박종환 연구실
동아대학교 응용생명과학과
박종환 교수
Biochar
Ecotoxicity
Pyrolysis
박종환 교수 연구실
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박종환 연구실
동아대학교 응용생명과학과 박종환 교수
박종환 연구실은 바이오차(Biochar)의 제조 공정과 물질 특성이 환경 위해성 및 농업 적용성에 미치는 영향을 평가하는 연구를 수행합니다. 특히 원료 유형과 열분해 조건이 pH, 염류 거동, 유해 유기물 존재 및 표면 특성을 변화시키며, 이에 따라 수계 및 식물 기반 생물검정에서 생태독성 양상이 달라짐을 규명합니다. 또한 토양 물성 차이에 따른 토양-바이오차 상호작용이 독성 분류를 재결정할 수 있음을 분석하여, 탄소 포획과 탄소 재순환을 목표로 하는 탄소-네가티브형 바이오차 제조 및 활용기술 개발과 연계하는 기술 체계를 구축합니다.
BiocharEcotoxicityPyrolysisSoil–biochar interaction탄소네가티브
대표 연구 분야
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바이오차 원료·열분해 조건에 따른 생태독성 평가 연구
Ecotoxicity assessment of biochar driven by feedstock and pyrolysis conditions
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바이오차 원료·열분해 조건에 따른 생태독성 평가 연구
Ecotoxicity assessment of biochar driven by feedstock and pyrolysis conditions
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토양-바이오차 상호작용에 따른 위해성 재분류 연구
Soil–biochar interaction–driven hazard reclassification
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탄소-네가티브형 바이오차 제조 및 활용기술 개발
Carbon-negative biochar production and utilization technology
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
5개년 연도별 논문 게재 수
2총합
5개년 연도별 피인용 수
3총합
주요 논문
2
논문 전체보기
1
article
|
인용수 2
·
2025Toxicological fate of biochar according to feedstock and pyrolysis temperature
Guillermina Cantou, Jim J. Wang, Baoyue Zhou, Jeongmin Lee, Jong‐Hwan Park
IF 6.2 (2025)
Industrial Crops and Products
본 연구는 표준화된 생물검정(바이오어세이)을 통해 원료(feedstock) 종류와 열분해 온도가 바이오차(biochar)의 생태독성학적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 350~650 °C 범위에서 10종의 원료를 열분해하였고, 원소 조성, PAHs, 물리화학적 특성을 기준으로 특성 분석을 수행하였다. 생태독성 평가는 Vibrio fischeri, Pseudokirchneriella subcapitata, Lepidium sativum, Sorghum saccharatum을 대상으로 생물검정을 실시하여 수행하였다. 열분해 온도가 증가할수록 표면적, C:N 비, 회분 함량 및 pH가 향상되었으나, 바이오차의 특성과 독성에 영향을 미치는 지배적 요인은 원료 종류였다. 모든 바이오차는 오염물질에 대한 국제 기준치를 충족하였음에도 불구하고, 28%는 시험 생물에서 ≥ 50%의 억제를 유발하여 생태독성 평가의 중요성을 강조하였다. 소 분뇨(cattle manure), 가금분(poultry litter), 볍짚(rice straw)에서 유래한 바이오차가 가장 강한 독성을 나타냈으며, 이는 주로 고농도의 칼륨 농도에 따른 염분 스트레스에 기인하는 것으로 해석된다. 또한 350 °C에서 생산된 바이오차는 일반적으로 더 높은 독성을 보였는데, 이는 휘발성 유기화합물의 존재 때문인 것으로 추정된다. 이러한 결과는 농업 및 환경 시스템에서 안전한 바이오차 적용을 위해 화학적 평가와 생물학적 평가를 통합하는 것이 중요함을 시사한다. • 원료는 바이오차의 독성학적 운명에 영향을 미친다. • 열분해 온도는 바이오차의 독성학적 운명에 지배적인 영향을 미친다. • CM, PL, RS로부터 생산된 바이오차는 독성 또는 고독성으로 확인되었다. • K-함량이 높은 바이오차의 사용에는 특별한 관리가 필요하다.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.122094
Biochar
Pyrolysis
Raw material
Charcoal
Amendment
Bioassay
Straw
Biomass (ecology)
2
article
|
인용수 1
·
2025Ecotoxicity of two contrasting soils with biochar derived from cattle manure and rice husk
Guillermina Cantou, Jim J. Wang, Baoyue Zhou, Jeongmin Lee, Jong‐Hwan Park
IF 7.7 (2025)
Journal of Hazardous Materials Advances
• 바이오차 유형은 생물독성(biotoxicity)에 지배적인 영향을 미친다. • CMB와 RHB는 고독성 및 비독성으로 분류되었다. • 바이오차를 처리한 토양에서의 생물독성은 다양한 반응과 민감도를 보였다. • 생태독성 관점에서 바이오차는 “좋을 수도” “나쁠 수도” 있다. 본 연구는 소 반추분뇨( CMB )와 볏짚 부산물( RHB )로부터 생산된 서로 대조적인 두 가지 바이오차를, 서로 다른 성질을 지닌 두 농경 토양—석회질 미사양토(calcareous silt loam) (Norwood)와 산성 점토(acidic clay) (Alligator)—에 적용했을 때의 생태독성학적 영향을 조사하였다. 바이오차는 물리화학적 특성에서 현저한 차이를 보였는데, CMB는 높은 pH(11), 전기전도도(12 dS m⁻¹), K 함량(89 g kg⁻¹)을 보인 반면, RHB는 훨씬 더 큰 표면적(174 대 1.7 m² g⁻¹)을 나타냈다. 생태독성은 네 가지 바이오어세이( Vibri o fischeri, Pseudokirchneriella subcapitata, Sorghum saccharatum, 그리고 Lepidium sativum )를 통해 평가하였다. CMB는 모든 수계 바이오어세이에서 강한 독성을 유발한 반면, RHB는 유해한 영향을 보이지 않았다. 토양에 적용했을 때 CMB는 산성 Alligator 토양의 P. subcapitata에 대한 독성을 감소시켰다(54%에서 16%로)고, 알루미늄 고정화(Al³⁺)에 기인했을 가능성이 높게 독성 등급을 3등급에서 1등급으로 재분류하였다. 반대로 CMB는 Norwood 토양에서 독성을 약간 증가시킨 반면, RHB는 두 토양 모두에서 생태독성학적 특성을 개선하였다. 이러한 결과는 환경 위험을 조절하는 데 있어 토양–바이오차 상호작용의 핵심적 역할을 강조한다. 본 연구는 바이오차 조성과 토양 특성을 바이오어세이 결과에 연결함으로써, 통제된 조건 하에서 현실적인 바이오차–농경 토양 조합 전반에 대해 생물가용성(bioavailability) 구동 독성을 평가하는 실용적인 접근을 제공한다. 이들 결과는 농업적, 환경적 또는 양쪽 모두의 관리 목표에 맞추어 바이오차–토양 조합을 정렬할 필요가 있음을 시사한다.
https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2025.100832
Biochar
Husk
Manure
Ecotoxicity
Agronomy
Soil water
Environmental science
Waste management
Biology
Chemistry
최신 정부 과제
3
과제 전체보기
1
2022년 2월-2025년 2월
|110,318,000원탄소-네가티브형 biochar 제조 및 활용기술 개발
본 연구는 작물생산성 향상 및 온실가스 저감을 위한 biochar이용 스마트팜 내 CO2의 포획 및 재순환기술을 개발하기 위하여 (1) CO2 흡수 및 재순환이 가능한 기능성 biochar를 제조기술을 개발하고, (2) 개발된 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 및 메카니즘을 평가하고자 하며, 최종적으로 (3) 개발된 기능성 biochar...
탄소 포획
탄소 재순환
탄소네가티브
Biochar
스마트팜
온실가스
기후변화
2
주관|
2022년 2월-2025년 2월
|122,575,000원탄소-네가티브형 biochar 제조 및 활용기술 개발
1차년도(2022): CO2 흡수 및 재순환이 가능한 기능성 biochar의 제조기술 개발
1차년도는 국내 농산업분야 배출량이 많은 유기성 바이오매스를 선정하여 다양한 열분해 온도 및 물리화학적 활성화 기술을 적용에 따른 기능성 biochar를 제조하고, 이들의 이화학적 특성을 평가할 것이며, CO2 반응조 내에 제조된 기능성 biochar를 충진하여 CO2 흡수효율을 평가할 것임.
‣ 기능성 biochar의 제조
- 유기성 바이오매스: 낙엽, 커피찌거기, 농산림잔여물, 가축분뇨 등 3종 선택
- 열분해 온도: 350, 500 및 600℃
- 활성화 기술: 물리적 (스팀) 및 화학적 (산-염기처리, 금속첨착, 질소 및 황 작용기 추가 등)
- 활성화 방안: post-activation 및 pre-activation기법을 적용
- 기능성 biochar제조과정시 발생되는 syngas 및 bio-oil 분석 (안전성 확보)
‣ 기능성 biochar의 물리⸱화학적 특성
- 물리적 특성: 수분흡수율, 밀도, 공극률, 비표면적
- 화학적 특성: pH, EC, 각종 원소분석 및 무기성분 함량
- 구조적인 특성: 관능기 (FTIR), 표면구조 (SEM-EDS), 원소결합 (XPS), 표면결정형(XRD) 등
‣ 제조된 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 가능성 평가
- 소형 CO2 흡수반응조 설계 및 제작
- 반응 조건에 따른 CO2 흡수 및 탈착 효율 평가 및 모델식 적용
- CO2 흡수 및 재순환을 위한 최적 기능성 biochar 제조기술 확립
2차년도(2023): 개발된 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 및 메카니즘을 평가
2차년도에는 1차년도 개발된 기능성 biochar를 실제 스마트팜과 유사한 구조를 가진 pilot 모델에 적용하여 CO2 흡수 및 재순환 효율성과 메커니즘을 분석하고, 동시에 기능성 biochar가 토양개량제로 효과를 평가함으로써 기능성 biochar를 실제 현장에 적용하기 위한 기반기술을 확립하고자 함.
‣ CO2 흡수 및 재순환을 위한 소형 pilot 장치의 설계 및 제작
- 소형 시설하우스 제작시스템을 적용
‣ 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가
- CO2 주입량 및 기능성 biochar 주입량에 따른 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가
- 온도 및 습도 조건에 따른 기능성 biochar의 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가
- 반응시간에 따른 CO2 흡수 및 재순환 효율성 평가 (모델식 적용)
‣ 기능성 biochar에 의한 CO2의 흡수 및 재순환 메커니즘 분석
- CO2의 흡수 및 탈착 관련 물리⸱화학적⸱구조적 메커니즘 분석
‣ 제조된 기능성 biochar의 토양개량효과 검증
- 물리성 (용적밀도, 공극률, 수분보유력) 및 화학적 (C, N, P, CEC, 무기성분 및 중금속)
‣ 기능성 biochar를 스마트팜 내에 적용하기 위한 최적조건 확립
3차년도(2024): 기능성 biochar 적용 스마트팜의 효율성 및 안정성 평가
3차년도에는 1차 및 2차년도된 확립된 기술들을 실제 스마트팜 내에 적용하여 기능성 biochar의 적용에 따른 작물생산성, 토양개량, 온실가스 감축 및 탄소포획 및 재순환 효율성을 평가할 것이며, 최종적으로 모든 자원의 유입 및 유출량을 고려하여 기능성 biochar 적용에 따른 스마트팜 내 탄소물질수지를 평가할 것임.
‣ 기능성 biochar 적용 스마트팜내 효율성 평가
- 기능성 biochar 적용에 따른 작물생산성 향상 효과
- 기능성 biochar 적용에 따른 토양개량효과
- 기능성 biochar 적용에 따른 온실가스 감축효과
- 탄소 포획 및 재순환 효율성 검증
‣ 탄소순환형 기능성 biochar 적용 시스템 내 탄소수지를 고려한 탄소 안정성 평가
탄소 포획
탄소 재순환
탄소네가티브
Biochar
스마트팜
온실가스
기후변화
3
주관|
2019년 2월-2022년 2월
|50,000,000원Biochar 기반된 heterogeneous Fenton 산화 촉매제 개발 및 그것의 난분해성 유기오염물질 제거에 대한 효율성 평가
1) 1차년도 (2019)
농업부산물로 제조된 biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 촉매제 개발을 위한 최적조건 확립
‣ 난분해성 오염물질 제거를 위한 biochar 기반된 heterogeneous 펜톤산화 촉매제를 개발하기 위하여 다양한 금속 용액내에서 목질계 바이오매스 (농업부산물)의 금속 흡수효율을 평가하고, 열분해 과정을 통해 생성된 촉매제들의 물리화학적 특성 및 이들 촉매제의 난분해성 오염물질들에 대한 분해효율 평가를 통하여 최적화된 heterogeneous 촉매제를 개발하고자 함.
2) 2차년도 (2020)
Biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 촉매제의 촉매활성 평가 및 메커니즘 구명
‣ 1차년도에서 최적화된 heterogeneous 촉매제를 농경지와 하수처리시설에 적용하기 위한 최적조건 확립에 관한 연구로서 온도, pH 및 외부오염원 유입등과 다양한 환경변이 하에서 개발된 촉매제의 오염물질 분해속도 및 그것의 메커니즘을 평가하고자 하며, 이 촉매제의 반응전 후 안정성 및 재활용성을 평가하여 최적화된 biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 시스템을 구축하고자 함.
3) 3차년도 (2021)
소형 pilot장치에 biochar 기반 heterogeneous 펜톤산화 촉매제의 적용 및 효율성 평가
‣ 1차 및 2차년도에서 도출된 최적결과를 이용하여 실증모델과 유사한 소형 실험장치를 설계 및 제작하고, 이 촉매제를 적용한 소형모델에서 장기적인 오염물질들의 분해효율 및 안정성을 평가하고자 하며 최종적으로 실제현장에 적용할 수 있는 실증모델을 제시하고자 함.
농업부산물
펜톤유사반응
이종금속촉매제
바이오차
난분해성 유기오염물질
폐수처리
최신 특허
특허 전체보기
전체 특허
바이오차, 피트모스, 미생물을 활용한 축사깔짚의 제조 방법
상태
등록출원연도
2021출원번호
1020210094915오일을 담지한 바이오차를 함유하는 화장료 조성물 및 화장료용 바이오차 제조방법
상태
등록출원연도
2020출원번호
1020200184256오일의 유효성분의 우점비율 조절 기술 기반 바이오차 기능성 화장료 조성물 및 화장료용 바이오차 제조방법
상태
등록출원연도
2020출원번호
1020200184279