목초액 이용의 역사 1635년 Rudlf Glauber가 탄화액체 중에서 초산이 있다는 것을 알게되었고, 1912년 다시 탄화액체 속에서 메탄올이 있다는 것을 알게 된 후 이러한 화학약품이 공업발전과 더불어 많이 필요하다는 것을 알게 되어 목재탄화가 매우 성행하였다. 그 후 세계 제1차 대전이 끝나면서 독일에서 초산과 메탄올이 합성됨으로써 목재건류 공업은 거의 폐쇄되었으나 현재 스웨덴의 한 공장에서만이 목초액에서 초산비닐을 생산하고 있다. 일본에서는 1879년 오오시마(대도규개)씨가「목초편」이란 책을 개혁사 간행소에서 발간하였으며, 목초액을 대량 회수하여 이용한 것은 1887년 청일·노일전쟁 때였다. 콜타니트화약에 쓰이는 아세톤을 제조하기 위해서였다. 제조방법은 먼저 목초액에 석회가루를 첨가하여 중화시켜 초산석회를 만든다. 중화가 진행됨에 따라 색깔이 갈색에서 검은색으로 변했다가 자색을 띠게 되는데 검은색이 중화적점이다. 이것은 리트머스시험지로 pH7로 맞추면 된다. 중화가 진행됨에 따라 타르가 위로 뜨게 되는데 이때 위로 뜨는 타르를 제거하고, 결정이 위로 뜨지 않고 가마 밑에 눌러 붙지 않도록 잘 저어 준 다음 건조철판 위로 보내어 건조시킨다. 아세톤은 이 초산석회를 다시 건류하여 얻는다. 그 뒤 세계 제2차 대전 때 고주박이나 관솔을 건류하여 가미가제 비행기연료, 즉 경질유 생산을 위해 학생들을 강제 동원하였는데, 이때 목초액이 부산물로 대량 생산되었으나 용도가 없어 농지로 흘려버리는 일이 다반사였다. 그러나 논으로 흘러들어 간목초액 때문에 첫해에는 벼가 고사하였으나 다음해는 그곳의 벼의 생육이 매우 좋았다. 이 일이 있은 뒤에 1947년 쿠마모토영림국의 후쿠다(복전신차량)씨에 의해 목초액의 제조법과 그 이용이란 보고서가 나왔다. 그 뒤에도 목초액의 제조, 성상분석, 농림어업에의 이용실험이 이루어져 1966년 과학기술청 종합연구보고서가 나오게 되었다. 이 이전에 미국에서는 MIT에서 목초액을 이용한 토양살균에 대한 연구보고서를 1932년에 냈다. 일본에서의 임업적 이용은 1966년 쿠라모토(장본)씨 등이 제일 먼저 낙엽송 유묘를 육성시키기 위해 목초액을 사용한 결과 양호한 육성을 가져왔으며, 낙엽송 묘목의 양분흡수도 크다고 보고하였다. 1990년에는 목탄과 목초액의 신용도 개발연구성과집이 발간되었으며, 1992년에는 일본목초액협회가 설립되었다. 우리 나라에서는 MBC 창사특집극인‘허준’이라는 드라마에서 금년 2월 8·22일 방영되었듯이, 허준이 경남 산청에서「동의보감」을 쓰기 이전부터 경남 산청지방에서 숯 굽는 사람들이 숯 물이라는 목초액을 받아 물에 타 마심으로써 무병장수 하였으며, 심지어 반위(위암) 및 문둥병까지 고쳤다는 이야기가 전해져 내려오고 있다. 또한 6월 12일 방영 분에서는 선조 임금이 의주로 몽진해 내려갔을 때 약이 턱없이 모자랐는데 허준이 숯 물, 즉 목초액을 구해와 정제하여 행혈약으로 썼다는 내용이 방영되기도 하였다. 최근에는 1993년 (주)한국목초가 재래식 숯가마에서 목초액을 받기 시작하였으며, 또 같은 해 경남의령의 동양목초에서 기계식 목초액을 생산하여 주로 일본문헌을 보고 사과나 배, 밀감과수원에서부터 사용하기 시작하였다. 그 뒤 제주, 목포, 포항, 성주, 여주, 영월, 춘천, 가평 등지에 기계식 목초액 생산공장이 생기기 시작하였다. 기계식 목초액도 의령, 제주, 포항, 영월은 일본 나가시마씨 특허를 들여온 것으로 직화식 직립고정형이고, 목포와 춘천 및 가평은 일본 오다씨 특허를 들여온 간접가열식 직립고정형이다. 성주와 여주는 일본 요시다씨 특허를 들여온 간접가열식 수평로터리형이다. 기계식 목초액 생산공장에서 대량으로 목초액이 생산되고, 재래식 숯가마에서도 모두 목초액을 받기 시작함으로써 1998년에 사단법인 한국임산물탄화협회가 결성되었으며, 임업연구원에서는 목초액 규격을 고시(1999년 5월 1일)하여 시행(1999년 8월 1일)하기에 이르렀다. 목초액의 정의 목재를 탄화(열분해, 건류)하는 과정에서 목탄(숯)과 목가스(연기)가 생성되는데, 목가스를 냉각하여 얻어진 액체를 조목초액이라한다. 조목초액을 3개월 이상 정치하거나 증류하여 정제한 담갈색 내지 적갈색의 투명한 액체를 목초액이라고 한다. 건류가마에 의한 목초액 제조 ■직화식 수직형 연속탄화로 일본 나가시마씨의 특허를 도입하여 1993년 9월 1일 경남 의령에서 생산하기 시작한 목재칩 건류가마이다. 이것은 프랑스에서 개발된 SIFIC형 목재 연속탄화로를 개량한 것으로, 미국, 브라질, 호주 등지에서 가장 많이 행해지고 있는 건류가마이다. 이와 같은 형식의 건류가마는 현재 의령, 제주, 포항, 영월에서 가동되고 있다. 현재 우리 나라에서 가동되고 있는 것은 미국 SIFIC형의 10분의 1에도 못 미치는 작은 것으로 1일(24시간) 칩소요량이 5∼7t이다. 목초액 생산량은 칩 1t당 300∼400ℓ, 목탄은 80kg, 타르는 16ℓ 이다. 다른 어떤 기계식보다 목초액이 많이 생산된다. 탄화온도는 500℃ , 목초액 채취온도는 80∼100℃, 목초액 1차 냉각기온도는 50℃, 2차 냉각기온도는 30℃이다. 칩함수율은 의령, 제주는 20%, 포항, 영월은 35% 정도이다. 영월은 칩공장과 붙어 있어서 칩운반비가 들지 않으므로 칩원료 t당 9만원, 포항은 t당 11만원이다. 직화식이라 불붙이기와 불끄기가 용이하여 1일 9시간만 가동하는 공장도 있다. 이때는 불붙이고 불끌 때 목초액의 품질이 일정치 않다. 폐가스는 강제로 태워버리므로 굴뚝에서 전혀 연기가 나오지 않는다. 증류식 정제장치가 없으므로 PE나 FRP통에 3개월 이상 정치시켰다가 위에 뜨는 경질유와 타르는 걷어내고 밑에 가라앉는 중질유도 버리고 가운데에 있는 목초액만 사용한다. ■간접가열식 수직형 연속탄화로 일본 오다씨 특허를 도입하여 1998년 12월 26일 전남 목포에서 생산하기 시작한 목재칩 건류가마이다. 이것은 SIFIC형 목재 연속탄화로를 간략화한 CBR Lambiotte형을 개량한 것으로 프랑스, 벨기에 등지에서 많이 행해지고 있는 건류가마이다. 이와 같은 형식의 건류가마는 현재 목포와 춘천 및 가평에서 가동되고 있다. 현재 우리 나라에서 가동되고 있는 것은 1일(24시간) 칩소요량이 12t이다. 목초액 생산량은 칩 1t당 300ℓ, 목탄은 250㎏, 타르는 7ℓ이다. 목초액 생산량은 직화식보다 조금 적고 목탄생산량은 직화식의 3배이고, 타르는 2분의 1정도이다. 탄화온도는 880℃, 목초액 채취온도는 80∼150℃이다. 칩함수율은 20%이다. 원료는 참나무류이다. 간접가열식이라 불붙이기와 불끄기가 곤란하여 한 번 불을 붙이면 1주일 정도 가동한다. 자발열온도(275℃)까지 간접가열하는데 경유 값이 꽤 들어간다. 실제운전에서는 800℃가 넘으면 버너를 끄는데 하루 1드럼(200ℓ) 들어간다. 목가스는 태워서 생긴 열로 탄화하므로 직화식과 마찬가지로 연기가 전혀 나오지 않는다. 증류식 정제장치가 있다. ■간접가열식 수평형 로터리 킬른 일본 요시다씨 특허를 도입하여 1998년 4월 1일 경북 성주에서 생산하기 시작한 목재칩 건류가마이다. 이것은 Pillard형 목재 연속탄화로를 개량한 것으로 이것 역시 프랑스에서 개발된 것이다. 이와 같은 형식의 건류가마는 현재 성주와 여주에서 가동되고 있다. 현재 우리 나라에서 가동되고 있는 것은 1일(24시간) 칩소요량이 24t이다. 목초액 생산량은 1t당 150ℓ, 목탄은150ℓ, 목타르는 거의 생기지 않는다. 직화식과 비교했을 때 목초액은 2분의 1, 목탄은 3배 가량 생산된다. 탄화온도는 성주는 850℃이고, 여주는 제1킬른은 300℃로 목초액제조용이고, 제2킬른은1,000℃로 목탄제조용이다. 목초액 채취온도는150℃이다. 칩함수율은 20%이다. 원료는 성주가 침엽수류 주로 소나무, 낙엽송이고, 여주는 낙엽송, 리기다소나무, 잣나무 등 인공조림목의 제재죽데기이다. 자체 칩제조공장이 있는데 원료가는 t당 3만 5,000원이다. 간접가열식이라 한 번 불붙이기가 어려우므로 월요일 불을 때기 시작하여 금요일 밤까지 계속 가동하고 토요일은 기계청소를 한다. 폐가스는 강제로 태우므로 굴뚝에선 연기가 전혀 나오지 않는다. 증류식 정제장치가 있으며, 정제수율은 85%이다. 목초액을 상압증류하여 정제하면 먼저 초산보다 비점이 낮은 성분 group과 초산을 주성분으로 하는 group이 다량의 물과 함께 유출되어 분획된다. 다음에 페놀류를 함유하는 고비점 부분이 유출된다. 1차 증류에서는 먹어서는 안 되는 메탄올이 0.1% 이하로 함유되므로 이를 완전히 제거하기 위하여 증류를 반복하여 불완전화합물이나 용해타르가 많이 제거되어 함유성분 수도 많이 감소하지만, 다른 물질과 화학결합하고 있는 메탄올과 같은 유해소량 성분을 완전히 제거하기는 어렵다. 증류방법에도 감압증류법이 있는데, 감압하면 성분이 증기압 이하에 있기 때문에 상압의 경우보다 저온에서의 증류가 가능하여 열에 불안정한 화합물을 안정한 상태에서 분리정제하는 것이 가능하다. 식물정유의 분리정제에는 정류탑을 설치한 정밀정류탑을 사용하는데, 이때 이 감압증류법을 채택한다. 목초액에서도 어떤 활성을 지닌 목초액의 분획물을 얻고자 할 때는 이 방법을 채택하는 것이 좋다. |
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