바이오매스로부터의 고밀화연료는 북미와 유럽에서 신재생에너지로서 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 일본잎갈나무와 현사시나무를 피스톤 프레스를 이용하여 브리켓을 제조하였으며, 연료적 특성 및 고밀화 특성을 밝히고자 압력, 가압시간, 수종 및 목분 크기가 브리켓의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 상온에서 110~170 MPa의 압력을 가해 제조된 일본잎갈나무와 현사시나무 브리켓의 4주간 경과 후의 밀도는 0.66~0.94 g/$cm^3$이고, 적정 가압시간은 12초이며, 제조 압력이 증가하면 브리켓의 밀도는 직선적으로 증가하였다. 일본잎갈나무 브리켓이 현사시나무 브리켓보다 밀도가 컸으며, 목분의 크기가 클수록 브리켓의 밀도가 컸다.
최근 들어 북미와 유럽에서는 고밀화한 목질펠릿연료가 재생가능하며 카본뉴트럴한 바이오매스 에너지로서 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 현사시 톱밥의 고밀화를 통한 고형연료화에 관하여 연구하였다. 현사시 품종의 연료적 가치를 평가하기 위하여 열량 및 원소 분석을 수행하였다. 고밀화를 위하여 열압공정을 채택하였으며, 압밀화는 100∼180℃, 250∼1000 kgf/㎠, 2.5∼10분의 조건으로 행하였다. 고밀화연료의 특성은 밀도와 미세분 발생량으로 평가하였다. 목표치로서 고밀화연료의 전건밀도는 1.2 g/㎠ 이상, 5분간 진탕 후의 미세분 발생량은 0.5% 이하로 설정하였다. 목표 밀도와 목표미세분을 만족하기 위해서는 160℃ 이상의 압체온도가 요구되었다. 이 때의 압체압력은 750 kgf/㎠ 이상이 효과적이었다 180℃에서 1000 kgf/㎠으로 5분 이상의 압체가 고밀화연료 제조에 가장 적절한 조건으로 밝혀졌다.
본 연구는 국내에 있는 자생포플러, 도입포플러, 교잡종포플러 15개 클론 삽목묘의 잎녹병에 대한 감수성을 규명하고 저항성 클론을 선발하기 위해 수행되었다. 각 개체별 잎녹병 피해도는 감염된 잎을 경, 중, 심으로 구분하여 일정한 점수를 부여한 후 한 나무당 감염된 잎의 비율로서 추정하였다. 실험에 포함된 15개 포플러 클론들 중 Dorskamp, 봉화 1, 현사시 3이 한국에서 만연하고 있는 Melampsora 잎녹병균에 저항성이 높은 클론으로 선발되었는데 이들 중 봉화 1과 현사시 3은 포플러 6개 절(section)중 Leuce 절에 속하고Dorskamp는 Aigeiros 절에 속한다. 특히 Dorskamp는 외관상으로도 잎녹병에 감염된 잎이 현저히 적어 포플러잎녹병 저항성 품종으로 추천할 만한 클론인 것으로 확인되었다.
목질펠릿을 탄화하여 탄화물의 이용가능성을 알아보기 위하여 밀도, 수율, 원소조성, 발열량, 메틸렌블루흡착량 등의 특성을 분석하였다. 목질펠릿은 현사시, 일본잎갈나무, 잣나무, 소나무, 졸참나무의 수피를 포함한 톱밥을 이용하여 제조하였다. 목질펠릿으로부터 $0.5{\sim}0.7g/cm^3$의 고밀도 탄화물을 얻을 수 있었으며, 탄화온도가 증가하면 탄화물의 탄소함량과 발열량이 증가하였다. 목질펠릿으로부터 얻어진 탄화물의 메틸렌블루 흡착 특성은 목재의 것과 거의 유사하였다.
세대기간이 긴 임목에 있어 3배체는 바이오매스 생산과 분자생물학적 연구 분야에서 매우 유용한 연구재료이다. 1970년대 육성된 현사시나무 4배체와 일반 2배체 간의 인공교배를 통해 3배체가 육성되었다. 유세포 분석법을 이용해 이들 $F_1$의 배수성을 확인한 결과 14개체 중 10개체가 3배체로 선발되었다. 그 가운데 3계통의 3배체(Line-1, Line-17, Line-18)는 기내배양시 2배체에 비해 잎이 크고, 엽형이 다소 변형된 형태적 특징이 있었다. 특히 'Line-18'은 줄기가 2배체에 비해 굵었으며, 뿌리 생육에 있어서 발근이 더뎠고 뿌리수도 다른 3배체나 2배체에 비해 적은 특징을 보였다. 그러나 순화율은 모두 100%에 달하였다. 본 연구결과는 3배체 현사시나무가 바이오매스 생산 및 형질전환 연구를 위한 좋은 재료가 될 수 있음을 보여주는 결과이며, 또한 유세포 분석법이 배수체 육종시 배수체를 확인하는데 효율적인 방법임을 시사한다.
바이오매스 생산과 분자육종 연구를 위한 소재로 육성된 3배체 현사시나무(Populus alba ${\times}$ P. glandulosa $F_1$)의 핵 DNA 함량과 조직학적 특성을 조사하였다. 유세포 분석 결과 3계통의 3배체 현사시나무(Line-1, Line-17, Line-18)의 핵 DNA 함량이 2배체 현사시나무에 비하여 1.6배 이상 큰 것으로 나타났다. 조직학적 분석 결과 3배체 현사시나무는 계통별로 조금 다른 차이를 나타내었지만 'ine-18'은 줄기 단면적이 2배체 현사시나무에 비해 1.6배 이상 넓고, 수와 피층/사부의 면적이 2.0배와 1.6배 이상 각각 증가한 것으로 나타났다. 또한 'ine-18'은 잎의 공변세포의 길이와 면적이 2배체에 비하여 1.2배 이상 증가한 것으로 나타났다. 본 연구결과는 3배체 포플러의 계통 육성을 통한 바이오매스 생산 및 산업적 이용 가능성을 탐색하기 위한 기초자료로 이용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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