• 농업과학연구
• /
• 제50권3호
• /
• pp.437-446
• /
• 2023

As the interest in sustainable and environmentally friendly agriculture continues to grow, there is a corresponding increase in organic fertilizers utilization. However, studies on ammonia (NH₃) emissions, which are primarily generated in the agricultural sector, by organic fertilizers are lacking. Additionally, the reliance on imported ingredients in the production of organic fertilizers hinders the widespread adoption of organic fertilizers. This study aims to evaluate NH₃ volatilization by incorporating rice husk biochar into organic fertilizers. The study also aims to assess whether domestically produced rice husk biochar can serve as a viable substitute for imported ingredients. Here, the dynamic chamber method was used under controlled conditions. Results show that inorganic fertilizers readily undergo hydrolysis, thereby rapidly generating significant amounts of NH₃, particularly in the initial stages. In contrast, organic fertilizers decompose gradually, leading to relatively long-term NH₃ emissions. The incorporation of rice husk biochar into organic fertilizers demonstrated diminished daily NH₃ emissions compared to those from commercial organic fertilizers, resulting in decreased total NH₃ volatilization. These findings show that the combination of rice husk biochar can reduce NH₃ volatilization and serve as an alternative to imported ingredients for organic fertilizers. The results of this study can be utilized as fundamental information for the assessment of biochar as a potential ingredient for organic fertilizers.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
• /
• 제28권6호
• /
• pp.24-32
• /
• 2023

Continuous increase of domestic meat consumption has inevitably increased generation of livestock manure and caused severe environmental impacts on ecosystem and human beings. This work produced biochar from cattle manure samples with different composting aging stages and investigated the properties of the produced biochar. The result of thermogravimetric analysis showed that thermal decomposition of the manure initiated at <600℃. The biochar yield was higher for the manure with a longer pre-composting period due to the elimination of microbially metabolized carbons during composting process. The result of FT-IR analysis showed that the number of surface functional groups were reduced during pyrolysis while enhancing the graphitic structures of the carbon framework. Manure samples tended to leach out N and P in leaching tests, with its amount higher for aged one than fresh one. However, their leaching was substantially suppressed when the manure was produced into biochar. In XPS spectra, it was found that N and P in the manure incorporated into biochar surface to form N-doped graphitic carbon and P-N-moieties, respectively. The findings of this work suggest that the thermochemical process can be of a viable option to valorize into biochar for potential environmental applications as well as to alleviate undesired nutrients loading to the environment.

• 유기물자원화
• /
• 제27권1호
• /
• pp.39-48
• /
• 2019

본 연구의 목적은 원예작물을 대상으로 밭에서 바이오차 시용에 따른 토마토 재배 시 바이오차의 적정 시용비율을 구명하고, 탄소 격리량을 산정하는 것이다. 바이오차는 0.01%, 0.03%, 0.05% 및 0.07%(w/w, 토양/바이오차)로 구분하여 처리하였으며, 비료는 N-P-K, 20.4-10.3-12.2kg $10a^{-1}$를 기비와 추비로 나누어 시용하였고, 돈분퇴비는 $440kg\;10a^{-1}$를 기준으로 전량 기비로 투입하였다. 토양 이화학성의 결과를 보면 토양중의 $NO_3-N$함량은 바이오차 처리 9일 후 가장 높게 나타났지만 처리간 유의성은 없었지만(p>0.05) NH4-N 함량은 바이오차 처리 후 14일 후 바이오차 처리구에서 낮게 나타났다. 토양중의 $P_2O_5$ 함량은 바이오차 처리 후 19일 후 0.01%를 제외한 바이오차 처리구에서 낮게 나타났다. 토양 중 $K_2O$ 함량은 바이오차 처리 후 6일 때 대조구와 비교하였을 때 0.01%와 0.03%가 높게 났다. 하지만 다른 처리구와 비교 하였을 때 유의차가 인정되지 않았다. 질소 효율성을 보면 0.05%에서 가장 높았으며, 또한 토마토 생육도 바이오차 처리량에 관계없이 좋았다. 바이오차 0.05% 시용구에서 질소 효율성 및 토마토 생육과 수량이 가장 높게 나타났다. 바이오차 투입량 변화에 따른 탄소 격리량 산정에서는 0.03% 처리에서 $2.83mg\;kg^{-1}$으로 가장 높게 나타났지만, 토마토 수량 측면에서 바이오차 적정 시용비율은 0.05%라고 판단된다.

• 유기물자원화
• /
• 제26권4호
• /
• pp.11-19
• /
• 2018

본 연구는 배 전정지를 사용하여 제조온도와 가열시간별로 바이오차를 제조하여 최적의 바이오차 제조조건을 확립하고 바이오차 시용이 작물 생육과 토양이화학성에 미치는 영향을 구명하기 위하여 수행하였다. 제조온도($300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $700^{\circ}C$), 가열시간(2, 3, 4 시간)별로 전기로에서 바이오차를 제조하여 성분변화를 조사하였다. 바이오차 제조온도가 높을수록 pH, 칼륨, 마그네슘, 양이온교환용량(CEC)은 증가하였고 이러한 성분변화는 $500^{\circ}C$에서 급격히 일어났다. 하지만 제조온도가 증가할수록 회분함량이 증가하고 전탄소(T-C) 함량과 수율은 감소하여 제한요인으로 작용하였다. 또한 가열시간에 따른 성분변화는 크게 나타나지 않아 가열시간보다는 제조온도에 따라 바이오차의 성분변화가 큰 것으로 나타났다. 따라서 바이오차 성분변화 및 회분, 수율을 고려하여 배 전정지 바이오차 제조조건은 $500^{\circ}C$, 2시간으로 설정하는 것이 바람직할 것으로 생각되었다. 농가 자가제조용 바이오차의 제조조건을확립하기 위해 드럼형 제조장치를 사용하여 배 전정지 바이오차를 대량으로 제조하였을 때에서도 전기로를 사용하여 제조한 바이오차와 주요 성분이 대등함을 확인할 수 있었으며, 이를 사용하여 배추와 토마토를 재배하면서 바이오차의 시용효과를 조사한 결과 무시용 대비 토양의 pH, 유기물(OM), 전탄소(T-C) 함량이 증가하고 EC, NO3-N가 감소하였다. 또한 바이오차 시용시 토양의 용적밀도가 낮아지고 공극률 및 입단율은 높아지는 경향을 보여 토양 물리성이 개선되는 효과가 나타났다. 바이오차를 연용한 결과 바이오차 시용으로 배추 생육 미 및 수량이 증가하였으며, 토마토는 바이오차 연용으로 상품과의 갯수 및 수량이 증가하였다. 드럼형 제조장치를 사용하여 농업부산물 바이오차를 농가에서 자가제조하여 사용할 경우 생산비 절감과 동시에 시설재배지 토양 이화학성 개선에 효과가 있어 친환경 농가의 토양관리에 활용도가 클 것으로 생각된다.

• 유기물자원화
• /
• 제25권3호
• /
• pp.73-78
• /
• 2017

본 실험의 목적은 토양탄소 격리 기술을 개발하기 위한 바이오차 팰렛 시용에 따른 토양의 이화학성 변화 및 작물 수량 효과에 대해 평가하는 것이다. 처리는 일반적인 영농 방법으로서 대조구, 돈분 팰렛, 바이오차와 돈분 퇴비 혼합 비율별 바이오차 팰렛 시용구 (9:1, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8)로서 구성되어 있다. 바이오차 팰렛의 사용량은 상추 재배를 위한 추천 시용량 (330kg/10a)기준으로 혼합 비율에 관계없이 6.6 g/pot이었다. 상추수확 후 상토의 pH, EC, 암모늄태 질소의 농도 변화를 분석하였다. 실험 결과로서 pH는 대조구와 비교하여 돈분팰렛 처리구에서 증가하였지만, 바이오차 팰렛 처리구(4:6 및 2:8)에서 감소하였다. EC는 처리구간에 유의차를 보이지 않았다. 암모늄태 질소 함량은 단지 돈분 팰렛 처리구에서 증가하였지만, 질산태 질소는 모든 처리구에서 감소하였으나, 상추 수량은 대조구와 비교하여 바이오차 팰렛 처리구( 9:1, 8:2 및 4:6)에서 9.5%에서 11.4%가 증가하는 것으로 나타났다. 그러므로 바이오차 팰렛 시용은 상추생육에 저해요인으로 작용하지 않고, 오히려 긍정적으로 나타남으로서, 작물 재배에 있어서 바이오차 펠렛을 시용하게 되면 토양 탄소격리 및 온실가스 완화를 위해서 유용하다고 생각된다.

• 유기물자원화
• /
• 제25권1호
• /
• pp.87-92
• /
• 2017

본 실험의 목적은 토양탄소 격리 기술을 개발하기 위한 바이오차 팰렛 시용에 따른 고추 생육 효과를 평가하는 것이다. 처리는 고추 수확 후 총 탄소 함량, 암모늄태 질소의 농도 및 총 바이오매스량 비교를 위해 일반적인 영농 방법으로서 대조구, 돈분 팰렛, 바이오차와 돈분 퇴비 혼합 비율별 바이오차 팰렛 시용구 (9:1, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8)로서 구성되어 있다. 바이오차 팰렛의 사용량은 고추 재배를 위한 추천 시용량 (440 kg/10a)기준으로 혼합 비율에 관계없이 8.8 g/pot이었다. 실험 결과로서 총 탄소 함량은 대조구와 비교하여 처리구에서 1.8-2.6배 낮게 나타났다. 암모늄태 질소의 농도는 대조구와 비교하여 처리구들 사이에 유의차가 인정되지 않았으며, 질산태 질소는 모든 처리구에서 검출되지 않았다. 그렇지만, 총 바이오매스량은 다른 처리구에서는 낮게 나타났다 할지라도 대조구와 2:8 바이오차 팰렛 처리구 사이에는 유의차가 인정되지 않았다. 따라서 이 바이오차 팰렛 시용은 농사 활동에 있어서 탄소격리를 위해서는 더욱더 연구되어야 한다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제36권7호
• /
• pp.461-468
• /
• 2014

바이오차(biochar)는 산소가 제한된 환경에서 바이오매스를 열분해를 시켜 얻을 수 있는 고체물질을 말한다. 원료가 되는 바이오매스는 에너지작물, 임업부산물, 농업부산물 등의 폐기물을 사용할 수 있으며, 토양으로 적용 시 기후변화 완화, 화석연료 소비저감, 폐기물 처리비용저감 등의 장점이 있다. 본 연구에서는 폐목재를 원료로 바이오차를 생산하는 시스템을 대상으로 전과정평가 기법에 의해 환경에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 폐목재 1톤을 기능단위로 하였을 때 생산되는 바이오차를 토양에 적용하는 시나리오를 구성하고 지구온난화에 미치는 영향을 중심으로 환경영향을 분석한 결과, 파쇄 및 건조의 전처리 공정에서 4.048E-01 kg, 가스화 열분해공정에서 4.579E-01 kg, 토양살포 공정에서 9.070E-02 kg의 온실가스를 발생하여 총 9.534E-01 kg의 온실가스가 발생하는 것을 확인하였다. 바이오차의 토양적용 시 탄소저장효과는 252 kg으로 분석되어 251 kg의 탄소 네거티브 효과를 보였다.

• 한국기후변화학회지
• /
• 제5권4호
• /
• pp.277-284
• /
• 2014

Biochar application to soil is widely known to have effects of climate change mitigation and soil quality improvement. However, effects of biochar on soil ecosystem are not always positive and some biochars are reported to contain toxic materials which might influence soil ecosystem. In this context, this study aims to investigate behavioral changes of earthworms(Eisenia fetida, Eisenia andrei) in response to different application rates of biochar to artificial soil. Treatment included two types of biochars made from rice husk (RH_Char) and wastewater sludge (SL_Char) with 1% and 10% application rates, respectively. Avoidance test revealed that earthworms did not avoid SL_Char treatments at 1% and 10%, while they rather moved to the RH_Char treatments probably due to higher labile carbon content(Hot water extractable carbon) of the RH_Char. The HWC content of RH_Char was 4 times higher than that of the SL_Char. Results of reproduction test showed that the survival rates, number of juveniles and number of cocoons were not influenced by biochar application except for the treatment of SL_Char at 10% rate. In the SL_Char 10% treatment, fatality was approximately 3.3 times as high as the control and the number of cocoons was 1.3 times higher in the same treatment than the control, indicating that earthworms were under environmental stress. The possible explanation for the stress condition was related to higher Cd, Ni, Cr, and As contents in the SL_Char. Overall results imply that biochar application at low rate might not change earthworms' behavior for the short term, while the reproduction behavior might be negatively influenced under the high application rate.

• 유기물자원화
• /
• 제31권3호
• /
• pp.43-53
• /
• 2023

This batch experiment evaluated the impacts of major plant nutrient releases by applying the modified Hyperbola model on the leachates and N₂O emissions from incorporated rice hull biochar with organic fertilizer materials. The treatments consisted of the control as incorporated with organic fertilizer materials, the incorporated rice hull biochar with organic fertilizer materials, and the incorporated plasma-activated rice hull biochar with organic fertilizer materials under redox conditions. The results indicated that the maximum release amount of NH₄-N was 3486.3 mg L^-1 in the control, and their reduction rates of NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, and K were 8.0%, 17.5% 44.3.0% and 8.7%, respectively, relative to the control. In the control, the highest soluble amount of PO₄-P was 681.0 mg L^-1. The estimations for accumulated NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, and K-releases in all the treatments were significantly (p<0.01) fitted with a modified Hyperbola model. For greenhouse gas emissions, the lowest cumulative N₂O was 340.4 mg kg^-1 in the soil incorporated with plasma-activated rice hull biochar, and the reduction rates were 27.8% and 86.4% in the rice hull biochar and plasma-activated rice hull biochar treatments, respectively, compared to the control. Therefore, it concluded that the incorporated rice hull biochar can be especially useful for controlling PO₄-P release and N₂O emissions for bio-fertilizer applications.

• 유기물자원화
• /
• 제31권2호
• /
• pp.63-71
• /
• 2023

수계 내 질소의 증가는 부영양화나 녹조 및 적조현상을 유발하여 수계의 파괴 및 물의 자정능력을 저하시켜 전세계적으로 중요한 환경문제가 되었다. 수계 내 질소의 가장 일반적인 형태는 암모늄(NH₄⁺)이온의 형태로 폐수로부터 유입되는 가장 많은 부분을 차지하고 있으며 부영양화의 주요 원인이 되고 있어 암모늄 제거에 있어 적절한 처리 및 방안이 필요하다. 본 연구에서는 생장력이 좋은 바이오매스 중 하나인 수단그라스를 적용하여 바이오차를 생산하였으며, 200℃-400℃ 탄화 온도 조건 변화에 따른 과정에서 생성된 수단그라스 바이오차를 활용하여 암모늄 이온, 10~100ppm 농도 변화에 따른 흡착능력 분석하였으며, 이 결과를 통해 흡착제로써 활용 가능성을 평가하고자 하였다. 탄화반응으로 인해 수단그라스의 화학구조가 분해되면서 바이오차의 탄소 및 고정 탄소함량이 증가하였다. 바이오차의 pH는 탄화 온도가 높을수록 pH와 전기전도도가 높아지면서 전기전도도로 인해 양이온에 대해 높은 흡착 가능성을 보였다. 흡착실험 결과를 바탕으로 NH₄-N의 농도가 높아지면서 최대 54.5%, 최저 17.4%의 제거효율을 보였으며, 탄화 온도가 높을수록 바이오차의 기공 및 비표면적 증가로 인해 오염물질의 흡착이 용이해져 NH₄-N의 제거효율이 높아졌다. FT-IR 분석 결과, 탄화반응의 고온으로 인해 전체적인 표면 작용기의 감소가 나타났다.