초록 ▼

연구의 목적 및 내용
(1) 직접 에탄올 생산공장 설계
- 에탄올 발효, 분리공정의 물질 및 에너지 수지식 모델링
- 개념설계를 통한 전체 공장의 기초설계
- 시뮬레이션을 통한 공정 통합 및 공장 상세설계

(2) 간접 에탄올 생산공장 설계
- 혼합 유기산 생산 혐기성소화, 혼합 유기산 분리, 수소화, 혼합알콜 분리공정의 물질 및 에너지 수지식 모델링
- 전체 공정의 기초설계, 공정통합 및 상세설계

(3) 해조류 바이오 리파이너리 설계
- 새로운 혼합알콜 분리공정 개발 및

연구의 목적 및 내용
(1) 직접 에탄올 생산공장 설계
- 에탄올 발효, 분리공정의 물질 및 에너지 수지식 모델링
- 개념설계를 통한 전체 공장의 기초설계
- 시뮬레이션을 통한 공정 통합 및 공장 상세설계

(2) 간접 에탄올 생산공장 설계
- 혼합 유기산 생산 혐기성소화, 혼합 유기산 분리, 수소화, 혼합알콜 분리공정의 물질 및 에너지 수지식 모델링
- 전체 공정의 기초설계, 공정통합 및 상세설계

(3) 해조류 바이오 리파이너리 설계
- 새로운 혼합알콜 분리공정 개발 및 평가
- 대량양식을 통한 해조류 바이오매스 원료 생산비용 예측
- 푸코잔틴 추출 및 열분해 공정 개념설계
- 전체 바이오리파이너리의 개념설계/기초설계 및 경제성 분석

연구결과
(1) 직접 에탄올 생산공장 설계
- 발효경로를 이용하여 해조류로부터 에탄올을 생산하는 공정 전체의 물질 및 에너지수지식 모델링 완료. 전체 공장의 기초·상세 설계 및 경제성 분석 완료
- 리그닌 성분이 없는 갈조류의 특성을 이용하여 고안한 단순 전처리(열수처리) 공정을 채택하면 최소 에탄올 판매가격(Minimum Ethanol Selling Price, MESP)이 $2.08/gal로 목질계보다 우수함을 입증

(2) 간접 에탄올 생산공장 설계
- 혐기성소화경로를 이용하여 해조류로부터 혼합알콜올을 생산하는 전체 공정의 물질 및 에너지 수지식 모델링 완료. 전체 공장의 기초·상세 설계 및 경제성 분석 완료
- 혼합유기산 분리공정의 경우 기존의 널리 알려진 추출/증류 조합이 새로운 분리공정으로 주목받고 있는 멤브레인(Pervaporation)-추출/증류 하이브리드 공정보다 MESP가 낮음을 확인함. (추출/증류-$1.24/gal; 하이브리드-$3.61/gal)

(3) 해조류 바이오 리파이너리 설계
- 간접 에탄올 생산공정에서 혼합알콜의 분리는 PV/증류 하이브리드 공정이 분자채/증류 또는 증기투과/증류 공정보다 경제적으로 뛰어남을 확인.($1.06/gal)
- 파일롯 규모의 해조류 대량양식 설비로부터 추정한 바이오매스 대량생산 원료 가격은 72,688 원/ton임(건량기준).
- 바이오리파이너리 경제성 분석 결과 총투자금액(total capital investment, TCI)은 231,034 백만원이었으며, 계산된 투자회수기간은 3.5년, 10년 공장운영 기준 투자 자본수익율은 35%로 나타났음.

연구결과의 활용계획
본 연구에서 설계한 거대 해조류기반 바이오알콜 생산공장 및 바이오리파이너리 설계는 전 세계적으로 최초로 시도되는 연구이므로, 학술적 가치가 매우 높고 후속연구의 많은 인용이 예상됨.
본 연구에서 설계한 공정은 후속 파일롯 규모의 실증사업이 성공적으로 진행될 경우 공정 라이선스화가 가능하며 결과적으로 경제적 기대효과를 예상할 수 있으므로 후속 실증연구에 대한 투자가 필요함

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
(1) Design of direct ethanol production
- Mass & energy balance modeling of fermentation and ethanol separation
- Basic design of the entire plant through conceptual design
- Process integration and detail plant design based on simulation

(2) Design of indirect et

Purpose&contents
(1) Design of direct ethanol production
- Mass & energy balance modeling of fermentation and ethanol separation
- Basic design of the entire plant through conceptual design
- Process integration and detail plant design based on simulation

(2) Design of indirect ethanol production
- Mass & energy balance modeling of mixed VFA acid production (anerobic digestion), VFA separation, hydrogenation of VFA, and separation of mixed alcohols
- Basic design, process integration, and detail design of the entire plant

(3) Design of macroalgae biorefinery
- Design and assessment of new mixed alcohols separation process
- Estimation of feedstock cost through mass cultivation of macroalgae
- Conceptual design of Fucoxanthin extraction and fast pyrolysis
- Conceptual design, basic design, and techno- economic analysis of biorefinery

Result
(1) design of direct ethanol production
- Mass & energy balance of macroalgae-to-ethanol process through fermentation route was modelled. Basic design, detail design, and techno-economic analysis of the entire plant were corrtpleted.
- Simple preprocessing (thermal hydrolysis) was devised due to lack of lignin in brown algae. The resulting MESP(Minimum Ethanol Selling Price) was $2.08/gal, which is superior to lignocellulosic biomass.

(2) Design of indirect ethanol production
- Mass & energy balance of macroalgae- to-mixed alcohol process through anerobic digestion route was modelled. Basicdesign, detail design, and techno- economic analysis of the entire plant were completed.
- Classical extraction/distillation was superior to Pervaporation (PV) - extraction /distillatitm hybrid. (extraction/distillation- $1.24/gal; hybrid - $3.61/gal)

(3) Design of macr oalgae biore finery
- In separation of mixed, alcohol PV /distillation was supenor to molecular sieve/distiUation and vapor penneation(VP)/distillation.(MESP= $1.06/gal)
- Estimated from pilot-scale mass cultivation system, macroalgal biomass feedstock costs 72,688 won/ton (dry basis).
- Techno- economic analysis of biore finery showed that total capital in ve stment (TCI) was 231,034 million won. Payback time and return on investment were 3.5 years and 35%, respectively.

Expected Contribution
Macroalgae based bio-alcohols production processes and the biorefinery designed in this project are the first attempt in literature. Therefore, its academic value is extremely high and it is expected to have a large number of citations.
After successful pilot scale demonstrations, it will be possible to file a patent regarding processes designed in this project and ultimately have economic outcomes.
Therefore, subsequent investment on pilot-scale demonstration is required.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 25 5. 연구결과의 활용계획 ... 26 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 27 7. 참고문헌 ... 27 8. 연구성과 ... 27 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 33 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 33 11. 기타사항 ... 33끝페이지 ... 33