KR-20260060789-A - Herbicidal functional artificial soil containing ginkgo biochar and its manufacturing method

KR20260060789AKR 20260060789 AKR20260060789 AKR 20260060789AKR-20260060789-A

Abstract

본 개시는 제초 기능성 상토 및 상기 제초 기능성 상토가 내부에 충진된 그로우백에 관한 것이다. 상세하게는 상기 제초 기능성 상토는 은행나무의 잎, 가지로부터 선택되는 하나 이상의 은행나무 부산물을 혐기적 조건에서 열분해한 은행나무 부산물 바이오차를 포함할 수 있다.

Inventors

오택근
김준호
이준영
강윤구
김지훈
최지원

Assignees

충남대학교산학협력단

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241025

Claims (16)

은행나무의 잎, 가지로부터 선택되는 하나 이상의 은행나무 부산물을 혐기적 조건에서 열분해한 은행나무 부산물 바이오차를 포함하는, 제초 기능성 상토.
제1항에 있어서, 코코피트, 피트모스, 펄라이트, 질석, 제오라이트, 마사토 및 규조토에서 선택되는 어느 한 종류 이상의 상토 조성물을 더 포함하는 것인, 제초 기능성 상토.
제1항에 있어서, 상기 바이오차를 1 내지 20 부피%로 포함하는, 제초 기능성 상토.
제3항에 있어서, 코코피트 50 내지 70 부피%, 피트모스 10 내지 20 부피%, 펄라이트 5 내지 15 부피%, 질석 1 내지 10 부피% 및 제오라이트 1 내지 10 부피%로 더 포함하는, 제초 기능성 상토.
제1항에 있어서, 상기 상토는 pH 5 내지 9를 나타내는 것인, 제초 기능성 상토.
제1항에 있어서, 상기 바이오차는 300 내지 600℃의 온도 조건에서 열분해된 것인, 제초 기능성 상토.
제6항에 있어서, 상기 바이오차는 450 내지 600℃의 온도 조건에서 열분해된 것인, 제초 기능성 상토.
제6항에 있어서, 상기 바이오차는 10분 내지 2시간 동안 열분해된 것인, 제초 기능성 상토.
제6항에 있어서, 상기 바이오차는 H(수소)/C(탄소) 비가 0.7 미만인 것인, 제초 기능성 상토.
제6항에 있어서, 상기 바이오차는 물과 1 : 10 중량비 조건에서 pH가 10 이상인 것인, 제초 기능성 상토.
제1항에 있어서, 상기 상토의 공극률은 60% 내지 95%인 것인, 제초 기능성 상토.
제1항에 있어서, 상기 상토의 입자밀도는 1.55 내지 2.20 Mg/m 3 인 것인, 제초 기능성 상토.
제1항에 있어서, 상기 상토의 용적밀도는 0.15 내지 0.25 Mg/m 3 인 것인, 제초 기능성 상토.
제1항 내지 제13항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 제초 기능성 상토가 내부에 충진된, 제초 기능성 그로우백.
제14항에 있어서, 상기 그로우백은 일정 간격으로 배치된 홈에 상토가 충진된 형태인, 제초 기능성 그로우백.
제14항에 있어서, 상기 그로우백은 생분해성 고분자를 포함하여 제조된 구조체에 상기 상토가 충진된 형태인것인, 제초 기능성 그로우백.

Description

은행나무 부산물 바이오차를 포함하는 제초 기능성 상토와 그의 제조 방법{Herbicidal functional artificial soil containing ginkgo biochar and its manufacturing method} 본 개시는 은행나무 부산물 바이오차를 포함하는 제초 기능성 상토와 그를 제조하는 방법에 관한 기술로, 은행나무 잎과 가지로부터 선택되는 하나 이상의 부산물을 혐기적 조건에서 열분해한 은행나무 부산물 바이오차를 포함하는 상토와 그를 제조하는 것이다. 도로의 소음 저감, 아황산가스(SO2) 흡수를 통한 대기오염 방지, 및 병충해 방지를 목적으로 은행나무는 국내에서 주로 가로수로 활용되며, 22년 기준 총 1,028,938본이 식재되어 있다. 이러한 은행나무는 국내 조성된 전체 가로수의 약 9.4%를 차지할 정도로 많은 개체를 가지고 있으나, 많은 양이 가로수로 활용되는 만큼 은행잎 혹은 전정가지 등의 부산물이 해마다 다량 발생하고 있다. 이러한 은행나무 부산물은 다른 낙엽과 달리 퇴비화에 적합하지 않아 대부분 매립 및 소각을 통해 처리되며, 부산물의 소각은 각종 대기오염물질을 유발하는 문제가 있다. 따라서, 국내 대기환경을 보전하기 위해서는 은행나무 부산물을 소각 방식 이외에 친환경적으로 활용하는 방식으로 재활용 기술의 전환이 필요로 되고 있다. 더불어, 친환경 기술 중 하나로 바이오매스 및 유기물질을 열분해하여 생성되는 바이오차(Biochar)는 탄소 격리, 다공성 구조 등 다양한 장점을 가져 자연으로부터 수득한 유기물질을 보다 친환경적으로 재활용할 수 있는 기술로써 각광받고 있다. 바이오차는 토양에 적용되어 식물 생장 및 정화를 위한 토양 특성을 개선하기 위해 사용될 수 있으며, 난분해적 특징을 가져 탄소를 고체 형태로 장기간 격리하여 온실가스 저감할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 제조 원료의 선택 폭이 넓고, 열분해 조건에 따라 그 특성이 변화하는 점도 바이오차의 장점으로 꼽히는 특징이다. 따라서, 동ㆍ식물의 부산물을 단순 매립 혹은 소각하는 대신에 이들을 새로운 가치를 갖는 자원으로써 친환경적으로 재활용하기 위한 바이오차 제조 기술이 개발되고 있으며, 국내의 경우 해마다 다량 발생하는 은행나무 부산물을 바이오차로 적용한 지속가능한 재활용 기술이 필요로 되고 있다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 있어서, 은행나무 잎 부산물 바이오차 또는 은행나무 가지(전정지) 부산물의 바이오차를 포함하는 상토를 제조하여 촬영한 사진이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 있어서, 제초 기능성 상토가 충진된 직사각형 형태의 그로우백을 나타낸 그림이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 있어서, 제초 기능성 상토가 충진된 원통형 형태의 그로우백을 나타낸 그림이다. 이하 본 개시에 대한 상세한 설명은 예시적인 것에 불과하고 본 개시가 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다. 본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가질 수 있다. 본 개시 및 특허청구범위에서 “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 배제하는 것은 아니다. 본 개시 및 특허청구범위에서 사용하는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다. 또한, 본 개시에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 개시에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다. 본 개시에서 사용되는 정도의 용어 "약" 등은 허용오차가 존재할 때 허용오차를 포괄하는 의미로 사용된 것이다. 먼저 본 개시에 따른 제초 기능성 상토는 은행나무의 잎, 가지로부터 선택되는 하나 이상의 은행나무 부산물을, 혐기적 조건에서 열분해한 은행나무 부산물 바이오차(Biochar)를 포함한다. 또한 본 개시는 상기 제초 기능성 상토가 내부에 충진된 그로우백을 제공할 수 있다. 상기 그로우백은 가정이나 학교 등 일상생활에서 도시 농업 활동에 사용되어 작물을 재배하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 상토는 토양에 활용될 수 있는 자연토양, 인공토양 등을 더 포함할 수 있다. 좋게는 살균, 살충이 완료된 토양을 사용하는 것이 병원균 및 해충을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다. 일 예시로는 코코피트, 피트모스, 펄라이트, 질석, 제오라이트, 마사토 및 규조토 등에서 선택되는 어느 한 종류 이상을 상토 조성물로 더 포함하는 것일 수 있다. 좋게는 상기 상토 조성물로는 질석을 반드시 포함하는 것일 수 있으며, 상토 전체 부피에 대하여 최소 5 부피%의 질석을 포함하는 것일 수 있다. 질석은 다수의 공극와 높은 수분 유지력을 갖는다는 장점을 비롯하여, 상토의 pH를 조절하여 작물의 생장 및 제초 효과에 기여할 수 있다. 종래의 바이오차는 식물 성장에 도움을 주는 것으로 알려져 왔으나, 본 개시에서는 상기 은행나무 부산물을 열분해한 바이오차를 상토에 포함함으로써, 잡초의 발아 및 생육은 억제하면서도 작물의 발아 및 생장에는 부정적인 영향을 나타나지 않을 수 있는 잡초 방지의 제초 기능성을 갖는 상토를 완성하기에 이르렀다. 일 실시예에 있어서, 상기 은행나무 부산물로는 은행나무 잎, 은행나무 가지에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고 있으며, 상기 바이오차는 이러한 은행나무 부산물을 열분해하여 제조될 수 있다. 본 개시에 따른 상토는 이러한 은행나무 부산물 바이오차를 포함하여, 코코피트, 피트모스, 펄라이트, 질석, 제오라이트, 마사토 및 규조토 등과 같은 상토의 원료들과 혼합됨으로써, 잡초의 발아, 생육을 억제하여 제초 기능성을 나타내는 것일 수 있다. 은행나무는 다양한 화학물질을 성분으로 포함하고 있으며, 상기 은행나무의 잎 또는 가지 부산물들은 일 예로 리놀레산(linolenic acid), 팔미트산(palmitic acid), p-쿠마르산(p-coumaric acid), 깅콜릭산(Ginkgolic acid), 징코라이드(Ginkgolide), 플라보노이드(Flavonoid) 등의 유효성분을 포함하고 있다. 또한, 상기 깅콜릭산은 가열 과정을 통해 알킬페놀(Alkyl phenol)과 같은 물질을 형성할 수도 있다. 종래에 상기와 같은 유효성분들은 주로 살균, 살충, 해충 기피 등의 효과를 나타내는 것으로 알려져 있으며, 본 발명자는 은행나무가 다른 식물의 생장을 저해하며 자신의 생장을 촉진하는 특성(타감 작용)을 나타내는 식물이라는 점에서 착안하여, 상기 유효성분을 포함하는 은행나무 부산물들을 열분해하여 바이오차로 제조하고 이를 상토에 포함함으로써 잡초의 발아 및 생육을 억제하는 제초 효과를 나타내는 것을 확인하여, 본 개시에 따른 제초 기능성 상토를 완성하였다. 부가적으로, 은행나무 부산물 그 자체를 열분해 없이 사용하는 것은 상기 유효성분들의 강한 작용으로 인해 작물의 생장 또한 저해될 수 있어 바람직하지 않으며, 상기 깅콜릭산 등은 은행나무 부산물이 열분해 되며 다른 유효 성분으로 변화할 수 있으며, 열분해의 온도가 높아지거나 시간이 증가할수록 부산물의 깅콜릭산 함량이 일부 감소할 수 있다. 따라서, 본 개시의 제초 기능성 상토에서는 은행나무 부산물을 열분해하여 바이오차 형태로 포함하는 것이며, 또한 단순히 바이오차에 포함된 깅콜릭산 등의 유효성분이 제초 효과를 발휘하는 것뿐만 아니라, 바이오차가 상토 조성물과 혼합되어 상토의 pH를 비롯한 공극률, 용적밀도, 입자밀도 등 화학적 특성을 조절함으로써 작물의 생육은 저해하지 않으면서도 잡초의 제초 효과가 나타나는 것일 수 있다. 참고로, 상기 유효성분들은 잡초의 발아 및 생장 초기에 억제 작용이 가장 클 수 있다. 더불어, 은행나무 부산물이 열분해되는 조건에 따라 바이오차의 탄화 안정성 및 pH 등의 특성들이 달라질 수 있으며, 상기 상토 조성물들과 혼합되어 상토에 포함됨으로써, 제초효과 및 특성을 조절한 제초 기능성 상토를 제공하는 것일 수 있다. 먼저 일 실시예에 있어서, 상기 제초 기능성 상토는 바이오차를 1 내지 20 부피%로 포함할 수 있다. 상세하게는 1 내지 20 부피%, 1 내지 15 부피%, 3 내지 15 부피%, 3 내지 10 부피%, 5 내지 20 부피%, 5 내지 15 부피%, 5 내지 10 부피% 또는 이들 수치 범위 사이에 해당하는 값의 바이오차를 포함할 수 있다. 좋게는 5 내지 15 부피%일 수 있다. 본 개시에 따라 은행나무 부산물을 열분해하여 제조한 바이오차는 강알칼리성을 나타내기 때문에 상기 수치범위를 상회하는 과량의 바이오차를 함유할 경우, 상토 또한 강알칼리성을 나타내 작물의 재배에도 영향을 미칠 수 있으며, 상기 수치를 하회하는 바이오차를 함유할 경우 제초 효과가 미비할 수 있다. 따라서, 상기 수치 범위내로 바이오차의 함량을 조절하여 제조되는 상토에서의 제초 효과를 조절하는 것일 수 있다. 또한 일 실시예에 있어서, 1 내지 20 부피%로 포함된 바이오차와 더불어, 상기 제초 기능성 상토는 코코피트 50 내지 70 부피%, 피트모스 10 내지 20 부피%, 펄라이트 5 내지 15 부피%, 질석 1 내지 10 부피% 및 제오라이트 1 내지 10 부피%로 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 구성 및 함량 조건을 만족할 때 본 개시의 상토는 작물의 재배에는 부정적 영향을 최소화하면서 잡초의 발아 및 생장을 가장 효과적으로 억제할 수 있