제 6 장국 내외휘발유대체바이오에너지의기술개발연구현황분석 한국석유관리원녹색기술연구소 김재곤박사 국외휘발유대체바이오에너지의기술개발연구동향 미국과 모두다양한대체에너지를개발보급하기위해정책적노력을집중하고있으며제 세대바이오연료생산기술개발에주

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우림 위
5 years ago
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1 제 6 장국 내외휘발유대체바이오에너지의기술개발연구현황분석 한국석유관리원녹색기술연구소 김재곤박사 (jkkim@kpetro.or.kr) 국외휘발유대체바이오에너지의기술개발연구동향 미국과 모두다양한대체에너지를개발보급하기위해정책적노력을집중하고있으며제 세대바이오연료생산기술개발에주력하고있음 즉 비식용원료인목질계원료로부터자국의휘발유대체연료인바이오에탄올기술개발에집중하고있는실정임 가. 유럽의바이오연료기술개발현황 또한전분으로부터에탄올의경제적전환을위한새로운효소와공정시스템개발을비롯하여 등유도체생산을위한새로운촉매공정기술개발및유지작물이용법개발 리그노셀룰로오스바이오매스로부터의가스화에의한연료생산등다양한연구개발이추진중이며 년이후제 세대바이오연료의대량생산을목표로하고있음 에의해설치된바이오연료전문검토기관인 는바이오연료에대한장기적기술목표및비기술적목표와관련하여 의초안을 년 월발표하였음 동초안은중기적 으로도입확대가기대되는제 세대바이 1

2 오연료 및 에대한내용을포함하며 년까지제 세대 바이오연료의기술개발단계로평가하고있음 표 의 세대및 세대바이오연료분류 제 세대바이오연료 종류 명칭 바이오매스원료 생산기술 바이오에탄올 기존바이오에탄올 곡류 가수분해 발효 순식물성유 순식물성유 유량작물 예 유채등 압착추출 바이오디젤 에너지작물 유채메틸에스테르 유량작물 예 유채등 지방산메틸 에틸에스테르 압착추출 에스테르교환 바이오디젤 폐식용유바이오디젤 가정 상업용폐식용유 에스테르교환 바이오가스 정제바이오가스 계바이오매스메탄발효 바이오 바이오에탄올화학합성 제 세대바이오연료 종류명칭바이오매스원료생산기술 바이오에탄올 셀룰로즈계에탄올셀루로오스계원료고도가수분해 발효 합성바이오연료 경유 바이오합성경유 바이오메탄올 혼합알코올 바이오 셀룰로즈계원료 가스화 합성 바이오디젤 제 세대와제 세대복합형 식물성유 동물성유지수소화정제 바이오가스 합성천연가스 셀룰로즈계원료가스화 합성 바이오수소 셀룰로즈계원료 가스화 합성생물학적공정 출처 2

3 표 의바이오에너지기술개발로드맵 단계기간목표 단계 단계 단기 중기 현존기술향상 세대바이오연료 리그노셀룰로직바이오매스 와바이오 의 세대바이오연료생산의정착바이오 개념정립 리그노셀룰로직바이오연료와통합된바이오 공정향상을위한지속적 단계장기 이후 세대바이오연료의대량생산 통합된바이오 정착 출처 의각국가별기술개발과제에대해서는앞에기술한바있으므로 차원에서수행중인주요기술개발과제에대해요약하면다음과같음 세대바이오연료 에너지절약형바이오에탄올정제기술개발 발효에탄올의농축에적합한투과증발막기술개발로증류비용 절감 무수에탄올제조에적합한막분리기술개발로기존공정대비 비용절감 도시배출유기성폐기물과에너지작물의바이오연료화공정개발바이오에탄올 병합양산공정의실증사업에대한타당성섬유소계바이오에탄올의공정효율향상기술중장기적으로목질계바이오에탄올의생산비용을 절감하는것 을목표로함 고수율연속바이오에탄올발효공정개발 기존공정대비바이오에탄올생산비용의 이상절감및바이오에 탄올생산성 달성목표 동물성우지및폐식용유로부터바이오디젤생산공정의실증 3

4 세대바이오연료 섬유소계바이에탄올생산공정의경제성향상기술수소함량이높은합성가스생산기술 생산기술바이오수소생산기술개발초임계수를이용한바이오매스로부터수소생산 발효공정및공정균주의유전자조작연구도시배출유기성폐기물과바이오매스의당화및발효기술오탄당의고온연속에탄올발효기술 기술개발로드맵 의바이오연료기술개발총괄로드맵을 그림 에나타나있음 그림에나타낸바와같이 는 년대초반까지는기상용화된 세대바이오연료의보급을활성화하는데필요한애로기술들을중점적으로연구하는것으로되어있으며 동로드맵에서는 년까지섬유소계바이오매스를원료로생산하는 세대바이오연료생산상용화기술의확보를제시하고있음 궁극적으로는바이오매스를원료로모든석유파생화학제품을생산하는복합바이오리파이너리기술의상용공정을 년까지개발하는것으로되어있음 그림 의바이오연료기술개발로드맵 4

5 각연료에대한세부기술로드맵은 그림 그림 에나타냄 바이오디젤관련연구는 년까지수행하며가장애로기술인글리세린의고부가제품화는 년까지연구하는것으로제시하였음 그림 의전분질계에탄올기술개발로드맵 5

6 또한 년 는 년에너지믹스에있어서적어도 의바이오에너지보급을위하여 저탄소기술개발이란중장기기술개발계획을설정하였음 리그노셀룰로오스계바이오매스원료등과같은지속가능성기준을만족한바이오연료의 에의해 온실가스감축을위한상업적이용기술개발을목표로하고있으며이를통하여 년이후에는바이오연료의경제적대량생산이가능할것으로전망하고있음 그림 그림 의저탄소기술개발중장기계획 6

나. 미국의바이오연료기술개발현황 미국은휘발유대체가능한제 세대바이오연료인셀룰로오즈계개발에최선을다하고있으며 미국의셀룰로오스바이오에탄올생산기술개발의핵심은바이오매스의확보 효소생산단가의저감및효율적강화를위한전처리기술임 그림 는연구단계 년 기술개발단계 년 시스템통합단계 년 의

7 나. 미국의바이오연료기술개발현황 미국은휘발유대체가능한제 세대바이오연료인셀룰로오즈계개발에최선을다하고있으며 미국의셀룰로오스바이오에탄올생산기술개발의핵심은바이오매스의확보 효소생산단가의저감및효율적강화를위한전처리기술임 그림 는연구단계 년 기술개발단계 년 시스템통합단계 년 의 단계계획으로추진되고있는미국의바이오에너지기술개발로드맵을보여주고있으며바이오에너지개발의초점은전술한바와같음 그림 미국셀룰로오스바이오에너지기술개발로드맵 출처 미국의 지원으로현재목질계원료로부터바이오에탄올생산경제성이높은공정을개발하기위해다양한기술에대해파일롯공정의운전연구가진행중이며각기술옵션별경제적타당성을분석중임 이러한파일롯공정연구를통해 년까지상용화에적합한목질계바이오에탄올생산기술을확보할예정임 7

8 표 미국의목질계에탄올생산파일롯실증연구현황 주관기관원료적용기술생산용량 천 년지원규모 농산부산물 억새 열화학 바이오 옥수수부산물바이오 농산부산물 억새 바이오 목질계강산 바이오 목질계열화학 목질계열화학 바이오 이를통해미국의 는목질계에탄올생산비용을 년까지 로낮춘다는목표를제시한바있으나효소전문회사인 는 년목질계에탄올생산단가를 로제시한바있음 표 미국의 는자국의풍부한목질계원료로부터효율적으로바이오연료를생산할수있는원천기술확보를위해 등의대형프로젝트를 년착수하였음 다. 일본의바이오연료기술개발현황 일본은자국에서공급가능한목질계원료 건축폐목재등 로부터가솔린대체연료인에탄올을생산하는기술개발을집중추진중임 특히수송용바이오연료 강화를위해 년 전략 수정안발표일본은기술개발을통해 년과 년까지목질계에탄올생산비용을각각 엔 와 엔 로낮춘다는목표를제시한바있음 8

9 표 미국과일본의목질계에탄올기술개발목표 년도 미국 일본 보급목표 년생산단가 생산단가 엔 년목표 미국 일본 국내휘발유대체바이오에너지의기술개발연구동향 가 국내바이오에탄올기술개발현황및전망 바이오에탄올관련연구는 년대후반부터지속되어왔으며 균주개발 전처리공정개발 당화공정개발 환경성연구등요소기술을중심으로발전해왔음 전분당화를위하여전분을직접이용할수있는효모균주를세포융합법 유전자재조합법에의해제작하는방법을개발함 표 발효균주인효모의에탄올생산성을높이기위하여당내성 알콜내성 고온내성 고생산성균주를자연계에서분리 돌연변이 세포융합법등에의해개발함 전분질계가아닌원료로서는이눌린 과일등의폐농산물 그리고유가공폐기물들로부터에탄올제조의가능성을보여줌 9

10 표 최근 년간바이오에탄올관련 현황 과제명 바이오에탄올혼합연료유도입을위한실증평가연구연료용바이오에탄올탈수용투과증발막분리기술개발식물성폐기물로부터연료용에탄올생산공정개발 해조류를이용한바이오에너지생산타당성연구 목질계에탄올생산공정의상용화를위한기반구축방안도출 홍조류유래바이오에탄올생산기술개발 섬유소계바이오매스분별 당화를위한연속공정및장치개발당화바이오매스를이용한탄화수소계바이오에너지생산균주및공정최적화원천기술개발미생물발효공정에서 경로및유전자제어를통한합성가스로부터에탄올생산기술개발갈조류유래바이오에탄올생산을위한고효율당화공정원천기술개발비천연계 합성연료생산을위한바이오융합화학기술개발 총괄 해양바이오연료생산을위한 구축사업 세부 이상 구축을통한해조류바이오에탄올상용화설비 및생산공정개발 세부 차세대바이오연료생산을위한해조류전처리기술개발 주관기관 수행책임자 사업기간 한국석유정충섭 관리원 한국에너지조철희 기술연구원 배상면주가정창민 한국생산김경수 기술연구원 한국에너지이진석 기술연구원 한국생산김용진 기술연구원 단국대학교오경근 산학협력단 서강대학교산학협력단 한경대학교산학협력단 신라대학교산학협력단한국과학기술연구원바이올시스템즈 이진원 홍성구 이재화 상병인 임동중 총사업비 천원 정부지원 바이올시스템즈 임동중 에너지 김춘길 최근에는바이오에탄올보급을위한상용화기술개발과원료수급문제해결을위해비식용원료 식물폐기물 해조류등 를대상으로한생산기술개발도추진중임 목질계원료연구는삼림청주도하에전처리기술개발을하고있으나 전처리비용이과다한문제와목재를운반 수집하는비용의절감방안을찾지못하고있음 해양조류도 년농수산식품부에서발표한 해조류바이오매스통합적활용방안 중간보고에서바이오에탄올생산만으로는경제성을확 10

11 보하지못하며생리활성물질 펄프등부가가치가높은물질을우선추출하고나머지로바이오에탄올을생산공급하는방안으로진행되고있어상용화에많은시간이소요될것으로예상됨 목질계바이오에탄올은옥수수바이오에탄올과비교하여원료의수급비용측면에서유리한반면 전처리과정을비롯한효소와발효공정등전반적으로많은비용이소요됨 각공정별요소기술에대한 가필요하고 특히전처리부분과효소비용이많은부분을차지하고있어이에대한집중이요구됨 국내에서는목질계원료 나무 의바이오에탄올생산을위한전공의 연구가진행된바있으며 이후나무보다비교적전처리가용이한옥수수대 갈대등의초본식물에대한전처리와당화기술에대한연구가수행됨 목질계원료의바이오에탄올생산경제성은전처리기술에많은영향을받고있어최근에는나무보다는볏짚과같은초본계식물및동남아등지에산재해있으면서비교적부드러운목질계원료의전처리기술개발에연구가집중되고있음 해조류이용바이오에탄올생산기술은옥수수나사탕수수등을활용한생산공정과비슷하게미생물발효를통해에탄올을생산하므로바이오매스를전처리과정을통해발효가가능한당 단당류 으로분해시키고 이들단당류에발효미생물을투입해에탄올을생산함 옥수수나사탕수수의경우단당류의일종인포도당이 인반면해조류는그종류에따라생산가능한단당류가다양하며생산된당성분을효율적으로뽑아내는전처리기술과미생물발효기술이매우중요함 주 바이오시스템즈는현재홍조류의일종인우뭇가사리를이용한바이오에탄올생산 를수행하고있으며 우뭇가사리 톤을넣고 의에탄올생산이가능하다고보고함 한국해양연구원은녹조류의일종인구멍갈파래를이용한바이오에탄올생산기술을연구하고있으며 화학물질을사용하지않는고압액화기술과고효율발효균주개발을통해최대 의에탄올을생산하였다고보고함 지식경제부는 년말부터 해양바이오연료생산기술실증및상용 11

화 과제를통해연근해및외해해조류대량생산 해조류로부터에탄올생산기술및파일럿실증기술을개발할예정임 국토해양부는 해양조류대량생산및에너지전환원천기술개발 중장기사업을추진중임 농림수산식품부는해조류바다숲조성 해조류바이오매스의그린에너지화및해조류를활용한식품 의약품기술을개발할예정임

12 화 과제를통해연근해및외해해조류대량생산 해조류로부터에탄올생산기술및파일럿실증기술을개발할예정임 국토해양부는 해양조류대량생산및에너지전환원천기술개발 중장기사업을추진중임 농림수산식품부는해조류바다숲조성 해조류바이오매스의그린에너지화및해조류를활용한식품 의약품기술을개발할예정임 또한국내정유사중 칼텍스는 년부터지경부에너지기술혁신사업의일환으로 비식용바이오매스를이용한바이오부탄올생산기술개발 을추진중에있음 목질계바이오매스전처리기술 부탄올연료고생산균주개발및고효율발효 분리정제기술등을개발중에있으며 향후상업플랜트까지구축계획에있음 그림 칼텍스의바이오부탄올생산기술개략도 12

<4D F736F F F696E74202D20B8F1C1FAB0E82C20C7D8C1B6B7F9B8A620C0CCBFEBC7D12E >

<4D F736F F F696E74202D20B8F1C1FAB0E82C20C7D8C1B6B7F9B8A620C0CCBFEBC7D12E > 목질계, 해조류바이오매스를이용한 바이오에탄올 2008034033 심혜인 2008034025 안지혜 2008034017 양아름 목차 서론 문헌조사 수율비교 ( 목질계, 해조류 ) 결론 참고문헌 서론 바이오매스개발의필요성국내 외기술현황전망 바이오매스개발의필요성 원인 최근석유값의급등과화석에너지의이산화탄소배출에의한지구온난화 ( 환경문제) 로대체에너지, 신재생에너지기술개발이필요해짐