본 연구는 갈색거저리(Tenebrio molitor)의 사료로 주로 이용되는 밀기울을 대체할 사료원료 개발을 목표로 수행되었다. 대체원료로서 열풍 건조시킨 귤껍질, 배추, 새송이버섯 및 팽이버섯 폐배지를 사용하였으며, 투여 후 유충의 생존율, 유충 무게, 유충의 발육기간, 용화율, 용무게를 측정하였다. 귤껍질과 배추를 첨가한 배지는 대체 먹이로 적합하지 않았다. 새송이버섯 폐배지의 모든 실험군에서 유충의 생존율은 대조군과 비 슷하였으나 유충의 무게는 대조군에 비해 다소 낮게 나타났고, 유충 발육기간은 폐배지의 함량이 높아질수록 길어짐이 관찰되었다. 팽이버섯 폐 배지 20~50% 첨가 조건에서 대조군과 비슷한 유충 및 용무게가 측정되었으며, 계대사육시 밀기울 사료에 40~50% 팽이버섯 폐배지를 첨가하 는 것이 용화율을 고려했을 때 가장 효과적일 것으로 분석되었다. 결론적으로, 팽이버섯 폐배지를 40%~50% 첨가한 조건에서 기존의 밀기울 사 육법과 비슷한 높은 효율성을 나타내기 때문에 팽이버섯 폐배지는 갈색거저리 유충의 대체사료로서 적합하다고 사료된다.

본 연구는 갈색거저리(Tenebrio molitor) 사료 내 과일 및 채소 부산물, 버섯폐배지를 첨가하여 양질의 저렴한 사료를 개발하고자 수행되었다. 갈색거저리 사료인 밀기울을 대조군으로 사용하였고, 나머지 실험군은 밀기울과 열풍건조시킨 귤껍질, 배추, 새송이버섯 및 팽이버섯 폐배지의 첨가비율을 달리하여 먹이로 공급한 후, 유충의 발육특성을 비교 관찰하였다. 귤껍질을 20% 첨가한 군에서는 유충의 생존율, 유충 무게, 유충의 발육기간이 밀기울 대조군과 비슷한 수치를 나타냈으며, 용무게는 대조군보다 약1.2배 증가되었다. 배추를 첨가한 모든 군(배추 20%, 40%, 60% 첨가군)의 유충의 생존율과 유충 무게는 대조군에 비해 현저히 낮은 수준을 나타냈고, 배추를 60% 첨가한 군에서는 유충이 전혀 용화되지 않았다. 새송이버섯 폐배지를 첨가한 모든 군(새송이버섯 폐배지 20%, 30%, 40%, 50% 첨가군)에서 유충의 생존율은 밀기울 대조군과 비슷하였으나 유충의 무게는 새송이버섯 폐배지의 함량에 따라 약 60∼70%까지 감소하였다. 팽이버섯 폐배지를 첨가한 모든 군(팽이버섯 폐배지 20%, 30%, 40%, 50% 첨가군)에서 유충 및 용무게는 밀기울 대조군과 거의 차이가 없었다. 용화율은 팽이버섯 폐배지 40% 첨가군에서 밀기울 대조군과 동일한 수치를 나타냈고, 50% 첨가군에서 대조군보다 약3% 증가가 나타났다. 모든 조건을 고려했을 때, 팽이버섯 폐배지를 40%, 50% 첨가한 조건에서 기존의 밀기울 사육법과 비슷한 높은 효율성을 나타내기 때문에 팽이버섯 폐배지는 갈색거저리 유충의 대체사료로서 적합하다고 추찰된다.

This study was conducted to investigate the effects of feed resources and collection system of nonconventional agricultural roughages, and reduction of environment pollution by turning non-conventional agricultural roughages to feed resources and diversif

악취물질인 황화수소는 미생물에 의한 유기물의 혐기성 분해과정에서 황산염 환원을 통해 주로 발생하며 일반적으로 황화합물계열 악취물질 중 가장 발생량이 크고 악취유발에 대한 기여도 역시 가장 큰 물질로서 악취관리에 있어 매우 중요하다. 그 주요 발생원은 양돈 등 축산시설을 비롯하여 도축시설, 사료 및 비료 제조공장, 수산식품제조공장, 분뇨 및 하수처리시설, 펄프제조시설, 폐기물 처리 또는 매립시설 등이다. 황화수소 제거에는 여러 가지 기술이 적용되고 있는데 이 중 활성탄에 의한 흡착제거는 높은 처리효율과 처리의 편이성 등 장점을 가지고 있어 악취제거를 위한 주요 기술로 활용되고 있다. 그러나 활성탄은 야자껍질이나 석탄 등을 이용하여 탄화 및 활성화 과정에 의해 제조되므로 에너지 소비가 크고 가격이 높아 이를 해소하기 위해 활성화를 거치지 않은 탄화물을 이용하거나 농업부산물, 유기성 폐기물 등의 재료로부터 활성탄을 제조하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 탄화물은 흡착에 필요한 미세공의 형성이 활성탄에 미치지 못하여 흡착능이 떨어지고, 대체재료를 사용한 활성탄의 경우에는 재료의 단가는 낮아지고 흡착능은 확보되나 활성화과정에서 수율이 떨어져 생산량이 적기 때문에 실제 생산을 통한 활용에는 한계가 있다. 본 연구에서는 황화수소 제거를 위하여 농업부산물로 발생하는 왕겨의 탄화물인 탄화왕겨를 이용하는 방안을 모색하고자 하였다. 탄화왕겨 역시 탄화과정만으로 생산되므로 비표면적이 작아 그 제거능은 활성탄에 비해 낮게 나타나는 제약을 가지고 있다. 이에 그 제거능 향상을 위하여 적절한 알칼리성 물질을 선정하고 이를 탄화왕겨에 첨착시킨 후 칼럼실험(H2S 농도 1,000 ppm, 가스유량 600 mL/min)에 의해 황화수소 제거특성을 평가하였다. 또한 황화수소에 대하여 가장 큰 제거능을 보이는 것으로 알려져 있는 야자껍질 활성탄과 비교함으로써 탄화왕겨의 기능성 개선의 정도를 알아보았다. 연구결과, 탄화왕겨의 비표면적은 83.44 ㎡/g으로 활성탄의 1122.95 ㎡/g에 비해 월등히 작았으며 탄화왕겨의 황화수소 제거능도 활성탄의 7.3 mg H2S/g보다 훨씬 작은 1.4 mg H2S/g에 불과한 것으로 나타나 물리적 흡착만으로는 악취제거에 한계가 있음을 알 수 있었다. 그러나 알칼리성 물질을 첨착시킨 탄화왕겨의 경우 활성탄보다 큰 황화수소 제거능을 나타내었으며, 특히 NaOH가 첨착된 탄화왕겨에서는 활성탄의 3배가 넘는 제거능이 확인되었다. 이는 동일한 물질을 활성탄에 첨착시킨 경우에서 보인 황화수소 제거능에 비해서도 60% 이상 향상된 것이다. 결국 탄화왕겨가 활성탄보다 알칼리성 물질에 대하여 우수한 첨착특성을 가지면서 그 표면에 첨착된 알칼리성 물질이 황화수소와 반응함으로써 화학적 흡착에 의해 제거능이 크게 향상되는 것으로 판단된다. 따라서 탄화왕겨에 알칼리성 물질을 첨착시킴으로써 에너지 소비 및 비용을 절감하면서 악취제거능 확보가 가능함을 확인할 수 있었다.

바이오매스의 활용 기술 중 열분해는 열적 분해를 통해 바이오촤, 타르(바이오오일, 열분해가스)를 생산할 수 있는 열처리 방법이다. 저속 열분해는 바이오촤 생산에 가장 이상적인 방법으로써 이를 통해 생산된 바이오촤는 토양에 활용할 경우 토양질 개량 및 온실가스를 반 영구적으로 격리할 수 있다. 또 다른 부산물인 바이오 오일과 가스를 연료 및 열원으로 사용하여 온실가스 저감효과와 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구는 인도네시아의 농업 부산물인 볏짚을 대상으로 저속 열분해 특성에 대해 분석하였다. 저속 열분해 실험 방법은 상온에서 300-700℃까지 약 10℃/min으로 승온하였다. 볏짚의 연료 특성은 수분함량이 7.3%, 회분의 함량은 20.9%, 휘발분/고정탄소(VM/FC)는 3.7으로 나타난다. 볏짚은 탄소 48.8 %daf, 수소 6.0 %daf, 산소 43.3 %daf 함량으로 나타나며, 발열량은 13.5 MJ/kg이다. 열분해 온도 조건 300-700℃에서 획득한 바이오촤의 수율은 열분해 온도가 상승함에 따라 57.0–39.1 wt.%로 감소한다. 바이오 오일과 열분해 가스의 수율은 각각 30.2-39.2, 12.9-21.7 wt.%로 증가한다. 열분해를 통해 생산된 바이오촤는 열분해 온도가 상승할수록 탈휘발되어 대부분 고정탄소로 이루어져있다. 또한, 수소(5.2-1.3 %daf)와 산소(22.8-7.0 %daf)의 함량이 낮아지며, 탄소(68.7-91.2 %daf)의 함량은 증가한다. 바이오매스 총 질량 대비 바이오촤의 탄소 수율은 97.3-102.9 %로 나타났다. 높은 탄소 함량의 바이오촤는 안정된 물질로써 산화 없이 토양내 장기간 존재하므로 탄소격리 효과를 얻을 수 있다. 2-50 nm 크기 기공의 비표면적은 600℃에서 약 85 m²/g으로 비교적 크지만, 그 이하 온도에서는 약 2-24 m²/g으로 낮게 나타났다. 기공체적 분석 결과, 100 nm-100 μm의 다양한 크기로 분포하였다. 바이오촤의 50 nm 이하의 기공에서는 토양내 영양분을 흡착하며, 5-40 μm에서는 공생미생물이 서식하여 작물의 성장 및 토양질 개선에 큰 이점이 있다. 열분해 오일은 분자량이 높은 탄화수소 성분으로 구성되어 검고 점도가 높은 Heavy phase와 수분의 함량이 높고 분자량이 낮은 탄화수소로 구성된 Aqueous phase로 나누어 분석하였다. Heavy phase의 수분함량은 약 7-16 %로 낮으며, Aqueous phase는 약 80-84 %로 높게 나타났다. 탄소함량은 약 25-29 %wet이며, 발열량은 약 11-13 MJ/kg으로 약 45 MJ/kg인 중유의 발열량에 비해 약 1/4로 나타난다. 바이오 오일의 에너지 수율은 바이오매스 열량 대비 31.9-41.7 %로 나타났다. 따라서, 연료로서 가치는 높지 않지만, 중유 및 다른 연료와 혼소하여 충분히 활용 가능하다. 또 다른 열분해 부산물 중 열분해 가스는 열분해 초기 온도에서는 CO와 CO₂가 발생하며, 약 450℃ 이후의 온도에서 소량의 CH₄와 H₂가 발생한다. 300, 400℃의 낮은 열분해 온도 조건에서 발열량은 3.3, 3.9 MJ/kg으로 낮지만, 500-700℃에서는 CH₄와 H₂의 영향으로 5.4-9.4 MJ/kg으로 증가하였다. 300-700℃의 온도에서 에너지수율은 바이오매스 열량 대비 3.2-15.3 %로 나타났다. 열분해 가스는 낮은 온도를 요구하는 열분해 공정의 열원으로 활용이 가능하다.

In this study, the feasibility of the biogas production by anaerobic digestion with agricultural byproducts, which are stems and leaves of hot pepper or sweet pepper from one of the agricultural villages in South Korea, was investigated. The physico-chemical compositions of the agricultural byproducts of hot and sweet pepper were analyzed and they were found to be favorable with anaerobic digestion. Theoretical methane potentials of the test materials were estimated as 393.1 L CH4/kg VS for hot pepper and 372.6 L CH4/kg VS for sweet pepper. Biochemical methane potentials were analyzed by Biochemical Methane Potential (BMP) test and those of hot pepper and sweet pepper were 107.9 and 193.4 L CH4/kg VS, respectively. Silage was chosen to be long-term storage method for biogasification. Biochemical methane potential of hot pepper was increased by silage storage, while that of sweet pepper was decreased. In the case of silage chopping size, ensiled material with 30 mm size showed higher biochemical methane potential than that with 3 mm size. Most of test materials showed higher biochemical methane potentials with microbial additives containing Bacillus Circulans than that containing Bacillus Subtilis.

농업유래의 바이오매스 중 볏짚의 저장형태와 저장기간에 따른 수분함량 변화와 바이오매스의 화학적 성분 변화를분석함으로써 바이오에탄올 생산을 위한 원료의 최적 저장방법을 제시하고자 하였다. 주요 결과는 아래와 같다.1. 볏짚의 수분함량 변이를 측정한 결과 실내에서 보관한사각곤포 및 원형곤포는 약 20 ~ 25%의 수분함량을유지하였으며 실외에서 보관한 비가림 시설을 도입한사각곤포의 경우 20%이하의 낮은 수분함량을 확인하였다.2. 볏짚의 화학적 성분의 변이를 분석한 결과 실외보관곤포는 cellulose 및 hemicellulose의 함량이 큰 폭으로감소하였으나, 실내에서 보관한 곤포들은 비닐원형곤포를 제외한 나머지 집속형태에서는 오히려 성분의 함량의 증가를 확인하였다.3. 볏짚을 장기간 보관할 때에는 외부환경을 차단할 수있는 실내에서 보관하거나 부득이하게 실외에서 보관할 때 최소 비가림 시설을 도입하여 수분함량 및 화학적 성분의 감소를 최소화해야 바이오에탄올 생산을 위한 고품질의 원료로써 이용될 수 있을 것이다.

종자 수확 후 버려지는 산업용 대마를 이용한 목질 펠릿제조 가능성과 제조된 펠릿의 특성을 살펴보았다. 산업용 대마의 성분 분석 결과 활엽수와 비슷한 리그닌 함량과 당구성을 보였으며, 회분 분석 결과 무기물 함량이 0.5% 정도이어서 연료로 사용할 경우 재의 생산량은 크지 않을 것이다. 원소 분석 결과 대기 오염을 유발할 수 있는 질소와 황 함량을 분석한 결과, 황 성분은 전혀 포함하지 않고 있으며, 약간의 질소 성분을 포함하고 있는데 이는 현사시나무와 비슷한 수준이었다. 고위발열량 측정 결과 대마 목부는 현사시나무보다 다소 낮은 값을 나타내었다. 바이오매스 생산량이 큰 대마 목부를 이용하여 제조한 펠릿은 활엽수로 제조한 펠릿과 비슷한 화학적 성질과 발열 특성을 가질 것으로 기대되어 고체연료로서의 이용이 가능할 것으로 사료되었다.