초록 ▼

연구의 목적 및 내용
◯ Black carbon을 이용한 흡착 모형 개발
◯ 논에서 Black carbonization 소재를 이용한 탄소 격리량 평가 (현장 평가)
◯ 친환경 농자재 개발, 식물 생육 반응 및 경제성 평가
◯ Black carbon 혼용에 따른 가축분 퇴비화 과정에서 발생되는 온실가스 발생량 산정
◯ Black carbon pellet에 대한 농업 친환경성 평가

연구개발성과
흡착 모형은 Langmuir isotherm모형에 잘 맞는 것(p<0.001)으로 나타났다. 최대

연구의 목적 및 내용
◯ Black carbon을 이용한 흡착 모형 개발
◯ 논에서 Black carbonization 소재를 이용한 탄소 격리량 평가 (현장 평가)
◯ 친환경 농자재 개발, 식물 생육 반응 및 경제성 평가
◯ Black carbon 혼용에 따른 가축분 퇴비화 과정에서 발생되는 온실가스 발생량 산정
◯ Black carbon pellet에 대한 농업 친환경성 평가

연구개발성과
흡착 모형은 Langmuir isotherm모형에 잘 맞는 것(p<0.001)으로 나타났다. 최대 흡착량(q_m)과 결합지수(b)는 각각 0.65 mg g^-1 and 0.057 mg L^-1 로 산정되었다. MRHBPN-40%처리구에서 가장 높은 탄소 잠재 격리량은 1.23 tonnes ha^-1인 반면, 대조구에서 가장 낮은 탄소격리량 0.89 tonnes ha^-1으로 나타났다. 온실가스 발생에 있어, CH₄ 발생량은 RHBN-40% 처리구가 가장 낮게 발생되는 것으로 관측되었으며, N₂O 발생량은 Control > PBN-40%>RHBN-40% 순으로 낮게 나타났다. 벼 생육 및 수량에 관하여, 초장은 대조구가 84.5cm로 가장 높았지만, 조곡 수량은 대조구와 RHBN-40%처리 간에 유의차가 없는 것으로 나타났다.

Black carbon을 이용한 완효성 비료 제조는 비료원료를 분쇄 한 후 Black carbon과 조립제를 혼합하여 입상성형을 한 후 선별과 건조 과정을 통해 제조고정을 확립하였으며, 이를 통해 Black carbon함량과 조립제 함량에 따른 조립정도와 강도를 평가하여 우수한 6종류를 선정하였다. Black carbon 함량에 따른 완효성 비료의 효과 시험에서 함량에 따른 배추 엽색도, 엽장, 엽폭을 측정한 결과 무처리를 제외한 전체 처리구간 현저한 차이를 보이지는 않았으나, 수량 측정결과 Black carbon 5%, 10%에서 관행대비 높은 수량 지수를 보였고, 그 중 5%에서 가장 높은 수량지수를 보였다. Black carbon 함유 완효성 비료 시비량 절감에 따른 배추 수량 측정결과 관행시비량 대비 밑거름 100%, 80% 처리구에서 관행대비 높은 수량을 보였으며 밑거름 60% 처리구는 관행과 유사하였다. 따라서 Black carbon이 함유된 완효성비료의 사용에 따라 시비량은 관행대비 52.8%가 절감되고, 시비횟수는 1회 처리로 66.7% 절감효과가 있음을 확인할 수 있었으며, 경제성 분석결과 Black carbon 완효성 비료사용 시 처리비용이 관행 대비 60.8%, 시판 완효성 비료 대비 60.8% 절감되는 것을 확인할 수 있었다.

가축분뇨(계분, 우분) 퇴비화 과정 중 Black carbon 첨가에 따라 퇴비더미 내 온도가 상승함에 따라 온도증가(65-70 ℃)는 초기 부숙단계에서 유해미생물 제어가 용이하였다. 계분 퇴비화 과정 중 Black carbon 첨가비 15%에서 CO₂ 발생량이 최대 49%, N₂O 발생량이 최대 70%, NH₃ 발생량이 최대 46% 저감되는 것으로 나타났다. 우분 퇴비화 과정 중 Black carbon 첨가비 15%에서 CO₂ 발생량이 최대 28%, N₂O 발생량이 최대 89%, NH₃ 발생량이 최대 41% 저감되는 것으로 나타났다.

돈분 퇴비와 왕겨와 야자수 black carbon을 각각 돈분 퇴비와 혼합하여 재조한 팰렛의 표면 특성을 비교/분석하고, 악취 물질의 발생 정도를 평가하였다. 먼저, SEM, XRF, BET 등 다양한 물리·화학적인 방법을 통한 특성 비교/분석 결과, 왕겨 black carbon 팰렛이 야자수 black carbon 팰렛에 비하여 매끈한 표면으로 더 작고 단단하였다. 원소 구성비(C, H, O, N, S)는 두 팰렛이 비슷한 수치를 보였으나, XRF의 결과는 대부분 유사한 구성비를 보였다. 왕겨 black carbon 펠렛에서 Ca의 구성비가 10% 높은 결과를 나타냈으며, 반대로 야자수는 Fe의 구성비가 10% 높은 결과를 보였다. 또한, 비표면적과 공극 크기는 팰렛화를 진행하면서 비표면적과 공극부피가 작아졌으며, 왕겨 black carbon 팰렛과 활성 야자수 바이오차 팰렛에 비해 비표면적이 8배, 공극부피가 2배작은 것으로 나타났다. 악취 유발 물질 평가 결과는 돈분퇴비 대비 황계열, 지방산 계열에서 왕겨의 효율이 더 높은 것으로 나타났고, VOCs도 더 낮은 발생량을 보였다. N₂O의 발생 정도는 왕겨 및 야자수에 비해 높은 것으로 나타나므로, 이는 돈분에서 발생하는 N₂O에 기여할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 전반적으로 악취물질 발생 평가를 통해 왕겨 black carbon 팰렛이 악취 발생량이 작은 것으로 보아, 더 친환경적인 비료임을 알 수 있었다.

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 친환경 온실가스 소재 개발에 따른 탄소격리 기술 향상
○ Black carbon을 이용한 친환경적인 완효성 비료 제조 기술 확보
○ Black carbon의 농업 적용 사례 확보 및 추가 연구 시도 유도
○ 친환경 온실가스 소재 개발 적용 방안 및 시스템 구축
○ 악취 저감형 가축분뇨 퇴비화 기술 보급으로 인한 퇴비의 부가가치 향상
○ 악취 평가를 통한 Black carbon 활용 농자재의 청정기술 입증

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&Contents
◯ To evaluate its adsorption capacity of modified rice hull biochar.
◯ To investigate the agro-environmental effect during rice cultivation.
◯ To evaluate economic analysis and plant growth responses with development of granular type of supplemented black carbon pellet
◯

Purpose&Contents
◯ To evaluate its adsorption capacity of modified rice hull biochar.
◯ To investigate the agro-environmental effect during rice cultivation.
◯ To evaluate economic analysis and plant growth responses with development of granular type of supplemented black carbon pellet
◯ To estimate greenhouse gas emissions during composting the animal manure with black carbon
◯ To evaluate the eco friendly agro-material as a modified supplemented black carbon pellet

Results
The sorption of NH₄⁺-N to 6M modified rice hull biochar was significantly fitted(p<0.001) by Langmuir isotherm model because it was observed that dimension less constant (R_L) was 0.39. The maximum adsorption amount (q_m) and binding strength constant (b) were calculated as 0.65 mg g^-1 and 0.057 mg L^-1, respectively. The highest carbon sequestration was 1.28 tonnes ha^-1 in the MRHBPN-40%. For the greenhouse gas emissions, the emitted CH₄ concentrations in the APBPN-40% were observed to be lowest, while the emitted N₂O concentrations were lowest in the MRHBPN-40%.

For growth responses, the greatest plant height was 84.5 cm in the control, but grain yield was not significantly different between the control and MRHBPN-40%.

To manufacture this slow release fertilizer, the raw materials are ground into powder form and then mixed with binder to be granulated and followed by sieving and drying. The best 6 types are selected according to hardness and degree of coupling by contents of black cabon and binder. Results did not show significant effect on cabbage’s leaf color, length and width on each group except for the control. However, yield showed an 5 and 10 % of advantages compared to the conventional fertilizer group, and it showed highest yield in the 5% of black carbon treatment. Cabbage yield appeared to have depended on save of black carbon-containing slow release fertilizer application amount. It showed better results on 100% and 80% of basal fertilization group. Thus, not only do farmers can save 52.8% of fertilizer amount by utilizing Black Carbon containing slow release fertilizer, but also farmers can also save 66.7% usage by applying only once. Economical analysis shows that the application cost is saved by 60.8% compared to both conventional fertilization and other slow release fertilizer in the market.

It is very useful to control the hazardous microorganism to enhance the fermentation temperature(65-70 ℃) at initial stage during decomposition of animal wastes(poultry manure and cow manure) with addition of black carbon. It shown that CO₂, N₂O and NH3 emissions were reduced at 49%, 70% and 46%, respectively, for composting the poultry manure, while were decreased at 28%, 89% and 41%, respectively, for composting cow manure with addition of 15% of black carbon.

As a result of the elemental analysis, it was shown that the elemental composition (C, H, O, N, S) were similar between supplemented rice hull black carbon pellet and supplemented activated palm biochar pellet. It was shown that Ca content in the supplemented rice hull black carbon pellet was higher at 10% than the supplemented activated palm biochar pellet, while Fe content in the supplemented activated palm biochar pellet was higher at 10% than the supplemented rice hull black carbon pellet. For results of bad odor analysis for supplemented black carbon pellet, their concentrations of sulfur and volatile fatted acid components were higher relative to the pig manure compost. However, it appeared that their VOCs emissions was low. N₂O emission in the supplemented black carbon pellet was low compared to the pig manure compost. Therefore, it was considered that the supplemented rice hull black carbon pellet was more eco-friendly slow release fertilizer than the supplemented activated palm biochar pellet.

Expected Contribution
◯ Enhancing the carbon sequestration technology by using slow release fertilizer as supplemented black carbon pellet
◯ Establishment of slow release fertilizer manufacturing technology by using black carbon
◯ Reduction of greenhouse gas emissions for composting the animal manures with addition of black carbon
◯ Establishment of eco-friendly agricultural material

(출처 : Summary 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국 문 요 약 문 ... 4
• Summary ... 6
• 목차 ... 8
• 제 1 장 연구개발 과제의 개요 ... 9
• 제1절 연구 개발 목적 ... 9
• 제2절 연구 개발의 필요성 ... 9
• 제3절 연구 개발 범위 ... 14
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 제1절 연구수행 내용 ... 14
• 제2절 연구수행 결과 ... 28
• 제 3 장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 61
• 제1절 목표대비 달성도 ... 61
• 제2절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타) ... 61
• 제 4 장 연구 결과의 활용 계획 ... 62
• 제 5 장 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 62
• 제 6 장 연구시설·장비종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비현황 ... 62
• 제 7 장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 62
• 제 8 장 기타사항 ... 64
• 제 9 장 참고문헌 ... 65
• 끝페이지 ... 72