가축 랜더링 부산물 바이오차 제조 후 냉각방식이 이화학적 특성에 미치는 영향

노준석 ( Jun-suk Rho ),이재훈 ( Jae-hoon Lee ),이수림 ( Su-lim Lee ),최아영 ( Ah-young Choi ),김신실 ( Sin-sil Kim ),이슬린 ( Seul-rin Lee ),박유진 ( Yu-jin Park ),신수빈 ( Su-bin Shin ),박종환 ( Jong-hwan Park ),서동철 ( Dong-che 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2022 No.-

우리나라 축산업의 고도성장으로 인해 가축 사육두수는 증가하고 있으나 최근 들어 가축전염병 발병량 또한 증가하여 폐사가축의 처리와 재활용에 대한 문제가 대두되고 있다. 현행 폐사가축의 처리를 위해 가장 많이 활용되고 있는 랜더링 공법은 처리 과정에서 고형잔류물이 발생하게 되는데 이의 활용 방법이 미흡하여 폐사가축의 자원화율을 증대하기 위해서는 고형잔류물의 재활용 방안을 고안할 필요가 있다. 현재 랜더링 고형잔류물을 재활용하는 방법으로 biochar로 제조하여 활용하는 방안이 연구되고 있으나 추가적인 조사가 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 랜더링 고형물을 활용하기 위한 선행연구로서 가축사체 biochar 제조 후 냉각방식이 미치는 영향을 평가하였다. 본 연구에서는 랜더링 가축사체 고형잔류물 biochar를 제조하기 위해 랜더링 전문업체에서 폐사가축 랜더링 고형물을 수거하여 열분해 온도 500℃, 열분해 시간 4hr의 조건에서 열분해하였고, 냉각방식은 자연냉각과 제조장치를 열어 외부 송풍기를 이용한 급속냉각을 이용하여 biochar를 제조하였다. 제조된 biochar는 냉각방식별 이화학적 특성을 분석하였으며, SEM을 이용하여 바이오차의 표면구조를 조사하였다. Biochar의 비표면적은 냉각방식에 따라 자연냉각과 급속냉각이 각각 99.1 ㎡/g과 75.4 ㎡/g으로 급속냉각을 하였을 때 감소하였는데 이는 급속냉각의 경우 산화물 및 수산화물이 결정화되고 무기결정형들이 내부 공극을 막기 때문으로 판단된다. SEM 분석 결과 자연 냉각에서는 biochar가 작은 입자들로 이루어진 다공성 표면구조를 나타냈는데 이는 인과 칼슘의 결정형에 기인한 것으로 판단된다. 급속냉각의 경우 상대적으로 큰 입자로 구성되어 공극 구조가 감소된 것을 확인하였다. 이상의 결과를 통해 랜더링 고형잔류물 바이오차 제조 후 냉각방식과 시간의 조절을 통해 공극구조를 확대할 수 있을 것으로 판단된다.

구리첨착 바이오차가 조류 생육 저해에 미치는 영향

노준석(Jun-Suk Rho),이수림(Su-Lim Lee),이재훈(Jae-Hoon Lee),박종환(Jong-Hwan Park),서동철(Dong-Cheol Seo) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

최근 우리나라에서 비점오염원의 증가에 의해 질소와 인 등의 영양염류 물질들이 수계로 배출되면서 하천 등에 조류가 과다 증식하여 물속의 산소를 고갈시키는 등의 문제를 일으키고 있다. 현재 조류의 제어를 위해 황산구리 등의 살조제를 많이 사용하고 있지만, 황산구리가 그대로 수계로 유출되면 동물에게 독성을 일으킬 수 있고, 2차 오염이 발생할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 바이오매스 전소발전소에서 배출된 바이오차를 활용하여 구리첨착 바이오차(Cu-BA)를 제조해 구리첨착 바이오차의 처리량 및 초기 조류밀도에 따른 조류억제 효과를 조사하고자 하였다. 본 연구에서 사용한 조류는 Anabaena flos-aquae 이었다. 구리첨착 바이오차의 처리량에 따른 조류생육 억제율을 분석하기 위해 구리첨착 바이오차의 처리량은 0.15, 0.45, 0.75 및 1.50 g L<SUP>-1</SUP>로 하였으며, 초기 조류밀도에 따른 구리첨착 바이오차의 조류억제 효율을 분석하기 위해 구리첨착 바이오차의 처리량을 0.45 g L<SUP>-1</SUP>로 고정하고, 조류처리량을 75.0, 112.5, 150.0 및 225.0 mL L<SUP>-1</SUP>로 하였다. 구리첨착 바이오차의 처리량이 0.15 g L<SUP>-1</SUP>일 때 96.8%로 매우 높았으며 그 이상 처리시 97% 이상의 안정적인 처리가 가능하였다. 초기 조류밀도가 증가함에 따라서 구리첨착 바이오차의 조류억제 효율은 조류밀도와 상관없이 97-99%범위로 일정하였으며, 처리 밀도간에 유의적인 차이가 없었다. 이는 초기 조류밀도가 높더라도, 구리첨착 바이오차의 조류억제 효율이 높게 유지될 수 있음을 나타낸다. 이와 같은 결과를 통해, 구리첨착 바이오차는 조류를 억제하는데 효과적인 물질로 활용 될 수 있을 것이라고 판단된다.

공열분해에 의해 제조된 Nutrient-Rich Biochar가 토양 미생물 군집에 미치는 영향

노준석 ( Jun-suk Rho ),최아영 ( Ah-young Choi ),김신실 ( Sin-sil Kim ),정빈 ( Bhin Jung ),서동철 ( Dong-cheol Seo ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

Biochar application to soil is recommended for its advantages in reducing greenhouse gas emissions and improving soil quality on agricultural land. However, plant-based biochar, certified as agricultural material in South Korea, has low nutrient content such as nitrogen (N) and phosphorus (P). When applied alone to the soil, it can cause nutrient deficiencies, limit crop growth, and enhance soil microbial diversity. Therefore, separate fertilizer prescription is necessary during biochar treatment, but a disadvantage is a need for excessive processing due to the easy leaching of nutrients from fertilizers. Hence, in this study, we aimed to manufacture biochar with improved nutrient and leaching characteristics by utilizing animal biochar, which is rich in nutrients and resources. We produced nutrient-rich biochar (NR-BC) by mixing plant-based and animal-based biochar and subjecting it to pyrolysis. We measured the P-fractionation of NR-BC using the modified Hedley fractionation method, and the microbiome difference in the soil 30 days after applying NR-BC treatment was measured. The analysis of P leaching form revealed that 94% of P in NR-BC was insoluble, indicating that the nutrients converted to an insoluble form during thermal decomposition. Although there was no significant difference in the changes at the phylum level of soil microorganisms between the untreated and control plots, applying NR-BC to the control plots resulted in a 5.4% decrease in Actinobacteria and a 6.2% increase in Proteobacteria, along with an increase in species diversity and richness. This suggests an increase in microorganisms that convert insoluble forms of Proteobacteria into soluble forms. Based on these results, the co-pyrolysis of animal and plant biochar was confirmed to improve biochar's nutrient content and leaching characteristics, making it a potential new form of fertilizer.

동물성과 식물성 바이오매스의 혼합 비율별 열분해에 따른 바이오차의 특성 변화

노준석(Jun-Suk Rho),김신실(Sin-Sil Kim),이재훈(Jea-Hoon Lee),이수림(Su-Lim Lee),박종환(Jong-Hwan Park),서동철(Dong-Cheol Seo) 한국토양비료학회 2022 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2022 No.10

축사 깔짚의 사용기간 연장을 위한 바이오차, 피트모스 및 코코피트의 효과

박유진(Yu-Jin Park),노준석(Jun-Suk Rho),이재훈(Jae-Hoon Lee),이수림(Su-Lim Lee),박종환(Jong-Hwan Park),서동철(Dong-Cheol Seo) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

최근 퇴비 부숙도 검사 의무화 기준이 강화됨에 따라 축사의 깔짚 사용기간과 부숙도 관리가 중요시되고 있다. 강화된 부숙도 검사 기준에 부합하기 위해 수분 조절능력이 중요한데, 퇴비 처리에 사용되고 있는 약 10여 종의 수분조절재는 강화된 퇴비 부숙도 검사 기준을 맞추기에 부적합하여 새로운 깔짚 소재의 개발이 요구되고있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 새로운 깔짚소재를 개발하기 위한 기초연구로 바이오차(BC), 피트모스(PM) 및 코코피트(CP)가 축사에서 수분조절재로서의 활용 가능성을 대해 평가하고자 하였다. 깔짚소재인 PM, CP 및 BC의 이화학적 특성을 조사하였으며 수분 조절 특성을 파악하기 위해 대조구로 톱밥(SD)을 사용하여 water holding capacity(WHC)와 water adsorption rate(WAR)를 측정하였다. 깔짚 소재의 이화학적 특성을 분석한 결과 깔짚 소재 모두 pH, EC, T-N 등이 기존 깔짚과 유사하였으며, WHC는 BC>>CP≒SD≒PM 순으로 다른 소재에 비해 BC가 높았고, 동일 부피 대비 최대 수분 흡수율은 BC>PM>CP≒SD 순으로 BC가 가장 높았다. 이상의 결과를 통해 BC, PM, CP는 깔짚 소재로 활용 하여 깔짚 사용기간을 연장할 수 있을 것으로 판단되며, 특히 BC는 수분 흡수능력과 보수력에서 높은 수치를 보여 효과적인 수분조절재로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

화학적 활성화가 폐사체 바이오차의 물리적 특성에 미치는 영향

김신실(Sin-Sil Kim),노준석(Jun-Suk Rho),이수림(Su-Lim Lee),이재훈(Jae-Hoon Lee),박종환(Jong-Hwan Park),서동철(Dong-Cheol Seo) 한국토양비료학회 2022 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2022 No.10

음식폐기물 바이오차의 염분제거를 위한 초음파 처리 기술의 개발

김신실 ( Sin-sil Kim ),노준석 ( Jun-suk Rho ),박유진 ( Yu-jin Park ),김근우 ( Keon-woo Kim ),서동철 ( Dong-cheol Seo ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

음식폐기물(FW)은 도시고형폐기물의 20~25% 이상을 차지하며, 매년 배출량이 증가하고 있어 감량화하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. FW의 함수율은 70% 이상으로 매우 높아 부패가 쉬워 처리에 어려움을 겪고 있다. 호기성 퇴비화는 FW를 처리하는데 있어 40~50% 정도만 감량화되는데, FW를 열분해할 경우에는 75~80% 이상의 감량화 효과를 가져올 수 있다. 하지만 열분해시 음식폐기물 내의 염분이 농축되어 음식폐기물 바이오차(FWBC)의 염분함량이 농축되는 부작용이 발생하게 된다. FWBC는 열분해 온도에 따라 5~10%까지 염분함량이 농축되어 이를 처리하기 위한 후처리공정이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 음식 폐기물을 감량화하기 위해 열분해할 경우 발생하는 염분농축 문제를 해결하고자 탈염을 위한 초음파 처리 조건에 따른 음식 폐기물의 염분제거효과를 확인하고자 하였다. FW를 350℃에서 4시간 동안 열분해하여 FWBC로 제조하였을 때, 염분 함량은 5% 이상으로 농축되었다. FWBC의 염분을 제거하기 위해 35Hz와 53Hz의 세기의 초음파를 시간에 따라 처리하였다. 반응 후 35Hz에서는 5 sec, 53Hz에서는 15 sec 만에 염분함량을 1% 미만으로 감소시켰고, 반응 1 min 후 모든 처리구에서 90% 이상의 높은 염분 제거 효율을 나타냈다. 반면 물세척의 경우 반응 30 min이 지나야 염분제거 효율이 90% 이상에 도달하였다. 이러한 결과는 FWBC의 염분제거과정에서 초음파기반의 탈염기술을 도입하는 것이 효과적임을 시사한다.

열분해 온도가 음식폐기물 바이오차의 이화학적 특성에 미치는 영향

김신실 ( Sin-sil Kim ),노준석 ( Jun-suk Rho ),이수림 ( Su-lim Lee ),이재훈 ( Jae-hoon Lee ),최아영 ( Ah-young Choi ),이슬린 ( Seul-rin Lee ),박유진 ( Yu-jin Park ),박미나 ( Mi-na Park ),박종환 ( Jong-hwan Park ),서동철 ( Dong-cheo 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2022 No.-

현재 우리나라 음식 폐기물은 15,000톤/일 가량이 발생하고 있으며 처리 비용만 연간 1조원 이상이 소요되는 것으로 알려져 있다. 기존의 처리방식인 직매립 및 해양투기는 법 개정과 런던협약에 의해 금지되었고, 이에 따라 음식 폐기물의 자원화 기술 개발의 필요성이 대두되었다. 현재 퇴비화, 사료화 등을 통한 자원화를 진행하고 있으나 식물의 염류 장해, 가축 질병 발생 및 긴 처리시간 소요 등의 문제점이 잇따라 발생하며 보다 실용적이고 효율적인 방안이 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 열분해를 통해 음식 폐기물 바이오차를 제조한 후, 열분해 온도에 따른 이화학적 특성을 분석하여 자원으로써 활용 가능성을 평가하였다. 음식 폐기물(이하 FW) 일정량을 각각 350℃, 500℃ 및 700℃(이하 FWB350, FWB500, FWB700)에서 4시간 동안 열분해 하여 바이오차를 제조하였고, 각각의 이화학적 특성을 분석하였다. 분석 결과 유기물 함량은 40.85%(FWB700)<46.83%(FWB500)<72.26%(FWB350)<82.69%(FW)로 나타났으며, pH는 5.11(FW)<6.94(FWB350)<10.14 (FWB500)<11.74(FWB700)로 나타났다. 무기성분 함량은 FW에서 T-N(2.58%), P(0.9%), K(0.8%), Ca (3.66%), Mg(0.16%), Na(1.44%)로 나타났으며, FWB에서는 T-N(2.22-2.89%), P(1.78-3.28%), K(1.63- 2.75%), Ca(8.02-13.7%), Mg(0.31-0.56%), Na(2.27-4.26%)로 열분해 온도가 높아질수록 함량이 더 높아지는 경향을 나타냈다. 유해 중금속인 As, Cd, Pb, Hg는 미검출 되었다. FT-IR 분석결과 FW에서는 보이지 않던 C-Cl 결합이 FWB에서 565cm^-1과 605cm^-1에서 나타났다. FW, FWB350에서는 관찰되던 2923cm^-1의 NH₄⁺ 작용기는 FWB500, FWB700에서는 사라졌다. 1040cm^-1에서 C-OH결합, 1634cm^-1에서 C=C 결합, 3433cm^-1에서 OH작용기는 공통적으로 나타났으며 온도가 높아질수록 강도가 세지는 경향을 나타냈다. 위의 결과를 토대로 식물 생장에 필수적인 무기성분을 다량 함유하고 있는 양질의 FWB는 식물 생육 증진 및 토양 개량제로서의 잠재성을 가지고 있다고 평가될 수 있다.

바이오차, 피트모스 및 코코피트 깔짚 소재가 우분뇨 퇴비화에 미치는 영향

나성연(Seong-Yeon Na),이재훈(Jae-Hoon Lee),이수림(Su-Lim Lee),노준석(Jun-Suk Rho),박종환(Jong-Hwan Park),서동철(Dong-Cheol Seo) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

최근에 퇴비 부숙도 검사 의무화로 퇴비품질기준이 강화되었고, 축산 농가에서는 가축분뇨로부터 발생하는 악취로 인한 문제가 심각한 실정에 있다. 이에 본 연구에서는 통기성을 증대하고, 암모니아 휘산감소, 퇴비 개량 등의 효과가 있는 바이오차(㈜한국남동발전)와 수분흡수율이 높고 악취저감 효과가 있는 피트모스 및 코코피트 등을 깔짚으로 활용하기 위해 각 소재의 악취 저감 및 부숙 촉진 효과를 조사하였다. 본 연구에서는 우사에서 배출된 우분뇨를 이용하여 소형 퇴비화 장치에서 퇴비화 실험을 수행하였다. 퇴비화 기간 중 온도, 수분, C/N비, pH, EC, 부숙도 및 지정악취물질 22종 등을 조사하였다. 퇴비화 초기 수분함량 55~64% 였으며, 온도, C/N비, pH 및 EC는 일반적인 퇴비화 과정과 유사한 경향을 보였다. 바이오차와 피트모스에 의한 우분 퇴비는 톱밥에 비해 부숙이 촉진되었다. 퇴비화 중 악취 저감율은 바이오차와 피트모스가 톱밥에 비해 매우 뛰어났다. 특히 바이오차는 통기성 개선, 암모니아 휘산감소 등의 효과가 우수하였으며, 피트모스는 부숙 효율 향상 및 악취 저감 능력이 우수하였다.

미량원소가 함유 바이오차 복합비료가 상추와 배추의 생육에 미치는 영향

이수림 ( Su-lim Lee ),이재훈 ( Jae-hoon Lee ),노준석 ( Jun-suk Rho ),최아영 ( Ah-young Choi ),김신실 ( Sin-sil Kim ),이슬린 ( Seul-rin Lee ),박유진 ( Yu-jin Park ),박종환 ( Jong-hwan Park ),서동철 ( Dong-cheol Seo ) 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2022 No.-

본 연구진에 의해 우드펠릿 기반 전소발전소에서 생성된 저회는 바이오차로 규명되었다. 바이오차는 많은 연구를 통해서 토양개량제로서 많은 물리화학적 기능을 수행할 수 있다고 보고되었다. 또한, 바이오차를 처리하면 토양의 양분 보유능력이 향상되고, 미량원소 공급 등에 효과적 이라고 평가되었다. 바이오차는 다양한 미량원소 성분을 보유하고 있지만, 일부 식물에 필수적인 미량원소의 함량이 부족하여 시용 시 비료와 혼용이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 미량원소 성분이 보증된 미량원소 함유 바이오차의 처리가 상추 및 배추의 생육에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. WB에 붕소와 몰리브덴의 함량을 보증하기 위해서 붕소와 몰리브덴을 첨가하였다. 붕소와 몰리브덴의 함유량은 각각 0.05 및 0.0005%가 되게 하였고, 이들은 수용성으로 제조하여 함량을 보증하였다. 미량원소 복합저회는 100 kg/10a를 기준으로 50(반배량), 100(기준량) 및 200(두배량) kg/10a 으로 처리하였고, NPK는 상추 및 배추의 권장시비량으로 처리하였다. NPK에 미량원소 함유 바이오차를 처리하였을 때 NPK만 처리하였을 때 보다 상추의 생육이 약 40.8% 증가하였다. 최적의 미량원소 복합비료 처리량은 50 kg/10a 이었으며, 이때의 상추 생산량은 2150 kg/10a, 생산지수는 172 이었다. 배추의 생육은 상추의 생육과 유사하게 NPK 처리구에 비해서 미량원소 복합비료 처리구에서 증가하였으며, 미량원소 복합비료 50 및 100 kg/10a 처리구의 생체중은 거의 유사하였다. 하지만, 미량원소 복합비료의 처리량이 200 kg/10a로 증가하였을 때 배추의 생체중은 약간 감소하여, 배추의 미량원소 복합비료 최적 처리량은 50~100 kg/10a 이었다. 본 연구결과를 통해서 붕소 및 몰리브덴이 보증된 WB는 상추 및 배추의 생육을 증진할 수 있는 비료로써 활용할 수 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 미량원소 복합비료의 최적 처리조건을 구명할 수 있었다.