탄소중립 실현을 위한 바이오차의 농업적 활용 방안

서동철(Dong-Cheol Seo) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

최근 국내 순배출량이 0이 되는 2050 탄소중립 시나리오 2개 안이 최종 제시었으며, 하나는 화력발전 전면 중단 등 배출 자체를 최대한 줄이는 A안이며, 다른 하나는 액화천연가스(LNG) 발전이 잔존하는 대신 탄소포집·이용·저장기술 등 온실가스 제거기술을 적극 활용하는 B안이다. 특히 농축수산 부문은 저탄소 영농법 확대, 폐기물 부문은 폐기물 감량 및 재활용 확대와, 바이오가스의 에너지 활용 등으로 온실가스를 최대한 감축할 계획으로 알려졌지만, 농축수산 부문의 감축량은 2018년 2,470만톤에서 2030년 1,710만톤, 2050년 1,540만톤을 배출하는 것으로 계획되어 타 분야에 비해 감축속도가 빠르지 않다. 이러한 탄소중립실현을 위해 최근 탄소 네가티브를 위한 다양한 기술이 이슈화되고 있으며, 농축수산 부분에서 저탄소 영농법과 폐기물 감량 및 재활용 확대가 가능한 바이오차의 활용이 다양하게 제시되고 있다. 본 연구진은 폐기물을 재활용하여 농업적으로 활용하기 위한 바이오차 연구를 수십 년간 진행하면서, 최근 노후화된 화력발전소(한국남동발전㈜)가 바이오매스 전소발전소로 전환되면서 발생하는 폐기물인 저회(bottom ash)를 국내 최초로 바이오차로 규명하고 작물생육 및 토양개량효과를 제시하여, 2021년에 바이오차가 비료공정 규격에 등록되었다. 최근 본 연구진에 의해 바이오매스 전소발전소에서 에너지를 생산한 후 배출되는 바이오차는 균질성과 경제성이 입증되었고, 600℃이상의 고온바이오차로 규명되었다. 현재 농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업과 바이오숯을 활용한 저탄소 농업기술 확산 시범사업을 통해 농가에 확대 보급하고 있다. 또 다른 농축산분야 폐기물인 살처분가축과 폐사 가축사체는 매몰 후 완전분해하는데 10년 이상의 장시간이 소요될 뿐만 아니라 완전분해가 사실상 불가능한 경우가 대부분으로 현재 대부분의 가축매몰지로 인한 환경오염문제가 심각한 실정이다. 이에 매몰지내 사체나 폐사체를 이용한 재활용 및 자원화가 시도되고 있으며, 본 연구진은 이들 폐사체를 활용한 동물 바이오매스 유래 바이오차를 제조하였다. 동물 바이오매스 유래 바이오차는 식물 바이오매스 유래 바이오차와 달리 독특한 물리화학적 특성가지고 있어 이를 활용한 고기능성 토양개량제를 개발하였다. 특히, 개발된 동물 바이오매스 유래 바이오차는 작물생육증진, 토양개량효과 및 오염물질 흡착 등 다양한 분야에 적용하여 고기능성 제품을 개발할 수 있을 것으로 판단된다. 이상의 다양한 바이오차들을 이용한 탄소 네거티브 기술을 농업에 확대 적용한다면 농축수산 부분 감축량을 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

Bacillus licheniformis KJ-9를 이용한 항균발효퇴비의 생산

Dong-Cheol Seo(서동철),Jeong-Ae Ko(고정애),Sang-Won Lee(이상원) 한국생명과학회 2010 생명과학회지 Vol.20 No.9

환경친화적인 항균발효퇴비를 생산할 목적으로 식물병원성 균주에 대하여 항균활성이 우수한 B. licheniformis KJ-9를 톱밥우분에 접종하여 고품질의 항균발효퇴비(B. licheniformis KJ 9 fermented compost, BLC)의 개발을 행하였다. B. licheniformis KJ-9가 생산한 물질의 온도 안정성은 100℃, 10분간 열처리하여도 약 60% 이상의 항균활성을 유지하였으며, pH 안정성은 산성보다는 pH 7.0 이상의 중성 및 알칼리성 영역에서 높은 항균활성을 유지하였다. 퇴비를 제조하는 과정에서 BLC의 경우는 우분 냄새가 확실히 줄어들었으며 또한 퇴비의 발효시간도 3일 정도 단축되었다. 고추의 pot실험 결과 BLC를 첨가한 시험구 이외의 다른 시험구에서는 고추 잎이 마르고 약간의 황색반점이 발생하였다. 그리고 BLC를 이용한 시험구는 밭 흙만을 사용한 시험구 및 밭 흙에 기존의 판매퇴비(commercial available compost, CC)를 혼합한 시험구보다 잎의 수가 많고(1.5~2배), 줄기 및 뿌리의 성장이 빠르며, 줄기가 굵은(1.5~3배) 것으로 나타났다. 마늘 및 들깨를 재배한 현장적용 실험결과 두 시험구 모두 자연발생적인 병충해의 피해는 없었지만 BLC를 사용한 밭에서 마늘 및 들깨의 생육이 현저하게 빠른 것을 관찰할 수 있었다. In order to produce environmental-friendly fermented compost, a cattle manure-sawdust compost (antifungal compost) was developed by inoculation of B. licheniformis KJ-9 to cattle manure-sawdust. The thermal stability of the antifungal substance produced by B. licheniformis KJ-9 maintained more than 60% antifungal activity with heat treatment at 100℃ for 10 min, and the optimum pH of antifungal activity of the substance was 7.0. In a pot experiment with red pepper, the antifungal compost increased 1.5~2 times in leaf number and stem and root growth rate compared to those of commercial compost. Also, the diameter of stems increased 1.5-3 times in the antifungal compost treated group. The amount of microbes increased markedly in soil supplemented with antifungal compost compared to the control. In the field experiment for cultivation of garlic and Perilla japonica, the growth of both crops was significantly enhanced in the field treated with antifungal compost as compared to the commercial compost.

토양으로부터 분리한 Bacillus licheniformis KJ 9의 특성

Dong-Cheol Seo(서동철),Jeong-Ae Ko(고정애),Sang-Won Gal(갈상완),Sang-Won Lee(이상원) 한국생명과학회 2010 생명과학회지 Vol.20 No.3

고품질의 발효퇴비를 생산할 목적으로 자연계로부터 효소활성이 높고 식물병원성 균주에 대한 항균활성이 우수한 미생물을 순수분리 하여 배양학적 특성을 검토하였다. 부엽토 등으로부터 CMCase, protease 및 chitinase 활성이 높고 식물병원성 균주에 대하여 항균활성이 우수한 KJ-9균주를 분리한 다음 형태학적 및 생화학적 특성을 검토하고 Bergey's Mannual of Systematic Bacteriology의 방법과 ATB (Automated Identification) computer system (Bio Merieux, France)을 이용한 API 50 CHL Carbohydrate Test Kit(Bio Merieux, France)를 통하여 동정한 결과 Bacillus licheniformis로 밝혀졌다. B. licheniformis KJ-9의 최적배지 성분을 검토한 결과 탄소원은 1.5% soluble starch, 질소원은 0.5% yeast extract, 무기염은 0.05% MgSO₄ㆍ7H₂O 이었으며, 배지의 초기 pH는 7.0, 배양온도는 50oC 그리고 진탕속도는 180 rpm으로 밝혀졌다. 최적배양 조건으로 B. licheniformis KJ-9를 배양하였을 때 36~60hr째의 배양액은 잿빛 곰팡이병을 유발하는 Botrytis cinerea, 잎마름병의 원인균인 Corynespora cassicola, 시들음병을 유발하는 Fusarium oxysporum, 잘록병의 원인균인 Rhizoctonia solani의 식물병원성 미생물 균사생장을 효과적으로 억제하였다. In order to produce high-quality fermenting composts, a microorganism was isolated from the natural world. The bacterium has not only in high enzyme activities but also had good antimicrobial activities against phytopathogenic microorganisms. Its cultivating characteristics were then investigated. Bacterium KJ-9, which contains high CMCase, protease and chitinase activities and excellent antimicrobial activities against phytopathogenic microorganisms, was separated from leaf mold and identified as Bacillus licheniformis by two methods: Bergey's Manual of Systematic Bacteriology and API 50 CHL Carbohydrate Test Kit (Bio Merieux, France) using an ATB (Automated Identification) computer system (Bio Merieux, France). Optimal medium for cultivation of B. licheniformis was 2% soluble starch as a carbon source, 0.5% yeast extract as a nitrogen source and 0.05% MgSO₄ㆍ7H₂O. Optimal growth conditions of pH, temperature and shake speed were pH 7.0, 50℃and 180 rpm, respectively. Culture broth of B. licheniformis KJ-9 cultured for 36~60 hr was effective in fungicidal activities against plant pathogens including Botrytis cinerea, Corynespora cassicola, Fusarium oxysporum, and Rhizoctonia solani.

주암호 상류지역 인공습지에서 Real-time PCR과 MPN 법에 의한 탈질 미생물 분포

서동철 ( Dong Cheol Seo ),한명자 ( Myung Ja Han ),박종환 ( Jong Hwan Park ),장남익 ( Nam Ik Chang ),최훈근 ( Hun Geun Choi ),허종수 ( Jong Soo Heo ),조주식 ( Ju Sik Cho ) 한국환경농학회 2009 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2009 No.1

게르마늄 종류별 토양처리시 벼의 생육특성 및 게르마늄 흡수에 미치는 영향

서동철(Dong-Cheol Seo),천영석(Yeong-Seok Cheon),박성규(Seong-Kyu Park),박종환(Jong-Hwan Park),김아름(Ah-Reum Kim),이원규(Won-Gyu Lee),이성태(Seong-Tae Lee),이영한(Young-Han Lee),조주식(Ju-Sik Cho),허종수(Jong-Soo Heo) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회지 Vol.43 No.2

게르마늄 토양처리시 게르마늄 종류가 벼의 생육특성 및 부위별 게르마늄 흡수에 미치는 영향을 조사하기 위해 무기게르마늄 (GeO₂)과 수도작용 액상게르마늄으로 시비를 달리하여 게르마늄 종류에 따른 벼의 생육특성, 게르마늄 종류에 따른 부위별 게르마늄 흡수 특성을 각각 조사한 결과 수도작용 액상게르마늄 처리구와 무처리구의 경우 벼에 게르마늄에 의한 독성이 거의 나타나지 않은 반면에 GeO₂ 처리구에서는 일부 벼에서 게르마늄의 독성이 나타났다. 게르마늄 종류에 따른 잎의 게르마늄 흡수량은 GeO₂ 처리구에서 평균 177.0 ㎍ m?²로 수도작용 액상게르마늄 처리구보다 약 6배 높았으나, 줄기와 뿌리의 게르마늄 흡수량은 게르마늄 종류에 따라 전반적으로 큰 차이는 없었다. 게르마늄 종류에 따른 쌀겨 중 게르마늄 함량은 GeO₂ 처리구 및 수도작용 액상게르마늄 처리구 모두 별 차이 없이 비슷한 경향이었고, 현미 중 게르마늄 함량은 GeO₂ 처리구에서 평균 40.9 ㎎ ㎏?¹으로 수도작용 액상게르마늄 처리구의 평균 31.1 ㎎ ㎏?¹보다 유의성 있게 높았다. 하지만 백미 중 게르마늄 함량은 GeO₂ 처리구에서 평균 7.9 ㎎ ㎏?¹으로 수도작용 액상게르마늄 처리구의 평균 14.3 ㎎ ㎏?¹보다 유의성 있게 낮았다. 게르마늄 종류에 따른 벼 부위별 게르마늄 흡수율은 전반적으로 잎 > 쌀겨 > 현미(백미) > 줄기 > 뿌리 순으로 잎에서 가장 높았다. 쌀의 미질은 전반적으로 게르마늄 종류에 따라 별 차이 없었으나 무처리구에 비해 약간 낮은 경향을 나타내었다. In order to obtain the basic information for agricultural utilization of germanium (Ge), the growth characteristics, Ge uptake, and grain quality of rice plant (Hopyungbyeo) were investigated under different germanium (GeO₂, and commercial Ge) treatments in paddy field. Phytotoxicity was detected in GeO₂ treatment but not in commercial Ge treatment. The grain yield was greater in the order of control treatment > commercial Ge treatment > GeO₂ treatment. The dry weight was greater in order of control treatment > GeO₂ treatment ≥ commercial Ge treatment. The Ge content of leaf in GeO₂ treatment was 6 times (177 ㎎ m?²) higher than that in commercial Ge treatment. The Ge content in rice bran was not different in GeO₂, and commercial Ge treatments. The Ge contents of brown rice in GeO₂, and commercial treatments were 40.9, and 31.1 ㎎ ㎏?¹, respectively. The Ge uptake rates in rice plant was higher in the order of leaf > rice bran > brown rice > stem > root. Under GeO₂, 15.56% of Ge absorbed into plant with 11.1% in leaf, 1.6% in stem, 0.03% in root, 2.2% in rice bran and 0.73% in brown rice. Under commercial Ge treatment, 5.19% of Ge absorbed into plant with 1.8% in leaf, 0.46% in stem, 0,01% in root, 2.2% in rice bran, and 0.71% in brown rice. Based on these results, the Ge contents in polished rice in commercial Ge treatment were higher than those in GeO₂ treatment. However, the Ge contents of rice grain (containing rice bran and polished rice) in GeO₂ treatment were higher than those in commercial Ge treatment.

시설하우스 폐양액 주입방법 및 여재 특성에 따른 인공습지에서 수질오염물질의 처리효율

서동철 ( Dong Cheol Seo ),박종환 ( Jong Hwan Park ),천영석 ( Yeong Seok Cheon ),박성규 ( Seong Kyu Park ),김아름 ( Ah Reum Kim ),이원규 ( Won Gyu Lee ),이상원 ( Sang Won Lee ),이성태 ( Seong Tae Lee ),조주식 ( Ju Sik Cho ),허종수 한국환경농학회 2010 한국환경농학회지 Vol.29 No.2

In order to improve T-N and T-P removal in HF (horizontal flow)-HF hybrid constructed wetlands by natural purification method for treating the hydroponic wastewater in greenhouses, the efficiency of water treatment as affected by the injection method of hydroponic wastewater, the addition of special filter media, the particle size of filter media, and the injection ratio of hydroponic wastewater in 1st HF and 2nd HF beds were investigated in small-scale HF-HF hydroponic wastewater treatment apparatus. Removal rate of T-P in the water in HF-HF hydroponic wastewater treatment apparatus with calcite as affected by addition method of special filter media was higher than that in HF-HF hydroponic wastewater treatment apparatus with other filter media. Removal rate of BOD, COD, SS, T-N and T-P in the water in mixed filter media with calcite were 86, 84, 87, 50 and 97%, respectively. Removals of pollutants except for T-P in the water were slightly different. Therefore, it should be considered that the removal rate of T-P was good for calcite in HF-HF hydroponic wastewater treatment apparatus. To improve T-N and T-P removal, the optimum particle size of filter media was 1.2 mm, and the optimum injection ratio (1st HF bed:2nd HF bed) of hydroponic wastewater was 60:40.

포스터 발표 : 수질환경 분야 ; 자연정화공법에 의한 시설하우스 폐양액 처리장치에서 황산화 탈질균 적용을 위한 최적 조건 (초)

서동철 ( Dong Cheol Seo ),박성규 ( Seong Kyu Park ),윤혜숙 ( Hae Suk Yoon ),박종환 ( Jong Hwan Park ),조주식 ( Ju Sik Cho ),천영석 ( Yeong Seok Cheon ),허종수 ( Jong Soo Heo ) 한국환경농학회 2009 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2009 No.2

단일 통풍형과 이중 통풍형 인공습지시스템의 하수처리 효율 비교

서동철 ( Dong Cheol Seo ),임석천 ( Seok Cheon Lim ),조인성 ( In Seong Jo ),이병주 ( Byeong Ju Lee ),이홍재 ( Hong Jae Lee ),김상돈 ( Sang Don Kim ),이준배 ( Jun Bae Lee ),조주식 ( Ju Sik Cho ),허종수 ( Jong Soo Heo ) 한국환경농학회 2009 한국환경농학회지 Vol.28 No.3

To develop environmentally friendly constructed wetlands(CWs) for treating domestic sewage which was produced in farming and fishing village, the efficiency of water treatment at different ventilation systems in the vertical bed, depths of horizontal bed, and sewage loads was investigated. In the vertical bed, BOD and COD by duplex ventilation system were lower than those by single ventilation system. But T-N and T-P concentrations by both ventilation systems in the vertical bed were little different. In the horizontal bed, BOD, COD, T-N and T-P in 1.0 m and 1.3 m depths were little different. To reduce the CWs` area and to improve the pollutant removal efficiencies, the optimum depth of horizontal bed was 1.3 m. In single and duplex ventilation CWs, the removal rate of BOD, COD, SS, T-N and T-P decreased slightly with the sewage load increases. In same sewage load conditions, the removal rates of BOD, COD, SS, T-N and T-P by duplex ventilation CWs were higher than those by single ventilation CWs. In summary, to effectively treat domestic sewage from farming and fishing village, the optimum constructed wetlands would be the duplex ventilation CWs.

비점오염원 처리를 위한 주암호 상수원 상류지역 인공습지의 계절별 정화효율 평가

서동철 ( Dong Cheol Seo ),한명자 ( Myung Ja Han ),김용찬 ( Yong Chan Kim ),전영문 ( Young Moon Chun ),박종환,허종수 ( Jong Soo Heo ),조주식 ( Ju Sik Cho ) 한국환경농학회 2009 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2009 No.1

자연정화공법에 의한 하수처리장에서 오염물질의 존재형태별 처리효율

서동철 ( Dong Cheol Seo ),이병주 ( Byeong Ju Lee ),황승하 ( Seung Ha Hwang ),이홍재 ( Hong Jae Lee ),조주식 ( Ju Sik Cho ),이상원 ( Sang Won Lee ),김홍출 ( Hong Chul Kim ),허종수 ( Jong Soo Heo ) 한국환경농학회 2006 한국환경농학회지 Vol.25 No.2

A study was conducted to investigate the behavior of pollutants forms at each area in the sewage treatment plant by natural purification method. The sewage treatment plant by natural purification method that consisted of aerobic and anaerobic area was constructed. The efficiency of sewage treatment depending on the operation time, the loading amount of pollutant, season variation were investigated. The removal amount of BOD, COD, TOC and SS in the aerobic area was significantly increased as the treatment proceeded. Decreased BOD, COD, TOC, SS, T-N and T-P depending on the loading amount of pollutants in the aerobic and ananerobic area were mostly insoluble BOD (IBOD), insoluble COD (ICOD), soluble TOC (STOC), volatile SS (VSS), dissolved T-N (DTN) and dissolved T-N (DTP) types, respectively. The removal efficiency of BOD, COD, TOC, SS, T-N and T-P in hot season (summer and autumn) were more than that in cold season (spring and winter). The removal efficiencies of BOD, COD, TOC, SS, T-N and T-P of the effluent were about 92, 89, 73, 95, 46 and 84% in all seasons, respectively.