초록 ▼

1. 목질계 바이오매스 중 리그닌은 다량의 방량족 단량체들의 탄소-탄소 혹은 탄소-산소 결합을 통해 중합된 고분자 물질이며, 현재 바이오리파이너리 공정에서 저가형 연료로 사용되고 있음.
2. 본 연구에서는 고상의 리그닌을 분해하여 액상의 고부가가치 화합물인 방향족 단량체를 생산하는 기술개발을 목적으로 하고 있으며, 적절한 촉매 선택과 촉매 개발, 그리고 개발된 촉매의 특성과 분해반응간의 상관관계를 도출하여 리그닌 전환촉매의 기초기반기술의 진보를 목표로 함.
3. 리그닌내부의 탄소-산소 결합의 적절한 해리는 리그닌 중합체로

1. 목질계 바이오매스 중 리그닌은 다량의 방량족 단량체들의 탄소-탄소 혹은 탄소-산소 결합을 통해 중합된 고분자 물질이며, 현재 바이오리파이너리 공정에서 저가형 연료로 사용되고 있음.
2. 본 연구에서는 고상의 리그닌을 분해하여 액상의 고부가가치 화합물인 방향족 단량체를 생산하는 기술개발을 목적으로 하고 있으며, 적절한 촉매 선택과 촉매 개발, 그리고 개발된 촉매의 특성과 분해반응간의 상관관계를 도출하여 리그닌 전환촉매의 기초기반기술의 진보를 목표로 함.
3. 리그닌내부의 탄소-산소 결합의 적절한 해리는 리그닌 중합체로부터 바이오오일을 얻을 수 있는 중요한 방법 중 하나이며, 본 연구에서는 리그닌 특성을 잘 나타내는 몇 가지 모델화합물로부터 촉매반응을 통한 리그닌 분해 전략을 세우고 실제 리그닌 분해 공정으로의 응용을 목표로 함.
4. 본 연구에서 리그닌 분해 전략촉매로 산촉매, 귀금속 촉매, 그리고 상기 활성점들을 고분산 할 수 있는 촉매 지지체 연구를 중점적으로 수행하였으며, 활성점과 지지체 조절연구를 통해 리그닌 분해 효율을 극대화 하였음.
5. 최종적으로 상기에서 개발된 촉매를 이용하여 실제 리그닌 올리고머 분해반응에서의 분해 능력을 평가 하였으며, 비교군 으로는 상용촉매공정에서 사용되는 귀금속 촉매와의 비교를 통해 그 분해효율을 확인하였음. 또한 타 세부과제와의 협력 적 연구를 위해 분해된 리그닌 오일의 화학적 전환을 위한 연구팀에게 제공하여 연계 연구를 통한 바이오 연료의 생산 가능성을 확인하였음.
(출처: 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅱ. The purpose and need for research and development
Biomass has attracted much attention as a renewable energy resource due to its independence from global warming. In particular, lignin in the lignocellulose is one of the most promising bioenergy source, because lignin is not only easily availa

Ⅱ. The purpose and need for research and development
Biomass has attracted much attention as a renewable energy resource due to its independence from global warming. In particular, lignin in the lignocellulose is one of the most promising bioenergy source, because lignin is not only easily available from various woods o n earth but also free from the food problem. Pyrolysis have been widely investigated as a major method for the decomposition of lignin to fuel. However, fuel obtained by the pyrolysis method can not be of great value in the sense that it has plentiful impurities such as oxygen-containing compound and tar. To overcome these drawbacks, a biochemical process for the decomposition of lignin to fuel is being considered. Therefore, the objective of this research is to develop a new catalytic reaction process for the decomposition of lignin oligomers obtained by the biological depolymerization from lignin to their monomers or dimers using a hybrid catalytic system combined acid catalysts with ionic liquids as co-catalysts and solvents.

Ⅲ. Contents and scope of research and development
In this work, lignin oligomers obtained by the biological depolymerization from lignin are decomposed to their monomers or dimers by the catalytic reaction at relatively low temperature and low pressure. Lignin oligomers are insoluble compounds due to their plentiful phenol groups, and thus, we will develop strong polarized ionic liquids as a solvent that can fully dissolve lignin oligomers. We will also design and propose the suitable ionic liquids as base co-catalysts by changing their salts, cations, and anions, because base catalysts are necessary for the depolymerization of oligomer compounds. Partially depolymerized lignin oligomers are subsequently decomposed to their monomers or dimers using solid acid catalysts such as heteropolyacids and/or supported metal catalysts that can selectively break the C-O bonding in the lignin oligomers. In order to maximize catalytic activity of nano catalysts and control side reactions, we will employ the various supports and find a new immobilization technology. Finally, we will develop a new hybrid nano catalytic system combined acid catalysts with ionic liquids as co-catalysts and solvents in the decomposition of lignin oligomers to their monomers or dimers. Catalytic reaction kinetics and mechanism will be investigated over an optimized catalyst. Researches on the recovery of catalysts, the long-term catalytic activity test, and the catalyst deactivation will also performed to commercialize the catalytic reaction process. A bench-scaled reactor for the effective decomposition of lignin oligomers to their monomers or dimers will be designed and employed.

Ⅴ. Expected contribution
• Reduction of greenhouse gases
• Renewable energy without exhausting its source
• Originality for development of catalyst and catalytic process
• Strengthening of competitiveness for industrial technology development
• Establishment of infrastructure for integrated new green chemical process
• Training experts in the emerging green chemical process
(출처: Summary 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 9
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제1절 신재생에너지로서의 바이오매스 에너지 ... 10
• 제2절 리그닌의 구조적 특징과 분해 전략 ... 10
• 제3절 리그닌 분해를 위한 촉매 선정 ... 11
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 제1절 기존의 리그닌 분해 기술 ... 15
• 제2절 촉매를 이용한 연속 단계 리그닌 분해 공정 ... 16
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17
• 제1절 반응 장치 및 반응조건 ... 17
• 제2절 헤테로폴리산 촉매를 이용한 리그닌 모델 화합물 분해 ... 18
• 제3절 이원기능(bifunctional)촉매를 이용한 리그닌 모델 화합물 ... 25
• 제4절 이종금속 (bimetallic) 촉매이용한 리그닌 모델 화합물 분해 ... 54
• 제5절 이종금속 (bimetallic) 촉매이용한 리그닌 올리고머 분해 ... 69
• 제6절 연구개발성과 ... 73
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 85
• 제1절 목표달성도 ... 85
• 제2절 관련분야 기여도 ... 88
• 제5장 연구개발성과의 활용계획 ... 90
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 91
• 제1절 이원기능(bifunctional) 촉매를 이용한 리그닌의 분해 방법 ... 91
• 제2절 전이금속 기반촉매를 이용한 리그닌 모델화합물 탈중합 반응 ... 93
• 제7장 참고문헌 ... 96
• 끝페이지 ... 98