초록 ▼

바이오차(biochar)란 산소가 제한된 조건에서 바이오매스를 열분해할 때 발생되는 고형의 탄화물질이다.
바이오차는 열분해를 통해 안정한 형태인 방향족 구조로 재배열되므로 토양 미생물 또는 환경적 요인에 의해 쉽게 분해되지 않는다. 따라서 안정한 형태의 탄소가 지중에 장기간 저장되므로 대기 중으로 방출되는 이산화탄소가 저감된다. 이처럼 바이오차가 토양에 탄소를 고정하는 능력이 뛰어난 것으로 보고되면서 전 세계적으로 주목을 받기 시작하였다. 바이오차는 농업 및 임업 부산물을 비롯하여 축산, 도시, 산업 폐기물 등 여러 분야의 바

바이오차(biochar)란 산소가 제한된 조건에서 바이오매스를 열분해할 때 발생되는 고형의 탄화물질이다.
바이오차는 열분해를 통해 안정한 형태인 방향족 구조로 재배열되므로 토양 미생물 또는 환경적 요인에 의해 쉽게 분해되지 않는다. 따라서 안정한 형태의 탄소가 지중에 장기간 저장되므로 대기 중으로 방출되는 이산화탄소가 저감된다. 이처럼 바이오차가 토양에 탄소를 고정하는 능력이 뛰어난 것으로 보고되면서 전 세계적으로 주목을 받기 시작하였다. 바이오차는 농업 및 임업 부산물을 비롯하여 축산, 도시, 산업 폐기물 등 여러 분야의 바이오매스를 원료로 활용할 수 있으며 열분해 시 승온 및 최고온도 조건을 다양하게 적용할 수 있다. 그러므로 사용 목적에 따라 알맞은 원료 및 생산 조건을 설정하면 원하는 특성의 바이오차를 생산할 수 있다. 바이오차는 현재 토양개량, 기후변화 완화, 오염 정화 및 복원을 목적으로 활용되고 있다. 토양개량 목적으로 토양에 처리할 경우 수분 보유능 증가, 산도 개선, 영양물질 공급 및 유지효과가 있다. 기후변화완화 측면에서는 온실가스 발생량을 저감하는 것으로 보고되었다. 이에 본 연구에서는 농림 부산물을 원료로 바이오차를 생산하여 기후변화 및 토양개량제로의 활용 가능성을 평가하였다.

본 연구에서는 농업 부산물인 옥수수 잔유물과 이것을 이용하여 생산한 바이오차를 토양에 처리하였을 때 탄소격리 및 토양질 변화를 비교 평가하였다. 160일 동안 토양에서 발생한 누적 이산화탄소 발생량을 산출한 결과 바이오차를 처리 할 경우 옥수수 잔유물 처리 보다 약 87%의 이산화탄소 발생량이 저감되었다. 이 결과를 국내 옥수수 재배 현황에 적용하면 연간 약 306만 톤의 이산화탄소 발생을 저감할 수 있는 것으로 예상된다. 토양 내 labile한 탄소의 지표로 열수추출 탄소 및 과망간산화 탄소 함량을 분석한 결과 동일한 양의 탄소를 투입하였으나 바이오차 처리구의 labile한 탄소 함량이 상대적으로 낮아 바이오차가 토양 내에 안정한 형태로 저장되는 것을 확인하였다. 토양의 이화학성 분석 결과 바이오차 및 옥수수 잔유물 처리구의 치환성양이온 함량이 유사한 수준으로 증가하였으며 이는 작물 생산능력이 향상됨을 의미한다. 미생물 군집 분석 결과 옥수수 잔유물 처리 시 유기 영양물질 공급으로 미생물 함량이 증가하였으며 특히 그람 양성 세균 및 방선균이 크게 증가하였다. 그러나 이로 인해종 다양성은 무처리구보다 13%가량 감소하였다. 반면, 바이오차 처리구는 미생물 군집 및 다양성을 그대로 유지시켜 미생물상의 교란을 일으키지 않는 것으로 나타났다. 실외포장에서 무경운과 경운 시험구의 토양 특성 분석결과 시험구간 이화학적 특성의 유의적 차이는 없는 것으로 나타났으며, 유효인산을 제외한 모든 항목은 최적범위로 나타났다. 유효인산의 경우 재배전과 재배후를 비교하였을 때 무경운과 경운토양에서 유의적으로 감소하였으나,최적범위보다 최대 5.8배 높은 것으로 나타났다. 이는 포장이 선정되기 전 시비된 인산 비료에 기인한 것으로 판단된다. 무경운 및 경운 토양의 탄소 변화는 채취기간(5월, 8월)에 따른 시험토양 내 전체 탄소함량의 유의적 차이가 없었다. 그러나 탄소추출 결과 열수추출탄소의 경우, 모든 시험구에서 유의적 차이가 나타나지 않았지만, 과망간산화탄소 및 수용성탄소의 경우 무경운에서 경운에 비해 낮게 추출되었다. 상대적으로 탄소 추출률이 낮은 무경운은 경운에 비해 안정한 토양구조를 형성함으로써 용출이 쉬운 불안정탄소 비율이 낮은 것으로 추측된다. 실험포장에서 재배한 옥수수의 생육과 발아율을 조사한 결과 모든 시험구에서 유의적 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 모든 시험구 중 대조구의 발아율이 약 98.04%로 가장 높은 경향을 나타냈으며, 무경운과 경운의 경우 94.12, 88.24%의 결과를 얻었다. 상대적으로 무경운이 경운에 비해 높은 발아율을 나타냈으므로 작물 재배시 무경운이 발아율에 긍정적인 효과가 있는 것으로 판단된다. 또한 무경운l시험구와 경운 시험구에 따른 옥수수의 이삭중과 이삭장을 비교한 결과 대조구에 비해 무경운 시험구와 경운 시험구에서 유의성 있게 높은 것으로 나타났으나 두 시험구 간의 수량에 따른 유의적 차이는 없는 것으로 측정되었다. 이에 경운법에 따른 수량 차이는 적은 것으로 판단된다. 바이오매스를 바이오차로 전환하여 토양에 처리할 경우 대기 중으로 방출되는 이산화탄소를 저감하고 토양에는 안정한 형태로 저장되므로 기후변화 대응 전략으로 뛰어난 것으로 판단된다. 또한, 토양의 작물 생산성 향상 및 토양 미생물 교란이 일어나지 않아 친환경적인 토양개량제로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 4p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 9