KR20220025067A

KR20220025067A - 개량된 비료

Info

Publication number: KR20220025067A
Application number: KR1020227003384A
Authority: KR
Inventors: 찰스 노먼 워커; 니콜라스 호간; 엘렌 두락; 로야 칼일; 티모티 후지스
Original assignee: 인시텍 퍼틸라이저스 피티와이 리미티드
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CA3145542A1; AU2020300257A1; AU2020300257B2; US20210147309A1; IL289346A; WO2021000023A1; PL3994111T3; IL289346B2; MX2021015797A; KR102463972B1; EP3994111C0; AU2021282398B2; NZ783635A; US20220119321A1; US11691929B2; JP2022532434A; MY190046A; JP7212180B2; CN114728861A; RS65544B1

Abstract

개별 입자 형태의 건조 및 고형 비료가 제공된다. 건조 및 고형 비료의 입자는 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 포함한다. 무기 물질은 NPKS 영양소 중 적어도 하나를 포함한다. 유기 물질은 유기 폐기물의 탄소 불안정하고 실질적으로 멸균된 생성물을 포함한다.

Description

개량된 비료

본 출원은 AU2020900981 및 AU2019902376의 우선권을 주장하며, 그의 전문은 본 명세서에서 참고로 포함되어 있다.

본 발명은 개량된 비료에 관한 것이다.

유기질 비료는 주로 식물 및/또는 동물 기반 물질을 포함한다. 이들 물질은, 예를 들어, 거름, 사체, 음식물 쓰레기, 유기 산업 폐기물 및 그린(green) 쓰레기일 수 있다. 유기 및 또는 탄소 기반 비료는 토양 구조을 개선하고, 미생물 활성을 자극하고 및/또는 모든 필수 영양소를 토양에 서서히 방출하는 것을 포함하여 토양에 유익한 경향이 있다.

무기질 비료에는 광물질, 및 때로는 천연 및/또는 합성 탄화수소 및 대기 질소에서 파생된 것과 같은 합성 화학물질이 함유되어 있다. 무기질 비료에는 질소 N, 칼륨 K 및 인 P와 같이 식물이 생육하고 생존하는데 필요한 주요 영양소가 포함될 수 있다. 무기질 비료의 영양소는 토양에서 침출될 수 있으며 시용 구역의 미생물 콜로니에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유 및 다른 이유로, 무기질 비료는 적어도 토양 건강을 유지하기 위해 유기질 비료와 함께 사용하는 것이 가장 좋다.

유기질 비료는 뿌리 덮개(mulch)와 같이 컨시스턴시를 갖는 부피가 큰 경향이 있다. 무기질 비료는 건조 분말 또는 펠릿(과립, 프릴, 파스텔), 또는 가용성 용액을 포함한 액체와 같은 다양한 형태가 있다. 유기질 비료의 영양소는 시간이 지남에 따라 서서히 방출되는 경향이 있으며, 이는 유기질 비료가 토양에 시용하는데 필요한 양 및 횟수눈 소정의 기간에 따라 변할 수 있음을 의미할 수 있다. 무기질 영양소는 전형적으로 식물에 대해 즉시 이용 가능할 수 있다. 무기질 비료의 과도한 시비 또는 잘못된 배치 또는 시용 기술은 영양소의 농도로 인해 식물, 특히 발아 또는 미성숙한 식물의 손상 위험을 증가시킬 수 있다.

전형적으로, 적어도 사체/폐기물을 포함하는 유기질 비료는, 경우에 따라서는 유기질 비료가 인간 및 방목 동물에게 해로울 수 있는 병원성 미생물을 대량 서식하게 할 수 있다는 점을 고려하면, 주의해서 다루어야 한다.

컨시스턴시, 안전성 요건 및 토양 활성의 특유의 차이로 인해, 유기질 및 무기질 비료는 전형적으로 2 개의 별도 시용 프로세스로 토양에 시용되고 있다. 때로는 유기질 및 무기질 비료의 유형을 각각 시용하기 위해서는 다른 기계류가 요구된다. 비료의 유형마다 시용 시기도 다르게 할 필요가 있을 수도 있다.

선행 기술의 비료의 단점 중 일부를 극복하거나 또는 적어도 개선하는 개량된 비료 제제가 필요하다.

임의의 선행 기술이 본 명세서에서 언급된 경우, 그러한 참고 문헌은 출판물이 호주 또는 임의의 다른 나라에서 당업계의 기술 상식의 일부를 형성한다는 인정을 구성하지 않는 것으로 이해해야 하다.

제1 양태에 있어서, 개별 입자 형태의 건조 및 고형 비료로서, 상기 건조 및 고형 비료의 입자는 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 포함하고, 상기 무기 물질은 NPKS 영양소 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 유기 물질은 유기 폐기물의 탄소 불안정하고 실질적으로 멸균된 생성물을 포함하는 건조 및 고형 비료가 제공된다.

제2 양태에 있어서, 개별 입자 형태의 건조 및 고형 비료를 제조하는 방법으로서, 상기 방법이:

유기 폐기물을 멸균하여 탄소 불안정하고 실질적으로 멸균된 생성물을 제공하는 단계;

NPKS 중 적어도 하나를 포함하는 무기 물질을, 실질적으로 멸균된 생성물과 혼합하여 혼합 생성물을 생성하는 단계;

상기 혼합 생성물을 결합시켜 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 제공하는 단계; 및

유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 개별 입자로 형성하는 단계

를 포함하는 방법이 제공된다.

일부 실시양태에 있어서, 상기 결합 및 혼합 단계는 동시에 일어난다.

비료에서, "유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물"이란, 비료가, 혼합되어 실질적으로 함께 결합된 2 개의 물질을 포함함을 의미한다. 이들 물질은 화학적으로 함께 결합될 필요는 없지만, 적어도 물리적으로 결합되어 있다. 비료는 유기질 비료를 1 단계에서 시용한 것 및 무기질 비료를 2 단계에서 시용한 것 등을 포함하는 것으로 의도되어 있지 않다. 이것은 2 개의 이질적인 혼합물일 수도 있고 본 발명보다 더 적은 이점을 제공할 수도 있다. 건조 및 고형 비료의 장점은 유기질 비료와 무기질 비료가 기존의 시용 장비를 이용하여 1단계로 시용될 수 있다는 점이다. 이는 상당한 비용 및 시간의 절약을 나타낸다.

유기 폐기물은 생물고형물(biosolid)로 언급할 수 있다. 유기 폐기물은 바람직하게는 동물 폐기물이다. 동물 폐기물은 전형적으로 폐기되거나 또는 추가 처리를 위해 가치가 거의 없는 것으로 간주되는 동물로부터 파생된 모든 것이 될 수 있다. 폐기물로는 동물의 거름, 사체 또는 동물 우리[예: 깔개(bedding)]에서 나온 기타 물질(예: 털, 피부, 신체 부위)을 들 수 있다. 폐기물에는 쓰레기가 포함될 수 있다. 쓰레기는 가금류 배설물, 유출된 사료, 신체 부위, 예를 들어, 털의 혼합물 및 농장 작업에서 깔개로서 사용되는 물질일 수 있다. 쓰레기에는 사용하지 않은 깔집 물질을 포함할 수도 있다. 일부 실시양태에서, 유기 폐기물은 그린 폐기물이다. 그린 폐기물로는 건초(손상된 폐기물 건초) 또는 기타 농업용 생물고형물과 같은 농업용 폐기물을 들 수 있다. 본 방법 또는 본 비료의 대상이 되는 유기 폐기물은 상이한 유형의 생물고형물의 혼합물일 수 있다. 일부 실시양태에서, 동물 폐기물은 비료 조성 중 적어도 약 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 100 중량%의 유기 성분을 포함한다.

일 실시양태에 있어서, 동물 폐기물은 닭 폐기물이다. 이들 폐기물은 닭 사체 및/또는 닭 분뇨 및/또는 닭 깔짚을 포함할 수 있다. 닭 폐기물 또는 가금류 쓰레기는 일부 국가에서 상당한 폐기물 스트림을 나타낸다. 일 실시양태에서, 동물 폐기물은 돼지 폐기물이다. 이들 폐기물은 돼지 사체 및/또는 돼지 분뇨 및/또는 돼지 깔짚을 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 동물 폐기물은 소 폐기물이다. 이들 폐기물은 소 사체 및/또는 소 분뇨 및/또는 소 깔짚을 포함할 수 있다. 동물은 폐기물을 생성하는 임의의 다른 동물일 수 있다. 실시양태에 있어서, 본 발명은 상기 폐기물 스트림을 재활용 및 상업적으로 가치 있는 생성물로서 활용하는 방법을 제공할 수 있다. 동물의 다양한 폐기물의 백분율은 본 명세서에서 기재된 바와 같이 다양할 수 있다. 바람직하게는, 폐기물은 너무 습하지 않으므로 공급 스트림에서 더 많은 깔짚과 더 적은 분뇨를 사용하는 이점이 있을 수 있다.

토양에 유기 폐기물을 직접적으로 시용하는 것에 대한 한계 중 하나는 병원성 미생물의 존재이다. 예를 들어, 동물 폐기물에는 푸사리움(fusarium) 속, 아스퍼길러스(aspergillus) 및/또는 페니실리움(penicillium)과 같은 미세 균류가 포함될 수 있다. 대부분의 푸사리움 균류는 식물 기생성이다. 아스퍼길러스와 페니실리움은 토양에서 독소를 형성한다. 악티노바실러스, 보르데탈라, 캄필로박터, 클로스트리디움, 코리네박테리움, 대장균, 글로비카텔라, 리스테리아, 마이코박테리움, 살모넬라, 포도상 구균 및 연쇄상 구균과 같은 다양한 병원체는 닭 깔짚 또는 닭 깔짚 기반 유기질 비료에서 발견될 수 있다. 리스테리아와 살모넬라는 사망을 유발하는 것으로 알려져 있다. 본 명세서에서 기재된 비료는 유기 폐기물의 실질적으로 멸균된 생성물이다. "실질적으로 멸균"이란 병원체가 사용 직전에 비료에 존재하지 않는 경향이 있음을 의미한다. 비료는 실질적으로 멸균 상태이기 때문에 멸균되지 않은 비료보다 취급하기에 더 안전하다. 리스테리아 감염은 임산부의 의도치 않은 낙태 또는 신생아의 사망으로 이어질 수 있다. 살모넬라, 캄필로박터 및 장출혈성 대장균은 매년 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치는 가장 흔한 식품 매개 병원체 중 하나이며, 때로는 심각하고 치명적인 결과를 초래한다. 박테리아, 진균 및 효모 등을 포함한 병원체는 공기 중에 존재하며 분리되지 않거나 달리 보호되는 모든 물질을 불가피하게 오염시킨다는 것을 이해해야 하다. 따라서, 비료 생성물에 일부 병원균이 존재할 수 있지만, 멸균 공정이 없는 경우에 존재하는 병원균과 동일한 수가 되지는 않는다.

물질을 멸균하기 위해서는, 화학적, 열적 및/또는 물리적 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 비료의 유기물은 바람직하게는 열처리 멸균 공정을 거친다. 열처리 멸균 외에 다른 멸균 공정이 적용될 수 있음을 이해해야 하다. 멸균 공정은 바람직하게는 폐기물 내의 병원체를 감소시키거나 제거하기에 충분한 온도로 유기 폐기물을 처리한다. 멸균 공정은 병원체를 줄이거나 없애기 위한 것이며, 또한 추가적인 미생물 성장이 억제되는 지점까지 유기 폐기물의 수분 함량을 감소시킬 수도 있다. 이러한 수분 함량의 감소는 토양에 시용할 때 사용 지점까지 비료의 유기 부분을 저장 및 운송하는데 중요할 수 있다. 실시양태에 있어서, 멸균 공정은 수분 함량을 총 수분 함량의 최대 약 1, 2, 5, 10 또는 15 중량%로 감소시킬 수 있다.

열처리 멸균 공정 중에, 증기 및 기타 휘발성 가스는 가스 세정 시스템에서급속 증발, 포집 및/또는 응축될 수 있다. 부피가 큰 고형분으로부터 응축 증기로 낮은 영양소 손실이 있는 것으로 생각된다. 비-응축성 증기는 최종 여과 공정을 통해 대기로 보낼 수 있다. 응축물은 현장에 보관할 수 있으며, 임의 선택적으로는 공정을 통해 (습윤제로서) 다시 재활용하거나 폐기할 수 있다. 일 실시양태에서, 응축물은 하기에 추가 기재된 바와 같은 공정의 과립화 단계에서 사용된다. 응축물에는 액체 비료로서 판매될 다른 영양소(예: APP 및/또는 요소)가 추가될 가능성이 있다.

일 실시양태에 있어서, 멸균을 수행하기 위하여, 유기 물질은 열분해된다. 바람직하게는, 열분해는 유기 물질의 반탄화(torrefaction)이다. 열분해는 불활성(혐기성) 대기하에 승온에서 물질의 열분해이다. 유기 물질의 열분해는 부분적 또는 완전한 산화(연소)를 피하기 위하여 산소 제어/제거가 필요하다. 유기 물질의 열분해는 온도 범위에서 발생하며 전형적으로 다른 최종 생성물을 생성한다. 열분해는 많은 천연 유기물의 경우에 약 250℃에서 시작되어 약 400℃에서 탄화된다. 최하단에서, 퇴비화가 40℃ 내지 80℃에서 발생하다. 반탄화는 전형적으로 150℃ 내지 350℃에서 발생하다. 바이오차(biochar)는 일반적으로 약 750℃ 이상에서 생성된다. 전형적으로, 차(char)는 600℃ 이상의 온도에서 표면 활성이 더욱 높아진다. 매우 높은 온도, 예를 들어, >600℃ 내지 700℃에서 제조된 바이오차는 적어도 농업용으로 유용하지 않을 수도 있다. 약 450℃ 내지 500℃에서 제조된 일부 바이오차는 농업용으로 비교적 양호한 결과를 제공할 수 있다. 본 방법은 반탄화가 일어나는 온도를 적용하여 유기 폐기물이 반탄화된 생성물이 되도록 하는 것이 바람직하다.

반탄화는 보다 어려운 휘발성 물질(예: 타르)의 발생을 방지하기에 충분히 낮은 온도에서 유기 물질을 '활성화'할 수 있기 때문에 본 발명의 비료 제조에 적합한 공정 기술로 생각된다. 활성화는 기본 탄소 매트릭스를 변경하는 공정이다. 반탄화(약 350℃) 후, 유기 폐기물의 탄소는 더욱 잘 부서지는 경향이 있으며, 상대적으로 분쇄 및 압축이 더욱 용이하다. 반탄화된 생성물은 바이오차와 유사하지만 동일하지는 않은 셀룰러 구조를 가지고 있다. 바람직하게, 본 공정은 유기 폐기물을 바이오차를 생성하는 온도에 노출시키지 않는다.

건조 및 고형 비료를 토양에 시용하면 토양에 존재하는 박테리아가 유기 물질의 탄소 대사를 시작할 수 있다. 유기 물질은 탄소가 풍부하다. 비료의 탄소는 불안정하다. 불안정하다라는 것은 탄소가 토양 매트릭스의 미생물에 생물학적으로 이용 가능하다는 것을 의미한다. 탄소-풍부한 물질의 또 다른 예는 바이오차이다. 그러나, 바이오차의 탄소는 불안정하지 않은 경향이 있다. 따라서, 바이오차는 미생물이 탄소를 덜 사용할 수 있기 때문에 본 발명의 비료에 유용하지 않다. 바이오차는 첫째로 탄소가 대기로 재진입하는 것을 방지하기 위한 격리 매체 및 둘째로 종자를 심는데 사용하기 위한 서방성 조성물을 나타낼 수 있다.

본 방법으로부터 유래된 반탄환 구조는 유익한 미생물 성장, 물 및 영양소 저장을 위한 고표면적 다공성 매체를 제공할 수 있기 때문에 바람직하게는 토양 건강에 도움이 된다. 본 발명의 비료는 영양소와 퇴비를 동시에 공급할 수 있으며; 지속적으로 방출되고 발아/종자 손상 문제를 일으킬 가능성이 적은 형태의 영양소이지만, 실시양태에서는 전통적인 거름 및 퇴비보다 방출이 훨씬 더 빠르고 예측 가능하다.

비료의 영양소에는 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 및 황(S) 중 적어도 하나가 포함되어 있다. 영양소는 NPKS(즉, 4 개 모두)일 수 있다. 영양소는 NPKS 중 하나 이상일 수 있다. 멸균 과정을 거친 후에는 부가적인 무기질 영양소를 유기 물질에 첨가할 수 있다. 유기 물질에도 약간의 영양소가 포함되어 있지만 유기 성분을 멸균한 후 무기질 비료를 첨가하면 원하는 일관되고 안정하고 정확한 영양소 함량이 달성된다는 것을 이해해야 한다.

비료의 형성 방법은 NPKS 중 적어도 하나를 포함하는 무기 물질을 실질적으로 멸균된 유기 생성물과 혼합하여 혼합 생성물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 전형적으로 유기 성분이 멸균 공정을 거친 후에 수행되지만, 경우에 따라서는 그 이전에 수행될 수도 있다. 무기질 비료 성분은 염분 및/또는 암모늄 함량이 높고 제조 공정과 관련된 열/압력으로 인해 이미 멸균 상태인 경향이 있으므로 열처리할 필요가 없다. 이후에 무기 물질을 첨가하는 것에 대한 추가적인 논증은 특정 온도가 무기 물질 비료를 화학적으로 변경시키거나 또는 무기 물질 비료를 제공된 형태로 용융시킬 수도 있다는 것이다.

혼합은 각각의 유기 및 무기 물질을 분쇄한 후에 수행할 수 있다. 대안적으로, 혼합은 각각의 유기 및 무기 물질을 분쇄하기 전에 수행하여 이들이 함께 분쇄되도록 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 물질을 함께 분쇄하는 것이 이점이 있는데, 그 이유는 분쇄기에서 더 적은 막힘이 있고 반탄화된 베이스의 과잉 분쇄가 감소될 수 있기 때문이다.

상기 두 물질을 혼합하기 위해서는, 혼합은 다음과 같은 공정에 의해 수행할 수 있다:

ㆍ유기 성분은 열처리(반탄화)된다.

ㆍ유기 성분은 무기질 비료(및 반응성 암석 인산염 및 결합제와 같은 기타 미네랄)와 혼합된다. 그 다음, 유기/무기 혼합물을 분쇄한다.

ㆍ블렌딩된 유기 및 무기 조성물은 압축을 거쳐 개별 입자를 형성할 수 있다. 이것은 과립화, 압출 또는 펠렛화를 포함한 모든 형태일 수 있다. 이 공정은 반드시 외부의 열을 수반하는 것은 아니지만, 혼합으로부터 전단에 의한 열을 발생할 수 있다. 일부 실시양태에서, 증기 또는 고온 수는 과립화를 보조하기 위해 사용될 수 있다. 이 단계에서 재활용 응축물을 사용할 수 있다.

ㆍ과립을 연마하여 구형(불규칙하고 날카로운 모서리가 없음)의 일정한 크기를 얻을 수 있다. 연마는 전형적으로 스프레이 형태의 액체 시용을 필요로 한다.

ㆍ연마된 과립은, 부가적인 수분이 건조되어 과립이 보관 및 취급 목적으로 생물학적으로 비활성인지를 확인하기 위하여 열 건조를 거칠 수 있다. 건조된 과립은 또한 비료 시용 장비에서 내구성을 다루기에 더욱 우수한 경도를 가질 것이다.

과립을 형성하려면 약간의 수분이 필요하다. 수분이 너무 적으면 생성물이 더러워진다. 수분 함량이 너무 높으면 생성물에서 병원균이 자라는 경향이 증가할 수 있다. 수분 함량은 반탄화용 유기 혼합물의 더욱 건조한 블렌드를 선택함으로써 줄일 수 있다. 최종 과립의 수분 함량은 바람직한 실시양태에서 5 중량% 미만이지만 1 중량% 초과의 양이다. 이러한 수분 수준에 도달하기 위해서는 열 건조 단계에서 건조 기간 및/또는 건조 온도를 조절할 수 있다. 대안적으로, 과립은 1회 이상의 건조 사이클을 거칠 수 있다.

개량된 비료 과립의 수분 함량은 파쇄 강도(경도)에 영향을 미친다. 수분 함량이 증가함에 따라 파쇄 강도가 감소한다. 일 실시양태에서, 파쇄 강도는, 예를 들어, 적어도 약 2.5, 3 또는 3.5 KgF이며, 이는, 예를 들어, 요소의 과립에 필적할만 하다. 개량된 비료의 입자는 또한 평균 직경이 약 2 내지 약 5mm 범위인 요소 과립과 유사한 크기를 갖는다. 결과의 파쇄 강도에 영향을 미칠 수 있는 물을 흡수하는 경향을 줄이기 위하여 입자를 코팅할 수 있다. 코팅은 입자의 흡습성을 감소시키는 공지된 코팅일 수 있다.

본 비료에는, 토양에서 사용할 수 있는 영양소의 양을 조절하기 위하여 무기질 영양소가 첨가된다. 첨가되는 영양소의 양은 비료의 최종 용도에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 숙련자라면 비료가 시용될 토양에 대한 실험을 수행할 것이다. 실험 결과는 어떤 영양소가 목표 토양에 가장 적합한지를 밝혀줄 것이다. 대안적으로, 영양소 요건은 토양 및/또는 식물 조직 분석에 의해 결정될 수 있다.

영양소는 바람직하게 약 15, 25, 30, 45 또는 50% 이하의 N 및 P가 대략 처음 1, 2 또는 3개월에 걸쳐 이용 가능하게 되며 나머지는 후속적인 1~3개월 내지 12~18개월에 걸쳐 이용 가능하게 되는 서방성이다. 일 실시양태에서, 1 내지 12개월에 걸쳐. 일 실시양태에서, N 및 P의 50%는 첫 달 동안 사용 가능하고, 나머지는 그 다음 1~4개월에 걸쳐 사용 가능하게 된다. 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 이용 가능한 영양소의 대부분은 초기에 토양 내의 미생물에 의해 사용되며, 이러한 영양소는 토종 미생물 개체군의 사멸 및 부패 시에 방출되는 것으로 생각된다. 미생물은 비료의 탄소 물질이 식량 공급원으로서 모두 사용되면 번식하는 것을 멈춘다.

무기질 영양소와 함께 유기 매트릭스를 사용함으로써 더 많은 양의 질소를 건조 및 고형 비료에 적재할 수 있다. 일반적으로, 토양에서 발아하는 종자 또는 미성숙 식물에 인접하여 비료 염 및/또는 암모늄태 질소의 농도가 높으면 식물에 해로울 것이다. 그러나, 주변 토양 환경에서 암모늄태 질소 및 기타 염을 결합시키기에 충분한 유기물이 있다면 이 문제를 방지하거나 최소한 줄일 수 있다. 이 때, 미생물이 탄소를 에너지원으로서 사용하고 암모늄을 단백질 기본 구성원으로서 사용하기 때문에 질소는 나중에 식물에서 사용할 수 있게 된다. 비료 중 암모늄태 질소의 양은 적어도 약 1, 2, 5, 10, 12 또는 15 % w/w일 수 있다.

유기 물질에 첨가되는 질소 N은 다음 중 하나 이상의 형태일 수 있으나, 이에 제한되어 있지 않다:

ㆍ황산 암모늄

ㆍ요소

ㆍ염화 암모늄

ㆍ질산 암모늄

ㆍ무수 암모니아

ㆍ요소 질산 암모늄

ㆍ질안석회

ㆍ질산 칼륨

ㆍ질산 칼슘

비료 내의 총 질소의 백분율은 적어도 약 0, 10, 20 또는 30 % w/w일 수 있다. 일 실시양태에서, 최소 30%의 유기 물질을 가정하면, 총 N 최대값은 약 30 % w/w로 제한될 것이다.

일부 실시양태에 있어서, 무기 물질 및 유기 물질의 조합은 잠재적으로 폭발적인 조합을 제공할 수 있다. 비료가 가연성일 가능성을 줄이기 위해 스텝이 취해질 수 있다. 이러한 단계로는 폭발 지연제의 첨가를 들 수 있다. 폭발 지연제는 인산 이암모늄(DAP)일 수 있다.

유기 물질에 첨가되는 인 P는 다음 중 하나 이상의 형태일 수 있으나, 이에 제한되어 있지 않다:

ㆍ과인산염

ㆍ골분

ㆍ암석 인산염

ㆍ인산 이암모늄

ㆍ인산 모노암모늄

ㆍ중과린산 석회

ㆍ인산.

비료 중 총 인의 백분율은 적어도 약 0.5 내지 약 15 %w/w일 수 있다.

유기 물질에 첨가되는 칼륨 K는 다음 중 하나 이상의 형태일 수 있으나, 이에 제한되어 있지 않다:

ㆍ염화 칼륨(Muriate of Potash)

ㆍ황산 칼륨

ㆍ칼륨 쇼에나이트

ㆍ질산 칼륨

ㆍ당밀 유래의 칼리(Potash)

비료 중 총 칼륨의 백분율은 적어도 약 0.5 내지 약 12 %w/w일 수 있다.

유기 물질에 첨가되는 황 S는 다음 중 하나 이상의 형태일 수 있으나, 이에 제한되어 있지 않다:

ㆍ유황 분말

ㆍ유황(과립)

ㆍ유황 벤토나이트

ㆍ황산 암모늄

비료 중 총 황의 백분율은 적어도 약 1 내지 약 16 %w/w일 수 있다.

제제는 N 및/또는 P 및/또는 K 및/또는 S를 함유할 수 있음을 의미하는 NPKS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제제는 4개의 NPKS를 모두 포함할 수 있거나, 또는 4개 미만의 NPKS 영양소를 함유할 수 있다. 모든 제제가 각각의 NPKS의 무기 형태를 포함하지는 않을 것이며, 예를 들어, 일부는 무기 형태의 N만 함유할 수 있다. 인산 이암모늄, 암모늄 포스페이트 설페이트, 우레아 암모늄 포스페이트, 인산 모노암모늄, 암모늄 니트레이트 포스페이트, 인산 암모늄, NPK 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 조합된 첨가제가 또한 사용될 수 있다. 나열된 무기질 영양소 외에도, 비료는 아연, 구리, 철, 망간, 붕소, 몰리브덴 및 이차 영양소 칼슘, 마그네슘 및 규소를 포함한 미량 영양소를 포함할 수 있다. 비료 중 칼슘과 같은 2차 영양소의 백분율은 적어도 약 0.5 내지 약 18 %w/w일 수 있다. 비료 중 미량 영양소의 백분율은 적어도 약 0.01 내지 약 2 %w/w일 수 있다.

영양학적 이점을 반드시 제공하지는 않지만 대신에 다른 기능적 개선을 부여하는 다른 첨가제가 조성물에 존재할 수 있다. 실시양태에서, 최종 생성물의 기계적 특성을 증가시키기 위한 첨가제가 존재한다. 실시양태에서, 제제는 하나 이상의 질산화 저해제(nitrification inhibitor)를 포함한다. 비료 질소는 식물에서 이용 가능한 질산태 질소가 침출 및 탈질소 손실의 대상이 되기 때문에 많은 농경 토양에서 비효율적으로 사용된다. 이러한 손실을 줄이는 한 가지 방법은 질산화 저해제로 질소 비료를 안정화하는 것이다. 이것은 질소가 장기간 동안 더욱 안정적인 암모늄 형태로 남아 있도록 질화 박테리아의 활동을 억제하는 화합물로 토양을 (비료를 통해) 처리함으로써 수행된다. 질산화 저해제의 예는 디메틸피라졸(DMP)이다. 이것은 손실 사태를 상쇄하는 질산태 질소의 드립 피드(drip feed)를 제공한다. 질산화 저해제의 성능은 여러가지 이유로 호주 토양에서 다양한 것으로 주목받고 있다. 식물은 또한 토양에서 암모늄태 질소를 추출할 수 있지만, 고 농도의 암모늄 및 관련 암모니아는 식물에 유독할 수 있다. 이러한 독성은 동물 폐기물에 존재하고 최종 생성물에서 미량으로 검출되는 비타민 B6의 존재에 의해 감소될 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 산화아연이 질화를 억제할 수 있다는 일부 증거가 있으며, 아연은 많은 호주 토양에서 부족하거나 결핍된 필수 미량 영양소이기도 하다. 따라서, 일부 실시양태에서 아연이 제제에 첨가된다.

또한, 농작물은 가뭄과 염도를 포함한 다른 비생물적 스트레스에 정기적으로 노출된다. 식물에서 이용 가능한 규소는 식물이 비생물적 스트레스에 대처하는데 도움될 수 있는 요소로서 인식되고 있으며, 이외에도, 규소는 식물 세포벽의 구조적 기본 구성원이기도 하다. 사탕수수와 쌀과 같은 특정 작물은 규소 수요가 높으며 식물에서 이용 가능한 규소가 고갈된 토양 또는 지역에서 종종 재배된다. 식물에 질소를 공급하는 효율적인 방법은 질소 방출을 조절하는 저해제 및 식물이 유해한 환경 또는 화학적 요인을 상쇄하도록 돕는 비생물적 스트레스 조절제와 조합된 무기 및 유기 질소 공급원을 결합하는 것이라고 생각된다.

실시양태에 있어서, 유기 물질 대 무기 물질의 비율은 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 32.5:67.5 또는 30:70이다. 일 실시양태에서, 기본 레시피는 45% 유기 물질 및 55% 무기 물질(본 명세서에서는 때때로 내부 참조인 숫자, 예를 들어, A1과 함께 A 베이스로 지칭됨), 또는 32.5% 유기 물질 및 67.5% 무기 물질(때로는 B1, B2, B3 등과 같은 내부 참조인 숫자와 함께 B 베이스로 지칭될 수 있음)을 포함하거나; 또는 30% 유기 물질 및 70% 무기 물질(때로는 E1과 같은 내부 참조인 숫자와 함께 E 베이스로 불릴 수 있음)을 포함한다.

일 실시양태에 있어서, 유기 물질은 결합제로 반탄화된다. 결합제 전구체는 유기 물질과 함께 첨가된 다음, 반탄화기에 전달될 수 있다. 일 실시양태에서, 유기 물질은 반탄화된 다음, 결합제가 반탄화 후에 첨가된다. 결합제는 레오나르다이트(Leonardite)일 수 있다. 결합제는 칼슘 리그노설페이트(CaLigno)일 수 있다. 레오나르다이트는 토양에 직접 시용하거나 또는 시용을 위해 부식산 또는 부식산 칼륨의 공급원을 제공함으로써 토양을 개량하는데 사용할 수 있다. 특히, 미생물 활성을 가속화하여 탄소를 토양에 가두고 유지하는 레오나르다이트의 탄소 지리 격리 잠재력(carbon geosequestration potential)은 갈탄의 유기질 비료 측면에 대한 광범위한 연구의 기초를 제공한다.

레오나르다이트는 비료 조성물의 적어도 약 1, 5 또는 10 %w/w의 양으로 존재할 수 있다. 레오나르다이트와 닭 거름을 잠재적으로 혼합하면 결합제로서 널리 사용되는 칼슘 리그노설포네이트와 유사한 특성을 갖는 물질이 생성될 것이다. 레오나르다이트는 또한 토양의 영양소 유지를 개선하고 인산염과 같은 특정 영양소의 식물 흡수를 개선하는 것을 목표로 하는 각종 농경 시스템에서 널리 사용되는 토양 개량제인 부식산의 귀중한 공급원으로 인식되고 있다. 다른 반탄화된 유기 폐기물과 혼합된 레오나르다이트에 의해 공급되는 기능성 탄소 그룹은 식물의 인 흡수를 개선함으로써 잠재적으로 보다 효율적인 인 비료를 제공할 수도 있다.

일 실시양태에 있어서, 토양에서 미생물 개체군의 활성이 모니터링될 수 있다. 대부분의 미생물은 토양-미생물 활성의 지표로서 사용할 수 있는 탄소질 생성물이나 가스와 같은 부산물을 생성한다. 미생물이 매우 활성적이라면 토양의 영양소 함량이 발아하는 식물을 손상시킬 수 있는 높은 임계값에 아직 도달하지 않아서 씨앗을 심을 수 있는 것으로 추론할 수 있다. 미생물이 덜 활성적이라면 이는 개체수가 감소하고 무기질 영양소가 광물화 과정에 의해 유리될 것임을 나타낼 수 있다. 그렇다면, 미생물 개체군이 여전히 감소하는 것이 바람직하지 않은 경우(예: 식물이 충분히 성숙하지 않거나 또는 종자를 여전히 심어야 할 필요가 있거나 또는 다른 이유로 인해)에는 미생물 개체군을 늘리는 것을 추천할 수 있다. 탄소 불안정한 비료를 토양에 더 많이 첨가함으로써 미생물 개체군을 증가시키는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 토양 시험을 통해 시간과 장소에 따른 비료의 최적 투여량을 결정할 수도 있다.

기술한 바와 같이, 본 방법은 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 개별 입자로 형성하는 단계를 포함한다. 건조 및 고형 비료는 미분, 과립, 펠렛 또는 프릴을 포함할 수 있다. 임의의 형태의 개별 입자는 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10mm의 평균 직경(mean average diameter)의 크기를 가질 수 있다. 실시양태에서, 개별 입자의 적어도 약 80, 90, 95 또는 100%는 평균 입자 크기의 1 표준 편차 내에 속한다(이상적으로 >80, 85 또는 90%는 약 2 내지 약 5 mm 범위에 있음). 펠렛과 같은 과립은 분말 물질의 작은 집합체이다. 과립은 펠릿보다 덜 빨리 분해되는 경향이 있고, 더 적은 분진을 발생하는 경향이 있으며, 실시양태에서 과립 전체에 균일하게 분포되는 다중 생성물의 결합을 허용한다. 균일하게 분포된다는 것은 비료 입자의 임의의 한 위치에서 무기 및 유기 물질의 상대적인 양이 임의의 다른 위치에서와 거의 동일하다는 것을 의미한다. 과립은 또한 브로드캐스팅 기계류(장비)를 통해 적용할 때 더욱 공기 역학적이므로 보다 넓은 범위가 달성될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 펠릿화를 사용하여 과립을 제조한다.

비료는 건조 고형물로서 기술된다. 건조 고형물이란 물질을 펠릿(과립) 형태로 처리할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 물질은, 트럭에 실어 운반한 다음, 펠릿화된 물질의 제어된 투여를 위해 설계된 장비를 사용하여 적용될 수 있다. 비료를 형성하는데 사용되는 하나 이상의 성분은 액체일 수 있다.

본 방법은 또한 비료를 시용하는 단계를 포함할 수 있다. 비료는 적어도 약 0.05 내지 약 5톤/헥타르의 비율로 시용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 비료는 작물의 수확량을 2, 20, 50, 또는 100% 증가시킬 수 있다. 작물의 숙성은 비료 없이 소요되는 시간의 최소 5, 8 또는 10%까지 앞당길 수 있다. 일부 실시양태에서, 비료는 작물에 부적합한 토양을 포함하는 토지를 회복하는데 사용될 수 있다. 비료의 탄소 불안정한 성질은 미생물 군집을 소모하고 증식하도록 미생물 군집을 자극할 수 있지만, 식량 공급원이 고갈됨에 따라 사멸하여 부패한다. 박테리아가 죽으면 토양에 결핍되었던 영양소의 방출에 의해 토양이 회복될 수 있다. 레오나르다이트는 특히 퇴비와 조합될 때 오염된 땅에 있는 식물의 금속 흡수를 줄이기 위해 토양에 직접 첨가할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시양태는 축척에 맞추어 도시하지 않고 단지 예시적인 첨부 도면을 참조하여 설명한다:
도 1은 제안된 비료 제제 및 그의 유기 및 무기 함량을 백분율로 나타낸 표이다.
도 2는 본 명세서에 기술된 공정에 따라 반탄화된 유기 폐기물에서 상이한 탄소 유형의 절대 신호 강도의 %를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 명세서에 기술된 공정에 따라서 반탄화된 유기 폐기물의 C13 NMR 스펙트럼이다.
도 4는 비교를 위한 (a) 갈탄과 (b) 그린 폐기물 퇴비의 C13 NMR이다.
도 5는 실시양태에 따른 공정의 단순 블록도이다.
도 6은 실시양태에 대한 상세한 공정 흐름도이다.
도 7은 병원체 시험 결과를 포함한 유기물(반탄화 후)의 분해율(%)을 나타낸 표 1이다.
도 8은 다른 반탄화된 유기 베이스의 배합 및 영양소 함량을 나타내는 표 4이다.
도 9는 결합제로서 칼슘 리그노설파네이트를 사용한 후 과립의 파쇄 강도의 그래프이다.
도 10은 샘플 B1의 예상 및 측정된 영양소 함량을 나타내는 표 5이다.
도 11은 대장균군 수, 파쇄 강도 및 수분 함량을 나타내는 그래프이다.
도 12는 반탄화된 유기 베이스 레시피의 일례를 나타내는 표 6이다.
도 13은 본 발명의 실시양태에 따른 비료의 조성을 나타내는 표이다.

이하의 기술은 유기 폐기물이 닭 폐기물이고 멸균 공정이 반탄화인 실시양태에 초점을 맞춘다. 이들은 예시로서 사용되며 다른 유기 폐기물이 공정의 대상이 될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 반탄화가 가장 바람직하지만, 당업자라면 다른 멸균 기술을 수행할 수 있음을 인식해야 하다. 그럼에도 불구하고, 반탄화는 저온을 이용함에 따라 유기 폐기물의 탄소 불안정성을 상당히 유지함으로써 본 공정에서 상당한 이점을 제공한다. 탄소 불안정한 생성물은 토양 건강을 최적화하고 첨가된 영양소와 상승 효과를 발휘하여 특히 유리한 비료를 제공한다. 본 명세서에서 기재된 핵심 공정은 기본 물질(반탄화된 닭 폐기물)을 분말로 만든 다음, 이를 다른 성분과 혼합하여 '설계된' 영양학적 결과를 제공할 수 있다는 것이다. 반탄화 생성물은 '토양 개량'(soil conditioning)에 최적화되어 있다. 무기 첨가제는 영양소 강도를 높이고, 식물 생산성을 향상시킨다.

인근 양계장에서 발생하는 유기 원료 폐기물(육계 깔짚, 층 분뇨, 육계 폐사)을 현장으로 대량 배송할 수 있다. 이러한 폐기물은 출처 농장, 사용 가능한 깔짚 재료 및 계절적 변화에 따라서 영양소 및 탄소 함량이 다르다. 사료의 비율은 영양소 함량과 원하는 생성물에 따라서 약간 다를 수 있다. 시간이 지나면 다른 유기 원료가 공급원료로서 사용되어 현장에서 저장 및 처리될 수 있다.

반탄화 공정 전에, 동물 폐기물은 강철 또는 콘크리트 벙커에 저장할 수 있다. 바람직하게, 폐기물은 가능한 생물학적 위험을 줄이는 방식으로 저장된다. 동물 폐기물은 특히 대상 동물이 인간인 경우 인간에게 특히 위험할 수 있으므로, 멸균 전에 엄격한 건강 및 안전 조치를 취해야 한다. 회분식 리본 믹서는 거름, 깔짚 및 사체(소비된 닭)와 같은 가금류 폐기물을 혼합하는데 사용할 수 있다. 필요에 따라, 유기 원료 물질은 처리를 위해 반탄화기로 운반되기 전에 파쇄기 및/또는 햄 분쇄기에서 상태조절될 수 있다.

프론트 엔드 로더(Front End Loader; FEL)는 투입물을 원하는 비율로 호퍼에 적재할 수 있으며, 여기서 투입물은 계량 공급기를 지나 리본 믹서에서 혼합될 수 있다. 혼합된 물질은 파쇄기로 이송되어 반탄화기에 공급되기 전에 물질을 분해할 수 있다. 반탄화는 산소의 부재하에 물질을 250∼350℃로 가열한다. 반탄화기는 스크류 컨베이어를 통과하는 물질을 가열함으로써 가열을 수행하며, 가열은 스크류 컨베이어 밑에 있는 버너 시스템으로부터 복사 및 전도에 의해 수행된다. 이렇게 하면 다음과 같은 2 개의 결과가 달성된다:

- 물질로부터 수분의 대부분을 제거한다.

- 동물 폐기물 공급원료에 존재할 수도 있는 모든 병원체를 변성시킨다.

공정은 상기 결과를 성취할 수 있지만, 온도가 열분해 지점에 도달하지 않기 때문에 불안정한(사용 가능한) 형태의 탄소를 유지한다.

증기 및 기타 휘발성 가스는 부피가 큰 고형물로부터 응축 증기로의 영양소 손실을 낮추면서 가스 세정 시스템에서 증발, 포집 및 응축될 수 있다.

반탄화기는 목적에 적합한 임의의 모든 장치가 될 수 있다. 일 실시양태에서, 반탄화기는 기밀성을 제공하기 위해 "초크(choked)"로 작동되는 소형 스크류 컨베이어이다. 맞춤-설계된 공차가 작은 스크류 오거(screw auger) 반탄화기는 가스-연소 외부 가열이 가능하다. 스크류 컨베이어는 폐열 회수를 위해 반탄화기 위에 장착할 수 있다. 작동 중, 반탄화 온도를 결정할 수 있다. 선택되는 온도는 반탄화될 물질에 대한 사전 경험을 기반으로 한다. 온도는 약 100℃ 내지 약 350℃의 범위일 수 있다. 제어기는 온도를 유지하기 위하여 가열 소자에 인가되는 전력의 양을 설정한다. 온도가 설정 범위 내에서 유지되도록 하기 위해 온도 조절 장치를 사용할 수 있다. 온도가 원하는 수준에 도달한 후, 습윤 생물고형물(유기 폐기물)은 반탄화기의 유입구를 통해 연속 방식으로 도입될 수 있다. 유기 폐기물은 스크류 컨베이어에 의해 수거되어 반탄화 챔버로 이송될 수 있다. 물질이 반탄화기를 통과하는 속도는 컨베이어의 회전 속도에 따라 달라진다. 가열은 외벽을 통한 전도와 운송 중 고형물에 인가되는 복사열을 통해 이루어진다.

일 실시양태에 있어서, 반탄화기는 서로 다른 목적으로 직렬로 연결된 3 개의 스크류 컨베이어로 구성될 수 있다:

- 메인 버너의 폐열이 메인 스크류보다 먼저 물질을 가열하는 예열 스크류;

- 그 밑에서 발화하는 버너 뱅크를 갖는 메인 스크류;

- 반탄화기 생성물을 보관할 수 있도록 온도를 낮추는 워터 재킷형 냉각 스크류.

이중 나이프-게이트 밸브는 각각의 스크류로부터 입구와 출구에 기밀을 제공할 수 있다. 반탄화기 공급 속도는 공급 물질을 주성분으로 하여 추론된 생성물 수분 함량(약 7∼10%)을 제공하는 메인 스크류 출구의 온도를 조절하는 피드백 루프를 통해 제어할 수 있다. 출구 온도 설정은 수분 분석을 기반으로 조정할 수 있으며, 공급 물질의 열분해를 허용 가능한 비율로 최소화하도록 제한할 수 있다.

모든 반탄화기 입력물 및 반탄화기 유닛 자체는 전용 건물에 위치할 수 있다. 이는 현장으로 전달되는 유기 원료에 존재할 수도 있는 병원균이 최종 생성물에 오염될 위험을 관리하는데 도움이 될 수 있다. 병렬로 된 3 개의 반탄화기 유닛이 있을 수 있다(단일 공급 시스템, 단일 응축 시스템).

고형물이 반탄화되면, 처리된 유기 물질을 반탄화기 밖으로 운반할 수 있다. 물질은 반탄화 챔버로부터 적절한 용기로 중력에 의해 낙하될 수 있다. 반탄화된 물질은 추가 처리를 보조하기 위해 실온으로 또는 바로 그 위의 온도로 냉각될 수 있다. 선택적으로, 냉각은 워터 재킷형 스크류 컨베이어를 통한 반탄화 후 냉각이다. 반탄화 물질로 채워진 컨테이너는 백 언로더(bag unloader)에 의해 지지되는 백일 수 있다. 소정의 간격으로 반탄화된 물질을 시험하여 멸균 요건과 수분 함량을 충족하는지 확인할 수 있다. 시험에 문제가 있는 경우, 공정을 중지하여 반탄화기의 매개 변수를 조정할 수 있다.

반탄화기 생성물은 중간 사일로(silo)에 저장하기 위해 인접한 과립 건물로 운반될 수 있다. 이러한 사일로는 농장 내 반탄화 장치에서 반탄화된 물질의 미래 "허브 & 스포크(hub & spoke)" 공급을 지원하기 위하여 인피드 시스템을 개조할 수 있도록 설계될 수 있다.

생성된 반탄화 생성물은 리본 믹서 및 생성물을 분쇄하는 해머 밀로 회분식으로 운반될 수 있다. 물질은 균일한 컨시스턴시가 될 때까지 분쇄될 수 있다. 이러한 단계에서, 고체 및 액체 무기질 영양소를 포함하는 무기 물질을 산업용 블렌더에서 반탄화된 생성물에 첨가하여 균질한 혼합물을 성취할 수 있다. 무기질 비료(예: RPR/SOP 블렌드, 요소, DAP/MOP 블렌드)는 대량으로 현장에 배송될 수 있으며, 스크류 컨베이어를 통해 저장 사일로로 운송될 수 있다. 기타 미량의 영양소(예: Zn/Cu/Mo 물질)를 1톤(T) 백에 담아 향후 필요할 때 사용할 수 있도록 저장하는 시설이 존재할 수 있다.

레오나르다이트는 총 생성물의 적어도 약 2, 5, 10 또는 15%의 양으로 첨가될 수 있다. 레오나르다이트는 1톤(T) 백으로 현장으로 운반되어 필요할 때 사용할 수 있도록 보관할 수 있다. 레오나르다이트는 병원체가 없는 물질이기 때문에 반탄화 후에 첨가될 수 있으며, 레오나르다이트는 높은 탄소 함량으로 인해, 그리고 과립화를 보조하고 토양 건강에 기여하는 것으로 생각되는 부식산의 존재로 인해 첨가된다.

반탄화된 유기물, 레오나르다이트 및 무기질 비료의 균질한 혼합물을 함유하는 최종 생성물 과립을 얻기 위해서는 물질을 혼합하고 해머 밀에서 분쇄하여 원하는 크기 감소를 달성한 다음, 펠릿화 또는 과립화 공정으로 보낸다. 펠릿화는 혼합물을 펠릿 압출기와 절단기로 운반하는 것을 포함한다. 과립화에는 선택적으로 3 개가 직렬로 배열된 볼링 밀이 포함될 수 있다. 모든 적절한 단계에서, 액체를 분사하여 분진을 줄일 수 있다. 공급, 혼합 및 분쇄 공정은 연속적으로 진행되어 습식 믹서에 분쇄된 공급 스트림을 연속적으로 전달할 수 있다. 일부 혼합물은 다른 혼합물보다 펠릿화에 더욱 적합하다. 숙련자라면 펠릿화 및 과립화를 시도하여, 사용된 혼합물이 적합한지를 확인할 수 있다.

펠릿화의 원리는 다이를 통과하기에 충분한 윤활과 함께 압력 하에 물질의 충분한 조합을 달성하도록 모든 공급물을 펠릿화기에 설정된 수준으로 습윤시키는 것이다. 물이 충분하지 않거나 너무 많으면 롤-헤드 및 다이가 막히거나 움직이지 못할 수 있을 뿐만아니라, 나약한 생성물 및 과량의 미세 입자가 발생할 수 있다.

펠릿화를 이용하여 만든 생성물의 경우, 분쇄된 원료 공급물은 재순환된 언더사이즈 생성물 및 펠릿화 전에 혼합물을 습윤시키기 위해 첨가된 물(또는 반탄화기 응축물(응축수))과 함께 습식 믹서에 들어갈 수 있다. 펠릿화/볼링 공정은 크기에 따라 약 70%의 생성물을 산출할 것으로 예상되므로, 펠릿화기에 공급되는 모든 물질의 약 30%가 재활용으로 다시 복귀된다(재활용 비율 0.43:1).

습윤된 물질은 병렬 펠릿화기[2 x 50% 듀티(duty)]에 공급되어 작은 원통형 생성물을 생성한 다음, 일련의 볼링 밀로 공급되어 펠릿의 날카로운 모서리를 둥글게 하여 그의 형상을 구형으로 변화시킬 수 있다. 볼링 밀은 생성물을 디스크 주위의 수직 벽으로 투척하는 회전 디스크로 구성되며, 이 디스크는 밀 주위를 회전함에 따라 부피가 큰 물질에 대해 롤링 작용을 부여한다. 가장자리의 연화를 보조하고 펠릿을 가소화하여 형상을 변경하기 위해서는 물(또는 반탄화기 응축물)을 첨가할 수 있다. 볼링은 또한 일부 미세 입자를 조합하여 크기가 더 큰 입자로 만든다. 그 다음, 둥근 물질은 다운스트림 건조기 및 스크리닝 공정으로 공급될 수 있다.

가스 버너는 과립을 건조시키기 위하여 건조기 드럼으로 공급되는 공기를 가열하는데 사용할 수 있다. 건조기의 배기 가스는 정화된 가스를 대기로 배출하는 추출 팬이 있는 백 하우스(bag house)를 통해 포집될 수 있다. 건조 고형 비료 생성물은 스크리닝될 수 있다(2 데크 진동 스크린). 오버사이즈 스크리닝 후, 생성물은 파인 스크린(fines screen)을 통과하여 언더사이즈를 제거할 수 있다. 그리고 나서, 사양에 따라 회전식 냉각기 드럼을 통과한 다음, 연마 스크린을 통과하여 분진을 제거한다. 파인 스크린 및 연마 스크린으로부터의 언더사이즈는 펠릿화기로 다시 재순환될 수 있다. 임의로 과립 형태의 건조 고형 비료 생성물은 저장 안정성, 및 과립 내에서 병원체의 재성장을 방지(또는 적어도 감소)하기 위하여 약 10, 8 또는 5% 미만(바람직하게는 5% 미만)의 수분 함량을 함유할 수 있다.

냉각 및 연마 스크린 후, 생성물은 벌크 트럭 내로 보내기 위해 현장 보관 사일로로 운반되거나 또는 현장 포장 라인으로 공급되어 1T 백에 보관될 수 있다. 완성된 생성물은 최종 생성물 스크리닝에 보낼 수 있다. 생성물이 모든 필수 표준을 충족한다고 가정하면, 그것은 대량으로 판매되거나 또는 포장하여 판매 용도로 표시될 수 있다.

실시예

이제 본 발명의 실시양태는 다음과 같은 비제한적 실시예에 의거하여 예시할 것이다.

실시예 1 - 비료의 예상 영양소 함량을 결정하는 방법

비료 제제의 효과를 결정하기 위하여, 본 명세서의 개시내용에 따라서 다양한 제제를 생성할 수 있다. 이 경우, 숙련자라면 어떤 제제가 어떤 유형의 토양에 사용하기에 가장 적합한지, 그리고 어떤 유형의 식물이 그러한 토양에서 생육할 것인지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 다양한 제제가 제안되면 이들은 내부 참조를 위해 A 내지 M으로 라벨링될 수 있다.

예를 들어, 비료 제제 A는 닭 거름 깔짚, 층 거름 및 폐암탉을 포함하는 유기 물질의 반탄화에 의해 제조될 수 있다. 유기 물질은 저장된 다음, 반탄화기로 운반될 수 있다. 150℃ 내지 약 350℃의 온도를 약 5분 내지 약 30분 동안 유지하여 폐기물을 반탄화시킬 수 있다. 고형물이 반탄화되면, 처리된 유기 물질은 반탄화기 밖으로 운반되어 컨테이너에 수집되기 전에 냉각될 수 있다. 배치(batch)는 컨테이너에서 가져와서 리본 믹서로 보낼 수 있으며, 여기서 반탄화된 물질은, 예를 들어, 밀(예: 해머 밀)에서 분쇄되기 전에 혼합되며, 분쇄는 더 짧은 시간을 사용할 수 있지만 예를 들어, 최대 20분이다. 황산 암모늄 및 APP와 같은 액체 및 고체 무기질 비료를 분쇄 생성물에 첨가하여 혼합할 수 있다. 분쇄 물질의 총 중량을 기준으로, 유기 성분은 약 20∼80%; 결합제는 약 5∼10%; 및 무기 성분은 약 20∼70%일 수 있다. 혼합된 유기 및 무기 물질는 펠릿화를 위해 운송될 수 있다.

비료에서 예상되는 탄소(C), 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 황(S) 및 칼슘(Ca)의 분해는 도 1의 표 1에 나타나 있다.

도 1의 표 1은 또한 상기 기재된 것과 유사한 방식으로 제조될 수 있는 조성 B-M의 제안된 배합을 나타낸다.

다른 제제 이외에도, 반탄화기에서 소요되는 시간은 30분에서 15분, 1시간, 2시간, 3시간으로 다양할 수 있다. 또한, 온도의 영향은 150℃에서 최대 350℃까지 조사된다. 더욱이, 분쇄에 소요되는 시간은 20분 이상 또는 이하일 수 있다.

그 다음, 각각의 비료를 토양에서 시험하여 식물 생육 및 전반적인 건강을 촉진하는 효능을 결정할 수 있다.

실시예 2 - 반탄화된 생성물의 분석

제제의 반탄화된 유기 성분의 멸균 특성은 도 7에 나타나 있다.

반탄화된 물질의 탄소 불안정 특성에 대한 분석이 수행되었다. 결과는 도 2에 나타나 있다. 반탄화 물질에는 다양한 탄소 형태가 포함되어 있다. 주요 핵심 형태는 다음과 같다.

카르복실 C - 이것은 단쇄 유기산을 비롯하여 카르복실산들을 포함한다. 이들은 영양소 유용성에 영향을 미치는 토양 공정에 기여한다. 이들은 토양 미생물에 의해 쉽게 분해된다.

아릴 C - 이것은 보다 '성숙한' 유기 물질의 기능인 벤젠 고리 구조를 배합한 방향족 C 화합물들을 포함한다. 이들 화합물도 영양소 유용성에 기여하지만, 미생물 분해에 대해 더욱 내성이 있는 고리 구조로 인해 토양에서 보다 긴 체류 시간을 갖고 있다. 이들은 C 격리에 기여할 수 있다.

O-알킬 C - 이 부류는 모든 다당류(당 유형) 및 탄수화물 화합물들을 포함한다. 이들은 용이하게 유용가능한 미생물 기질이기 때문에 국부적인 미생물 활성을 자극할 것이다. 이 물질은 또한 '프라이밍(priming)' 효과를 가질 수 있으며, 이로 인해 다른 토양의 광물화를 자극하여 유용가능한 토양 C 공급원이 아니다.

알킬 C - 이 부류는 지방산, 지질 및 기타 장쇄 지방족 화합물들을 포함한다. 이들은 미생물에 의해 에너지원으로 소비될 가능성이 있지만, 영양소 방출 또는 C 격리에 기여하지 않는다.

13C NMR 스펙트럼은 도 3에 나타나 있으며, 다양한 C 부류가 서로 다른 '화학적 이동'으로 피크 그룹으로서 측정된다. 약 70ppm에서 큰 피크는 다당류/탄수화물 피크이다. 이러한 스펙트럼의 형상은 다른 퇴비-유형 유기 수정체에서 보여진 것과 유사하다. 따라서, 반탄화는 퇴비화와 같은 다른 유기 공정의 많은 이점을 유지하면서, 탄소를 농축하고 병원체를 제거한다. 갈탄 및 퇴비와 비교한 또 다른 NMR 실시예가 도 4에 나타나 있다.

실시예 3 - 일 실시양태에 따른 비료 제조의 구체적인 실시예

도 5 및 도 6의 흐름도는 원료에서부터 최종 과립의 포장까지의 공정의 개략도를 제시한다. 공정 단계는 하기에 설명되어 있으며, 도 5에 라벨링되어 있다.

1. 유기 원료(닭 깔짚, 닭 거름 및 닭 사체는 별도의 구역에서 수령하였다).

2. 모든 유기 원료를 지정된 비율로 리본 믹서에 공급(예: 도 13의 표)하고, 잘 혼합한 후 분쇄기에 넣었다.

3. 반탄화 공정에 들어가기 전에 혼합물(믹스)을 작고 일정한 입자 크기로 잘게 파쇄하였다. 이 단계에서는 일정한 크기로 인해 균일한 반탄화(열 분포)가 가능했다.

4. 파쇄된 혼합물을 반탄화기 유닛에 넣었으며, 여기서 혼합물은 산소의 부재하에 330℃의 승온에 노출되었다. 반탄화 공정은 혼합물의 수분을 상당히 감소시켰다(수분 함량 40%에서 수분 함량 10% 미만으로).

5. 그 다음, 반탄화된 유기 물질을 무기질 비료 과립 및 결합제와 함께 특정 비율(예: 도 13의 표)로 믹서에 도입하였다(생성물 배합 레시피에 따름).

6. 그 다음, 유기 및 무기 물질의 혼합물을 해머 밀에 도입하여 입자를 분쇄하고 균질성을 위해 물질을 추가로 혼합하였다. 최종 혼합 펠릿 조성의 균질성의 실시예는 도 10에 나타나 있다.

7. 분쇄 및 균질화된 혼합물은 펠릿화에 대비하기 위해 혼합물에 액체(물 또는 액체 비료 또는 공정의 응축물)가 첨가되는 습식 스테이션에 도입되었다.

8. 그 다음, 습윤 혼합물은 과립화를 위해 펠릿화기에 도입되었다.

9. 펠릿화기로부터의 과립은 액체(물 또는 공정으로부터의 응축물)와 함께 연마기에 도입하여 과립 표면을 추가로 연마하고 균일한 구형 과립을 생성하였다.

10. 연마된 과립을 건조기에 투입하여 과도한 수분 함량을 제거하였다. 수분은 적어도 약 1% 내지 최대 약 9%의 범위로 감소되었다.

11. 그 다음, 건조된 과립을 가능한 주위 냉각 또는 팬에 의해 저장 온도로 냉각시켰다.

12. 냉각된 과립은 저장 또는 포장으로 운송되기 전에 덩어리 및 큰 입자 크기에 대해 추가로 스크리닝되었다.

실시예 4 - 반탄화 베이스의 선택

생성물에 사용된 동물 폐기물을 다양한 비율로 반탄화하여 "베이스"를 생성하였다. 이 중 4 개의 베이스에 대한 영양소 분석 결과는 도 8의 표 4에 나타나 있다. 베이스의 수분 함량은 다양하며, 거름/사체(습윤)의 존재에 따라서 증가하고 깔짚(건물)의 존재에 따라서 감소한다. 그러나, 수분 함량의 변화 외에, 유기 공급원료의 전체 영양소 함량은 최종 생성물의 불안정 탄소의 양에 유의하게 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다. 이것은 개량된 비료가, 결과의 탄소 함량이 전체의 약 30 내지 약 40% 범위에 있는 경우에 반탄화된 베이스의 깔짚/거름/사체의 다양한 백분율을 용인할 수 있음을 의미한다.

유기 폐기물의 3개의 배치는 또한 영양소, 탄소 및 병원균에 대해 독립 실험실(SWEP)에서 반탄화 후 분석되었다. 그 결과를 도 7의 표 1에 나타내었다. 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 반탄화 생성물은 대장균, 살모넬라, 리스테리아가 없기 때문에 실질적으로 멸균 상태이다[총 대장균군(<3)]. 대장균군의 부족은 도 11의 그래프에서도 알 수 있다. B1과 B4로 라벨링된 비료는 대장균군이 없고, 원하는 경도 및 원하는 수분 함량을 갖는다.

실시예 5 - 경도/파쇄 강도

과립 경도의 척도인 파쇄 강도는 과립 성능 지표로 사용된다. 분쇄 강도(과립경도)를 더욱 향상시키기 위하여 과립화 결합제로서 리그노설포네이트를 사용하여 실험을 수행하였다. 도 9는 이러한 실험의 결과를 나타낸다. 도 9의 데이터로부터, 칼슘 리그노설파네이트를 갖는 과립의 경도는 10% 미만의 수분 함량에서 결합제가 없는 경우보다 상당히 높다는 것을 알 수 있다.

실시예 5 - 개량된 비료 제제

유기 및 무기 물질을 포함한 비료 펠릿을 제조하기 위하여 반탄화 및 과립화 공정을 이용하여 다수의 제제를 생성하였다. 그 다음, 반탄화된 유기 물질을 다양한 혼합 및 비율로 무기질 비료와 혼합하고, 그 혼합물을 과립화하였다. 그 조성은 도 13의 표에 나타나 있다. 최종 과립은 영양소, 수분 및 조성 분석을 위해 실험실로 보내졌다.

토양 배양 및 온실 실험은 다양한 토양 구조 및 영양소 조성에서 비료 생성물(들)의 효과를 이해하기 위하여 모래 토양과 점토 토양에서 수행하였다.

토양 배양

ㆍ유기 물질의 분해는 상기 2 개의 토양 유형에서 모두 관찰되었지만, 점토에 비해 낮은 영양소 함유량, 유기물 및 미생물 활성으로 인해 모래 토양에서 더욱 명확하게 나타났다.

ㆍCEC, C:N 비율 및 불안정 탄소 간의 관계에서 반영된 양이온의 방출은 실험 기간 동안 관찰되었다.

ㆍ대조 생성물에 비해 반탄화된 유기 생성물에서 증가된 광물화와 함께 칼륨 및 인의 광물화가 관찰되었다.

ㆍ반탄화된 유기 생성물은 대조군과 비교하여 실험 기간 동안 유사한 암모늄 및 질산염을 갖는 것으로 관찰되었으며, 이는 2 개의 토양 모두에서 주요 질소 고정화가 발생하지 않았음을 나타냈다.

ㆍ높은 유기물 함량 및 미생물 활성으로 인해, 암모늄태 N은 질산태 N으로 급속히 전환되는 것으로 관찰되었다.

ㆍ일부 반탄화된 유기 생성물은 대조군과 비교하여 N에 대해 더욱 느리고 더욱 억제된 방출을 나타내는 것으로 관찰되었다.

온실

ㆍ생성물(들)의 성능은 옥수수(점토)와 상추(모래) 모두에 대해 토양보다 우수하며, 이로 인해 증가된 수확률과 보다 높은 영양소 흡수를 제공한다.

ㆍ점토 토양의 보다 높은 비옥도로 인해 점토 토양보다 모래 토양에서 농경 효과가 더욱 입증되었다.

ㆍ생성물(B4)에 대한 다양한 시용을 시도하여 최적의 범위를 확인하였다.

ㆍ다른 모든 처리에 대해 2 개의 시용 비율을 시도하였다. 다양한 반응이 생성물별로 관찰되었다.

필드(현장) 시험은 부가적인 퇴비화된 닭 거름으로 처리한 반면에, 화분(pot) 시험은 부가적인 닭 생거름으로 처리하였다. ABF 생성물(예: B1, B4, B5, B6, B7, D5 등)과 비교하기 위하여 거름/퇴비를 추가했으며, 이러한 추가는 거름 또는 퇴비를 별도로 시용한 다음, 통상적인 NPK 비료를 시용하는 것으로 이루어졌다. 영양소 유용성은 생거름 또는 퇴비화된 거름에서 유사할 것으로 예상되므로, 퇴비화된 물질은 단순히 더 적은 병원체를 보유하고, 일부 경우에는 (퇴비화 중에 손실되는) 다소 적은 질소를 보유하는 것으로 예상된다.

건물(dry matter)의 수확률 %는 건물[포트(port)당 그램(gram)]을 (비료를 시용하지 않은) 대조군으로 나눈 값이다.

가설 1: 반탄화된 유기 물질은 거름/퇴비와 동등하거나 그 이상의 성능을 발휘한다.

결과: 사실

C1 반탄화된 유기물은 (아직) 무기 물질이 첨가되지 않았다. 이러한 실험은 반탄화된 유기 물질 내의 불안정 탄소가 단독으로 사용될 때 퇴비의 거름보다 우수함을 입증하기 위한 것이다. 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 필드 시험에서 건물 %는 일반적으로 개량된 비료 조성에서의 사용을 지지하기 위해 반탄화된 물질의 사용에 의해 증가된다.

가설 2: 공과립화된(Co-granulated) 반탄화 유기물/무기질 화학비료 배합물은 거름/퇴비 + NPK 화학비료 블렌드와 동등한 성능을 발휘한다.

결과: 사실

본 발명의 실시양태에 따른 B4, B5 및 B6 조성은 각각 32.5%의 반탄화된 유기 베이스 및 67.5%의 무기 물질을 갖는다. 뒤에 붙은 4, 5 및 6은 각각의 B 제제가 약간 다른 무기 제제를 갖는다는 것을 나타내기 위하여 사용된다. 제제의 정확한 영양소 %는 도 13의 표에 나타나 있다.

성능을 전반적으로 고려할 때, NPK 블렌드 + 퇴비/거름에서 제제는 상기 배경 부문에서 기술된 바와 같은 단점인 2 개의 개별 단계로 전달되어야 한다는 점을 염두에 두어야 하다. 따라서, 필드 시험 상추 및 필드 시험 브로콜리에 대해 관찰된 개선 사항은 본 발명의 실시양태에 따른 비료 B4, B5 및 B6을 원 스텝으로 첨가했기 때문에 상당히 개선된 사항이다.

가설 3: 공과립화된 반탄화 유기물/화학비료 배합물은 거름/퇴비 + NPK 화학비료 배합물과 동등하거나 그 이상의 성능을 발휘한다.

결과: 사실

NO₃PK는 상표 니트로포스카(Nitrophoska)로 언급되기도 한다. 니트로포스카를 단독으로 사용하거나 퇴비/거름과 함께 사용했을 때와 비교하면 B7의 개선된 결과는 표에 나타낸 결과로부터 명확하다. 상추에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 개량 비료 B7을 사용할 때 26%에서 31%로 증가하였다. 옥수수에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 개량 비료 B7을 사용할 때 107%에서 136%로 증가하였다.

가설 4: 공과립화된 반탄화 유기물/SOA 배합물은 SOA와 동등하거나 그 이상의 성능을 발휘한다.

결과: 사실

단독으로 사용된 SOA와 비교할 때 B2의 개선된 결과는 상기 표에 나타난 결과로부터 명확하다. 상추에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 개량된 비료 B2를 사용할 때 66%에서 138%로 증가하였다. 옥수수에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 개량된 비료 B2를 사용할 때 36%에서 66%로 증가하였다.

가설 5: 공과립화된 반탄화 유기물/MAP-S-Zn 배합물은 그래널락(Granulock) Z와 동등하거나 그 이상의 성능을 발휘한다.

결과: 사실

MAP-S-Zn은 인사이텍 피봇(Incitec Pivot)의 등록 상표인 상표 그래널락 Z로 언급된다. 단독으로 사용된 MAP-S-Zn과 비교했을 때 B3의 개선된 결과는 상기 표에 나타낸 결과로부터 명확하다. 상추에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 개량된 비료 B3을 사용할 때 100%에서 138%로 증가하였다. 옥수수에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 개량된 비료 B2를 사용할 때 32%에서 56%로 증가하였다.

가설: 공과립화된 반탄화 유기물/요소 배합물은 Si 및 DMP 저해제를 첨가하면 상당한 수확률 증가를 제공한다.

결과: 사실

규소, 아연 및 DMP가 첨가된 D5의 개선된 결과는 제제 D1과 비교할 때 알 수 있다. 상추에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 D5를 사용할 때 38%에서 77%로 증가하였다. 옥수수에 대한 건물 수확률 %은 본 발명의 실시양태에 따른 개량된 비료 D5를 사용할 때 77%에서 86%로 증가하였다.

본 설명에서 이루어진 임의의 약속은 본 발명의 일부 실시양태와 관련된 것으로 이해되어야 하며, 본 발명에 대해 이루어진 약속인 것으로 의도되지 않다. 본 발명의 모든 실시양태에 적용되는 것으로 간주되는 약속이 있는 경우, 문맥상 달리 명확하지 않는 한, 특허 허여 또는 이후의 특허 등록에 대한 약속에 의존하는 것은 아니므로, 설명으로부터 이들 약속을 나중에 삭제할 권리가 있다.

이하의 청구범위 및 전술하는 본 발명의 기재에 있어서, 명확한 문어 및 필요한 시사에 의해 문맥상, 다른 의미로 해석되는 경우를 제외하고, 용어 "포함하다(comprise)" 또는 그의 변형, 예를 들면 "포함하다(comprises)" 또는 "포함하는"등은 포괄적인 의미로 사용된다. 즉, 이들 용어는 기재된 특징의 존재를 특정하지만, 본 발명의 다양한 실시양태에서 다른 추가 특징의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.

Claims

개별 입자 형태의 건조 및 고형 비료로서, 건조 및 고형 비료의 입자가 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 포함하며, 무기 물질은 N, P, K 및 S 영양소 중 적어도 하나를 포함하고, 유기 물질은 유기 폐기물의 탄소 불안정하고 실질적으로 멸균된 생성물을 포함하는 것인 건조 및 고형 비료.
제1항에 있어서, 동물 폐기물이 반탄화 처리되어 반탄화된 유기 물질을 생성하는 것인 건조 및 고형 비료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 동물 폐기물이 닭 사체를 포함하는 것인 건조 및 고형 비료.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 반탄화된 유기 물질 및 무기 물질이 결합제, 바람직하게는 레오나르다이트(leonardite)로 펠릿화되는 것인 건조 및 고형 비료.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 펠릿 또는 프릴(prill) 형태이고, 각각의 펠릿 또는 프릴이 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 포함하는 것인 건조 및 고형 비료.
제5항에 있어서, 무기 물질이 펠릿화 전에 첨가되는 것인 건조 및 고형 비료.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 입자의 수분 함량이 약 1% 초과 및 약 10% 미만인 건조 및 고형 비료.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 입자의 평균 경도가 적어도 약 3.5 Kg/f인 건조 및 고형 비료.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 질산화 저해제를 추가로 포함하는 건조 및 고형 비료.
제9항에 있어서, 질산화 저해제가 DMP 및 아연으로부터 선택되는 것인 건조 및 고형 비료.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 비생물적 스트레스 조절제, 바람직하게는 규소를 추가로 포함하는 건조 및 고형 비료.
펠릿화된 비료로서, 각각의 펠릿은 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 포함하며, 무기 물질은 적어도 NPKS를 포함하고, 유기 물질은, 반탄화된 닭 폐기물을 제공하기 위하여 반탄화 처리된 닭 사체를 포함한 동물 폐기물을 포함하며, 반탄화된 닭 폐기물은 탄소 불안정하고 실질적으로 멸균된 것인 펠릿화된 비료.
개별 입자 형태의 건조 및 고형 비료를 제조하는 방법으로서,
유기 물질을 멸균하여 탄소 불안정하고 실질적으로 멸균된 생성물을 제공하는 단계;
N, P, K 및 S 중 적어도 하나를 포함하는 무기 물질을 상기 실질적으로 멸균된 생성물과 혼합하여 혼합 생성물을 생성하는 단계;
상기 혼합 생성물을 결합하여 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물을 제공하는 단계; 및
상기 유기 및 무기 물질의 균질한 혼합물의 개별 입자를 형성하는 단계
를 포함하는, 개별 입자 형태의 건조 및 고형 비료를 제조하는 방법.