가축분뇨 에너지화시설에서의 바이오차 생산 및 이용 사례 연구 = A Case Study on Biochar Production and Utilization at Livestock Manure Energy Facilities

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 가축분뇨 혐기소화 시설과 연계된 바이오차 생산 시스템의 농업적 활용 가능성을 탐색하는 데 목적이 있다. 이는 혐기소화 부산물을 고부가가치 농자재로 전환하여 탄소중립과 자원순환에 기여할 수 있다는 실마리를 제공했다는 점에 의의가 있다.
연구 대상은 돈분뇨와 음폐수를 병합 처리하는 혐기소화조 후단에 TLUD 탄화 설비를 연계한 공정이다. 이 공정의 핵심은 원료의 성상 변화 활용이다. 혐기소화로 유기물이 분해된 슬러지는 난분해성 물질과 무기물이 농축된다. 이를 500℃ 이상에서 열분해하면 미네랄(P, K, Ca, Mg) 함량이 높아져 비료로서의 가치가 상승하며, 생물학적·열화학적 안정화를 통해 토양 내 탄소 격리 효율 또한 높아질 것으로 기대된다.
생산된 바이오차는 2024년 신설된 「가축분 바이오차」 비료공정규격을 모두 충족하였다. 염분(1.03%)과 중금속(Cu, Zn) 농도는 기준치 이내로 안전성이 확인되었다. 특히 H/C 몰비(0.54)와 O/C 몰비(0.39) 수치는 열분해를 통해 형성된 방향족 구조의 안정성을 나타낸다. 이는 실질적인 탄소 감축 수단으로서의 잠재력이 높음을 시사한다.
바질 재배 실험 결과, 바이오차 투입구는 대조구 대비 양적 생장(초장 13.6%, 엽수 18.8% 증가)과 질적 향상(엽색 유지, 노화 지연)에서 긍정적인 경향을 보였다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차 ⅰ
• 표 차 례 ⅳ
• 그 림 차 례 ⅴ
• 국 문 요 약 ⅵ
• 제 1 장 서 론 01
• 제1절 연구의 배경 01
• 제2절 연구의 필요성 및 목적 03
• 제 2 장 연구사 06
• 제1절 바이오차의 열화학적 생성 원리와 물성 변화 06
• 가. 바이오차의 정의 및 개념 06
• 나. 바이오차의 열화학적 생성 원리 07
• 다. 바이오차의탄소저감 및 격리 기작 08
• 제2절 축분 바이오차의 연구 동향 11
• 가. 탄소격리 및 토양 개량을 위한 축분 바이오차의 기초 연구 11
• 나. IPCC 승인 이후 온실가스 배출 감소량 정량화 12
• 제3절 축분 바이오차의 관련 선생연구 분석 14
• 가. 제조 조건에 따른 특성 14
• 나. 환경정화 및 오염물 제거 16
• 다. 중금속 고정화 및 안정화 19
• 라. 작물생육 및 토양개량 20
• 마. 분뇨처리 및 악취/온실가스 24
• 제4절 국내 바이오차 품질 기준 27
• 제 3 장 가축분뇨 에너지화시설에서의 바이오차 생산 30
• 제1절 서론 30
• 제2절 바이오차 생산 공정 및 설비 구성 31
• 가. 전체 공정 개요 31
• 나. 바이오차 생산 설비 사양 33
• 제3절 혐기소화 유래 가축분 바이오차의 품질 특성 분석 36
• 가. 비료성분 및 유기물 함량 36
• 나. 수분, 염분 및 부숙도 37
• 다. 중금속 및 병원균 37
• 라. 탄소전량, H/C몰비 및 O/C몰비 함량 38
• 제4절 소결 41
• 제 4 장 혐기소화 유래 가축분 바이오차를 이용한 작물(바질) 재배 연구 42
• 제1절 서론 42
• 제2절 재료 및 방법 44
• 가. 공시재료 44
• 나. 실험설계 및 처리구 배치 45
• 다. 조사 및 분석방법 47
• 제3절 결과 및 고찰 50
• 가. 1차 생육조사 50
• 나. 2차 생육조사 63
• 다. 3차 생육조사 76
• 라. 3차 생육조사 후 토양 성상 비교 89
• 제4절 소결 92
• 제 5 장 종합결론 93
• 참 고 문 헌 96
• ABSTRACT 107