초본계 농업부산물 바이오매스의 저장방법 및 저장시기에 따른 이화학적 특성 Physiochemical Characteristics for Bale Types and Storage Periods of Agricultural By-products as a Lignocellulosic Biomass원문보기
농업유래의 바이오매스 중 볏짚의 저장형태와 저장기간에 따른 수분함량 변화와 바이오매스의 화학적 성분 변화를 분석함으로써 바이오에탄올 생산을 위한 원료의 최적 저장방법을 제시하고자 하였다. 주요 결과는 아래와 같다. 1. 볏짚의 수분함량 변이를 측정한 결과 실내에서 보관한 사각곤포 및 원형곤포는 약 20~25%의 수분함량을 유지하였으며 실외에서 보관한 비가림 시설을 도입한 사각곤포의 경우 20%이하의 낮은 수분함량을 확인하였다. 2. 볏짚의 화학적 성분의 변이를 분석한 결과 실외보관곤포는 cellulose 및 hemicellulose의 함량이 큰 폭으로 감소하였으나, 실내에서 보관한 곤포들은 비닐원형곤포를 제외한 나머지 집속형태에서는 오히려 성분의 함량의 증가를 확인하였다. 3. 볏짚을 장기간 보관할 때에는 외부환경을 차단할 수 있는 실내에서 보관하거나 부득이하게 실외에서 보관할 때 최소 비가림 시설을 도입하여 수분함량 및 화학적 성분의 감소를 최소화해야 바이오에탄올 생산을 위한 고품질의 원료로써 이용될 수 있을 것이다.
농업유래의 바이오매스 중 볏짚의 저장형태와 저장기간에 따른 수분함량 변화와 바이오매스의 화학적 성분 변화를 분석함으로써 바이오에탄올 생산을 위한 원료의 최적 저장방법을 제시하고자 하였다. 주요 결과는 아래와 같다. 1. 볏짚의 수분함량 변이를 측정한 결과 실내에서 보관한 사각곤포 및 원형곤포는 약 20~25%의 수분함량을 유지하였으며 실외에서 보관한 비가림 시설을 도입한 사각곤포의 경우 20%이하의 낮은 수분함량을 확인하였다. 2. 볏짚의 화학적 성분의 변이를 분석한 결과 실외보관곤포는 cellulose 및 hemicellulose의 함량이 큰 폭으로 감소하였으나, 실내에서 보관한 곤포들은 비닐원형곤포를 제외한 나머지 집속형태에서는 오히려 성분의 함량의 증가를 확인하였다. 3. 볏짚을 장기간 보관할 때에는 외부환경을 차단할 수 있는 실내에서 보관하거나 부득이하게 실외에서 보관할 때 최소 비가림 시설을 도입하여 수분함량 및 화학적 성분의 감소를 최소화해야 바이오에탄올 생산을 위한 고품질의 원료로써 이용될 수 있을 것이다.
One of the abundant biomass for bioenergy production is thought to be agricultural by-products produced annually. The purpose of this study were to provide basic information about the changes of the moisture contents and chemical compositions for storage periods and bale types of rice straw, and it ...
One of the abundant biomass for bioenergy production is thought to be agricultural by-products produced annually. The purpose of this study were to provide basic information about the changes of the moisture contents and chemical compositions for storage periods and bale types of rice straw, and it was attempted for the first time. The bale types of rice straw which were harvest in October 2011, were the square bale, the round bale, and the wrapped round bale type with plastic, respectively. Each of bale were stored in house, outdoor, and rain sheltering facilities condition for 1 year. The moisture contents and chemical compositions for each bale type are investigated for the 3-storage stages (0, 6, 12 month). While the moisture contents of the square and round bales stored in house condition were ranged from 20~25%, the square bale stored under the rain shelter facilities was showed the lowest moisture content less than 20% during the storage periods. For the chemical compositions, the cellulose and hemicellulose contents of rice straw bale stored in outdoor condition were decreased with the storage periods. However, in house condition, the chemical compositions of the square and round bales were slightly increased at the middle and the end of storage stages (6 and 12 months) compared with the initial storage stage (0 month). In conclusion, while optimum and favorable storage conditions of agricultural by-products is a house storage of the bale with plastic, if the bale can stored at outdoor, water penetration prevention such as the rain shelter facilities is required.
One of the abundant biomass for bioenergy production is thought to be agricultural by-products produced annually. The purpose of this study were to provide basic information about the changes of the moisture contents and chemical compositions for storage periods and bale types of rice straw, and it was attempted for the first time. The bale types of rice straw which were harvest in October 2011, were the square bale, the round bale, and the wrapped round bale type with plastic, respectively. Each of bale were stored in house, outdoor, and rain sheltering facilities condition for 1 year. The moisture contents and chemical compositions for each bale type are investigated for the 3-storage stages (0, 6, 12 month). While the moisture contents of the square and round bales stored in house condition were ranged from 20~25%, the square bale stored under the rain shelter facilities was showed the lowest moisture content less than 20% during the storage periods. For the chemical compositions, the cellulose and hemicellulose contents of rice straw bale stored in outdoor condition were decreased with the storage periods. However, in house condition, the chemical compositions of the square and round bales were slightly increased at the middle and the end of storage stages (6 and 12 months) compared with the initial storage stage (0 month). In conclusion, while optimum and favorable storage conditions of agricultural by-products is a house storage of the bale with plastic, if the bale can stored at outdoor, water penetration prevention such as the rain shelter facilities is required.
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문제 정의
농업유래의 바이오매스 중 볏짚의 저장형태와 저장기간에 따른 수분함량 변화와 바이오매스의 화학적 성분 변화를 분석함으로써 바이오에탄올 생산을 위한 원료의 최적 저장 방법을 제시하고자 하였다. 주요 결과는 아래와 같다.
본 연구에서는 농업유래의 바이오매스 중 볏짚을 대상으로 저장형태와 저장기간에 따른 수분함량 변이 조사를 최초로 시도하였다. 또한 수분함량 변이에 따른 바이오매스의 화학적 성분(cellulose, hemicellulose, lignin) 변화를 분석함으로써 바이오에탄올 생산을 위한 원료의 최적 저장방법을 제시하고자 하였다.
본 연구에서는 농업유래의 바이오매스 중 볏짚을 대상으로 저장형태와 저장기간에 따른 수분함량 변이 조사를 최초로 시도하였다. 또한 수분함량 변이에 따른 바이오매스의 화학적 성분(cellulose, hemicellulose, lignin) 변화를 분석함으로써 바이오에탄올 생산을 위한 원료의 최적 저장방법을 제시하고자 하였다.
실내 보관은 비 또는 눈을 완전히 차단할 수 있는 장소를 선택하여 사각곤포, 원형곤포, 비닐원형곤포를 각각 4개씩 보관하였고, 실외 보관은 사각곤포, 원형곤포, 비닐원형곤포 및 비가림 사각곤포를 외부환경에 쉽게 노출되도록 각각 4개씩 보관하였다. 비가림 사각곤포는 사각곤포에 비닐을 덮어 외부 수분이 침투하지 않게 처리하여 다른 집속형태와의 수분함량 및 화학적 성분 변이의 차이를 보고자 하였다.
제안 방법
, 2008). 리그닌 분석을 위해 위 과정 중 도가니형 유리 필터에 남은 산 불용성 고상분을 105℃에서 건조시킨 후 감량분을 측정하였고, 여과액 5 ml을 따로 분취하여 UV spectrophotometer(Biochrom Libra S22, UK)로 205 nm에서 흡광도를 측정하여 리그닌 함량을 정량하였다.
본 연구에서 초본계 농업부산물 바이오매스의 저장 방법을 제시하기 위해 2012년 3월 1일부터 2013년 5월 20일까지의 일 평균기온과 강수량을 조사하였고, 그 결과는 Fig. 1에 나타냈다. 본 연구의 수행 기간 동안 국립식량과학원 바이오에너지작물센터가 위치한 전남 무안군의 기온변화를 조사한 결과, 최고기온은 2012년 8월 3일에의 29.
수분함량의 측정은 2012년 3월 27일부터 2013년 2월 25일까지 약 1년간 월마다 1 ~ 2회 측정하였다. 수분함량은 휴대용 건초 수분함량 측정기 HMM-1110(Dra mnski, Poland)를 사용하여 각 장소 및 집속형태별 5반복 측정하였으며, 수분함량의 측정 범위는 최하 10%에서 최대 80%까지의 범위로 측정하였다.
수분함량의 측정은 2012년 3월 27일부터 2013년 2월 25일까지 약 1년간 월마다 1 ~ 2회 측정하였다. 수분함량은 휴대용 건초 수분함량 측정기 HMM-1110(Dra mnski, Poland)를 사용하여 각 장소 및 집속형태별 5반복 측정하였으며, 수분함량의 측정 범위는 최하 10%에서 최대 80%까지의 범위로 측정하였다.
실외에서 보관된 원형곤포의 경우 시간이 지남에 따라 내부에서부터 부패가 일어나 형태 유지가 어려워 무너져 내리는 현상을 관찰하였다(Fig. 3). 원형곤포는 비닐원형곤포와같이 비닐로 감싸고 있지 않기 때문에 외부 환경 영향을 더욱 많이 받은 상태에서 보관되어 곤포를 감싸고 있는 네트 또한 끊어져 형태를 유지할 수 없어 무너져 내리는 것으로 판단된다.
대상 데이터
, 2008)에 따라 분석하여 볏짚의 cellulose, hemicellulose, lignin 함량을 정량하였다. 당 분석을 위해 사용된 샘플은 보관중인볏짚의 시료(0개월, 6개월, 12개월)를 채취하여 1차 건조 후 분쇄하였고 2차 건조를 통해 수분함량을 5%이하로 낮춘 후 분석에 이용하였다. 분쇄된 시료 0.
본 시험은 전남 무안군 국립식량과학원 바이오에너지작물센터에서 수행하였다. 시험에 사용된 볏짚은 2011년 10월말에 벼 수확 후 노지에서 2일 동안 건조한 볏짚을 구입하여 사용하였다.
본 연구에 사용된 볏짚 곤포는 사각곤포(75 × 50 × 30 cm), 원형곤포(120 × 120 cm) 및 비닐원형곤포 세 종류였으며, 비닐원형곤포는 원형곤포에 비닐랩핑하여 사용하였다.
본 시험은 전남 무안군 국립식량과학원 바이오에너지작물센터에서 수행하였다. 시험에 사용된 볏짚은 2011년 10월말에 벼 수확 후 노지에서 2일 동안 건조한 볏짚을 구입하여 사용하였다. 본 연구에 사용된 볏짚 곤포는 사각곤포(75 × 50 × 30 cm), 원형곤포(120 × 120 cm) 및 비닐원형곤포 세 종류였으며, 비닐원형곤포는 원형곤포에 비닐랩핑하여 사용하였다.
데이터처리
수분함량 및 화학적 성분분석 데이터는 5회 반복 측정하였으며, 얻어진 결과는 SAS 프로그램(Statistical Analysis System ver. 9.2, SAS Institute, USA)을 사용하여 통계 분석을 실시하였고, 분산분석에 의한 유의차가 인정된 처리의 처리평균간 차이의 유의성은 Duncan’s multiple range test를 이용하여 검정하였다.
이론/모형
볏짚의 보관기간에 따른 화학적 성분 변이를 알아보기 위해 NREL/TP-510- 42618, 42622(Sluiter et al., 2008)에 따라 분석하여 볏짚의 cellulose, hemicellulose, lignin 함량을 정량하였다. 당 분석을 위해 사용된 샘플은 보관중인볏짚의 시료(0개월, 6개월, 12개월)를 채취하여 1차 건조 후 분쇄하였고 2차 건조를 통해 수분함량을 5%이하로 낮춘 후 분석에 이용하였다.
성능/효과
1. 볏짚의 수분함량 변이를 측정한 결과 실내에서 보관한 사각곤포 및 원형곤포는 약 20 ~ 25%의 수분함량을 유지하였으며 실외에서 보관한 비가림 시설을 도입한 사각곤포의 경우 20%이하의 낮은 수분함량을 확인하였다.
2. 볏짚의 화학적 성분의 변이를 분석한 결과 실외보관 곤포는 cellulose 및 hemicellulose의 함량이 큰 폭으로 감소하였으나, 실내에서 보관한 곤포들은 비닐원형곤포를 제외한 나머지 집속형태에서는 오히려 성분의 함량의 증가를 확인하였다.
본 연구결과, 바이오에탄올 원료로써 농업부산물 바이오매스는 저장방법 및 저장기간에 따라서 수분함량 변이가 컸으며 당 전환 성분인 cellulose 및 hemicellulose의 성분은 낮아지고 당화, 발효의 저해요인인 lignin 성분이 증가되는 등 바이오에탄올 생산 효율에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 결론적으로 농업 유래의 바이오매스를 원료로 이용할 경우 그 저장방법이 매우 중요하며, 다양한 농업부산물의 저장방법에 대한 최적화 연구가 반드시 선행되어야 한다.
1에 나타냈다. 본 연구의 수행 기간 동안 국립식량과학원 바이오에너지작물센터가 위치한 전남 무안군의 기온변화를 조사한 결과, 최고기온은 2012년 8월 3일에의 29.8℃를 나타내었으며 최하기온은 2013년 1월 3일에 -6.6℃를 나타내었다. 조사기간 동안의 일 평균기온은 12.
9%가 높아졌다. 비닐원형곤포에서 cellulose 함량 경우는 조사 초기(0개월) 분석 결과 34.7%에서 24.7%로 세가지 형태의 집속방법 중 가장 감소량이 많은 것으로 확인되었으며, hemicelullose 또한 23.7%에서 19.3%로 가장 많은 감소량을 보였다. 비닐 원형곤포의 경우 초기 측정 시점부터 수분함량이 지속적으로 상승하였으며 그로 인하여 내부 화학적 성분 또한 큰 폭으로 감소한 것으로 추정된다.
실외 보관 볏짚의 화학적 성분의 분석 결과(Table 2), 모든 집속형태에서 많은 성분의 감소를 확인하였다. 사각곤포에서 cellulose는 0개월에 분석 시 33.5%이었으나 12개월 후 분석한 결과 17.1%로 16.4%가 낮아졌으며 hemicellulose 또한 18.0%에서 13.0%로 낮아졌다. 원형곤포의 cellulose는 사각곤포에 비해 감소량은 적었으나 10.
볏짚의 화학적 성분 변이를 분석한 결과 Table 1과 2에 나타내었다. 실내보관 볏짚의 화학 성분 분석결과(Table 1)사각곤포의 경우 초기 분석 시 cellulose 함량이 32.3%이었고 12개월이 지난 후 분석한 결과 33.1%로, 약 0.8% 높아졌으며, hemicellulose는 14.1%에서 17.1%로 함량 변화를 나타내었다. 그러나 원형곤포의 경우 cellulose는 0개월에 분석 하였을 때 28.
실외 보관 볏짚의 화학적 성분의 분석 결과(Table 2), 모든 집속형태에서 많은 성분의 감소를 확인하였다. 사각곤포에서 cellulose는 0개월에 분석 시 33.
실외 보관 중 비가림 시설을 도입한 사각곤포의 경우 cellulose, hemicellulose 및 lignin 모두 초기 측정에 비해 약 1 ~ 2%가량 증가하는 것을 확인하였다(Table 3).
5%의 감소량을 보였으며, hemicellulose 또한 많은 감소량을 보였다. 실외 보관한 곤포 중 원형곤포, 비닐원형곤포는 사각곤포에 비해 화학 성분의 감소량이 적었으며, lignin의 경우 cellulose 및 hemicellulose가 감소함에 따라 오히려 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다.
0%로 낮아졌다. 원형곤포의 cellulose는 사각곤포에 비해 감소량은 적었으나 10.5%의 감소량을 보였으며, hemicellulose 또한 많은 감소량을 보였다. 실외 보관한 곤포 중 원형곤포, 비닐원형곤포는 사각곤포에 비해 화학 성분의 감소량이 적었으며, lignin의 경우 cellulose 및 hemicellulose가 감소함에 따라 오히려 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다.
후속연구
3. 볏짚을 장기간 보관할 때에는 외부환경을 차단할 수 있는 실내에서 보관하거나 부득이하게 실외에서 보관할 때 최소 비가림 시설을 도입하여 수분함량 및 화학적 성분의 감소를 최소화해야 바이오에탄올 생산을 위한 고품질의 원료로써 이용될 수 있을 것이다.
본 연구결과, 바이오에탄올 원료로써 농업부산물 바이오매스는 저장방법 및 저장기간에 따라서 수분함량 변이가 컸으며 당 전환 성분인 cellulose 및 hemicellulose의 성분은 낮아지고 당화, 발효의 저해요인인 lignin 성분이 증가되는 등 바이오에탄올 생산 효율에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 결론적으로 농업 유래의 바이오매스를 원료로 이용할 경우 그 저장방법이 매우 중요하며, 다양한 농업부산물의 저장방법에 대한 최적화 연구가 반드시 선행되어야 한다. 그럼으로써 안정적인 바이오매스 자원 확보 및 원료의 효율성 증대가 기대되며 최종적으로 섬유소 기반의 바이오에탄올 생산성 향상에 기여할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
바이오매스의 바이오에너지 원료의 질을 결정짓는 중요한 특성은?
농업부산물 유래의 바이오매스는 일반적으로 높은 수분함량을 나타낸다. 바이오매스에 있어서 수분함량은 바이오에너지 원료의 질을 결정짓는 가장 중요한 특성 중의 하나이다. 높은 수분함량의 바이오매스는 원료 운송비 증가의 원인이며 저장기간 중 원료의 부패를 유발시킴과 동시에 고체 연료로 이용될 경우 연소 효율을 저하시킨다(Robson et al.
국내 농업유래 바이오매스 중 큰 비중을 차지하는 두가지와 각 생산량은?
이를 잠재에너지 부존량인 석유환산톤으로 환산할 경우 460 만 TOE(1TOE = 1,000kcal)에 달하는 수치이다. 이 중에서 볏짚의 연간 생산량은 약 659.8만 톤이며 왕겨의 경우는 114.6만 톤으로 농업 유래 바이오매스 중 각각 56.7%와 9.8%로서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 이처럼 농업 유래의 바이오매스 에너지 부존량을 전량 이용한다면 우리나라 신재생에너지 공급목표의 19.
바이오매스란?
바이오매스는 태양에너지를 이용하는 식물의 광합성에 의해 생성되는 식물체와 이를 먹이로 이용하여 살아가는 동물체를 포함한 생물 유기체 전체를 일컬으며 이들로부터 생성되는 농업 및 임업 부산물, 그리고 인간 또는 동물로부터의 배설물 등도 이에 포함할 수 있다(Demirbas, 2007; Hong, 2004). 이처럼 바이오매스는 현재의 화석연료를 유지하면서 재생산하여 이용 가능한 탄소 중립적 에너지 자원이라 할 수 있다(Bark et al.
참고문헌 (14)
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Bark, S. T., B. C. Koo, Y. H. Moon, Y. L. Cha, Y. M. Yoon, J. K. Kim, G. H. An, K. G. Park, and D. H. Park. 2012. Study on the pretreatment of rice hull to enhance enzymatic saccharification efficiency. Appl. Chem. Eng. 23(4) : 399-404.
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