[표지]

제출문

목차

세부과제 I. 가스화 요소 기술 및 시스템 핵심 기술 개발 (II)(Development of Gasification Technology and Key System Technology (II)) / 라호원 ; 김재호 ; 문지홍 ; 문태영 ; 윤상준 ; 윤성면 ; 전동혁 ; 정헌 ; 주영환 4

요약문 6

SUMMARY 8

제1장 서론 16

제1절 기술의 개요 16

제2절 연구 개발의 필요성 및 타당성 19

1. 기술적 측면 19

2. 경제·산업적 측면 20

3. 정책 / 공공·인프라 측면 23

4. 연구원의 임무 및 전략 부합성 측면 24

제3절 연구 개발 최종목표 26

1. 최종 성과물의 개요 26

2. 최종목표 27

제2장 주요 연구결과 28

제1절 가압 정량 공급 장치 개발 28

1. 가압 정량 공급 장치 및 가압 정량 공급장치 성능 평가장치 설계 28

2. 가압 정량 공급 장치 설계 개념 29

3. 가압 정량 공급 장치 주요 부품 제작 및 설치 31

4. 가압 정량 공급 장치 개선안 33

5. 가압 정량 공급 장치 운전 결과 39

6. 가압 정량 공급 장치 제작비용 산출 42

제2절 석탄 가스화 공정에 대한 기술경제성 분석 43

1. 개요 43

2. 공정 모델링 45

3. 경제성 분석 59

4. 민감도 분석 63

제3장 결론 68

세부과제 II. 합성가스로부터 초고부가 LAO(Linear α-Olefins) 생산기술 개발(Development of Key Technology for Production of Ultra High Value-Added LAO(Linear α-Olefins) from Syngas) / 천동현 ; 구기영 ; 박지찬 ; 윤민혜 ; 이동욱 ; 정헌도 ; 임근배 ; 임효빈 70

요약문 72

SUMMARY 73

제1장 서론 86

제1절 연구의 배경 86

제2절 연구의 범위 87

제3절 연구목표 및 달성내역 88

제2장 LAO 고생산성/고선택성 FT 촉매 개발 90

제1절 알루미나 지지체 기반 FT 촉매 90

1. 칼륨이 첨가된 철-카바이드/알루미나 촉매 90

2. 촉매 반응성 테스트 결과 96

제2절 탄소 지지체 기반 FT 촉매 111

1. 질소 도핑 된 그래핀과 탄소 나노튜브 기반의 초고활성 철-카바이드 촉매 111

2. 촉매 반응성 테스트 결과 118

제3절 침전법 기반 FT 촉매 124

1. KIER SponCat™ 기술 소개 124

2. LAO 고선택성 SponCat의 제조 및 특성분석 126

3. LAO 고선택성 SponCat의 성능평가 129

제3장 C₅/C₇ 부산물로부터 C₈ LAO 생산기술 개발 132

제1절 C7 올레핀의 C1 부가반응을 위힌 촉매공정기술 개발 132

1. C7 올레핀으로부터 옥탄올 생산올 위한 단일공정개발 133

2. C7 올레핀으로부터 옥탄올 생산을 위한 불균일계 촉매개발 136

제2절 고활성·고선택성 1-Octanol 탈수 촉매 개발 138

1. Al₂O₃ 촉매의 소성온도 영향 138

2. Al₂O₃ 촉매의 소성온도 영향 141

제3절 1-Octanol Dehydration 전환율 향상기술 개발 146

1. 1-Octanol Dehydration 전환율 향상을 위한 막 반응기 시스템 146

2. Knudsen Diffusion 비대칭 복합 분리막 149

3. Deep Eutectic Solvent를 사용한 메조포러스 실리카 합성 157

제4절 C5 올레핀 상호교환반응에 의한 C8 올레핀 제조 165

1. 서론 165

2. 상호교환반응용 촉매 167

3. 연구 개발 결과 169

참고문헌 180

세부과제 III. 리그닌 고부가가치화 원천기술 개발 (I)(Lignin Valorization for the Production of Renewable Chemicals (I)) / 황경란 ; 전원진 ; 이승재 ; 박지연 ; 이인구 184

요약문 186

SUMMARY 188

제1장 서론 198

제1절 리그닌의 고부가가치화 198

1. 바이오리파이너리 198

2. 리그닌의 고부가가치화 199

3. 리그닌의 해중합을 통한 고부가화 200

제2절 연구의 필요성 202

1. 기술개발의 필요성 202

2. 경제·산업적 측면에서의 필요성 203

제3절 최종 연구목표 및 연차별 연구내용 205

1. 최종 연구목표 205

2. 연차별 주요 연구내용 205

제4절 기술개발의 이슈 207

1. 주요 기술개발 이슈 207

2. 타개전략 209

제2장 기술개발 동향 211

제1절 국내 기술개발 동향 211

1. 촉매산화반응을 통한 바닐린 생산 211

2. 전기산화반응을 통한 바닐린 생산 212

제2절 국외 기술개발 동향 213

1. 촉매산화반응을 통한 바닐린 생산 213

2. 전기산화반응을 통한 바닐린 생산 214

3. 리그닌 퍼스트 전환 217

제3장 주요 연구결과 218

제1절 리그닌 특성분석 및 반응 생성물 분석 매뉴얼 218

1. 유용물질 생산을 위한 리그닌 원료 확보 218

2. 리그닌의 특성 분석 219

3. 반응 생성물 분석기법 확립 225

제2절 리그닌 촉매산화반응을 통한 바닐린 생산 228

1. 과산화수소를 활용한 리그닌 촉매산화반응 228

2. 산소를 활용한 리그닌의 촉매산화반응 236

제3절 리그닌 전기산화반응을 통한 바닐린 생산 248

1. 전기화학적 산화 반응시스템의 구성 및 실험 방법 248

2. 리그닌 수열전처리 영향 249

3. 전류밀도, 리그닌 초기 농도, 리그닌 종류에 따른 영향 252

4. 전극 종류에 따른 영향 254

5. 바닐린의 전기화학적 산화 256

제4장 결론 258

세부과제 IV. 광주 바이오에너지 연구센터 활성화를 위한 기반 연구 (I)(Fundamental study for the development of Gwang-ju Bio/Energy Center (I)) / 이진석 ; 이준표 ; 김민식 ; 박권우 ; 장일찬 ; 이수연 ; 민경선 ; 우중제 ; 이상민 ; 송진주 ; 이지예 ; 신치범 ; 오유관 260

요약문 262

SUMMARY 266

I. 일반현황 278

II. 과제의 목표 및 내용 279

1. 배경 및 필요성 279

2. 최종목표 281

3. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 282

가. 주관기관 282

나. 위탁기관 284

III. 추진 전략 286

1. 기술개발팀 편성도 286

2. 주요 기술개발 이슈 287

3. 타개전략 288

IV. 추진 실적 289

1. 성과목표 및 기술목표 달성도(주관, 위탁) 289

가. 정량적 성과목표 달성도 289

나. 정량적 기술목표 달성도 290

2. 정량적 기술목표 달성도 검증자료 291

1-1) 2차전지 재사용 핵심기술 개발 291

1-2) 핵심 기술별 검증자료 291

2-1) CO₂ 전환 생촉매 기반 바이오리파이너리 기술 개발 296

2-2) 핵심 기술별 검증자료 296

3. 세부기술 연구개발 결과 304

1) 2차전지 재사용 핵심기술 개발 304

2) CO₂ 전환 생촉매 기반 바이오리파이너리 기술 개발 322

V. 향후 계획 348

세부과제 I. 가스화 요소 기술 및 시스템 핵심 기술 개발 (II)(Development of Gasification Technology and Key System Technology (II)) 14

〈표 2-1〉 가압 정량 공급 장치 제작 단가 산출 42

〈표 2-2〉 기술경제성 분석을 위한 기본 가정들 및 단가 정보 44

〈표 2-3〉 석탄 가스화 반응 후단 조성 49

〈표 2-4〉 FT 반응 후단 생성물의 조성 52

〈표 2-5〉 투자비 분석 결과(카자흐스탄, 몽고 동일) 61

〈표 2-6〉 카자흐스탄과 몽고지역의 항목별 제조비용 62

〈표 2-7〉 카자흐스탄과 몽고지역의 Financial Value 및 현금흐름분석 지표 63

〈표 2-8〉 고부가가치 화학물질 수율이 2배 증가할 경우 경제성 변화 66

〈표 2-9〉 총 투자비 30% 감소 시 경제성 변화 66

〈표 2-10〉 연간 제조비용 30% 감소 시 경제성 변화 67

세부과제 II. 합성가스로부터 초고부가 LAO(Linear α-Olefins) 생산기술 개발(Development of Key Technology for Production of Ultra High Value-Added LAO(Linear α-Olefins) from Syngas) 83

〈표 1-1〉 상용 LAO 생산기술 현황 86

〈표 1-2〉 기술목표의 정의 88

〈표 1-3〉 연차별 목표치 및 금년도 달성 내역 88

〈표 1-4〉 연구성과 달성 내역 89

〈표 2-1〉 K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노촉매의 Mössbauer 파라미터 95

〈표 2-2〉 고온 피셔-트롭쉬 합성 반응에서 철계 담지 나노 촉매의 CO 전환 및 FT활성 비교... 100

〈표 2-3〉 K 도핑 및 K-free Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노촉매의 액체 및 고체 탄화수소 생산성 101

〈표 2-4〉 14NL·gcat⁻¹·h⁻¹에서 K-Fe₅C₂/Al₂O₃에 의해 생성된 액체 생성물의 C₅-C₁₃ LAO 및...[이미지참조] 105

〈표 2-5〉 20NL·gcat⁻¹·h⁻¹에서 K-Fe₅C₂/Al₂O₃에 의해 생성된 액체 생성물의 C₅-C₁₃ LAO 및...[이미지참조] 105

〈표 2-6〉 20NL·gcat⁻¹·h⁻¹에서 K-Free Fe₅C₂/Al₂O₃에 의해 생성된 액체 생성물의 C₅-C₁₃...[이미지참조] 106

〈표 2-7〉 36NL·gcat⁻¹·h⁻¹에서 K-Fe₅C₂/Al₂O₃에 의해 생성된 액체 생성물의 C₅-C₁₃ LAO 및...[이미지참조] 106

〈표 2-8〉 36NL·gcat⁻¹·h⁻¹에서 K-Free Fe₅C₂/Al₂O₃에 의해 생성된 액체 생성물의 C₅-C₁₃...[이미지참조] 107

〈표 2-9〉 동일한 반응 조건 하에서의 촉매와 C₅-C₁₃ LAO 함량 109

〈표 2-10〉 LAO형 SponCat의 기공구조 분석결과 127

〈표 2-11〉 [그림 2-38]의 결과 중 2회째 실험의 66-114 h 구간에서 얻은... 130

〈표 3-1〉 Shvo's catalyst의 H₂/CO 분위기에서 성능 135

〈표 3-2〉 Rh/Ru 촉매에서 Additive에 따른 반응성능 비교 135

〈표 3-3〉 Cobalt 균일계 촉매 성능 136

〈표 3-4〉 형태에 따른 Cobalt oxide 촉매 성능비교 137

〈표 3-5〉 Al₂O₃ 촉매의 소성온도별 비표면적 특성 139

〈표 3-6〉 W/Al₂O₃ 촉매의 W함량별 비표면적 특성 142

〈표 3-7〉 Ba/Al₂O₃ 촉매의 Ba함량별 비표면적 특성 143

〈표 3-8〉 Deep eutectic solvent를 사용한 메조포러스 실리카의 합성 조건들 159

〈표 3-9〉 Deep eutectic solvent를 사용한 메조포러스 실리카의 기공 물성들 159

〈표 3-10〉 올레핀 상호교환반응에 사용되는 주요 담지촉매 169

세부과제 III. 리그닌 고부가가치화 원천기술 개발 (I)(Lignin Valorization for the Production of Renewable Chemicals (I)) 197

〈표 3-1〉 6종 리그닌의 기본 물성 220

〈표 3-2〉 NMR 리그닌 화학구조 분포 221

〈표 3-3〉 Pyrolysis GC/MS 분석을 통한 H, G, S 기본 unit 분포 224

〈표 3-4〉 Pyrolysis GC/MS 분석을 통한 리그닌의 주요성분 224

〈표 3-5〉 촉매의 비표면적 및 기공크기 정보 230

〈표 3-6〉 HPLC 분석결과 243

〈표 3-7〉 전극의 종류에 따른 전류세기 조건 248

세부과제 IV. 광주 바이오에너지 연구센터 활성화를 위한 기반 연구 (I)(Fundamental study for the development of Gwang-ju Bio/Energy Center (I)) 277

〈표 1〉 복원 전/후 용량, 저항, 내구수명 비교 295

〈표 2〉 양극 전극 조건 306

〈표 3〉 음극 전극 조건 307

〈표 4〉 Reference cell 설계 308

〈표 5〉 Li-loss양 별 방전 전류에 따른 전기적 거동 모델링 최대 오차율 316

〈표 6〉 RaFDH 발현량 최적화 330

〈표 7〉 RaFDH 활성 평가 331

〈표 8〉 RaFDH 의 CO₂ 환원 및 개미산 산화 활성 비율 및 비교 332

〈표 9〉 미생물촉매의 전극생물반응기 배양조건 342

〈표 10〉 전극 종류에 따른 전기화학적 특성분석 346

세부과제 I. 가스화 요소 기술 및 시스템 핵심 기술 개발 (II)(Development of Gasification Technology and Key System Technology (II)) 12

[그림 1-1] 가스화 플랜트 기본 개념도 16

[그림 1-2] 석탄 공급 방식에 대한 기술적인 분류 17

[그림 1-3] 가스화 플랜트에서 석탄 공급 방식의 개념 18

[그림 1-4] 가스화 기술 개발 방향 19

[그림 1-5] 가스화를 통한 합성가스 생산량 및 생산 계획 22

[그림 1-6] 가스화 기술별 점유율 현황 22

[그림 1-7] Clean Thermal Power 관련 기술 분류 23

[그림 1-8] 국내 발전소 가동 현황 24

[그림 1-9] KIER 중장기 발전계획 2025 24

[그림 1-10] KIER 연구 역량 발전 게획 25

[그림 1-11] KIER 고유모델 가스화 플랜트 개념 26

[그림 2-1] 가압 정량 공급 장치 P&ID 28

[그림 2-2] 가압 정량 공급 장치 설계안 30

[그림 2-3] 가압 정량 공급 장치 주요 부품 제작 31

[그림 2-4] 가압 정량 공급 장치 주요 부품 구성도 32

[그림 2-5] 가압 정량 공급 장치 및 성능 평가 장치 개선안 (1) 33

[그림 2-6] 가압 정량 공급 장치 개선안 (2) 34

[그림 2-7] 가압 정량 공급 장치 개선안 (3) 35

[그림 2-8] 가압 정량 공급 장치 개선안 (4) 35

[그림 2-9] 가압 정량 공급 장치 및 성능 평가 장치 36

[그림 2-10] Wheel & Screw 운전 시 문제점 37

[그림 2-11] 가압 정량 공급 장치 Wheel 개선안 37

[그림 2-12] 가압 정량 공급 장치 Trouble Shooting 38

[그림 2-13] 5L Scrcw(상부)와 12L Sclew(하부) 39

[그림 2-14] 가압 정량 공급 장치 운전 결과(5L Screw 적용) 39

[그림 2-15] 가압 정량 공급 장치 운전 결과(12L Screw 적용) 40

[그림 2-16] 가압 정량 공급 장치 가압 Test 결과(7bar) 41

[그림 2-17] 가압 정량 공급 장치 가압 Test 결과(10bar) 42

[그림 2-18] Coal-to-고부가가치 화학물질생산 공정 기술경제성 분석의 개요 43

[그림 2-19] 습식 전처리 기반 Coal-to-고부가가치 화학물질 제조 공정에 대한 BFD 46

[그림 2-20] 건식 전처리 기반 Coal-to-고부가기치 화학물질제조 공정에 대한 BFD 46

[그림 2-21] 습식 석틴 전처리 공정 모델 47

[그림 2-22] 가스화 공정 모델 48

[그림 2-23] 합성가스 정제공정 모델(Rectisol 기반) 50

[그림 2-24] WGS 반응부 모델 51

[그림 2-25] FT 반응부 모델 53

[그림 2-26] PSA 분리부 모델 54

[그림 2-27] 고부가가치 화학물질 생산공정에 대한 모델 55

[그림 2-28] 공비증류 시스템의 예 56

[그림 2-29] Wax/Heavy Oil 분해부 모델 58

[그림 2-30] 가스엔진부 모델 59

[그림 2-31] 각 Section별 투자비 비율 60

[그림 2-32] 각 제품별 연간 판매수익(카자흐스탄) 61

[그림 2-33] 각 제품별 연간 판매수익(몽고) 62

[그림 2-34] Feed 처리 규모에 따른 ROI의 변화 64

[그림 2-35] 고부가가치 화학물질 생산공정 유무에 따른 경제성 비교 결과 65

세부과제 II. 합성가스로부터 초고부가 LAO(Linear α-Olefins) 생산기술 개발(Development of Key Technology for Production of Ultra High Value-Added LAO(Linear α-Olefins) from Syngas) 78

[그림 1-1] LAO의 화학구조 86

[그림 1-2] 기술의 정의 및 범위 87

[그림 1-3] 기술의 구성 87

[그림 2-1] K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매의 제조 모식도 91

[그림 2-2] K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매의 (a, b) TEM 이미지, (c) HADPF-STEM 이미지, (d)... 92

[그림 2-3] (a) 순수 Al₂O₃와 K-Fe₅C2/Al₂O₃ 나노촉매의 XRD 스펙트럼(b, c) K-Fe₅C₂/Al₂O₃... 93

[그림 2-4] K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매의 Mossbauer 스펙트럼 (a) 295 K and (b) 42 K 94

[그림 2-5] K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매의 (a) 질소 흠탈착 등온선, (b) 기공크기 분포도 95

[그림 2-6] GHSV 변화에 따른 K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매의 CO 전환율(a, c, e) 및 탄화수소... 97

[그림 2-7] K-Free K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매의 GHSV 변화에 따른 (a, c) CO 전환율 및 (b, d)... 98

[그림 2-8] GHSV 조건에 따른 K-doped 및 K-free Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매에 대한 촉매 성능.(a :... 99

[그림 2-9] K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 촉매를 사용하여 얻은 총 syncrude(a, c, e) 및 액체 오일 생성물... 102

[그림 2-10] K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 촉매를 이용한 피셔-트릅쉬 합성반응에서 GHSV 반응 조건 변화에... 103

[그림 2-11] GHSV 변화에 따른 K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 및 K-Free K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매의 특정 탄화... 104

[그림 2-12] GHSV 변화에 따른 촉매의 (a) C₅-C₇ LAOs, (b) C₈-C₁₀ LAOs, (c) C₁₁-C₁₃... 108

[그림 2-13] K-Fe₅C₂/Al₂O₃ 및 K-Free Fe₅C₂/Al₂O₃ 나노 촉매에 의한 LAO 형성에 관한 간략... 108

[그림 2-14] (a) TEM 이미지, (b) HADDF-STEM 이미지, (c) 피셔-트릅쉬 반응 후 회수 된.. 109

[그림 2-15] 촉매별 C₅-C₁₃ LAO 생산성 비교 110

[그림 2-16] 촉매별 탄화수소 분포 데이터 비교 110

[그림 2-17] Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 나노 촉매의 합성 모식도 112

[그림 2-18] s-rGO의 (a) 재배율 및 (b) 고배율 SEM 이미지, Fe@Ns-rGO/CNT의 (c) SEM... 113

[그림 2-19] Fe@Ns-rGO/CNT의 (a-b) SEM 이미지, (c) TEM 이미지, (d) STEM 이미지... 114

[그림 2-20] Fe@Ns-rGO/CNT의 (a) 질소 흡-탈착 등온선, (b) 탈착으로 계산 된 기공 크기... 115

[그림 2-21] Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 나노 촉매의 (a) SEM 이미지, (b) TEM 이미지, (c) 철 원소... 116

[그림 2-22] Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 나노 촉매의 TEM 이미지, Fe 입자는 대부분 s-rGO 표면... 116

[그림 2-23] Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 나노 촉매의 (a) XRD 패턴, (b) Fe2p 및 (c) Nls XPS 스... 117

[그림 2-24] Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 촉매의 (a-b) TEM 이미지 및 @ XRD 스펙트럼, scale bar＝200 nm... 118

[그림 2-25] (a, b) co 전환율, (c, d) 탄화수소 생성물 선택도 그래프 (a와c, Fe₅C₂@Ns-rGO/... 119

[그림 2-26] (a, c, e) CO 전환율 및 (b, d, f) 탄화수소 생성물 선택도 그래프 (a-b: Fe₅C₂@s-rGO/... 120

[그림 2-27] Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 및 Fe₅C₂/AC 촉매의 HT-FTS에 대한 (a) 촉매 활성도 및... 121

[그림 2-28] Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 나노 촉매 및 Fe₅C₂/AC 촉매의 HT-FTS에 대한 탄화수소... 122

[그림 2-29] 72시간 동안의 피셔-트릅쉬 합성 반응 후 회수 한 Fe₅C₂@Ns-rGO/CNT 나노... 123

[그림 2-30] SponCat™ 기술의 개요 124

[그림 2-31] SponCat™ 기술 관련 등록 특허의 대표도 124

[그림 2-32] SponCat™ 기술의 적용 125

[그림 2-33] SponCat™ 기술의 TechConnect Innoveltion Award 수상 내역 125

[그림 2-34] LAO형 SponCat의 XRD 패턴 127

[그림 2-35] LAO형 SponCat의 SEM 이미지 127

[그림 2-36] LAO형 SponCat의 H₂-TPR 결과 128

[그림 2-37] LAO형 SponCat의 CO-TPR 결과 128

[그림 2-38] LAO형 SponCat의 반응시간에 따른 CO 전환율의 변화 130

[그림 2-39] 〈표 2-11〉의 C₅₊ 탄화수소에 대한 SIMDIS 분석결과 131

[그림 2-40] 〈표 2-11〉의 C₅₊ 탄화수소에 대한 GC×GC 분석결과 131

[그림 3-1] Sasol's new 1-octene plant 132

[그림 3-2] C7 올레핀의 C1 부가반응을 위한 촉매공정기술 개발 전략 133

[그림 3-3] 반응시간, 온도 및 압력변화에 따른 촉매성능 비교 134

[그림 3-4] Rh(PPh₃)₃ 촉매를 사용한 C7 upgrading 반응 경로 134

[그림 3-5] 합성된 cobalt Oxide 촉매의 SEM 이미지 136

[그림 3-6] 소성온도별 Al₂O₃ 촉매의 XRD 패턴 138

[그림 3-7] 소성온도별 Al₂O₃ 촉매의 pyridine-FTIR spectra 140

[그림 3-8] 1-octanol dehydration 반응에서 소성온도에 따른 Al₂O₃ 촉매의 활성과 생성믈 분율(좌),... 141

[그림 3-9] W/Al₂O₃ 촉매(좌)와 Ba/Al₂O₃ 촉매(우)의 XRD 패턴 142

[그림 3-10] W/Al₂O₃ 촉매(좌)와 Ba/Al₂O₃ 촉매(우)의 pyridine-FTIR spectra 143

[그림 3-11] W/Al₂O₃ 촉매의 1-octanol dehydration 반응 실험 결과, 반응온도영향(좌), W 담지... 144

[그림 3-12] 1-octanol dehydration 반응에서 반응 온도별 Ba/Al₂O₃ 촉매의 반응활성, 1-octene... 145

[그림 3-13] Ra 함량별 Ra/Al₂O₃ 촉매의 1-octano1 dehydlation 반응활성과 생성anf 분율 145

[그림 3-14] 1-octanol Dehydration 전환율 향상을 위한 막 반응기 시스템 개념도 147

[그림 3-15] 1-octanol Dehydration 전환율 향상을 위한 막 반응기 시스템 사진 148

[그림 3-16] 메조포리스 y-alumina의 low magnification TEM 사진 149

[그림 3-17] 메조포리스 y-alumina의 high magnification TEM 사진 150

[그림 3-18] 메조포리스 y-alumina의 질소 흡착등온선 151

[그림 3-19] 메조포리스 y-alumina의 기공 분포도 152

[그림 3-20] 메조포리스 y-alumina의 XRD 패턴 152

[그림 3-21] y-alumina/silica/stainless steel 복합막의 제조과정에 따른 SEM 사진과 표면사진 153

[그림 3-22] silica/stainless steel 복합막의 온도에 따른 투과도 155

[그림 3-23] silica/stainless steel 복합막의 온도에 따른 투과 선택도 155

[그림 3-24] y-alumina/silica/stainless steel 복합막의 온도에 따른 투과도 156

[그림 3-25] y-alumina/silica/stainless steel 복합막의 온도에 따른 투과 선택도 156

[그림 3-26] KlE-11-a, KlE-11-b, KlE-11-c, KlE-11-d, KlE-11-e의 (a) 질소 흡착 등온선과... 161

[그림 3-27] KlE-11-a, KlE-11-b, KlE-11-i의 (a) 질소 흡착 등온선과 (b) 기공... 162

[그림 3-28] KlE-11-j, KlE-11-k, KlE-11-l의 (a) 질소 흡착 등온선과 (b) 기공 분포도 163

[그림 3-29] 반응 메카니즘 166

[그림 3-30] 올레핀 상호교환반응 시스템 170

[그림 3-31] Re₂O₇의 담지량에 따른 C5 전환율 171

[그림 3-32] 반응온도에 따른 Re₂O₇/Al₂O₃ 촉매의 C5 전환율 172

[그림 3-33] 불순물(water)에 따른 1-pentene 전환율 173

[그림 3-34] 불순물(alcohol)에 따른 1-pentene 전환율 173

[그림 3-35] 불순물(aldehyde)에 따른 1-pentene 전환율 174

[그림 3-36] 불순물(ketone)에 따른 1-pentene 전환율 174

[그림 3-37] 전이금속 종류에 따른 C5 올레핀 상호교환반웅 촉매 성능 175

[그림 3-38] 지지체 종류에 따른 C5 올레핀 상호교환반웅 촉매 성능 176

[그림 3-39] Re계 촉매의 복합 지지체에 따른 C5 올레핀 상호교환반응 성능 177

[그림 3-40] Mo계 촉매의 복합 지지체에 따른 C5 올레핀 상호교환반응 성능 177

[그림 3-41] Re계 촉매의 금속 전구체에 따른 C5 올레핀 상호교환반응 성능 179

[그림 3-42] Mo계 촉매의 금속 전구체에 따른 C5 올레핀 상호교환반응 성능 179

세부과제 III. 리그닌 고부가가치화 원천기술 개발 (I)(Lignin Valorization for the Production of Renewable Chemicals (I)) 195

[그림 1-1] IEA 바이오에너지 테스크 42, 바이오리파이닝 199

[그림 1-2] 저급리그닌의 고부가가치화 200

[그림 1-3] 열화학적방법을 통한 리그닌의 고부가가치화 방법 201

[그림 1-4] 리그닌으로부터 생산된 방향축 알테히드의 사용 203

[그림 1-5] 리그닌부산물의 고부가가치화 시, 바이오연료 생산가격 온실가스 배출량에 미치는... 203

[그림 1-6] 리그닌 기반 바이오화학원료(바닐린)의 잠재적 시장 204

[그림 1-7] 리그닌 함량 및 리그닌의 기본유닛 207

[그림 1-8] 리그닌 고부가가치화를 위한 주요반응 및 경쟁반응 208

[그림 1-9] 현재 연구되고 있는 생산물의 분리 및 정제공정 209

[그림 1-10] 리그닌의 부반응을 억제하기 위한 방법 210

[그림 2-1] Borregaard사의 상용 바이오리파이너리 공정 및 제품 214

[그림 2-2] 원통형 전극을 이용한 리그닌의 전기화학적 산화 반응셀의 개념도 215

[그림 2-3] 리그닌의 연속적인 전기산화 반응을 위한 전기화학 반응기의 개념도 215

[그림 2-4] 리그닌-퍼스트 바이오리파이너리 217

[그림 3-1] 확보된 리그닌 6종 218

[그림 3-2] 리그닌 고분자의 구조 219

[그림 3-3] 공정에 따른 리그닌의 구조 219

[그림 3-4] 리그닌의 기본단위(H, G, S 유닛) 220

[그림 3-5] 리그닌의 aromatic region 분포 222

[그림 3-6] 리그닌의 allphatic region 분포 223

[그림 3-7] 주요 생성물의 화학구조 225

[그림 3-8] 리그닌 유래 생성물의 HPLC retention time 226

[그림 3-9] 리그닌 유래 생성물의 Calilbration curve 226

[그림 3-10] 리그닌 산화반응 생성물의 HPLC 분석 graph 227

[그림 3-11] 리그닌 산화반응 생성물의 HPLC 분석 결과 정리 227

[그림 3-12] 리그닌 산화반응용 반응장치 228

[그림 3-13] 졸겔법을 이용한 젤 화합물 생성과정 229

[그림 3-14] 제조된 Cu-Mn 흔합산화물 촉매의 결정구조 분석 229

[그림 3-15] 산화제 농도애 따른 페놀계 단량체 화합물의 수율 230

[그림 3-16] 리그닌 산화반응 중 생성된 고분자 화합물(하부 침전물) 231

[그림 3-17] 리그닌 종류별 페놀계 딘량체 화합물 생성수율 231

[그림 3-18] 촉매의 Cu와 Mn 혼합비율별 페놀계 화합물 수율 232

[그림 3-19] CuMn(1:3)촉매 양의 변화에 따른 페놀계 하합물 수율 233

[그림 3-20] THF와 물의 혼합비율에 따른 페놀계 화합물 수율 및 바닐릭산과 바닐린의 수율 비 234

[그림 3-21] THF/H₂O 비율에 따른 리그닌 산화반응 생성물 234

[그림 3-22] THF/H₂O 비율이 0.6인 반응조건에서의 CuMn(13)촉매가 페놀계 화합물 생성에... 235

[그림 3-23] 리그닌 및 목질계 바이오매스 사진 236

[그림 3-24] 진이금속 산화물촉매 시리즈 237

[그림 3-25] 3-port 회분식 반응장치 사진 237

[그림 3-26] 액상 크로미토그래피 238

[그림 3-27] 촉매별 및 용액의 메탄올 함량에 따른 생성물 수율비교 239

[그림 3-28] 용매에 따른 생생물의 수율변화 240

[그림 3-29] 산소입력에 따른 생성물의 수율변화 241

[그림 3-30] 반응시간에 따른 생성물 수율변화 242

[그림 3-31] R/C비에 따른 생성물의 수율변화 242

[그림 3-32] 리그닌별 생성물의 수율변화 244

[그림 3-33] 목질계 바이오매스로부터 방향족 알테하이드 생산 결과 245

[그림 3-34] 거대억새로부터 조건별 방향족 알테하이드 생산 결과 246

[그림 3-35] 리그닌 전기화학적 산화 반응 시스템 및 시스템 제어 화면 248

[그림 3-36] 수열전처리 시간에 따른 생성물의 수율(계속) 249

[그림 3-37] 리그닌 종류에 따른 생성물의 수율(계속) 250

[그림 3-38] 수열전처리에 따른 생성물의 수율 251

[그림 3-39] Aldrich 리그닌의 전기화학적 산화 생성물 수율(전류밀도)... 252

[그림 3-40] Aldrich 리그닌의 전기화학적 산화 생성물 수율(리그닌 농도)... 253

[그림 3-41] 리그닌 종류에 따른 전기화학적 산화 생성물의 수율... 254

[그림 3-42] Aldrich 리그닌의 Pt 전극에서 전기화학적 산화 생성물의 수율... 255

[그림 3-43] Aldrich 리그닌의 SUS와 Ti 전극에서 전기화학적 산화 생성물의 수율... 256

[그림 3-44] 0.25 g/L 바닐린의 전기화학적 산화 반응... 257

세부과제 IV. 광주 바이오에너지 연구센터 활성화를 위한 기반 연구 (I)(Fundamental study for the development of Gwang-ju Bio/Energy Center (I)) 274

[그림 1] 전기자동차와 ESS 시장의 연관성 279

[그림 2] CO₂ 전환 바이오리파이너리 기술의 모식도 280

[그림 3] 리튬 손실 단일 열화 셀 컨셉 291

[그림 4] 리륨 손실 단일 열화 전극 형성을 위한 전기화학적 리튬 추출과 열화 전극 회수 292

[그림 5] 30% loss cell의 방선 가동 시험결과와 모델링결과 292

[그림 6] 0.3 C-rate 충/방전 시, cycle에 따른 용량 변화 293

[그림 7] 리튬 손실 단일 열화 셀 컨셉 294

[그림 8] 유전자 database 기반 신규 비광합성 기반 CO₂ 전환 효소 탐색 296

[그림 9] 신규 비광합성 기반 CO₂ 전환 효소 유전자 서열 확보... 297

[그림 10] 신규 CO₂ reductase의 우수성 분석 297

[그림 11] CO₂ 전환 산물에 대한 최종 전자전달 효율(CE) 산출결과 298

[그림 12] 미생물 촉매별 배양조건 확립 299

[그림 13] 배양 조건별 PHB 생산 최적화 300

[그림 14] 고함량 PHB 생산 확얀 300

[그림 15] 0.3L 규모 기-액 전달 전극생물반응기(H-형) 설계 301

[그림 16] lL 규R 기-액 전달 전극생물반응기(무격박-형) 설계 302

[그림 17] 0.3L 규모 전극생물반응기 set-up(좌) 및 미생물에 의한 전극반응비교(우) 302

[그림 18] 기-액 전달 전극생물반응기 운전 결과 303

[그림 19] 모델링 파라미터 추출 방법 304

[그림 20] 실시간 임피던스 평가 통합시스템 305

[그림 21] NCM622 전극의 4.2~2.5V, 0.1C 조건에서 electrochemical profile과 수명특성 306

[그림 22] 천연흑연 전극의 electrochemical profile 307

[그림 23] NCM622 소재(좌)와 천연흑연 소재(우) 입자 이미지 308

[그림 24] Reference cell의 방전특성(좌)과 충전특성(우) 309

[그림 25] 리튬 손실 단일 열화 셀 컨셉 309

[그림 26] 리튬 손실 단일 열화 전극 형성을 위한 전기화학적 리튬 추출과 열화 전극 회수 310

[그림 27] 리튬 손실 단열 열화 셀의 방전특성(좌)과 충전특성(우) 310

[그림 28] 단전지의 양극과 음극에서의 전류의 흐름을 나타내는 개략도 311

[그림 29] Lithium loss 양에 따른 (좌)U의 변화 (우)Y의 변화 314

[그림 30] Lithium loss 양에 따른 (좌)U의 변화 (우)Y의 변화 315

[그림 31] Lithium loss 양에 따른 (좌)U의 변화 3D plot (우)Y의 변화 3D plot 315

[그림 32] Lithium loss 양에 따른 (좌)Fresh cell (우)10% loss cell의 방전 거동 시험값과... 316

[그림 33] 사이클에 따른 (좌)U의 변화 (우)Y의 변화 318

[그림 34] 0.3 C-rate 충/방전 시, cycle에 따른 용량 변화 318

[그림 35] 복원용액 평가용 3전극셀 (좌), 복원 반응 중 양/음극 전압곡선 (우) 319

[그림 36] 복원 전/후 셀 충방전 전압곡선 (좌),... 320

[그림 37] 복원 전/후 셀 DC-IR 평가결과 (좌), DC-IR 평가 전류별 셀 전압 (우) 320

[그림 38] 복원 전/후 셀 DC-IR 평가결과 (좌), DC-IR 평가 전류별 셀 전압 (우) 321

[그림 39] 미생물 출처 및 채취과정 322

[그림 40] 플라스크실험 의 Scheme 323

[그림 41] 연속적인 계대배양을 통한 세포성장, CO₂소모 및 아세트산 생성 323

[그림 42] 16S rRNA 서열 분석에 의한 phylogenetic analysis 324

[그림 43] CO₂ 환원 활성이 있는 FdsGBACD 서열 in silico 분석 325

[그림 44] CO₂ 환원력이 있는 FDH의 계통학적 분석 326

[그림 45] RcFDH를 기반으로 R. sphaeroides(RsFDH), R. palustris(RpFDH), R. aestuarii... 326

[그림 46] CnFDH를 기반으로 Burkcholderiaceae bacterium, Panforaea faecigallinarum의 FdsGBACD... 327

[그림 47] 신규 탐색 CO₂ reductase 과발현을 위한 pET-22b(+) vector 설계 330

[그림 48] CO₂ 환원 활성 비교 331

[그림 49] 특히출원 명세서 332

[그림 50] 미생물 촉매 screening을 위한 pool 확보 333

[그림 51] PHB 측정 protocol 최적화 335

[그림 52] 미생물 촉매별 생장곡선 비교 그래프 335

[그림 53] 미생물 촉매벨 생장곡선 비교표 336

[그림 54] 온도별 PHB 생산량 변화 337

[그림 55] 배지 조성별 PHB 생산량 변화 338

[그림 56] 배양 시간에 따른 미생물 촉매별 생장 변화 339

[그림 57] 미생물 촉매별 CO₂ 소모량 측정 340

[그림 58] 미생물 촉매로부터 생산한 Carotenoids 분석 결과 341

[그림 59] 미생물 촉매별 전기적 환원력 이용여부 평가실험 343

[그림 60] 전자전달 매개체(Neutral Red) 고정화 전극 제조과정 343

[그림 61] CV기법을 이용한 pNR 제조 344

[그림 62] 최적화된 pNR-박막코팅 환원전극의 성능검증실험 344

[그림 63] 전극생물반응기 적용을 위힌 전극물질 탐색 345

[그림 64] Ferricyanide의 CV 분석을 통한 최적 전극물질 선정 345

[그림 65] CO₂공급 전극생물반응기 설계도(좌) 및 반응기 시운전(우) 347

[그림 66] CO₂공급 전극생물반응기 운전을 통한 바이오매스 및 생성물(아세트산) 농도증가 347