Journal of Korea TAPPI Vol. 41. No. 3, 2009 Printed in Korea 펄프 제지산업의환경적특성과대책 조준형 (2009 년 6 월 17 일접수 : 2009 년 8 월 25 일채택 ) Jun-Hyung Cho (Received June 17, 2009: Accepted August 25, 2009) ABSTRACT Pulp and paper industry is a typical plant industry which usually consume lots of water and energy. Recently, environmental issues have become more important due to climate changes around the world, and reinforcement in the regulatory content in transfer and management of chemical material and that in environmental regulations for waste water and air. Paper industry is a source material recycle industry which recycle or reuse waste paper, recyclable wood, planned plantation or lumber from thinning and waste wood. Hence it can be said that paper industry is the representative industry for earth environment and of 21th century. key words: pulp & paper, waste water, waste air, recyclable wood, environment 서론 최근공업적으로생산되고있는화학물질은세계적으로 10만종에이르고있으며, 그생산량, 종류수는매년증가하고있다. 우리주변에는화학물질을사 용한많은제품이사용되고있다. 가정에서의예를들면식품을밀폐하고보존하는플라스틱용기, 식품을포장하는랩, 음료페트병, 비닐포장지등식품을포장, 보존하는것뿐만이아니라용도에대응한다양한플라스틱류가사용되고있다. 이처럼일상생활에서의편리성은다종다양한화학물질에의해대부분의 강원대학교산림환경과학대학제지공학과
14 조준형펄프 종이기술 41(3) 2009 존하고있다고하여도과언이아니다. 대표적인용수 소비산업으로펄프제조및종이생산에깨끗한물을 필요로하며사용된물을회수하여재활용하는노력 이절실히필요한펄프 제지산업은펄프제조에서부 터종이를제품으로완성하는데과정에서다양한종 류의화학약품이사용되고있다. 또한펄프 제지산업 은대표적인에너지다소비업종으로공정에사용하 는스팀생산을위해중유, 유연탄, LNG 등의화석연 료와폐지를재활용하는과정에서발생되는부산물 인폐합성수지등을연료로사용함으로서발생하는 대기오염물질인황산화물 (SOx), 질소산화물 (NOx) 을제어하기위해대단위시설투자가지속적으로필 요한환경산업이다. 또한대규모장치산업으로사업 장의운전을위해다량의전력을사용하고있다. 펄프 제지산업은 2007 년기준으로국내제조업중약 2% 정도의에너지소비비중을차지하고있는것으로조 사되었다. 본논문에서는펄프 제지산업의환경문제 와관련내용을서술하고친환경사회에기여할수있 는대책을살펴보고자한다. 비중, % 6 0.0 5 0.0 4 0.0 3 0.0 2 0.0 1 0.0 - 유해오염물질 화학물질에의한환경에서의인간건강등의영향 을방지하기위해지금까지다양한대책이거론되어 왔다. 유해오염물질에의한건강리스크를최소화하 기위해서정부, 지방자치단체는대기환경중의농도 를감시함과동시에사업자등에의한대기중으로의 식품 담배섬유목재제지 인쇄석유화학비금속철강비철금속기 Fig. 1. Energy consumption depending on the type of manufacturing. 2007 (%) 2) 대기오염물질배출을제어하기위해대기환경농도의환경기준을설정할필요가있다. 유해한대기오염물질은일정수준이하에서는건강에영향을미치지않는물질과미량으로도암을발생시킬수있는가능성있는물질로구분되는데환경기준의설정에맞게끔이러한성질에대응하여설정할필요가있다. 물질의유해성에관해서는인간에대해영향을일으키지않는최대량 ( 최대무독성량 ) 을구해그것에기준하여대기환경기준을정할수가있으며, 독성물질에대해서는리스크레벨을설정하여그레벨에상당하는환경목표치를정하는것이필요하다고사료된다. 대기 매연 연료, 기타물질의연소에의해발생하는유황산화물 연료, 기타물질의연소또는열원으로서전기의사용에따라발생하는매연 물질의연소, 합성, 분해, 기타처리 ( 기계적처리는제외 ) 에따라발생하는물질중카드늄, 염소, 불화수소, 납, 기타인간건강또는생활환경에피해를주는유해물질 분진 특정물질 화학적처리에의해인간의건강과생활환경에피해를주는물질 다이옥신 1 다이옥신류 1) 폴리염화디벤조 -파라디옥신 (PCDD) 과폴리염화디벤조플란 (PCDF) 및코프레너 PCB를총칭해서다이옥신류라불리우고있다. 다이옥신류는두개의벤젠고리가두개혹은한개의산소원자 (-O-) 를사이에두고결합하고수소원자대신에염소원자가치환하고있다. 염소수, 위치에따라 PCDD에는 75종류, PCDF에는 135종류의이성체가존재한다. 이들이성체는치환하는염소수와위치에따라각각독성의강도가크게다르며, PCDD 안에는 2,3,7,8 위치에염소원자가붙은것이 (2,3,7,8-TCDD) 가장독성이강하며, PCDF 중에는 2,3,4,7,8 위치에염소원자가붙은
펄프 제지산업의환경적특성과대책 15 것이독성이가장강하다. 2 다이옥신류의생성 5) 다이옥신류는탄소, 수소, 염소를포함한것이연 소하는공정에서비의도적으로생성된다. 주로다이 옥신류의발생원은주로쓰레기소각에의해서발생 하며그외에도금속정선등에따른연소등의열처리 공정, 펄프의염소표백공정등에의한것이다. 또한 다이옥신류는자연계에서도발생하며예를들어삼 림화염, 화산활동등에서도일어나며담배연기에도 미량이함유되어있다는보고도있다. 배기가스처리 펄프 제지공장은전형적인장치산업이다. 목재칩 화, 증해, 세정, 표백, 지료분산, 탈수, 건조등의공정 을거쳐종이가만들어진다. 각공정에서는유동, 전 열, 혼합, 교반, 여과, 증발등단위조작을거치며, 각 공장에서는다량의전기및열에너지를소비한다. 이 들열에너지의발생원으로서는회수보일러, 중유보 일러, 석탄보일러등이있다. 또한폐열을회수가능한 시설로서는석탄킬른, 폐기물연소로등이있으며, 이 들시설은전부대기오염물질배출시설에해당한다. 정부에서는대기오염물질배출시설에 TMS( 자동측 정기기 ) 를부착하여실시간으로농도를감시하고수 도권특별법을통해수도권의대기질을향상시키고 자수도권관리권역내에위치한시설에서는대기오 염물질총량을제한하는등환경오염방지에최선의 노력을해야만한다. 1 회수보일러 회수보일러는크라프트펄프의증해공정에서발 생한폐액을연료로서증해용알칼리를회수함과동 시에발생한증기로터빈을회전시켜전기에너지로 변환시키는펄프제지산업특유의약품회수보일러 이다. 표백펄프의세정공정에서펄프와분리한흑액 및비염소계의산소표백배수등을진공증발관에서 고형분농도 70% 정도까지농축한다. 이것을회수보 일러내에직접분사하여 1200 정도에서환원연소 한다. 리그닌등의유기물은연소로내에서연소하고, 무기물질은스멜트라불리는용융탄산염으로회수 된다. 흑액을연소할때흑액중의유황, 질소가산소 와반응하여질소산화물과유황산화물을생성한다. 동시에유황은유화수소를생성하여악취발생원이 된다. 최근펄프플랜트의대형화에따라회수보일러도 대형화되고있다. 따라서회수보일러의매연배출량 은매우크다. 매연에는앞에서설명했듯이유황산화 물, 질소산화물등이함유되어있다. 매연의처리방법 에대해서는전기집진기가일반적이며탈질방법으 로는촉매를이용하는방법과연소로내에직접요소 를분사시켜질소를고정하는방법등이행해지고있 다. 탈황방법으로는알칼리를이용한습식법이일반 적이며폐액은증해알칼리원으로서회수되어진다. 2 중유보일러 석탄보일러 펄프 제지공장에서는제품구성에의해다르나회 수보일러에의한에너지자급율 50~70% 정도이다. 부족분은중유보일러에의해충당된다. 그러나최근 환경대책방안으로석탄보일러의사용이대두되고 있다. 석탄은유황성분이적음에비해질소성분이많 아서중유및석탄보일러의사용에따른 NOx, SOx 대 책이필요하다. 펄프 제지산업에서는사용하는에너지원중가장 많은부분은중유보일러이며, 최근들어환경부하가 적은 LNG 로의연료전환및구매스팀, 폐기물에너지 활용등에너지원이다양화되고있으나아직까지는 중유보일러가차지하는비중이높은편이다. 이들산 업용보일러의경우 NOx, SOx 에대한기준이엄격하 게적용되어야하며, 향후더욱강화된기준에의해배 출가스가엄격하게관리가되어야할것이다. 3 폐기물소각로 6) 폐기물의감량화와안정화의목적으로펄프 제지 공장에서는폐기물소각로를설치하고있다. 공장에 서발생하는폐기물중발생량이많고소각처리대상 인것은폐수처리공정에의한생물처리및응집침전 처리에따른폐수처리오니와폐지펄프공장에서배 출되는제지슬러지이다. 이들오니는유기성분이많 으므로다소의화석연료에의한소각처리를행한다. 소각로의경우도기타보일러와같이 NOx, SOx 대책 이필요하다. 최근정부에서는기후변화에대응하기위한방편 으로신재생에너지의확대및보급에대한필요성을 강조하고있다. 제지사업장에서는폐지의사용으로 인해발생하는폐합성수지등을이용하여폐기물소 각로를통해스팀을공급하고있다. 발열량이높은폐
16 조준형펄프 종이기술 41(3) 2009 합성수지는훌륭한에너지원으로사용되고있으나제지슬러지의경우발열량이낮고수분함유량이높아에너지회수에어려움을겪고있다. 이런소각로에서는폐기물소각으로발생되는오염물질인 NOx, SOx, 먼지, 다이옥신등의물질에대한방지시설을운영하고있다. 폐기물소각로는단순한폐기물처리를넘어폐열회수를통해에너지공급을함으로써화석에너지사용량을감소시키는효과를가져오게되므로온실가스감축효과도기대할수있다. 수질 폐수의특징 펄프 제지공장에서배출되는폐수의특성을분류하면다음과같다. 1 펄프공장의착색폐수 8) 종이의원료인목재주요성분은셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌이다. 목재중의리그닌함유량은 20~ 30% 이며, 목재를구성하는각세포는세포간층에존재하는리그닌에의해고정되어진다. 리그닌은펄프 제지산업, 특히크라프트펄프제조에있어서리그닌은증해공정에서 80~90% 제거된다. 가성소다와황화소다를주성분으로하는증해약액중에용출된리그닌은세정공정에서펄프섬유와분리되어흑액으로서회수된다. 표백공정의전단계에서는남는리그닌의대부분을산소, 염소, 이산화염소등의표백약품을사용하여제거한다. 산소탈리그닌법의수용에의해표백공정으로부터계외로배출되는오염물질은대폭경감되어진다. 펄프공정의폐수는증해, 세정공정과표백공정전 ( 前 ) 단계폐수는착색되어일반적으로 BOD, COD의오염부하가높다. 따라서폐수처리법으로서는생물처리법과응집침전법또는양자를조합한처리가널리이용되고있다. 2 흑액농축공정으로부터의악취폐수크라프트법에서는증해중에리그닌안의메토키실기와증해약액중의 NaSH가반응하여황화수소 (H 2S), CH 3SH, (CH 3) 2S, (CH 3) 2S 2 4종류의유황계악취물질을생성한다. H 2S와 CH 2SH는상온에서기체이며 (CH 3) 2S, (CH 3) 2S 2 는저비점의휘발성액체이다. 목재중의리그닌은희석흑액으로서회수되어농축후, 회수보일 러에서연소되어열, 기체에너지로변환되어제조공정에이용된다. 한편가성소다를주성분으로하는증해약액은회수보일러내에서탄산소다로회수된다. 탄산소다는소석회와반응하여재차가성소다를주성분으로하는증해약액으로환원된다. 희석흑액의농축에는다중효용의진공증발관이사용된다. 흑액중에남는악취가스는증발관중에서대부분이분리되어일부는가스로, 일부는증발관으로부터배출되어진응축액상태로배출된다. 3 초지 도공공정에서의폐수상질지제조공정에서의폐수는미세섬유외에전분, 클레이등충전재를포함하고있다. 도공공정에서는백색도가높은광물질 ( 카오린, 클레이, 이산화티탄, 탄산칼슘, 사틴화이트, 탈크등 ) 의분말과접착제 ( 카제인, 전분, 라텍스등 ) 등을혼합하여원지상에도포한다. 발생한폐수처리는응집침전, 가압부상이일반적으로이용되고있다. 종말처리종말처리는제조공정으로부터오염물질을포함한폐수를단독으로또는모아서처리하는방법이다. 펄프 제지공장의폐수는일반적으로 BOD, COD, SS 농도가높으며색도도높은것이특징이다. 펄프폐수는리그닌에기인하는착색이문제가되므로생물처리후, 응집침전등에의한탈색과 SS제거를병용하여하는공장이많다. 통상펄프공장과초지, 도공지공정폐수는수질이다르기때문에따로처리하고있다. 펄프폐수에있어서는 ph조정후, BOD, COD를제거하기위해활성오니법등생물처리법이널리사용되고있다. 종래생물처리는공기폭기법이압도적으로많았으나현재는산소폭기법이다시주목을받고있다. 그이유로서는산소폭기는공기폭기에비해용적부하를크게할수있는이점이있으며폭기층을작게할수있는외에백수의리사이클에의해폐수량이감소하고있으며비용면에있어유리한점을들수가있다. 비염소표백 1 표백기술의변천미표백펄프는목재중의리그닌, 불순물에의해갈색을띠고있다. 최근종이의백색도는저하하는방향
펄프 제지산업의환경적특성과대책 17 으로인쇄용지, 정보용지는기본적으로는미표백상태로는사용할수가없다. 표백은펄프제조공정의중요한부문이다. 목재섬유를손상시키지않고고표백펄프를만드는기술은지금까지진행되어왔다. 크라프트펄프에따른표백기술의진보는표백약품의변천에의한것이라말할수있다. 최근에는환경대책에의해표백기술의발전을후퇴시키고있다. 크라프트펄프용표백약품은염소및차아염소산나트륨이주류이다. 1940, 50년대부터이산화염소가 KP표백에본격적으로사용되어왔으며고백색도가얻어졌다. 그리고 80년대후반부터는과산화수소가표백약품으로사용하였다. 근년에와서는 BKP공장은산소탈리그닌법을채용하고증해도의안정, 세정강화, 폐수처리의강화등의대책을행함으로서폐수중의 A OX(Adsorbable Organic Halogen: 흡착성유기할로겐화합물 ) 를저감시키고있다. 종이리싸이클 2008년우리나라의폐지재활용률 ( 회수율 ) 은 83.3% 로연간약 790만톤의국산폐지를재활용한것으로집계되었다. 이는정부의 2007년이용목표율인 70% 를크게초과달성한것이다. 이렇게폐지재활용률이 80% 이상인국가는우리나라를비롯하여 2개국에불과하며특히, 제지산업규모가세계 10위권이내국가중에서는우리나라가유일하다 (800만톤재활용으로약 1.7조원상당의재활용효과 ). 이러한폐지재활용은자원재활용을통해부족한산림자원의한계를극복하고생산능력기준세계 8위권으로성장할수있었으며, 최근국제적으로핫이슈가되고있는지구온난화문제와관련하여온실가스저감및산림보호에도크게기여하고있기때문이다. 폐지이용률 천톤 / 년 12000 10000 폐지의리싸이클은다음의 3 가지사항의관점에서 지구환경개선에공헌하고있다. 1 목재자원의확보 2 종이쓰레기감소 3 CO 2 배출량감소 폐지의이용률은 2008 년약 83.3% 이며판지의경 우는 90% 이상이재활용되고있으며용도에따라서 는 100% 재생판지등이생산되고있다. 한편종이는 판지에비해성장율이그다지크지않다. 펄프와폐지 의사용량은 80 년대중반에폐지의사용량이펄프사 용량을상회하였으며근년에와서는차가확대되고 있다. 최근 10 년간의종이생산량은폐지이용율의상 승에의해이루어지고있다고해도과언이아니다. 재생지 1 재생지의정의는구입폐지 ( 한번사용한후, 회 수하여제지회사에의해구입한것 ) 가사용된것을지 칭한다. 폐지종류는일반적으로골판지, 신문지, 잡 지, 상질지등으로분류한다. 그리고통상폐지는종 이판지제품의원료로사용되고있다. 예를들어골판 지폐지는골판지에, 신문지폐지는신문지에사용된 8000 6000 4000 2000 0 생산량 1 인당소비량 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 kg/ 년 200 Fig. 2. Domestic paper/board production and consumption per capita 3) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Table 1. Recycling rate in selected countries(2006) 한국일본중국대만홍콩미국캐나다독일영국프랑스 회수율 (%) 75.4 (`08 년 83.3) 72 34 68 80 52 68 75 65 64
18 조준형펄프 종이기술 41(3) 2009 다. 그리고상질지폐지는골판지원료로사용되나골판지폐지는상질지원료로사용하지는않는다. 재생지원료가되는폐지펄프의제법은폐지의종류와용도에따라해리처리법과탈잉크처리법으로구분한다. 해리처리법에서는일반적으로신문, 잡지, 골판지폐지가처리되어골판지및백판지등의판지계의원료가된다. 탈잉크처리법은신문지폐지, 상질지폐지가탈잉크처리되어주로신문용지, 인쇄용지등의원료로사용되며화학펄프의대체원료로서사용되고있다. 폐지처리공정에서는이물질제거와탈묵, 탈잉크가폐지펄프의제품을결정한다. 그리고필요에따라서는표백처리시설을하여재생지의품질이요구하는폐지펄프를제조한다. 폐지원료의선별과정에가장중요한것은, 어떻게하면이물질제거의효율을높이냐는것이다. 사무실, 가정으로부터배출되는폐지중에는다양한이물질이포함되어있다. 폐지처리공정에서일반적으로제거가능한이물질은그다지문제가되지않으나제거가곤란한물질, 소량이지만혼입한나중공정의효율및재생지품질에중대한영향을미치는물질은금지품목으로정해져있다. 또한폐지에포함된이물질선별작업은시간적, 경제적으로커다란영향을미치므로폐지중에혼입되지않도록관계기관등의사전교육이절실히필요하다. 2 폐지재활용에는품질면에서한계가있다. 종이는사용단계에서는열, 습도및빛의영향을받으며재생과정에서섬유는고해, 가열, 건조등의스트레스를받는다. 다시말하면초지제조시에는약품으로, 기계적인압력을가하여섬유의노화를가져온다. 따라서재생을반복함에따라강도가저하되어처음의세기를보존하기가어렵게되며섬유원료로서한계를점차가져오게된다. 종이는종이원료로서우선적으로이용하는것이타당하나위와같은이유로원료로서재이용이품질면, 비용면에서불가능한경우는열원으로서재활용하는것이바람직하다. 이와같은재활용은폐지를폐기물로취급하기보단연료로서에너지를취하고감용화한소각잔사를매립하는것이폐기물로서안정도가증가할뿐아니라최종처분장의연명등일석삼조의효과가있다. 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 펄프소비량폐지소비량폐지회수율 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Fig. 3. Domestic pulp/wastepaper consumption and recycling ratio. 3) 바이오매스에너지 온실효과가스배출의대부분은에너지사용에기 인하고있으며 CO 2 온실효과에영향은 IPCC 의제 2 차 평가보고서에의하면 64% 를점하고있다. 특히, 대부 분의국가는 CO 2 의 90% 이상이에너지의사용에의 한것이다. 이중펄프 제지산업은제조업중에서화 학, 철강, 시멘트다음으로 4 위의에너지다소비형산 업의위치에있다. 한편, 펄프 제지산업의에너지소비의특징은크라 프트펄프의증해폐액이중요한연료인점이다. 그양 은업계전체에서 29.2% 에달하고있다. 그러므로필 요한에너지중 29.2% 를화석연료에한정하지않고 목재로부터의바이오매스에너지에의해충당하고 있다. 또한제조공정에서는증기와전력사용량이많기 때문에효율이좋은배압터빈에의해자가발전을하 며자가발전에의한전력공급량은 76.1% 에달하고 있다. 펄프 제지산업은제지원료를재생가능한목재, 계 획적인대규모식림목및저질재 폐재를포함한사용 가능한폐지를재이용하는원료리싸이클을행해목 재중의종이가되지않는부분은에너지원으로서활 용하는지구환경및 21 세기대표적인산업이라말할 수있다. 증해폐액으로부터바이오매스에너지 회수 펄프 제지산업에따른지구환경대책의 3 주체는식 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
펄프 제지산업의환경적특성과대책 19 목, 폐지재이용에뒤따른바이오매스에너지활용이다. 목재조성성분중에서종이의주요성분이되는전체셀룰로스는수종에따라차이가나며대략 50~60% 이다. 상질지의원료펄프로서정제도가높은크라프트펄프가일반적으로시용되고있다. 펄프수율은크라프트펄프의경우,50% 전후이며목재성분의약반정도는증해약액중에서용출한다. 크라프트법의특징은여러가지가있으나에너지면에서는증해폐액을회수하는시스템이완성되어있다. 크라프트법의경우, 증해약액중에용출된리그닌, 헤미셀룰로스등의유기물은펄프세정공정에서흑액으로서펄프와분리된다. 최근각공장에서채택사용하고있는산소탈리그닌공정의폐수도위와같이회수된다. 표백공정에서는염소계표백약품을사용하고있기때문에표백폐수의회수는불가능하나장래완전비염소표백법 (Total Chlorine Free) 이수용되는경우크라프트펄프공정의배출액은거의전량회수가능하리라생각된다. 증해흑액및산소탈리그닌공정에따른폐수는진공증발관에있어서흑액고형분농도 70% 정도까지농축되어소다회수보일러에서연소된다. 회수보일러는펄프공장특유의설비로서다음과같은기능을갖고있다. 1 연소잔사로서의알칼리분을회수한다. NaOH와 Na 2S를주성분으로하는증해약액으로재생 2 황산나트륨 (Na 2SO 4) 을황산소다 (Na 2S) 로환원한다. NaOH와 Na 2S를주성분으로하는증해약액으로재생 3 연소열로부터증기를발생한다. 증기터빈으로발전을행함이와같이회수보일러는증해약품의회수와에너지회수를동시에행하며, 펄프 제지산업의고유보일러이다. 종이폐기물로부터바이오에탄올생산기술 석유자원의절약과지구온난화방지관점에서, 재 생가능한자원으로바이오매스를원료로한바이오 에탄올및바이오디젤등의연료유정제기술이주목 받고있다. 그러나현재는옥수수및채종을원료로하 고있기때문에식용작물로의공급에있어문제시되 고있어금후식용작물로서경합을하지않는채종바 이오매스를원료로하는기술개발이기대되고있다. 여기에서는양이풍부하고구하기쉬운바이오매스 폐기물을원료로한에탄올생산기술의개발동향과 종이슬러지로부터의에탄올생산기술등을기술한 다. 1 바이오에탄올에대해서 브라질에서는시판가솔린은전부에탄올을혼합 한것이며, 미국에서는가솔린에에탄올을 10% 이하 혼합한저농도성분과 85% 까지혼합한고농도의에 탄올이있다. 이처럼일부국가에서는연료용에탄올 이도입되고있으며, 현재바이오에탄올은사탕수수 와옥수수등식료로판매되고있는것을원료로하고 있기때문에바이오에탄올의이용자체에문제가발 생하고있다. 바이오연료의원료로서는당및전분을 원료로한것은전체에서아주적은비율을차지하고 있으며, 주로볏짚, 보릿짚등의초목계, 간벌재등의 목질계, 자원작물인비식용식물이바이오매스가원 료로서상정되고있다. 2 바이오에탄올생산기술 10) 에탄올생산이라고하는것은주류 ( 酒類 ) 용도의 에탄올생산을말하며, 발효에의한생산공정을지칭 한다. 옥수수와감자등전분질의경우에는우선아밀 라제 ( 당화효소 ) 와누룩곰팡이에의해당화라고하는 전처리를거쳐당질로변환하고에탄올발효를행한 다. 그리고사탕수수와당밀 ( 꿀 ) 등당질을원료로하 는경우에는당화필요가없으므로그대로에탄올발 효를행한다. 이것들의경우에는에탄올발효에앞서 셀룰로스계바이오매스 강산및강력한효소에의한당화 에탄올발효 바이오에탄올 Fig. 4 Producing process of bio-ethanol from cellulosic bio-mass 4)
20 조준형펄프 종이기술 41(3) 2009 전처리가불필요, 또는아밀라제에의해쉽게당화가가능한이점이있다. 한편식료와경합하지않는바이오에탄올원료로주목받고있는셀룰로스계바이오매스는분자량도크고결정질이므로전분질처럼아밀라제에의해쉽게당화하는것은어렵다. 그때문에 Fig. 4에나타낸것처럼강산과강력한효소를이용한당화공정이필요하다. 다시말해이당화공정을효율좋고경제적으로행할수있는가가실용화하기위한중요한포인트이다. 셀룰로스계바이오매스를에탄올발효하기위해전처리당화법으로서황산을사용하는산당화법이있다. 첫번째는 180~190, 1 wt% 이하의희석황산수용액중에서헤미셀룰로스를가수분해한후잔사중셀룰로스를 25 이상, 1 wt% 정도의희석황산수용액중에서가수분해하고당화하는방법이다. 산당화이외의전 ( 前 ) 처리법으로서, 셀룰로스에의한효소당화에관한연구개발도활발히진행되고있다. 효소당화는 30~35 의저온에서행해지므로생성물의글루코스과분해가일어나지않게하기위해에탄올수율이높다는이점이있다. 이때효소당화를보다쉽고 신속히하기위해서효소당화를위한전처리가필요하게된다. 현재이전처리로서아임계수 ( 물의임계온도인 374 이하, 포화수증기압이상의고온온도물 ) 를이용하는방법이주목받고있다. 이방법에서는용매로물만을사용하고있기때문에황산을사용하는전처리에비해폐액처리가필요없는이점이있다. 그러나아임계수에의해셀룰로스계바이오매스를처리한경우, 글로코스과분해에의해후루프랄및유기산등이생성된다. 이들부생성물은뒤의에탄올발효의저해물질인관계로이들부생성물을아주생성하지않는셀룰로스전처리기술, 발효저해물질에의해얻어진에탄올발효효소의개발이필요하다. 또한, 볏짚과벼껍질을원료로한바이오에탄올의생산기술개발도진행중에있다. 여기에서는아임계수에의한전처리 + 효소당화 + 에탄올발효공정의조합에의해바이오에탄올제조를행하고있다. 종래법과다른것은지금까지따로따로공정을행했던효소당화와에탄올발효를동시에행하는 슈퍼효모 를개발한점이다. 분쇄한볏짚과보리짚을아임계수로처리하여가용화시킨후, 가용화물을슈 퍼효모와접촉시켜에탄올을생성한다고보고되고 있다. 그외에도마를원료로한바이오에탄올제조에 성공한예가있으며, 다양한바이오매스폐기물을원 료로한바이오에탄올의제조기술개발이착착진행 되고있다. 결론적으로볼때바이오매스폐기물을원 료로한바이오에탄올생산법은식료와경합하지않 는다는점에서볼때개발이절실히요망되고있는기 술이며비용경쟁이금후과제이다. 세제조치및바이 오매스폐기물의수집 운반방법등의과제해결과함 께값싸고고효율인생산프로세스의개발이우선이 라고말할수있다. 결론 종이제품의제조, 사용, 폐기과정에서인간의건 강, 생태계에악영향을미치는화학물질이환경에배 출되어환경으로확산, 축적됨에의해환경오염을일 으키는것이사실이다. 그배경에는편리성을추구하 는다종다양한화학물질을대량으로생산, 소비, 폐기 하는사회경제활동및생산양식을받아들이려하는 사실에기인하여금후, 안전하며안심할수있는생활 환경을확보해가는것이무엇보다도커다란과제이 다. 특히, 펄프 제지산업은지구온난화문제에대응하 기위해세계적인문제로대두되고있는에너지절약 과화석연료의절감을위한대책으로다음과같은방 안을들수가있다. 첫째로, 고효율설비및폐열회수재사용도입이절 실히필요하며둘째로, 펄프폐액및제지슬러지를재 생가능한바이오매스연료로재생산하는기술을조 속히확립하는것이필요하다. 참고문헌 1. 펄프제지폐수처리, 강원대학교출판부 (2007) 2. 에너지소비통계, 에너지관리공단 (2008) 3. 제지산업통계연보, 한국제지공업연합회 (2008) 4. 바이오에너지 고효율전환기술개발 / 셀룰로스계바이오매스를원료로하는신규발효기술등에의한연료용에탄올제조기술개발, NEDO(2004) 5. 박찬수, 다이옥신생성메카니즘에관한연구, 전북대
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