숯과 목초액숯(무엇이좋은가)

[정태영]

 

숯과 목초액 제조 및

  이용에 관하여

강원도 산림개발연구원

강사  이 성 재

Ⅰ.  머리말

Ⅱ. 목탄(숯)에 관하여

1. 목탄제조법

1) 무개제탄법(無蓋製炭法)

2) 갱내제탄법(坑內製炭法)

3) 퇴적제탄법(堆積製炭法)

4) 평요제탄법(平窯製炭法)

5) 축요제탄법(築窯製炭法)

2. 숯가마의 구조와 기능

1) 점화실

2) 탄화실

3) 배연장치

3. 제탄과정

4. 흑탄과 백탄의 성질 차이

5. 목탄의 특성 및 효과

1) 특성

2) 토양개량제로서 및 기타의 효과

6. 숯의 용도

Ⅲ. 목초액이란

1. 목초액의 정제법

1) 정치법  2) 여과법  3) 증류법  4) 분배법

2. 목초액의 특성

3. 목초액 효과의 근원

Ⅳ. 숯과 목초액의 채소원예에 적용 연구 사례

Ⅰ. 머리말

        우리 나라에서 60년대 이후 지속된 산림의 절대녹화(絶對綠化) 사업은 어느 정도 성공을 거둔 상태이나 이제 제대로 관리하여 경제수종으로 가꾸고, 바꾸어 가야 할 시급한 단계에 이르렀으나, 시대와 함께 연료가 임산물에서 화석연료(化石燃料)로 바뀐 까닭에 나뭇가지나 간벌목 등이 효용가치를 잃고, 또한, 인건비의 상승으로 산 주들은 무육간벌작업을 엄두조차 못 내고 있으며, 간벌된 무육부산물 마저도 산에 버려져 간혹, 대형산불의 원인이 되는 실정에 놓여 있다.

  한편, 사용역사가 언제부터인지는 모르지만 오랫동안 인간들에게 애용되어오다 석유화학제품에 그 자리를 내주고 근근히 명맥만 유지해오던 목탄과 목초 액이 최근에 들어 그들이 지니고 있는 무한한 잠재력으로 우리들의 관심을 끌며, 상당한 붐을 타고 다시 우리에게 다가오고 있다.

        목탄의 사용역사를 알아보면, 예로부터 우리조상들은 목탄을 취사용, 간장을 담글 때, 아이를 낳으면 대문에 금줄(새끼에 목탄, 고추, 솔가지 등을 엮은 줄)을 매달고 부정을 타지 않도록 하고, 조상이 죽게 되면 무덤주위에 목탄을 매설하여 시신의 위치를 명확히 하였으며, 홍수 등의 재해로 토지의 경계가 불분명해졌을 때를 대비하여 땅을 파고 목탄을 매설하기도 하였고, 사찰이나 큰 건물을 지을 때 집이 오래 보존될 수 있도록 바닥에 숯을 묻었다는 기록이 있다.  또한, 야금제철용(冶金製鐵用), 화학제품용(化學製品用), 활성탄제조용(活性炭製造用), 화약제조용(火藥製造用), 연마용(鍊磨用) 등 용도가 다양하였으나, 석유화학 제품의 등장으로 그 용도가 극히 제한적으로 사용되게 되었다.  근래에는 음식점에서 고기를 구울 때 사용하는 숯불구이용 목탄을 볼 수 있을 정도에 지나지 않았지만, 최근에는 토양개량제나 오수 정화재로 각광을 받고 있다.  그것은 다공질을 가진 목탄의 공극이 매우 큰 성질을 이용한 것이며, 숯은 과다하게 사용하는 화학비료와 농약의 소비를 적절하게 줄여 줄 수 있고, 작물에 유익한 미생물이 서식할 수 있는 공간을 마련하여 식물체가 잘 생육할 수 있는 토양으로 변화시켜준다.  또한, 노화를 방지 시켜준다고 하여 숯베개, 숯침대, 가정용 장식재 등 건강생활용 재료로도 각광을 받고 있으며, 흑탄의 경우 질병방지 및 생육촉진용으로 가축사료에 첨가되어 사용되기도 한다. 

  한편, 탄화과정에서 나오는 연기를 응축(凝縮)시키면 기체(氣體)와 액체(液體)로 나누어지며 이 액체를 조목초액(粗木酢液)이라고 한다.  이 액체를 용기에 담아 그대로 오랫동안 방치해 두면 3개의 층으로 나누어지는데, 맨윗층에는 경질인 목타르가 뜨고 맨 아래층에는 끈적끈적한 중질유인 목타르 성분이 가라앉는다.  그리고 그들 사이의 중간층에는 적갈색 또는 황갈색의 투명감이 있는 액체가 조목초액이다.  이 조목초액을 정제시켜 잘 이용하면 식물의 생장촉진, 병해충의 기피제, 작물에 무기성분 공급원 등으로 유익하게 그 용도를 개발할 수 있다고 한다.

  따라서, 본 강의에서는 버려지는 간벌재들을 이용하여 그들의 용도개발 차원의 일부로 그것들을 이용하여 목탄과 목초 액을 만드는 방법 및 그들의 효용과 지금까지 강원도 산림개발연구원에서 실험한 사례의 일부에 대하여 설명코자 합니다.  

Ⅱ. 목탄(숯)에 관하여

1. 목탄제조법

목탄은 산림법 제1장 제2조 2항의 임산물 중 가 항의 목탄으로 표기되어 임산물로 규정하고 있다.  비료관리법 시행령 중 토양활성제에 포함되지 않았으나 일본의 경우는 지방증진법 제 11조(토양개량자재 표시의 기준) 제1항에 목탄(식물성 곡탄 포함)으로 지정되어 있다.

1) 무개제탄법(無蓋製炭法)

가장 원시적인 방법으로 평지 또는 오목한곳에 주로 가지를 쌓고 연소시키면서 순차적으로 원재료을 쌓아 불완전 연소로 탄화시키며 흙으로 소화시킨다.  품질이 낮고 수탄율은 10%정도이다.

2) 갱내제탄법(坑內製炭法)

목탄과 타르를 동시에 얻기 위하여 땅속에 깔때기 모양의 굴을 파고 탄재를 넣은 후 상부를 흙으로 덮고 밑에서부터 점화시키며 적당한 구멍을 통하여 하부로부터 통풍시켜 탄화하는 방법으로서 품질이 불량하고 수량이 적다.

3) 퇴적제탄법(堆積製炭法)

유럽에서 사용해오던 방법으로서 탄재를 세로 또는 가로로 쌓고 그 위를 지조재나 수피로 덮은 후, 다시 그 바깥쪽을 흙으로 덮어 공기유통을 제한하고 배연구를 하나 설치한 다음 제탄한다. 품질은 좋지 못하지만 건류탄 보다는 양호하며, 구주(歐洲)에서는 마이라법(Meiller법)이라고 한다.  목탄의 수율은 16～18%정도이다.

4) 평요제탄법(平窯製炭法)

수분이 많은 톱밥이나 수피 및 목편 등의 공장폐재의 탄화에 적합한 방법으로서 천장이 없는 화요이다.  보통 각형의 탄요가 많으며 수율은 원료에 대하여 10～12%이고, 탄화중의 탄화로 하부 온도는 낮아서 200～300℃이지만, 부분에 따라서는 400℃를 넘는 경우도 있다. 우리나라에 제재공업단지의 톱밥을 이용한 활성탄 제조용 숯은 이 방법으로 생산한다.

5) 축요제탄법(築窯製炭法)

우리 나라를 비롯하여 아시아 각국 즉, 중국, 일본 등지에서도 예로부터 사용해 오던 방법으로 진흙, 돌, 내화벽돌, 단열시멘트, 콘크리트, 철판 등으로 재탄요을 축조하여 목재를 탄화시키며 질 좋은 목탄을 만들 수 있다.  이 방법은 가장 발달된 제탄법으로 숯가마의 한쪽에 통풍구와 반대쪽에 배연구를 설치하여 제탄하는 것으로, 제탄조작하는 방법에 따라 요내소화법(窯內消火法)과 요외소화법(窯外消火法)으로 구분되며, 요내소화법에 의해서 만들어진 숯을 흑탄(黑炭)이라 하고, 요외소화법에 의해서 만들어진 숯을 백탄(白炭)이라고 한다.

흑탄요(黑炭窯)는 적당한 흙을 사용하여 만들며, 탄재를 넣고 350-400℃로 탄화시키고 최후에 약 700℃까지 온도를 높여 목탄을 정련(精練)시킨 후 요입구, 통풍구, 연통구를 막고 그대로 방치하여 냉각시킨 다음 출탄한다(窯內消火法).  이와 같이 만들어진 흑탄은 연탄(軟炭 : softwood charcoal) 또는 토요탄(土窯炭)이라고도 부르며, 흑탄가마를 흑탄요(黑炭窯) 또는 토요(土窯: earthen kiln)라고 부른다.  수탄율(收炭率)은 15～20%이다.

백탄요(白炭窯)는 돌 및 내화벽돌로 요벽을 만들고 적당한 흙을 사용하여 천정을 만들며, 탄화가 끝난후 높은 온도로 충분히 끝다루기(精練:900～1,200℃)를 실시하여 백열(白熱)상태로 하여 탄내의 가스를 빼면서 일부씩 요외로 꺼내서 미리 만들어둔 소분(消粉 : 흙과 탄가루, 회분 등을 혼합하여 제조한 것)을 조금 습하게 하여 덮어 소화시킨다(窯外消火法).  이렇게 해서 만들어진 숯을 백탄 또는 경탄(硬炭)이라 하고, 이 숯가마를 백탄가마(白炭窯) 또는 돌가마(石窯 : stone kiln)라고 한다. 수율은 10～15%이며 최고온도는 약 1200℃이다.

2. 숯가마의 구조와 기능

1) 점화실

점화실은 착화용 연료재에 불을 붙혀 탄화실 내의 탄재를 발열반응 온도까지 가열하여 자발 탄화로 유도하는 곳으로서, 가열실 또는 연소실이라 한다.  점화실에서 연료를 태워 열가스로 탄화실의 탄재가 위로부터 점차 탄화하여 밑으로 진행한다(요(窯)의 중간 위 부분에서 불을 붙임).  그러나 점화실 가까운 탄화실의 앞쪽은 항상 가장 먼저 강하게 가열되므로 다른 부분보다 먼저 탄화되고, 심하게 연소되어 할렬, 회화가 일어나므로, 이것을 막기위해 장벽을 쌓아 그 위로 불꽃과 뜨거운 열기만 통하게한다(개량식가마 라고도 불린다). 

점화실 또는 착화실의 크기는 탄화실의 크기에 따라 결정되며, 바닥은 탄화실 바닥보다 낮게 하여 탄화실로 열 유입을 쉽게 한다.

2) 탄화실

탄화실은 탄재를 탄화시키는 곳으로서, 가마바닥, 가마벽, 천정으로 구성되어 있다.

① 가마바닥은 연도밑을 가장 낮게 하고, 이곳에서부터 토관이나 대나무 등으로 경사지게 묻은 다음, 응결수가 숯가마 밖으로 배출되도록 배수관을 설치하며, 가마 바닥쪽이 가장 맨 나중에 탄화된다.  탄재가 착화된 후에는 아궁이를 막고, 공기유입구만 남겨서 공기의 유입을 조절한다.

② 가마벽은 천정을 받치고 있으므로 가마벽이 무너지지 않도록 튼튼하게 축조하고, 특히 공기구멍이 없도록 완전히 밀폐되어야 한다.

③ 천정은 열을 보전하여 높은 열로 탄재를 탄화하도록 유도하는 기능이 있다.  따라서 보온성이 높고, 열에 강한 흙이 좋으며, 공기의 유입이 없도록 밀폐시켜야 한다.

3) 배연장치

배연장치는 배연구와 연도로 되어 있으며, 탄화실 안에서 탄재가 가열 건조되어 생기는 수증기와 연기 및 가스류 등을 밖으로 뽑아내는 역할을 하며, 점화초기에는 보조배연구로 연기를 빼내고, 착화 후에는 보조배연구를 막아 연기와 열기를 배연구를 통해 연도로 유도하여 탄화실의 탄재를 가열하도록 한다.  정련후에는 아궁이의 공기 유입구와 연도구를 밀봉하여 소화한다.

3. 제탄과정

1) 탄화실내에 탄재를 세워서 넣는다.  목재를 채운후 점화구과 배연구, 보조배연구 그리고 공기유입구만 남기고 흙으로 입구를 막는다.

2) 점화실에 불을 붙인다.  이때 탄화로의 크기에 따라 탄화실의 탄재에 불을 붙이는 시간이 다르며, 2～3시간(간이 이동식 탄화로)에서 24시간(개량식가마)정도 걸리며 탄화로내 탄재의 상부 전면에 불이 붙고, 상부의 목구면들이 시뻘건 숯불덩어리가 될 때까지 불을 때야한다.     

3) 그후 조금씩 시간적인 차이를 두면서 입구 그리고 보조배연구를 막고, 공기유입구만 열어두어 탄화로내로 공기의 유입을 조절하며 탄화로에 따라 수십시간에서 수일간 서서히 탄화시킨다.  탄화로내의 온도가 올라가면서 탄화될때의 과정을 연기의 색으로 보면 처음에는 흰 수증기가 올라오고, 그때부터 헤미셀루로스 (hemicellulose)가 열분해된 자극취가 나는 연기가 나오고, 그 뒤 셀루로스(cellulose)가 심하게 열분해되어 매운 연기가 되었다가 맨 마지막에 리그닌(lignin)이 열분해되어 파란연기가 되면서 탄화가 끝난다.

4) 흑탄의 경우 파란연기가 나오면 공기유입구를 열어 정련을 한후, 공기유입구 및 배연구를 모두 밀폐시켜 냉각 시킨후 숯을 꺼낸다.  백탄의 경우 파란연기가 나온후 조금더 경과하면 연기가 끈어지고 가스만 나오게 되는데, 그때 입구의 하단부을 조금 헐고 탄화된 숯에 다시 공기를 유입시켜 고온으로 정련을 시키며, 조근씩 백열의 숯을 꺼내  미리 준비된 소분 ( 消粉 )을 덮어 소화시킨다.

4. 흑탄과 백탄의 성질 차이

- 흑탄 : 백탄에 비해 탄질이 연하다.

          불붙이기가 쉽고, 빨리타고, 빨리 고온이된다.

          불을 붙일 때 가스가 덜빠져 불이 튀는 경향이 있다.

- 백탄 : 숯 표면에 재가 묻어 회백색을 띤다.

          경질로서 두드리면 금속음을 낸다.

          불붙이기가 어려우나 일단 불이 붙으면 화력이 오래간다.

          불 붙일 때 가스가 완전히 빠진 상태이므로 불이 튀지 않는다.

5. 목탄의 특성 및 효과

1) 특성

탄소가 약 80～90%이며, 그 외 산소, 수소 및 회분(무기성분)을 함유하는 탄소질 무기 고분자물질로 다음과 같은 특성이 있다.

- 표면적이 크며 1g중의 내부표면적이 200～300m² 정도이다.

- 흡착력(吸着力이) 크고 다공성(多孔性)이다.

- 비중이 작으며 대체로 0.6～0.9이다.

- 알카리성으로  pH는 8～9이다.

- 숯속의 미량성분(무기성분)으로는 규산, 철, 알루미늄, 티타늄, 망간, 석회, 마그네슘,

  칼리, 소다, 인산, 탄산, 유황 등이 포함되어 있다.

2) 토양개량제로서 및 기타의 효과

- 숯은 다공질(多孔質)덩어리로 토양의 투수성(透水性), 보수성(保水性) 통기성(通氣性)   등 물리적 성질을 개량할 수 있다.(토지의 배수를 좋게하고 적당히 수분을 보유하    며,  비료의 흡착을 좋게 한다)

- 숯을 흙에 주면 숯이 많은 공극을 갖고 있어 식물생장에 유익한 균근균등의 미생    물 서식처로 사용되므로 유효한 미생물이 늘어 그 결과 뿌리가 잘 뻗고 토양병충    해도 줄어든다.

- 토양의 산도(pH)를 조절한다.( 산성토양을 중성토양으로 변화시킴)

- 하우스 등에서는 암모니아 가스를 흡착하여 농도장해를 줄인다.(농약을 흡착 분해하여 토양오염 방지)

- 숯에는 2～3%의 광물질이 작물이 흡수하기 좋은 상태로 균형이 잘 맞게 들어 있다 (미량원소를 보급하며 식물의 생장을 좋게 한다).

- 태양의 광선흡수를 높여 줌으로서 지온을 상승시킨다.

- 숯의 여러 가지 기능으로 연작피해를 줄여준다.

- 가축분뇨와 섞으면 냄새가 없어지고 그 퇴비는 양질의 것이 된다.

- 목탄가루와 목초액을 가축의 사료에 첨가하여 사용하면 가축의 질병을 방지하고 발육을 촉진시키며 결과적으로 고기의 육질을 좋게한다.

6. 숯의 용도

목탄은 탄소 재료로서 특수한 성질이 있으므로 가정용, 농림어업용, 광공업용 등 그 용도가 광범위하다. 최근에는 목탄의 특성을 이용한 보다 많은 새로운 이용법이 개발되었다.

(1) 연료용 : 난방, 숯불구이, 바비큐 등

(2) 농업용(토양개량제) : 과수, 농작물, 논, 시설원예(토양 활성화 및 식물생장촉진)

  - 청과물 및 화훼의 선도유지용 자재(식품선도 보존제)

  - 수세회복 및 잔디육성 효과

  - 융설제 : 골프장, 농지(지표온도 상승)

  - 버섯재배 : 잎새버섯

(3) 축산용(가축사료 첨가제) :특수사료로 생산하여 소, 돼지, 닭 등에 이용

                             (설사증상 및 축사의 탈취효과)

(4) 수산용 : 양어장 수질정화 및 조류 등 먹이 증식 촉진

(5) 정수용 : 음료수, 하천, 정화조, 폐하수 정화(오수처리제)

(6) 건축용 : 습도조절 및 악취제거 효과(환경조절 자제 및 조습제)

(7) 공업용 : 인조섬유 제조, 도금, 제철용, 건전지, 흑색화약 제조, 의약품, 탈취제,

             전자파차단

- 화약 제조용 : 흑색화약의 제조 원료로서 오동나무, 사방오리나무, 버드나무 등의 목탄이 사용

- 활성탄 : 목탄의 액체 및 가스체의 흡착력을 강화한 것으로서 각종 약품, 음식품 등의 탈색․탈취 또는 가스흡착용, 천연가스로부터 휘발유의 회수, 모든 가스의 정제공장 및 잠수함내의 청소, 방독가스용, 의약용 등에 쓰인다. (고온처리로 숯에 남아있는 탄화수소를 제거함으로서 비표면적을 700㎡/g이상으로 만들어 흡착능력을 훨씬 높여준 것이 활성탄이다)

- 목탄성형(분말) : 입상, 과립상화, 보드성형(난연보드 등)

(8) 기타 용도

- 야금제철용 : 인함량이 적은 침엽수탄이 사용된다.

- 카바이트 및 이황화탄소 제조용 : 카바이트는 아세틸렌 가스발생용, 석회질소, 유안 제조용에 사용되며 이황화탄소는 인조섬유공업에 사용된다.

- 연마용 : 금속, 칠기, 인쇄동판 등의 연마용으로 동백나무, 피나무 등의 목탄을 사용

- 목탄가스 발생용 : 가스발생기 내에서 목탄은 연소하여 일산화탄소를 발생시켜 자동차, 석유발동기 등의 내연기관에 휘발용 대용으로 사용한다.

- 화장용 목탄

- 그림용 목탄 : 벚나무탄, 버드나무탄, 포플러탄, 오동나무탄         

Ⅱ. 목초액이란

나무를 많은 공기속에서 가열하면 타서 재가 되고, 밀폐된 용기나 공기가 적은 곳에서 가열하면 숯(木炭)이 된다.  이 탄화과정에서 나오는 연기를 식히면(凝縮) 기체(氣體)와 액체(液體)로 나누어지며 이 액체를 조목초액(粗木酢液)이라고 한다.  이 액체를 용기에 담아 그대로 오래동안 방치해 두면 세 개의 층으로 나누어진다.  맨윗층에는 경질인 목타르가 뜨고 맨아래층에는 끈적끈적한 중질유인 목타르성분이 가라앉는다.  그리고 그들사이의 중간층에는 적갈색 또는 황갈색의 투명감이 있는 액체가 조목초액이다. (그림 1. )

목재를 탄화할 때 연기의 색이 탄화가 진행되면서 변화하는데 이것은 목재에 함유되어 있는 대표적인 성분인 셀룰로스, 헤미셀루로스, 리그닌이 각각 다른 온도에서 열분해 되기 때문이다.  헤미셀룰로스는 180～300℃, 셀룰로스는 240～400℃, 리그닌은 280～550℃에서 각각 분해가 이루어진다.  탄재에 점화 직후는 수증기가 많은 연기가 나오며, 그 시기는 탄재의 건조기라 하며  연통의 온도는 80℃이하이며, 탄화가 시작되면서 자극 취를 내며 백색과 황갈색이 혼합된 연기가 나올 때의 굴뚝의 온도는 80～150℃가된다.  탄화가 계속 진행되면 백색의 연기가 나오다 탄화가 끝날 무렵 청색의 연기가 나오는데 이때의 탄화로의 온도는 500℃정도이며 굴뚝의 온도는 200℃ 정도이다.  즉 연통의 온도가 80℃ 이하에서는 수분이 많아 목초액으로 효과가 적고, 150℃이상의 연기에는 리그닌의 성분이 많아 유해물질도 함유될 우려가 있어 양질의 목초액을 얻기 위해서는 연기의 온도가 80℃에서 150℃사이에서 채취하는 것이 좋다.  목초액을 채취할 때는 산에 부식되지 않는 스텐레스관을 이용하여 채취하여야 하며  또한 채취한 목초액을 담는 용기도 부식되지 않는 포리에칠렌탱크를 사용해야한다. 

탄화
▼
연기의 냉각․응축 정치
		목타르(경질유)				(유출물)
						정제목초액
		조목초액
						(잔유물)
		목타르(중질유)				용해타르

그림 1. 목초액과 목타르

이와 같이 받은 목초액에는 다수의 성분이 포함되어 있고, 각각이 특유의 성질을 지니고 있다.  화학적으로 안정된 물질도 있고, 불안정한 물질도 있다.  즉 산화되기 쉬운 것, 중합되기 쉬운 것, 빛에 불안정한 것, 변색되기 쉬운 것 등이 함유되어 있으므로 장기간 보존하면 변화한다.  탄화직후에 채취된 조목초액에서는 용기의 벽에 흑색의 타르가 붙착되기도 하고 중합물이 현탁되기도 한다.  이것을 정제하면 담황색내지 적갈색의 투명한 목초액을 얻을수 있다.

1. 목초액의 정제법

1) 정치법

목초액을 정치하여 두면 침전되는 타르, 그리고 현탁액, 부착물 등이 생기는데 이것들을 제거하면 투명한 목초액을 얻을 수 있는데 정치법에 의해 안정된 목초액을 얻기 위해서는 대략 6개월이 걸린다.

2) 여과법

여과지나 숯을 이용하여 목초액중의 침전물이나 현탁물을 제거하는 방법.  그러나 이 방법은 어느 정도의 기간동안 정치법으로 침전물을 제거후 해야만 된다.

3) 증류법

목초액중의 구성성분의 끊는 점의 차이을 이용하여 분리 정제하는 방법이다.

① 상압증류법(단순 증류) : 대기압 상태에서 증류하는 법

② 감압증류법 : 감압으로 상압보다 저온에서 증류하는 것으로 열에 불안정한 성분을 분리 할 때는 적당하다.

4) 분배법

화학 시약을 이용하여 목초액을 산성부(alcohol류), 중성부(중성물질), 페놀부(phenol류), 염기성부, 등으로 분리하는 방법.

2. 목초액의 특성

- 목초액의 80～90%는 수분이고 나머지의 10～20%가 유기화합물이다.  이중 초산이 주성분 (3～7%)이며 pH 3정도의 산성수용액이다.  이 유기화합물 중에는 약 200여 종류의 화합물이 포함되어 있으며 이들중 약 50종류의 화합물들이 다양한 목초액 의 효능을 발휘하는 것으로 알려져 있다.

- 목초액의 성분은 산류 ( acetic acid, formic acid, butylic acid, propionic acid ),알콜류 ( methanol, butanol, amylalcohol), 중성물질 ( acetone, valerlactone, maltol ), aldehyde류 ( formaldehyde, furfural ), phenol류 ( cresol, guaiacol, oigenol ), 염기성물질 ( ammonia, methylamine, pyridine ) 및 기타 알려지지 않은 화합물로 구성되어 있다.

- 비중은 1.010～1.030정도이다.

- 토양살균제로서 효과가 크며, 토양에 사용할 때 고농도의 경우는 살균제가 되나 희석하여 사용하면 작물에 유효한 미생물 증식을 돕게된다.

- 일반농약은 미생물의 생육을 저해하는 것이 많고, 토양에 잔류하는 것이 많으나, 목초액은 잘만 사용하면 토양살균제, 미네랄성분 공급원 등으로 무농약, 감농약의 그리고 고품질의 농산물을 생산하는데 활용할 수 있다.

- 농약과 같이 살포하면 농약효과가 올라가고, 농약냄새가 중화되어 냄새가 않나며,

  작업환경의 개선에도 효과가 크다.

- 흙에 사용하면 뿌리 발근이 좋아지고, 퇴비 제조 시에 사용하면 발효가 잘 진행된다.

- 가축분뇨와 섞으면 냄새가 없어지고 그것을 퇴비로 만들면 양질의 것이 된다.

3. 목초액 효과의 근원

목초액의 효과는 어디에서부터 오는 것일까?  효과가 나오는 메카니즘에 대하여는 아직 제대로 알려져 있지 않다.

일본의 경우 현장에서는 큰 반응을 보여 갖가지 효과가 나타나고 있다. 그 사실을 기초로 하여 연구자나 기술자의 연구성과를 합쳐 추정이긴 하나 정리해 보면 아래와 같다.

가. 200종류 이상의 성분이 함유되어 있다.

목초액에는 앞에서도 설명한 것과 같이 여러 가지 효과가 있다. 그 다양한 효과는 목초액이 다양한 성분으로 이루어져 있기 때문이다.

목초액에는 추정하여 200종류 이상의 성분이 함유되어 있다고 한다. 조목초액에나 목초액에서 수분을 빼고 제일 많은 것은 초산으로 3～7%가 된다. 목초액에 함유되어 있는 유기물 함량의 50～60%는 초산이다. 초산을 중심으로 하는 유기산 이외에는 페놀산이 약 5%, 메탄올 등의 알코올류가 수%, 그 밖의 각종 성분이 함유되어 있다. 이중 약 50종류의 성분들이 유익한 효과를 발휘할 것이라고 한다.

나. 목초액의 효과는 종합적이고 상승적이다.

이와 같은 목초액에는 섬유질의 열분해 성분이 다양하게 함유되고, 또 나무에 함유되어 있던 미량의 성분도 함유되어 있다. 이들 성분이 여러 가지 작용 성분을 가지고 있어서 목초액의 효과를 갖게 된다. 그러나 그 상세한 내용은 거의 알려져 있지 않다. 단지 중요한 것은 농약과 같은 어떤 특정한 성분만으로 듣는 것이 아니고 여러 가지 성분이 복잡하게 얽혀서 상승적인 효과를 나타낸다고 한다.

예를 들면 산성인 초산 그것만으로는 일정한 살균효과가 있으나, 초산만을 희석하여 뿌려도 목초액과 같은 효과는 나오지 않는다. 목초액의 토양시용효과에 대하여 산성이 강한 목초액의 시용을 통한 일시적인 산도의 영향만으로는 설명이 되지 못한다.

목초액을 의약에 비한다면 한방약과 같은 것으로 어떤 특정한 성분이 효과가 있다고 하기 보다는 여러 가지 성분의 종합적인 효과라고 할 수 있다. 살균, 살충력이 있으면서 미생물을 늘리는 작용도 있으며 발근촉진, 생장촉진도 한다. 그래서 그 나타나는 방법은 목초액의 농도에 따라 달라진다.

다. 목초액은 엷은 농도에서 듣는다.

여러 가지 성분을 함유한 목초액은 조효소적인 혹은 촉매적인 작용을 갖고 있는 듯 하다. 생체내에서 일어나는 반응이나 세포의 합성에는 갖가지 효소가 관계되어 있으나, 목초액의 성분은 효소의 작용을 돕고 반응이나 합성을 부드럽게 한다.

작물이 광합성을 하며, 뿌리에서 흡수한 양분과 합쳐서 세포를 만들며 생장하는 과정에는 작물체 안에서 여러 가지 반응을 일으키듯이, 흙 속의 미생물이 생활하며 번식할 때에도 마찬가지이다.

목초액의 어떤 물질이 어떤 반응과 관계되고 있는 지는 정해져 있지 않으나, 다양한 성분을 함유한 목초액에는 다양한 조효소적이고 촉매적인 작용이 생각된다. 그러나 목초액의 성분은 작물의 생체조직에 침투하기 쉽다. 이것은 목초액은 알코올류, 케톤류, 알데하이드류 등 침투되기 쉬운 각종 성분을 미량이라도 갖고 있으며, 이것이 또 목초액의 특징이다. 또 농약 등에도 잘 녹으며 잎에의 침투를 잘하게 한다고 한다.

여기서 중요한 것은 조효소적이고 촉매적으로 작용하는 물질을 저농도 미량이라도 좋다고 하는 것이다. 사람으로 따진다면 비타민과 같은 것이다. 이것은 목초액을 쓸 때 하나의 중요한 요점이 된다. 목초액이 좋다고 하여 고농도로 몇 번씩이나 이용하는 것은 효과가 올라가는 것이 아니고 때에 따라서는 해가 된다.

일본의 경우, 옛부터 숯가마 밑의 와사비밭이 잘된다고 한다. 숯가마에서 목초가 흘러 내리는 것이 관계되어 있으며, 이 때 숯가마에서 100m정도는 생육이 나쁘고, 생육이 좋은 곳은 100～1,000m 정도의 범위이고, 더 떨어지면 영향이 없어진다. 이것은 목초액이 어느 일정한 농도일 때 작물 생육에 좋게 작용한다는 것을 말해 주고 있는 것이다. 그 농도는 진한 것이 아니고, 목초액 중의 미량성분에 대해 본다면 PPM 단위의 정도이다.

라. 비료나 농약이 아니다.

목초액에는 직접 작물에 흡수되어 영양이 되는 성분은 약간 밖에 포함되어 있지 않다. 또 직접적으로 작용하는 살균, 살충 물질도 소량밖에 함유되어 있지 않다. 목초액은 비료나 농약이 아니다.

그럼에도 불구하고 목초액을 훌륭하게 쓰면 비료흡수가 좋아지거나 병충해가 줄어든다. 목초액이 작물의 발근을 촉진시키거나 토양의 양분환경을 정비하여 흙의 미생물상을 바꾸어 주기 때문이다.

목초액의 효과의 특징은 많은 성분이 종합적으로 작용하는 것이다. 그렇기 때문에 효과가 올라가는 메카니즘도 복잡하여 간단하게 설명할 수가 없다.

목초액의 병충해에 대한 사용예(일본의 경우)

작  목	병  충  해  명	사     용     법
토마토	선충	50 배액을 포기 밑에 관주
	바이러스	200배액을 1주 간격으로 살포
	뿌리썩이 J3	목초액+빵껍질+왕겨 훈탄을 작물
		을 심는 구덩이에 시용
토마토, 오이	뿌리흑선충	100～200배액을 포기 밑에 관주
오이	흰가루병, 노균병	마늘이 들어간 목초액 200배액을
		엽면살포
	온실가루이	어성초가 들어간 목초액 200배액을
		엽면살포
오이, 가지	잿빛곰팡이병, 흰가루병	활성탄+300배액
가지	청고병	유기액비를 섞어 월 1～2회 관주
	응애	어성초가 들어간 목초액
피망	선충	1,500～2,000배액을 관수대신 살포
멜론	뿌리흑선충	목초액+숯가루를 정식전 사용
	진딧물	목초액+숯가루의 기피효과
딸기	선충	100～200배액을 살포
배추, 양배추	근류병	목초액이 들어간 반생퇴비 사용
양배추	노균병, 배추좀나방	농약+목초액(200～300배)을
		10～15일 간격으로 살포
배추, 양배추	무름병, 잿빛곰팡이병	200배액을 5일 간격으로 3회 살포
감자	뿌리흑선충	100～200배액, 20ℓ+ 유산칼리
		10～20g을 포기 밑에 관주
밀, 보리	호왜축병	4～8배액의 살포로 불활성화
사과	부란병	300배액을 1주간격으로 2회살포
		페이스 도포
포도	흰가루병, 응애	300배액을 살포
배	날개무늬병	뿌리를 캐내어 살포
국화	백녹병	200㎡에 약 150ℓ를 사용
침엽수묘목	입고병	원액을 8ℓ/㎡처리
수목, 관엽식물	패각충	200배액을 2～3회 살포

Ⅳ. 숯과 목초액의 채소원예작목에 적용 실험한 사례

1. 수종별 목초액의 무기이온 성분 조사

가. 방법 

   (1) 공시 목초액 : 신갈나무, 자작나무, 소나무, 일본잎갈나무

   (2) 측정방법 : 채취된 조목초액을 포리에칠렌 탱크에 넣어 6개월간 숙성시킨후, 정치(靜置) 정제된 목초액을 100배액으로 희석하여 이온크로마토그라피(IC)로 측정하였다.

나. 수종별 목초액의 이온성분

   이온크로마토그라피로 음이온 양이온 성분을 측정하였으며 그 결과는 표 1과 같다.  표 1에서 보면 활엽수재인 자작나무와 신갈나무의 목초액이 침엽수재인 소나무와 일본잎갈나무 보다 비전도도(EC)에서 높은 수치를 나타내고 있다.  즉, 활엽수재의 목초액이 침엽수재 목초액보다 이온성분들을 많이 함유하고 있음을 알수 있다.  음이온 성분중 염소이온은 활엽수재나 침엽수재 모두에서 다른 성분들 보다 많이 함유하고 있으며, 특히 활엽수재의 경우는 침엽수재보다 2배에 가까운 량을 나타내고 있다.  양이온은 자작나무에서 나트륨이온과 칼륨, 마그네슘이온을 다른수종에 비해 비교적 많이 함유하고 있음을 알수 있었다. 그러나 이와같은 이온성분들은 목초액의 채취시기에 따라 다소 차이가 다르게 나타나고 있으며, 그 이유는 목초액이 탄화생성물로서 성분 들이 화학적으로 불안전한 상태에 있으므로 시간이 경과함에 따라 산화되며 계속적인 화학반응을 하고 있기 때문인 것으로 사료된다. 

  pH의 경우 3.1～3.3으로 강산성을 띄고 있으므로 농작물에 사용할때 반드시 적절한 배율로 희석하여 사용해야 농작물에 pH에 의한 피해를 주지 않을 것으로 사료된다.

수  종	pH	음 이 온 (ppm)				양 이 온 (ppm)					EC (㎲/㎝)
		Cl	NO3	PO4	SO4	Na	NH4	K	Mg	Ca
신갈나무	3.2	53.7	1.5	4.4	0.8	0.3	6.2	0.8	0.1	0.2	128.5
자작나무	3.1	81.3	0.9	6.0	0.8	3.2	2.6	1.6	0.2	0.1	177.0
소나무	3.3	26.2	1.1	2.7	0.8	0.3	2.3	1.0	0.1	0.6	90.6
잎갈나무	3.2	34.0	1.2	6.1	0.5	1.5	2.1	0.9	0.1	0.2	104.0

표 1. 목초액의 이온성분 함량

2. 배추의 생육에 미치는 영향

가. 방법

  (1) 공시작물 : 배추(불암 5)

  (2) 공시방법 :

     (가) 시험구는 4조합(숯1kg, 숯1kg+목초액 100배액, 목초액 100배액, 비교구)

          으로 만들고 각각 3반복으로 처리구를 만들었다.

     (나) 숯가루와 목초액 처리 3일후 경운하여 배추 파종상을 만들고 그후 4일후

         모상에서 1주일간 기른 배추모를 이식하였다.

     (다) 이식후 1개월간은 목초액 1000배액을 목초액 처리구에만 15일 간격으로

         엽면살포하고, 그 후부터는 800배액으로 수확 15일 전까지 살포하였다.

나. 결과.

(1) 배추의 생육에 미치는 영향

     숯과 목초액을 배추에 실험한 결과는 표 2와 같다.  이 결과들에 의하면 배추의 결구율, 이병율, 포기당 무개에서 가장 좋은 성적을 나타낸 순서는 목초액 100배액 처리구, 숯 1kg+목초액 100배액 처리구, 숯 1kg 처리구, 무처리 순 이었다.  생육기간(70일)이 짧은 관계로 배추가 숯 처리에 따른 토양변화에 의한 효과는 별로 얻지 못했으나, 관주 및 엽면 살포한 목초액의 효과는 있는 것으로 나타났다.  생육기간중 목초액을 살포한 처리구에서는 병해 및 충해가 적으며, 특히 목초액 살포시 해충들은 목초액에 대한 기피현상을 나타내는 것이 눈으로 확인되었다. 또한 목초액 처리구의 배추는 짙은 녹색을 띠며 생육이 왕성함을 알수 있었다.  그러나 이와같은 효과가 반드시 목초액만의 효과라고만 볼수는 없다.  목초액은 토양이 건전토이며 필요한 미량요소 및 양분을 충분히 지니고 있을때 그 효과를 배가 시킨다고 알려져 있다.  따라서 지력이 저하된 토양에 목초액만으로 효과를 얻기는 어렵다고 생각된다.

처  리	이식 본수	결구 본수					이병본수(%)	무게/ 포기(kg)
		상	중	하	계	%
숯1kg	88	6	26	23	55	62	8(9)	2.49
숯1kg+100	66	13	28	4	45	68	4(6)	2.58
목초액100	66	18	32	1	51	77	3(4)	2.72
비교구	66	8	25	7	40	60	12(18)	2.21

표 2. 숯과 목초액 처리에 의한 배추의 생육상황(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 반복의 평균치)

  * 결구배추의 구분 : 상=3kg이상, 중=1.9～2.9kg, 하=1.9kg미만

3. 무의 생육에 미치는 영향

가. 방법

   (1) 공시작물 : 무

   (2) 공시방법 :

     (가) 배추의 경우와 동일한 방법으로 숯과 목초액을 4조합으로 처리하고, 각각 3반

          복으로 시험구를 만들었다.

     (나) 숯가루와 목초액 처리 3일후 경운하여 배추 파종상을 만들고 그후 4일후

         20㎝ 간격으로 2～3개의 종자를 파종하였다.

     (다) 파종후 3일째부터 발아가 시작되었는데 발아후 1개월간은 목초액 1,000배액

         을 목초액 처리구에만 15일 간격으로 엽면살포하고, 그후부터는 800배액으로

         수확 15일 전까지 살포하였다.

     (라) 성적조사는 처리구별로 수확하여 무게를 조사하였다.

나. 결과

  (1) 무의 생육에 미치는 영향

      무의 실험 결과는 표 3에 나타내었다.  이 표에 의하면 개당 평균 무게에서는 숯 1kg+목초액 100배액을 처리구가 741g 로 가장 좋았고, 다음은 목초액 100배액 처리구가 686g 으로 좋았다. 이 결과에 의하면 무의 경우도 배추와 같이 목초액 처리구들에서 좋은 생육상태를 나타내었다.  또한 숯처리구의 무는 다른곳의 무보다 비교적 단맛이 좋았다.

처    리	총수량	평균무게(g)	생산된 무의 품질(개)
			상	중	하
숯 1kg	160	609	20	24	116
숯 1kg +100	158	741	30	40	88
목초액100	159	686	16	26	117
비교구	158	600	11	20	127

      표 3. 무의 생육 상황

* 무의 구분 : 상=1000g이상, 중=800～999g, 하=799g이하

4. 토마토의 역병 발생 억제에 미치는 효과

  가. 방법 

   (1) 품종: 노쿠산마루 630

   (2) 방법

     (가) 1㎡당 참나무 숯가루 0.5kg과 목초액 30배액을 경운전에 비닐하우스 토양에

          살포하고, 목초액살포 3일후 경운하여 토마토모 정식상을 만들었다.

     (나) 조상 7일후 토마토모를 이식하였고, 이식후 2개월간은 15일 간격으로 1,000

          배액의 목초액을 살포하고, 그 후부터는 800배액으로 수확 1주일 전까지

         살포 하였다.

     (다) 성적조사는 전년대비 수확량을 박스로 비교하였다.

나. 결과

  (1) 토마토 역병 발생 억제에 미치는 효과

     본 실험은 춘천시 신사우동에서 비닐하우스에 의한 토마토 시설재배를 하시는 농민의 협조하에 매년 역병이 많이 발생하는 1동의 비닐하우스에 대하여 공동으로 실험을 실시하였다.  실험결과 숯과 목초액 처리에 의해 역병의 발병이 상당히 감소하였고 그 결과는 표 4과 같다. 

  매년 토마토의 1단(段)을 수확할 시기에 주로 역병이 발병하여 그 비닐하우스내 다른 토마토에 전염되어 수확량을 감소시켰는데 본 실험 결과 '98년의 경우 650주가 발병되었었는데 '99년도에는 단 4주에서만 발병되었다.  이와같은 효능의 구체적인 메카니즘은 정확히 알수 없지만 숯과 목초액의 효능으로 인하여 역병을 발병시키는 균들의 활동억제 및 제거에 의한 것으로 사료된다.

       표 4. '98년대비 역병 발생 및 수확량 비교

년도	면적(㎡)	이식주수	역   병 발병주수	발병율(%)	수확량(박스)	증감
1998	560	1500	650	43	340
1999	560	1500	4	0.3	590	250박스 증가

5. 숯과 목초액이 토양중 미생물 조정제로서의 역할

  가.방법

  (1) 공시재료 : 균(Pseudomonas flourescence), 작물(고추)

  (2) 공시방법 :

   (1) 파밭에서 공시균을 분리하여 King B 배지에서 3일간 배양시켰다. 이때 King B

      배지의 조성은 액체배지의 경우 배지 1ℓ당 Protose peptone 20g, K₂HPO₄ 1.5g,

      MgSO₄ 1.5g, Glycerol 15㎖ 로 하였으며, 고체배지의 경우 Agar 15g을

      첨가하여 조제하였다.

   (2)  숯과 목초액을 조합 혼합(16조합 3반복) 처리한 화분에 고추를 이식하고, 1주일

       후, 액체 배양한 균을 200㎖ 씩 고추분에 접종시켰다.

   (4) 균 접종 1주일 후 부터 목초액 처리분에는 1,000배액의 목초액을 15일 간격으로

       엽면살포 및 관주하였다.

   (5) 성적조사는 10일 간격으로 하였으며, 균은 토양 1g씩 채취하여 균의 colony를

       현미경 하에서 조사하고, 아울러 고추의 신장생장, 수확 갯수 및 토양개량효과를

       조사하였다.  

  나. 결과

   (1) 고추의 생장

       고추의 길이 생장의 결과는 그림 2에 나타내었다.  그림 1에 의하면 처리전에는 control 1, 2의 간장이 206mm로 가장 컸으나 숯, 목초액, 미생물(세균)처리 20일이 경과 되면서 숯+목초액+균을 처리한 고추모들의 길이가 무처리의 고추인 control 2보다 뚜렸하게 생장이 좋았고, 무처리분의 고추는 생장이 상당히 더디게 나타났다(그림 2).  특히 30일 경과 후 부터는 숯2kg+목초액 100배액+균을 처리한 고추모의 길이 생장이 가장 좋았다.

  고추수확량의 경우 50일 경과시 숯1.5kg+목초액200배액+균처리 고추와, 숯2kg+목초액50배액+균처리 고추에서 각각18개로 가장 많았고, 균만 처리한 고추모에서는 14.3개 였고, 무처리 고추모인 control 2에서는 5.3개로 가장 적게 수확하었다. 

   (2) 균 colony 수의 변동

      실험의 결과는 그림 3에 나타내었다.  그림 3에서 보면, 접종 30일까지 균의 colony 수가 증가하다가 40일 부터는 감소하는 경향을 여러 처리구에서 나타났으나, 균만 처리한 control 1, 숯2kg+목초액200배액+균 처리구와, 숯2kg+목초액50배액+균, 숯1kg+목초액100배액+균 처리구에서는 균의 colony 수가 급격히 증가하였다.  

 

 

숯과 목초액 제조 및

  이용에 관하여

강원도 산림개발연구원

강사  이 성 재

Ⅰ.  머리말

Ⅱ. 목탄(숯)에 관하여

1. 목탄제조법

1) 무개제탄법(無蓋製炭法)

2) 갱내제탄법(坑內製炭法)

3) 퇴적제탄법(堆積製炭法)

4) 평요제탄법(平窯製炭法)

5) 축요제탄법(築窯製炭法)

2. 숯가마의 구조와 기능

1) 점화실

2) 탄화실

3) 배연장치

3. 제탄과정

4. 흑탄과 백탄의 성질 차이

5. 목탄의 특성 및 효과

1) 특성

2) 토양개량제로서 및 기타의 효과

6. 숯의 용도

Ⅲ. 목초액이란

1. 목초액의 정제법

1) 정치법  2) 여과법  3) 증류법  4) 분배법

2. 목초액의 특성

3. 목초액 효과의 근원

Ⅳ. 숯과 목초액의 채소원예에 적용 연구 사례

Ⅰ. 머리말

        우리 나라에서 60년대 이후 지속된 산림의 절대녹화(絶對綠化) 사업은 어느 정도 성공을 거둔 상태이나 이제 제대로 관리하여 경제수종으로 가꾸고, 바꾸어 가야 할 시급한 단계에 이르렀으나, 시대와 함께 연료가 임산물에서 화석연료(化石燃料)로 바뀐 까닭에 나뭇가지나 간벌목 등이 효용가치를 잃고, 또한, 인건비의 상승으로 산 주들은 무육간벌작업을 엄두조차 못 내고 있으며, 간벌된 무육부산물 마저도 산에 버려져 간혹, 대형산불의 원인이 되는 실정에 놓여 있다.

  한편, 사용역사가 언제부터인지는 모르지만 오랫동안 인간들에게 애용되어오다 석유화학제품에 그 자리를 내주고 근근히 명맥만 유지해오던 목탄과 목초 액이 최근에 들어 그들이 지니고 있는 무한한 잠재력으로 우리들의 관심을 끌며, 상당한 붐을 타고 다시 우리에게 다가오고 있다.

        목탄의 사용역사를 알아보면, 예로부터 우리조상들은 목탄을 취사용, 간장을 담글 때, 아이를 낳으면 대문에 금줄(새끼에 목탄, 고추, 솔가지 등을 엮은 줄)을 매달고 부정을 타지 않도록 하고, 조상이 죽게 되면 무덤주위에 목탄을 매설하여 시신의 위치를 명확히 하였으며, 홍수 등의 재해로 토지의 경계가 불분명해졌을 때를 대비하여 땅을 파고 목탄을 매설하기도 하였고, 사찰이나 큰 건물을 지을 때 집이 오래 보존될 수 있도록 바닥에 숯을 묻었다는 기록이 있다.  또한, 야금제철용(冶金製鐵用), 화학제품용(化學製品用), 활성탄제조용(活性炭製造用), 화약제조용(火藥製造用), 연마용(鍊磨用) 등 용도가 다양하였으나, 석유화학 제품의 등장으로 그 용도가 극히 제한적으로 사용되게 되었다.  근래에는 음식점에서 고기를 구울 때 사용하는 숯불구이용 목탄을 볼 수 있을 정도에 지나지 않았지만, 최근에는 토양개량제나 오수 정화재로 각광을 받고 있다.  그것은 다공질을 가진 목탄의 공극이 매우 큰 성질을 이용한 것이며, 숯은 과다하게 사용하는 화학비료와 농약의 소비를 적절하게 줄여 줄 수 있고, 작물에 유익한 미생물이 서식할 수 있는 공간을 마련하여 식물체가 잘 생육할 수 있는 토양으로 변화시켜준다.  또한, 노화를 방지 시켜준다고 하여 숯베개, 숯침대, 가정용 장식재 등 건강생활용 재료로도 각광을 받고 있으며, 흑탄의 경우 질병방지 및 생육촉진용으로 가축사료에 첨가되어 사용되기도 한다. 

  한편, 탄화과정에서 나오는 연기를 응축(凝縮)시키면 기체(氣體)와 액체(液體)로 나누어지며 이 액체를 조목초액(粗木酢液)이라고 한다.  이 액체를 용기에 담아 그대로 오랫동안 방치해 두면 3개의 층으로 나누어지는데, 맨윗층에는 경질인 목타르가 뜨고 맨 아래층에는 끈적끈적한 중질유인 목타르 성분이 가라앉는다.  그리고 그들 사이의 중간층에는 적갈색 또는 황갈색의 투명감이 있는 액체가 조목초액이다.  이 조목초액을 정제시켜 잘 이용하면 식물의 생장촉진, 병해충의 기피제, 작물에 무기성분 공급원 등으로 유익하게 그 용도를 개발할 수 있다고 한다.

  따라서, 본 강의에서는 버려지는 간벌재들을 이용하여 그들의 용도개발 차원의 일부로 그것들을 이용하여 목탄과 목초 액을 만드는 방법 및 그들의 효용과 지금까지 강원도 산림개발연구원에서 실험한 사례의 일부에 대하여 설명코자 합니다.  

Ⅱ. 목탄(숯)에 관하여

1. 목탄제조법

목탄은 산림법 제1장 제2조 2항의 임산물 중 가 항의 목탄으로 표기되어 임산물로 규정하고 있다.  비료관리법 시행령 중 토양활성제에 포함되지 않았으나 일본의 경우는 지방증진법 제 11조(토양개량자재 표시의 기준) 제1항에 목탄(식물성 곡탄 포함)으로 지정되어 있다.

1) 무개제탄법(無蓋製炭法)

가장 원시적인 방법으로 평지 또는 오목한곳에 주로 가지를 쌓고 연소시키면서 순차적으로 원재료을 쌓아 불완전 연소로 탄화시키며 흙으로 소화시킨다.  품질이 낮고 수탄율은 10%정도이다.

2) 갱내제탄법(坑內製炭法)

목탄과 타르를 동시에 얻기 위하여 땅속에 깔때기 모양의 굴을 파고 탄재를 넣은 후 상부를 흙으로 덮고 밑에서부터 점화시키며 적당한 구멍을 통하여 하부로부터 통풍시켜 탄화하는 방법으로서 품질이 불량하고 수량이 적다.

3) 퇴적제탄법(堆積製炭法)

유럽에서 사용해오던 방법으로서 탄재를 세로 또는 가로로 쌓고 그 위를 지조재나 수피로 덮은 후, 다시 그 바깥쪽을 흙으로 덮어 공기유통을 제한하고 배연구를 하나 설치한 다음 제탄한다. 품질은 좋지 못하지만 건류탄 보다는 양호하며, 구주(歐洲)에서는 마이라법(Meiller법)이라고 한다.  목탄의 수율은 16～18%정도이다.

4) 평요제탄법(平窯製炭法)

수분이 많은 톱밥이나 수피 및 목편 등의 공장폐재의 탄화에 적합한 방법으로서 천장이 없는 화요이다.  보통 각형의 탄요가 많으며 수율은 원료에 대하여 10～12%이고, 탄화중의 탄화로 하부 온도는 낮아서 200～300℃이지만, 부분에 따라서는 400℃를 넘는 경우도 있다. 우리나라에 제재공업단지의 톱밥을 이용한 활성탄 제조용 숯은 이 방법으로 생산한다.

5) 축요제탄법(築窯製炭法)

우리 나라를 비롯하여 아시아 각국 즉, 중국, 일본 등지에서도 예로부터 사용해 오던 방법으로 진흙, 돌, 내화벽돌, 단열시멘트, 콘크리트, 철판 등으로 재탄요을 축조하여 목재를 탄화시키며 질 좋은 목탄을 만들 수 있다.  이 방법은 가장 발달된 제탄법으로 숯가마의 한쪽에 통풍구와 반대쪽에 배연구를 설치하여 제탄하는 것으로, 제탄조작하는 방법에 따라 요내소화법(窯內消火法)과 요외소화법(窯外消火法)으로 구분되며, 요내소화법에 의해서 만들어진 숯을 흑탄(黑炭)이라 하고, 요외소화법에 의해서 만들어진 숯을 백탄(白炭)이라고 한다.

흑탄요(黑炭窯)는 적당한 흙을 사용하여 만들며, 탄재를 넣고 350-400℃로 탄화시키고 최후에 약 700℃까지 온도를 높여 목탄을 정련(精練)시킨 후 요입구, 통풍구, 연통구를 막고 그대로 방치하여 냉각시킨 다음 출탄한다(窯內消火法).  이와 같이 만들어진 흑탄은 연탄(軟炭 : softwood charcoal) 또는 토요탄(土窯炭)이라고도 부르며, 흑탄가마를 흑탄요(黑炭窯) 또는 토요(土窯: earthen kiln)라고 부른다.  수탄율(收炭率)은 15～20%이다.

백탄요(白炭窯)는 돌 및 내화벽돌로 요벽을 만들고 적당한 흙을 사용하여 천정을 만들며, 탄화가 끝난후 높은 온도로 충분히 끝다루기(精練:900～1,200℃)를 실시하여 백열(白熱)상태로 하여 탄내의 가스를 빼면서 일부씩 요외로 꺼내서 미리 만들어둔 소분(消粉 : 흙과 탄가루, 회분 등을 혼합하여 제조한 것)을 조금 습하게 하여 덮어 소화시킨다(窯外消火法).  이렇게 해서 만들어진 숯을 백탄 또는 경탄(硬炭)이라 하고, 이 숯가마를 백탄가마(白炭窯) 또는 돌가마(石窯 : stone kiln)라고 한다. 수율은 10～15%이며 최고온도는 약 1200℃이다.

2. 숯가마의 구조와 기능

1) 점화실

점화실은 착화용 연료재에 불을 붙혀 탄화실 내의 탄재를 발열반응 온도까지 가열하여 자발 탄화로 유도하는 곳으로서, 가열실 또는 연소실이라 한다.  점화실에서 연료를 태워 열가스로 탄화실의 탄재가 위로부터 점차 탄화하여 밑으로 진행한다(요(窯)의 중간 위 부분에서 불을 붙임).  그러나 점화실 가까운 탄화실의 앞쪽은 항상 가장 먼저 강하게 가열되므로 다른 부분보다 먼저 탄화되고, 심하게 연소되어 할렬, 회화가 일어나므로, 이것을 막기위해 장벽을 쌓아 그 위로 불꽃과 뜨거운 열기만 통하게한다(개량식가마 라고도 불린다). 

점화실 또는 착화실의 크기는 탄화실의 크기에 따라 결정되며, 바닥은 탄화실 바닥보다 낮게 하여 탄화실로 열 유입을 쉽게 한다.

2) 탄화실

탄화실은 탄재를 탄화시키는 곳으로서, 가마바닥, 가마벽, 천정으로 구성되어 있다.

① 가마바닥은 연도밑을 가장 낮게 하고, 이곳에서부터 토관이나 대나무 등으로 경사지게 묻은 다음, 응결수가 숯가마 밖으로 배출되도록 배수관을 설치하며, 가마 바닥쪽이 가장 맨 나중에 탄화된다.  탄재가 착화된 후에는 아궁이를 막고, 공기유입구만 남겨서 공기의 유입을 조절한다.

② 가마벽은 천정을 받치고 있으므로 가마벽이 무너지지 않도록 튼튼하게 축조하고, 특히 공기구멍이 없도록 완전히 밀폐되어야 한다.

③ 천정은 열을 보전하여 높은 열로 탄재를 탄화하도록 유도하는 기능이 있다.  따라서 보온성이 높고, 열에 강한 흙이 좋으며, 공기의 유입이 없도록 밀폐시켜야 한다.

3) 배연장치

배연장치는 배연구와 연도로 되어 있으며, 탄화실 안에서 탄재가 가열 건조되어 생기는 수증기와 연기 및 가스류 등을 밖으로 뽑아내는 역할을 하며, 점화초기에는 보조배연구로 연기를 빼내고, 착화 후에는 보조배연구를 막아 연기와 열기를 배연구를 통해 연도로 유도하여 탄화실의 탄재를 가열하도록 한다.  정련후에는 아궁이의 공기 유입구와 연도구를 밀봉하여 소화한다.

3. 제탄과정

1) 탄화실내에 탄재를 세워서 넣는다.  목재를 채운후 점화구과 배연구, 보조배연구 그리고 공기유입구만 남기고 흙으로 입구를 막는다.

2) 점화실에 불을 붙인다.  이때 탄화로의 크기에 따라 탄화실의 탄재에 불을 붙이는 시간이 다르며, 2～3시간(간이 이동식 탄화로)에서 24시간(개량식가마)정도 걸리며 탄화로내 탄재의 상부 전면에 불이 붙고, 상부의 목구면들이 시뻘건 숯불덩어리가 될 때까지 불을 때야한다.     

3) 그후 조금씩 시간적인 차이를 두면서 입구 그리고 보조배연구를 막고, 공기유입구만 열어두어 탄화로내로 공기의 유입을 조절하며 탄화로에 따라 수십시간에서 수일간 서서히 탄화시킨다.  탄화로내의 온도가 올라가면서 탄화될때의 과정을 연기의 색으로 보면 처음에는 흰 수증기가 올라오고, 그때부터 헤미셀루로스 (hemicellulose)가 열분해된 자극취가 나는 연기가 나오고, 그 뒤 셀루로스(cellulose)가 심하게 열분해되어 매운 연기가 되었다가 맨 마지막에 리그닌(lignin)이 열분해되어 파란연기가 되면서 탄화가 끝난다.

4) 흑탄의 경우 파란연기가 나오면 공기유입구를 열어 정련을 한후, 공기유입구 및 배연구를 모두 밀폐시켜 냉각 시킨후 숯을 꺼낸다.  백탄의 경우 파란연기가 나온후 조금더 경과하면 연기가 끈어지고 가스만 나오게 되는데, 그때 입구의 하단부을 조금 헐고 탄화된 숯에 다시 공기를 유입시켜 고온으로 정련을 시키며, 조근씩 백열의 숯을 꺼내  미리 준비된 소분 ( 消粉 )을 덮어 소화시킨다.

4. 흑탄과 백탄의 성질 차이

- 흑탄 : 백탄에 비해 탄질이 연하다.

          불붙이기가 쉽고, 빨리타고, 빨리 고온이된다.

          불을 붙일 때 가스가 덜빠져 불이 튀는 경향이 있다.

- 백탄 : 숯 표면에 재가 묻어 회백색을 띤다.

          경질로서 두드리면 금속음을 낸다.

          불붙이기가 어려우나 일단 불이 붙으면 화력이 오래간다.

          불 붙일 때 가스가 완전히 빠진 상태이므로 불이 튀지 않는다.

5. 목탄의 특성 및 효과

1) 특성

탄소가 약 80～90%이며, 그 외 산소, 수소 및 회분(무기성분)을 함유하는 탄소질 무기 고분자물질로 다음과 같은 특성이 있다.

- 표면적이 크며 1g중의 내부표면적이 200～300m² 정도이다.

- 흡착력(吸着力이) 크고 다공성(多孔性)이다.

- 비중이 작으며 대체로 0.6～0.9이다.

- 알카리성으로  pH는 8～9이다.

- 숯속의 미량성분(무기성분)으로는 규산, 철, 알루미늄, 티타늄, 망간, 석회, 마그네슘,

  칼리, 소다, 인산, 탄산, 유황 등이 포함되어 있다.

2) 토양개량제로서 및 기타의 효과

- 숯은 다공질(多孔質)덩어리로 토양의 투수성(透水性), 보수성(保水性) 통기성(通氣性)   등 물리적 성질을 개량할 수 있다.(토지의 배수를 좋게하고 적당히 수분을 보유하    며,  비료의 흡착을 좋게 한다)

- 숯을 흙에 주면 숯이 많은 공극을 갖고 있어 식물생장에 유익한 균근균등의 미생    물 서식처로 사용되므로 유효한 미생물이 늘어 그 결과 뿌리가 잘 뻗고 토양병충    해도 줄어든다.

- 토양의 산도(pH)를 조절한다.( 산성토양을 중성토양으로 변화시킴)

- 하우스 등에서는 암모니아 가스를 흡착하여 농도장해를 줄인다.(농약을 흡착 분해하여 토양오염 방지)

- 숯에는 2～3%의 광물질이 작물이 흡수하기 좋은 상태로 균형이 잘 맞게 들어 있다 (미량원소를 보급하며 식물의 생장을 좋게 한다).

- 태양의 광선흡수를 높여 줌으로서 지온을 상승시킨다.

- 숯의 여러 가지 기능으로 연작피해를 줄여준다.

- 가축분뇨와 섞으면 냄새가 없어지고 그 퇴비는 양질의 것이 된다.

- 목탄가루와 목초액을 가축의 사료에 첨가하여 사용하면 가축의 질병을 방지하고 발육을 촉진시키며 결과적으로 고기의 육질을 좋게한다.

6. 숯의 용도

목탄은 탄소 재료로서 특수한 성질이 있으므로 가정용, 농림어업용, 광공업용 등 그 용도가 광범위하다. 최근에는 목탄의 특성을 이용한 보다 많은 새로운 이용법이 개발되었다.

(1) 연료용 : 난방, 숯불구이, 바비큐 등

(2) 농업용(토양개량제) : 과수, 농작물, 논, 시설원예(토양 활성화 및 식물생장촉진)

  - 청과물 및 화훼의 선도유지용 자재(식품선도 보존제)

  - 수세회복 및 잔디육성 효과

  - 융설제 : 골프장, 농지(지표온도 상승)

  - 버섯재배 : 잎새버섯

(3) 축산용(가축사료 첨가제) :특수사료로 생산하여 소, 돼지, 닭 등에 이용

                             (설사증상 및 축사의 탈취효과)

(4) 수산용 : 양어장 수질정화 및 조류 등 먹이 증식 촉진

(5) 정수용 : 음료수, 하천, 정화조, 폐하수 정화(오수처리제)

(6) 건축용 : 습도조절 및 악취제거 효과(환경조절 자제 및 조습제)

(7) 공업용 : 인조섬유 제조, 도금, 제철용, 건전지, 흑색화약 제조, 의약품, 탈취제,

             전자파차단

- 화약 제조용 : 흑색화약의 제조 원료로서 오동나무, 사방오리나무, 버드나무 등의 목탄이 사용

- 활성탄 : 목탄의 액체 및 가스체의 흡착력을 강화한 것으로서 각종 약품, 음식품 등의 탈색․탈취 또는 가스흡착용, 천연가스로부터 휘발유의 회수, 모든 가스의 정제공장 및 잠수함내의 청소, 방독가스용, 의약용 등에 쓰인다. (고온처리로 숯에 남아있는 탄화수소를 제거함으로서 비표면적을 700㎡/g이상으로 만들어 흡착능력을 훨씬 높여준 것이 활성탄이다)

- 목탄성형(분말) : 입상, 과립상화, 보드성형(난연보드 등)

(8) 기타 용도

- 야금제철용 : 인함량이 적은 침엽수탄이 사용된다.

- 카바이트 및 이황화탄소 제조용 : 카바이트는 아세틸렌 가스발생용, 석회질소, 유안 제조용에 사용되며 이황화탄소는 인조섬유공업에 사용된다.

- 연마용 : 금속, 칠기, 인쇄동판 등의 연마용으로 동백나무, 피나무 등의 목탄을 사용

- 목탄가스 발생용 : 가스발생기 내에서 목탄은 연소하여 일산화탄소를 발생시켜 자동차, 석유발동기 등의 내연기관에 휘발용 대용으로 사용한다.

- 화장용 목탄

- 그림용 목탄 : 벚나무탄, 버드나무탄, 포플러탄, 오동나무탄         

Ⅱ. 목초액이란

나무를 많은 공기속에서 가열하면 타서 재가 되고, 밀폐된 용기나 공기가 적은 곳에서 가열하면 숯(木炭)이 된다.  이 탄화과정에서 나오는 연기를 식히면(凝縮) 기체(氣體)와 액체(液體)로 나누어지며 이 액체를 조목초액(粗木酢液)이라고 한다.  이 액체를 용기에 담아 그대로 오래동안 방치해 두면 세 개의 층으로 나누어진다.  맨윗층에는 경질인 목타르가 뜨고 맨아래층에는 끈적끈적한 중질유인 목타르성분이 가라앉는다.  그리고 그들사이의 중간층에는 적갈색 또는 황갈색의 투명감이 있는 액체가 조목초액이다. (그림 1. )

목재를 탄화할 때 연기의 색이 탄화가 진행되면서 변화하는데 이것은 목재에 함유되어 있는 대표적인 성분인 셀룰로스, 헤미셀루로스, 리그닌이 각각 다른 온도에서 열분해 되기 때문이다.  헤미셀룰로스는 180～300℃, 셀룰로스는 240～400℃, 리그닌은 280～550℃에서 각각 분해가 이루어진다.  탄재에 점화 직후는 수증기가 많은 연기가 나오며, 그 시기는 탄재의 건조기라 하며  연통의 온도는 80℃이하이며, 탄화가 시작되면서 자극 취를 내며 백색과 황갈색이 혼합된 연기가 나올 때의 굴뚝의 온도는 80～150℃가된다.  탄화가 계속 진행되면 백색의 연기가 나오다 탄화가 끝날 무렵 청색의 연기가 나오는데 이때의 탄화로의 온도는 500℃정도이며 굴뚝의 온도는 200℃ 정도이다.  즉 연통의 온도가 80℃ 이하에서는 수분이 많아 목초액으로 효과가 적고, 150℃이상의 연기에는 리그닌의 성분이 많아 유해물질도 함유될 우려가 있어 양질의 목초액을 얻기 위해서는 연기의 온도가 80℃에서 150℃사이에서 채취하는 것이 좋다.  목초액을 채취할 때는 산에 부식되지 않는 스텐레스관을 이용하여 채취하여야 하며  또한 채취한 목초액을 담는 용기도 부식되지 않는 포리에칠렌탱크를 사용해야한다. 

탄화
▼
연기의 냉각․응축 정치
		목타르(경질유)				(유출물)
						정제목초액
		조목초액
						(잔유물)
		목타르(중질유)				용해타르

그림 1. 목초액과 목타르

이와 같이 받은 목초액에는 다수의 성분이 포함되어 있고, 각각이 특유의 성질을 지니고 있다.  화학적으로 안정된 물질도 있고, 불안정한 물질도 있다.  즉 산화되기 쉬운 것, 중합되기 쉬운 것, 빛에 불안정한 것, 변색되기 쉬운 것 등이 함유되어 있으므로 장기간 보존하면 변화한다.  탄화직후에 채취된 조목초액에서는 용기의 벽에 흑색의 타르가 붙착되기도 하고 중합물이 현탁되기도 한다.  이것을 정제하면 담황색내지 적갈색의 투명한 목초액을 얻을수 있다.

1. 목초액의 정제법

1) 정치법

목초액을 정치하여 두면 침전되는 타르, 그리고 현탁액, 부착물 등이 생기는데 이것들을 제거하면 투명한 목초액을 얻을 수 있는데 정치법에 의해 안정된 목초액을 얻기 위해서는 대략 6개월이 걸린다.

2) 여과법

여과지나 숯을 이용하여 목초액중의 침전물이나 현탁물을 제거하는 방법.  그러나 이 방법은 어느 정도의 기간동안 정치법으로 침전물을 제거후 해야만 된다.

3) 증류법

목초액중의 구성성분의 끊는 점의 차이을 이용하여 분리 정제하는 방법이다.

① 상압증류법(단순 증류) : 대기압 상태에서 증류하는 법

② 감압증류법 : 감압으로 상압보다 저온에서 증류하는 것으로 열에 불안정한 성분을 분리 할 때는 적당하다.

4) 분배법

화학 시약을 이용하여 목초액을 산성부(alcohol류), 중성부(중성물질), 페놀부(phenol류), 염기성부, 등으로 분리하는 방법.

2. 목초액의 특성

- 목초액의 80～90%는 수분이고 나머지의 10～20%가 유기화합물이다.  이중 초산이 주성분 (3～7%)이며 pH 3정도의 산성수용액이다.  이 유기화합물 중에는 약 200여 종류의 화합물이 포함되어 있으며 이들중 약 50종류의 화합물들이 다양한 목초액 의 효능을 발휘하는 것으로 알려져 있다.

- 목초액의 성분은 산류 ( acetic acid, formic acid, butylic acid, propionic acid ),알콜류 ( methanol, butanol, amylalcohol), 중성물질 ( acetone, valerlactone, maltol ), aldehyde류 ( formaldehyde, furfural ), phenol류 ( cresol, guaiacol, oigenol ), 염기성물질 ( ammonia, methylamine, pyridine ) 및 기타 알려지지 않은 화합물로 구성되어 있다.

- 비중은 1.010～1.030정도이다.

- 토양살균제로서 효과가 크며, 토양에 사용할 때 고농도의 경우는 살균제가 되나 희석하여 사용하면 작물에 유효한 미생물 증식을 돕게된다.

- 일반농약은 미생물의 생육을 저해하는 것이 많고, 토양에 잔류하는 것이 많으나, 목초액은 잘만 사용하면 토양살균제, 미네랄성분 공급원 등으로 무농약, 감농약의 그리고 고품질의 농산물을 생산하는데 활용할 수 있다.

- 농약과 같이 살포하면 농약효과가 올라가고, 농약냄새가 중화되어 냄새가 않나며,

  작업환경의 개선에도 효과가 크다.

- 흙에 사용하면 뿌리 발근이 좋아지고, 퇴비 제조 시에 사용하면 발효가 잘 진행된다.

- 가축분뇨와 섞으면 냄새가 없어지고 그것을 퇴비로 만들면 양질의 것이 된다.

3. 목초액 효과의 근원

목초액의 효과는 어디에서부터 오는 것일까?  효과가 나오는 메카니즘에 대하여는 아직 제대로 알려져 있지 않다.

일본의 경우 현장에서는 큰 반응을 보여 갖가지 효과가 나타나고 있다. 그 사실을 기초로 하여 연구자나 기술자의 연구성과를 합쳐 추정이긴 하나 정리해 보면 아래와 같다.

가. 200종류 이상의 성분이 함유되어 있다.

목초액에는 앞에서도 설명한 것과 같이 여러 가지 효과가 있다. 그 다양한 효과는 목초액이 다양한 성분으로 이루어져 있기 때문이다.

목초액에는 추정하여 200종류 이상의 성분이 함유되어 있다고 한다. 조목초액에나 목초액에서 수분을 빼고 제일 많은 것은 초산으로 3～7%가 된다. 목초액에 함유되어 있는 유기물 함량의 50～60%는 초산이다. 초산을 중심으로 하는 유기산 이외에는 페놀산이 약 5%, 메탄올 등의 알코올류가 수%, 그 밖의 각종 성분이 함유되어 있다. 이중 약 50종류의 성분들이 유익한 효과를 발휘할 것이라고 한다.

나. 목초액의 효과는 종합적이고 상승적이다.

이와 같은 목초액에는 섬유질의 열분해 성분이 다양하게 함유되고, 또 나무에 함유되어 있던 미량의 성분도 함유되어 있다. 이들 성분이 여러 가지 작용 성분을 가지고 있어서 목초액의 효과를 갖게 된다. 그러나 그 상세한 내용은 거의 알려져 있지 않다. 단지 중요한 것은 농약과 같은 어떤 특정한 성분만으로 듣는 것이 아니고 여러 가지 성분이 복잡하게 얽혀서 상승적인 효과를 나타낸다고 한다.

예를 들면 산성인 초산 그것만으로는 일정한 살균효과가 있으나, 초산만을 희석하여 뿌려도 목초액과 같은 효과는 나오지 않는다. 목초액의 토양시용효과에 대하여 산성이 강한 목초액의 시용을 통한 일시적인 산도의 영향만으로는 설명이 되지 못한다.

목초액을 의약에 비한다면 한방약과 같은 것으로 어떤 특정한 성분이 효과가 있다고 하기 보다는 여러 가지 성분의 종합적인 효과라고 할 수 있다. 살균, 살충력이 있으면서 미생물을 늘리는 작용도 있으며 발근촉진, 생장촉진도 한다. 그래서 그 나타나는 방법은 목초액의 농도에 따라 달라진다.

다. 목초액은 엷은 농도에서 듣는다.

여러 가지 성분을 함유한 목초액은 조효소적인 혹은 촉매적인 작용을 갖고 있는 듯 하다. 생체내에서 일어나는 반응이나 세포의 합성에는 갖가지 효소가 관계되어 있으나, 목초액의 성분은 효소의 작용을 돕고 반응이나 합성을 부드럽게 한다.

작물이 광합성을 하며, 뿌리에서 흡수한 양분과 합쳐서 세포를 만들며 생장하는 과정에는 작물체 안에서 여러 가지 반응을 일으키듯이, 흙 속의 미생물이 생활하며 번식할 때에도 마찬가지이다.

목초액의 어떤 물질이 어떤 반응과 관계되고 있는 지는 정해져 있지 않으나, 다양한 성분을 함유한 목초액에는 다양한 조효소적이고 촉매적인 작용이 생각된다. 그러나 목초액의 성분은 작물의 생체조직에 침투하기 쉽다. 이것은 목초액은 알코올류, 케톤류, 알데하이드류 등 침투되기 쉬운 각종 성분을 미량이라도 갖고 있으며, 이것이 또 목초액의 특징이다. 또 농약 등에도 잘 녹으며 잎에의 침투를 잘하게 한다고 한다.

여기서 중요한 것은 조효소적이고 촉매적으로 작용하는 물질을 저농도 미량이라도 좋다고 하는 것이다. 사람으로 따진다면 비타민과 같은 것이다. 이것은 목초액을 쓸 때 하나의 중요한 요점이 된다. 목초액이 좋다고 하여 고농도로 몇 번씩이나 이용하는 것은 효과가 올라가는 것이 아니고 때에 따라서는 해가 된다.

일본의 경우, 옛부터 숯가마 밑의 와사비밭이 잘된다고 한다. 숯가마에서 목초가 흘러 내리는 것이 관계되어 있으며, 이 때 숯가마에서 100m정도는 생육이 나쁘고, 생육이 좋은 곳은 100～1,000m 정도의 범위이고, 더 떨어지면 영향이 없어진다. 이것은 목초액이 어느 일정한 농도일 때 작물 생육에 좋게 작용한다는 것을 말해 주고 있는 것이다. 그 농도는 진한 것이 아니고, 목초액 중의 미량성분에 대해 본다면 PPM 단위의 정도이다.

라. 비료나 농약이 아니다.

목초액에는 직접 작물에 흡수되어 영양이 되는 성분은 약간 밖에 포함되어 있지 않다. 또 직접적으로 작용하는 살균, 살충 물질도 소량밖에 함유되어 있지 않다. 목초액은 비료나 농약이 아니다.

그럼에도 불구하고 목초액을 훌륭하게 쓰면 비료흡수가 좋아지거나 병충해가 줄어든다. 목초액이 작물의 발근을 촉진시키거나 토양의 양분환경을 정비하여 흙의 미생물상을 바꾸어 주기 때문이다.

목초액의 효과의 특징은 많은 성분이 종합적으로 작용하는 것이다. 그렇기 때문에 효과가 올라가는 메카니즘도 복잡하여 간단하게 설명할 수가 없다.

목초액의 병충해에 대한 사용예(일본의 경우)

작  목	병  충  해  명	사     용     법
토마토	선충	50 배액을 포기 밑에 관주
	바이러스	200배액을 1주 간격으로 살포
	뿌리썩이 J3	목초액+빵껍질+왕겨 훈탄을 작물
		을 심는 구덩이에 시용
토마토, 오이	뿌리흑선충	100～200배액을 포기 밑에 관주
오이	흰가루병, 노균병	마늘이 들어간 목초액 200배액을
		엽면살포
	온실가루이	어성초가 들어간 목초액 200배액을
		엽면살포
오이, 가지	잿빛곰팡이병, 흰가루병	활성탄+300배액
가지	청고병	유기액비를 섞어 월 1～2회 관주
	응애	어성초가 들어간 목초액
피망	선충	1,500～2,000배액을 관수대신 살포
멜론	뿌리흑선충	목초액+숯가루를 정식전 사용
	진딧물	목초액+숯가루의 기피효과
딸기	선충	100～200배액을 살포
배추, 양배추	근류병	목초액이 들어간 반생퇴비 사용
양배추	노균병, 배추좀나방	농약+목초액(200～300배)을
		10～15일 간격으로 살포
배추, 양배추	무름병, 잿빛곰팡이병	200배액을 5일 간격으로 3회 살포
감자	뿌리흑선충	100～200배액, 20ℓ+ 유산칼리
		10～20g을 포기 밑에 관주
밀, 보리	호왜축병	4～8배액의 살포로 불활성화
사과	부란병	300배액을 1주간격으로 2회살포
		페이스 도포
포도	흰가루병, 응애	300배액을 살포
배	날개무늬병	뿌리를 캐내어 살포
국화	백녹병	200㎡에 약 150ℓ를 사용
침엽수묘목	입고병	원액을 8ℓ/㎡처리
수목, 관엽식물	패각충	200배액을 2～3회 살포

Ⅳ. 숯과 목초액의 채소원예작목에 적용 실험한 사례

1. 수종별 목초액의 무기이온 성분 조사

가. 방법 

   (1) 공시 목초액 : 신갈나무, 자작나무, 소나무, 일본잎갈나무

   (2) 측정방법 : 채취된 조목초액을 포리에칠렌 탱크에 넣어 6개월간 숙성시킨후, 정치(靜置) 정제된 목초액을 100배액으로 희석하여 이온크로마토그라피(IC)로 측정하였다.

나. 수종별 목초액의 이온성분

   이온크로마토그라피로 음이온 양이온 성분을 측정하였으며 그 결과는 표 1과 같다.  표 1에서 보면 활엽수재인 자작나무와 신갈나무의 목초액이 침엽수재인 소나무와 일본잎갈나무 보다 비전도도(EC)에서 높은 수치를 나타내고 있다.  즉, 활엽수재의 목초액이 침엽수재 목초액보다 이온성분들을 많이 함유하고 있음을 알수 있다.  음이온 성분중 염소이온은 활엽수재나 침엽수재 모두에서 다른 성분들 보다 많이 함유하고 있으며, 특히 활엽수재의 경우는 침엽수재보다 2배에 가까운 량을 나타내고 있다.  양이온은 자작나무에서 나트륨이온과 칼륨, 마그네슘이온을 다른수종에 비해 비교적 많이 함유하고 있음을 알수 있었다. 그러나 이와같은 이온성분들은 목초액의 채취시기에 따라 다소 차이가 다르게 나타나고 있으며, 그 이유는 목초액이 탄화생성물로서 성분 들이 화학적으로 불안전한 상태에 있으므로 시간이 경과함에 따라 산화되며 계속적인 화학반응을 하고 있기 때문인 것으로 사료된다. 

  pH의 경우 3.1～3.3으로 강산성을 띄고 있으므로 농작물에 사용할때 반드시 적절한 배율로 희석하여 사용해야 농작물에 pH에 의한 피해를 주지 않을 것으로 사료된다.

수  종	pH	음 이 온 (ppm)				양 이 온 (ppm)					EC (㎲/㎝)
		Cl	NO3	PO4	SO4	Na	NH4	K	Mg	Ca
신갈나무	3.2	53.7	1.5	4.4	0.8	0.3	6.2	0.8	0.1	0.2	128.5
자작나무	3.1	81.3	0.9	6.0	0.8	3.2	2.6	1.6	0.2	0.1	177.0
소나무	3.3	26.2	1.1	2.7	0.8	0.3	2.3	1.0	0.1	0.6	90.6
잎갈나무	3.2	34.0	1.2	6.1	0.5	1.5	2.1	0.9	0.1	0.2	104.0

표 1. 목초액의 이온성분 함량

2. 배추의 생육에 미치는 영향

가. 방법

  (1) 공시작물 : 배추(불암 5)

  (2) 공시방법 :

     (가) 시험구는 4조합(숯1kg, 숯1kg+목초액 100배액, 목초액 100배액, 비교구)

          으로 만들고 각각 3반복으로 처리구를 만들었다.

     (나) 숯가루와 목초액 처리 3일후 경운하여 배추 파종상을 만들고 그후 4일후

         모상에서 1주일간 기른 배추모를 이식하였다.

     (다) 이식후 1개월간은 목초액 1000배액을 목초액 처리구에만 15일 간격으로

         엽면살포하고, 그 후부터는 800배액으로 수확 15일 전까지 살포하였다.

나. 결과.

(1) 배추의 생육에 미치는 영향

     숯과 목초액을 배추에 실험한 결과는 표 2와 같다.  이 결과들에 의하면 배추의 결구율, 이병율, 포기당 무개에서 가장 좋은 성적을 나타낸 순서는 목초액 100배액 처리구, 숯 1kg+목초액 100배액 처리구, 숯 1kg 처리구, 무처리 순 이었다.  생육기간(70일)이 짧은 관계로 배추가 숯 처리에 따른 토양변화에 의한 효과는 별로 얻지 못했으나, 관주 및 엽면 살포한 목초액의 효과는 있는 것으로 나타났다.  생육기간중 목초액을 살포한 처리구에서는 병해 및 충해가 적으며, 특히 목초액 살포시 해충들은 목초액에 대한 기피현상을 나타내는 것이 눈으로 확인되었다. 또한 목초액 처리구의 배추는 짙은 녹색을 띠며 생육이 왕성함을 알수 있었다.  그러나 이와같은 효과가 반드시 목초액만의 효과라고만 볼수는 없다.  목초액은 토양이 건전토이며 필요한 미량요소 및 양분을 충분히 지니고 있을때 그 효과를 배가 시킨다고 알려져 있다.  따라서 지력이 저하된 토양에 목초액만으로 효과를 얻기는 어렵다고 생각된다.

처  리	이식 본수	결구 본수					이병본수(%)	무게/ 포기(kg)
		상	중	하	계	%
숯1kg	88	6	26	23	55	62	8(9)	2.49
숯1kg+100	66	13	28	4	45	68	4(6)	2.58
목초액100	66	18	32	1	51	77	3(4)	2.72
비교구	66	8	25	7	40	60	12(18)	2.21

표 2. 숯과 목초액 처리에 의한 배추의 생육상황(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 반복의 평균치)

  * 결구배추의 구분 : 상=3kg이상, 중=1.9～2.9kg, 하=1.9kg미만

3. 무의 생육에 미치는 영향

가. 방법

   (1) 공시작물 : 무

   (2) 공시방법 :

     (가) 배추의 경우와 동일한 방법으로 숯과 목초액을 4조합으로 처리하고, 각각 3반

          복으로 시험구를 만들었다.

     (나) 숯가루와 목초액 처리 3일후 경운하여 배추 파종상을 만들고 그후 4일후

         20㎝ 간격으로 2～3개의 종자를 파종하였다.

     (다) 파종후 3일째부터 발아가 시작되었는데 발아후 1개월간은 목초액 1,000배액

         을 목초액 처리구에만 15일 간격으로 엽면살포하고, 그후부터는 800배액으로

         수확 15일 전까지 살포하였다.

     (라) 성적조사는 처리구별로 수확하여 무게를 조사하였다.

나. 결과

  (1) 무의 생육에 미치는 영향

      무의 실험 결과는 표 3에 나타내었다.  이 표에 의하면 개당 평균 무게에서는 숯 1kg+목초액 100배액을 처리구가 741g 로 가장 좋았고, 다음은 목초액 100배액 처리구가 686g 으로 좋았다. 이 결과에 의하면 무의 경우도 배추와 같이 목초액 처리구들에서 좋은 생육상태를 나타내었다.  또한 숯처리구의 무는 다른곳의 무보다 비교적 단맛이 좋았다.

처    리	총수량	평균무게(g)	생산된 무의 품질(개)
			상	중	하
숯 1kg	160	609	20	24	116
숯 1kg +100	158	741	30	40	88
목초액100	159	686	16	26	117
비교구	158	600	11	20	127

      표 3. 무의 생육 상황

* 무의 구분 : 상=1000g이상, 중=800～999g, 하=799g이하

4. 토마토의 역병 발생 억제에 미치는 효과

  가. 방법 

   (1) 품종: 노쿠산마루 630

   (2) 방법

     (가) 1㎡당 참나무 숯가루 0.5kg과 목초액 30배액을 경운전에 비닐하우스 토양에

          살포하고, 목초액살포 3일후 경운하여 토마토모 정식상을 만들었다.

     (나) 조상 7일후 토마토모를 이식하였고, 이식후 2개월간은 15일 간격으로 1,000

          배액의 목초액을 살포하고, 그 후부터는 800배액으로 수확 1주일 전까지

         살포 하였다.

     (다) 성적조사는 전년대비 수확량을 박스로 비교하였다.

나. 결과

  (1) 토마토 역병 발생 억제에 미치는 효과

     본 실험은 춘천시 신사우동에서 비닐하우스에 의한 토마토 시설재배를 하시는 농민의 협조하에 매년 역병이 많이 발생하는 1동의 비닐하우스에 대하여 공동으로 실험을 실시하였다.  실험결과 숯과 목초액 처리에 의해 역병의 발병이 상당히 감소하였고 그 결과는 표 4과 같다. 

  매년 토마토의 1단(段)을 수확할 시기에 주로 역병이 발병하여 그 비닐하우스내 다른 토마토에 전염되어 수확량을 감소시켰는데 본 실험 결과 '98년의 경우 650주가 발병되었었는데 '99년도에는 단 4주에서만 발병되었다.  이와같은 효능의 구체적인 메카니즘은 정확히 알수 없지만 숯과 목초액의 효능으로 인하여 역병을 발병시키는 균들의 활동억제 및 제거에 의한 것으로 사료된다.

       표 4. '98년대비 역병 발생 및 수확량 비교

년도	면적(㎡)	이식주수	역   병 발병주수	발병율(%)	수확량(박스)	증감
1998	560	1500	650	43	340
1999	560	1500	4	0.3	590	250박스 증가

5. 숯과 목초액이 토양중 미생물 조정제로서의 역할

  가.방법

  (1) 공시재료 : 균(Pseudomonas flourescence), 작물(고추)

  (2) 공시방법 :

   (1) 파밭에서 공시균을 분리하여 King B 배지에서 3일간 배양시켰다. 이때 King B

      배지의 조성은 액체배지의 경우 배지 1ℓ당 Protose peptone 20g, K₂HPO₄ 1.5g,

      MgSO₄ 1.5g, Glycerol 15㎖ 로 하였으며, 고체배지의 경우 Agar 15g을

      첨가하여 조제하였다.

   (2)  숯과 목초액을 조합 혼합(16조합 3반복) 처리한 화분에 고추를 이식하고, 1주일

       후, 액체 배양한 균을 200㎖ 씩 고추분에 접종시켰다.

   (4) 균 접종 1주일 후 부터 목초액 처리분에는 1,000배액의 목초액을 15일 간격으로

       엽면살포 및 관주하였다.

   (5) 성적조사는 10일 간격으로 하였으며, 균은 토양 1g씩 채취하여 균의 colony를

       현미경 하에서 조사하고, 아울러 고추의 신장생장, 수확 갯수 및 토양개량효과를

       조사하였다.  

  나. 결과

   (1) 고추의 생장

       고추의 길이 생장의 결과는 그림 2에 나타내었다.  그림 1에 의하면 처리전에는 control 1, 2의 간장이 206mm로 가장 컸으나 숯, 목초액, 미생물(세균)처리 20일이 경과 되면서 숯+목초액+균을 처리한 고추모들의 길이가 무처리의 고추인 control 2보다 뚜렸하게 생장이 좋았고, 무처리분의 고추는 생장이 상당히 더디게 나타났다(그림 2).  특히 30일 경과 후 부터는 숯2kg+목초액 100배액+균을 처리한 고추모의 길이 생장이 가장 좋았다.

  고추수확량의 경우 50일 경과시 숯1.5kg+목초액200배액+균처리 고추와, 숯2kg+목초액50배액+균처리 고추에서 각각18개로 가장 많았고, 균만 처리한 고추모에서는 14.3개 였고, 무처리 고추모인 control 2에서는 5.3개로 가장 적게 수확하었다. 

   (2) 균 colony 수의 변동

      실험의 결과는 그림 3에 나타내었다.  그림 3에서 보면, 접종 30일까지 균의 colony 수가 증가하다가 40일 부터는 감소하는 경향을 여러 처리구에서 나타났으나, 균만 처리한 control 1, 숯2kg+목초액200배액+균 처리구와, 숯2kg+목초액50배액+균, 숯1kg+목초액100배액+균 처리구에서는 균의 colony 수가 급격히 증가하였다.  

 

 

숯과 목초액 제조 및

  이용에 관하여

강원도 산림개발연구원

강사  이 성 재

Ⅰ.  머리말

Ⅱ. 목탄(숯)에 관하여

1. 목탄제조법

1) 무개제탄법(無蓋製炭法)

2) 갱내제탄법(坑內製炭法)

3) 퇴적제탄법(堆積製炭法)

4) 평요제탄법(平窯製炭法)

5) 축요제탄법(築窯製炭法)

2. 숯가마의 구조와 기능

1) 점화실

2) 탄화실

3) 배연장치

3. 제탄과정

4. 흑탄과 백탄의 성질 차이

5. 목탄의 특성 및 효과

1) 특성

2) 토양개량제로서 및 기타의 효과

6. 숯의 용도

Ⅲ. 목초액이란

1. 목초액의 정제법

1) 정치법  2) 여과법  3) 증류법  4) 분배법

2. 목초액의 특성

3. 목초액 효과의 근원

Ⅳ. 숯과 목초액의 채소원예에 적용 연구 사례

Ⅰ. 머리말

        우리 나라에서 60년대 이후 지속된 산림의 절대녹화(絶對綠化) 사업은 어느 정도 성공을 거둔 상태이나 이제 제대로 관리하여 경제수종으로 가꾸고, 바꾸어 가야 할 시급한 단계에 이르렀으나, 시대와 함께 연료가 임산물에서 화석연료(化石燃料)로 바뀐 까닭에 나뭇가지나 간벌목 등이 효용가치를 잃고, 또한, 인건비의 상승으로 산 주들은 무육간벌작업을 엄두조차 못 내고 있으며, 간벌된 무육부산물 마저도 산에 버려져 간혹, 대형산불의 원인이 되는 실정에 놓여 있다.

  한편, 사용역사가 언제부터인지는 모르지만 오랫동안 인간들에게 애용되어오다 석유화학제품에 그 자리를 내주고 근근히 명맥만 유지해오던 목탄과 목초 액이 최근에 들어 그들이 지니고 있는 무한한 잠재력으로 우리들의 관심을 끌며, 상당한 붐을 타고 다시 우리에게 다가오고 있다.

        목탄의 사용역사를 알아보면, 예로부터 우리조상들은 목탄을 취사용, 간장을 담글 때, 아이를 낳으면 대문에 금줄(새끼에 목탄, 고추, 솔가지 등을 엮은 줄)을 매달고 부정을 타지 않도록 하고, 조상이 죽게 되면 무덤주위에 목탄을 매설하여 시신의 위치를 명확히 하였으며, 홍수 등의 재해로 토지의 경계가 불분명해졌을 때를 대비하여 땅을 파고 목탄을 매설하기도 하였고, 사찰이나 큰 건물을 지을 때 집이 오래 보존될 수 있도록 바닥에 숯을 묻었다는 기록이 있다.  또한, 야금제철용(冶金製鐵用), 화학제품용(化學製品用), 활성탄제조용(活性炭製造用), 화약제조용(火藥製造用), 연마용(鍊磨用) 등 용도가 다양하였으나, 석유화학 제품의 등장으로 그 용도가 극히 제한적으로 사용되게 되었다.  근래에는 음식점에서 고기를 구울 때 사용하는 숯불구이용 목탄을 볼 수 있을 정도에 지나지 않았지만, 최근에는 토양개량제나 오수 정화재로 각광을 받고 있다.  그것은 다공질을 가진 목탄의 공극이 매우 큰 성질을 이용한 것이며, 숯은 과다하게 사용하는 화학비료와 농약의 소비를 적절하게 줄여 줄 수 있고, 작물에 유익한 미생물이 서식할 수 있는 공간을 마련하여 식물체가 잘 생육할 수 있는 토양으로 변화시켜준다.  또한, 노화를 방지 시켜준다고 하여 숯베개, 숯침대, 가정용 장식재 등 건강생활용 재료로도 각광을 받고 있으며, 흑탄의 경우 질병방지 및 생육촉진용으로 가축사료에 첨가되어 사용되기도 한다. 

  한편, 탄화과정에서 나오는 연기를 응축(凝縮)시키면 기체(氣體)와 액체(液體)로 나누어지며 이 액체를 조목초액(粗木酢液)이라고 한다.  이 액체를 용기에 담아 그대로 오랫동안 방치해 두면 3개의 층으로 나누어지는데, 맨윗층에는 경질인 목타르가 뜨고 맨 아래층에는 끈적끈적한 중질유인 목타르 성분이 가라앉는다.  그리고 그들 사이의 중간층에는 적갈색 또는 황갈색의 투명감이 있는 액체가 조목초액이다.  이 조목초액을 정제시켜 잘 이용하면 식물의 생장촉진, 병해충의 기피제, 작물에 무기성분 공급원 등으로 유익하게 그 용도를 개발할 수 있다고 한다.

  따라서, 본 강의에서는 버려지는 간벌재들을 이용하여 그들의 용도개발 차원의 일부로 그것들을 이용하여 목탄과 목초 액을 만드는 방법 및 그들의 효용과 지금까지 강원도 산림개발연구원에서 실험한 사례의 일부에 대하여 설명코자 합니다.  

Ⅱ. 목탄(숯)에 관하여

1. 목탄제조법

목탄은 산림법 제1장 제2조 2항의 임산물 중 가 항의 목탄으로 표기되어 임산물로 규정하고 있다.  비료관리법 시행령 중 토양활성제에 포함되지 않았으나 일본의 경우는 지방증진법 제 11조(토양개량자재 표시의 기준) 제1항에 목탄(식물성 곡탄 포함)으로 지정되어 있다.

1) 무개제탄법(無蓋製炭法)

가장 원시적인 방법으로 평지 또는 오목한곳에 주로 가지를 쌓고 연소시키면서 순차적으로 원재료을 쌓아 불완전 연소로 탄화시키며 흙으로 소화시킨다.  품질이 낮고 수탄율은 10%정도이다.

2) 갱내제탄법(坑內製炭法)

목탄과 타르를 동시에 얻기 위하여 땅속에 깔때기 모양의 굴을 파고 탄재를 넣은 후 상부를 흙으로 덮고 밑에서부터 점화시키며 적당한 구멍을 통하여 하부로부터 통풍시켜 탄화하는 방법으로서 품질이 불량하고 수량이 적다.

3) 퇴적제탄법(堆積製炭法)

유럽에서 사용해오던 방법으로서 탄재를 세로 또는 가로로 쌓고 그 위를 지조재나 수피로 덮은 후, 다시 그 바깥쪽을 흙으로 덮어 공기유통을 제한하고 배연구를 하나 설치한 다음 제탄한다. 품질은 좋지 못하지만 건류탄 보다는 양호하며, 구주(歐洲)에서는 마이라법(Meiller법)이라고 한다.  목탄의 수율은 16～18%정도이다.

4) 평요제탄법(平窯製炭法)

수분이 많은 톱밥이나 수피 및 목편 등의 공장폐재의 탄화에 적합한 방법으로서 천장이 없는 화요이다.  보통 각형의 탄요가 많으며 수율은 원료에 대하여 10～12%이고, 탄화중의 탄화로 하부 온도는 낮아서 200～300℃이지만, 부분에 따라서는 400℃를 넘는 경우도 있다. 우리나라에 제재공업단지의 톱밥을 이용한 활성탄 제조용 숯은 이 방법으로 생산한다.

5) 축요제탄법(築窯製炭法)

우리 나라를 비롯하여 아시아 각국 즉, 중국, 일본 등지에서도 예로부터 사용해 오던 방법으로 진흙, 돌, 내화벽돌, 단열시멘트, 콘크리트, 철판 등으로 재탄요을 축조하여 목재를 탄화시키며 질 좋은 목탄을 만들 수 있다.  이 방법은 가장 발달된 제탄법으로 숯가마의 한쪽에 통풍구와 반대쪽에 배연구를 설치하여 제탄하는 것으로, 제탄조작하는 방법에 따라 요내소화법(窯內消火法)과 요외소화법(窯外消火法)으로 구분되며, 요내소화법에 의해서 만들어진 숯을 흑탄(黑炭)이라 하고, 요외소화법에 의해서 만들어진 숯을 백탄(白炭)이라고 한다.

흑탄요(黑炭窯)는 적당한 흙을 사용하여 만들며, 탄재를 넣고 350-400℃로 탄화시키고 최후에 약 700℃까지 온도를 높여 목탄을 정련(精練)시킨 후 요입구, 통풍구, 연통구를 막고 그대로 방치하여 냉각시킨 다음 출탄한다(窯內消火法).  이와 같이 만들어진 흑탄은 연탄(軟炭 : softwood charcoal) 또는 토요탄(土窯炭)이라고도 부르며, 흑탄가마를 흑탄요(黑炭窯) 또는 토요(土窯: earthen kiln)라고 부른다.  수탄율(收炭率)은 15～20%이다.

백탄요(白炭窯)는 돌 및 내화벽돌로 요벽을 만들고 적당한 흙을 사용하여 천정을 만들며, 탄화가 끝난후 높은 온도로 충분히 끝다루기(精練:900～1,200℃)를 실시하여 백열(白熱)상태로 하여 탄내의 가스를 빼면서 일부씩 요외로 꺼내서 미리 만들어둔 소분(消粉 : 흙과 탄가루, 회분 등을 혼합하여 제조한 것)을 조금 습하게 하여 덮어 소화시킨다(窯外消火法).  이렇게 해서 만들어진 숯을 백탄 또는 경탄(硬炭)이라 하고, 이 숯가마를 백탄가마(白炭窯) 또는 돌가마(石窯 : stone kiln)라고 한다. 수율은 10～15%이며 최고온도는 약 1200℃이다.

2. 숯가마의 구조와 기능

1) 점화실

점화실은 착화용 연료재에 불을 붙혀 탄화실 내의 탄재를 발열반응 온도까지 가열하여 자발 탄화로 유도하는 곳으로서, 가열실 또는 연소실이라 한다.  점화실에서 연료를 태워 열가스로 탄화실의 탄재가 위로부터 점차 탄화하여 밑으로 진행한다(요(窯)의 중간 위 부분에서 불을 붙임).  그러나 점화실 가까운 탄화실의 앞쪽은 항상 가장 먼저 강하게 가열되므로 다른 부분보다 먼저 탄화되고, 심하게 연소되어 할렬, 회화가 일어나므로, 이것을 막기위해 장벽을 쌓아 그 위로 불꽃과 뜨거운 열기만 통하게한다(개량식가마 라고도 불린다). 

점화실 또는 착화실의 크기는 탄화실의 크기에 따라 결정되며, 바닥은 탄화실 바닥보다 낮게 하여 탄화실로 열 유입을 쉽게 한다.

2) 탄화실

탄화실은 탄재를 탄화시키는 곳으로서, 가마바닥, 가마벽, 천정으로 구성되어 있다.

① 가마바닥은 연도밑을 가장 낮게 하고, 이곳에서부터 토관이나 대나무 등으로 경사지게 묻은 다음, 응결수가 숯가마 밖으로 배출되도록 배수관을 설치하며, 가마 바닥쪽이 가장 맨 나중에 탄화된다.  탄재가 착화된 후에는 아궁이를 막고, 공기유입구만 남겨서 공기의 유입을 조절한다.

② 가마벽은 천정을 받치고 있으므로 가마벽이 무너지지 않도록 튼튼하게 축조하고, 특히 공기구멍이 없도록 완전히 밀폐되어야 한다.

③ 천정은 열을 보전하여 높은 열로 탄재를 탄화하도록 유도하는 기능이 있다.  따라서 보온성이 높고, 열에 강한 흙이 좋으며, 공기의 유입이 없도록 밀폐시켜야 한다.

3) 배연장치

배연장치는 배연구와 연도로 되어 있으며, 탄화실 안에서 탄재가 가열 건조되어 생기는 수증기와 연기 및 가스류 등을 밖으로 뽑아내는 역할을 하며, 점화초기에는 보조배연구로 연기를 빼내고, 착화 후에는 보조배연구를 막아 연기와 열기를 배연구를 통해 연도로 유도하여 탄화실의 탄재를 가열하도록 한다.  정련후에는 아궁이의 공기 유입구와 연도구를 밀봉하여 소화한다.

3. 제탄과정

1) 탄화실내에 탄재를 세워서 넣는다.  목재를 채운후 점화구과 배연구, 보조배연구 그리고 공기유입구만 남기고 흙으로 입구를 막는다.

2) 점화실에 불을 붙인다.  이때 탄화로의 크기에 따라 탄화실의 탄재에 불을 붙이는 시간이 다르며, 2～3시간(간이 이동식 탄화로)에서 24시간(개량식가마)정도 걸리며 탄화로내 탄재의 상부 전면에 불이 붙고, 상부의 목구면들이 시뻘건 숯불덩어리가 될 때까지 불을 때야한다.     

3) 그후 조금씩 시간적인 차이를 두면서 입구 그리고 보조배연구를 막고, 공기유입구만 열어두어 탄화로내로 공기의 유입을 조절하며 탄화로에 따라 수십시간에서 수일간 서서히 탄화시킨다.  탄화로내의 온도가 올라가면서 탄화될때의 과정을 연기의 색으로 보면 처음에는 흰 수증기가 올라오고, 그때부터 헤미셀루로스 (hemicellulose)가 열분해된 자극취가 나는 연기가 나오고, 그 뒤 셀루로스(cellulose)가 심하게 열분해되어 매운 연기가 되었다가 맨 마지막에 리그닌(lignin)이 열분해되어 파란연기가 되면서 탄화가 끝난다.

4) 흑탄의 경우 파란연기가 나오면 공기유입구를 열어 정련을 한후, 공기유입구 및 배연구를 모두 밀폐시켜 냉각 시킨후 숯을 꺼낸다.  백탄의 경우 파란연기가 나온후 조금더 경과하면 연기가 끈어지고 가스만 나오게 되는데, 그때 입구의 하단부을 조금 헐고 탄화된 숯에 다시 공기를 유입시켜 고온으로 정련을 시키며, 조근씩 백열의 숯을 꺼내  미리 준비된 소분 ( 消粉 )을 덮어 소화시킨다.

4. 흑탄과 백탄의 성질 차이

- 흑탄 : 백탄에 비해 탄질이 연하다.

          불붙이기가 쉽고, 빨리타고, 빨리 고온이된다.

          불을 붙일 때 가스가 덜빠져 불이 튀는 경향이 있다.

- 백탄 : 숯 표면에 재가 묻어 회백색을 띤다.

          경질로서 두드리면 금속음을 낸다.

          불붙이기가 어려우나 일단 불이 붙으면 화력이 오래간다.

          불 붙일 때 가스가 완전히 빠진 상태이므로 불이 튀지 않는다.

5. 목탄의 특성 및 효과

1) 특성

탄소가 약 80～90%이며, 그 외 산소, 수소 및 회분(무기성분)을 함유하는 탄소질 무기 고분자물질로 다음과 같은 특성이 있다.

- 표면적이 크며 1g중의 내부표면적이 200～300m² 정도이다.

- 흡착력(吸着力이) 크고 다공성(多孔性)이다.

- 비중이 작으며 대체로 0.6～0.9이다.

- 알카리성으로  pH는 8～9이다.

- 숯속의 미량성분(무기성분)으로는 규산, 철, 알루미늄, 티타늄, 망간, 석회, 마그네슘,

  칼리, 소다, 인산, 탄산, 유황 등이 포함되어 있다.

2) 토양개량제로서 및 기타의 효과

- 숯은 다공질(多孔質)덩어리로 토양의 투수성(透水性), 보수성(保水性) 통기성(通氣性)   등 물리적 성질을 개량할 수 있다.(토지의 배수를 좋게하고 적당히 수분을 보유하    며,  비료의 흡착을 좋게 한다)

- 숯을 흙에 주면 숯이 많은 공극을 갖고 있어 식물생장에 유익한 균근균등의 미생    물 서식처로 사용되므로 유효한 미생물이 늘어 그 결과 뿌리가 잘 뻗고 토양병충    해도 줄어든다.

- 토양의 산도(pH)를 조절한다.( 산성토양을 중성토양으로 변화시킴)

- 하우스 등에서는 암모니아 가스를 흡착하여 농도장해를 줄인다.(농약을 흡착 분해하여 토양오염 방지)

- 숯에는 2～3%의 광물질이 작물이 흡수하기 좋은 상태로 균형이 잘 맞게 들어 있다 (미량원소를 보급하며 식물의 생장을 좋게 한다).

- 태양의 광선흡수를 높여 줌으로서 지온을 상승시킨다.

- 숯의 여러 가지 기능으로 연작피해를 줄여준다.

- 가축분뇨와 섞으면 냄새가 없어지고 그 퇴비는 양질의 것이 된다.

- 목탄가루와 목초액을 가축의 사료에 첨가하여 사용하면 가축의 질병을 방지하고 발육을 촉진시키며 결과적으로 고기의 육질을 좋게한다.

6. 숯의 용도

목탄은 탄소 재료로서 특수한 성질이 있으므로 가정용, 농림어업용, 광공업용 등 그 용도가 광범위하다. 최근에는 목탄의 특성을 이용한 보다 많은 새로운 이용법이 개발되었다.

(1) 연료용 : 난방, 숯불구이, 바비큐 등

(2) 농업용(토양개량제) : 과수, 농작물, 논, 시설원예(토양 활성화 및 식물생장촉진)

  - 청과물 및 화훼의 선도유지용 자재(식품선도 보존제)

  - 수세회복 및 잔디육성 효과

  - 융설제 : 골프장, 농지(지표온도 상승)

  - 버섯재배 : 잎새버섯

(3) 축산용(가축사료 첨가제) :특수사료로 생산하여 소, 돼지, 닭 등에 이용

                             (설사증상 및 축사의 탈취효과)

(4) 수산용 : 양어장 수질정화 및 조류 등 먹이 증식 촉진

(5) 정수용 : 음료수, 하천, 정화조, 폐하수 정화(오수처리제)

(6) 건축용 : 습도조절 및 악취제거 효과(환경조절 자제 및 조습제)

(7) 공업용 : 인조섬유 제조, 도금, 제철용, 건전지, 흑색화약 제조, 의약품, 탈취제,

             전자파차단

- 화약 제조용 : 흑색화약의 제조 원료로서 오동나무, 사방오리나무, 버드나무 등의 목탄이 사용

- 활성탄 : 목탄의 액체 및 가스체의 흡착력을 강화한 것으로서 각종 약품, 음식품 등의 탈색․탈취 또는 가스흡착용, 천연가스로부터 휘발유의 회수, 모든 가스의 정제공장 및 잠수함내의 청소, 방독가스용, 의약용 등에 쓰인다. (고온처리로 숯에 남아있는 탄화수소를 제거함으로서 비표면적을 700㎡/g이상으로 만들어 흡착능력을 훨씬 높여준 것이 활성탄이다)

- 목탄성형(분말) : 입상, 과립상화, 보드성형(난연보드 등)

(8) 기타 용도

- 야금제철용 : 인함량이 적은 침엽수탄이 사용된다.

- 카바이트 및 이황화탄소 제조용 : 카바이트는 아세틸렌 가스발생용, 석회질소, 유안 제조용에 사용되며 이황화탄소는 인조섬유공업에 사용된다.

- 연마용 : 금속, 칠기, 인쇄동판 등의 연마용으로 동백나무, 피나무 등의 목탄을 사용

- 목탄가스 발생용 : 가스발생기 내에서 목탄은 연소하여 일산화탄소를 발생시켜 자동차, 석유발동기 등의 내연기관에 휘발용 대용으로 사용한다.

- 화장용 목탄

- 그림용 목탄 : 벚나무탄, 버드나무탄, 포플러탄, 오동나무탄         

Ⅱ. 목초액이란

나무를 많은 공기속에서 가열하면 타서 재가 되고, 밀폐된 용기나 공기가 적은 곳에서 가열하면 숯(木炭)이 된다.  이 탄화과정에서 나오는 연기를 식히면(凝縮) 기체(氣體)와 액체(液體)로 나누어지며 이 액체를 조목초액(粗木酢液)이라고 한다.  이 액체를 용기에 담아 그대로 오래동안 방치해 두면 세 개의 층으로 나누어진다.  맨윗층에는 경질인 목타르가 뜨고 맨아래층에는 끈적끈적한 중질유인 목타르성분이 가라앉는다.  그리고 그들사이의 중간층에는 적갈색 또는 황갈색의 투명감이 있는 액체가 조목초액이다. (그림 1. )

목재를 탄화할 때 연기의 색이 탄화가 진행되면서 변화하는데 이것은 목재에 함유되어 있는 대표적인 성분인 셀룰로스, 헤미셀루로스, 리그닌이 각각 다른 온도에서 열분해 되기 때문이다.  헤미셀룰로스는 180～300℃, 셀룰로스는 240～400℃, 리그닌은 280～550℃에서 각각 분해가 이루어진다.  탄재에 점화 직후는 수증기가 많은 연기가 나오며, 그 시기는 탄재의 건조기라 하며  연통의 온도는 80℃이하이며, 탄화가 시작되면서 자극 취를 내며 백색과 황갈색이 혼합된 연기가 나올 때의 굴뚝의 온도는 80～150℃가된다.  탄화가 계속 진행되면 백색의 연기가 나오다 탄화가 끝날 무렵 청색의 연기가 나오는데 이때의 탄화로의 온도는 500℃정도이며 굴뚝의 온도는 200℃ 정도이다.  즉 연통의 온도가 80℃ 이하에서는 수분이 많아 목초액으로 효과가 적고, 150℃이상의 연기에는 리그닌의 성분이 많아 유해물질도 함유될 우려가 있어 양질의 목초액을 얻기 위해서는 연기의 온도가 80℃에서 150℃사이에서 채취하는 것이 좋다.  목초액을 채취할 때는 산에 부식되지 않는 스텐레스관을 이용하여 채취하여야 하며  또한 채취한 목초액을 담는 용기도 부식되지 않는 포리에칠렌탱크를 사용해야한다. 

탄화
▼
연기의 냉각․응축 정치
		목타르(경질유)				(유출물)
						정제목초액
		조목초액
						(잔유물)
		목타르(중질유)				용해타르

그림 1. 목초액과 목타르

이와 같이 받은 목초액에는 다수의 성분이 포함되어 있고, 각각이 특유의 성질을 지니고 있다.  화학적으로 안정된 물질도 있고, 불안정한 물질도 있다.  즉 산화되기 쉬운 것, 중합되기 쉬운 것, 빛에 불안정한 것, 변색되기 쉬운 것 등이 함유되어 있으므로 장기간 보존하면 변화한다.  탄화직후에 채취된 조목초액에서는 용기의 벽에 흑색의 타르가 붙착되기도 하고 중합물이 현탁되기도 한다.  이것을 정제하면 담황색내지 적갈색의 투명한 목초액을 얻을수 있다.

1. 목초액의 정제법

1) 정치법

목초액을 정치하여 두면 침전되는 타르, 그리고 현탁액, 부착물 등이 생기는데 이것들을 제거하면 투명한 목초액을 얻을 수 있는데 정치법에 의해 안정된 목초액을 얻기 위해서는 대략 6개월이 걸린다.

2) 여과법

여과지나 숯을 이용하여 목초액중의 침전물이나 현탁물을 제거하는 방법.  그러나 이 방법은 어느 정도의 기간동안 정치법으로 침전물을 제거후 해야만 된다.

3) 증류법

목초액중의 구성성분의 끊는 점의 차이을 이용하여 분리 정제하는 방법이다.

① 상압증류법(단순 증류) : 대기압 상태에서 증류하는 법

② 감압증류법 : 감압으로 상압보다 저온에서 증류하는 것으로 열에 불안정한 성분을 분리 할 때는 적당하다.

4) 분배법

화학 시약을 이용하여 목초액을 산성부(alcohol류), 중성부(중성물질), 페놀부(phenol류), 염기성부, 등으로 분리하는 방법.

2. 목초액의 특성

- 목초액의 80～90%는 수분이고 나머지의 10～20%가 유기화합물이다.  이중 초산이 주성분 (3～7%)이며 pH 3정도의 산성수용액이다.  이 유기화합물 중에는 약 200여 종류의 화합물이 포함되어 있으며 이들중 약 50종류의 화합물들이 다양한 목초액 의 효능을 발휘하는 것으로 알려져 있다.

- 목초액의 성분은 산류 ( acetic acid, formic acid, butylic acid, propionic acid ),알콜류 ( methanol, butanol, amylalcohol), 중성물질 ( acetone, valerlactone, maltol ), aldehyde류 ( formaldehyde, furfural ), phenol류 ( cresol, guaiacol, oigenol ), 염기성물질 ( ammonia, methylamine, pyridine ) 및 기타 알려지지 않은 화합물로 구성되어 있다.

- 비중은 1.010～1.030정도이다.

- 토양살균제로서 효과가 크며, 토양에 사용할 때 고농도의 경우는 살균제가 되나 희석하여 사용하면 작물에 유효한 미생물 증식을 돕게된다.

- 일반농약은 미생물의 생육을 저해하는 것이 많고, 토양에 잔류하는 것이 많으나, 목초액은 잘만 사용하면 토양살균제, 미네랄성분 공급원 등으로 무농약, 감농약의 그리고 고품질의 농산물을 생산하는데 활용할 수 있다.

- 농약과 같이 살포하면 농약효과가 올라가고, 농약냄새가 중화되어 냄새가 않나며,

  작업환경의 개선에도 효과가 크다.

- 흙에 사용하면 뿌리 발근이 좋아지고, 퇴비 제조 시에 사용하면 발효가 잘 진행된다.

- 가축분뇨와 섞으면 냄새가 없어지고 그것을 퇴비로 만들면 양질의 것이 된다.

3. 목초액 효과의 근원

목초액의 효과는 어디에서부터 오는 것일까?  효과가 나오는 메카니즘에 대하여는 아직 제대로 알려져 있지 않다.

일본의 경우 현장에서는 큰 반응을 보여 갖가지 효과가 나타나고 있다. 그 사실을 기초로 하여 연구자나 기술자의 연구성과를 합쳐 추정이긴 하나 정리해 보면 아래와 같다.

가. 200종류 이상의 성분이 함유되어 있다.

목초액에는 앞에서도 설명한 것과 같이 여러 가지 효과가 있다. 그 다양한 효과는 목초액이 다양한 성분으로 이루어져 있기 때문이다.

목초액에는 추정하여 200종류 이상의 성분이 함유되어 있다고 한다. 조목초액에나 목초액에서 수분을 빼고 제일 많은 것은 초산으로 3～7%가 된다. 목초액에 함유되어 있는 유기물 함량의 50～60%는 초산이다. 초산을 중심으로 하는 유기산 이외에는 페놀산이 약 5%, 메탄올 등의 알코올류가 수%, 그 밖의 각종 성분이 함유되어 있다. 이중 약 50종류의 성분들이 유익한 효과를 발휘할 것이라고 한다.

나. 목초액의 효과는 종합적이고 상승적이다.

이와 같은 목초액에는 섬유질의 열분해 성분이 다양하게 함유되고, 또 나무에 함유되어 있던 미량의 성분도 함유되어 있다. 이들 성분이 여러 가지 작용 성분을 가지고 있어서 목초액의 효과를 갖게 된다. 그러나 그 상세한 내용은 거의 알려져 있지 않다. 단지 중요한 것은 농약과 같은 어떤 특정한 성분만으로 듣는 것이 아니고 여러 가지 성분이 복잡하게 얽혀서 상승적인 효과를 나타낸다고 한다.

예를 들면 산성인 초산 그것만으로는 일정한 살균효과가 있으나, 초산만을 희석하여 뿌려도 목초액과 같은 효과는 나오지 않는다. 목초액의 토양시용효과에 대하여 산성이 강한 목초액의 시용을 통한 일시적인 산도의 영향만으로는 설명이 되지 못한다.

목초액을 의약에 비한다면 한방약과 같은 것으로 어떤 특정한 성분이 효과가 있다고 하기 보다는 여러 가지 성분의 종합적인 효과라고 할 수 있다. 살균, 살충력이 있으면서 미생물을 늘리는 작용도 있으며 발근촉진, 생장촉진도 한다. 그래서 그 나타나는 방법은 목초액의 농도에 따라 달라진다.

다. 목초액은 엷은 농도에서 듣는다.

여러 가지 성분을 함유한 목초액은 조효소적인 혹은 촉매적인 작용을 갖고 있는 듯 하다. 생체내에서 일어나는 반응이나 세포의 합성에는 갖가지 효소가 관계되어 있으나, 목초액의 성분은 효소의 작용을 돕고 반응이나 합성을 부드럽게 한다.

작물이 광합성을 하며, 뿌리에서 흡수한 양분과 합쳐서 세포를 만들며 생장하는 과정에는 작물체 안에서 여러 가지 반응을 일으키듯이, 흙 속의 미생물이 생활하며 번식할 때에도 마찬가지이다.

목초액의 어떤 물질이 어떤 반응과 관계되고 있는 지는 정해져 있지 않으나, 다양한 성분을 함유한 목초액에는 다양한 조효소적이고 촉매적인 작용이 생각된다. 그러나 목초액의 성분은 작물의 생체조직에 침투하기 쉽다. 이것은 목초액은 알코올류, 케톤류, 알데하이드류 등 침투되기 쉬운 각종 성분을 미량이라도 갖고 있으며, 이것이 또 목초액의 특징이다. 또 농약 등에도 잘 녹으며 잎에의 침투를 잘하게 한다고 한다.

여기서 중요한 것은 조효소적이고 촉매적으로 작용하는 물질을 저농도 미량이라도 좋다고 하는 것이다. 사람으로 따진다면 비타민과 같은 것이다. 이것은 목초액을 쓸 때 하나의 중요한 요점이 된다. 목초액이 좋다고 하여 고농도로 몇 번씩이나 이용하는 것은 효과가 올라가는 것이 아니고 때에 따라서는 해가 된다.

일본의 경우, 옛부터 숯가마 밑의 와사비밭이 잘된다고 한다. 숯가마에서 목초가 흘러 내리는 것이 관계되어 있으며, 이 때 숯가마에서 100m정도는 생육이 나쁘고, 생육이 좋은 곳은 100～1,000m 정도의 범위이고, 더 떨어지면 영향이 없어진다. 이것은 목초액이 어느 일정한 농도일 때 작물 생육에 좋게 작용한다는 것을 말해 주고 있는 것이다. 그 농도는 진한 것이 아니고, 목초액 중의 미량성분에 대해 본다면 PPM 단위의 정도이다.

라. 비료나 농약이 아니다.

목초액에는 직접 작물에 흡수되어 영양이 되는 성분은 약간 밖에 포함되어 있지 않다. 또 직접적으로 작용하는 살균, 살충 물질도 소량밖에 함유되어 있지 않다. 목초액은 비료나 농약이 아니다.

그럼에도 불구하고 목초액을 훌륭하게 쓰면 비료흡수가 좋아지거나 병충해가 줄어든다. 목초액이 작물의 발근을 촉진시키거나 토양의 양분환경을 정비하여 흙의 미생물상을 바꾸어 주기 때문이다.

목초액의 효과의 특징은 많은 성분이 종합적으로 작용하는 것이다. 그렇기 때문에 효과가 올라가는 메카니즘도 복잡하여 간단하게 설명할 수가 없다.

목초액의 병충해에 대한 사용예(일본의 경우)

작  목	병  충  해  명	사     용     법
토마토	선충	50 배액을 포기 밑에 관주
	바이러스	200배액을 1주 간격으로 살포
	뿌리썩이 J3	목초액+빵껍질+왕겨 훈탄을 작물
		을 심는 구덩이에 시용
토마토, 오이	뿌리흑선충	100～200배액을 포기 밑에 관주
오이	흰가루병, 노균병	마늘이 들어간 목초액 200배액을
		엽면살포
	온실가루이	어성초가 들어간 목초액 200배액을
		엽면살포
오이, 가지	잿빛곰팡이병, 흰가루병	활성탄+300배액
가지	청고병	유기액비를 섞어 월 1～2회 관주
	응애	어성초가 들어간 목초액
피망	선충	1,500～2,000배액을 관수대신 살포
멜론	뿌리흑선충	목초액+숯가루를 정식전 사용
	진딧물	목초액+숯가루의 기피효과
딸기	선충	100～200배액을 살포
배추, 양배추	근류병	목초액이 들어간 반생퇴비 사용
양배추	노균병, 배추좀나방	농약+목초액(200～300배)을
		10～15일 간격으로 살포
배추, 양배추	무름병, 잿빛곰팡이병	200배액을 5일 간격으로 3회 살포
감자	뿌리흑선충	100～200배액, 20ℓ+ 유산칼리
		10～20g을 포기 밑에 관주
밀, 보리	호왜축병	4～8배액의 살포로 불활성화
사과	부란병	300배액을 1주간격으로 2회살포
		페이스 도포
포도	흰가루병, 응애	300배액을 살포
배	날개무늬병	뿌리를 캐내어 살포
국화	백녹병	200㎡에 약 150ℓ를 사용
침엽수묘목	입고병	원액을 8ℓ/㎡처리
수목, 관엽식물	패각충	200배액을 2～3회 살포

Ⅳ. 숯과 목초액의 채소원예작목에 적용 실험한 사례

1. 수종별 목초액의 무기이온 성분 조사

가. 방법 

   (1) 공시 목초액 : 신갈나무, 자작나무, 소나무, 일본잎갈나무

   (2) 측정방법 : 채취된 조목초액을 포리에칠렌 탱크에 넣어 6개월간 숙성시킨후, 정치(靜置) 정제된 목초액을 100배액으로 희석하여 이온크로마토그라피(IC)로 측정하였다.

나. 수종별 목초액의 이온성분

   이온크로마토그라피로 음이온 양이온 성분을 측정하였으며 그 결과는 표 1과 같다.  표 1에서 보면 활엽수재인 자작나무와 신갈나무의 목초액이 침엽수재인 소나무와 일본잎갈나무 보다 비전도도(EC)에서 높은 수치를 나타내고 있다.  즉, 활엽수재의 목초액이 침엽수재 목초액보다 이온성분들을 많이 함유하고 있음을 알수 있다.  음이온 성분중 염소이온은 활엽수재나 침엽수재 모두에서 다른 성분들 보다 많이 함유하고 있으며, 특히 활엽수재의 경우는 침엽수재보다 2배에 가까운 량을 나타내고 있다.  양이온은 자작나무에서 나트륨이온과 칼륨, 마그네슘이온을 다른수종에 비해 비교적 많이 함유하고 있음을 알수 있었다. 그러나 이와같은 이온성분들은 목초액의 채취시기에 따라 다소 차이가 다르게 나타나고 있으며, 그 이유는 목초액이 탄화생성물로서 성분 들이 화학적으로 불안전한 상태에 있으므로 시간이 경과함에 따라 산화되며 계속적인 화학반응을 하고 있기 때문인 것으로 사료된다. 

  pH의 경우 3.1～3.3으로 강산성을 띄고 있으므로 농작물에 사용할때 반드시 적절한 배율로 희석하여 사용해야 농작물에 pH에 의한 피해를 주지 않을 것으로 사료된다.

수  종	pH	음 이 온 (ppm)				양 이 온 (ppm)					EC (㎲/㎝)
		Cl	NO3	PO4	SO4	Na	NH4	K	Mg	Ca
신갈나무	3.2	53.7	1.5	4.4	0.8	0.3	6.2	0.8	0.1	0.2	128.5
자작나무	3.1	81.3	0.9	6.0	0.8	3.2	2.6	1.6	0.2	0.1	177.0
소나무	3.3	26.2	1.1	2.7	0.8	0.3	2.3	1.0	0.1	0.6	90.6
잎갈나무	3.2	34.0	1.2	6.1	0.5	1.5	2.1	0.9	0.1	0.2	104.0

표 1. 목초액의 이온성분 함량

2. 배추의 생육에 미치는 영향

가. 방법

  (1) 공시작물 : 배추(불암 5)

  (2) 공시방법 :

     (가) 시험구는 4조합(숯1kg, 숯1kg+목초액 100배액, 목초액 100배액, 비교구)

          으로 만들고 각각 3반복으로 처리구를 만들었다.

     (나) 숯가루와 목초액 처리 3일후 경운하여 배추 파종상을 만들고 그후 4일후

         모상에서 1주일간 기른 배추모를 이식하였다.

     (다) 이식후 1개월간은 목초액 1000배액을 목초액 처리구에만 15일 간격으로

         엽면살포하고, 그 후부터는 800배액으로 수확 15일 전까지 살포하였다.

나. 결과.

(1) 배추의 생육에 미치는 영향

     숯과 목초액을 배추에 실험한 결과는 표 2와 같다.  이 결과들에 의하면 배추의 결구율, 이병율, 포기당 무개에서 가장 좋은 성적을 나타낸 순서는 목초액 100배액 처리구, 숯 1kg+목초액 100배액 처리구, 숯 1kg 처리구, 무처리 순 이었다.  생육기간(70일)이 짧은 관계로 배추가 숯 처리에 따른 토양변화에 의한 효과는 별로 얻지 못했으나, 관주 및 엽면 살포한 목초액의 효과는 있는 것으로 나타났다.  생육기간중 목초액을 살포한 처리구에서는 병해 및 충해가 적으며, 특히 목초액 살포시 해충들은 목초액에 대한 기피현상을 나타내는 것이 눈으로 확인되었다. 또한 목초액 처리구의 배추는 짙은 녹색을 띠며 생육이 왕성함을 알수 있었다.  그러나 이와같은 효과가 반드시 목초액만의 효과라고만 볼수는 없다.  목초액은 토양이 건전토이며 필요한 미량요소 및 양분을 충분히 지니고 있을때 그 효과를 배가 시킨다고 알려져 있다.  따라서 지력이 저하된 토양에 목초액만으로 효과를 얻기는 어렵다고 생각된다.

처  리	이식 본수	결구 본수					이병본수(%)	무게/ 포기(kg)
		상	중	하	계	%
숯1kg	88	6	26	23	55	62	8(9)	2.49
숯1kg+100	66	13	28	4	45	68	4(6)	2.58
목초액100	66	18	32	1	51	77	3(4)	2.72
비교구	66	8	25	7	40	60	12(18)	2.21

표 2. 숯과 목초액 처리에 의한 배추의 생육상황(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 반복의 평균치)

  * 결구배추의 구분 : 상=3kg이상, 중=1.9～2.9kg, 하=1.9kg미만

3. 무의 생육에 미치는 영향

가. 방법

   (1) 공시작물 : 무

   (2) 공시방법 :

     (가) 배추의 경우와 동일한 방법으로 숯과 목초액을 4조합으로 처리하고, 각각 3반

          복으로 시험구를 만들었다.

     (나) 숯가루와 목초액 처리 3일후 경운하여 배추 파종상을 만들고 그후 4일후

         20㎝ 간격으로 2～3개의 종자를 파종하였다.

     (다) 파종후 3일째부터 발아가 시작되었는데 발아후 1개월간은 목초액 1,000배액

         을 목초액 처리구에만 15일 간격으로 엽면살포하고, 그후부터는 800배액으로

         수확 15일 전까지 살포하였다.

     (라) 성적조사는 처리구별로 수확하여 무게를 조사하였다.

나. 결과

  (1) 무의 생육에 미치는 영향

      무의 실험 결과는 표 3에 나타내었다.  이 표에 의하면 개당 평균 무게에서는 숯 1kg+목초액 100배액을 처리구가 741g 로 가장 좋았고, 다음은 목초액 100배액 처리구가 686g 으로 좋았다. 이 결과에 의하면 무의 경우도 배추와 같이 목초액 처리구들에서 좋은 생육상태를 나타내었다.  또한 숯처리구의 무는 다른곳의 무보다 비교적 단맛이 좋았다.

처    리	총수량	평균무게(g)	생산된 무의 품질(개)
			상	중	하
숯 1kg	160	609	20	24	116
숯 1kg +100	158	741	30	40	88
목초액100	159	686	16	26	117
비교구	158	600	11	20	127

      표 3. 무의 생육 상황

* 무의 구분 : 상=1000g이상, 중=800～999g, 하=799g이하

4. 토마토의 역병 발생 억제에 미치는 효과

  가. 방법 

   (1) 품종: 노쿠산마루 630

   (2) 방법

     (가) 1㎡당 참나무 숯가루 0.5kg과 목초액 30배액을 경운전에 비닐하우스 토양에

          살포하고, 목초액살포 3일후 경운하여 토마토모 정식상을 만들었다.

     (나) 조상 7일후 토마토모를 이식하였고, 이식후 2개월간은 15일 간격으로 1,000

          배액의 목초액을 살포하고, 그 후부터는 800배액으로 수확 1주일 전까지

         살포 하였다.

     (다) 성적조사는 전년대비 수확량을 박스로 비교하였다.

나. 결과

  (1) 토마토 역병 발생 억제에 미치는 효과

     본 실험은 춘천시 신사우동에서 비닐하우스에 의한 토마토 시설재배를 하시는 농민의 협조하에 매년 역병이 많이 발생하는 1동의 비닐하우스에 대하여 공동으로 실험을 실시하였다.  실험결과 숯과 목초액 처리에 의해 역병의 발병이 상당히 감소하였고 그 결과는 표 4과 같다. 

  매년 토마토의 1단(段)을 수확할 시기에 주로 역병이 발병하여 그 비닐하우스내 다른 토마토에 전염되어 수확량을 감소시켰는데 본 실험 결과 '98년의 경우 650주가 발병되었었는데 '99년도에는 단 4주에서만 발병되었다.  이와같은 효능의 구체적인 메카니즘은 정확히 알수 없지만 숯과 목초액의 효능으로 인하여 역병을 발병시키는 균들의 활동억제 및 제거에 의한 것으로 사료된다.

       표 4. '98년대비 역병 발생 및 수확량 비교

년도	면적(㎡)	이식주수	역   병 발병주수	발병율(%)	수확량(박스)	증감
1998	560	1500	650	43	340
1999	560	1500	4	0.3	590	250박스 증가

5. 숯과 목초액이 토양중 미생물 조정제로서의 역할

  가.방법

  (1) 공시재료 : 균(Pseudomonas flourescence), 작물(고추)

  (2) 공시방법 :

   (1) 파밭에서 공시균을 분리하여 King B 배지에서 3일간 배양시켰다. 이때 King B

      배지의 조성은 액체배지의 경우 배지 1ℓ당 Protose peptone 20g, K₂HPO₄ 1.5g,

      MgSO₄ 1.5g, Glycerol 15㎖ 로 하였으며, 고체배지의 경우 Agar 15g을

      첨가하여 조제하였다.

   (2)  숯과 목초액을 조합 혼합(16조합 3반복) 처리한 화분에 고추를 이식하고, 1주일

       후, 액체 배양한 균을 200㎖ 씩 고추분에 접종시켰다.

   (4) 균 접종 1주일 후 부터 목초액 처리분에는 1,000배액의 목초액을 15일 간격으로

       엽면살포 및 관주하였다.

   (5) 성적조사는 10일 간격으로 하였으며, 균은 토양 1g씩 채취하여 균의 colony를

       현미경 하에서 조사하고, 아울러 고추의 신장생장, 수확 갯수 및 토양개량효과를

       조사하였다.  

  나. 결과

   (1) 고추의 생장

       고추의 길이 생장의 결과는 그림 2에 나타내었다.  그림 1에 의하면 처리전에는 control 1, 2의 간장이 206mm로 가장 컸으나 숯, 목초액, 미생물(세균)처리 20일이 경과 되면서 숯+목초액+균을 처리한 고추모들의 길이가 무처리의 고추인 control 2보다 뚜렸하게 생장이 좋았고, 무처리분의 고추는 생장이 상당히 더디게 나타났다(그림 2).  특히 30일 경과 후 부터는 숯2kg+목초액 100배액+균을 처리한 고추모의 길이 생장이 가장 좋았다.

  고추수확량의 경우 50일 경과시 숯1.5kg+목초액200배액+균처리 고추와, 숯2kg+목초액50배액+균처리 고추에서 각각18개로 가장 많았고, 균만 처리한 고추모에서는 14.3개 였고, 무처리 고추모인 control 2에서는 5.3개로 가장 적게 수확하었다. 

   (2) 균 colony 수의 변동

      실험의 결과는 그림 3에 나타내었다.  그림 3에서 보면, 접종 30일까지 균의 colony 수가 증가하다가 40일 부터는 감소하는 경향을 여러 처리구에서 나타났으나, 균만 처리한 control 1, 숯2kg+목초액200배액+균 처리구와, 숯2kg+목초액50배액+균, 숯1kg+목초액100배액+균 처리구에서는 균의 colony 수가 급격히 증가하였다.