초록 ▼

(1) 연구 (R&D) 부문
<제1핵심과제(바이오에탄올 기술 분야)>
고수율 복합 다당체 생산 및 목질바이오매스의 총체적 이용 기술 개발
목질바이오매스를 이용한 에너지 저감형 전처리 기술개발, 효소절감을 위한 효소 고정화 및 당화 증진 기술 개발, 에탄올생산 부산물의 고부가가치 이용을 목표로 연구함. 또한 제1핵심과제의 에탄올 생산 공정과 2핵심과제에서 개발되는 당화효소의 경제성을 요소기술 및 경제적 효과를 중심으로 분석하여 기술수준을 평가함. 산림 과학 분야에 BT/NT 통합 연구 기술을 도입하여 목질바이오매스

(1) 연구 (R&D) 부문
<제1핵심과제(바이오에탄올 기술 분야)>
고수율 복합 다당체 생산 및 목질바이오매스의 총체적 이용 기술 개발
목질바이오매스를 이용한 에너지 저감형 전처리 기술개발, 효소절감을 위한 효소 고정화 및 당화 증진 기술 개발, 에탄올생산 부산물의 고부가가치 이용을 목표로 연구함. 또한 제1핵심과제의 에탄올 생산 공정과 2핵심과제에서 개발되는 당화효소의 경제성을 요소기술 및 경제적 효과를 중심으로 분석하여 기술수준을 평가함. 산림 과학 분야에 BT/NT 통합 연구 기술을 도입하여 목질바이오매스 에너지 핵심기술(전처리, 당화효소, 당화기술) 전반에 걸친 연구역량 강화 및 인력양성을 위해 목질계 바이오에탄올과 관련된 다양한 연구 활동을 수행하여 다음과 같은 결과를 도출하였음.
◆ 고수율 다당체 생산을 위한 에너지 저감형 전처리 기술 개발
○ 국내 목질 바이오매스 성분 특성 및 다당체 획득 가능성 분석
○ 국내 목질 바이오매스에 대한 전처리 용매 적용성 및 암모니아 연속식 침출 공정 (ARP)의 최적공정 조건 도출
○ 산/알칼리 용매를 병용한 연속식 Percolation type 전처리(AAP) 적용에서 최대 수율을 위한 최적 공정조건 도출
○ 최적 전처리 시스템으로 전처리된 목질 바이오매스 산물의 상용효소에 의한 당 생산 특성
○ 에너지 순환 림에서 생산 가능한 다양한 목질 바이오매스(Hybrid popular, 백합나무 등)의 전처리 적용성 규명(당화특성 규명)
○ 최적 전처리 시스템으로 생성된 잔존 목질 바이오매스 산물의 목질 바이오매스 산물(다당체)의 사업단 개발 효소에 의한 당화 특성
◆ 저비용 고효율 당화를 위한 목질바이오매스의 당화 기술 개발
○ 최적 전처리(산/알칼리 용매를 병용한 연속식 Percolation type)공정으로 처리된 목질 바이오매스 및 cellulose의 당화 수율을 증진시키는 최적 mediator 도출 및 최적 조건 확립(상용효소)
○ 사업단 개발 당화효소 반응기에 사용되는 최적 mediator 도출 및 최적 조건 확립(개발효소)
○ 효소사용 절감을 위한 최적담체
◆ 산림과학/BT 융합기술을 이용한 고역가 당화 효소원 개발과 상용효소에 대체 가능성 분석
○ 목재부후균을 이용한 고역가 목질바이오매스 당화 효소원 발굴과 당화 특성
○ 목재해충, 흰개미를 이용한 목질 바이오매스 당화 효소원 발굴과 당화 특성
◆ 전처리 분해 산물의 분리 및 화학제품 원료 이용 기술 개발
○ 에탄올 생산 부산물(리그닌)의 화학제품 원료 및 생리활성물질 기술 개발
백색부후 균에 의한 리그닌의 저분자화 및 생리활성 탐색
전처리 부산물(리그닌)의 특성 및 활용방안 연구
저분자 리그닌이 갖는 생려활성 평가 및 리그닌 대량 획득을 위한 효율적인 방법 탐색
○ 저분자화 리그닌을 인체 암 세포 주에 처리하여 분해 기간별 그들이 갖는 암 세포 주에 대한 증식 억제 효과 확인
○ 백색부후균 및 Column chromatography 기법을 이용한 리그닌 분해물의 분리
○ Column chromatography 기법을 이용하여 levulinic acid, 4-methoxybenz aldehyde 동의 물질 분리 정제 완료
○ 백색부후 균에 의해 저분자화 된 리그닌은 매우 소량임에도 불구하고 뛰어난 항암효과를 보임.
◆ 목질 계 바이오에탄올 생산을 위해 도출된 최적 전처리 공정, 고역가의 당화효소, 최적 mecliator등 적용된 공정에서 얻어진 산물로부터 최종 바이오 에탄올 생산성 파악 및 경제성 분석
<제2핵심과제〈바이오에탄올 기술 분야)>
BT/NT를 이용한 목질바이오매스용 고수율 당화 효소 및 에탄올 발효 기술 개발
목질바이오매스에 대해 분해능이 탁월한 미생물로부터 발굴된 효소에 대해 유전자진화기술 (BT)과 분자모델링(NT)을 이용하여 고활성 효소를 합성하고, 제1핵심과제에 제공하여 전처리된 물질에 적용하도록 하며, 5, 6탄 당에 대한 에탄올 발효 기술을 개발하였음. 연구결과 개요는 다음과 같음
◆ 고활성 인공 당화 효소 개발
○ Cellulase 활성이 우수한 균주 선발
○ Cellulose 분해에 관련된 새로운 유전자들의 클로닝
○ HTS system 개발 및 우수 효소 유전자 라이브러리 제작
○ 효모 등을 이용한 cellulase의 대량생산 기술개발
◆ Cellulase 유전자의 분자 진화 및 분자 모델링에 의한 특성 개량
○ 분자 진화 기술에 의한 기질 특이성 개량
○ 분자 모델링을 이용한 효소 개량
○ 개량 및 재조합 효소의 정제 및 특성 조사
◆ 고활성 cellulase 생산 최적화
○ 고활성 cellulase 생산조건 최적화
○ 개발된 cellulase에 의한 고수율 당화
◆ 목질 당 가수분해 산물로부터 고수율의 에탄올 발효 기술 개발
○ 목질 가수분해물익 성분이 에탄올 생산에 미치는 영향 조사
○ 에탄올 발효에 저해 당인 arabinose의 제거
○ 목질 가수 분해물에 의한 에탄올 생산
<제 3핵심과제(목질바이오매스를 활용한 소규모에너지 시스템 개발)>
◆ 목질에너지자원의 지속적 공급을 위한 수집?생산기술 개발 분야
○ 목질바이오매스 자원량 파악
○ 목질에너지자원의 적정 지역에너지 공동체 결정
○ 목질자원의 에너지 활용을 위한 생산 · 수집 및 시스템 개발
◆ 목질에너지자원의 연료화 기술 개발 분야
○ 연료용 목재 칩의 가공 기술 개발
○ 목질자원의 고밀도 펠릿연료화 기술개발
○ 고효율 복합재료 펠릿의 열량향상 기술개발
◆ 목질에너지자원의 소규모 열에너지 이용기술개발분야
○ 목질연료형태별 feeding 기술개발
○ 목질연료형태별 연소 및 배기가스 특성분석
○ 목질연료용 연소장치 개발
(2) 인력양성(교육) 부문
학제 간 공동연구와 연구인력 연수 등으로 산림과학 분야에서 타 분야와 융합학문의 특성을 갖는 목질계 에너지 분야의 연구역량이 강화되었고, 학부 및 대학원생의 학문영역확장에 매우 큰 도움이 되었음.
◆ 최종인력양성 목표
○ 목질바이오에너지 효소 및 에탄올 전문가 양성(목표치 12명): 석사 17명(석사과정 6 명), 박사 5명(박사과정 4명)
○ 바이오재료, 유통 및 경제 전문가 양성(목표치 7명): 석사 11명(석사과정 3명), 박사 2명(박사과정 1명)
○ 목재연료 및 열에너지 시스템 전문가(목표치 5명): 석사 8명(석사과정 4명), 박사 6명(박사과정 5명)

Abstract ▼

We developed the optimal pre-treatment process of woody biomass produced in Korean for ethanol production using continuous acid- and alkaline-percolation process. Using wood of Quercus acutissima, we reached the practical test yield in United States, 93% of saccharification yield and 89% of ferment

We developed the optimal pre-treatment process of woody biomass produced in Korean for ethanol production using continuous acid- and alkaline-percolation process. Using wood of Quercus acutissima, we reached the practical test yield in United States, 93% of saccharification yield and 89% of fermentation yield. Based on these lap-scaled results, the price of ethanol will be $3.10/gal ($0.82/L) when we calculate using a process analysis program (SuperPro Designer, Intelligen, Inc.) with 50 Mgal/year production scale. The ethanol from NREL in USA has a similar price. To prove this competitive price in a commercial scale, the scale-up study is essential within a short time. In the study of lignin, we showed anti -cancer effects of purified phenol derivatives which are the possible candidates for development of new anti-cancer drugs.
Using advanced leading biotechnology and nanotechnology, we developed a new recombinant cellulase which has a competitive enzyme activity with the current commercial cellulases. We also developed the 5-carbon sugar .fed-batch fermentation using Candida oleophila.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 4
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 13
• 목차 ... 14
• I. 총괄 ... 16
• 제1장 연구 사업단 개요 ... 17
• 제2장 연구 사업단 성과 ... 27
• II. 제1핵심과제 ; 고수율 복합 다당체 생산 및 목질바이오매스의 총체적 이용 기술 개발 ... 38
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 42
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 49
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 51
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 223
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 227
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 228
• 제7장 참고문헌 ... 231
• III. 제2핵심과제 ; 유전자진화기술과 효소접합기술을 이용한 고수율 당화 효소 및 에탄올 발효 기술 개발 ... 246
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 250
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 254
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 255
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 329
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 332
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 333
• 제7장 참고문헌 ... 335
• IV. 제3핵심과제 : 목질바이오매스를 활용한 소규모 에너지 이용시스템 개발 ... 340
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 343
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 350
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 352
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 473
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 475
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 476
• 제7장 참고문헌 ... 482
• IV. 부록 ... 488
• 부록1. 논문게재 및 발표 실적 ... 490
• 부록2. 학회발표 실적 ... 498
• 부록3. 특허출원?등록 실적 ... 507
• 끝페이지 ... 509