초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 국내외 다양한 바이오매스들의 성분조성 분석을 통하여 활용 가능성이 높은 자원들을 선정하였음. 산과 알칼리 용매를 사용하여 다양한 화학적 전처리를 수행하였고, 처리하는 바이오매스에 적합한 방법과 조건들을 최적화 시켰음. 그동안 축적된 노하우들은 2단 복합 전처리 공정과 CTSR 연속전처리 공정과 같이 더욱 복잡하고 발전된 공정을 도출하는 기틀이 되었음. 통계 분석 방법을 도입하여 변수들의 영향 인자를 파악 하였고, 전 범위 공정에서 mass balance를 계산하여 경제성 평가의 초석을 마련함. 생물학적

Ⅳ. 연구개발결과
1. 국내외 다양한 바이오매스들의 성분조성 분석을 통하여 활용 가능성이 높은 자원들을 선정하였음. 산과 알칼리 용매를 사용하여 다양한 화학적 전처리를 수행하였고, 처리하는 바이오매스에 적합한 방법과 조건들을 최적화 시켰음. 그동안 축적된 노하우들은 2단 복합 전처리 공정과 CTSR 연속전처리 공정과 같이 더욱 복잡하고 발전된 공정을 도출하는 기틀이 되었음. 통계 분석 방법을 도입하여 변수들의 영향 인자를 파악 하였고, 전 범위 공정에서 mass balance를 계산하여 경제성 평가의 초석을 마련함. 생물학적 전처리를 위하여 리그닌과 헤미셀룰로오스를 분해하는 효소들을 탐색하였으며, 형질전환체에 특정 효소 분비를 유도하여 대량 생산 가능성을 마련함. 아직은 연구단계에 머물고 있지만 화학 전처리와 비슷한 리그닌 제거율 보이는 등 앞으로의 가능성은 충분함.
2. 고활성 당화균주를 확보하기 위해 지난 5년간 수백 점의 균주를 분리하였고, 수천 점의 효소 활성을 평가하였음. 이 과정에서 여러 점의 신규 미생물 자원을 발굴하였고, 핵심 유전자 75점을 Genebank에 등록하였음. 본 과제의 핵심 목표 중 하나는 산업 효소와 비슷한 활성을 나타내는 고활성 균주 발굴인데, 최종 선별하고 개량한 균주인 P. oxalicum KL1-24에서 생산된 섬유소분해효소를 시판중인 산업효소들과 비교 평가한 결과 가장 널리 사용되는 Celluclast 1.5L보다 우수한 당화율을 보였음.
3. 전처리 후 발생되는 저해인자를 손쉽게 제거하는 방법으로 용매의 분배계수를 활용하는 방법을 고안하였음. 특히 furfural은 더 수월하게 ethyl acetate에 회수되며, 분리된 furfural은 building block으로서 활용이 가능함. 바이오매스의 광 발광 분석 방법은 간편하고 신속하게 바이오매스 내 xylan 함량과 전처리의 효과를 직접적으로 확인할 수 있어 앞으로의 활용이 기대됨.
4. (주) 창해에탄올 연구소는 2세대 바이오매스로부터 바이오에탄올을 연속적으로 생산하는 통합공정 구축을 목표로 하여 이를 전략적으로 달성하기 위해 많은 문헌조사와 현장 답사를 하였으며, 지난 5년 동안 공정 모듈별로 각 장치를 설계 및 제작하여 시운전 등 통합공정을 완성하였음. 시운전을 통해 아직 미흡한 부분을 지속적으로 개선하였으며, 현재 규모에서 하루에 24 kg의 바이오매스를 전처리하여 3.98 kg의 바이오에탄올을 생산이 가능함. 고가의 효소 가격, 바이오매스 원료 생산 및 운반, 상용화급 공정 Test 등 아직 해결해야할 과제들이 남아 있지만, 2세대 바이오매스로부터 바이오에탄올 생산 상업화에 한걸음 더 다가간 것으로 판단됨.
5. 지금까지 축적된 자료들을 총망라하여 SuperPro Designer로부터 50 M gal. 급 상용화 규모에탄올 생산 공정의 생산 비용을 모사함. 창해 Extrusion 반응을 통한 전처리 공정을 기준으로 전 공정을 평가하였으며, 최종 에탄올 생산 가능 가격은 $ 2.67/gal 으로 평가되었음. 이러한 예측은 2011년 NREL의 약산공정을 기준으로 평가된 $ 2.36/gal 보다는 낮은 수준으로 확인되나 평가 과정에서 예측되는 요소인자를 고려할 경우, 실질적으로 scale-up할 때 필요한 고려 사항을 효과적으로 구축할 수 있음.

Abstract ▼

The production of cellulosic ethanol consists of unit processes: (1) pretreatment involving the removal of lignin and disruption of the crystalline structures of cellulose, (2) saccharification for the conversion of cellulose and xylose into fermentable sugars, (3) fermentation for combining ferment

The production of cellulosic ethanol consists of unit processes: (1) pretreatment involving the removal of lignin and disruption of the crystalline structures of cellulose, (2) saccharification for the conversion of cellulose and xylose into fermentable sugars, (3) fermentation for combining fermentable sugars into ethanol. Of the three unit processes, pretreatment is the most costly step in terms of both the capital and operating costs and thus would have the greatest influence on the selling price of ethanol. Therefore, We have to evaluate the efficient pretreatment process for overall bio-ethanol production. Liberation of fermentable sugars from biomass is among the greatest technical and economical obstacles for cellulosic ethanol production. Here we conduct to develop a pretreatment process using aqueous ammonia and dilute sulfuric acid in the percolation mode to improve production of fermentable sugars from cellulosic biomass. Aqueous ammonia is used to remove lignin selectively, and dilute acid is used to remove most of hemicellulose, partially disrupts the crystalline structure of cellulose, and thus, enhances digestibility of cellulose in the remaining solids. Under the optimal pretreatment conditions, the overall sugar conversions of into glucose and xylose reached high values with low generation of byproducts. The process developed by this project, could be introduce the characteristics for cellulosic biomass to bio-ethanol production. Pretreatment process could be not only set the sugar platform up, but open the biorefinery industry successively.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 7
• 목차 ... 8
• 제 1장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1절 연구개발의 목적과 필요성 ... 9
• 2절 연구 개발의 범위 ... 14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 1절 기술개발 및 특허 동향 ... 17
• 2절 국외 기술개발 동향 ... 22
• 3절 국내 기술개발 동향 ... 27
• 제 3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 29
• 1절 연구의 추진체계 및 세부 과제별 목표 ... 29
• 2절 바이오매스의 전처리 기술 개발 ... 32
• 3절 바이오매스의 당화 기술 개발 ... 136
• 4절 바이오매스의 종류와 특성에 따른 복합처리 공정 개발 ... 235
• 5절 바이오에탄올 대량 생산을 위한 통합공정 구축 ... 253
• 6절 컴퓨터 소프트웨어를 활용한 공정모사와 경제성 평가 ... 358
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 371
• 1절 연차별 연구개발목표의 달성도 ... 371
• 2절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 381
• 제 5 장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 383
• 1절 연구개발결과의 성과 및 활용목표 대비 실적 ... 383
• 2절 연구개발 성과 현황 ... 384
• 3절 연구개발 성과활용 계획 ... 402
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 410
• 1절 국제 동향 ... 410
• 2절 바이오에탄올 생산 기술 및 plant 보유 회사 ... 411
• 제 7 장 연구시설·장비 현황 ... 427
• 제 8 장 참고문헌 ... 428
• 끝페이지 ... 432