보고서 정보
주관연구기관 |
바이오매스아시아(주) |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-03 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 |
TRKO201600003434 |
과제고유번호 |
1545008537 |
사업명 |
농생명산업기술개발 |
DB 구축일자 |
2016-07-02
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201600003434 |
초록
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Ⅳ. 연구개발결과
<폐열회수 건조기, 입도선별기 및 펠릿성형기 개발>
본 연구에서는 버섯생산 공정 중 배지를 만든 이후 살균하는 과정에서 버려지는 폐열을 활용하여 에너지를 효율적으로 이용하면서도 추가적 에너지 사용을 극소화 하는 수확후배지 건조공정을 개발하였다. 버섯배지의 살균 작업 시 발생하는 폐열을 최대한 회수하고자 수확후배지 저장조, 건조기 등에 폐열을 이용하도록 업계 최초로 시도하고 응축수 저장조와 함께 회수 장치를 구성하였다.
참맛버섯영농조합에서는 1일 약 2톤의 수확후배지(폐배지)가 발생하는데 병에서 탈피
Ⅳ. 연구개발결과
<폐열회수 건조기, 입도선별기 및 펠릿성형기 개발>
본 연구에서는 버섯생산 공정 중 배지를 만든 이후 살균하는 과정에서 버려지는 폐열을 활용하여 에너지를 효율적으로 이용하면서도 추가적 에너지 사용을 극소화 하는 수확후배지 건조공정을 개발하였다. 버섯배지의 살균 작업 시 발생하는 폐열을 최대한 회수하고자 수확후배지 저장조, 건조기 등에 폐열을 이용하도록 업계 최초로 시도하고 응축수 저장조와 함께 회수 장치를 구성하였다.
참맛버섯영농조합에서는 1일 약 2톤의 수확후배지(폐배지)가 발생하는데 병에서 탈피된 배지를 일시 저장하여 대기 중에 자연 건조를 유도하면서 이를 촉진하기 위하여 살균조 가동시간(약 6시간) 중에는 직접 폐 스팀을 JACKET으로 공급하거나, 드럼 건조기에서 나온 40℃∼60℃, 습도 50%미만의 폐 온풍을 유인하여 저장된 폐배지를 가열건조 할 수 있도록 하였고, 내부에는 건조를 촉진하기 위하여 작은 동력을 이용한 교반장치가 설치되어 있으며 필요에 따라 덕트 혹은 송풍장치를 추가적으로 구비할 수 있도록 구성 되어 있다.
선행기술인 기존 건조기에 배지 살균 후 확보된 폐 스팀을 연결하는 덕트와 JACKET을 장착하여 폐열을 활용하였다. 연구 초기에는 기존 건조기 내부 JACKET을 검토하였으나 2,400rpm의 고속회전체의 간섭 등으로 외부장착을 결정하였다. 기존의 건조기를 개량하여, 수집된 폐열을 적극 활용하여 건조효율을 높이도록 개발하였으며, 기류식 건조기가 필요하지 않은 배지의 경우 바로 드럼건조기를 통하여 함수율을 조절한 후 컨베이어 시스템에 연동되어 펠릿 성형기로 이동하도록 운용하였다. 건조 폐배지의 압축률을 재산정하여 함수율을 18-20%로 높인 후 시 성형에 성공하였으며, 함수율 15% 미만인 건조 수확후배지(폐배지)로 펠릿을 생산하였다. 수확후배지(폐배지)는 목재펠릿과 달리 접착력이 있는 성분이 없어 성형이 어려워 충분한 압축률을 반영하여 제작하였다.
입도선별기는 버섯 배지가 톱밥을 함유한다는 가정하에 초기 필요성을 예상하여 4mesh와 8mesh 2종을 제작하였으나 연구 과정 중 연구 대상으로 선정한 공시 버섯(느타리, 큰느타리, 팽이, 만가닥)의 성분 및 활용성에 대한 검토 결과 팽이버섯은 톱밥을 함유하지 않고, 느타리버섯은 톱밥이 과다 함유(50%)되어 타 버섯배지로의 2차 원료화의 가치가 적으며 톱밥의 선별작업의 경제적 가치가 미미하여 이에 대한 연구는 지속적으로 진행하지 아니하였다.
<폐열회수 건조기 설치 운용 조건 구명 및 산물의 펠릿화>
연간 285,000톤이 배출되고 있는 국내 병 재배 버섯 수확후배지는 대부분 평균 26원/㎏에 퇴비로 처리되고 있다. 따라서 버섯재배농가에서는 수확후배지의 재활용을 통한 고부가가치의 활용 방법을 기대하고 있었다. 수확후배지의 적극적인 활용을 위해 건조시스템 가동 조건을 구명하였는데, 1차 건조조건으로 저장조의 회전수는 2회/min, 시간은 8시간이상, 배지 투입량은 150㎏/h, 폐열+배풍기 가동시에 가장 효율적이었다. 기류식 건조기의 경우 1차적으로 드럼건조기에서 수분함량 30%대로 건조한 후에 rotor 회전은 1,500∼2,000rpm, 투입량을 300kg/h으로 하였을 때, 수분함량이 16∼18% 정도로 건조되었다. 펠릿 성형에 있어 수분함량이 15% 전후일 때가 가장 유리하였고, 성형 후 보관기간 중에도 곰팡이 등과 같은 오염에도 변질됨이 적었다.
<건조 버섯 수확후 배지의 부가가치제고>
공시한 4품목의 버섯인 느타리버섯, 큰느타리버섯, 팽이버섯과 만가닥버섯의 수확후배지의 성분 분석을 실시하였다. 각 버섯별 버섯 접종 전 배지, 배양 완료된 배지 및 버섯 수확후배지, 3단계 배지의 C/N율, 유기물과 무기질 함량 변화 등을 비교 조사하였다. 농촌진흥청이 고시한 유기질비료 기준에 따라 비교한 결과, 유해 성분이 기준이하이고, 유기물 함량도 80%이상으로 비료로 이용 가치는 충분하였다. 또한 기존 시판되고 있는 제품과 비교하여도 성분에 큰 차이가 없어 비료나 버섯증강제로의 활용 가능하다고 판단된다.
배지재료로의 활용에서 배지재료 전체를 대상이 아니라, 자실체 형성과 생육에 관여하는 C/N율을 기준으로 수확후배지와 C/N율이 유사한 재료의 대체용도로의 사용을 모색하였다. 수확후배지를 농가에서 비트펄프 대용으로 사용한 실증 재배를 한 결과, 느타리버섯에는 큰느타리버섯 수확후배지를 재사용했을 때, 수량(1%) 증가와 경영비(93,514원/day) 절감 효과가 나타났다. 큰느타리버섯에는 팽이버섯 수확후배지가 수량(4.4%) 증가와 경영비(181,931원/day) 절감 효과가 나타났다. 팽이버섯과 만가닥버섯은 수확후배지 사용으로 생산성 감소를 초래하였다. 4품목 버섯의 수확후배지가 모두 배지 재료로의 재활용이 가능한 것은 아니었지만, 큰느타리버섯과 팽이버섯 수확후배지의 배지 재료 대체재로의 가능성은 확인할 수 있었다.
수확후배지 연료용 펠릿은 3급 목재펠릿 기준에도 내구성과 발열량을 충족한다. 재료 특성상 바이오 고형연료에 해당되며, 발열량은 기준(3,000kcal/kg)보다 높아 바이오 고형연료로 사용이 가능하다고 판단된다. 각 수확후배지로 제조한 성형 펠릿을 재배용 버섯 배지 살균을 위한 연료로 사용할 경우, 기존의 목재펠릿보다 적은 소모량을 보였다. 느타리버섯 수확후배지의 펠릿은 기존 목재펠릿 사용량(123㎏)보다 적은 116㎏으로 살균이 가능하였고, 이는 일일 10,000병 입병 규모에서 연간 13,000천원의 살균연료 비용 절감효과를 기대할 수 있다.
수확후배지의 사료용 펠릿에 대한 시험은 대조구 TMR에 각각 팽이 및 큰느타리버섯 수확후 배지 펠릿을 5% 첨가한 처리구[팽이버섯 수확후배지 펠릿 첨가구(FSM)와 큰느타리버섯 페배지 펠릿 첨가구(PSM)]로 구분하였고 처리구 당 비육후기 거세한우 20두씩 공시하여, 26개월령부터 31개월 령까지 6개월 동안 시험사료를 급여하였다. 사료 섭취량은 전 기간 동안 처리구들 간에 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 사료 섭취량이 감소하는 시기인 비육후기 거세 한우를 이용한 점을 고려하면, 육성기 및 비육전기에는 본 시험에서 사용한 수준보다 높은 비율을 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
비육후기 거세 한우에게 팽이 및 큰느타리버섯 수확후배지 펠릿의 첨가는 도체중, 등지방두께, 배 최장근 단면적, 육량지수 및 육량등급 및 마블링 지수에 영항을 미치지 않은 것으로 나타나, 결론적으로 본 시험의 결과는 펠릿으로 제조한 팽이 및 큰느타리버섯 수확후배지는 비육후기 거세 한우의 TMR원료로 사용 가능함을 제시하였다.
Abstract
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IV. Results of Research
< Development of Waste Heat Recoverying Dryer, Particle Size classifier and pellet molding machine >
In this study, we developed a process for drying waste medium efficiently used while minimizing the additional energy consumption of energy by utilizing the waste heat d
IV. Results of Research
< Development of Waste Heat Recoverying Dryer, Particle Size classifier and pellet molding machine >
In this study, we developed a process for drying waste medium efficiently used while minimizing the additional energy consumption of energy by utilizing the waste heat discarded in the process of creating the medium after sterilization of the mushroom production process. Possible to recover the waste heat generated during the operation of the sterilization medium mushroom industry's first attempt to use the waste heat and the waste reservoir medium, drying and recovering device was configured with a condensate storage tank.
“Chammat mushroom farming corp.” produces around 2 tons of spent medium a day. Spent medium is taken out of bottles and left to dry naturally. To facilitate drying, waste steam is provided to JACKET directly during the operating hours of sterilizer, about 6 hours, or waste hot-air from drum dryer at a temperature of 40℃∼60℃ and a humidity of below 50% is induced. Stirring apparatus using a small power is installed inside. In addition, a duct or a blower could be equipped as necessary.
Waste heat is utilized by equipping a existing dryer with a duct to connect to waste steam produced as a by-product of medium sterilization and JACKET. JACKET was to be installed inside the existing dryer in the early stages of research. Eventually, JACKET is installed outside considering the interference of 2,400rpm high speed rotor. The improvement of the existing dryer leads to higher drying efficiency. Spent medium that does not need airflow dryer is transported to pellet molding machine through a conveyer system after adjustment of water content using drum dryer. A tryout of molding ended up with success after modification of compressibility of dehydrated waste medium and increase of water content to 18-20%. Dehydrated spent medium of water content of below 15% was processed into pellets considering the fact that it does not contain any adhesive ingredient unlike wood pellets.
Two types of particle size classifier were produced on the assumption that mushroom medium might contain sawdust; 4mesh and 8mesh. However, after the analysis of components and usability of mushrooms chosen as objects of study, oyster mushroom, king oyster mushroom, winter mushroom, and beech mushroom, it is shown that winter mushroom does not contain sawdust. In addition, oyster mushroom is found to be less valuable to process into secondary ingredients for mushroom medium because of its containing too much sawdust, which means that particle size classification process has little commercial value. Accordingly, further study was not conducted.
< Set-up the operating conditions of dryer for waste heat recovery and making pellet >
We investigate the drying system operating conditions for active use of the spent media, the first rotational speed of the drying conditions in the reservoir is 2 times / min, the time is at least 8 hours, and the medium dose is 150㎏/h, when the movable heat and ventilator operate It was the most efficient. When the air current type dryer, if the primary drum dryer at a moisture content after drying is 30% 1,500~2,000rpm rotor rotation, the input to 300kg / h, a water content of about 16 to 18% and dried. The moisture content of the pellets were molded in the most advantageous time to be around 15% during the storage period after molding alteration being even less pollution, such as fungi.
< Value-added enhancement of dried mushrooms spent medium >
The disclosure of Oyster Mushroom, king oyster mushrooms, winter mushrooms and beech mushroom only to spent medium component analysis was conducted of mushrooms. Mushroom inoculation medium, incubated medium, and mushroom spent medium, a three-phase medium C/N ratio, organic matter and minerals, including a change were compared. Results comparing the RDA of notification in accordance with the standards of organic fertilizer, hazardous ingredients are below standard and, using the value as a fertilizer in organic matter content more than 80 were sufficient. In addition, it is determined that it is possible the use of fertilizers or mushroom growth zero components do not have a large difference in degree as compared with the conventional products that are commercially available.
We tried to find a way to use spent medium as an alternative of certain ingredients that have similar C/N ratio, related to fruit-body formation and growth, with it. As a result of demonstrating cultivation using spent medium as an alternative of beet pulp, the amount increased 1% and the operating costs were reduced by 93,514 won/day when king oyster mushroom spent medium was reused to grow oyster mushroom. And the amount increased 4.4% and the operating costs were reduced by 181,931 won/day when winter mushroom spent medium was reused to grow king oyster mushroom. In the case of winter mushroom and beech mushroom, their productivity decreased when spent medium was used. Even though not all spent medium of 4 mushrooms can be recycled as ingredients for mushroom medium, king oyster mushroom and winter mushroom spent medium still has a possibility of becoming alternatives of materials for mushroom medium.
In addition, the pellets meet in durability and calorific value to wood pellet standards. Bio-material nature, and the solid fuel, heat is determined that can be used as bio-solid fuel is higher than the reference (3,000kcal / kg). When used in manufacturing molded pellets as fuel for medium sterilization, it showed less consumption than conventional wood pellets. Pellets of oyster mushroom harvest can be sterilized medium was 116㎏ less than traditional wood pellet consumption (123㎏), which can be expected to sterilize the annual fuel savings of 13,000,000 won to 10,000 bottles scale.
FSM was produced by adding 5% of winter mushroom spent medium pellets to control TMR, and PSM was by adding 5% of king oyster mushroom spent medium pellets. There were two groups of 20 cows in late-fattening, and each of groups was fed on FSM and PSM for 6 months from 26-month age to 31-month age. There was no significant difference in the amount of intake among them through entire experimental period. Considering that the experiment used cows in late fattening phase when the amount of intake generally decreases, spent medium pellets of higher ratio than this experiment chose are considered to be able to be used during growing and early-fattening periods.
Reviews beef fattening steer to the top and a king oyster mushroom spent medium pellet addition of one conductor, back fat thickness, muscle area times the maximum, was found not adversely affect the meat weight index and meat weight level and marbling index.
In conclusion, the result is a top and a king oyster mushroom produced by the pellets of the test spent medium suggested the possible use of TMR raw beef in fattening late castration.
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