거대억새의 수확물은 물리적 특성상 밀도가 낮아 바로 운송하기에 경제적으로 적합하지 않다. 그러므로 현장에서 바로 전처리 작업을 통하여 거대억새 수확물의 밀도를 높여줄 수 있는 기계 개발이 필요하다. 본 연구에서는 현장에서 절단, 분쇄, 압축 성능을 극대화하여 거대억새 분쇄물의 압축밀도를 높여줄 수 있는 두 가지 형태의 기계를 개발하였다. 필드에서 사용할 수 있도록 두 가지 형태의 기계는 동력원으로 전기 혹은 트랙터 동력취출장치인 PTO로 작동되도록 하였다. 결과적으로 개발된 절단 및 분쇄 통합시스템은 분쇄 및 절단을 동시에 처리하여 시간당 1 ton 이상 처리가 가능하였다. 또한, 개발된 압착기는 압축된 분쇄물이 240 g/L 이상 밀도로 압축할 수 있었다. 개발된 거대억새 전처리 가공 기계들은 유통상 경제적 이점을 증가시킴으로써 다양하게 활용할 수 있다.

억새는 국내에서 흔히 자생하는 다년생 C4 식물로써 바이오에탄올 작물이다. 최근 4대강 주변에 많이 식재 되고 있으며 세계적으로는 친환경 에너지 자원으로 주목 받고 있다. 그럼에도 불구하고 억새를 가해하는 해충에 관한 정보가 미비하여 억새를 가해하는 해충을 조사 하던 중 이화명나방에 의한 피해가 확인 되어 경남 산청, 전북 익산, 전남 화순 지역의 거대억새 재배지에서 이화명나방의 월동 유충 밀도, 우화시기, 피해율, 피해 부위를 각각 조사 하였다. 이화명나방 유충에 의한 거대억새의 뿌리 피해율은 화순지역에서 18.9%로 가장 높게 나타났으며, 유충 밀도는 3.7 마리/m2 였다. 익산지역에서는 이화명나방 유충이 발견되지 않았으며 산청지역에서는 1마리가 발견되었다. 이화명나방의 우화 시기는 모든 지역에서 5월 초순부터 성충이 발견되었고, 1화기와 2화기의 피해율을 조사한 결과 유충의 밀도가 높았던 화순 지역에서 각 각 26.9%, 11.9%로 나타났으며, 익산과 산청 지역은 모두 1% 미만의 낮은 피해율를 보였다. 억새의 높이에 따른 이화명나방의 칩입공 위치는 대부분 0∼20 cm 사이에 발견되었고, 위쪽 보다는 아래쪽에서 더 많은 침입공이 발견 되었다.

본 연구는 반추동물의 조사료 자원으로서 거대억새를 개발하기 위한 목적으로 수행되었다. 우리나라에서 새롭게 개발된 품종인 거대억새 1호를 완숙기 이후에 채취하여 in vitro 반추위 발효를 이용해반추위내 pH, 암모니아태 질소, 가스발생량, 휘발성 지방산 생성량 및 건물소화율을 조사하였으며,볏짚과 비교하여 평가하였다. 거대억새는 볏짚에 비하여 유의적으로 높은 반추위내 pH를 나타내었다(p<0.01). 암모니아태 질소의 경우 배양 12시간 이후에는 두 처리구간의 유의적인 차이를 나타내지 않았다 (p>0.05). 배양 6시간 이후 부터는 거대억새의 가스발생량이 볏짚에 비하여 유의적으로 낮게 나타났다 (p<0.05). 휘발성 지방산 생성량에 있어 acetate, propionate, butyrate, valerate 및 총생상량에서 볏짚이 거대억새보다 높게 나타났다. 그러나 iso-butyrate와 iso-valerate에서는 두 조사료원별 차이는 발견되지 않았다. 건물소화율에 있어 배양 12~24시간 사이의 거대억새 소화율이 볏짚에 비하여 유의적으로 나타났다. 결론적으로 거대억새의 이용성은 볏짚의 약 80% 수준인 것으로 나타났다.

거대억새 자원의 활용도 제고방안의 일환으로 거대억새 파티클을 이용하여 보드를 제조하고 수지첨가량, 수지타입 및 밀도에 따른 물성을 검토하였다. 흡수율은 보드의 밀도 및 수지첨가량이 증가할수록 감소하였으며, 휨강도와 박리강도는 밀도 및 수지 첨가량이 증가할수록 파티클간 결합력이 강해져 증가하였다. 두께 팽창률은 보드의 밀도가 증가함에 따라 증가하였고 수지 첨가량이 많을수록 감소하였다. 수지타입에 따라 두께 팽창률과 흡수율은 액상 페놀수지로 제조한 보드가 더 나은 치수안정성을 보였고, 보드밀도 0.4 g/㎤ 로 제조한 경우 수지 첨가율 11~13% 일 때 휨강도는 분말상 및 액상 페놀수지 간에 차이가 없었으며, 박리강도는 액상의 페놀수지로 제조한 보드가 더 좋은 값을 나타내었다.

To restore reclaimed land, it needs to be supplemented with organic matter; this is especially true for Korea, where organic matter constitutes only one-tenth of conventional agricultural soils. The giant Miscanthus, a perennial grass known for its extensive biomass, shows signs of being an excellent source of organic matter for restoring reclaimed land. Therefore, the objectives of this study were to (i) evaluate the feasibility of using the giant miscanthus as an organic resource within the context of re-using reclaimed land for agricultural purposes (i.e., potato cultivation), and (ii) determine the optimum fertilization rate for the potatoes while the giant miscanthus is being used as an organic resource. Our results show that after 180 days, giant miscanthus lost 23–47% of its original dry weight, with the extent of the loss dependent on soil salinity. Nutrient concentrations (Mg2+, Na+) continued to increase until the end of the study period. In contrast, potassium (K+) and the ratio of carbon to nitrogen (C/N) decreased until the end of the study period. Specifically, after 180 days, low salinity topsoil treatments had the lowest C/N ratio. In the first year, 150 % of standard N rates were required for the potatoes to achieve maximum productivity; however in the 2nd year, standard rates were sufficient to achieve maximum productivity. Overall, this implies that even though the application of giant miscanthus did eventually improve soil quality, increasing crop yields, N fertilization is still necessary for the best outcomes.

전 세계적으로 지속가능한 에너지자원의 확보에 대한 필요성과 관심이 높아지고 있다. 현재 화석연료의 의존도가 높으나, 화석연료의 가격의 변동이 심하고, 한정된 매장량을 지니며, 지나친 화석연료의 사용은 환경적으로 심각한 악영향을 미친다. 바이오매스 및 폐기물을 에너지원으로 하여 에너지를 생산하는 분야는 최근 각광받는 신･재생 에너지 분야 중 하나이다. 바이오 에너지는 바이오매스로부터 전환된 바이오 에너지를 사용할 때 발생되는 이산화탄소가 바이오매스의 성장에 다시 쓰이게 되므로 탄소중립적이며 바이오매스의 경작, 재배를 통하여 지속적으로 생산 할 수 있다는 장점을 가진다. 최근까지 옥수수, 사탕수수 등의 식량자원을 에너지원으로 사용하였지만 이러한 식량자원의 사용은 국제 곡물가 폭등 및 후진국의 식량파동을 야기하므로 비 식량에너지 작물개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 비 식량 바이오매스에 대한 연구의 일환으로 농촌진흥청 국립식량과학원에서 거대억새를 개발하였다. 거대억새는 국내에 자생하는 물억새의 일종으로 염색체수가 76개로 4배체이며 기존 물억새 대비 크기와 굵기가 2배 이상이기 때문에 수확량은 약 30 ton/ha 로 1.5배 가량 높다. 또한 셀룰로오스 함량이 44%로 많고 회분이 1.6%로 적기 때문에 에너지자원으로써의 잠재성을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 거대억새를 원료로 하여 bio-oil을 생산하는 연구를 진행하였다. 바이오매스는 열분해, 가스화, 연소 등의 열화학적 공정을 통하여 더욱 가치 있는 에너지의 형태로 변환될 수 있으며 그 중 급속열분해 공정은 무산소 분위기, 약 500℃의 반응온도, 2초 이하의 짧은 기체체류시간을 유지하여 액상생성물인 bio-oil의 수율을 극대화 하는 공정이다. Bio-oil의 수율과 품질은 급속열분해 운전조건에 영향을 받으며 그 중 반응온도는 가장 영향을 많이 미치는 인자이다. 본 연구에서는 1kg/h 급 사각형 유동층반응기를 이용, 기포유동층 영역에서 400-550℃의 온도범위로 거대억새를 급속열분해 하였고, 생성된 bio-oil의 발열량, 수분함량, 점도, GC/MS 등의 분석을 통하여 특성 및 품질분석을 실시하였다. 또한 타 목본계, 초본계 바이오매스들과의 비교를 통하여 거대억새 bio-oil의 연료로써 가치평가도 함께 실시하였다.

최근 교토의정서 발효로 인한 이산화탄소 배출량 감축의무 등에 따라 세계 여러 나라에서는 바이오매스 및 폐기물에너지에 대한 투자와 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 바이오매스를 에너지로 전환하는 열화학적 전환공정으로는 연소, 가스화, 급속열분해 공정이 있으며, 이중 급속열분해 공정은 바이오매스를 액상 연료로 전환하는 공정으로, 공정을 통해 생산되는 bio-oil은 발전용, 수송용 연료, 화학소재 등 다양한 분야에 활용이 가능하기 때문에 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 농촌진흥청에서 국립식량과학원에서 개발한 에너지작물인 거대억새 1호는 국내에 자생하는 물억새 일종으로서 염색체 수가 76개인 4배체이다. 간장이 4m, 경태가 9.6mm로서 일반 물억새에 비해 2배 이상 크고 굵기 때문에 수확량이 30ton/hr 정도로 일반 물억새에 비해 50% 이상 많다. 줄기가 고사하면 줄기에 붙어 있는 잎집과 잎이 대부분 탈락되어 셀롤로오스 함량이 44%로 많고 회분 함량이 1.6%로 적기 때문에 bio-oil 제조용으로 좋은 연료이다. Bio-oil을 안정적으로 발전용, 수송용 연료로 사용하기 위해서는 고품질의 bio-oil을 생산할 수 있는 공정 기술이 기반이 되어야 한다. Bio-oil의 수율 및 품질은 급속열분해 운전조건에 영향을 받기 때문에 높은 수율의 고품질 bio-oil을 생산하기 위해서는 급속열 분해 공정의 최적운전 조건 도출 및 bio-oil의 물리-화학적 특성 변화에 대한 연구가 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 급속열분해 반응 온도가 거대억새 bio-oil의 물리-화학적 특성에 미치는 영향을 파악하기 위해서 사각형 유동층 급속열분해 반응기를 이용하여 급속열분해 실험을 수행하였다. 급속열분해 실험은 400~550℃ 범위에서 수행되었으며, 급속열분해 반응온도에 따른 생성물의 수율을 측정하였다. 그리고 급속열분해 반응온도 변화에 따른 bio-oil의 수분 함량, 발열량, 점도 변화와 GC/MS 분석을 통하여 bio-oil 내 성분 변화를 살펴보았다.

The rice stem borer (Chilo suppressalis Walker) was one of the most destructive pest of rice for the 1960s and 1970s in Korea. Recently, it is newly recognized as a potential risk factor to the biomass yield of bioenergy crops. The current research was firstly conducted to investigate overwintering larvae population density and pattern of rice stem borer attacking Miscanthus sacchariflorus cv. Geodae 1 which is referred to as an ideal lignocellulosic bioenergy crop in Korea. Population density of larvae per 1 m2 in stems and rhizomes at the Miscanthus experimental plots and rates of damage (wormhole, abscission) of M. sacchariflorus cv. Goedae 1 were investigated from October 2012 to March 2013. The population of larvae per 1 m2 in stems of Miscanthus were 23, 4, 1, and 1 in October, November, December 2012, and January 2013, respectively. Over the same period, the population of larvae in basal stem rots and rhizomes were increased, whereas decreased in stems. Interestingly, the positions of larvae for overwintering in Miscanthus were confirmed to 5~10 cm below the soil surface such as basal stem rot and rhizome, whereas the most common overwintering position known in rice is a part of stem on the ground such as rice straw and rice stubble. It would suggest that the larvae gradually moved to bottom of stems and rhizomes in soil in line with decline in temperature. Moreover, the damage rates of stems per 1 m2 were up to more than 50% in some places. In conclusion, this might be the first report that rice stem borer could affect the productivity of biomass of Miscanthus in case of mass cultivation. Moreover, it should be necessary to make a decision in insect control management for this bioenergy feedstock and other related crops.

억새(Miscanthus spp.)는 화본과에 속하는 다년생 C4 식물로 국내에 자생하는 대표적인 바이오에너지 원료작물이 다. 농촌진흥청에서 개발한 ‘거대 1호’는 4배체 물억새로 초장 및 경태 등이 일반 억새의 두 배 크기로 탁월한 건물 생산성을 보여 유망한 바이오매스 자원으로 여겨지고 있다. 본 연구에서는 ‘거대 1호’의 미성숙 화기를 이용한 안 정적인 캘러스 유도 및 식물체 재분화 조건을 확립하여 대량증식 및 분자육종을 위한 기초자료를 확보하고자 하였 다. 재료는 억새의 2mm 이하인 미성숙화기를 사용하였으며, 수집한 재료는 70% EtOH로 2분, 0.45% NaOCl으로 20 분간 표면살균 후 미성숙화기의 정단부위를 실체현미경 하에서 적출 후 사용하였다. MS배지에 2,4-D(Auxin)와 BA(Cytokinin)를 각 농도 별로 첨가하여 캘러스 유도율을 조사한 결과, 2,4-D 5 mg/L와 BA 0.1 mg/L를 혼합 처리한 배지에서 가장 높은 캘러스 유도율을 나타내었다. 유도된 캘러스로부터 신초 재분화를 위해 MS 배지에 NAA와 BA, 2,4-D와 BA 등을 농도별로 첨가하여 배양한 결과, NAA 1mg/L와 BA 1mg/L이 첨가된 MS 배지와 5 mg/L BA와 0.1 mg/L NAA가 첨가된 배지에서 각각 15.4, 15.2 %의 신초 재생율을 보였다.

Miscanthus sacchariflorus var. No. 1 has been newly developed in Korea. This study was conducted to assess the feed value of M. sacchariflorus var. No. 1 at different growth and harvesting time. Total 3 different miscanthus - 1y4m (first shoot and harvested at 4 month), 2y4m (second shoot and harvested at 4 month) and 2y8m (second shoot and harvested at 8 month). Two experiments were carried out, In vitro rumen simulated fermentation and In situ dry matter digestibility (DMD). Ruminal pH at in vitro fermentation were higher in M. sacchariflorus var. No. 1 treatments compared to the rice straw (RS). In volatile fatty acid production, 1y4m resulted in higher acetate production than the other M. sacchariflorus var. No. 1 at higher maturity stages. Significant differences among treatments were observed in propionate and total volatile fatty acid (VFA) productions at 9, 24 and 48 h of incubation times. Higher ammonia nitrogen productions were found as increased maturity of M. sacchariflorus var. No. 1. At In situ experiment, high DMD was detected in the order of RS (60.51%) > 1y4m (57.65%) > 2y4m (57.63%) > 2y8m (46.28%). The results from this study indicate that young and early harvested M. sacchariflorus var. No. 1 are able to improve its nutrient values in the ruminant animal.