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보고서 요약서
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 9
1. 목적 9
2. 필요성 9
3. 연구 내용 범위 10
(1) 전처리에 영향을 주는 주요인자 조사 11
(2) 전처리 효능 조사를 위해 효소 당화율 측정 11
(3) 셀룰로오스 회수율과 효소당화율을 고려한 최적조건 도출 11
(4) EG와 사용된 용매의 회수방법 11
(5) 회수된 EG의 재사용 11
제2장 국내외 기술개발 현황 12
1. 국외 현황 12
2. 국내 현황 13
3. 본 연구의 위치 13
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 14
1. 서론 14
2. 재료 및 방법 16
가. 재료 16
나. 전처리 16
다. 효소 가수분해 17
라. 고체 당함량 분석 17
마. 리그닌 분석 18
바. HPLC 분석 19
3. 결과 및 고찰 19
가. 최적화 19
나. 기질 용해율 22
다. EG 재사용 24
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 36
1. 목표 달성도 36
(1) 전처리에 영향을 주는 주요인자 조사 36
(2) 전처리 효능 조사를 위해 효소 당화율 측정 36
(3) 셀룰로오스 회수율과 효소당화율을 고려한 최적조건 도출 36
(4) EG와 사용된 용매의 회수방법 36
(5) 회수된 EG의 재사용 36
2. 관련분야에 대한 기여도 37
제5장 연구개발계획의 활용계획 38
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 39
제7장 참고문헌 40
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I. 제목
바이오 에탄올 생산을 위해 ethylene glycol을 사용한 폐지의 전처리
II. 연구개발의 목적 및 필요성
목적: 바이오에탄올 생산을 위해 ethylene glycol을 사용하는 새로운 전처리 공정을 개발하여 셀룰로오스 회수율과 효소당화율을 최대화하고 재생된 ethylene glycol의 재사용 가능성을 조사
필요성: 바이오 에탄올은 석유와 같은 화석에너지를 대신할 하나의 대체에너지인데 이것은 지구상에 방대하게 존재하는 재생 가능한 임산 및 농산 폐기물, 폐지 등과 같은 리그닌이 포함된 섬유질 자원으로부터 생산 가능하다. 그러나 우리나라와 같은 자원빈국은 폐지와 같은 폐기물이 현실적으로 사용가능한 자원이라고 생각된다. 폐지의 효소 가수분해율을 높이기 위해서는 잉크 등 폐지에 포함된 화학물질 제거가 필수적인 것으로 밝혀져 새로운 전처리 방법을 조사하였다. Ethylene glycol (EG)은 목재로부터 리그닌 제거하여 펄프를 제조하는 사용되는 화학물질을 대체하기 위해 많이 연구되는 물질이다. 선행연구를 통해 적절한 반응조건을 찾으면 EG는 훌륭한 폐지의 전처리 용매로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있었다. EG를 전처리용매로 사용하면 EG의 비점이 197.6℃이므로 전처리공정에서 고압장치가 필요없어 기존 펄프공장의 기기를 모두 이용할 수 있기 때문에 초기 투자비가 작다는 점이다. 또한 예비조사 결과 EG 전처리된 기질의 효소 가수분해율이 기존 방법에 비해 상당히 높다는 점이다. 단점으로는 EG 자체비용이 많이 들기 때문에 EG 회수공정이 필요하다는 점이다. 단점에 비해 장점이 많아 연구할 필요성이 있고 EG를 전처리용매로 사용한 연구는 아직 보고되어 있지 않다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
폐지의 효소 가수분해율을 높이기 위해서는 잉크 등 폐지에 포함된 화학물질 제거가 필수적이나 기존 전처리방법에서는 이들 물질을 효과적으로 제거할 수 없다. 그래서 ethylene glycol (EG)을 사용하는 새로운 전처리 방법을 개발하게 되었는데 이 방법의 가장 큰 장점은 일반적인 전처리공정에서 필수적인 고압장치가 필요 없다는 점이다. 그러나 EG를 사용하는 전처리 방법의 가장 큰 문제점은 EG의 가격이 비싸기 때문에 EG의 회수와 폐기되는 EG의 재활용이 필요하다는 점이다. 이 연구의 목표 달성을 위해 다음과 같은 내용의 연구가 수행되었다.
(1) 전처리에 영향을 미치는 주요 인자 조사
(2) 전처리 효능 조사를 위해 효소당화율 측정
(3) 셀룰로오스 회수율과 효소당화율을 고려한 최적조건 도출
(4) ethylene glycol과 사용된 용매의 회수방법
(5) 회수된 ethylene glycol의 재사용
IV. 연구개발결과
ethylene glycol을 사용해서 폐지를 전처리하고 효소당화율을 높이는 연구를 수행하였다. 전처리는 황산농도 1.3~4.7%, 반응온도 143.2~176.7℃, 그리고 반응시간 1.6~18.4분의 넓은 범위에서 조사하였다. 발견된 최적조건은 2%, 150℃, 15분이었고, 이 조건에서 헤미셀룰로오스와 리그닌은 각각 60과 75% 제거되었고 효소당화율은 94%에 도달하였다. 기질의 용해율을 분석한 결과 용해율은 효소당화율과 셀룰로오스 제거율, 헤미셀룰로오스 제거율, 그리고 리그닌 제거율과 직접적인 관계에 있었다. 그리고 용해율은 반응의 가혹한 정도를 정량적으로 나타내는 가혹도와 비례 관계에 있었다. 또한 ethylene glycol을 회수하여 재사용하는 문제도 연구하였다. 매번 새로운 ethylene glycol을 사용하는 대신 회수된 ethylene glycol을 적어도 4번 이상 재사용하여도 전처리 성능에는 별 영향을 미치지 않았다.
V. 연구개발결과의 활용계획
1) 바이오에탄올 뿐만 아니라 bio-refinery를 위한 전처리 기술로 활용
2) 폐지와 같은 폐기물을 에너지 자원화하므로 경제 산업적으로 매우 의미있는 기술 개발
3) 바이오매스를 이용하여 유용물질을 생산하는 모든 분야에서 활용가능
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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