[논문]목질계 바이오연료 생산을 위한 산업화 기술 및 전망

김영숙

doi:10.5658/wood.2016.44.5.622

목질계 바이오연료 생산을 위한 산업화 기술 및 전망
Current Status and Prospects on Biofuel Conversion Technologies and Facilities, Using Lignocellulosic Biomass 원문보기

목재공학 = Journal of the Korean wood science and technology, v.44 no.5, 2016년, pp.622 - 628

초록
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본 논문에서는 최근 목질계바이오매스를 원료로 한 수송용(transportation) 바이오연료의 국제적 상용화 기술의 흐름과 산업체 동향에 대하여 조사하였다. IEA, Bioenergy Task 39에서 집계한 수송용 바이오연료 관련 산업체에서 목질계 원료를 사용하는 산업체는 93개 업체였고, 그중에서 Commercial type의 산업체를 기준으로 생화학적 전환기술을 채택한 업체는 전체의 84%로 나타나 생화학적 전환공정이 목질계 바이오연료 분야의 주류 기술인 것으로 밝혀졌다. 생화학적 전환공정을 채택한 Commercial type 산업체의 주요 생산품은 바이오에탄올로서 연간 약 115만 5천 톤, 바이오오일은 약 12만 톤으로 전 세계의 수송용 연료에 혼입목표량을 대체하기에 매우 부족한 상황인 것으로 밝혀져 수송용 바이오연료 시장은 기술과 규모 면에서 기술개발과 상용화 노력이 더욱 요구됨이 시사되었다. 또한 pilot type의 산업체에서 생화학공정 및 열화학공정기술을 활용한 실험적 생산이 다수 진행되고 있어, 향후 목질계 원료에 의한 액체바이오연료 기술이 다양하게 실용화될 가능성이 큰 것으로 시사되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated to understand the trend of international commercializing technologies and industrial status of the transportation biofuel based on lignocellulosic biomass. Two major commercializing technologies for the lignocellulosic biofuel are biochemical conversion technology and thermochemical conversion technology. It was reported that a total of 93 industrial companies were using lignocellulosic biomass of all facilities related to advanced biofuel. On the basis of commercial type, the biochemical conversion technology was identified to be the major technology in the lignocellulosic biofuel industries, showing 84% of all. Also the main products of commercial type industrial companies are bioethanol (1,155,000 tons/yr) and bio-oil (120,000 tons/yr), which are in a remarkably inadequate amount to substitute for the transportation biofuel worldwide. It was suggested that the transportation biofuel market was currently in need of further development in both technology and scale, and was in high demands of technological development and commercializing exertion.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이와 같은 상황에서 수송용 연료시장에서 목질계 바이오연료의 상용 기술과 산업화 상황은 국내 RFS시행을 앞두고 매우 중요한 과제로 판단된다. 따라서 본 총설에서는 최근 세계적으로 진행되고 있는 목질계바이오매스를 원료로 한 바이오연료의 상용화 기술과 생산 시설 등 산업체 동향에 대해 조사하여 국내 정유업계에서의 목질계 바이오 연료 혼입 전략 수립 및 목질계바이오매스를 원료로 한 바이오연료의 생산기술 개발 연구 등에 기초 자료로 활용할 수 있도록 하였다.

성능/효과

수송용 바이오연료 관련 산업체에서 목질계 원료를 사용하는 산업체는 93개 업체이었었으나, Demonstration type과 Pylot type이 전체 산업체 중 약 2/3 정도를 차지하여 목질계바이오연료 산업이 기술과 규모면에서 아직 실증적 시험단계에 있는 것으로 나타났다. Commercial type의 산업체를 기준으로 생화학적 전환기술을 채택한 업체는 전체의 84%로 생화학적 전환공정이 목질계바이오 연료분야의 주류 기술인 것으로 밝혀졌다. 그러나 Demonstration type과 Pilot type의 다수 업체에서 열화학 공정으로 실험 생산하고 있어 향후 목질계바이오연료 기술이 다양하게 실용화될 가능성이 큰 것으로 시사되었다.
열화학공정으로 생산하는 Commercial type의 4개 산업체에서는 연간 바이오디젤을 13만 톤, 가솔린 3만 톤을 생산한다. Demonstration type의 산업체는 총 37개 중 25개가 생화학공정기술에 의존하고 있으며, Demonstration type의 생화학공정에서 생산되는 바이오에탄올과 부탄올은 연간 약 5.1만 톤 및 6만 톤, 열화학적 공정기술로부터 생산되는 디젤유와 바이오오일은 각각 연간 약 10만 톤과 5만 톤, 에탄올과 SNG는 10.5만 톤 및 1.2만 톤 수준이다. Pilot type으로 운용되는 산업체는 생화학공정기술이 약 20개 업체, 열화학공정기술 로는 약 11업체가 실험적으로 생산하고 있는 것으로 밝혀져 향후 목질계 원료에 의한 액체바이오연료 기술이 다양하게 실용화될 가능성이 큰 것으로 시사되었다.
2만 톤 수준이다. Pilot type으로 운용되는 산업체는 생화학공정기술이 약 20개 업체, 열화학공정기술 로는 약 11업체가 실험적으로 생산하고 있는 것으로 밝혀져 향후 목질계 원료에 의한 액체바이오연료 기술이 다양하게 실용화될 가능성이 큰 것으로 시사되었다.
그러나 비목질계 원료를 사용하는 산업체의 경우에는 생화학적전환공정과 열화학적 전환공정을 채택한 기업의 수가 동일한 것으로 나타났다. 대부분의 생화학공정을 도입한 산업체는 에탄올을 주류로 하여 부탄올, 리그닌, 전기 등을 생산하고, 열화학적 공정 기술에서는 주로 디젤유, SNG 및 FT liquid 등의 에너지를 생산하는 것으로 나타났다. 비목질계 원료를 사용하는 산업체에서 생화학 공정기술을 채택하는 경우, 주원료가 당이나 전분을 원료로 하고 있고, 열화학 공정을 채택하는 기업에서는 식물성 기름이나 작물, 동물성 지방 및 MSW (Multi solid Wastes) 등의 원료가 주류였다.
목질계 바이오연료 생산업체의 국가별 분포를 조사한 결과, 미국이 수송용바이오연료 분야의 선도적 견인(leading) 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 또한 목질계 바이오연료 공급은 실제 수송용 바이오연료 수요에 비해 아직도 현저하게 부족한 상황으로 이에 대한 지속적인 기술개발과 상용화 노력의 필요성이 큰 것으로 시사되었다.
수송용 바이오연료 관련 산업체에서 목질계 원료를 사용하는 산업체는 93개 업체이었었으나, Demonstration type과 Pylot type이 전체 산업체 중 약 2/3 정도를 차지하여 목질계바이오연료 산업이 기술과 규모면에서 아직 실증적 시험단계에 있는 것으로 나타났다. Commercial type의 산업체를 기준으로 생화학적 전환기술을 채택한 업체는 전체의 84%로 생화학적 전환공정이 목질계바이오 연료분야의 주류 기술인 것으로 밝혀졌다.
연간 5,000∼50,000 t/y 규모의 생산 활동을 하는 산업체가 23개로 가장 많았고, 50,000 t/y 이상의 생산량을 나타내는 산업체도 17개 업체, 500∼5,000 t/y 규모는 19개 업체 등으로 분포되어 있는 것으로 나타났다.
비목질계 원료를 사용하는 산업체에서 생화학 공정기술을 채택하는 경우, 주원료가 당이나 전분을 원료로 하고 있고, 열화학 공정을 채택하는 기업에서는 식물성 기름이나 작물, 동물성 지방 및 MSW (Multi solid Wastes) 등의 원료가 주류였다. 이와 같은 분석결과로 볼 때 수송용 바이오연료 산업체에서는 주원료로서 목질계 원료를 사용하며, 주요 기술은 생화학적 전환공정으로 에탄올이 주산물인 것으로 밝혀졌다.

후속연구

Commercial type의 산업체를 기준으로 생화학적 전환기술을 채택한 업체는 전체의 84%로 생화학적 전환공정이 목질계바이오 연료분야의 주류 기술인 것으로 밝혀졌다. 그러나 Demonstration type과 Pilot type의 다수 업체에서 열화학 공정으로 실험 생산하고 있어 향후 목질계바이오연료 기술이 다양하게 실용화될 가능성이 큰 것으로 시사되었다. 목질계 바이오연료 생산업체의 국가별 분포를 조사한 결과, 미국이 수송용바이오연료 분야의 선도적 견인(leading) 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	목질계 바이오매스에서 얻어진 C5 및 C6 형태 단당류에 대해 무기호흡 효모의 발효에 의한 에탄올 생산 공정의 종류는?	목질계 바이오매스에서 얻어진 C5 또는 C6 형태의 단당류에 대해 효모의 무기호흡에 의한 발효 공정을 통해 에너지를 생산하는 기술이다. 산업체에서 도입된 전형적인 생산 공정은, SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation), SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation), SSCF (Simultaneous Saccharification and Co-Current Fermentation) 및 CBP (Consolidated BioProcessing) 등이다(Sun & Cheng, 2002; Sims et al., 2009; Bacovsky et al.
	국내에서 시행하는 RFS제도란 무엇인가?	우리나라의 경우에도 2015년 7월 31일부터 정부는 개정된 제2차 국가에너지기본계획에 따라 경유에 바이오디젤을 혼입 의무화하는 RFS를 시행하고 있다(Korea Energy Agency, 2015). RFS제도가 2017년부터 휘발유에 적용되기 시작하면 바이오에탄올 시장이 본격적으로 형성될 것으로 전망되며 이때 초기시장 규모는 30만 kℓ로 예상되어 바이오에탄올의 상용화가 시급히 필요한 과제로 판단된다(Lim, 2013).
	미국 에너지성에서 인정한 목질계바이오매스를 원료로 한 바이오에탄올의 온실가스 감축효과는?	특히, EU는 곡물계의 혼입을 5% 한도로 혼입을 허용하고, 국내의 경우에도 목질계바이오매스 유래 바이오알코올에 대해서만 RFS 적용이 가능하도록 정할 것으로 예고되고 있다. 미국 에너지성에서는 옥수수전분을 원료로 한 바이오에탄올의 온실가스 감축 효과는 휘발유 대비 20%, 목질계바이오매스를 원료로 한 바이오에탄올은 60% 이상의 감축효과를 인정하고 있다. 즉, 목질계바이오에탄올이 상용되는 경우에는 옥수수전분유래의 바이오에탄올에 비해 3배의 감축효과를 가진다고 볼 수 있다(U.

참고문헌 (14)

Alternative fuels data center, 2016. http://www.afdc.energy.gov/laws/RFS
Bacovsky, D., Nikolaus, L., Monica, O., Manfred, W.2013. Status of Advanced Biofuels DemonstrationFacilities in 2012, A Report to IEA BioenergyTask 39.
Bracmort, K., Schnepf, R., Stubbs, M., Yacobucci, B.D. 2011. Cellulosic biofuels: Analysis of policy issues for congress, In: Biofuels, Biofefinery and Renewable Energy: Issues and Development, p1-23, Nova science publishers, Inc.
Bozell, J.J., Holladay, J.E., Johnson, D., White, J.F. 2007. Top value Added Chemicals from Biomass- Volume II: Results of Screening for Potential Candidates from Bio refinery Lignin. PNNL-16983, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) and the National renewable Energy Laboratory (NREL), Richland, WA.
Cheung, S.W., Anderson, B.C. 1997. Laboratory investigation of ethanol production from municipal primary wastewater. Bioresour. Technol. 59: 81-96.

상세보기
IEA, World Energy Outlook, 2009. International Energy Agency. OECD/Paris.
IEA Bioenergy Task 39, 2016. http://demoplants.bioenergy2020.eu/explanations.html
Insight of GSCaltex, 2014. Energy production with waste wood?-Eco friendly oil land, Biobuthanol, http://www.insightofgscaltex.com
Kim, Y.S. 2010. A Research Trend on the enhancement of enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass, Journal of Forest Science, 26(2), 137-148.
Korea Energy Agency, 2015. Renewable Fuel Standard, http://www.knrec.or.kr
Lim, D.H. 2013. Bioethanol: A requirement and prospect for expansion of market, KISTI MARKET REPORT, Vol. 3 Issue 10.
Sims, R., Taylor, M., Saddler, J., Mabee, W. 2009. From 1st tod 2nd generation biofuel technologies: An overview of current industry and RD&D activities (A joint Task 39 and IEAHQ Report).
Sun, Y., Cheng, J. 2002. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production a review. Bioresource Technology 83(1): 1-11.

상세보기
U.S.EPA, 2016. http://www.epa.gov/renewable-fuel-standard-program

저자의 다른 논문 :

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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