현대의 경제적인 번영과 함께 가축 및 유제품에 대한 전 세계적인 수요는 지속하여 증가해왔다. 이에 가축의 광대한 수요는 환경문제를 일으키지 않는 가축 분뇨 처리에 대한 많은 걱정을 불러 일으켰다. 가축 분뇨의 탄소 중립성 때문에 가축 분뇨가 재생 가능한 탄소 원으로서 고려할 때 바이오 연료의 원료로서 가축 분뇨를 이용하는 것은 친환경 적이고 에너지 회수에 있어 지속 가능한 방법이다. 그러므로 가축 분뇨를 처리하는 친환경적이고 효과적인 기술을 고안하는 것은 중요하다. 이러한 관점에서 이산화탄소를 이용한 바이오매스의 열분해가 연구되어져 왔고 이산화탄소가 바이오매스 열분해의 열효율을 증대시킨다는 것이 밝혀졌다. 본 연구는 에너지 회수 뿐 만 아니라 벤젠 유도체의 형성 저감의 관점에서 우분의 열적 분해 동안에 이산화탄소의 역할에 대한 이해에 대하여 주로 다루고 있다. 우선 우분의 열중량분석을 통해 질소와 이산화탄소 조건에서 열적 분해특성을 알아보기 위하여 수행되어졌다. 다음으로 반응 열화학 공정에서 매개체로서 이산화탄소의 도입은 질소대비 일산화탄소의 농도가 향상되었다. 이러한 결과는 이산화탄소에 의해 향상된 열분해로부터 유도되어진 휘발성 유기물질들과 이산화탄소의 직접 반응하는 열적 분해로부터 초래 되었다. 게다가 열분해로부터 발생되어진 타르에서 벤젠 유도체들의 양은 열분해 매개체로서 질소 대신에 이산화탄소를 사용할 때 감소되어졌다. 이러한 연구의 결과는 전통적인 열화학 공정들보다 더 향상된 에너지 회수를 보이고 더 적은 오염 물질들을 방출하는 새로운 방식의 지속가능한 가축 분뇨 처리 방법임을 제시한다.

Crop production can be secured by the cycle of green manure crops as an alternative of the chemical fertilizer. Recently, rapeseed (Brassica napus L.) has been cultivated in the south part of Korea for the production of biodiesel. In this research, we focused on recycling rapeseed residue, which is produced after harvesting the rapeseed for biodiesel, as a potential source of nitrogen to the succeeding crop. Pot experiment was conducted to evaluate the effects of winter rapeseed as green manure on mineralization and uptake of nitrogen to the succeeding corn (Zea mays L.). Result showed that total nitrogen and C/N ratio of rapeseed at the harvesting stage was 0.54% and 63, respectively. The incorporation of rapeseed without decomposition period slightly inhibited nitrogen uptake to the succeeding corn compared to those with 30 days decomposition period. The pH and EC values of soils increased by increasing the period of decomposition of rapeseed from 5.2 to 6.4 and from 0.05 dS/m to 0.21 dS/m, respectively. Significant amounts of NH₄⁺ and NO₃⁻ are released by incorporation of rapeseed. The succeeding corn took up 86% and 88% of inorganic nitrogen released from the rapeseed with and without decomposition period, respectively. The overall results suggested that the utilization of rapeseed residue as green manure can be an alternative source of nitrogen in corn-rapeseed double cropping system.

농업생산에서 녹비(Green manure) 작물의 이용은 토양의 지력을 향상하고 물리･화학성을 개선함으로써 지속 농업을 가능하게 한다. 우리나라에서는 헤어리베치, 자운영, 호밀 등이 대표적인 녹비작물로써 수확과 동시에 발생하는 작물의 부산물을 환원하는 과정에 대한 연구가 진행되고 있다. 한편 식물성 원료에서 추출한 바이오에너지가 화석연료를 대체할 친환경 에너지로 주목 받고 있다. 특히 우리나라에서는 기존 식량 작물과의 경합 없이 재배가 가능한 겨울 유채가 바이오에너지 생산을 위한 핵심 작물로 선정돼 정부차원에서 유채재배를 적극적으로 추진하고 있다. 또한 수확 후 발생되는 유채 잔유물의 녹비환원은 무기화되어 방출되는 질소에 의해 후작물의 양분 공급이 가능하므로 기존 화학비료의 사용량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 바이오디젤 생산을 위한 유채재배 지역에서 유채 수확 후 녹비로 이용 가능한 유채 잔유물의 토양투입에 의한 질소의 무기화 및 후작물인 옥수수의 생육에 미치는 영향을 평가하였다. 유채(Brassica napus cv. Sunmang)는 전남 영광지역에서 2007년 10월 18일에 표준시비하여 파종하였고 2008년 6월 중순(수확기)에 관행 수확 후 남은 잔유물(줄기, 꼬투리)을 채취하였다. 녹비효과를 구명하고자 1/5000a Wagner pot에 토양을 충진하였고 유채 잔유물을 10 kg N/10a 수준으로 토양에 처리하여 혼합하였다. 후작물인 옥수수는 유채를 30일간 환원시킨 처리구 및 환원 직후의 처리구로 구분하여 각각 파종하였으며 비가림 하우스 내에서 재배하며 유채의 질소 무기화 및 후작물로의 질소 공급량을 조사하였다. 수확기 유채는 건물 생산능력이 2699 kg/10a으로 이 유채로부터 14.4 kg/10a의 질소를 함유한 잔유물이 녹비로 이용 가능하다. 유채의 녹비환원에 따른 토양의 pH는 녹비환원처리 전인 pH 5.2와 비교하여 처리 후 90일에는 pH 6.4까지 증가하였으며, EC 값에서도 녹비환원처리 전 52.4 μS/m에서 처리 후 90일에는 206 μS/m로 증가하였다. 한편 후작물인 옥수수의 생육은 30일간 환원 시킨 처리구에서 전 생육기간동안 초장의 생육을 촉진시켰으며 생육초기의 SPAD 값이 환원 직후 파종한 처리구의 38.6에 비해 41.2로 증가하였다. 옥수수의 생장은 30일 동안 환원된 처리구에서 생체중(39.1 g pot-1 )과 건물중(14 g pot-1 )이 환원 직후 파종한 처리구의 생체중(32.4 g pot-1 )과 건물중(9.6 g pot-1 ) 보다 촉진되었다. 유채로부터의 분해된 무기태 질소의 함량은 환원 전 초기 토양에서보다 90일 후에 65 mg/kg으로 낮은 증가율을 보였는데 이는 녹비로 환원되는 시점인 수확기 유채의 높은 탄질률(63)에 의해 분해 속도가 늦어진 것으로 사료된다. 본 연구는 2008년 농업과학기술개발공동연구사업 “유채재배 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA)의 환경성 및 경제성 평가연구”의 연구비 지원으로 수행되었습니다.