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 바이오 에탄올 바이오에탄올을이용한수송용연료의대체기술개발은탄소량배출감소를위해매우중요한위치를차지 휘발유와혼합하거나단독으로자동차연료로투입될수있어바이오디젤과더불어대표적인재생자원에너지로각광
국내 외기술현황 국외 미국 - 에너지법을개정해에탄올의이용및생산을촉진하는다양한인센티브를제공 브라질 - 2004년전체차량연료소비량의 30% 를자국산바이오에탄올로대체 EU - 2010년까지전체수송연료의 25% 를대체목표 일본 - 바이오연료및혼합휘발유에대한세금감면조치를도입 - 혼다, 미쓰비시자동차하이브리드카개발
국내 외기술현황 < 포드 - 인터셉터 > <GM - 시보레볼트 > < 혼다 피트 >
국내 외기술현황 국내 바이오디젤과의혼합비율이 5% 정도인혼합연료를지난해부터본격적으로주유소와정유사에서판매시작 현재국내에서개발된공정에서는매우낮은에너지로 99.85% 의무수에탄올을생산가능 정부에서는 2011년총에너지의 5% 를신재생에너지로의보급을목표로하고, 바이오에너지관련 R&D에앞으로 10년동안 677억원을투입할예정
전망 2012 년이면현재의 1.7 배수준인 650 억리터규모전망 미국에탄올수요 2005 년 151 억 L 에서 2012 년 280 억 L 에이 를정도로빠르게증가할것으로예상 바이오연료시장에있어원료확보, 생산, 유통등인프라의 구축이계속될경우더욱가파른성장세도가능하리라예측
문헌조사 바이오에탄올생성을위한바이오매스가수분해발효에탄올분리
바이오에탄올생성을위한바이오매스 당전분질계 - 사탕수수, 옥수수, 밀, 감자등 (1세대바이오매스 ) - 브라질, 미국등에서는풍부한당 전분질계바이오매스를이용하여바이오에탄올을생산하는기술을개발
바이오에탄올생성을위한바이오매스 < 당질계원료를이용한바이오에탄올제조공정도 > < 전분질계원료를이용한바이오에탄올제조공정도 >
바이오에탄올생성을위한바이오매스 목질계 - 왕겨, 옥수수대, 폐목재와같은목질계바이오매스 (2 세대바이오매스 ) - 섬유소, 헤미셀룰로스, 리그닌으로구성
바이오에탄올생성을위한바이오매스 해조류계 - 우뭇가사리, 미역, 청각, 다시마, 꼬시래기등 (3 세대바이오매스 ) - 녹말이나셀룰로오스같은탄수화물을많이포함하고있기때문에원료로적합
가수분해 약산가수분해 (Dilute-acid hydrolysis) - 2%(w/w) 이하의황산용액과원료를 160~200 의높은온도에서반응 - 산에의한촉매반응을통해원료의셀룰로스와헤미셀룰로스가분해 - 낮은산농도로공정전체에사용되는공정수의양이많아공정의운전및온도제어가어렵고, 온도가높아사용되는스팀의양이많아전체적으로에너지소비가많은공정
가수분해 강산가수분해 (Dilute-acid hydrolysis) - 약산가수분해의공정내에너지소모가심한단점보완 - 높은농도의산 ( 황산70~77%, 40 ) 을이용 - 짧은시간내원료내의셀룰로스와헤미셀룰로스를분해하여단당류로변환 - 사용되는물의양을최소화하여반응의효율성을높이며, 약산가수분해에비해셀룰로스와헤미셀룰로스의분해율이높음
가수분해 초임계수처리가수분해법 (SCW) - 산가수분해와효소가수분해의단점을보완 - 장점 : 셀룰로오스결정의파괴와가수분해를동시에수행할수있고처리시간도대폭줄일수있음
가수분해 AFEX (Ammonia Fiber Explosion) - 가수분해에산을사용하는대신에알칼리를사용 - 암모니아와원료를 1:1 ~ 1:3 정도의비율로혼합후 70~180, 5~30분동안처리 ( 암모니아기체회수 ) - 셀룰로스는거의가수분해되지않음 - 주로리그닌을용해시켜원료에서리그닌을분리 - 셀룰로스와헤미셀룰로스를효소당화공정에서당화시키는데용이
발효 분리당화발효 (SHF) - 당화과정과발효과정을다른반응기에서수행 - 당화과정과발효과정에서효소와효모에대해각각최적화된조건하에반응시킬수있음 - 단점 : 효소반응에서그중간생성물과최종생성물이억제영향을받아축적된글루코스의농도가높아지면반응이종결
발효 동시당화발효 (SSF) - 하나의반응기에서당화과정과발효과정을동시에수행 - 당화과정에서글루코스가생성되자마자효모가발효과정에서바로제거하므로반응기내에당의축적을최소화할수있음 - 경제성평가 : 동시당화발효공정이더경제적
에탄올분리 공비증류 - 원래의공비혼합물은공비를깨거나이동시키기위하여제 3 의성분인첨가제를추가함 - 얻어진새로운형태의공비혼합물은순수한성분보다끓는점이낮기때문에쉽게분리가가능 - 첨가제 : 공비성분들간의상대휘발도를변경시키는것으로, 이는첨가제의온도와압력을변화하여상대휘발도의변화를가져옴
에탄올분리 - 공비증류탈수장치
에탄올분리 추출증류 - 첨가제를공비혼합물에공급함으로써성분들간의상대휘발도를변경시켜증류하는방식 - 첨가제는공비증류에서사용되는첨가제보다끓는점이높음 - 추출제 : 에틸렌글리콜, 글리세린및염의혼합물
에탄올분리 추출증류증류장치
수율비교 목질계바이오매스해조류계바이오매스
목질계바이오매스를이용한에탄올 목질계고농도 SMB 분리 바이오매스강산당화산 / 당분리 에탄올 공비증류 동시당화
목질계바이오매스를이용한에탄올 강산당화공정 - 전처리과정 (70wt% 황산 ) : (1) 식 - 당화반응 (25wt% 황산 ) : 글루코스, 자일로스생성 (2),(3) 식 - 당화수율 : 90%
목질계바이오매스를이용한에탄올 SMB를이용한산 / 다당류분리 - 생성된다당류용액에는황산이포함되어있어발효조의미생물의대사를방해함으로황산과다당류를분리 - 분리된산의농도 23wt%, 다당류의농도 14wt%, ( 분리된산은산농축과정을거쳐 75.6wt% 까지농축된후공정에재순환 ) - SMB 를거친용액에남아있는황산은중화를거쳐 100% 제거
목질계바이오매스를이용한에탄올 동시발효공정 - 글루코스와자일로스를동시에발효함 - 반응시간, 기질소모량을줄임 증류 막분리를이용한에탄올농축 - 증류탑의에탄올생성농도를 92wt% 로설정, 투과증발막으로 99.5wt% 까지농축
목질계바이오매스를이용한에탄올 전체공정모사 원료 65,561kg/hr 에탄올 18,713kg/hr < 원료 3.4kg 으로에탄올 1kg 생성 >
해조류계바이오매스를이용한에탄올 우무 Galactose 원료분리후당화 원료직접당화 해조류당화액에탄올 원료분리후당화 섬유소 Glucose
해조류계바이오매스를이용한에탄올 해조류구성성분분석
해조류계바이오매스를이용한에탄올 당화실험 - 원료분리후당화실험의당화수율비교
해조류계바이오매스를이용한에탄올 - 원료직접당화실험의당화수율 ( 최고수율이도출되는조건에서수율비교 ) (monosugar : glucose+galactose)
해조류계바이오매스를이용한에탄올 발효 - 당화과정에의해생성된글루코스가효모등의미생물에의해혐기성조건하에서에탄올과이산화탄소로전환되는과정 - 발효수율 : 96%
해조류계바이오매스를이용한에탄올 전체공정모사 (1ton 기준 ) 원료분리후당화법 섬유소170kg, 갈락탄550kg 섬유소당화수율 :46% -> 78.2kg 우무당화수율 :44% ->242kg 원료1ton중 320kg 당화액발효수율 :96% ->158kg에탄올원료1ton당 201L에탄올생산 원료직접당화법 총당화수율 :38.5% 원료1ton중 385kg 당화액발효수율 :96% ->185kg 에탄올원료1ton당 235L에탄올생산
수율비교
결론 목질계 바이오매스 1,2세대바이오매스를대체할자원으로평가됨 단점 : 리그닌제거를위한공정으로공정비가높고, 당화수율이낮아경제성이낮고전처리공정이반드시필요해서복잡하고공정단가가높아지는프로세스가요구됨 해조류 바이오매스 목질계공정에간단한프로세스가요구됨 바로바이오연료를추출할수있고이산화탄소배출 량을 80% 까지줄일수있다는장점이있음
참고문헌 1. 김희영, 바이오매스로부터에탄올생산을위한공정조합과공정모사, 동국대학교, 2010 2. 정경환외 7인, 초임계수처리로가수분해된목질계바이오매스를이용한바이오에탄올생산, 한국생물공학회지제23권제6호p.494~498, 2008 3. 김경수외 10인, 해조류를이용한바이오에너지생산타당성연구, 산업자원부, p.1~15, 32~80 2007 4. 사이끼타카시, 바이오에탄올제조기술및활용, 전남대학교출판부, 2008 5. 조기호, 퓨넥스그린오일에너지홍보자료, ( 주 ) 퓨넥스 (www.punex.co.kr) 6. http://www.microfueler.com/t-product.aspx 7. 최기욱외 2인, 고효율바이오에탄올생산을위한당화효소개발및동시당화발효공정연구, 한국생물공학회지제23권제6호, 2008 8. http://blog.naver.com/ldfree?redirect=log&logno=30093276101 9. http://blog.naver.com/zantac7?redirect=log&logno=10064136537 10.http://www.google.co.kr/imglanding?q=%EC%82%AC%ED%83%95%EC%88%98%EC%8 8%98&imgurl=http://cfs10.tistory.com/image/30/tistory/2008/12/12/10/15/4941bb3fce 95b&imgrefurl=http://saab.tistory.com/36&usg= VrM7ALqOHjguZPhochAhi8zIkto=&h =229&w=550&sz=136&hl=ko&zoom=1&tbnid=9TG8-ZeHVM- LgM:&tbnh=55&tbnw=133&prev=/images%3Fq%3D%25EC%2582%25AC%25ED%2583% 2595%25EC%2588%2598%25EC%2588%2598%26um%3D1%26hl%3Dko%26lr%3D%26n ewwindow%3d1%26tbs%3disch:1&um=1&itbs=1&um=1&lr=&newwindow=1&tbs=isch:1& start=14#tbnid=9tg8-zehvm-lgm&start=18
감사합니다