초록 ▼

Ⅴ. 연구개발결과
1. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 환경기술개발
가. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 환경기술 기반구축
농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화에 대응하기 위한 환경기술 기반 기술을 구축하기 위해 본 연구에서는 다양한 농림바이오매스를 이용하여 biochar를 제조하였고, 제조된 biochar의 물리화학적 특성을 조사하여 환경정화용 biochar제조를 위한 최적조건을 조사하

Ⅴ. 연구개발결과
1. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 환경기술개발
가. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 환경기술 기반구축
농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화에 대응하기 위한 환경기술 기반 기술을 구축하기 위해 본 연구에서는 다양한 농림바이오매스를 이용하여 biochar를 제조하였고, 제조된 biochar의 물리화학적 특성을 조사하여 환경정화용 biochar제조를 위한 최적조건을 조사하였다. 또한 제조된 biochar를 이용하여 오염물질의 흡착특성을 평가하였다.
1) 농림 부산물을 활용한 환경정화용 기능성 biochar 생산기술 기반 구축
○ 드럼형 및 전기가열형 biochar 제조장치를 각각 설계 및 제작하였으며, 농업부산물 biochar의 수율, 물리화학적 특성 등을 고려하여 드럼형 및 전기가열형 biochar 제조장치의 효율성을 조사한 결과 환경정화용 biochar 제조를 위해서는 전기가열형 biochar 제조장치가 드럼형 biochar 제조장치에 비해 더 효율적이었다.
○ 농림부산물 종류별 biochar의 수율 및 총 탄소 함량을 고려한 최적조건은 열분해 온도(300, 400, 500 및 600℃) 및 시간(4, 5 및 6시간)을 달리하여 조사하였으며, 그 결과 온도가 증가함에 따라 biochar의 수율은 감소하고, 총 탄소 함량은 증가하는 경향이었으며, 열분해 시간에 따른 biochar의 수율 및 총 탄소 함량은 별 다른 차이 없이 비슷한 경향이었다. 농림부산물 biochar 생산을 위한 최적 biochar 열분해 온도는 전반적으로 500℃ 이상이었으며, 열분해 시간은 4시간이었다.
○ 최적 열분해 온도 및 시간에 따른 농림부산물 종류별 biochar 수율은 담뱃대 (29.2%) >솔방울 (27%) > 참깻대 (26.4%) > 고춧대 (25.9%) > 솔잎 (25.5%) ≒ 복숭아나무 전정지 (25.5%) ≧ 옥수수대 (25.3%) ≧ 감나무 전정지 (25.2%) ≧ 벚꽃나무 (24.9%) > 사과나무 전정지 (23.1%) > 대나무 (21.3%) > 배나무 전정지 (19.4%) > 플라타너스 (15.6%)순으로 담뱃대가 가장 높았고, 플라타너스가 가장 낮았다.
2) 농림 부산물을 활용한 환경정화용 biochar의 가치 및 활용 가능성 검토
○ 농림부산물을 활용한 환경정화용 biochar의 가치 및 활용 가능성을 검토하기 위해 biochar의 무기성분 용출특성을 조사한 결과 농림부산물 biochar는 1시간까지 무기성분용출농도가 급격히 증가하였으나, 4시간이후에는 안정적이며 낮은 농도로 유출되었다. 또한 농림부산물 biochar에서 용출되는 무기성분을 제거하기 위한 세척횟수 조사한 결과 3회 이상 세척할 경우 환경정화용으로 사용이 가능할 것으로 판단되었다. 이상의 결과를 미루어 볼 때 biochar는 여과제나 흡착제 등의 환경정화용으로 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.
3) 농림부산물 종류별로 생산된 biochar의 물리․화학적 특성 비교
○ 열분해 온도 및 시간에 따른 농림부산물 biochar의 화학적인 특성은 전반적으로 열분해 온도가 증가함에 따라 EC, T-N, T-P, K, Ca 및 Mg 등과 중금속 함량은 증가하는 경향이었으며, 열분해 시간에 따라서는 별 다른 차이 없이 유사한 경향이었다.
○ 열분해 온도 및 시간에 따른 농림부산물 종류별 biochar의 SEM으로 표면을 관찰한 결과 대부분의 농림부산물 biochar 표면은 매우 거칠었고, 많은 돌기가 발생되어져 있었으며, 다공성 구조를 관찰할 수가 있었다. 또한 내부 조직은 육각고리 형태를 관찰할 수가 있었다. 농림부산물 종류별 EDS 측정결과 온도가 증가함에 따라 시료표면의 탄소함량이 증가하는 경향이었고, 산소의 함량은 감소하는 경향이었다.
○ FT-IR을 이용한 농림부산물 biochar의 작용기는 760 cm^-1에서 C-H, 1,120 cm^-1에서 지방족 C-OH stretching (Bae and Koh, 2011), 1,350 cm^-1에서 C-N구조가 나타났으며, 1,480 cm^-1에서 -CH2, 1,610 cm^-1방향족 carbonyl/carboxyl C=O (Regmi et al., 2012), 1,680 cm^-1에서 방향족 C=C ring stretching (Bae and Koh, 2011), 2,880 cm^-1에서 C-H 가 나타났으며 3,400 cm^-1에서 O-H 작용기가 확인되었으며, 일반적으로 사용되는 활성탄에서 관찰되는 작용기와 유사하였다.
4) 농림부산물을 활용한 환경정화용 기능성 biochar 제조
○ 농림부산물을 활용한 환경정화용 기능성 biochar 제조하기 위해 본 연구에서는 농림부산물 종류별 제조된 biochar에 액상 활성화제제 (0.1N HCl, H₂SO₄, H₃ PO₄ )와 분말 활성화 제제(KOH, ZnCl₂, MgO, K₂SO₄ )를 이용하여 질소 및 인 흡착능력을 조사하였다. 액상활성화제제를 이용하여 biochar를 활성화한 경우 질소의 흡착능력은 활성화 이후 향상되었으나, 인의 흡착능력은 큰 차이 없이 전반적으로 낮았다. 분말 활성화제제를 이용하여 biochar를 활성화한 경우 질소 및 인 흡착능력은 모두 향상되었으며, 특히 ZnCl₂를 이용여 biochar를 활성화 하였을 때 인에 대한 흡착력이 매우 우수하였다. 활성화된 biochar의 질소 및 인 흡착능력은 활성탄과 비교해서도 우수하였다.
5) Batch실험에서 농림 부산물 종류별 biochar의 오염물질 흡착능 조사
○ Batch실험에서 농림부산물 종류별 biochar의 암모니아성 질소 흡착능 조사한 결과 Freundlich 및 Langmuir 등온흡착식 모두에서 농업부산물의 경우는 담뱃대 biochar가, 임산부산물의 경우는 대나무대 biochar가 가장 높은 흡착능을 보였다. 등온흡착식에 의한 인의 최대흡착능은 농업부산물 중에서는 배나무 biochar와 참깻대 biochar가, 임산부 산물 중에서는 대나무대 biochar가 가장 높았다. 농업부산물 종류별 biochar의 중금속 흡착능력을 조사한 결과 고추대 biochar는 납의 흡착능력이 우수하였으며, 담뱃대 biochar는 구리의 흡착능력이 우수하였고, 참깻대 biochar는 카드뮴 흡착능력이 우수하였다.
이상의 결과를 미루어볼 때, 다양한 농업부산물을 이용하여 biochar를 제조할 수 있으며 본 연구에서 제시한 환경정화용 biochar를 제조하기 위한 최적 열분해 온도 및 시간은 각각 600℃ 및 4시간이었다. Biochar의 중금속 및 암모니아 흡착능 조사결과 모든 중금속에 대하여 높은 흡착능을 보였으나, biochar의 인 용출로 인하여 인 흡착제로서 사용은 어려울 것으로 판단되었다. 이에 본 연구에서는 ZnCl₂로 활성화된 환경정화용 biochar를 개발하였으며, 개발된 환경 정화용 biochar는 인에 대해 높은 흡착능을 보였다.
나. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 환경 기술 개발 및 실용화
농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar의 생산 및 기후변화대응 환경기술 개발 및 실용화를 위하여 환경정화용 biochar제조 장치를 개발하였으며, biochar를 적용한 자연 정화시스템에서 수처리, 여재, 식물 및 미생물을 고려한 자연정화시스템에서 수생태학적 효율성과 지구온난화 영향을 평가를 하였다. 최종적으로 이상의 최적조건 및 개발된 연구결과를 바탕으로 실제현장에 자연정화시스템을 설계 및 시공하여 정화효율 및 온실가스 배출저감 효율을 평가하였으며, 개발된 자연정화시스템의 활용도를 높이기 위해 중금속 및 인 처리 가능성을평가하였다.
1) 농림 바이오매스를 활용한 환경정화용 biochar 제조장치 및 제조방법 개발
○ 환경정화용 biochar 제조장치는 1차년도의 제조시스템, 열분해 및 활성화방법 등을 모두 고려하여 열분해와 활성화가 동시에 이루어지는 시스템을 설계 및 제작하였다. 환경정화용 biochar 제조를 위한 최적조건을 구명한 결과 농림바이오매스 종류별 최적 연소시간은 600℃에서 4시간이었으며, 투입크기별 연소시간은 크기에 따라 별 다른 차이 없이 다양한 크기의 biochar 생산이 가능하였다.
○ 환경정화용 biochar의 제형화 및 규격화는 현재 환경정화용 biochar 제조장치에서 생산된 biochar와 질소 및 인 처리효율 증대를 위하여 질소의 흡착능력이 뛰어난 제올라이트, 인의 흡착 능력이 높은 방해석 및 제강슬래그 등을 이용하여 최적 입상형 biochar를 막대형, 구형 및 펠릿형 등 다양한 형태를 제조하였다.
2) 환경정화용 기능성 biochar의 오염물질 처리효율 평가
○ 단일 및 복합 중금속 용액에 대한 참깻대 biochar의 최대 흡착능 결과 단일 중금속에 대한 참깻대 biochar의 흡착능력은 뛰어났지만 복합 중금속 용액에 대해서는 대부분 중금속의 흡착능은 경쟁흡착으로 인해 감소하는 경향이었다. 납 및 구리의 흡착능은 단일이나 복합용액에서도 안정적이었으나, 카드뮴과 크롬의 흡착능은 현저하게 감소하는 경향이었다. 이와 같은 결과로 biochar는 광산지역 및 금속가공 공장지대에서 배출되는 중금속 폐수를 정화할 수 있는 여재로 사용이 가능할 것으로 판단되었다.
○ Column 실험에서 환경정화용 biochar의 처리효율 조사는 biochar 종류별 및 왕사와 biochar의 혼합비율에 따른 오염물질 처리효율을 조사한 결과 BOD 처리효율은 전반적으로 79.4-81.2%의 범위였고, SS 및 T-N의 처리효율은 참깨가 각각 91.2 및 41.2%으로 가장 높았고, 인의 경우에는 참깨가 54.6%으로 다른 biochar에 비해 높았다. 이상의 결과를 미루어 볼 때, 환경정화용 biochar의 경우 인의 흡착을 위해서는 반드시 ZnCl₂ 등을 활용 한 활성화단계가 필요하고, 인공습지 적용시 기존여재에 biochar를 혼합하는 것이 경제성이나 처리효율 면에서 가장 효과적일 것으로 판단된다. 또한 습지에 적용할 수 있는 biochar는 농업 및 산림에서 발생되는 대부분의 부산물들이 적용가능 할 것으로 판단된다.
○ 환경정화용 biochar가 적용된 인공습지의 부하량 및 오염원별 안정성 및 대응성을 검토한 결과 본 환경정화용 biochar를 적용한 인공습지는 하수, 폐양액 및 축산폐수 처리에 효과적이나 축산폐수의 경우 유입되는 오염물질 농도가 너무 높아 처리효율이 낮았다. 또한 축산폐수를 제외한 실험대상 폐수에서 부하량에 대한 대응성이 우수하였다.
○ 환경정화용 biochar를 이용한 소형의 인공습지에서 수생태학적 효율성을 평가한 결과, 환경정화용 bichar 종류별 T-N 및 T-P 정화효율은 대조구 (왕사 주입 처리구)에 비해 각각 13-23% 및 8-12%가 향상되었다. 특히 참깻대 biochar가 주입된 처리구의 정화효율은 다른 biochar에 비해 높은 처리효율을 보였다.
○ 환경정화용 biochar 종류별 BOD 및 SS에 대한 분해속도는 호기성 조의 경우 참깨 > 감나무 > 플라타너스 > 왕사순이었고, 혐기성조의 경우 참깨 > 플라타너스 > 감나무 > 왕사 순이었다. T-N에 대한 분해속도 호기성 조의 경우 참깨 > 플라타너스 > 감나무 > 왕사순이었으며, 혐기성조의 경우 참깨 > 감나무 > 플라타너스 > 왕사 순이었다. T-P에 대한 분해속도는 호기성 조의 경우 참깨 >> 감나무 > 플라타너스 > 왕사순이었으며, 혐기성조의 경우 참깨 > 감나무 > 플라타너스 > 왕사순이었다. 호기성조가 혐기성조에 비해 빠른 분해속도를 보였고, 왕사만 주입된 처리구에 비해 biochar가 혼합된 처리구에서 빠른 분해속도를 보였다.
3) 환경정화용 기능성 biochar의 지구온난화 영향 평가
○ 환경정화용 기능성 biochar의 지구온난화에 대한 영향을 평가한 결과 오폐수 종류에 따른 온실가스 발생량은 축산폐수 > 하수 > 폐양액 순이었으며, 환경정화용 biochar 종류에 따라서는 별 다른 차이 없이 비슷한 온실가스 발생량을 보였으며, 호기 및 혐기에 따른 온실가스 발생량은 호기성조에서는 CO₂ 및 N₂O의 발생량이 CH₄의 발생량 보다 많았으며, 반면에 혐기조의 경우는 CH₄가 CO₂ 및 N₂O에 비해 많이 발생되었다.
○ 소형 인공습지에서 온실가스를 집중 모니터링한 결과, 온실가스 발생량은 오후 12:00-02:00 가장 많은 온실가스가 발생되었다. 처리조별 온실가스 발생량은 호기성조가혐기성조에 비해 많았다. Biochar와 왕사가 혼한된 처리구에 온실가스 발생량은 왕사만 주입된 처리구에 비해 작았다. 소형 인공습지에서 장시간 온실가스를 모니터링한 결과, 모든 처리구에서 온실가스 발생량은 시기가 경과함에 따라 점점 증가하는 경향이었다.
○ CO₂와 N₂O 발생량은 호기성조가 혐기성조에 비해 많이 발생하였고, CH₄ 발생량은 혐기성조가 호기성조에 비해 많이 발생하였다.
○ 호기성조의 온실가스 발생량은 농림부산물 biochar가 혼합된 처리구가 왕사만 주입된 처리구에 비해 낮았으며, 참깻대, 플라타나스 및 감나무 biochar의 온실가스 저감효율은 각 각 6.6, 9.6 및 4.1%이었다. 혐기성조의 온실가스 저감효율은 참깻대 biochar가 다른 biochar에 비해 높았다. 전체 습지에서 온실가스 저감 효율은 참깻대 biochar 주입된 인공습지가 30.6%으로 가장 높았다.
4) 온실가스배출 저감효율 극대화를 위한 자연정화시스템 구축
○ 열분해 온도에 따라 수생식물의 biochar제조 수율 및 이화학적인 특성을 조사한 결과 수생식물 biochar제조를 위한 최적온도는 600℃이었다.
○ 갈대 biochar의 구리 및 카드뮴에 대한 경쟁흡착 특성을 조사하기 위해 인공습지에서 고사된 갈대를 열분해하여 biochar를 제조하고, 제조된 biochar를 batch 및 column 실험에 적용하여 Cu 및 Cd의 단일 및 이성분 용액에서 두 금속 이온간의 경쟁흡착 특성을 조사하였다. Freundlich와 Langmuir 등온흡착식을 이용하여 갈대 biochar의 단일 및 이성분용액에 대한 Cu 및 Cd의 흡착능을 조사한 결과 단일 용액에서는 Cd가 Cu에 비해 높았으나, 이성분 용액에서는 Cu가 Cd에 비해 높았다. Batch 및 Column 실험에서 Cu 및 Cd의 이성분 용액에서의 저감효율을 비교한 결과 batch실험의 경우 Cd는 61% 감소하였고, Cu는 28% 감소하였다.
○ 이상의 결과를 미루어 볼 때, Cd는 경쟁 이온이 없는 단일 용액에서는 biochar에 높은 흡착능을 보였으나, 이성분 용액에서는 경쟁관계인 Cu에 의해 상대적으로 흡착능이 감소하였다.
○ VF-HF조합형 인공습지에서 수생식물을 이용하여 biochar를 제조하고 이를 습지여재로 사용했을 경우 수생식물을 그대로 방치했을 때에 비해 43.6%의 온실가스 저감효율을 보였다. 띠라서 본 연구에서 개발된 수생식물 biochar를 여재에 혼합하여 사용한다면 수질정화능력 향상과 동시에 온실가스 저감효율를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
5) 인공습지 적용을 위한 biochar활용 중금속 및 인 처리기술
○ 습지에서 중금속과 인이 포함된 폐수를 효과적으로 처리하기 위해서는 1차조에는 중금속을 처리할 수 있는 biochar와 왕사의 조합이 최적조건이었으며, 2차조에는 인을 처리하기 위하여 활성화된 biochar와 왕사의 조합이 최적조건이었다.
○ 소형 인공습지를 제작하여 도금폐수 부하량에 따른 중금속 및 인 처리효율을 평가한 결과 Zn을 제외한 모든 오염물질을 90%이상의 높은 처리효율을 보였다. 소형 인공습지에서 도금폐수 중 Cd, Cr, Cu, Pb, Zn 및 P의 처리효율은 90%이상으로 중금속 및 인을 포함한 폐수처리에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
6) 온실가스배출 저감형 소형 자연정화시스템 개발
○ 하수처리를 위한 온실가스 배출저감형 자연정화시스템의 최적조합은 VF-HF조합형이었고, 하수처리를 위한 최적의 부하량은 1,000 L m^-2 day^-1이었다.
7) 온실가스배출 저감형 현장 자연정화시스템에서 영양염류 정화효율 평가
○ 현장 자연정화시스템에서의 처리시기별 오염물질의 처리효율을 조사한 결과, biochar가 적용되지 않은 자연정화시스템의 BOD, SS, T-N 및 T-P 처리효율은 각각 88.3, 98.2, 73.5 및 93.1%이었으며, biochar가 적용된 자연정화시스템은 각각 92.0, 99.3, 84.4 및 96.3%이었다. 자연정화시스템에서 환경정화용 biochar의 적용은 BOD, SS, T-N 및 T-P의 처리효율을 1차조의 경우는 14.9, 9.4, 17.2 및 22.8% 향상시킬 수가 있으며, 2차조의 경우는 3.7, 1.1, 10.9, 및 3.2% 향상시킬 수 있었다.
○ 자연정화시스템에서 계절별 오염물질의 처리효율을 조사한 결과, SS와 T-P는 계절적인 영향을 거의 받지 않고 모든 계절에서 높은 처리효율을 보였다. BOD 및 T-N는 여름> 봄 > 가을 > 겨울 순으로 미생물의 활성이 높은 여름철에 가장 높은 처리효율을 보인 반면, 온도가 낮은 겨울철에 가장 낮은 처리효율을 보였다.
8) 온실가스배출 저감형 현장 자연정화시스템에서 온실가스 저감효율 평가
○ Biochar를 주입한 자연정화시스템에서 지구온난화지수(GWP)는 호기 및 혐기성조가 각각 198.0 mg m^-2 hr^-1 및 106.7 mg m^-2 hr^-1이었다. 자연정화시스템에서 biochar 적용에 따른 온실가스 배출저감 효율은 biochar 무처리구 대비 호기성조의 경우 23.8%, 혐기성조의 경우는 36.6%의 온실가스를 저감시킬 수가 있었다.
○ 현장 자연정화시스템에서 계절적으로 발생되는 온실가스 배출특성을 보았을 때, 호기성조에서 여름에 CO₂나 CH₄의 발생량이 다른 계절에 비해 높게 배출되었으며, 혐기성조의 경우에는 여름에 CH₄의 배출량이 가장 많았고, 겨울에 가장 적게 배출되었다.
9) 온실가스배출 저감 자연정화시스템의 설계 규격화 및 관리지침
○ 온실가스배출 저감 자연정화시스템의 설계 규격화는 세부사항을 총 8단계로 구분하여 각단계별로 작성하였으며, 설계시공에 필요한 모든 제반사항 및 재료를 상세히 작성하였다. 관리지침의 경우는 각 처리조별로 세분화하여 작성하였다.
이상의 결과를 미루어 볼 때, 농림바이매스를 활용한 환경정화용 biochar는 기존의 자연정화 시스템의 여재에 비해 오염물질의 처리효율을 향상시킬 수가 있었으며, 자연정화시스템으로부터 배출되는 온실가스 발생량을 저감시킬 수 있었다. 이와 같이 환경정화용 biochar를 적용한 자연정화시스템은 기후변화대응 친환경적인 기술로 판단되며, 하수처리시설이나 중소규모 자연 정화시스템에 활용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 겨울철 고사되는 수생식물을 활용한 biochar 제조기술개발은 기존의 습지내에서 발생되는 온실가스를 저감시킬 수 있는 효과적인 방안이라 판단된다.
2. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 농업기술개발
가. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 농업기술 기반구축
농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar 생산기술 기반 구축을 위해 드럼형 화목 biochar 제조장치와 습식전기로 biochar 제조장치를 개발하였으며, 농업용 기능성 biochar의 토양개량제 자원으로서의 가치 및 활용 가능성을 검토하기 위하여 농업용 기능성 biochar의 물리적 특성과 화학적 특성을 조사하였다. 또한 농업용 기능성 biochar 제조기술 개발을 위해 농림부산물 종류별, 수분함량별, 제조방법별, 원료형태별 및 보조물질 혼합에 따른 biochar 제조 효율성을 조사하였으며, 최종적으로 biochar 제조 시스템 운영 최적인자를 결정하였다.
1) 농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar 생산기술 기반 구축
○ 농림 부산물을 활용한 농업용 biochar 생산을 위해 드럼형 화목 biochar 제조장치와 습식전기로 biochar 제조장치를 제작하였다.
○ 드럼형 화목 biochar 제조장치는 고온 및 고열에 잘 견디는 고강도 챔버로 제작되었고, 챔버 안에 부산물을 채워 넣은 후 덮개를 덮어 무산소조건하에서 biochar를 제조하였다.
○ 습식전기로 biochar 제조장치는 스테인레스 재질의 챔버에 부산물을 투입하여 뚜껑을 덮고, 질소가스를 주입하여 챔버안을 무산소조건의 혐기성상태로 유지하였으며, 외부 컨트롤러를 이용하여 열분해 온도 및 시간을 정밀하게 조절하여 biochar를 제조하였다.
2) 농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar의 토양개량제 자원으로서의 가치 및 활용 가능성 검토
○ 농림 부산물의 T-N, T-P, K₂O, CaO 및 MgO의 함량은 종류에 상관없이 각각 0.41～1.20, 0.17～0.34, 0.09～1.44, 0.05～1.30 및 0.03～0.71% 범위로 조사되었다.
○ 비료영양학적인 측면에서 농업 부산물의 무기성분 함량은 임산 부산물에 비해 전반적으로 높아 토양개량제로서 가치가 높지만, 양적인 측면에서 임산 부산물의 가용 잠재량이 많아 대량의 토양개량제를 생산하기 위해서는 임산 부산물이 효과적일 것으로 판단된다.
○ 농림 부산물 biochar의 단면관찰 결과, 열분해로 인해 유기물이 감소되어 탄소골격구조가 뚜렷하게 분석되었으나, 열분해 온도에 따른 차이는 없었다.
○ 농림 부산물 biochar의 표면 특성 분석 결과, 농림 부산물 biochar에는 C, O, K, Mg, Ca 등이 분석되었으며, 그 중 C 함량이 가장 많았고, 열분해 온도가 증가될수록 C 함량이 증가되는 경향이었다.
○ 농림 부산물 biochar의 화학적 특성을 조사한 결과, 농림 부산물 biochar의 pH 및 EC는 biochar 종류에 상관없이 열분해 온도가 증가될수록 pH 및 EC가 증가되는 경향이었고, T-N 함량은 열분해 온도 400℃에서 가장 높은 함량을 나타내었고, 500℃ 이상부터는 감소되는 경향이었다. 농림 부산물 biochar의 T-P, K₂O, CaO 및 MgO 함량은 열분해 온도가 증가될수록 부산물 biochar내 함량이 증가되는 경향이었다.
○ 농림 부산물을 활용한 biochar 제조는 열분해 온도가 증가되고 열분해 시간이 길어질수록 생산 수율을 낮아지는 경향이었다.
○ 농림 부산물 biochar의 생산 수율은 원료종류에 따라 큰 차이 없이 열분해 온도 400℃에서 33.5∼46.5% 범위, 열분해 온도 500℃에서 27.7∼32.1% 범위, 열분해 온도 600℃에서 24.8∼30.2% 범위, 열분해 온도 700℃에서 15.6∼29.7% 범위로 조사되었다.
○ 농림 부산물의 수분함량에 따른 biochar 제조 수율은 수분함량이 많아질수록 감소하는 경향이었고, 원료형태에 따른 biochar 제조 수율은 큰 차이 없이 비슷하였으며, 보조물질 혼합에 따른 열분해 효율성은 원재료 biochar에 비해 보조물질 혼합 biochar의 생산 효율성이 떨어졌다.
이상의 결과를 미루어 볼 때, 다양한 농림부산물은 biochar를 제조하기 위한 재료로서 충분히 활용이 가능하며, 제조된 biochar는 다양한 무기성분과 다공성 구조로 충분히 비료학적인 가치를 가지고 있기 때문에 토양에 적용시 작물생육 증진효과나 토양개량제로서의 역할이 충분히 가능할 것으로 판단된다.
나. 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산 및 기후변화대응 농업 기술 개발 및 실용화
농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar의 생산을 위한 제조장치를 제작하고, 생산기술을 확립하여 효율성을 평가하였다. 농업용 기능성 biochar 토양개량제의 개발을 위한 최적 전처리조건을 도출하였으며, 최적 성형보조제를 선정하여 기능성 입상형 biochar 토양개량제를 제조하였으며, 대량생산을 위한 방안을 검토하였다. 제조된 biochar 토양개량제의 품질 특성 조사를 통하여 토양개량제로 활용 가능성을 검토하였다. 기능성 biochar의 식물재배효과를 검증하기 위해 제작된 biochar 토양개량제를 작물재배시험에 처리조건에 따라 투입한 이후에 작물의 생육, 초장, 엽색도, 토양 호흡량, 토양의 물리·화학적 특성 및 유해성을 조사하였으며, 재배작물 토양내 온실가스 배출량 모니터링을 통하여 biochar 토양개량제의 처리에 따른 온실가스저감 효율을 평가하였다. 1, 2차년도 연구 결과를 바탕으로 농업용 기능성 biochar를 이용하여 건조 토양 및 염류집적 토양에서 식물생육 개선효과를 구명하였고, 토양조건별 시용수준 및 시용방법을 정립하였으며, 지구온난화 대응 온실가스배출저감 친환경 농업기술을 개발하였다.
1) 농림 부산물을 활용한 농업용 biochar 제조장치 제작 및 효율성 평가
○ 농업용 기능성 biochar를 제조하기 위하여 설계도면 및 3D 모형도를 설계한 이후에 biochar 제조장치를 제작하였다. Biochar제조장치의 구성은 상부 덮개, 하부 용기 및 외부 컨트롤러의 3가지로 구성되었다. 농업용 biochar 제조장치는 내화벽돌을 이용하여 열차단을 최소화 하였으며 내부에 열선을 설치하였고, 스테인레스 재질의 용기를 삽입하였다. 또한 장치내에 bioahcr 제조 활성을 높이기 위하여 N₂ 가스 및 수분조절장치를 설치하였으며, 온도센서를 연결하여 온도를 확인할 수 있게 하였다. 시운전을 통하여 효율적인 생산을 위한 최적조건을 구명하였으며, 그 결과 토양개량용 biochar의 최적조건은 열분해온도는 400℃이었고, 열분해 시간은 4시간이었다.
○ 본 연구진이 개발한 기능성 biochar 제조장치와 다른 2가지 제조장치의 효율성을 비교하여 검토한 결과 1회 운영시 생산 수율은 34.5～36.2% 범위이었고, N, P 및 K의 함량은 각각 0.46～1.71, 0.02～0.30 및 0.40～5.67% 범위이었으며, 제조시 ash의 발생량 등을 고려하였을 때 다른 제조장치에 비해 효율성 측면에서 우수한 것으로 평가되었다.
2) 농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar의 입상형 토양개량제 개발
○ 농업용 기능성 biochar의 제조는 농림 부산물인 참깻대, 사과나무 전정지, 편백나무 및 대나무를 이용하였다.
○ 제조된 농림 부산물 biochar를 토양개량제로 제형화 하기 위한 방법으로 제조된 biochar를 막자사발과 분쇄장치를 이용하여 분말상태로 만들었고, 4가지 종류의 성형 보조제 중 경제성 측면을 고려한 후 CMS 성형 보조제를 선택하여 biochar와 혼합하였다. 결합된 biochar를 펜 과립장치와 압출장치를 이용하여 성형한 결과 압출장치가 펜 과립장치에 비해 성형 형태나 성형 방법 등에서 펜 과립장치에 비해 우수하였으며, 압출장치를 이용하여 biochar의 성형 크기를 비교한 결과 0.2 mm 및 0.1 mm가 biochar 토양개량제의 성형 크기에 적합하였다.
○ 토양개량제 대량생산을 위한 제조시스템 기반을 구축하기 위해 biochar 제조장치 및 제조방법을 개발하였으며, 입상형 토양개량제 대량생산시 에너지를 절감하기 위한 폐열순환시스템을 개발하였다.
3) 농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar의 품질 특성 조사
○ 농림 부산물의 종류에 따라 제조된 기능성 biochar 토양개량제의 용적밀도는 참깻대 biochar 토양개량제에서 0.39 g cm^-3, 사과나무 전정지 biochar 토양개량제에서 0.49 g cm^-3, 편백나무 biochar 토양개량제에서 0.23 g cm^-3 및 대나무 biochar 토양개량제에서 0.46 g cm^-3으로 조사되었다.
○ 제조된 농림 부산물 biochar 토양개량제의 pH, EC, T-N, T-P, K, Ca 및 Mg의 함량은 참깻대 및 사과나무 biochar 토양개량제가 편백나무 및 사과나무 biochar 토양개량제에 비해 전반적으로 높았다.
○ 참깻대, 사과나무, 편백나무 및 대나무 biochar 토양개량제에서 조사된 B, Cu, Fe 및 Mn의 함량은 농림 부산물의 종류에 상관없이 각각 2.63～83.0, 3.81～31.8, 265～568 및 85.4～308 mg kg^-1 범위로 검출되었다.
○ 농림 부산물 biochar의 유해중금속을 조사한 결과 As는 모든 종류에서 검출되지 않았고, Cd 및 Co의 함량은 편백나무 biochar 토양개량제에서 각각 0.72 및 0.48 mg kg^-1으로 검출되었으며, Cr 및 Pb의 함량은 부산물의 종류에 상관없이 각각 1.76～11.5 및 0.97～7.54 mg kg^-1 범위로 검출되었다.
○ 기능성 입상형 토양개량제의 잔류농약 245종을 분석한 결과 모든 항목에서 잔류농약이 검출되지 않았다.
4) 농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar의 식물재배효과 검증
○ 기능성 입상형 토양개량제의 처리에 따른 브로콜리의 생육전경을 조사한 결과 생육 초기 5일째에는 처리구에 따른 차이를 볼 수 없었으나, 재배기간이 경과함에 따라 무처리구 (C)에 비해 토양개량제 처리구의 생육상태가 양호해졌다.
○ 농림 부산물 biochar 토양개량제 시용에 따른 브로콜리의 초장은 biochar 토양개량제 처리구가 무처리구 (C)에서 비해 초장 증가율이 높았다.
○ 농림 부산물 biochar 토양개량제 시용이 작물의 생육증진에 미치는 영향을 조사하기 위하여 브로콜리 포트재배 시험에 토양개량제를 수준별로 처리한 후에 조사한 엽색도는 토양개량제의 종류에 상관없이 이식 후 35일까지는 처리구에 상관없이 비슷한 증가추세를 보였으나, 이후 재배기간이 경과함에 따라 처리조건에 따른 엽색도의 차이를 볼 수있었다.
○ 농림 부산물 biochar 토양개량제를 수준별로 처리한 토양에서 조사한 용적밀도는 무처리구 (C) 및 비료처리구 (F)에서 각각 1.05 및 1.04 g cm^-3으로 큰 차이 없이 비슷하였으며, 나머지 처리구에서는 토양개량제의 종류 및 처리조건에 상관없이 0.79～1.02 g cm^-3범위로 조사되었다.
○ 농림 부산물 biochar를 처리조건에 따른 토양내 공극률은 용적밀도와 반대의 경향으로 무처리구 (C) 및 비료처리구 (F)에 비해 토양개량제 처리구에서 부산물의 종류와 처리조건에 상관없이 56.6～65.3% 범위로 조사되었다.
○ 기능성 biochar 토양개량제의 종류에 따라 조사된 토양내 pH는 SB50, AB50, HB50 및 BB50 처리구에서 각각 6.21, 5.94, 5.37 및 5.58으로 조사되었고, SB100, AB100, HB100 및 BB100 처리구에서 각각 6.25, 6.22, 5.86 및 5.62으로 조사되었으며, SB200, AB200, HB200 및 BB200 처리구에서 각각 6.54, 6.24, 5.91 및 5.91으로 조사되어 전반적으로 토양개량제 처리구에서 biochar의 투입량이 증가할수록 pH도 증가하는 경향이었다. 토양 내 EC도 pH와 비슷한 경향이었다.
○ 제조된 biochar 토양개량제의 처리량에 따른 T-N 및 Avail. P₂O₅ 의 함량은 전반적으로 토양개량제 처리구에서 biochar의 시용량이 증가함에 따라 토양내 T-N, Avail. P₂O₅ 의 함량이 증가하는 경향이었다.
○ 제조된 biochar 토양개량제의 처리량에 따른 양이온 함량도 상기 T-N 및 Avail. P₂O₅ 의 함량 변화와 비슷한 경향이었다.
○ 기능성 biochar 토양개량제의 수준별 처리에 따른 토양의 호흡량은 상기 T-N 및 Avail. P₂O₅ 의 함량 변화와 비슷한 경향이었다. 부산물의 종류에 상관없이 토양개량제의 처리량이 증가할수록 토양 호흡량도 많아지는 경향이었으며, 무처리구 (C)에서 가장 낮은 토양 호흡량을 보였다.
○ 농림 부산물 biochar 토양개량제의 수준별 처리에 따른 토양내 유해성분을 조사한 결과는 토양환경보전법내 토양오염우려기준에 준하여 비교하였으며, 토양오염우려기준에 해당하는 항목인 As, Co 및 Pb의 함량은 기준치에 미달하였고, 나머지 Co 및 Cr의 함량은 토양개량제 처리구가 무처리구 및 비료처리구에 비해 유해중금속이 낮게 검출되었다.
5) 농림 부산물을 활용한 농업용 biochar의 토양시용시 온실가스배출저감 효율 평가
○ 브로콜리 재배토양에서 biochar 토양개량제의 처리에 따른 CH₄ 발생량, CH₄ 누적 발생량 및 CH₄ 총 발생량은 토양개량제의 종류에 상관없이 무처리구 (C)에서 가장 높았으며, 토양개량제 처리구에서는 투입량이 많을수록 CH₄의 발생이 낮아지는 경향이었다.
○ 이상의 결과를 종합하여 브로콜리재배 중 CH₄의 기본 배출계수는 무처리구 (C) 및 비료처리구 (F)에서 0.901 및 0.826 kg ha^-1 day^-1이었고, 토양개량제 처리조건에서는 투입량에 상관없이 0.505～0.780 kg ha^-1 day^-1 범위로 조사되었다.
○ Biochar 토양개량제의 처리조건에 따른 브로콜리재배 토양내 N₂O 발생량, N₂O 누적 발생량 및 N₂O 총 발생량은 전반적으로 비료처리구 (F)에서 생육초기 및 전 생육기간 동안 가장 높은 N₂O 발생량을 보였으며, 토양개량제의 처리조건에서는 투입량이 많을수록 N₂O의 발생량이 감소하는 경향이었다.
○ 이상의 결과를 종합하여 브로콜리재배 중 N₂O의 기본 배출계수 및 총 배출량도 발생량, 누적 발생량 및 총 발생량의 경우와 비슷한 경향으로 비료처리구 (F)에서 가장 높았으며, 토양개량제의 처리량이 많을수록 N₂O의 발생량이 감소하는 경향이었다.
○ Biochar 시용시 토양내 온실가스 저감효율은 무처리구 (C) 및 비료처리구 (F) 대비 토양개량제 처리구의 온실가스 발생량을 비교 검토하였다. 토양내 CH₄의 저감효율은 무처리구 (C) 대비 14～44% 범위이었으며, 비료처리구 (F) 대비 6～39% 범위이었다. 토양내 N₂O의 저감효율은 무처리구 (C)에 비해 토양개량제 처리구의 N₂O 발생량이 많았으나, 비료처리구 (F)와 비교하였을 경우에는 5～16% 범위로 N₂O가 저감되었다.
6) 농림 바이오매스를 활용한 농업용 biochar의 건조 토양 및 염류집적 토양에서 식물생육개선효과 구명
○ 벼 재배기간 동안 조사된 벼의 엽색도는 건조 토양 및 염류집적 토양에서 각각 21.5∼35.3 및 21.1∼33.3 범위로 조사되었다.
○ 벼의 생육은 염류집적 토양에서 생육한 벼가 건조 토양에서 생육한 벼에 비해 왕성하였으며, 수확량은 건조 토양의 경우 SB (Sesame biochar) (422 g m^-2) > BB (Bamboo biochar) > CF (Fertilizer) > Cn (Control) 처리구 순으로 높았고, 염류집적 토양의 경우 SB (802 g m^-2) > BB > Cn > CF 처리구 순으로 높았다.
○ 벼의 양분흡수효율은 토양 조건에 상관없이 biochar 시용 처리구에서 높은 경향을 보였으며, T-N 및 K의 흡수량이 T-P, Ca 및 Mg의 흡수량에 비해 많았다.
○ 건조 토양에서 벼의 양분흡수량은 처리조건에 상관없이 각각 0.93∼3.92, 0.20∼1.36, 1.80∼4.82, 0.45∼1.22 및 0.27∼0.87 g m^-2 범위로 조사되었고, 염류집적 토양에서 벼의 양분 흡수량은 처리조건에 상관없이 각각 7.58∼8.52, 2.25∼4.01, 9.56∼14.83, 2.07∼2.63 및 2.01∼2.50 g m^-2 범위로 조사되었다.
○ 벼의 총 양분흡수량은 건조 토양 및 염류집적 토양의 SB 처리구에서 각각 12.19 및 31.53 g m^-2으로 다른 처리구에 비해 높았다.
○ 벼 수확 후 조사된 토양내 pH, CEC는 토양 조건에 상관없이 biochar를 시용한 SB 및 BB 처리구에서 높게 조사되었다. EC는 건조 토양의 경우 SB 및 BB 처리구에서 가장 높았고, 염류집적 토양의 경우 SB 및 BB 처리구에서 가장 낮게 조사되었다. 토양내 T-N 및 Avail. P₂O₅ 는 모든 처리구에서 벼 이앙 전 토양에 비해 감소되었다.
7) 농림 바이오매스를 활용한 농업용 biochar의 토양조건별 시용수준 및 시용방법 정립
○ 배추의 생육 증진을 위한 농업용 기능성 biochar의 시용시기를 조사한 결과 논 토양 및 밭 토양에서 배추 이식 2주전 > 배추 이식 1주전 > 배추 이식 당일 순으로 배추의 생체biomass가 높았다.
○ 논 및 밭에서 조사된 배추의 생육은 전반적으로 biochar 시용 처리구에서 높았으며, 논의 경우 biochar 시용 수준에 따른 차이가 없었고, 밭의 경우 biochar 시용 수준이 0.1 ton ha^-1인 처리구에서 가장 높은 배추의 생육을 보였다.
○ 논에서 배추의 주중은 SBM (2.39 kg plant^-1) ≒ BBL ≒ SBH ≒ BBM ≒ SBL ≒BBH ≧ CF > Cn 처리구 순으로 조사되었고, 배추의 근중은 BBH (19.35 g plant^-1) ≧BBL ≧ SBH ≒ SBM ≒ BBM ≒ SBL > CF > Cn 처리구 순으로 biochar 시용 처리구가 높았으나, 시용 수준에 따른 차이는 없었다 (SB: Sesame biochar. BB: Bamboo biochar, CF: Fertilizer, Cn: Control, L: Low, M: Medium, H: High).
○ 밭에서 배추의 주중 및 근중은 SB ≒ BB > CF > Cn 처리구 순으로 높았고, biochar 시용 수준에 따른 배추의 주중 및 근중은 시용량이 100 > 500 > 1,000 kg 10a^-1 처리구 순으로 왕성한 생육을 보였다.
8) 농림 바이오매스를 활용한 농업용 biochar의 지구온난화 대응 온실가스배출저감 친환경농업기술 개발
○ 벼 생육기간 동안 조사된 CH₄ 및 N₂O 발생량은 전반적으로 biocharr 시용한 처리구가 다른 처리구에 비해 낮게 조사되었다.
○ 토양 조건에 따른 CH₄ 발생 특성을 조사한 결과, 건조 토양의 경우 Cn, CF, SB 및 BB 처리구에서 각각 2.81∼9.56, 2.60∼10.62, 1.29∼7.75 및 1.46∼7.80 mg CH₄ m^-2 hr^-1 범위로 조사되었고, 염류집적 토양의 경우 Cn 처리구는 2.51∼7.76 mg CH₄ m^-2 hr^-1 범위, CF 처리구는 1.86∼7.77 mg CH₄ m^-2 hr^-1 범위, SB 처리구는 0.48∼4.82 mg CH₄ m^-2 hr^-1 범위, BB 처리구는 0.54∼4.38 mg CH₄ m^-2 hr^-1 범위로 조사되었다.
○ 건조 토양에서 조사된 평균 N₂O 발생량은 Cn, CF, SB 및 BB 처리구에서 각각 8.59(-38.56∼76.17 ug N₂O m^-2 hr^-1), 96.25 (19.61∼363.60 ug N₂O m^-2 hr^-1), 60.26 (3.33∼263.96 ug N₂O m^-2 hr^-1) 및 65.23 (7.50∼284.26 ug N₂O m^-2 hr^-1) ug N₂O m^-2 hr^-1으로 조사되었고, 염류집적 토양에서 조사된 평균 N₂O 발생량은 CF (247.88 ug N₂O m^-2 hr^-1)> BB ≧ SB > Cn 처리구 순으로 조사되었다.
○ 벼 생육기간 동안 조사된 총 CH₄ 발생량은 건조 토양의 경우 Cn (10.7 g m^-2 126 day^-1)> CF > BB ≧ SB 처리구 순으로 많았고, 염류집적 토양의 경우 Cn (12.8 g m^-2 126day^-1) > CF > SB > BB 처리구 순으로 많았다. 총 N₂O 발생량은 건조 토양 및 염류집적 토양내 CF 처리구에서 각각 291 및 750 mg m^-2 126 day^-1으로 가장 많았다.
○ Biochar 시용시 토양내 온실가스 저감효율을 조사한 결과, 건조 토양의 경우 biochar 시용 처리구의 CH₄ 저감효율은 CF 처리구 발생량 대비 각각 35.8∼36.6% 저감효과를 보였고, N₂O 저감효율은 32.2∼37.4% 저감효과를 보였다. 염류집적 토양의 경우 biochar 시용처리구의 CH₄ 및 N₂O 저감효율은 각각 40.0∼48.2 및 38.2∼38.5%의 저감효율을 보였다.
9) 농림 바이오매스를 활용한 기능성 biochar의 실용화 방안 검토
○ 농림 부산물을 활용한 농업용 기능성 biochar 토양개량제 생산 공정 매뉴얼은 부산물 확보, 건조, 열분해, 생산, 분쇄, 성형 및 생산순이었다.
○ Biochar를 활용한 친환경 농업기술 개발은 온실가스 저감을 위한 친환경 농업기술과 작물의 수량 증대를 위한 친환경 농업기술을 개발하였다.
○ 농업용 기능성 biochar의 경제성 및 실용화 가능성을 검토한 결과 biochar 시용으로 인해 벼 및 배추의 수확량이 증가하고, 비료를 대체할 수 있는 효과가 있어 경제성이 매우 뛰어나며, 농가에서 쉽게 biochar를 제조할 수 있어 실용화 가능성이 매우 높을 것이다.
이상의 결과를 종합적으로 볼 때, 농업바이오매스로 제조된 biochar는 토양 물리성 및 화학의 개선효과가 뛰어나며, 다량의 무기성분을 함유하고 있으므로 기존의 화학비료의 사용량을 줄이면서 농가의 경제적인 비용을 절감할 수 있을 것으로 판단되며, 작물 생산성 향상으로 인한 이윤을 추구할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼

1. Production of eco-friendly functional biochar using agricultural and forestry biomass and development of environmental technologies for climate change adaptation
1) The basic study for production of eco-friendly functional biochar using agricultural and forestry biomass and development of envi

1. Production of eco-friendly functional biochar using agricultural and forestry biomass and development of environmental technologies for climate change adaptation
1) The basic study for production of eco-friendly functional biochar using agricultural and forestry biomass and development of environmental technologies for climate change adaptation
Physico-chemical properties of Agricultural and Forestry Biomass (AFB) biochars were analyzed. The pH of AFB biochars increased as pyrolysis temperature increased, suggesting that higher pyrolysis temperature led to the higher pH of the biochars. AFB biochar yield decreased with pyrolysis temperature increasing. Yield of biochar (pyrolysis temp: 600℃; pyrolysis time: 4hr) obtained from different AFB decreased in the order tabacco (29.2%) > fine bark (27%) > sesame (26.4%) > pepper (25.9%) > fine needle (25.5%) ≒ fitch (25.5%) ≧ corn (25.3%) ≧ persimmon (25.2%) ≧ cherry blossoms (24.9%) apple (23.1%) > bamboo (21.3%) > pear (19.4%) > Platanus (15.6%). The Yield of the abacco biomass were greater than the other AFB, whereas platanus biomass had the lowest yield among the tested AFB biochars. The C and T-P contents (%) were increased, whereas O and H contents (%) were decreased with pyrolysis temperature increasing. Total nitrogen content of AFB biochar decreased by 7^-18% when the temperature was increased 600℃ compare to 400℃. Morphology and surface structural changes in AFB biochar were also influenced by pyrolysis temperature. In general, surface area increases with an increase in pyrolysis temperature. The results demonstrated by an Energy Dispersive Spectrometer (EDS) was analysis the element composition in biochars derived different AFB at 300, 400, 500 and 600℃. A rise in pyrolysis temperature increased C content, whereas H and O contents decreased, thereby indicating dehydration and deoxygenation of the biomass.
The FTIR spectra for AFB biochar (pyrolysis temp. 300, 400, 500, and 600℃) were showed. Several peaks were observed in the AFB biochar. The FTIR spectra of biochars were similar (except for C-H stretching band) regardless of feedstock type.
For biochar obtained from AFB, the peaks were related to symmetric C-O stretching and aromatic C-H groups at 885 cm^-1. The peak at 1,440 cm^-1 in all tested FTPW biochars indicated the presence of aromatic C=C stretching. The peak observed at 1,514 cm^-1 in the FTPW biochar could be attributed to secondary aromatic amines. The aromatic C=C stretching and C=O stretching of conjugated ketones and quinones (C=C and C=N functional groups) for FTPW biochars produced from pear, apple and persimmon were identified in the band from 1,595–1,600 cm^-1. The peaks at 1,645^-1,653 cm^-1 decreased in all tested FTPW biochars at 600℃ as compared to biochar at 300℃ which are related to C=O stretching vibrations for amides.
The C–H stretching bands at 2,930 cm^-1 (asymmetric) and 2,870 cm^-1 (symmetric) were assigned to the –CH2 and -CH3 groups for the AFB biochar produced from pear (exceptfor apple and persimmon) for at 300℃, respectively (Das et al., 2009; Keiluweit et al., 2010). The peaks at 2,930 cm^-1 (asymmetric) and 2,870 cm^-1 (symmetric) decreased in pear tree pruning waste biochar at 600℃ as compared to pear tree pruning waste biochar at 300℃. The broad band near 3,300 cm^-1 for the AFB biochars derived from pear, apple and persimmon at 300℃ were attributed to the stretching vibration of hydrogen-bonded hydroxyl groups, whereas it decreased as pyrolysis temperature increased.
The P release characteristics of biochars derived from sesame straw at different pyrolysis temperatures were next investigated. About 0.300 mg L^-1, in the form of inorganic phosphate, was rapidly released from the sesame straw biochar produced at 600℃ in the first 1 h. After 1 h, only a slight increase in the concentration of P released was observed. The curve in results reached a strict asymptotic plateau, suggesting the amount of P released from biochar was limited. The concentrations of P released from the sesame straw biochar samples produced at 300, 400 and 500℃ displayed similar trends as that at 600℃. In particular, the concentration of released P increased rapidly, and most of the P was released in the first 1 h. The concentrations of P released from the sesame straw biochar samples produced at 300, 400, 500 and 600℃ were measured to be 0.125, 0.181, 0.236 and 0.336 mg L^-1 after 16 h of treatment, respectively.
The amounts of P released per unit weight of biochar at 16 h reached 62.6 mg g^-1 at 300℃, 90.6 mg g^-1 at 400℃, 118.1 mg g^-1 at 500℃, and 168.2 mg g^-1 at 600℃. After 1 h, the P release rate in water became slower in all cases. The amounts of P initially released from the sesame straw biochar increased as the pyrolysis temperature increased.
To summarize, the release of P from biochar can be influenced by various factors (element, coexisting anions, cation bridge, etc).
Based on the above results, sesame straw biochar cannot be used as an adsorbent for P removal without change in the physicochemical characteristics, due to the P release. Therefore, to increase the P adsorption of biochar in aqueous solution, various activation methods and pyrolysis temperatures for sesame straw biochar were applied herein.
The amount of P adsorbed per unit weight of biochar activated with different activation agents were in the following order: ZnCl₂ > MgO >> 0.1N-HCl > 0.1N-H₂SO₄ > K₂SO₄ ≥KOH ≥ 0.1N-H₃PO₄. Notably, the amount of P adsorbed by the biochar activated with ZnCl₂ was the greatest among all the tested activating agents. Based on the above results, ZnCl₂ was the optimum activation agent for biochar, suggesting that ZnCl₂-activated biochar can be used as an effective adsorbent for the adsorption of P from water and wastewater.
Batch experiments were conducted to determine the adsorption characteristics of various AFB biochars for the Pb, Cu and Cd. Adsorption behaviors of the Pb, Cu and Cd. by AFB biochars were evaluated using both the Freundlich and Langmuir adsorption isotherm equations. Based on the results, adsorption capacity of the biochar from all AFB studied could be used for removing Pb, Cu, Cd and other metal from wastewater.
2) Production of eco-friendly functional biochar using agricultural and forestry biomass and development and commercialization of environmental technologies for climate change adaptation
To obtain optimum conditions of biochar manufacturer apparatus, manufacturer efficiencies of biochar under different incineration timeand raw mateiral amounts were investigated. Therefore, to manufacture biochar in biochar manufacturer apparatus, the optimum incineration time was 4hr (600℃), and optimum raw material amount was 40 kg m^-3. Amounts of biochar manufactured in optimum condition (incineration time:4hr, raw material amount: 40 kg m^-3) was 11.44 kg m^-3.
In order to verify the availability of biochar produced from eco-friendly biochar apparatus, phosphorus adsorption capacity of biochar under different pyrolysis system (electric furnace type and eco-friendly type) was investigated. As a result, eco-friendly type biochar has high phosphorus adsorption capacity than electric heating type. Eco-friendly biochar was Formulated and standardized as follows: biochar was mixed the zeolite, calcite and slag to improve the treatment efficiency of nitrogen and phosphorus. And mixed biochar has the ability to create a variety of forms (Linear, rod-shaped, spherical)
Objective of this research was to evaluate adsorption of heavy metals in mono and multimetal forms onto sesame straw biochar (SSB). Competitive sorption of metals by SSB has never been reported previously. The maximum adsorption capacities (mg g^-1) of metals by SSB were in the order of Pb (102) >> Cd (86) >> Cr (65) > Cu (55) >> Zn (34) in the monometal adsorption isotherm and Pb (88) >> Cu (40) >> Cr (21) > Zn (7) ≥ Cd (5) in the multimetal adsorption isotherm. Based on data obtained from the distribution coefficients, Freundlich and Langmuir adsorption models, and three-dimensional simulation, multimetal adsorption behaviors differed from monometal adsorption due to competition. Especially, during multimetal adsorption, Cd was easily exchanged and substituted by other metals. Further competitive adsorption studies are necessary in order to accurately estimate the heavy metal adsorption capacity of biochar in natural environments.
To improvement the pollutants removal efficiencies of filter media, the phosphorus removal efficiencies in seven columns (coarse sand with different activated biochar levels) were investigated. The removal efficiencies for BOD, SS, T-N and T-P in the effluent in column with Coarse sand and sesame biochar (3:1) were 81.2, 91.2, 41.2 and 54.6, espectively. Removal rate of pollutants in column with coarse sand and biochar was higher than other column. As a result, the optimum ratio of coarse sand : biochar was found to be 3:1 for pollutants removal in constructed wetlands.
To treat wastewater in small-scale livestock wastewater apparatus, the treatment efficiency of pollutants were investigated under different types of wastewate and wastewater loading. In the case sewage and hydroponic wastewater, pollutants in effluent in constructed wetlands were treated in the stable. However, in the case of livestock wastewater, removal rate of pollutants in water in small-scale constructed wetlands was decreased. Because it was very high concentration of pollutants. Also, removal efficiency of pollutnants according to livestock wastewater load increases was decreased. Removal rates of BOD and SS in biochar were similar with control as coarse sand. But, in biochar, removal rates of T-N and T-P were higher than control. Especially, Removal rate of pollutants in water in constructed wetland with sesame biochar was higher than constructed wetland with other biochar
Accordingly, it is determined will be also possible to use a mixture of different types of biochar. In addition, by using the functional biochar process the nitrogen, phosphorous , it can be expected improved water purification effect. Therefore, we believe there are enough good things to the filter media of wetlands.
In order to effectively treat sewage in small-scale constructed wetlands decomposition velocities of pollutants under different filter media in constructed wetlands were investigated. The decomposition velocity (K; day^-1) of BOD in 1^st bed was 2.8522 d^-1 for coarse sand, 3.8448 d^-1 for sesame biochar, 2.9984 d^-1 for platanus biochar and 3.4012 d^-1 for persimmon biochar. The decomposition velocities (K;day^-1) of BOD in 2^nd with coarse sand, sesame biochar, platanus biochar and persimmon biochar were 1.2599, 1.6656, 1.5189 and 1.5171 d^-1, respectively. The decomposition velocity (K; day^-1) of SS in 1^st bed was 3.1942 d^-1 for coarse sand, 4.2315 d^-1 for sesame biochar, 3.5888 d^-1 for platanus biochar and 3.4012 d^-1 for persimmon biochar. The decomposition velocities (K; day^-1) of SS in 2^nd with coarse sand, sesame biochar, platanus biochar and persimmon biochar were 1.2259, 2.0800, 1.6931 and 1.7071 d^-1, respectively. The decomposition velocity (K; day^-1) of T-N in 1^st bed was 0.7597 d^-1 for coarse sand, 1.3181 d^-1 for sesame biochar, 1.1543 d^-1 for platanus biochar and 1.2157 d^-1 for persimmon biochar. The decomposition velocities (K;day^-1) of T-N in 2^nd with coarse sand, sesame biochar, platanus biochar and persimmon biochar were 0.3607, 0.6712, 0.4897 and 0.5149 d^-1, respectively. The decomposition velocity (K; day^-1) of T-P in 1^st bed was 2.1676 d^-1 for coarse sand, 3.1420 d^-1 for sesame biochar, 2.4067 d^-1 for platanus biochar and 2.9948 d^-1 for persimmon biochar. The decomposition velocities (K; day^-1) of T-P in 2^nd with coarse sand, sesame biochar, platanus biochar and persimmon biochar were 0.6750, 1.3142. 1.0509 and 1.0643 d^-1, respectively. Decomposition velocities of polluntant in constructed wetland using sesame biochar was higher than other biochar.
Global warming impact assessment of biochar is to investigate the greenhouse gas emissions generated pattern, and as focusing and long-term monitoring in a compact evaluate the greenhouse gas reduction efficiency of biochar. Greenhouse gas emissions under different wastewater in constructed wetlands was in the other livestock wastewater > sewage > hydroponic wastewater. Greenhouse gas emissions of eco-friendly biochar were similar regardless of biochar type
In the case aerobic bed, CO₂ and N₂O emission was higher than CH₄ emission. In contrast, CH₄ emission in anaerobic bed was higher than CO₂ and N₂O emission. As intensive monitoring result of greenhouse gas emissions in constructed wetland, greenhouse gas emission starting at am 6:00 increased, was highest greenhouse gas in pm 12:00^-2:00. and it tend to decrease after pm 6:00. Greenhouse gas emission in aerobic bed were higher than the anaerobic bed. Greenhouse gas emission in constructed wetlands with biochar was lower than those in constructed wetlands without biochar.
As long-term monitoring result of greenhouse gas emissions in constructed wetland, greenhouse gas emissions was increased as the treatment time increasing. greenhouse gas emissions are closely related to the temperature. CO₂ emission in aerobic bed occurred ore than anaerobic bed. CO₂ emission in aerobic bed used platanus biochar was highest as compared with other filter media. In the case anaerobic bed, CO₂ emission of coarse sand was higher than other filter media. CH₄ emission in anaerobic bed occurred more than aerobic bed. CH₄ emission in anaerobic bed used sesame biochar was lowest as compared with other filter media. N₂O emission in aerobic bed occurred more than anaerobic bed. N₂O emission in aerobic bed used coarse sand was highest as compared with other filter media. In the case anaerobic bed, N₂O emission of sesame biochar was lower than other filter media.
Greenhouse gas emissions in constructed wetlands with biochar been reduced as compared with constructed wetland without biochar. In the case aerobic bed, reduction efficiency of greenhouse gas emission of sesame, platanus and persimmon biochar were 6.6, 9.6 and 4.1%, respectively. Platanus biochar showed the highest reduction efficiency of greenhouse gas emission in aerobic bed. In the case anaerobic bed, Reduction efficiency of greenhouse gas emission of sesame, platanus and persimmon biochar were 24.1, 15.6 and 11.4%, respectively. Sesame biochar showed the highest reduction efficiency of greenhouse gas emission in anaerobic bed. As a result, the application of biochar in the constructed wetland will be an effective solution capable of reducing the greenhouse gas.
The aim of this study was to evaluate the biochar characterisitcis derived from water plant and their effects on heavy metals adsorption. Based on results from heavy metals adsorption, surface area, pH and carbon content, the optimum pyrolysis temperature was 600℃ for heavy metals adsorption capacity.
Batch and column experiments were conducted to evaluate the competitive adsorption characteristics of the biochar for Cu and Cd. In the batch experiments, the maximum adsorption capacity of Cd (63 mg g^-1) by biochar was higher than that for Cu (55 mg g^-1) in the mono-metal adsorption isotherm. On the other hand, the maximum Cu adsorption capacity (40 mg g^-1) by biochar was higher than that for Cd (25 mg g^-1) in the binary-metal adsorption isotherm. Cu was the most retained cations. Cd could be easily exchanged and substituted by Cu. The amounts of adsorbed metals in the column experiments were in the order of Cd (121 mg g^-1) > Cu (96 mg g^-1) in mono-metal conditions, and Cu (72 mg g^-1) > Cd (29 mg g^-1) in binary-metal conditions. Overall, the results demonstrated that competitive adsorption among metals increased the mobility of these metals. Particularly, Cd in binary-metal conditions lost its adsorption capacity most significantly.
In 1^st and 2^nd beds of natural purification system with water plant, the greenhouse gas emission were 254.1 and 211.5 mg m^-2 hr-^-1(CO₂-equivalent), respectively. Greenhouse gas emission in 1^st and 2^nd beds of natural purificiation system with waster plant biochar were 152.8 mg m^-2 hr-^-1 and 109.9 mg m^-2 hr-^-1(CO₂-equivalent), respectively. Greenhouse gas emission in natural purification system with biochar lower than natural purification system without biochar. In natural purification system with water plant biochar, the reduction rate of greenhouse gas emission was 43.6% compare to natural purification system with water plant.
Removal rate of heavy metal by sesame straw biochar under different ratio of water plant biochar did not differ regardless. Thus, water plant biochar and agricultural biochar can be used single or in combination regardless of the different ratio.
The specific objectives was to develop the heavy metals and phosphorus removal technologies using biochar and activated biochar in constructed wetlands for treating plating wastewater. Hydrid adsorption system with biochar and activated biochar can be more efficient in heavy metals and phosphorus revmoval than single biochar and activated biochar.
For applying biochar and activated biochar to the constructed wetlands, to effectively treat plating wastewater utilizing biochar in column experiments, the optimum configuration method for constructed wetlands was C system (biochar for treating heavy metal in 1^st HF; activated biochar for treating phosphorus in 2^nd HF). Optimum wastewater load was 30 m^-2 ay^-1 for treating plating waste water containing heavy metals and phosphorus using constructed wetlands with biochar and activated biochar. The removal efficiencies of heavy metals and phosphor using plating wastewater were above 90% in HF-HF constructed wetlands with biochar and activated biochar. Therefore, a combined biochar and activated biochar in HF-HF constructed wetlands would be more suitable than other filter media (conventional technology in constructed wetlands) for treating heavy metals and phosphorus in wastewater.
In 1^st bed of natural purification system without biochar, the removal efficiencies for BOD, SS, T-N and T-P in the effluent were 37.7, 82.1, 30.7 and 62.5%, respectively. Removal efficiencies for BOD, SS, T-N and T-P in the effluent in 2^nd bed of natural purificiation system without biochar were 98.3, 98.2, 73.5 and 93.1%, respectively. In natural purification system with biochar, the removal efficiencies for BOD, SS, T-N and T-P in the effluent in 1^st bed were 52.6, 91.5, 47.9, 85.3%, respectively. Removal efficiencies for BOD, SS, T-N and T-P in the effluent in 2^nd bed of natural purification system with biochar were 92.0, 99.3, 84.4 and 96.3%, respectively.
Removal rates of BOD, SS, T-N and T-P in effluent on spring, summer and autumn was slightly higher than winter. Removal rates of BOD, SS, T-N and T-P in effluent on summer was the highest on seasons.
Removal rate of pollutants in natural purification system with biochar higher than natural purification system without biochar. For increasing the BOD, SS, T-N and T-P removals in natural purification system, the biochar are recommended.
In 1^st and 2^nd beds of natural purification system without biochar, the greenhouse gas emission were 259.7 and 93.1 mg m^-2 hr-^-1(CO₂-equivalent), respectively. Greenhouse gas emission in 1^st and 2^nd beds of natural purificiation system with biochar were 98.0 mg m^-2 hr-^-1 and 106.7 mg m^-2 hr-^-1(CO₂-equivalent), respectively. Greenhouse gas emission in natural purification system with biochar lower than natural purification system without biochar. Greenhouse gas emission on spring, summer and autumn in natural purification method with and without biochar was slightly higher than winter. Greenhouse gas emission in natural purification method with and without biochar on summer was the highest on seasons. In natural purification system with biochar, the reduction rate of greenhouse gas emission was 28.8% compare to natural purification system without biochar.
2. Production of Eco-friendly Functional Biochar using Agricultural and Forestry Biomass and Development of Agricultural Technologies for Climate Change Adaptation
1) The basic study for production of eco-friendly functional biochar using agricultural and forestry biomass and development of agricultural technologies for climate change adaptation
To develop high functionality biochar using agricultural and forestry wastes, establishment of production technology of biochar and soil amendment effect of biochar were investigated. Our study for biochar production using agricultural and forestry wastes was develop production equipments of biochar produced drum and electric furnace type. The T-N, T-P, K₂O, CaO and MgO contents of agricultural and forestry wastes were ranged from 0.41 to 1.20, 0.17 to 0.34, 0.09 to 1.44, 0.05 to 1.30 and 0.03～0.71%, respectively. The fertilizer value of agricultural waste was higher than forestry waste, but amounts of forestry waste was higher than agricultural waste. SEM of agricultrual and forestry biochar was observed carbon structure, was not significantly different pyrolysis temperatures. SEM of agricultural and forestry biochar was detected C, O, K, Mg and Ca etc., and biochar pyrolyzed 700℃ was increased C content. Biochar produced from agricultural and forestry wastes under different pyrolysis temperatures was higher in the order of pyrolysis 700℃ > 600℃ > 500℃ > 400℃ for pH, EC, T-P, K₂O, CaO and MgO. Yields of biochar produced using agricultural and forestry wastes were ranged from 33.5 to 46.5% for pyrolysis 400℃, 27.7 to 32.1% for pyrolysis 500℃, 24.8 to 30.2% for pyrolysis 600℃ and 15.6 to 29.7% for pyrolysis 700℃, respectively. Production efficiency of biochar using agricultural and forestry wastes was increased by reducing water content or without supplementary materials.
2) Production of eco-friendly functional biochar using agricultural and forestry biomass and development and commercialization of agricultural technologies for climate change adaptation
To develop high functionality biochar of agricultural using agricultural and forestry wastes, effect evaluation of biochar on soil amendment efficiency and global warming were investigated. Biochar production equipment using furnace was carried out using anaerobic condition equipment by injection of N₂ gas. The controller of the furnace was programmed to drive the internal biomass chamber temperature to 400℃ at rate of 3℃ min^-1, after which the peak temperature was held for 1 hour. Biochar yield produced through equipment was ranged from 34.5 to 36.2%, and the N, P, K contents of biochar were ranged from 0.46 to 1.71, 0.02 to 0.30 and 0.40 to 5.67%, respectively. Also, ash amount of biochar produced was lower than other equipments. Sesame stalk, apple tree branch, hinoki cypress and bamboo were used to produce biochar as raw materials. For mass production of biochar, production equipment was developed using waste heat circulating type. Bulk density of biochar under different agricultural and forestry wastes was 0.39 g cm^-3 for hinoki cypress biochar (HB), 0.49 g cm^-3 for apple tree branch biochar (AB), 0.23 g cm^-3 for sesame stalk biochar (SB) and 0.46 g cm^-3 for bamboo biochar (BB). The pH, EC, T-N, T-P, K, Ca and Mg of SB and AB were higher than HB and BB. B, Cu, Fe and Mn contents of SB, AB, HB and BB were detected 2.63～83.0, 3.81～31.8, 265～568 및 85.4～308 mg kg^-1 range, respectively. As contents of biochar using agricultural and forestry wastes were not detected, and the contents of Cr and Pb under different biochar were ranged from 1.76 to 11.5 and 0.97 to 7.54 mg kg^-1, respectively. The pesticide residue of SB, AB, HB and BB were not detected. Growth characteristics of broccoli by biochar application were higher biochar application treatments than other treatments. The leaf color of broccoli was not significantly different all treatments. The pH of harvested broccoli soil without biochar applications was ranged from 6.21 to 6.54 for SB treatment, 5.94 to 6.24 for AB treatment, 5.37 to 5.91 for HB treatment and 5.58 to 5.91 for BB treatment. T-N and Avail. P2O5 contents of harvested broccoli soil were higher in the order of 200 kg 10a^-1 > 100 kg 10a^-1 > 50 kg 10a^-1 treatment without biochar types. In broccoli cultivation, CH₄ and N₂O emission under different biochar applications were generally decreased more biochar application in sampling period. Total CH₄ fluxes in treatments of biochar application were decreased 14∼44% and 6∼39% than control and fertilizer treatments, respectively. Total N₂O fluxes in treatments of biochar application were decreased 5∼16% than fertilizer treatment.
To develop functionality biochar using agricultural and forestry wastes, eco-friendly agricultural technology and commercialization for reduction of greenhouse gas were investigated.
The leaf color of rice during rice cultivation was ranged from 21.5 to 35.3 for aridic soil and 21.1 to 33.3 for saline soil, respectively. The growth of rice in saline soil was higher than rice growth. Rice yield in aridic soil was higher in the order of sesame stalk biochar (SB) (422 g m^-2) > bamboo biochar (BB) > fertilizer (CF) > control (Cn) treatments. Rice yield was higher in the order of SB (802 g m^-2) > BB > Cn > CF treatments in saline soil.
The efficiency of nutrient uptake on rice without soil conditions were higher biochar application treatments than those in other treatments. Also, amounts of T-N and K uptake were higher than T-P, Ca and Mg. Total amounts of T-N, T-P, K, Ca and Mg uptake of rice in all treatments in aridic soil were ranged from 0.93 to 3.92, 0.20 to 1.36, 1.80 to 4.82, 0.45 to 1.22 and 0.27 to 0.87 g m^-2, respectively, and total amounts of T-N, T-P, K, Ca and Mg uptake of rice in all treatments in saline soil were ranged from 7.58 to 8.52, 2.25 to 4.01, 9.56 to 14.83, 2.07 to 2.63 and 2.01 to 2.50 g m^-2, respectively. The total nutrient in SB treatment of aridic soil and saline soil was 12.19 and 31.53 g m^-2, respectively, than those other treatments.
The soil pH and CEC in all treatments without soil conditions were obviously higher after rice harvesting than that raw soil. Soil EC of Cn, CF, SB and BB treatments in aridic soil was slightly increased than raw soil, in contrast, EC of SB and BB treatments in saline soil were generally decreased. Fresh biomass of Chinese cabbage under different application time of biochar was higher in the order of before 14 days > before 7 days > 0 days on transplantation of Chinese cabbage in paddy and upland soils. In paddy and upland, growth of Chinese cabbage was higher biochar application treatments than other treatments. Growth of Chinese cabbage under different biochar application levels in paddy was not significantly different treatments.
In upland, growth of Chinese cabbage was higher SBL and BBL treatments (100 kg 10a^-1) than other biochar application treatments (500 and 1,000 kg 10a^-1). The above ground of Chinese cabbage in paddy was higher in the order of SBM (2.39 kg plant^-1) ≒ BBL ≒SBH ≒ BBM ≒ SBL ≒ BBH ≧ CF > Cn treatments, and below ground of Chinese cabbage was higehr in the order of BBH (19.35 g plant^-1) ≧ BBL ≧ SBH ≒ SBM ≒BBM ≒ SBL > CF > Cn treatments. In upland, above and below ground of Chinese cabbage were higher in the order of SB ≒ BB > CF > Cn treatments, respectively, the lower biochar applied the higher growth of Chinese cabbage. Regardless of soil conditions, CH₄ and N₂O emissions were generally decreased biochar application treatments in sampling period. The CH₄ emission of Cn, CF, SB and BB treatments in aridic soil were ranged from 2.81 to 9.56, 2.60 to 10.62, 1.29 to 7.75 and 1.46 to 7.80 mg CH₄ m^-2 hr-^-1, respectively.
In saline soil, CH₄ emission was 2.51∼7.76 mg CH₄ m^-2 hr-^-1 for Cn treatment, 1.86∼7.77 mg CH₄ m^-2 hr-^-1 for CF treatment, 0.48∼4.82 mg CH₄ m^-2 hr-^-1 for SB treatment and 0.54∼4.38 mg CH₄ m^-2 hr-^-1 for BB treatment. In aridic soil, N₂O average emission of Cn, CF, SB and BB treatments were 8.59 (^-38.56∼76.17 μg N₂O m^-2 hr-^-1), 96.25 (19.61∼363.60 ug N₂O m^-2 hr-^-1), 60.26 (3.33∼263.96 μg N₂O m^-2 hr-^-1) and 65.23 (7.50∼284.26 μg N₂O m^-2hr-^-1) μg N₂O m^-2 hr-^-1, respectively. The N₂O average emission was higher in the order of CF (247.88 μg N₂O m^-2 hr-^-1) > BB ≧ SB > Cn treatments.
Total CH₄ flux during rice cultivation was higher in the order of Cn (10.7 g m^-2 126day^-1) > CF > BB ≧ SB treatments for aridic soil, Cn (12.8 g m^-2 126 day^-1) > CF > SB> BB treatments for saline soil. Total N₂O fluxes in aridic soil and saline soil were higher 291 and 750 mg m^-2 126 day^-1 for CF treatment, respectively. Biochar application shown that the cumulative CH₄ and N₂O fluxes in aridic soil were decreased 35.8∼36.6 and 32.2∼37.4% than CF treatment. In saline soil, the cumulative CH₄ and N₂O fluxes were decreased 40.0∼48.2 and 38.2∼38.5% than CF treatment. Process manual of biochar using agricultural and forestry wastes was produced through obtained wastes, dry of wastes, pyrolysis of wastes, biochar production, biochar amendment.
Eco-friendly agricultural technology of biochar using agricultural and forestry wastes was developed reduction of greenhouse gas and improvement of crop yield. On the economic and commercialization aspect, biochar application into the soil was very useful method to increase soil properties and crop yield.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 34
• CONTENTS ... 45
• 목차 ... 51
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 및 성과목표 ... 65
• 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 65
• 제 2 절 연구성과 목표 대비 실적 ... 74
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 75
• 제 1 절 국내의 기술개발 현황 ... 75
• 제 2 절 국외의 기술개발 현황 ... 77
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 82
• 제 1 절 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산및 기후변화대응 환경기술개발 ... 82
• 1. 이론적 접근방법 ... 82
• 2. 실험적 접근방법 ... 87
• 3. 연구내용 및 연구결과 ... 148
• 4. 요약 ... 415
• 제 2 절 농림 바이오매스를 활용한 환경친화형 기능성 biochar 생산및 기후변화대응 농업기술 개발 ... 422
• 1. 이론적 접근방법 ... 422
• 2. 실험적 접근방법 ... 423
• 3. 연구내용 및 연구결과 ... 441
• 4. 요약 ... 616
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 623
• 제 1 절 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 623
• 제 2 절 평가 착안점 ... 627
• 제 5 장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 629
• 제 1 절 연구개발 성과 ... 629
• 1. 연구성과 ... 629
• 제 2 절 연구성과 활용계획 ... 638
• 1. 기대효과 ... 638
• 2. 활용방안 ... 639
• 제 3 절 추가연구의 필요성 ... 640
• 제 4 절 타연구에의 응용 및 기업화 추진방안 ... 640
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 642
• 제 7 장 연구시설 장비 현황 ... 644
• 제 1 절 연구시설 ... 644
• 제 2 절 장비현황 ... 645
• 제 8 장 연구실 안전관리 이행실적 ... 647
• 제 1 절 연구실 일상 점검일지 ... 647
• 제 2 절 연구실 안전 교육 일지 ... 651
• 제 9 장 참고문헌 ... 655
• 첨부 ... 671
• 끝페이지 ... 720