[논문]바이오리파이너리를 이용한 바이오연료 및 바이오화합물의 생산

이채영; 한선기

doi:10.7316/khnes.2016.27.6.702

[국내논문] 바이오리파이너리를 이용한 바이오연료 및 바이오화합물의 생산
Production of Biofuels and Biochemicals by Biorefinery 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.27 no.6, 2016년, pp.702 - 711

이채영 (수원대학교 토목공학과.하천환경기술연구소) , 한선기 (한국방송통신대학교 환경보건학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The authors reviewed information about biorefining of biomass by using academic information databases. Feedstocks were classified into triglycerides biomass, sugar biomass, starchy biomass, lignocellulosic biomass, and organic waste biomass. Biorefinery is an integrated system converting biomass into biofuels and biochemicals by various physical, chemical, biological, and thermochemical technologies. This paper presented a comprehensive summaries of opportunities, recent trends and challenges of biorefinery. A brief overview of promising building blocks, their sources from biomass, and their derivatives were also provided. In conclusion, this paper demonstrated the feasibility of biorefinery producing biofuels and biochemicals from biomass.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이러한 바이오매스로부터 바이오연료 및 바이오화합물을 생산하는 바이오리파이너리(biorefinery)에 대해서 그 개념과 다양한 주요산물, 그리고 기술의 제한점 등을 살펴보고자 한다.

대상 데이터

Table 2에서 보는 바와 같이 바이오매스원료(전분, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스)의 당화를 통해 포도당, 과당(fructose), 자일로오스(xylose), 아라비노오스(arabinose), 젖당(lactose), 자당(sucrose)을 얻은 후, 이러한 당류의 생물학적 또는 화학적 전환을 통해 다양한 고부가가치의 중간 바이오화합물(building blocks)을 생산한다. 이 중에서 선정된 12개의 유망한 중간 바이오화합물에는 글리세롤, 3-HPA, 1,4-diacids(숙신산, 푸마르산(fumaric acid), 말산(malic acid)), 3-히드록시부티로락톤(3-hydroxybutyrolactone), 아스파르트산(aspartic acid), 이타콘산(itaconic acid), 레불린산, 글루타민산(glutamic acid), 자일리톨/아라비니톨(arabinitol), 글루카르산(glucaric acid), 소르비톨, FDCA가 있다. 예를 들어, 글리세롤의 경우에는 글리세린산(glyceric acid), 글리시돌(glycidol), 1,3-프로판디올(1,3-propanediol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 글리세롤 카보네이트, 프로판올(propanol), 디글리세르알데히드(diglyceraldehyde), 모노-, 디-, 또는 트리글리세르산염(mono-, di-, or triglycerate), 가지형 폴리에스테르 및 나일론(branched polyesters and nylons)등을 유도체로 생산한다.
. 새롭게 선정된 14개의 유망한 중간 바이오화합물에는 에탄올, 푸르푸랄(furfural), HMF(hydroxymethylfurfural), FDCA, 글리세롤/유도체, 이소프렌(isoprene), 바이오탄화수소(biohydrocarbons), 젖산(lactic acid), 숙신산, 3-HPA, 레불린산, 소르비톨, 자일리톨이 해당된다. 예를 들어, 에탄올의 경우에는 9개 평가기준 모두에 대해서 좋은 평가결과를 보여주었다.

성능/효과

하지만 다음과 같은 차이점이 있다(Table 1). 첫째,오일 리파이너리는 균질한(homogeneous) 원유를 사용하지만, 바이오리파이너리는 일반적으로 비균질한(heterogeneous) 바이오매스를 이용하여 전처리가 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 둘째, 오일 리파이너리의 원료인 원유는 재생이 불가능하며 이용 시 이산화탄소를 발생시켜 지구온난화를 유발하지만, 바이오리파이너리의 원료인 바이오매스는 재생이 가능하며 광합성의 결과로서 생성되기 때문에 대기 중 이산화탄소의 농도를 증가시키지 않아 탄소중립적이다.
첫째,오일 리파이너리는 균질한(homogeneous) 원유를 사용하지만, 바이오리파이너리는 일반적으로 비균질한(heterogeneous) 바이오매스를 이용하여 전처리가 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 둘째, 오일 리파이너리의 원료인 원유는 재생이 불가능하며 이용 시 이산화탄소를 발생시켜 지구온난화를 유발하지만, 바이오리파이너리의 원료인 바이오매스는 재생이 가능하며 광합성의 결과로서 생성되기 때문에 대기 중 이산화탄소의 농도를 증가시키지 않아 탄소중립적이다. 그리고 셋째, 오일 리파이너리는 휘발유(gasoline), 등유(kerosene), 경유(diesel oil), 중유(heavy oil) 등과 같은 연료와 함께 에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene), 부틸렌(butylene), BTEX (benzene, toluene, ethyl benzene, xylene) 등을 화합물로 생산하지만, 바이오리파이너리는 바이오에탄올(bioethanol), 바이오부탄올(biobutanol), 바이오디젤(biodiesel), 바이오메탄(biomethane), 바이오수소(biohydrogen) 등과 같은 바이오연료와 함께 숙신산(succinic acid), 3-HPA(3-hydroxypropionic acid), 레불린산(levulinic acid), FDCA(furan-2,5-dicarboxylicacid), 글리세롤(glycerol), 소르비톨(sorbitol), 자일리톨(xylitol) 등을 바이오화합물로 생산한다10,13).
MFC는 전기화학적 활성을 지닌 혐기성 미생물의 촉매작용을 이용하여 유기물에 함유된 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 것이다. 그리고 셋째, 미생물 전해전지(microbial electrolysis cell, MEC)를 이용하여유기산으로부터 추가적으로 수소를 생산할 수 있다. MEC는 MFC의 구조 및 운전방법을 간단히 변형함으로써 전기 대신 높은 수율의 수소를 얻는 것이다.
둘째, 원료물질인 바이오매스는 원유에 비해 가격이 저렴하지만, 바이오매스를 바이오연료 및 바이오화합물 등으로 전환할 때 소요되는 비용은 원유를 이용할 때보다 고가이다. 따라서 전환비용의 감소를 위해 물리적, 화학적, 생물학적 및 열화학적 전환기술의 효율향상 및 최적화를 위한 연구개발이 지속적으로 필요하다.

후속연구

둘째, 원료물질인 바이오매스는 원유에 비해 가격이 저렴하지만, 바이오매스를 바이오연료 및 바이오화합물 등으로 전환할 때 소요되는 비용은 원유를 이용할 때보다 고가이다. 따라서 전환비용의 감소를 위해 물리적, 화학적, 생물학적 및 열화학적 전환기술의 효율향상 및 최적화를 위한 연구개발이 지속적으로 필요하다. 또한 기존의 오일 리파이너리 시설을 그대로 바이오리파이너리에 이용하는 시설의 호환성이 중요하다.
하지만 바이오리파이너리의 많은 기술들은 초기 개발단계에 머무르고 있어서 정부의 지속적인 투자와 산학연의 끊임없는 기술개발이 매우 중요하다. 그리고 향후 석유기반의 산업구조는 바이오매스 기반의 산업구조로 대체될 것이며, 이에 있어서 바이오리파이너리는 핵심적인 역할을 수행할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라에 미친 지구온난화의 영향은 무엇인가?	또한 석유의 사용은 지구온난화에 따른 기후변화를 유발하고 있다. 우리나라는 지구온난화의 영향으로 지난 40년간 남한 지표면의 기온은 약 1.3°C, 해양 표층의 수온은 약 1.0°C 상승하여, 세계에서 수온상승이 가장 빠른 곳 중의 하나가 되었다1). 또한 지구온난화에 따라 지구 평균기온이 1880년 이후 2012년까지 약 0.
	바이오리파이너리란?	바이오리파이너리는 물리적, 화학적, 생물학적 및 열화학적 기술 등을 이용하여 바이오매스로부터 재생 가능한 바이오연료 및 바이오화합물 등을 생산하는 것이다4,6,8,10,11). Fig.
	바이오매스란 어떤 물질인가?	바이오매스는 광합성에 의해서 생성되는 식물체및 미생물 균체, 그리고 이를 섭취해서 살아가는 동물체를 포함한 전체 생물유기체를 의미한다3,9,12). 다시 말하면 미생물, 식물, 동물이 직접 생산한 물질은 물론이고 그로부터 유래한 모든 물질을 포함하는 것으로, 한마디로 정리하면 재생가능한 모든 유기물질이라고 할 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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