본 연구에서는 셀룰로오스계 바이오에탄올 제조를 위한 바이오매스전처리 방법으로 압출법과 액상 암모니아 침지법을 복합 적용하였다. 2mm 입경으로 분쇄된 억새 시료를 수분함량 20%로 조정하여 Barrel 온도 조건 100, 150, 200℃ 및 Screw 속도 조건 100, 125, 150, 175, 200rpm 으로 압출 처리 했을 때 200℃, 175rpm 조건에서 효소 가수분해 효율이 43.8%로 가장 좋았으나 α-Cellulose 효소 가수분해 효율 대비 절반 수준에 그쳤다. 200℃, 175rpm으로 압출 처리된 억새 시료와 대조군으로 미처리 억새 시료를 대상으로 암모니아 수용액 농도 15%(w/w), 고액비 1:10, 반응온도 60℃, ...
본 연구에서는 셀룰로오스계 바이오에탄올 제조를 위한 바이오매스전처리 방법으로 압출법과 액상 암모니아 침지법을 복합 적용하였다. 2mm 입경으로 분쇄된 억새 시료를 수분함량 20%로 조정하여 Barrel 온도 조건 100, 150, 200℃ 및 Screw 속도 조건 100, 125, 150, 175, 200rpm 으로 압출 처리 했을 때 200℃, 175rpm 조건에서 효소 가수분해 효율이 43.8%로 가장 좋았으나 α-Cellulose 효소 가수분해 효율 대비 절반 수준에 그쳤다. 200℃, 175rpm으로 압출 처리된 억새 시료와 대조군으로 미처리 억새 시료를 대상으로 암모니아 수용액 농도 15%(w/w), 고액비 1:10, 반응온도 60℃, 반응시간 1, 2, 4, 8, 12시간 조건으로 침지 처리 작업을 수행하였다. 압출-4시간 침지 복합 처리 기준으로 셀룰로오스는 약 80% 잔존되어 기존의 고온·고압 전처리 결과와 비슷하게 나타났고 효소 당화 및 발효에 저해작용을 하는 성분인 헤미셀룰로오스, 리그닌, 회분은 각각 60% 가량 제거되었다. 12시간 침지 단독 처리 시료와 압출-2시간 침지 복합 처리 시료의 효소 가수분해 효율이 각각 71.2%, 76.2%로 나타나 효소 가수분해 효율 기준으로 압출 처리 시료의 경우 2시간 침지 처리만으로도 미처리 생시료의 12시간 침지 처리 효과를 상회하는 결과를 나타냈다. 최적 전처리 조건인 200℃, 175rpm 압출 및 4시간 침지 복합 처리된 억새 시료를 대상으로 동시당화발효 실험 결과 에탄올 수율이 이론치 대비 88.9%로 나타났다. 셀룰로오스계 바이오매스를 대상으로 압출 및 액상 암모니아 침지법을 복합 적용하였을 때 압출 처리 단독 적용시의 당화·발효 저해 성분 미제거 현상을 해소하고 동시에 액상 암모니아 침지 단독 적용시의 지나치게 긴 소요 반응 시간을 크게 단축시킬 수 있었다.
본 연구에서는 셀룰로오스계 바이오에탄올 제조를 위한 바이오매스 전처리 방법으로 압출법과 액상 암모니아 침지법을 복합 적용하였다. 2mm 입경으로 분쇄된 억새 시료를 수분함량 20%로 조정하여 Barrel 온도 조건 100, 150, 200℃ 및 Screw 속도 조건 100, 125, 150, 175, 200rpm 으로 압출 처리 했을 때 200℃, 175rpm 조건에서 효소 가수분해 효율이 43.8%로 가장 좋았으나 α-Cellulose 효소 가수분해 효율 대비 절반 수준에 그쳤다. 200℃, 175rpm으로 압출 처리된 억새 시료와 대조군으로 미처리 억새 시료를 대상으로 암모니아 수용액 농도 15%(w/w), 고액비 1:10, 반응온도 60℃, 반응시간 1, 2, 4, 8, 12시간 조건으로 침지 처리 작업을 수행하였다. 압출-4시간 침지 복합 처리 기준으로 셀룰로오스는 약 80% 잔존되어 기존의 고온·고압 전처리 결과와 비슷하게 나타났고 효소 당화 및 발효에 저해작용을 하는 성분인 헤미셀룰로오스, 리그닌, 회분은 각각 60% 가량 제거되었다. 12시간 침지 단독 처리 시료와 압출-2시간 침지 복합 처리 시료의 효소 가수분해 효율이 각각 71.2%, 76.2%로 나타나 효소 가수분해 효율 기준으로 압출 처리 시료의 경우 2시간 침지 처리만으로도 미처리 생시료의 12시간 침지 처리 효과를 상회하는 결과를 나타냈다. 최적 전처리 조건인 200℃, 175rpm 압출 및 4시간 침지 복합 처리된 억새 시료를 대상으로 동시당화발효 실험 결과 에탄올 수율이 이론치 대비 88.9%로 나타났다. 셀룰로오스계 바이오매스를 대상으로 압출 및 액상 암모니아 침지법을 복합 적용하였을 때 압출 처리 단독 적용시의 당화·발효 저해 성분 미제거 현상을 해소하고 동시에 액상 암모니아 침지 단독 적용시의 지나치게 긴 소요 반응 시간을 크게 단축시킬 수 있었다.
Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. The objective of this study was to evaluate the combination of extrusion and soaking treatment as a cellulosic biomass pretreatment method. Extrusion was performed with miscanthus sample conditioned t...
Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. The objective of this study was to evaluate the combination of extrusion and soaking treatment as a cellulosic biomass pretreatment method. Extrusion was performed with miscanthus sample conditioned to 2mm of particle size and 20% of moisture content by varying barrel temperature (100, 150, 200℃) and screw speeds (100, 125, 150, 175, 200rpm). The optimal extrusion treatment conditions for miscanthus were found to 200℃ and 175rpm, but it's enzymatic digestibility was very low. And then aqueous ammonia soaking was performed with 15%(w/w) ammonia solution at 60℃ for 1, 2, 4, 8, 12 hours on the extruded (200℃, 175rpm) and raw miscanthus samples respectively. In the combined extrusion-soaking treatment, most compositions removal occurred within 1~2 hours and on a basis of 4 hour soaking treatment values, cellulose was recovered about 80% and other compositions, including hemicellulose, are removed about 60% from extruded miscanthus sample. The combined extrusion-soaking treated and soaking only treated samples were subjected to enzymatic hydrolysis using cellulase and β-glucosidase. The enzymatic digestibility value of combined extrusion-2 hour soaking treated sample was comparable to 12 hours soaking only treated sample. It means that extrusion treatment can shorten the conventional long reaction time of aqueous ammonia soaking. The optimal reaction time condition of aqueous ammonia soaking was found to 4 hours. The ethanol yield in the SSF was 88.9% of maximum theoretical yield based on cellulose content of the combined extrusion-soaking treated miscanthus sample. The findings suggest that the combination of extrusion and soaking is a promising pretreatment method to solve both problems for no lignin removal of extrusion and long reaction time of aqueous ammonia soaking.
Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. The objective of this study was to evaluate the combination of extrusion and soaking treatment as a cellulosic biomass pretreatment method. Extrusion was performed with miscanthus sample conditioned to 2mm of particle size and 20% of moisture content by varying barrel temperature (100, 150, 200℃) and screw speeds (100, 125, 150, 175, 200rpm). The optimal extrusion treatment conditions for miscanthus were found to 200℃ and 175rpm, but it's enzymatic digestibility was very low. And then aqueous ammonia soaking was performed with 15%(w/w) ammonia solution at 60℃ for 1, 2, 4, 8, 12 hours on the extruded (200℃, 175rpm) and raw miscanthus samples respectively. In the combined extrusion-soaking treatment, most compositions removal occurred within 1~2 hours and on a basis of 4 hour soaking treatment values, cellulose was recovered about 80% and other compositions, including hemicellulose, are removed about 60% from extruded miscanthus sample. The combined extrusion-soaking treated and soaking only treated samples were subjected to enzymatic hydrolysis using cellulase and β-glucosidase. The enzymatic digestibility value of combined extrusion-2 hour soaking treated sample was comparable to 12 hours soaking only treated sample. It means that extrusion treatment can shorten the conventional long reaction time of aqueous ammonia soaking. The optimal reaction time condition of aqueous ammonia soaking was found to 4 hours. The ethanol yield in the SSF was 88.9% of maximum theoretical yield based on cellulose content of the combined extrusion-soaking treated miscanthus sample. The findings suggest that the combination of extrusion and soaking is a promising pretreatment method to solve both problems for no lignin removal of extrusion and long reaction time of aqueous ammonia soaking.
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