WO2020226351A1 - 하이브리드 바이오차 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2020226351A1
WO2020226351A1 PCT/KR2020/005717 KR2020005717W WO2020226351A1 WO 2020226351 A1 WO2020226351 A1 WO 2020226351A1 KR 2020005717 W KR2020005717 W KR 2020005717W WO 2020226351 A1 WO2020226351 A1 WO 2020226351A1
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carbonization
hybrid
tea
carbonized
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PCT/KR2020/005717
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손달호
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주식회사 원진
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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid bio-tea capable of promoting the growth of crops and improving soil characteristics and a method of manufacturing the same.
  • Biomass is a concept that refers to the mass of biological resources, and refers to organic matter of biological origin that can be used as energy resources and raw materials. Such biomass is a renewable organic resource that can produce energy and fuel through thermochemical conversion or bio/chemical conversion. Meanwhile, in Korea, a large amount of biomass is being discharged in various fields, and only some of them are incinerated, and most of them are left unattended, so it is urgent to prepare a plan to effectively utilize these resources.
  • biomass has a carbon-neutral property in that it does not release carbon dioxide into the atmosphere in terms of the carbon cycle.
  • biochar manufactured using biomass has a carbon negative characteristic of sequestering carbon in the soil, so it is largely in terms of climate change response, environmental restoration, renewable energy, improvement of agricultural productivity, and organic waste resource management. It is attracting attention.
  • biotea is a solid material with a high carbon content produced when biomass is pyrolyzed under oxygen-limited conditions.
  • biocars are converted to non-degradable carbon, which is a stable form, through thermal decomposition, they are not easily decomposed by external factors, and thus carbon dioxide is captured and stored for a long time, thereby contributing to climate change mitigation.
  • biotea when added to the soil, it improves chemical properties such as adsorption capacity, neutralization, and ion exchange ability, increases biomass by providing a habitat for microorganisms, increases biological properties such as increase in microbial activity, and increases soil ventilation, soil It can be widely applied in environmental and energy related fields as it can improve agricultural productivity by improving physical properties such as improving water retention capacity and reducing soil volume density.
  • bio-tea has a high pH and is mostly composed of carbon, and thus has a disadvantage of hindering the propagation of useful microorganisms in the soil. Accordingly, biocars are used only for simple soil improvement purposes such as reducing carbon dioxide generation through carbon immobilization, preventing soil acidification, or removing heavy metals.
  • Korean Patent Application Publication No. 2014-0000540 proposes a method of reducing carbon dioxide emitted into the atmosphere by adding biotea obtained by pyrolyzing corn residues to soil.
  • Korean Patent Publication No. 2015-0028654 discloses a biotea bead for removing heavy metals in soil by mixing biotea obtained by pyrolyzing woody biomass and sodium alginate.
  • the above patent documents are attempting to sequester carbon or improve soil quality using biotea obtained from agricultural or forestry by-products, but require a lot of time and cost for manufacturing, have limited uses, and have insufficient effects. .
  • the inventors of the present inventors have studied variously to show the effect of biotea improving the soil environment and increasing the yield of crops.
  • the soil is The present invention was completed by confirming that it can improve and promote crop growth.
  • An object of the present invention is to provide a hybrid bio-tea having an effect of promoting crop growth and improving soil quality by having an improved pH and nutrient content, and a method of manufacturing the same.
  • the present invention provides a hybrid biocar, including biomass in which the center portion is carbonized and the surface portion is carbonized.
  • the present invention comprises the steps of preparing biomass; And half-carbonizing and carbonizing the biomass; wherein the half-carbonization is performed at a temperature lower than carbonization, the half-carbonization is performed at 150 to 350°C, and the carbonization is performed at 350 to 500°C. , It provides a method of manufacturing a hybrid bio-tea.
  • the present invention provides a formulation for promoting crop growth and improving soil comprising the hybrid bio-tea.
  • the present invention provides a deodorant composition for livestock, comprising the hybrid bio-tea.
  • the present invention provides a top soil for seedling, comprising the hybrid bio-tea.
  • the present invention provides a slow-release fertilizer containing the hybrid bio-tea.
  • the hybrid bio-tea according to the present invention has a weakly acidic pH, has a low carbon content, and can promote the growth of crops compared to the conventional bio-tea by including a core containing organic substances other than carbon, and makes the properties of the soil suitable for the growth of the crop. It can be improved.
  • the hybrid bio-tea can be formed into pellets or briquettes without special additives, it can be applied not only as a soil improvement formulation, but also as a slow-acting fertilizer and a deodorant composition for livestock.
  • the formulation for promoting crop growth and improving soil according to the present invention has excellent crop growth promoting properties and soil improving properties, including hybrid bio-tea and microorganisms as described above.
  • the formulation does not cause the problem of the fine powder blowing in the wind during fertilization, which is a disadvantage of the conventional soil improvement formulation.
  • the deodorant composition for livestock according to the present invention has deodorizing properties similar to charcoal or activated carbon, excellent manure absorption ability, and soft texture, and thus can be applied as a substitute for conventional sawdust for livestock mats.
  • the slow-acting fertilizer according to the present invention is excellent in promoting crop growth as the fertilizer component is slowly discharged during the growth period of the crop.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a temperature distribution inside a reactor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a photograph of the center of the hybrid biocar according to the present invention
  • FIG. 3B is a photograph of the surface of the hybrid biocar according to the present invention.
  • FIG. 4A is a photograph of an SEM observation of the central portion of the hybrid biocar according to the present invention
  • FIG. 4B is a photograph of an SEM observation of the surface of the hybrid biocar according to the present invention.
  • FIG. 5 is a magnified view of particles of a hybrid biocar according to the present invention pulverized using a shearing force crusher or a blow type crusher.
  • FIG. 6 is a photograph of cabbage grown in the top soil for seedling according to the present invention and the cabbage grown in the top soil for seedling of Comparative Example 4.
  • center part and the “surface part” refer to the inner part and the outer part of the object, respectively.
  • the present invention provides a hybrid biocar including biomass having different physical and chemical properties in the center portion and the surface portion.
  • the center portion is carbonized and the surface portion is carbonized.
  • the half carbonized center may have a carbon content of 50% or more and less than 80%, 55% or more and less than 75%, or 60% or more and less than 70%.
  • the carbonized surface portion may have a carbon content of 80% or more, or 90% or more.
  • the half-carbonized center may have a pH of 4.0 or more and less than 7.5, 4.5 or more and less than 6.5, or 5.0 or more and less than 6.0.
  • the pH of the carbonized surface portion may be 7.5 or higher, or 8.0 or higher.
  • the biomass of the hybrid biocar has different carbon content and pH, respectively, in the center and the surface portion.
  • the central portion of the biomass is half-carbonized, so that the carbon content is less than that of the surface portion, but contains other organic substances, so that it is easy to propagate microorganisms, and when the hybrid bio-tea is provided in the soil due to the weak acidity of the pH, the soil is grown. It can be improved to a suitable pH.
  • the central portion is a portion including the center of the cross-section of the biomass, and may be 30 area% or less, or 5 to 30 area% of the total area of the cross-section of the biomass, and the surface portion may be a portion excluding the central portion.
  • the center portion is a portion including the center of the cross-section of the biomass, 10 to 30 area%, or 10 to 20 area% with respect to the total area of the cross-section of the biomass, and the surface portion may be a portion excluding the center. .
  • the area of the central portion is within the above range, the carbonization degree of the manufactured bio-tea increases, so that the pH and carbon content are high, so that crop growth and microbial propagation may not be smooth.
  • the biomass may include a plurality of pores as the center portion is carbonized and the surface portion is carbonized.
  • the biomass may include a plurality of pores in each of the central portion and the surface portion.
  • the biomass may be carbonized and semi-carbonized as the biomass raw material is collected, or processed in an arbitrary form.
  • the biomass raw material may be pulverized or crushed to an appropriate size, or processed in the form of pellets.
  • the biomass raw material may be used without particular limitation as long as it contains cellulose, hemicellulose, lignin, and the like.
  • the biomass raw material may be woody biomass or herbal biomass.
  • the woody biomass may include, for example, sawdust, wood chips, waste wood, and forest by-products.
  • the wood-based biomass may be waste pine wood or waste oak wood.
  • the herbal biomass is, for example, cornstalk, palm kernel, coconut shell, nut shell, rice husk, sorghum, silver grass (Miscanthus), reed (Phragmites), rice straw (Rice straw), EFB (Empty fruit bunch) And fallen leaves.
  • the herbal biomass may be rice straw, silver grass, reed or EFB.
  • Hybrid bio-tea as described above has a weakly acidic pH, has a low carbon content, and can promote the growth of crops compared to conventional bio-tea by including a core containing organic substances other than carbon, and makes the characteristics of soil suitable for the growth of crops. It can be improved. For this reason, the hybrid bio-tea is suitable for application as a soil improvement formulation.
  • the hybrid bio-tea can be formed into pellets or briquettes without special additives, it can be applied not only as a soil improvement formulation, but also as a slow-acting fertilizer. Further, the hybrid bio-tea has a deodorizing property similar to charcoal or activated carbon, excellent excreta absorption ability, and a soft texture, so that it can be applied as a substitute for conventional sawdust for livestock mats.
  • the present invention comprises the steps of preparing biomass; And half-carbonizing and carbonizing the biomass; wherein the half-carbonization is performed at a temperature lower than carbonization, the half-carbonization is performed at 150 to 350°C, and the carbonization is performed at 350 to 500°C. , It provides a method of manufacturing a hybrid bio-tea.
  • the biomass may be processed to increase the uniform carbonization and heat transfer efficiency of the biomass. For example, the step of crushing the biomass; And drying some or all of the closed biomass to a moisture content of 5% or less.
  • the crushing may be to put the biomass into a crusher and crush it.
  • the crushing may be performed so that the diameter of the biomass is 1 mm to 10 mm, or 3 mm to 5 mm.
  • the diameter of the biomass is crushed to be less than the above range, it is impossible to form the half-carbonized center, which is a characteristic of the present invention, due to excessive carbonization in the half-carbonization and carbonization steps described below, and crushing beyond the above range In this case, the reaction time becomes longer, which is uneconomical and may reduce productivity.
  • the drying may be drying of the partially or entirely crushed biomass at room temperature or in a drying facility. Specifically, the drying may be drying such that the crushed biomass has a moisture content of 5% or less or 4% or less.
  • reaction efficiency may be improved during subsequent heat treatment.
  • the moisture content of the biomass exceeds the above range, there is a problem that the half-carbonization and carbonization time to be carried out later become longer.
  • the biomass is half-carbonized and carbonized.
  • the half-carbonization is carried out at a temperature lower than that of carbonization, the half-carbonization is carried out at 150 to 350 °C, the carbonization is carried out at 350 to 500 °C.
  • the half-carbonization may be decomposing hemicellulose, lignin, cellulose, etc. constituting the biomass into carbon sequentially.
  • the half-carbonization is carried out below the above temperature range, not only does not proceed with the half-carbonization, and toxic substances such as benzene, tar, and acetic acid contained in the biomass remain as they are, which makes it unsuitable for application to soil.
  • the temperature exceeds the above temperature range during the half-carbonization, carbonization proceeds to increase the pH and carbon content.
  • the half-carbonization can be performed in a conventional heat treatment apparatus.
  • the half-carbonization is a rotary kiln reactor, a moving bed reactor, a torbed reactor, a screw reactor, and a multistage reactor. hearth reactor), a microwave reactor, or the like, but is not limited thereto.
  • the surface portion of the half-carbonized biomass may be further carbonized.
  • the half-carbonized biomass is heat-treated to carbonize only the surface portion of the half-carbonized biomass, so that the central portion and the surface portion of the biomass may have different physical and chemical properties.
  • the heat treatment reaction is excessive or insufficient, so that the surface portion is not sufficiently carbonized, or not only the surface portion but also the center portion is carbonized, so that the physical and chemical properties of the center and the surface portion are not differentiated. There is this.
  • the carbonization can be performed by a conventional heat treatment device, and the types of heat treatment devices that can be used are as described in the semi-carbonization step.
  • the half-carbonization and carbonization may be heat treatment of the biomass under oxygen-free conditions.
  • the oxygen-free condition may be formed by injecting a reducing gas into the reactor, and the reducing gas may be carbon dioxide (CO 2 ), argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), or a mixture thereof, It is not limited to this.
  • the step of spraying vegetable oil onto the biomass may be further included.
  • oil absorption of the vegetable oil and half-carbonization of the biomass may be simultaneously performed.
  • the carbonization rate of the surface portion is improved, the uniformity of semi-carbonization and carbonization is improved, and constant carbonization is performed.
  • the temperature of the surface of the biomass coated with vegetable oil rises rapidly (because the thermal conductivity of the emulsion is about 20 times higher than that of wood), the surface is carbonized, and the interior is half-carbonized, making it easy to manufacture hybrid biocars. I can.
  • the vegetable oils are coconut oil, corn oil, cottonseed oil, molybdenum oil, palm oil, peanut oil, rapeseed oil, canola oil, safflower oil, saliva oil, soybean oil, sunflower seed oil, almond oil, beech fruit oil, brazil nut oil, cashew nut oil , Hazelnut oil, lemon oil and orange oil may include one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the vegetable oil may be used in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of the biomass.
  • the semi-carbonization and carbonization of the biomass may be performed simultaneously by varying the conditions for each section in one heat treatment facility, and may be performed by dividing into predetermined conditions through two heat treatment facilities. That is, in the semi-carbonization and carbonization steps, the biomass may be semi-carbonized in one heat treatment facility and then carbonized in another heat treatment facility.
  • a relatively uniform and stable hybrid biocar can be produced even when only one heat treatment facility is used, which is very effective in terms of reducing equipment investment and improving productivity.
  • the semi-carbonization and carbonization may include bathing the biomass in an emulsion at 150 to 250°C.
  • the emulsion bath is heat-treated by putting biomass in the emulsion (oil) heated to a high temperature by the bath.
  • the biomass prepared in the step of preparing the biomass may be heated through an emulsion (oil) heated in a bath to perform half-carbonization of the center portion and carbonization of the surface portion.
  • the moisture contained in the biomass is discharged from the biomass in the form of steam by the high-temperature atmosphere, and the fluid may be drawn and filled in the pores where the moisture escaped due to a pressure difference from the outside.
  • the structure of the biomass composition may be modified by the high temperature emulsion.
  • hemicellulose which is a constituent of biomass, is a component that decomposes at a relatively low temperature, and a hydroxy group (OH) in the molecular structure is removed by an oxidation reaction by a high-temperature atmosphere and only a carbon component remains. Due to this reaction, the biomass can be half-carbonized, and this reaction can be controlled by the temperature of the emulsion, and the same reaction can be induced for lignin and cellulose components other than hemicellulose.
  • OH hydroxy group
  • oil absorption of the emulsion, half-carbonization and carbonization of the biomass can be simultaneously performed in the emulsion bath.
  • the drying step can be omitted, and since the emulsion in the pores is filled, carbonization of the center portion can be prevented.
  • the emulsion may be at least one selected from vegetable oils and animal oils, excluding mineral oils such as fuel oil such as petroleum, kerosene, and diesel.
  • the vegetable oil may include soybean oil, grapeseed oil, corn oil, palm oil, sunflower oil, castor oil, castor oil, and the like
  • the animal oil is from one or more animals selected from the group consisting of cows, pigs, chickens, and fish. The oil that was extracted is mentioned.
  • the emulsion bath may be performed at 160 to 220 °C, or 180 to 220 °C.
  • the temperature is less than the above range, the time taken to semi-carbonize the biomass is greatly increased, and after the emulsion bath, the emulsion on the surface of the semi-carbonization biomass does not evaporate and a part remains on the surface of the semi-carbonized biomass.
  • a separate deoiling process must be performed to remove the emulsion.
  • fuel consumption for heating the emulsion is greatly increased, whereas the anti-carbonization efficiency of biomass is not greatly increased, and thus efficiency is deteriorated.
  • most of the emulsions have a boiling point of 250° C. or less, and therefore, above the temperature, the emulsion may volatilize, resulting in a problem of inferior economy.
  • the emulsion bath may be conducted for 5 to 30 minutes, 10 to 25 minutes, or 10 to 20 minutes.
  • the glaze bath treatment time is outside the above range, there is a problem that the half-carbonization reaction is insufficient or excessively proceeds.
  • the central portion of the biomass may be semi-carbonized at 200 to 320°C for 20 to 60 minutes, and the surface portion may be carbonized at 350 to 500°C.
  • half-carbonization and carbonization of the biomass may be simultaneously performed by heat-treating the biomass in a reactor having a surface temperature of 350 to 500° C. and an oxygen-free condition for 20 to 60 minutes.
  • the temperature inside the reactor when reducing gas is injected into the reactor whose surface is heated to 400°C to 500°C, the temperature inside the reactor is formed and maintained at 200°C to 300°C.
  • the temperature inside the reactor may represent a temperature gradient that decreases as it approaches the central axis of the reactor, as shown in FIG. 2.
  • the surface portion of the biomass may undergo a carbonization reaction at 350 to 500°C, and the center of the biomass may undergo a half-carbonization reaction at 200°C to 320°C.
  • the half-carbonization and carbonization may be performed for 20 to 60 minutes, 20 to 50 minutes, or 20 to 40 minutes. If the treatment time is less than the above range, the carbonization reaction of the surface portion may not sufficiently proceed. Conversely, when the treatment time exceeds the above range, a problem of excessively proceeding the half carbonization reaction of the center may occur.
  • the step of spraying vegetable oil onto the biomass may be included prior to the semi-carbonization and carbonization.
  • oil absorption of the vegetable oil, half-carbonization and carbonization of the biomass may proceed simultaneously.
  • the temperature of the surface of the biomass coated with vegetable oil rises rapidly (because the thermal conductivity of the emulsion is about 20 times higher than that of wood), the surface is carbonized, and the interior is half-carbonized, making it easy to manufacture hybrid biocars. I can.
  • the vegetable oil may be used in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of the biomass.
  • the present manufacturing method may further include a step of fiberizing the semi-carbonized and carbonized biomass after the semi-carbonization and carbonization steps.
  • the fiberization may be pulverization by applying a shearing force to the semi-carbonized and carbonized biomass.
  • the grinder to which the shearing force is applied is a plate grid mill, a disk mill, a roll mill, a ball mill, a tube mill, and a flat mill. fret mill) and the like.
  • the present invention provides a formulation for promoting crop growth and improving soil comprising the hybrid bio-tea.
  • the hybrid bio-tea of the present invention is very suitable for crop growth as well as improving the physicochemical properties of the soil, because the central portion shows weak acidity and the surface portion shows neutrality.
  • the hybrid biocar of the present invention includes pores in the center in terms of structure and has a low carbon content in terms of components, and instead contains other organic matters other than carbon, thereby providing space and nutrients suitable for the propagation of microorganisms in the soil. It can improve the environment and promote crop growth.
  • the preparation for promoting crop growth and improving soil may further include microorganisms.
  • the microorganisms may help plant cultivation by the activity of microorganisms when used in soil, such as increasing active ingredients or decomposing substances in soil. Accordingly, the supply of organic matter and decomposition of harmful substances through microorganisms, and the supply of nutrients may be increased to further improve the soil environment and promote crop growth.
  • the microorganism may be included in the center of the hybrid biocar.
  • the central portion of the hybrid biocar is formed through a half-carbonization reaction, and these voids can be used as a support for microbial propagation.
  • the microorganism may be one or more selected from the group consisting of actinomycetes, filamentous bacteria, lactic acid bacteria, photosynthetic bacteria, yeasts and useful bacteria.
  • the actinomycetes decompose organic substances that are difficult to decompose or produce antibiotics, such as Streptomyces hygroscopicus , Streptomyces griceus , and the like.
  • filamentous fungi decompose organic matter, for example, Trichoderma harzianum , Trichoderma hamatum , Aspergillus niger , Acremonium streak And Acremonium strictum .
  • the lactic acid bacteria promote the decomposition of organic matter or solubilize phosphoric acid to promote crop growth, for example, Lactobacillus acidophilus , Lactobacillus bulgaricus ), Lactobacillus plantanum ), Lactobacillus casei , Streptococcus faecalis , and the like.
  • the photosynthetic bacteria supply oxygen to plant roots through photosynthesis, fix free nitrogen, secrete crop growth promoting substances, and decompose harmful substances to remove, for example, Rhodobacter capsulatus . , Rhodobacter sphaeroides , Rhodobacter rubrum , and the like.
  • the yeast bacteria decompose organic matter to produce organic acids and antibacterial substances, and secrete various active substances for promoting growth, for example, Saccharomyces cerevisiae , Galactomyces geotricum ( Galactomyces geotrichum ) and Hyphopichia burtonii .
  • the useful bacteria degrade organic matter and prevent diseases of crops, for example, Bacillus subtilis , Bacillus stearothermophilus , Bacillus cereus , and Bacillus. Megaterium ( Bacillus megaterium ), Bacillus licheniformis ( Bacillus licheniformis ), Pseudomonas putida , Pseudomonas fluorescens ( Pseudomonas fluorescens ) and Pseudomonas cepacia ( Pseudomonas cepacia ).
  • the formulation for promoting crop growth and improving soil according to the present invention as described above has excellent crop growth promoting properties and soil improving properties, including hybrid bio-tea and microorganisms as described above.
  • the present invention can provide a slow-release fertilizer containing the hybrid bio-tea.
  • the hybrid biocar may have an average diameter of 0.1 to 5 mm, 0.5 to 4 mm, or 1 to 3 mm.
  • the hybrid bio-tea may be fiberized through a fiberization method of pulverizing by applying a shearing force as described in the manufacturing method of the hybrid bio-tea to have an average diameter adjusted.
  • the slow-release fertilizer contains a fiberized hybrid biotea as described above, it is possible to effectively remove odors such as compost derived from livestock meal, and improve maturity and performance of the prepared slow-release fertilizer.
  • the slow-acting fertilizer may include one or more additives selected from the group consisting of livestock manure, urea, superhygroscopic resin, liquid fertilizer, and NPK complex fertilizer.
  • the superhygroscopic resin may be used without particular limitation as long as it is a conventional one included in the slow-acting fertilizer.
  • polyacrylic acid a copolymer of isoprene and maleate, a copolymer of starch and polyacrylate, a polyvinyl alcohol-based compound, poly It may be at least one selected from the group consisting of an acrylamide compound, a polyoxyethylene compound, a carboxymethylcellulose compound, and a copolymer of acrylamide and acrylic acid.
  • liquid fertilizer is a liquid, and any liquid fertilizer that is commonly used may be used without particular limitation.
  • the NPK complex fertilizer is a fertilizer containing nitrogen (N), phosphorus (P) and K (potassium), and may be used without particular limitation if it is a commonly used NPK fertilizer.
  • the hybrid bio-tea may include pores
  • the slow-release fertilizer may include an additive in the pores of the hybrid bio-tea.
  • the slow-release fertilizer may be prepared through an impregnation process in which the additive is dissolved in a solvent and then hybrid bio-tea is added so that the additive is impregnated into the pores of the hybrid bio-tea.
  • the slow-release fertilizer contains an additive in the pores of the hybrid bio-tea, the wettability to moisture is lowered by the surface tension of the carbonized surface portion of the hybrid bio-tea, and as a result, the additive (active ingredient ) Slowly eluting can improve the slow-acting properties.
  • the slow-release fertilizer may be in the form of pellets, briquettes or balls.
  • the slow-release fertilizer can easily control the elution time of additives by adjusting the degree of carbonization of the hybrid bio-tea.
  • the elution rate of the additive increases as the degree of carbonization of the hybrid bio-car increases, and the elution rate of the additive decreases as the degree of carbonization decreases, so that the carbonization degree of the hybrid bio-car is spontaneously adjusted to facilitate the elution time and speed of the additive. Can be adjusted.
  • the slow-acting fertilizer including the hybrid bio-tea according to the present invention as described above has the advantage of being able to be molded without using an additive for pellets or briquettes.
  • the slow-acting fertilizer according to the present invention has a slow-acting property in which the additive, which is an active ingredient, is gradually eluted, it has excellent soil improvement effect and is suitable as a slow-acting fertilizer.
  • the present invention provides a top soil for seedling, comprising the hybrid bio-tea.
  • the seedling top soil is at least one inorganic raw material selected from the group consisting of vermiculite, pearlite, zeolite, diatomaceous earth, and masato; And at least one organic raw material selected from the group consisting of peat moss, coco peat, bark, and compost.
  • the top soil for seedling may include 5 to 50% by weight of hybrid biotea based on the total weight of the top soil. Specifically, the top soil for seedling may include 10 to 40% by weight, 15 to 35% by weight, or 20 to 30% by weight of hybrid biotea based on the total weight of the top soil.
  • the above-described soil for seedling is very excellent in promoting the growth of crops, including the hybrid bio-tea.
  • the present invention provides a deodorant composition for livestock, comprising the hybrid bio-tea.
  • the deodorant composition for livestock according to the present invention may be usefully applied as a substitute for conventional sawdust for livestock mats by including a hybrid bio-tea having a deodorizing property similar to charcoal or activated carbon, excellent excreta absorption ability and soft texture.
  • the hybrid bio-tea of the livestock deodorant composition may be fiberized through a fiberization method of pulverizing by applying a shearing force as described in the manufacturing method of the hybrid bio-tea, and the average diameter may be adjusted.
  • the average diameter of the hybrid biocar may be 0.1 to 5 mm, 0.5 to 4 mm, or 1 to 3 mm.
  • Conventional biocar has a limitation that it is difficult to use as a livestock rug because the crystal is made of a needle, but as described above, the livestock deodorant composition including a fiberized hybrid bio has the advantage of being applicable as a livestock rug because the crystal has a spherical or oval shape. have.
  • conventional bio-tea has a problem that the entire bio-tea is carbonized and contains a hard tissue, and when pulverized by a conventional method, the particles of the bio-tea are hard and crushed into a sharp bed when pulverized to injure livestock. It was impossible to apply as a substitute for dragon sawdust.
  • the hybrid bio-tea according to the present invention has a fibrous (sponge-like) structure, has a softer and more elastic particle shape, and has excellent deodorization properties and water absorption capacity contained in livestock manure, so it can be applied as a substitute for sawdust for livestock mats. .
  • the livestock deodorant composition may absorb 300 to 400% by weight, 350 to 400% by weight, or 360 to 380% by weight of moisture based on the total weight of the composition.
  • Example 1 Preparation of hybrid bio-tea by simultaneous half-carbonization and carbonization, and analysis of characteristics of bio-tea
  • Example 1-1 6 9 0.41 52.2 6.08 38.2 0.18 Comparative Example 1-2 6.3 11 0.42 54.2 6.01 36.3 0.18 Example 1-1 6.5 20 0.41 58.8 5.48 32.8 0.2
  • FIG. 3 and 4 are the biocars of Example 1-1 of the present invention
  • Fig. 3A is a photograph of the center of the biocar of Example 1-1 checked with the naked eye
  • B of Fig. 3 is the Example 1 checked with the naked eye.
  • This is a picture of the surface of the biocar in -1 4A is a photo of the center of the biocar of Example 1-1 confirmed by SEM
  • B of FIG. 4 is a photo of the surface of the biocar of Example 1-1 confirmed by SEM.
  • Example 2-1 Latex temperature (°C) Comparative Example 2-1 0 Comparative Example 2-2 50 Comparative Example 2-3 100
  • Example 2-2 160 Example 2-3 170
  • Example 2-4 180 Example 2-4 190
  • 2-6 Example 2-7 210
  • Example 2-1 Cellulose (% by weight) Hemicellulose (% by weight) Lignin (% by weight) Comparative Example 2-1 31.08 29.1 26.27 Comparative Example 2-2 32.08 30.03 27.11 Comparative Example 2-3 32.28 30.23 27.28 Example 2-1 32.45 30.04 27.34 Example 2-2 32.67 29.65 27.52 Example 2-3 34.36 26.5 29.12 Example 2-4 36.8 22.64 30.55 Example 2-4 39.97 16.58 33.44 Example 2-6 38.78 13.58 37.61 Example 2-7 39.78 11.08 39.11 Example 2-8 41.86 7.94 40.16
  • Example 2-1 Ash (% by weight) Others (% by weight) Moisture (% by weight) Latex (% by weight) Comparative Example 2-1 0.4 3.15 10 - Comparative Example 2-2 0.42 9.98 5.38 4.62 Comparative Example 2-3 0.42 9.79 0 9.43 Example 2-1 0.42 9.75 0 9.39 Example 2-2 0.42 9.74 0 9.38 Example 2-3 0.42 9.6 0 9.24
  • Example 2-4 0.43 9.58 0 9.22
  • Example 2-4 0.43 9.58 0 9.22
  • Example 2-6 0.43 9.59 0 9.23
  • Example 2-7 0.43 9.6 0 9.24
  • Example 2-8 0.43 9.61 0 9.25
  • Example 1-1 The bio-tea of Example 1-1 was applied to the cultivation of potatoes and peppers, and at this time, the greenhouse gas of the applied soil was analyzed. At this time, the obtained results are shown in Table 7 (potato) and Table 8 (chili pepper) below.
  • the GHG emission was calculated by Equation 1 below, where X is the amount used (kg), and Y is the GHG emission (kg/ha).
  • the supernatant refers to the raw tuber weight of 80g or more
  • the supernatant rate refers to the weight ratio of the supernatant to the whole tuber fresh weight (total yield)
  • the supernatant and supernatant rate were measured by harvesting potatoes and directly confirming them. .
  • Treatment method Total yield (kg/10a) Sangseo Middle (kg/10a) Award rate (%) Indices Greenhouse gas emissions (kg/ha) Greenhouse gas reduction compared to practice (kg/ha) No treatment 1052 827 78.6 34 0.241 -1.206 Chemical fertilizer (practice) 2800 2402 85.8 100 1.447 - Slow release fertilizer 2292 2115 92.3 88 0.885 -0.562 Bio tea of Example 1-1 2810 2650 94.3 110 0.383 -1.064
  • Example 1-1 of the present invention when the bio-tea of Example 1-1 of the present invention was applied when growing potatoes and peppers, the production was increased by about 80% or more compared to the untreated group, compared to conventional chemical fertilizers. It was also confirmed that the productivity increased by about 10% or more. In addition, it was confirmed that greenhouse gas also decreased by about 68.5 to 73.5% compared to the practice.
  • Example 1-1 After adding the bio-tea of Example 1-1 to general soil, the composition of the soil was analyzed. The results obtained at this time are shown in Table 9 below, and O.M (%) represents the content of organic matter based on the total weight of the soil.
  • Example 1-1 of the present invention As shown in Table 9, as a result of adding the bio-tea of Example 1-1 of the present invention to general soil, it was confirmed that overall soil properties including pH were improved.
  • Example 3-1 4 6 0.41 48.5 6.58 38.4 0.21 Comparative Example 3-2 5.6 8 0.42 52.2 6.18 36.78 0.18 Example 3-1 6.5 19 0.41 57.9 5.68 32.66 0.19 Example 3-2 6.8 28 0.42 65.2 5.01 24.2 0.21 Example 3-3 8.4 42 0.42 72.8 4.08 18.83 0.25 Comparative Example 3-3 9.8 44 0.45 78.11 3.11 13.15 0.29 Comparative Example 3-4 10.6 46 0.46 80.44 2.55 10.18 0.3
  • Example 4 The shape of the hybrid biocar pulverized in Example 4 was observed with a magnifying glass, and the results are shown in FIG. 5.
  • the particles pulverized using a shear force grinder plate grid mill were generally observed as fibrous (sponge), whereas the particles crushed using a hammer mill, a hammer mill, had a very sharp needle-shaped structure. Had.
  • Example 13 The hybrid biocar pulverized in Example 4, and 100 g of pine sawdust, which is a sawdust for livestock rugs, were each sampled, and liquid manure from piglets among the livestock manure for 100g of the sample was added while stirring to measure the maximum manure absorption rate. .
  • the measured results are shown in Table 13.
  • the maximum manure absorption rate is determined as the maximum manure absorption based on the point when manure is accumulated on the surface of the sample through tapping after leaving it at room temperature for 5 minutes after stirring, and the sample and manure are completely separated from each other. I did.
  • the particle size was measured using a particle size separator for each sample 100g.
  • the particles pulverized using a shear force grinder plate grid mill generally have a specific gravity close to that of sawdust for a rug, and the maximum moisture content relative to the weight of the sample is the highest, so when applied for a livestock rug, the The absorption capacity was improved and the deodorizing effect was also excellent, indicating that the replacement cycle of the rug would be longer.
  • the particles pulverized using a hammer mill which is a blow grinder, have a large amount of fine powder, a high non-filling specific gravity, and have the lowest moisture absorption ability, making them unsuitable as a substitute for livestock mats.
  • Example 5-1 The cabbage was planted in the same manner as in Example 5-1, except that the hybrid bio-tea of Example 3-2 was mixed and used in a weight ratio of 8:2 or 7:3, sold by Agricultural Co., Ltd. The development status was investigated.
  • Example 4-1 In the same manner as in Example 4-1, except that the soil for seedlings sold by Agricultural Co., Ltd. was used, the development of Chinese cabbage was investigated.
  • a fertilizer aqueous solution was prepared by dissolving 20 g of NPK fertilizer (manufacturer: Namhae Chemical, product name: Longga) in 180 g of water. Thereafter, 100 g of the hybrid bio-tea pulverized with the shear force grinder of Example 4 was added to the aqueous fertilizer solution and subjected to vacuum treatment to impregnate the NPK fertilizer in the pores of the hybrid bio-tea. After that, it was dried at 105° C. for 60 minutes to prepare a slow-release fertilizer.
  • a slow-release fertilizer was prepared in the same manner as in Example 6-1, except that vacuum treatment was not performed.
  • the weight of the hybrid biotea before impregnation, the weight after impregnation, and the weight after impregnation and drying were measured for the slow-release fertilizers prepared in Examples 6-1 and 6-2, and are shown in Table 14 below.
  • Example 6-1 prepared by vacuum impregnation absorbed about 74g more fertilizer aqueous solution than Example 6-2 prepared by general impregnation without vacuum treatment, and contained 13g more fertilizer even after drying. I could see that.
  • the slow-release fertilizer of Example 6-1 was applied to the cultivation of radish, cabbage, and lettuce, and the slow-release fertilizer was compared with the untreated group without fertilization.
  • the length and thickness of the stems of the radish, cabbage and lettuce were measured, and the length and thickness of the roots were measured, and the results are shown in Table 15 below.
  • the nitrogen, potassium, and phosphoric acid contents in the distilled water were measured after 6 hours, 12 hours, 24 hours, 48 hours and 72 hours, and the measurement results are shown in Table 16. .
  • the content of nitrogen in the distilled water was calculated based on the total weight of distilled water to which the slow-release fertilizer was added.

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Abstract

본 발명은 중심부가 반탄화되고 표면부가 탄화된 바이오매스를 포함하는, 하이브리드 바이오차 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 하이브리드 바이오차는 종래의 바이오차에 비교하여 우수한 토양개량 및 작물 생육 촉진 효과를 나타내는바 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제로 이용될 수 있다.

Description

하이브리드 바이오차 및 그 제조 방법
본 발명은 작물의 생육을 촉진시키며 토양의 특성을 개선할 수 있는 하이브리드 바이오차 및 그 제조방법에 대한 것이다.
바이오매스(biomass)는 생물자원(bio)의 양(mass)을 말하는 개념으로, 에너지자원 및 원료로 이용할 수 있는 생물 기원의 유기물을 의미한다. 이러한 바이오매스는 열화학적인 변환이나 생물/화학적 변환을 통해 에너지, 연료를 생산할 수 있는 재생 가능한 유기물 자원이다. 한편, 국내에서는 다양한 분야에서 바이오매스가 다량으로 배출되고 있는데, 이들 중 일부만 소각 처리될 뿐 대부분이 그대로 방치되고 있기 때문에 이러한 자원을 효과적으로 활용할 수 있는 방안의 마련이 시급하다.
바이오매스로부터 생산된 에너지는 탄소 순환 측면에서 대기 중으로 이산화탄소를 방출하지 않는다는 점에서 탄소 중립적(neutral) 특성을 갖는다. 그러나 바이오매스를 이용하여 제조된 바이오차(biochar)는 탄소를 토양에 격리하는 탄소 네거티브(negative) 특성을 가지기 때문에 기후변화대응, 환경 복원, 재생에너지, 농업생산성 개선, 유기성 폐자원 관리 측면에서 크게 주목받고 있다.
특히, 바이오차는 산소가 제한된 조건에서 바이오매스를 열분해했을 때 생산되는 탄소 함량이 높은 고체 물질이다. 또한, 바이오차는 열분해를 통해 안정한 형태인 난분해성 탄소로 전환되기 때문에 외부 요인에 의해 쉽게 분해되지 않아 이산화탄소를 포집하여 장기간 저장함으로써 기후변화 완화에 기여할 수 있다. 또한, 바이오차를 토양에 투입하면 흡착능력 향상, 중성화, 이온 교환 능력 개선 등 화학적 특성 향상, 미생물에 서식처를 제공함에 따른 생체량 증가, 미생물 활성도 증가 등의 생물학적 특성 향상, 및 토양의 통기성 증가, 토양의 수분 보유 능력 향상, 토양의 용적 밀도 감소 등 물리학적 특성 향상에 의해 농업생산성을 향상시킬 수 있어 환경, 에너지 관련 분야에서 광범위하게 적용될 수 있다.
그러나, 종래 바이오차는 pH가 높고 대부분 탄소로 이루어져 있어 토양 내 유용한 미생물의 번식을 방해하는 단점이 있다. 이에 바이오차는 탄소 고정화를 통한 이산화탄소 발생 저감과 토양의 산성화 방지 또는 중금속 제거 등 단순한 토양 개량 용도만으로 사용되고 있다.
일례로, 대한민국 공개특허 제2014-0000540호(특허문헌 1)는 옥수수 잔유물을 열분해시켜 얻은 바이오차를 토양에 첨가하여 대기 중으로 방출되는 이산화탄소를 감소시키는 방법을 제시하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제2015-0028654호(특허문헌 2)는 목질계 바이오매스를 열분해하여 얻은 바이오차와 알긴산 나트륨을 혼합하여 토양 내 중금속 제거를 위한 바이오차 비드를 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허문헌들은 농업 또는 임업 부산물로부터 얻어진 바이오차를 이용하여 탄소 격리하거나 토양질 개선을 꾀하고 있으나, 제조에 많은 시간과 비용이 요구되며 용도가 제한적이고, 얻어지는 효과 또한 충분치 않은 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 바이오차가 토양 환경 개선과 더불어 작물의 생산량을 증대시키는 효과를 나타내기 위해 다각적으로 연구한 결과, 바이오매스의 중심부가 반탄화되고 표면부가 탄화된 하이브리드 바이오차를 사용할 경우, 토양을 개량하고 작물 생육을 촉진시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 개선된 pH 및 양분 함량을 가짐으로써 작물 생육 촉진 및 토양질 개선 효과를 갖는 하이브리드 바이오차 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 중심부가 반탄화되고 표면부가 탄화된 바이오매스를 포함하는, 하이브리드 바이오차를 제공한다.
또한, 본 발명은 바이오매스를 준비하는 단계; 및 상기 바이오매스를 반탄화 및 탄화하는 단계;를 포함하고, 상기 반탄화는 탄화보다 낮은 온도에서 수행되며, 상기 반탄화는 150 내지 350 ℃에서 수행하며, 상기 탄화는 350 내지 500 ℃에서 수행하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는, 축사용 소취제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는, 육묘용 상토를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는, 완효성 비료를 제공한다.
본 발명에 따른 하이브리드 바이오차는 pH가 약산성이며 탄소 함량이 낮고 탄소 이외 다른 유기물을 포함하는 중심부를 포함하여 종래 바이오차에 비해 작물의 생육을 촉진시킬 수 있고, 토양의 특성을 작물의 생육에 바람직하게 개선할 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 바이오차는 특별한 첨가제 없이도 펠릿(Pellet) 또는 브리켓(Briquette) 성형이 가능하여 토양 개량용 제제로뿐만 아니라, 완효성 비료 및 축사용 소취제 조성물로도 적용 가능한 장점이 있다.
본 발명에 따른 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제는 상술한 바와 같은 하이브리드 바이오차 및 미생물을 포함하여 작물 생육 촉진성 및 토양 개량성이 우수하다. 또한, 상기 제제는 종래 토양 개량 제제의 단점인 시비시 미분이 바람에 날리는 문제가 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 축사용 소취제 조성물은 숯 혹은 활성탄과 유사한 탈취 특성, 우수한 분뇨 흡수능 및 부드러운 질감을 가져 종래 축사깔개용 톱밥의 대체제로 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 완효성 비료는 작물의 생육기간 중 비료 성분이 천천히 배출되어 작물 생육 촉진성이 우수하다.
다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 하기의 기재로부터 당 업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 반응기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예의 반응기 내부의 온도 분포를 나타낸 모식도이다.
도 3의 A는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차 중심부 사진이고, 도 3의 B는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차 표면부 사진이다.
도 4의 A는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차 중심부를 SEM으로 관찰한 사진이고, 도 4의 B는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차 표면부를 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차를 전단력 분쇄기 또는 타격형 분쇄기를 이용하여 분쇄한 입자의 확대경 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 육묘용 상토에서 재배된 배추 및 비교예 4의 육묘용 상토에서 재배된 배추의 사진이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 명세서의 '중심부' 및 '표면부'는 각각 물체의 내부 부분과 외부 부분을 가리킨다.
하이브리드 바이오차
본 발명은 중심부와 표면부가 서로 다른 물리·화학적 특성을 갖는 바이오매스를 포함하는, 하이브리드 바이오차를 제공한다.
상기 바이오매스는 중심부가 반탄화되고, 표면부가 탄화된 것이다. 이때, 반탄화된 중심부는 탄소 함량이 50 % 이상 80 % 미만, 55 % 이상 75 % 미만, 또는 60% 이상 70% 미만일 수 있다. 또한, 탄화된 표면부는 탄소 함량이 80 % 이상, 또는 90% 이상일 수 있다.
또한, 상기 반탄화된 중심부는 pH가 4.0 이상 7.5 미만, 4.5 이상 6.5 미만, 또는 5.0 이상 6.0 미만일 수 있다. 나아가, 상기 탄화된 표면부의 pH는 7.5 이상, 또는 8.0 이상일 수 있다.
상기 하이브리드 바이오차의 바이오매스는 중심부와 표면부가 각각 상이한 탄소 함량 및 pH를 갖는다. 구체적으로, 상기 바이오매스의 중심부는 반탄화되어 탄소 함량이 표면부에 비해 적은 대신 다른 유기물을 포함하고 있어 미생물 번식에 용이하고, pH가 약산성으로 상기 하이브리드 바이오차가 토양에 제공될 경우 토양을 작물 성장에 적합한 pH로 개선할 수 있다.
상기 중심부는 바이오매스의 단면의 중심을 포함하는 부분으로 바이오매스의 단면의 총 면적에 대하여 30 면적% 이하, 또는 5 내지 30 면적%이고, 상기 표면부는 중심부를 제외한 부분일 수 있다. 구체적으로, 상기 중심부는 바이오매스의 단면의 중심을 포함하는 부분으로 바이오매스의 단면의 총 면적에 대하여 10 내지 30 면적%, 또는 10 내지 20 면적%이고, 상기 표면부는 중심부를 제외한 부분일 수 있다. 상기 중심부의 면적이 상기 범위 내일 경우, 제조된 바이오차의 탄화도가 높아짐으로 pH 및 탄소 함량이 높아 작물 생육 및 미생물 번식이 원활하지 못한 한계가 발생할 수 있다.
또한, 상기 바이오매스는 중심부가 반탄화되고 표면부가 탄화되어 다수의 기공을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오매스는 중심부 및 표면부 각각에 다수의 기공을 포함할 수 있다.
상기 바이오매스는 바이오매스 원료가 채취된 그대로 탄화 및 반탄화되거나, 또는 임의의 형태로 가공된 것일 수 있다. 특히, 상기 바이오매스 원료가 적당한 크기로 분쇄 또는 파쇄되거나, 펠릿의 형태로 가공된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 바이오매스 원료는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등을 포함하는 것이라면 특별히 제한되지 않고 이용할 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오매스 원료는 목질계 바이오매스 또는 초본계 바이오매스일 수 있다.
또한, 상기 목질계 바이오매스는 예를 들어, 톱밥, 우드칩, 폐목재 및 산림 부산물 등을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 목질계 바이오매스는 소나무 폐목재 또는 참나무 폐목재일 수 있다.
나아가, 상기 초본계 바이오매스는 예를 들어, 옥수수대, 팜 커널, 코코넛 쉘, 견과류 껍질, 왕겨, 수수대, 억새(Miscanthus), 갈대(Phragmites), 볏짚(Rice straw), EFB(Empty fruit bunch) 및 낙엽 등을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 초본계 바이오매스는 볏짚, 억새, 갈대 또는 EFB일 수 있다.
상술한 바와 같은 하이브리드 바이오차는 pH가 약산성이며 탄소 함량이 낮고 탄소 이외 다른 유기물을 포함하는 중심부를 포함하여 종래 바이오차에 비해 작물의 생육을 촉진시킬 수 있고, 토양의 특성을 작물의 생육에 바람직하게 개선할 수 있다. 이로 인해, 상기 하이브리드 바이오차는 토양 개량용 제제로 적용하기 적합하다. 또한, 상기 하이브리드 바이오차는 특별한 첨가제 없이도 펠릿(Pellet) 또는 브리켓(Briquette) 성형이 가능하여 토양 개량용 제제로 뿐만 아니라, 완효성 비료로 적용 가능한 장점을 갖는다. 나아가, 상기 하이브리드 바이오차는 숯 혹은 활성탄과 유사한 탈취 특성, 우수한 분뇨 흡수능 및 부드러운 질감을 가져 종래 축사깔개용 톱밥의 대체제로 적용 가능하다.
하이브리드 바이오차의 제조 방법
또한, 본 발명은 바이오매스를 준비하는 단계; 및 상기 바이오매스를 반탄화 및 탄화하는 단계;를 포함하고, 상기 반탄화는 탄화보다 낮은 온도에서 수행되며, 상기 반탄화는 150 내지 350 ℃에서 수행하며, 상기 탄화는 350 내지 500 ℃에서 수행하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법을 제공한다.
먼저, 바이오매스를 준비한다.
상기 바이오매스를 준비하는 단계에서는 바이오매스의 균일한 탄화, 및 열전달 효율을 증대시키기 위하여 바이오매스를 가공할 수 있다. 예를 들어, 본 단계는 바이오매스를 파쇄하는 단계; 및 일부 또는 전부가 패쇄된 바이오매스를 수분 함량이 5 % 이하가 되도록 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 파쇄는 상기 바이오매스를 파쇄기에 넣고 파쇄하는 것일 수 있다. 이때, 상기 파쇄는 상기 바이오매스의 직경이 1㎜ 내지 10㎜, 또는 3㎜ 내지 5㎜가 되도록 수행할 수 있다. 상기 바이오매스의 직경이 상기 범위 미만으로 파쇄되는 경우, 후술하는 반탄화 및 탄화하는 단계에서 과도한 탄화 반응으로 인해 본 발명의 특징인 반탄화된 중심부를 형성할 수 없고, 상기 범위를 초과하여 파쇄되는 경우, 반응 시간이 길어져 비경제적이며 생산성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 건조는 상기 일부 또는 전부가 파쇄된 바이오매스를 상온 또는 건조 설비에서 건조하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 건조는 상기 파쇄된 바이오매스를 수분 함량이 5% 이하, 또는 4% 이하가 되도록 건조하는 것일 수 있다. 상술한 바와 같은 건조 단계를 거칠 경우, 추후 열처리시 반응 효율을 향상시킬 수 있다. 바이오매스의 수분 함량이 상기 범위를 초과할 경우, 추후 진행되는 반탄화 및 탄화 시간이 길어지는 문제가 있다.
다음으로, 상기 바이오매스를 반탄화 및 탄화한다.
상기 반탄화는 탄화보다 낮은 온도에서 수행되며, 상기 반탄화는 150 내지 350 ℃에서 수행하며, 상기 탄화는 350 내지 500 ℃에서 수행한다.
구체적으로, 상기 바이오매스를 150 내지 350 ℃에서 10 내지 60 분 동안 반탄화하는 단계; 및 반탄화된 바이오매스를 350 내지 500 ℃에서 1 내지 5 분 동안 탄화하는 단계;를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바이오매스를 180 내지 330 ℃, 또는 200 내지 300 ℃에서 15 내지 40 분, 또는 20 내지 35 분 동안 반탄화하는 단계; 및 반탄화된 바이오매스를 380 내지 500 ℃, 또는 400 내지 500 ℃에서 1 내지 5 분 동안 탄화하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 반탄화는 바이오매스를 구성하는 헤미셀룰로오스, 리그닌, 셀룰로오스 등을 순차적으로 탄소로 분해하는 것일 수 있다. 상기 반탄화가 상기 온도 범위 미만에서 수행될 경우, 반탄화가 진행되지 않을 뿐 아니라, 바이오매스 내 포함된 벤젠, 타르, 아세트산 등의 독성물질이 그대로 남아있어 토양에 적용하기 부적합한 문제가 있다. 반대로 상기 반탄화시 온도가 상기 온도 범위를 초과할 경우, 탄화가 진행되어 pH 및 탄소 함량이 높아지는 문제가 있다.
또한, 상기 반탄화 시간이 상기 범위를 벗어날 경우, 열처리 반응이 과하거나 미비하게 진행되어 바람직한 탄소 함량 및 pH를 갖는 반탄화 상태를 달성할 수 없는 문제가 있다.
나아가, 상기 반탄화는 통상의 열처리 장치에서 수행 가능하다. 예를 들어, 상기 반탄화는 로터리 킬른 반응로(rotary kiln reactor), 이동층 반응로(moving bed reactor), 토베드 반응로(torbed reactor), 나사식 반응로(screw reactor), 다단로(multiple hearth reactor), 마이크로웨이브 반응기(microwave reactor) 등의 열처리 장치에서 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 반탄화된 바이오매스를 탄화하는 단계에서는 상기 반탄화된 바이오매스의 표면부를 더욱 탄화시킬 수 있다. 이때, 상기 반탄화된 바이오매스를 열처리하여 상기 반탄화된 바이오매스의 표면부만 탄화를 진행함으로써, 바이오매스의 중심부와 표면부가 서로 다른 물리·화학적 특성을 갖도록 할 수 있다.
상기 탄화시 온도가 상기 온도 범위보다 낮은 온도에서 수행될 경우, 바이오매스의 표면부가 충분히 탄화되지 않는 문제가 있고, 상기 온도 범위보다 높은 온도에서 수행될 경우, 바이오매스의 표면부뿐만 아니라 중심부까지도 함께 탄화되어 중심부와 표면부의 물리·화학적 특성이 차별화되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 탄화 시간이 상기 범위를 벗어나는 경우, 열처리 반응이 과하거나 미비하게 진행되어 표면부가 충분히 탄화되지 않거나, 표면부뿐만 아니라 중심부까지도 함께 탄화되어 중심부와 표면부의 물리·화학적 특성이 차별화되지 않는 문제점이 있다.
상기 탄화는 통상의 열처리 장치로 수행가능하며 이때, 사용가능한 열처리 장치의 종류는 상기 반탄화시키는 단계에서 설명한 바와 같다.
이때, 상기 반탄화 및 탄화는 바이오매스를 무산소 조건에서 열처리하는 것일 수 있다. 상기 무산소 조건은 반응기 내 환원 가스를 주입하여 형성될 수 있으며, 상기 환원 가스는 이산화탄소(CO2), 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He) 또는 이들의 혼합 기체일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 반탄화 및 탄화하는 단계 전에 상기 바이오매스에 식물성 오일을 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 바이오매스에 식물성 오일을 분사한 후 열처리할 경우, 식물성 오일의 흡유, 및 바이오매스의 반탄화가 동시에 진행될 수 있다. 상술한 바와 같이 식물성 오일을 분사한 후 반탄화할 경우, 표면부의 탄화 속도가 개선되고, 반탄화 및 탄화의 균일성이 향상되고 일정한 탄화가 진행되는 효과가 있다. 구체적으로, 식물성 오일이 도포된 바이오매스의 표면부는 온도가 빠르게 상승하여(나무의 열전도율보다 유액의 열전도율 약 20배 높기 때문) 표면은 탄화되고, 내부는 반탄화되어 하이브리드 바이오차를 용이하게 제조할 수 있다.
상기 식물성 오일은 코코넛 오일, 옥수수 기름, 면실유, 몰리브유, 팜유, 땅콩유, 유채유, 카놀라유, 홍화유, 침기름, 콩기름, 해바라기씨유, 아몬드유, 너도밤나무열매 기름, 브라질넛 기름, 캐슈넛 기름, 서양 개암나무 기름, 레몬 기름 및 오렌지 기름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 식물성 오일은 바이오매스의 총 중량에 대하여 1 내지 20 중량%의 함량이 사용될 수 있다.
상기 바이오매스를 반탄화 및 탄화하는 단계는 1개의 열처리 설비에서 구간별 조건을 달리하여 동시에 수행될 수 있으며, 2개의 열처리 설비를 통해 각각 정해진 조건으로 구분하여 수행할 수 있다. 즉, 상기 반탄화 및 탄화하는 단계는 하나의 열처리 설비에서 상기 바이오매스를 반탄화한 후 다른 열처리 설비에서 탄화할 수 있다. 다만, 식물성 오일을 분사할 경우, 1개의 열처리 설비만 사용할 경우에도 상대적으로 매우 균일하고 안정적인 하이브리드 바이오차를 생산할 수 있어 설비 투자비의 저감 및 생산성 향상 측면에서 매우 효과적이다.
구체적으로, 상기 반탄화 및 탄화하는 단계는 바이오매스를 150 내지 250 ℃에서 유액 중탕하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유액 중탕은 중탕에 의해 고온으로 달궈진 유액(기름)에 바이오매스를 넣어 열처리하는 것이다. 구체적으로, 상기 바이오매스를 준비하는 단계에서 준비된 바이오매스를 중탕으로 가열된 유액(기름)을 통해 가열하여 중심부의 반탄화 및 표면부의 탄화를 진행할 수 있다. 상술한 바와 같은 유액 중탕 시, 바이오매스 내 함유되어 있던 수분은 고온 분위기에 의해 스팀 형태로 바이오매스로부터 배출되며, 수분이 빠져나간 공극에는 외부와의 압력 차이로 인해 유액이 끌려들어와 충진될 수 있다. 이렇게 유액으로 충진된 바이오매스는 고온의 유액에 의해 바이오매스 조성의 구조 변형이 일어날 수 있다. 예를 들어, 바이오매스의 구성 성분인 헤미셀룰로스는 상대적으로 낮은 온도에서 분해되는 성분으로 고온의 분위기에 의해 분자 구조 중 하이드록시기(OH)가 산화 반응에 의해 제거되고 탄소 성분만 남는다. 이러한 반응으로 인해 바이오매스의 반탄화가 가능하며, 이러한 반응은 유액의 온도에 의해 조절이 가능하고, 헤미셀룰로오스 이외에 리그닌, 셀룰로오스 성분들에 대해서도 동일한 반응을 유도할 수 있다.
따라서, 유액의 흡유, 바이오매스의 반탄화 및 탄화가 유액 중탕에서 동시에 진행될 수 있다. 이때, 고온의 유액에 의해 기공 내 수분이 제거되기 때문에 건조 단계를 생략할 수 있고, 기공 내 유액이 충진되기 때문에 중심부가 탄화되는 것을 방지할 수 있다.
상기 유액은 석유, 등유, 경유 등의 연료유 등의 광물성유를 제외한, 식물유 및 동물유 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 이때, 상기 식물유는 콩기름, 포도씨유, 옥수수유, 야자유, 해바라기유, 아주까리유, 피마자유 등을 들 수 있으며, 상기 동물유는 소, 돼지, 닭 및 물고기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 동물로부터 축출한 기름을 들 수 있다.
이때, 상기 유액 중탕은 160 내지 220 ℃, 또는 180 내지 220 ℃에서 수행될 수 있다. 상기 온도가 상기 범위 미만인 경우, 바이오매스를 반탄화하는데 걸리는 시간이 크게 증대되고, 유액 중탕 후 반탄화 바이오매스의 표면에 묻어 있는 유액이 증발되지 않고 일부가 반탄화된 바이오매스의 표면에 남아 있게 되어, 유액을 제거하기 위한 별도의 탈유 공정을 진행해야 하는 단점이 있다. 반대로, 상기 온도가 상기 범위를 초과하는 경우, 유액을 가열하기 위한 연료 소비가 크게 증대되는 반면, 바이오매스의 반탄화 효율성이 크게 증대되지 않아 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 대부분의 유액은 비등점이 250 ℃ 이하이며, 따라서 상기 온도 이상에서는 유액이 휘발되어 경제성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 유액 중탕은 5 내지 30 분, 10 내지 25 분, 또는 10 내지 20 분 동안 진행될 수 있다. 유약 중탕 처리 시간이 상기 범위를 벗어나는 경우, 반탄화 반응이 부족하거나 과도하게 진행되는 문제가 있다.
또한, 상기 반탄화 및 탄화하는 단계는 20 내지 60분 동안 바이오매스의 중심부를 200 내지 320 ℃로 반탄화함과 동시에 표면부를 350 내지 500 ℃로 탄화할 수 있다. 예를 들어, 본 단계는 상기 바이오매스를 표면 온도가 350 내지 500 ℃이고 무산소 조건인 반응기 내부에서 20 내지 60 분 동안 열처리함으로써 바이오매스의 반탄화 및 탄화가 동시에 수행될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 표면이 400℃ 내지 500℃로 가열된 반응기 내부에 환원 가스를 주입하면, 반응기 내부의 온도는 200℃ 내지 300℃로 형성 및 유지된다. 이때, 반응기 내부 온도는 도 2에 도시된 바와 같이 반응기 중심축에 가까워질수록 낮아지는 온도 구배를 나타낼 수 있다. 이러한 온도 구배를 갖는 반응기에서 바이오매스 자체의 열전도 차이에 의해, 바이오매스의 표면부는 350 내지 500 ℃로 탄화 반응 진행되고, 바이오매스의 중심부는 200℃ 내지 320 ℃로 반탄화 반응이 진행될 수 있다.
이때, 상기 반탄화 및 탄화는 20 내지 60 분, 20 내지 50 분, 또는 20 내지 40 분 동안 진행될 수 있다. 처리 시간이 상기 범위 미만일 경우, 표면부의 탄화 반응이 충분히 진행되지 못하며, 반대로 상기 범위를 초과할 경우, 중심부의 반탄화 반응이 과도하게 진행되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 반탄화 및 탄화하는 단계 전에, 바이오매스에 식물성 오일을 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 바이오매스에 식물성 오일을 분사한 후 열처리할 경우, 식물성 오일의 흡유, 바이오매스의 반탄화 및 탄화가 동시에 진행될 수 있다. 구체적으로, 식물성 오일이 도포된 바이오매스의 표면부는 온도가 빠르게 상승하여(나무의 열전도율보다 유액의 열전도율 약 20배 높기 때문) 표면은 탄화되고, 내부는 반탄화되어 하이브리드 바이오차를 용이하게 제조할 수 있다.
이때, 상기 식물성 오일은 바이오매스의 총 중량에 대하여 1 내지 20 중량%의 함량으로 사용될 수 있다.
또한, 본 제조방법은 반탄화 및 탄화하는 단계 이후에, 반탄화 및 탄화된 바이오매스를 섬유화하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 섬유화는 상기 반탄화 및 탄화된 바이오매스에 전단력을 가하여 분쇄하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 전단력을 가하는 분쇄기는 판 그리드 밀(Pan Grind Mill), 디스크 밀(Disk Mill), 롤 밀(Roll Mill), 볼 밀(ball mill), 튜브 밀(tube mill), 플렛 밀(fret mill) 등을 들 수 있다.
기존의 바이오차는 일반적으로 분쇄 설비인 해머 크러셔(hammer crusher)를 사용하여 분쇄하나, 상술한 바와 같이 전단력을 가하는 분쇄기로 분쇄할 경우, 조직을 섬유화(스폰지화)시켜 반탄화된 바이오차의 중심부(내부)의 유기질을 함유한 층을 노출시키고 표면적을 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 상술한 바와 같은 전단력을 가하는 분쇄기로 분쇄된 하이브리드 바이오차는 작물 생육 촉진 및 토양 개량능이 보다 향상될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 전단력을 가하는 분쇄기로 분쇄된 하이브리드 바이오차는 시비시 종래 바이오차와 달리 미분의 날림이 없어 작업 편의성이 우수하다.
작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제를 제공한다.
상기 하이브리드 바이오차에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 바이오차는 중심부가 약산성을 나타내고, 표면부가 중성을 나타내기 때문에 토양의 이화학성 개선뿐만 아니라 작물 성장에 매우 적합하다. 또한, 본 발명의 하이브리드 바이오차는 구조면에서 중심부에 공극을 포함하고 성분면에서 탄소 함량은 적고 대신 탄소 이외의 다른 유기물을 포함하고 있어 토양 내 미생물 번식에 적합한 공간 및 양분을 제공하며, 이를 통해 토양 환경 개선 및 작물 생육 촉진 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제는 미생물을 더 포함할 수 있다. 상기 미생물은 토양 중 유효성분 증대 또는 물질 분해 등, 토양 중에 사용되었을 때 미생물의 활성에 의해 식물 재배에 도움을 줄 수 있다. 따라서, 미생물을 통해 유기물의 공급 및 유해물질을 분해, 및 양분 공급을 증대시켜 한층 향상된 토양 환경 개선 및 작물 생육 촉진 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 미생물은 상기 하이브리드 바이오차의 중심부에 포함될 수 있다. 상기 하이브리드 바이오차의 중심부는 반탄화 반응을 통해 공극이 형성되며 이러한 공극은 미생물 번식을 위한 지지체로 사용될 수 있다.
상기 미생물은 방선균, 사상균, 유산균, 광합성균, 효모균 및 유용 세균으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 방선균은 분해하기 어려운 유기물을 분해하거나 항생 물질을 생산하며, 예를 들어, 스트렙토마이세스 히그로스코피커스(Streptomyces hygroscopicus), 스트렙토마이스 그리세우스(Streptomyces griceus) 등이 있다.
또한, 상기 사상균은 유기물을 분해하며, 예를 들어, 트리코데르마 하지아눔(Trichoderma harzianum), 트리코데르마 하마툼(Trichoderma hamatum), 아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger), 아아크레모니움 스트릭툼(Acremonium strictum) 등이 있다.
상기 유산균은 유기물 분해를 촉진하거나 인산을 가용화하여 작물 생육을 촉진하며, 예를 들어, 락토바실러스 애시도필러스(Lactobacillus acidophilus), 락토바실러스 불가리쿠스(Lactobacillus bulgaricus), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantanum), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei), 스트렙토코커스 패칼리스(Streptococcus faecalis) 등이 있다.
또한, 상기 광합성균은 광합성을 통해 식물 뿌리에 산소를 공급하고 유리 질소를 고정하며 작물 생장 촉진 물질을 분비하고 유해물질을 분해하여 제거하는 것으로, 예를 들어, 로도박터 캅슐라투스(Rhodobacter capsulatus), 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides), 로도박터 루부럼(Rhodobacter rubrum) 등이 있다.
상기 효모균은 유기물을 분해하여 유기산 및 항균물질 등을 생산하며 생육 촉진을 위한 여러 활성물질을 분비하며, 예를 들어, 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae), 갈락토마이세스 지오트리쿰(Galactomyces geotrichum), 히포피치아 부르토니(Hyphopichia burtonii) 등이 있다.
또한, 상기 유용 세균은 유기물을 분해와 더불어 작물의 병해를 예방하며, 예를 들어, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 스테아로써모필루스(Bacillus stearothermophilus), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 바실러스 리체니포르미스(Bacillus licheniformis), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 슈도모나스 플루오레스센스(Pseudomonas fluorescens), 슈도모나스 세파시아(Pseudomonas cepacia) 등이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제는 상술한 바와 같은 하이브리드 바이오차 및 미생물을 포함하여 작물 생육 촉진성 및 토양 개량성이 우수하다.
완효성 비료
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는, 완효성 비료를 제공할 수 있다.
상기 하이브리드 바이오차는 평균 직경 0.1 내지 5 mm, 0.5 내지 4 mm, 또는 1 내지 3 mm일 수 있다. 이때, 상기 하이브리드 바이오차는 상기 하이브리드 바이오차의 제조방법에서 설명한 바와 같은 전단력을 가하여 분쇄하는 섬유화 방법을 통해 섬유화되어 평균 직경이 조절된 것일 수 있다. 상기 완효성 비료가 상술한 바와 같이 섬유화된 하이브리드 바이오차를 포함할 경우, 가축분 유래 퇴비 등의 악취를 효과적으로 제거할 수 있고, 제조된 완효성 비료의 부숙도의 숙도 및 성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 완효성 비료는 가축분퇴비, 요소, 고흡습성 수지, 액체 비료 및 NPK 복합 비료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 고흡습성 수지는 완효성 비료에 포함되는 통상적인 것이라면 특별하 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리아크릴산, 이소프렌과 말레인산염의 공중합체, 전분과 폴리아크릴산염의 공중합체, 폴리비닐알콜계 화합물, 폴리아크릴아미드계 화합물, 폴리옥시에틸렌계 화합물, 카르복시메틸셀룰로스 화합물 및 아크릴 아마이드와 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 액체 비료는 액상이고, 통상적으로 사용되는 액상 비료라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
상기 NPK 복합 비료는 질소(N), 인(P) 및 K(칼륨)을 포함하는 비료로, 통상적으로 사용되는 NPK 비료라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 바이오차는 기공을 포함하고, 상기 완효성 비료는 상기 하이브리드 바이오차의 기공 내에 첨가제를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 완효성 비료는 상기 첨가제를 용제에 용해한 후 하이브리드 바이오차를 첨가하여, 하이브리드 바이오차의 기공 내로 첨가제가 함침되도록 하는 함침 공정을 통해 제조될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 완효성 비료가 하이브리드 바이오차의 기공 내에 첨가제를 포함할 경우, 하이브리드 바이오차의 탄화된 표면부의 표면장력에 의해 수분에 대한 젖음성이 낮아지고, 이로 인해 작물 생육기간 중 첨가제(활성 성분)이 서서히 용출되는 완효성이 향상될 수 있다.
상기 완효성 비료는 펠릿(pellet), 브리켓 또는 볼 형태일 수 있다.
또한, 상기 완효성 비료는 하이브리드 바이오차의 탄화도를 조절하여 첨가제의 용출시간 등을 용이하게 조절할 수 있다. 구체적으로, 하이브리드 바이오차의 탄화도가 증가할수록 첨가제의 용출 속도를 빨라지고, 탄화도가 감소할수록 첨가제의 용출 속도는 느려짐을 바탕으로, 하이브리드 바이오차의 탄화도를 저절하여 첨가제의 용출 시간 및 속도 등을 용이하게 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차를 포함하는 완효성 비료는 펠렛 또는 브리켓용 첨가제를 사용하지 않고도 성형이 가능한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 완효성 비료는 유효성분인 첨가제가 서서히 용출되는 완효성을 가지므로, 토양 개량 효과가 우수하고 완효성 비료로서 적합하다.
육모용 상토
또한, 본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는, 육묘용 상토를 제공한다.
상기 육묘용 상토는 버미큐라이트, 펄라이트, 제올라이트, 규조토 및 마사토로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기 원료; 및 피트모스, 코코피트, 바크 및 퇴비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기 원료;를 포함할 수 있다.
상기 육묘용 상토는 상토 총 중량에 대하여 5 내지 50 중량%의 하이브리드 바이오차를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 육묘용 상토는 상토 총 중량에 대하여 10 내지 40 중량%, 15 내지 35 중량%, 또는 20 내지 30 중량%의 하이브리드 바이오차를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 육묘용 상토는 상기 하이브리드 바이오차를 포함하여 작물의 생육 촉진성이 매우 우수하다.
축사용 소취제 조성물
본 발명은 상기 하이브리드 바이오차를 포함하는, 축사용 소취제 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 축사용 소취제 조성물은 숯 혹은 활성탄과 유사한 탈취 특성, 우수한 분뇨 흡수능 및 부드러운 질감을 갖는 하이브리드 바이오차를 포함함으로써 종래 축사깔개용 톱밥의 대체제로 유용하게 적용할 수 있다.
상기 축사용 소취제 조성물의 하이브리드 바이오차는 상기 하이브리드 바이오차의 제조방법에서 설명한 바와 같은 전단력을 가하여 분쇄하는 섬유화 방법을 통해 섬유화되어 평균 직경이 조절된 것일 수 있다. 이때, 상기 하이브리드 바이오차의 평균 직경은 0.1 내지 5 mm, 0.5 내지 4 mm, 또는 1 내지 3 mm일 수 있다. 종래 바이오차는 결정이 침상으로 이루어져 있어 축사용 깔개로 사용하기 어려운 한계이 있었으나, 상술한 바와 같이 섬유화된 하이브리드 바이오를 포함하는 축사용 소취제 조성물은 결정이 구상 또는 타원형을 가져 축사용 깔개로 적용 가능한 장점이 있다.
또한, 종래 바이오차는 바이오차 전체가 탄화되어 경질 조직을 포함하며, 통상적인 방법으로 분쇄할 경우, 바이오차의 입자가 경질이고 분쇄시 날카로운 침상으로 분쇄되어 가축들에게 상처를 입히는 문제가 있어 축사깔개용 톱밥의 대체제로 적용이 불가능했다. 한편, 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차는 섬유화(스폰지화) 조직을 가져 보다 부드럽고 탄력이 있는 입자 형상을 가지며, 탈취성 및 축사 분뇨에 함유된 수분 흡수능이 우수하여 축사깔개용 톱밥의 대체제로 적용 가능하다.
구체적으로, 상기 축사용 소취제 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 300 내지 400 중량%, 350 내지 400 중량%, 또는 360 내지 380 중량%의 수분을 흡수할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 반탄화 및 탄화 동시 진행에 의한 하이브리드 바이오차의 제조, 및 바이오차의 특성 분석
실시예 1-1 내지 1-3 및 비교예 1-1 내지 1-4: 바이오차의 제조
직경 4 ㎜로 파쇄된 폐목재를 로터리 킬른 반응로에 투입하고 반응로 내부에 Ar 가스를 주입하여 무산소 조건을 형성한 후, 반응로 표면을 하기 표 1에 기재된 온도로 가열하고 30분간 열처리함으로써, 폐목재(바이오매스)의 반탄화 및 탄화가 동시에 진행되도록 하여 실시예 1-1 내지 1-3 및 비교예 1-1 내지 1-4의 바이오차를 제조하였다.
반응기
내부 온도(℃) 외부 온도(℃)
비교예 1-1 150 250
비교예 1-2 200 300
실시예 1-1 250 350
실시예 1-2 300 400
실시예 1-3 350 450
비교예 1-3 400 550
비교예 1-4 450 600
실험예 1. 바이오차의 특성 분석
상기 실시예 1-1 내지 1-3 및 비교예 1-1 내지 1-4에서 제조된 바이오차들의 기본 특성 분석을 위하여 공업 분석, 원소 분석, pH, CEC 및 EC측정을 실시하였다.
구체적으로, 공업 분석은 3g의 바이오차를 도가니에 넣고 105℃에서 24 시간, 450℃에서는 뚜껑을 닫고 30분, 750℃에서는 뚜껑없이 30 분 동안 가열하였으며, 이 과정은 순차적으로 진행하여 수분, 휘발분, 고정 탄소 및 회분의 함량을 산출하였다. 또한, 원소 분석은 원소분석기를 이용하여 바이오차의 탄소, 수소, 산소 및 질소의 함량을 측정하였다. 나아가, pH는 시료와 증류수를 1:5의 중량비로 혼합하여 pH미터기를 이용하여 측정하였고 EC는 전기전도도(Electrical Conductivity)를 의미하며 EC미터기를 이용하여 측정하였다. 또한, CEC는 양이온치환용량(Cation Exchange Capacity)를 나타내며, 1M 암모늄아세테이트 용액과 교반한 후 Whatman No.2 여과지에 거른 여과액을 ICP로 분석하였다. 이때 얻어진 결과는 표 2 및 3에 나타내었다.
pH CEC(cmol/kg) EC(dS/M) 탄소(%) 수소(%) 산소(%) 질소(%)
비교예 1-1 6 9 0.41 52.2 6.08 38.2 0.18
비교예 1-2 6.3 11 0.42 54.2 6.01 36.3 0.18
실시예 1-1 6.5 20 0.41 58.8 5.48 32.8 0.2
실시예 1-2 7.1 43 0.42 68.2 4.88 20.2 0.21
실시예 1-3 8.4 45 0.42 75.5 3.73 17.83 0.25
비교예 1-3 9.5 45 0.45 80.86 2.8 12.15 0.29
비교예 1-4 10.2 48 0.46 84.86 2.07 8.88 0.32
미생물 수(cfu/ml) 미생물 번식 가부 독성물질 생산 수율(%)
비교예 1-1 1X103 불가 존재 75
비교예 1-2 1X103 불가 존재 70
실시예 1-1 1X104 가능 없음 58
실시예 1-2 1X106 가능 없음 50
실시예 1-3 1X104 가능 없음 38
비교예 1-3 1X103 불가 없음 32
비교예 1-4 1X103 불가 없음 28
상기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 반응기의 표면 온도가 350℃ 내지 500℃ 범위인 실시예 1-1 내지 1-3의 바이오차의 경우, 표면부의 pH가 6.5 내지 8.4로 약산성에서 중성으로 나타났다. 또한, 반응기 표면 온도가 350℃ 미만인 경우, 독성 물질이 존재하며, 반대로 500℃를 초과하는 경우, 독성물질은 제거되었으나 표면부의 pH와 탄소 함량이 매우 높아 미생물의 번식이 불가함을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 표면구조 분석
상기 실시예 1-1의 바이오차의 중심부와 표면부를 육안 및 SEM을 이용하여 표면구조를 확인하였다. 이때 얻어진 결과는 각각 도 3 및 4에 나타내었다.
도 3 및 4는 본 발명의 실시예 1-1의 바이오차로, 도 3의 A는 육안으로 확인한 상기 실시예 1-1의 바이오차 중심부 사진이고, 도 3의 B는 육안으로 확인한 상기 실시예 1-1의 바이오차 표면부 사진이다. 도 4의 A는 SEM으로 확인한 상기 실시예 1-1의 바이오차 중심부 사진이고, 도 4의 B는 SEM으로 확인한 상기 실시예 1-1의 바이오차 표면부 사진이다.
도 3 및 4를 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 바이오차는 중심부와 표면부의 형상, 구조가 상이함을 확인할 수 있었다.
실시예 2. 유액중탕법을 이용한 바이오차의 제조, 및 바이오차의 특성 분석
실시예 2-1 내지 2-8 및 비교예 2-1 내지 2-3: 바이오차의 제조
직경 4 ㎜로 파쇄된 폐목재를 유액 중탕 설비에 투입하고 하기 표 4에 나타낸 바와 같은 온도 조건에서 20분간 유액 중탕하여 중심부를 반탄화시킴과 동시에 표면부를 탄화시켜, 실시예 2-1 내지 2-8의 바이오차 및 비교예 2-1 내지 2-3의 바이오차를 제조하였으며, 유액으로는 콩기름을 사용하였다.
유액 온도 (℃)
비교예 2-1 0
비교예 2-2 50
비교예 2-3 100
실시예 2-1 150
실시예 2-2 160
실시예 2-3 170
실시예 2-4 180
실시예 2-4 190
실시예 2-6 200
실시예 2-7 210
실시예 2-8 220
실험예 3. 바이오차의 특성 분석
상기 실시예 2-1 내지 2-8 및 비교예 2-1 내지 2-3에서 제조된 반탄화 및 탄화된 바이오차들의 성분을 분석하기 위해 미국 NREL 표준분석법을 사용하였다. 구체적으로, 바이오차 건조 시료를 72% 황산 에 넣고 30 ℃에서 1시간 반응시킨 후에 증류수를 첨가하여 121 ℃에서 1시간 반응시켰다. 이후 도가니 필터로 여과한 후 액상 여과액을 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)와 분광광도법을 이용하여 분석하였다. 이때 얻어진 결과는 하기 표 5 및 6에 나타내었다.
셀룰로오스(중량%) 헤미셀룰로오스(중량%) 리그닌(중량%)
비교예 2-1 31.08 29.1 26.27
비교예 2-2 32.08 30.03 27.11
비교예 2-3 32.28 30.23 27.28
실시예 2-1 32.45 30.04 27.34
실시예 2-2 32.67 29.65 27.52
실시예 2-3 34.36 26.5 29.12
실시예 2-4 36.8 22.64 30.55
실시예 2-4 39.97 16.58 33.44
실시예 2-6 38.78 13.58 37.61
실시예 2-7 39.78 11.08 39.11
실시예 2-8 41.86 7.94 40.16
애쉬(중량%) 기타(중량%) 수분(중량%) 유액(중량%)
비교예 2-1 0.4 3.15 10 -
비교예 2-2 0.42 9.98 5.38 4.62
비교예 2-3 0.42 9.79 0 9.43
실시예 2-1 0.42 9.75 0 9.39
실시예 2-2 0.42 9.74 0 9.38
실시예 2-3 0.42 9.6 0 9.24
실시예 2-4 0.43 9.58 0 9.22
실시예 2-4 0.43 9.58 0 9.22
실시예 2-6 0.43 9.59 0 9.23
실시예 2-7 0.43 9.6 0 9.24
실시예 2-8 0.43 9.61 0 9.25
실험예 4. 작물생육 및 온실가스 감소 효과 시험
상기 실시예 1-1의 바이오차를 감자와 고추 재배에 적용하였으며, 이때 적용 토양의 온실가스를 분석하였다. 이때, 얻어진 결과는 하기 표 7(감자) 및 표 8(고추)에 나타내었다.
구체적으로, 온실가스 배출량은 하기 수학식 1로 계산하였으며, 이때 X는 사용량(kg)이고, Y는 온실가스 배출량(kg/ha)이다.
[수학식 1]
Y = 0.5523X - 742.57
또한, 상서중은 80g 이상의 괴경 생서중을 의미하고, 상서율은 전체 괴경 생서중(총 수확량)을 기준으로 상서중의 중량비를 의미하며, 상서중 및 상서율은 감자를 수확하여 직접 확인하는 방법으로 측정하였다.
나아가, 이때 사용한 화학 비료로는 남해화학사의 맞춤16호 복합 비료를 사용하였으며, 완효성 비료로는 남해화학사의 오래가를 사용하였다.
처리방법 총수확량 (kg/10a) 상서중 (kg/10a) 상서율 (%) 지수 온실가스 배출량(kg/ha) 관행 대비 온실 가스 저감(kg/ha)
무처리 1052 827 78.6 34 0.241 -1.206
화학 비료(관행) 2800 2402 85.8 100 1.447 -
완효성 비료 2292 2115 92.3 88 0.885 -0.562
실시예 1-1의 바이오차 2810 2650 94.3 110 0.383 -1.064
처리방법 초장(cm) 엽색도(spad) 온실가스 배출량(kg/ha) 관행 대비 온실가스 저감 (kg/ha)
무처리 73 48.8 0.268 -1.015
화학 비료(관행) 99.1 59.8 1.283 -
완효성 비료 88.7 56.2 0.877 -0.406
실시예 1-1의 바이오차 99.4 60.2 0.388 -0.895
표 7 및 8에 나타낸 바와 같이, 감자 및 고추의 재배시 본 발명의 실시예 1-1의 바이오차를 적용하면, 무처리군 대비 약 80 %이상 생산량이 증대되었으며, 관행으로 하고 있는 화학비료 대비도 약 10 %이상의 생산성 증대를 가져옴을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 온실가스 역시 관행 대비 약 68.5 내지 73.5% 감소함을 확인할 수 있었다.
실험예 5. 토양개량 효과 시험
상기 실시예 1-1의 바이오차를 일반 토양에 첨가한 후 토양의 성분을 분석하였다. 이때 얻어진 결과는 하기 표 9에 나타내었으며, O.M(%)은 토양 총 중량을 기준으로 유기물의 함량을 나타낸 것이다.
pH CEC (cmol/kg) EC (dS/M) O.M (%) 유기 인산 (ppm) Ca K Mg Na 미생물 (nmol/g)
(cmol/kg)
무처리 토양 6.05 10.57 0.05 1.7 800 4.3 0.61 1.05 0.06 144
실시예 1-1의 바이오차 첨가 토양 6.25 11.77 0.12 2.1 880 4.6 1.45 1.33 0.06 152
표 9에 기재한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1-1의 바이오차를 일반 토양에 첨가한 결과, pH를 비롯하여 전반적으로 토양 특성이 개량됨을 확인할 수 있었다.
실시예 3. 식물성 오일 분사 후 반탄화 및 탄화 동시 진행에 의한 바이오차의 제조, 및 바이오차의 특성 분석
실시예 3-1 내지 3-3 및 비교예 3-1 내지 3-4: 바이오차의 제조
직경 4 ㎜ 크기로 파쇄된 폐목재에 폐목재 총 중량을 기준으로 5 중량%의 콩기름을 분사한 후 로터리 킬른 반응로에 투입하였다. 이후 반응로 내부에 Ar 가스를 주입하여 무산소 조건을 형성한 후, 반응로 표면을 하기 표 10에 기재된 온도로 가열하고 약 30분간 열처리를 함으로써, 폐목재의 반탄화 및 탄화가 동시에 진행되도록 하여 실시예 3-1 내지 3-3의 바이오차 및 비교예 3-1 내지 3-4의 바이오차를 각각 제조하였다.
반응기
내부온도(℃) 외부온도(℃)
비교예 3-1 150 250
비교예 3-2 200 300
실시예 3-1 250 350
실시예 3-2 300 400
실시예 3-3 350 450
비교예 3-3 400 550
비교예 3-4 450 600
실험예 6. 바이오차의 특성 분석
상기 실시예 3-1 내지 3-3 및 비교예 3-1 내지 3-4에서 제조된 바이오차들의 기본 특성 분석을 위하여 공업 분석, 원소 분석, pH, CEC 및 EC측정을 실시하였다. 상기 공업 분석, 원소 분석, pH, CEC 및 EC측정은 상기 실험예 1에서 수행한 방법과 동일한 방법으로 수행하였으며, 얻어진 결과는 하기 표 11 및 12에 나타내었다.
pH CEC(cmol/kg) EC(dS/M) 탄소(%) 수소(%) 산소(%) 질소(%)
비교예 3-1 4 6 0.41 48.5 6.58 38.4 0.21
비교예 3-2 5.6 8 0.42 52.2 6.18 36.78 0.18
실시예 3-1 6.5 19 0.41 57.9 5.68 32.66 0.19
실시예 3-2 6.8 28 0.42 65.2 5.01 24.2 0.21
실시예 3-3 8.4 42 0.42 72.8 4.08 18.83 0.25
비교예 3-3 9.8 44 0.45 78.11 3.11 13.15 0.29
비교예 3-4 10.6 46 0.46 80.44 2.55 10.18 0.3
미생물 수 (cfu/ml) 미생물 번식 가부 독성 물질 수율(%)
비교예 3-1 1X103 불가 존재 88
비교예 3-2 1X103 불가 존재 78
실시예 3-1 1X104 가능 없음 65
실시예 3-2 1X106 가능 없음 55
실시예 3-3 1X104 가능 없음 51
비교예 3-3 1X103 불가 없음 38
비교예 3-4 1X103 불가 없음 32
표 11 및 12에 나타낸 바와 같이, 식물성 오일을 분사한 후 반탄화 및 탄화 처리하여 제조된 실시예 3-1 내지 3-3은 표면부의 pH가 중성 또는 약산성이고, 독성 물질이 없으며, 미생물 번식이 가능하여 토양에 사용하기 적합함을 알 수 있었다.
실시예 4. 하이브리드 바이오차의 분쇄
실시예 3-2의 하이브리드 바이오차 500kg을 타격형 분쇄기인 헤머밀 또는 전단응력을 가해 분쇄하는 판 그리드 밀(Pan Grind Mill)에 투입하고, 약 5분간 분쇄하였다.
실험예 7. 분쇄 기종별 하이브리드 바이오차의 입자 형상 관찰
실시예 4에서 분쇄한 하이브리드 바이오차의 형상을 확대경으로 확대 관찰하였으며, 그 결과를 도 5에 나타냈다.
도 5에서 보는 바와 같이, 전단력 분쇄기인 판 그리드 밀을 사용하여 분쇄한 입자는 전반적으로 섬유상(스폰지화)으로 관찰된 반면, 타격형 분쇄기인 헤머밀을 사용하여 분쇄한 입자는 매우 날카로운 침상의 구조를 가졌다.
실험예 8. 분쇄 기종별 축분 분뇨 흡수율 및 구간 입도 시험
실시예 4에서 분쇄한 하이브리드 바이오차, 및 축사 깔개용 톱밥인 소나무 톱밥 각각 100g씩 시료를 채취하고, 시료 100g에 대한 축사 분뇨 중 돈사의 액상 분뇨를 중량비로 투입하면서 교반하여 최대 분뇨 흡수율을 측정하였다. 측정된 결과값은 표 13에 나타냈다.
구체적으로, 최대 분뇨 흡수율은 교반 후 5분 동안 실온에 방치한 후 태핑(tapping)을 통해 시료의 표면에 분뇨가 고여 시료와 분뇨가 완벽하게 층분리가 발생하는 시점을 기준을 최대 분뇨 흡수량으로 결정하였다. 또한, 입도는 각 시료 100g을 입도 분리기를 사용하여 측정하였다.
사용 분쇄기 비중/진비중 시료 중량 대비 최대 분료 흡수율 (%) 입도(중량%)
직경 1mm 미만인 입자 직경 1 내지 4 mm인 입자 직경 4mm 초과인 입자
실시예 4의 하이브리드 바이오차 전단력 분쇄기 0.22 250 22 60 14
타격형 분쇄기 0.29 380 30 55 15
축사깔개용 톱밥 0.22 340 13 58 29
상기 표 13에 나타낸 바와 같이, 전단력 분쇄기인 판 그리드 밀을 사용하여 분쇄한 입자는 전반적으로 깔개용 톱밥에 가까운 비중을 나타내며, 시료 중량 대비 최대 함수율이 가장 높아서 축사깔개용으로 적용할 경우, 분뇨의 흡수 능력이 좋아지고 소취 효과도 우수하여, 깔개의 교체 주기가 길어질 것을 알 수 있었다.
반면, 타격용 분쇄기인 헤머밀을 사용하여 분쇄한 입자는 미분 발생량이 많고, 비충진 비중이 높으며, 수분의 흡수능도 가장 낮아 축사깔개용 대체제로 부적합함을 알 수 있다.
실시예 5. 육묘용 상토의 제조 및 이를 이용한 육묘
실시예 5-1: 육묘용 상토의 제조
㈜ 농경에서 판매하는 육묘용 상토 90g과 실시예 3-2의 하이브리드 바이오차 10g을 혼합한 후 배추를 심고 발육 상태를 조사하였으며, 그 결과를 도 6에 나타냈다.
실시예 5-2 내지 5-3.
㈜ 농경에서 판매한 육묘용 상토와 실시예 3-2의 하이브리드 바이오차를 8:2, 또는 7:3의 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 실시예 5-1과 동일한 방법으로 배추를 심고 발육 상태를 조사하였다.
비교예 4.
㈜ 농경에서 판매하는 육묘용 상토를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4-1과 동일한 방법으로 배추의 발육 상태를 조사하였다.
도 6에서 보는 바와 같이, 실시예 5-1 내지 5-3의 육묘용 상토에서 재배된 배추는 비교예 4의 육모용 상토에서 재배된 배추보다 뿌리 및 잎의 생육 상태가 양호했다.
실시예 6. 완효성 비료의 제조
실시예 6-1: 진공함침
NPK 비료(제조사: 남해화학, 제품명: 오래가) 20g을 물 180g에 용해하여 비료 수용액을 제조하였다. 이후 상기 비료 수용액에 100g의 실시예 4의 전단력 분쇄기로 분쇄된 하이브리드 바이오차를 넣고 진공 처리하여 하이브리드 바이오차의 기공 내에 NPK 비료를 함침하였다. 이후 105℃에서 60 분 동안 건조하여 완효성 비료를 제조하였다.
실시예 6-2.
진공처리하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 6-1과 동일한 방법으로 완효성 비료를 제조하였다.
실험예 9. 함침 조건에 따른 비료 함량 분석
실시예 6-1 및 6-2에서 제조한 완효성 비료를 대상으로 함침 전 하이브리드 바이오차의 무게, 함침 후 무게, 및 함침하고 건조 후 무게를 측정하여 하기 표 14에 나타냈다.
구분 함침 조건 하이브리드 바이오차의 무게 함침 후 무게 함침 및 건조 후 무게
실시예 6-1 진공 함침 100g 280g 115g
실시예 6-2 일반 함침 100g 206g 102g
표 14에서 보는 바와 같이, 진공 함침하여 제조된 실시예 6-1이 진공처리하지 않고 일반 함침하여 제조된 실시예 6-2보다 약 74g 많은 비료 수용액을 흡수하였으며, 건조 후에도 13g의 비료를 더 함유하는 것을 알 수 있었다.
실험예 10. 완효성 비료의 완효성 평가 - 작물생육
실시예 6-1의 완효성 비료를 무, 양배추 및 상추 재배에 적용하였으며, 상기 완효성 비료를 시비하지 않은 미처리군과 비교하였다. 재배된 무, 양배추 및 상추의 줄기의 길이 및 두께, 뿌리의 길이 및 두께를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 15에 나타냈다.
구분 줄기(mm) 뿌리(mm)
길이 두께 길이 두께
미처리 무 63.97 1.55 37.74 0.87
양배추 10.92 1.22 27.44 0.49
상추 15.95 0.77 34.69 0.69
완효성 비료 무 71.43 2.22 43.75 1.98
양배추 21.64 1.27 39.97 0.52
상추 13.37 0.98 35.26 0.79
표 15에서 보는 바와 같이, 완효성 비료를 처리한 토양에서 재배한 무, 양배추 및 상추가 완효성 비료로 처리하지 않은 토양에서 재배된 것보다 줄기 및 뿌리의 생육이 우수함을 알 수 있었다.
실험예 11. 완효성 비료의 완효성 평가 - 비료의 용출성
실시예 6-1의 완효성 비료 5g를 증류수 50g에 첨가한 후 6시간, 12시간, 24시간, 48시간 및 72시간 후 증류수 내의 질소, 칼륨 및 인산 함량을 측정하였으며, 측정결과를 표 16에 나타냈다. 구체적으로, 증류수 내 질소의 함량은 완효성 비료가 첨가된 증류수 총 중량을 기준으로 계산하였다.
구분 용출시간(hr)
0 6 12 24 48 72
질소(중량%) 0 1 0.8 0.8 0.9 1.1
칼륨(ppm) 0 2.5 2.4 2.6 2.5 2.6
인산(ppm) 0 4 4.1 4.1 4.1 4.2
표 16에서 보는 바와 같이, 실시예 6-1의 완효성 비료는 지속적으로 일정한 함량의 비료 성분을 용출함을 알 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시예에만 한정되지 아니하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

Claims (25)

  1. 중심부가 반탄화되고 표면부가 탄화된 바이오매스를 포함하는, 하이브리드 바이오차.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심부의 pH는 4.0 이상 7.5 미만이고,
    상기 표면부의 pH는 7.5 이상인, 하이브리드 바이오차.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심부는 총 중량에 대하여 탄소 함량이 50 중량% 이상 80 중량% 미만이고,
    상기 표면부는 총 중량에 대하여 탄소 함량이 80 중량% 이상인, 하이브리드 바이오차.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심부는 바이오매스의 단면의 중심을 포함하는 부분으로 바이오매스의 단면의 총 면적에 대하여 10 내지 30 면적%이고,
    상기 표면부는 중심부를 제외한 부분인, 하이브리드 바이오차.
  5. 바이오매스를 준비하는 단계; 및
    상기 바이오매스를 반탄화 및 탄화하는 단계;를 포함하고,
    상기 반탄화는 탄화보다 낮은 온도에서 수행되며,
    상기 반탄화는 150 내지 350 ℃에서 수행하며,
    상기 탄화는 350 내지 500 ℃에서 수행하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 바이오매스를 준비하는 단계는
    바이오매스를 직경 1㎜ 내지 10㎜로 파쇄하는 단계; 및
    일부 또는 전부가 패쇄된 바이오매스를 수분 함량이 5 % 이하가 되도록 건조하는 단계;를 포함하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 반탄화 및 탄화하는 단계는
    바이오매스를 150 내지 350 ℃에서 10 내지 60 분 동안 반탄화하는 단계; 및
    반탄화된 바이오매스를 350 내지 500 ℃에서 1 내지 5 분 동안 탄화하는 단계;를 포함하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제조방법은 상기 반탄화 및 탄화하는 단계 전에 상기 바이오매스에 식물성 오일을 분사하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 반탄화 및 탄화하는 단계는 바이오매스를 150 내지 250 ℃에서 유액 중탕하는 단계를 포함하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 반탄화 및 탄화하는 단계는 20 내지 60분 동안 바이오매스의 중심부를 200 내지 320 ℃로 반탄화함과 동시에 표면부를 350 내지 500 ℃로 탄화하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  11. 청구항 5에 있어서,
    반탄화 및 탄화하는 단계 이후에,
    반탄화 및 탄화된 바이오매스를 섬유화하는 단계;를 더 포함하는, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 섬유화는 상기 반탄화 및 탄화된 바이오매스에 전단력을 가하여 분쇄하는 것인, 하이브리드 바이오차의 제조방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 하이브리드 바이오차를 포함하는 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제제는 미생물을 더 포함하는, 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 미생물은 상기 하이브리드 바이오차의 중심부에 포함되는, 작물 생육 촉진 및 토양 개량용 제제.
  16. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 하이브리드 바이오차를 포함하는, 축사용 소취제 조성물.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 축사용 소취제 조성물이 조성물 총 중량에 대하여 300 내지 400 중량%의 수분을 흡수하는, 축사용 소취제 조성물.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 하이브리드 바이오차는 평균 직경이 0.1 내지 5 mm인, 축사용 소취제 조성물.
  19. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 하이브리드 바이오차를 포함하는, 육묘용 상토.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 육묘용 상토가 버미큐라이트, 펄라이트, 제올라이트, 규조토 및 마사토로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기 원료; 및 피트모스, 코코피트, 바크 및 퇴비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기 원료;를 포함하는, 육묘용 상토.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 육묘용 상토는 상토 총 중량에 대하여 5 내지 50 중량%의 하이브리드 바이오차를 포함하는, 육묘용 상토.
  22. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 하이브리드 바이오차를 포함하는, 완효성 비료.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 완효성 비료가 가축분퇴비, 요소, 고흡습성 수지, 액체 비료 및 NPK 복합 비료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는, 완효성 비료.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 하이브리드 바이오차는 기공을 포함하고,
    상기 완효성 비료는 상기 하이브리드 바이오차의 기공 내에 첨가제를 포함하는, 완효성 비료.
  25. 청구항 22에 있어서,
    상기 완효성 비료는 펠릿(Pellet), 브리켓 또는 볼 형태인, 완효성 비료.
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