[보고서]한국형 바이오에탄올 생산시스템 및 total 자원화 기술 개발

김용진

한국형 바이오에탄올 생산시스템 및 total 자원화 기술 개발
Development of bio-ethanol production system of the Korean-type and total resources recovery technology 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	목포해양대학교 산학협력단
연구책임자	김용진
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2010-08
과제시작연도	2007
주관부처	과학기술부
사업 관리 기관	한국과학재단 Korea Science and Engineering Foundtion
등록번호	TRKO201000014485
과제고유번호	1355050298
DB 구축일자	2013-04-18
키워드	에탄올,섬유소 분해효소,수소발효,당화,음식물쓰레기,반연속식,스케일 업,메탄,연속식ethanol,cellulolytic enzyme,hydrogen fermentation,saccharification,saccharified food waste,semi-continuous,scale-up,methane,continuous

초록 ▼

본 연구에서는 음식물류 폐기물 당화액을 발효산업의 탄소원 및 에너지원으로 이용하여 차세대 청정에너지인 바이오에탄올을 회수하고, 공정에서 발생되는 발효잔액 및 당화 잔류물에 대해서는 적정처리 방법을 모색하여, zero-emission이 실현될 수 있도록 하였다. 본 연구 기간 중 1차년도에는 섬유소 폐기물의 분해효소 생산 고도화 기술 및 잔류물의 메탄생산기술 개발, 2차년도에는 semi-continuous culture 기술의 개발 및 액상 잔류물의 재활용, 3차년도에는 scale-up 인자 평가 및 최적화 운전과 액?고상잔류물의 적

Abstract ▼

This study was aimed to recovery of ethanol, which was one of clean energy for next generation, using saccharification liquid produced by food wastes as carbon and energy sources in fermentation process, and to investigate the proper midterm or final treatment methods of the residues generated from fermentation and saccharification processes under the view-point of zero-emission. This research consisted of 3 phases as follows; the topic of 1st year was development of advanced technology of decomposing enzymes for roughage wastes and methane production process from the residues, that of 2nd year was evelopment of semi-continuous culture technology and recycling of the liquid- phase residue, and the last one was Evaluation of scale-up factors and optimization operation, and final disposal of liquid and solid-phase residues.

목차 Contents

중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ...1
목차 ...2
I. 연구계획 요약문 ...3
1. 국문요약문 ...3
II. 연구결과 요약문 ...4
1. 국문요약문 ...4
2. 영문요약문 ...5
III. 연구내용 및 결과 ...6
1. 연구개발과제의 개요 ...6
2. 국내외 기술개발 현황 ...9
3. 연구수행 내용 및 결과 ...15
4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ...68
5. 연구결과의 활용계획 ...70
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...71
7. 주관연구책임자 대표적 연구 실적 ...71
8. 참고문헌 ...71
9. 연구성과 ...73
10. 기타사항 ...77

표/그림 (64)

표 유기성 폐기물의 분류 및 최종 산물
표 본 연구의 대 목표와 세부 목표
표 국내 바이오에탄올 생산원료(2006년)
표 주요 국가별 바이오매스를 이용한 바이오 에너지 육성정책
표 음식물류폐기물의 발생 및 처리현황
표 음식물류폐기물의 특성
표 에너지 잠재량 추정식 (wet basis)
표 음식물류 폐기물 배출원에 따른 유기조성함량. (Total No. of data: 71)
표 음식물류 폐기물 배출원에 따른 수분 함량. (Total No. of data: 71)
표 음식물류 폐기물 배출원에 따른 추정 에너지 잠재량 (wet basis)
표 음식물류 폐기물 재활용 시설에 따른 에너지 잠재량 추정
표 음식물류 폐기물 재활용 시설과 배출 지역에 따른 바이오에탄올 잠재량의 비료.
표 Mandel's 배지와 Solka Floc 배지의 비교
표 100 mL 플라스크 수준의 Solka floc 배지에서 탄소원으로서 Solka floc 첨가에 의한 amylase와 FPase activities의 비교.
표 100 mL 플라스크 수준의 맨델 배지에 적용한 탄소원으로서 Solka floc 첨가에 의한 amylase와 FPase activities의 비교.
표 10 L jar 발효조에서 (M+1% SF) 배지에서의 효소활성. 배양 조건: 30℃, 200 rpm, 0.6 vvm.
표 맨델 배지에서 질소원으로서 B. alcalophilus에 의해 가수분해된 콩과 효소의 농도에 따른 FPase와 amylase의 활성 비교. P: Peptone, B: Soy Bean, Y: Yeast
표 10 L jar 발효조에서 질소원으로서 맨델 배지에서 B. alcalophilus 에 의해 가수분해된 펩톤 또는 효소에 의한 FPase와 amylase의 활성 변화. 성장 조건 (30℃, 200 rpm, 0.6 vvm).
표 환원당의 생산 속도와 소비 속도의 비교.
표 35℃에서 환원당의 생산 속도와 소비 속도의 비교.
표 운전시간에 따른 pH 변화.
표 메탄 발효에서 CODcr의 제거율.
표 운전 기간 동안 일일 바이오 가스 생산량 및 생산성.
표 SEM 분석용 세포고정 용액의 조성 (2% glutaraldehyde+2% paraformaldehyde in 0.05 M cacodylate buffer pH 7.2)
표 SEM으로 관찰한 Saccharomyces italicus KJ의 형태.
표 주류생산공장 근처에서 분리한 strain KJ의 성장에 미치는 탄소원의 영향.
표 에탄올생산용 배지에서 탄소원의 영향.
표 SFW 배지의 액체 배양에서 성장률 , 환원당 및 에탄올의 농도.
표 에탄올 생산 배양에서 산소의 영향 .
표 에탄올 생산 배양에서 온도의 영향 .
표 에탄올 생산에서 환원당 농도의 영향 .
표 에탄올 생산 배양에서 에탄올 농도의 영향 .
표 에탄올 생산 배양에서 pH의 영향 .
표 에탄올 생산을 위한 YM 배지와 SFW 배지의 비교.
표 에탄올 생산성 향상을 위한 40℃에서의 계속적인 계대배양 결과. (음식물류 폐기물의 기본 조성 C : N = 44.72 : 2.482)
표 온도에 따른 환원당의 생산율(30, 35, 40℃). (음식물류 폐기물의 기본 조성 C : N = 44.42 : 2.263)
표 당화 효소 농도에 따른 환원당 생산율 (온도 : 35℃).
표 당화 효소 농도에 따른 환원당 생산율 (온도 : 35℃).
표 증발 전의 에탄올 농도 (C(a)), 부피 (V(a)); 증발 후의 에탄올 농도 (C(b)), 부피(V(b)); 응축 후의 에탄올 농도 (C(c)), 부피 (V(c)); overflow의 양 (m), 시간 당 에탄올 증발량 (g/L-hr).
표 SSF공정에서 에탄올 저해를 억제하기 위한 연속식 감압증류압을 검토하기 위하여 10~145 g/L의 에탄올수용액을 감압조건 -400~-700 mmHg에서 감압증류실험 실시 (온도: 35℃, 냉각용매: 수돗물 (15℃)).
표 본 연구에서 사용한 fill and draw SSF 실험장치 . (①: decompression pump, ②: evaporator, ③: condensing system A: culture broth, B: evaporated ethanol).
표 음식물류 폐기물을 이용한 바이오에탄올 생산 흐름도.
표 gas chromatography의 에탄올 분석 조건
표 발효공정에서 염분의 첨가 따른 환원당의 초기 농도 및 잔류 농도, 에탄올 생산성.
표 염분 첨가에 따른 에탄올 수율
표 효소에 의한 에탄올 발효에서 염분 스트레스 .
표 부패기간에 따른 휘발성 지방산의 발생 양상 (n=2).
표 부패 기간에 따른 당 농도(n=2).
표 부패 기간에 따른 에탄올 생산 농도 및 수율 (n=2).
표 효모 고밀도 에탄올배양 시스템
표 초기 환원당 농도 100 g/L일 때 효모 고밀도배양에 의한 연속식 에탄올발효
표 초기 환원당 농도가 180 g/L일 때 효모 고밀도배양에 의한 연속식 에탄올발효
표 10 L 생물배양기에서 fill and draw방식을 이용한 동시당화발효 배양시스템
표 10 L 생물배양기에서 fill and draw 동시당화발효 시스템의 에탄올 배양
표 대형 생물반응기
표 발효전후의 환원당 및 글루코오스의 농도 변화
표 Scale-up된 회분식 에탄올 발효 시스템 (50 L)
표 10 L jar fermenter 에서 교반속도와 단위액량당 동력 관계.
표 발생원에 따른 음식물류 폐기물의 조성 및 표준시료 (StFW).
표 수소발효에서 serum bottle에 첨가량(ml)
표 각 배지에서 생산된 수소가스 . Distillation water media(S1), mineral media(S2), NH4+-N media(S3), and mineral + NH4+-N media(S4). (a)누적가스 생산량 , (b)수소농도, (c)수소 생산량, (d)누적 수소 생산량.
표 각 배지에서 생산된 VFA, 에탄올 , 가스와 수소의 발생 경향 . Distilled water media(S1), mineral media(S2), NH4+-N media(S3), and mineral + NH4+-N media(S4).
표 연구 내용의 당초 계획 및 달성 내용
표 본 과제 수행 중 발표 • 게재 논문 편수 및 인력양성 목표 및 달성치

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