갖는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    생산 라이프사이클 동안 상기 저탄소 강도 바이오 연료의 생성으로 인한 GHG 배출이 화석 연료 공급원료에서 상응하는 연료의 생성으로 인한 GHG 배출에 비해 약 60% 내지 약 400% 감소되는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 밀 프랙션으로부터 가축 생산을 위해 단백질이 풍부한 사료 첨가제를 생성하는 단계를 더 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브라시카 카리나타의 수확 직후 또는 그에 수반되는 중단 기간 없는 상기 브라시카 카리나타가 아닌, 상기 첫 번째 작물과 동일하거나 상기 첫 번째 작물과 상이할 수 있는 새로운 작물을 심는 단계를 더 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 대기 CO2 를 격리시키는 단계를 더 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 토양에서 연간 헥타르(hectare) 당 약 0.5 내지 약 5 톤의 CO2 를 격리시키는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토지 관리 관행은 경작 금지, 저 경작(low-tillage) 또는 중 경작(medium-tillage)인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토지 관리 관행은 동일한 재배 환경에 대한 다른 종자 작물에 요구되는 정상 관개(irrigation)량과 비교하여 관개를 제거하거나 관개를 감소시키는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토지 관리 관행은 성장 환경을 위한 브라시카 카리나타에 대한 권장량의 질소 비료에 비해 무기 질소 비료의 사용을 감소시키는 단계를 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 성장 환경에서 질소 비료의 사용을 브라시카 카리나타에 대한 권장량의 질소 비료의 약 40% 내지 100%로 감소시키는 단계를 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토지 관리 관행은 브라시카 카리나타 재배에 필요한 질소 비료의 약 20% 내지 약 100%를 제공하기 위해 분뇨를 사용하는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 분뇨는 닭 찌꺼기(litter), 소 분뇨 또는 양 분뇨인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    토지 이용 변화가 최소이거나 없는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첫 번째 작물이 콩과 작물(leguminous crop)인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 콩과 작물이 땅콩, 콩(soybean), 렌틸(lentil), 빈(bean) 또는 완두콩인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  20. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첫 번째 작물이 곡물 작물인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 곡물 작물이 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 옥수수인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  22. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첫 번째 작물이 면화 또는 참깨(sesame)인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장 환경은 열대 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심거나 가을에 수확하기 위해 봄에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  24. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정상 환경은 열대 기후, 건조한 기후 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  25. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장 환경은 서늘하고 온화한 건조한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 여름 또는 가을에 수확을 위해 봄에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  26. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장 환경은 서늘하고 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 여름 또는 가을에 수확을 위해 봄에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  27. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장 환경은 온난하고 습한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  28. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장 환경은 온난하고 건조한 기후의 지역에 있으며, 상기 토지 관리 관행은 봄 또는 여름에 수확을 위해 가을 또는 겨울에 상기 브라시카 카리나타를 심는 것을 포함하는
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수확이 콤바인 수확기에 의한 것인
    브라시카 카리나타 재배 방법.
  30. 제30항에 있어서,
    상기 수확이 다이렉트 컴바이닝(direct combining)에 의한 것인
    브라시카 카리나타 재배 방법.

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