초록 ▼

- 유기용매 (ethanol) 및 중성용매 (dioxasolv, ϒ-valerolactone)를 이용하여 바이오매스 내의 리그닌을 선택적으로 추출함
• 초본계 바이오매스 4종에 대하여 ethanol organosolv 분별공정을 적용하였으며, 리그닌 추출에 적합한 바이오매스로 왕겨를 선정하여 공정최적화를 수행함
• 공정운전변수에 따른 리그닌 추출 경향 및 탄수화물 (또는 당류)의 거동을 파악하였으며, 추출된 리그닌의 수율, 순도, 및 화학적 구조 밝힘
• 소나무와 신갈나무로부터 dioxasolv, ϒ-valerola

- 유기용매 (ethanol) 및 중성용매 (dioxasolv, ϒ-valerolactone)를 이용하여 바이오매스 내의 리그닌을 선택적으로 추출함
• 초본계 바이오매스 4종에 대하여 ethanol organosolv 분별공정을 적용하였으며, 리그닌 추출에 적합한 바이오매스로 왕겨를 선정하여 공정최적화를 수행함
• 공정운전변수에 따른 리그닌 추출 경향 및 탄수화물 (또는 당류)의 거동을 파악하였으며, 추출된 리그닌의 수율, 순도, 및 화학적 구조 밝힘
• 소나무와 신갈나무로부터 dioxasolv, ϒ-valerolactone의 중성용매를 이용하여 β-O-4 ether 결합이 보존된 리그닌을 추출하였으며, 추출된 리그닌의 화학적 구조적 특성을 규명함
- 친환경용매인 (deep eutectic solvent, DES)를 이용하여 바이오매스 내의 리그닌을 선택적으로 추출함
• 천연 리그닌 추출에 적합한 친환경 용매를 선택하고 반응 조건을 최적화 하였으며, β-O-4 ether 결합이 보존된 천연 형태의 리그닌을 추출함
• 추출한 천연 리그닌의 물성과 화학적 구조를 분석하였으며, 높은 순도와 균일한 품질을 가진 천연 리그닌을 생산함
• 천연 리그닌을 자외선 차단제로 활용하기 위하여 자외선 차단능을 분석함
- 리그닌 분해 효소를 10 종이상 발현 탐색을 진행함. 리그닌 분해 미생물 (백색부후곰팡이) 유래 genome에 위치하는 lignin peroxidase 전체에 대하여 최초로 재조합 효소를 만들고 두가지 기질 (veratryl alcohol, guaiacol)에 대하여 반응동력학적 분석을 수행하였음. 이를 통하여 알려지지 않았던 신규 특성의 효소를 확보할 수 있었음.
- 리그닌 분해효소와 전자수용체(과산화수소) 생산을 광촉매/전기화학촉매와 상호 융합시켜 리그닌 분해 및 새로운 종류의 고분자를 합성하는 연구를 성공적으로 진행하였으며, 이러한 나노광촉매와 효소 촉매와의 융합적 접근은 최초로 시도된 사례로 Nature communications와 ACS Catalysis에 연구결과를 게재하였음
- 분해된 리그닌 유래 단량체를 이용하여 미생물 생장 억제제로 전환하고 이를 화장품에 성공적으로 적용하는 연구를 성공하였음.
- 크래프트 리그닌의 열분해를 수행하고, 반응 조건 최적화 및 촉매 최적화를 통해 오일 수율 33.93%를 달성. 크래프트 리그닌의 열분해 오일의 수첨탈산소 반응을 수행하고, 촉매 최적화, 반응 조건 최적화, 신규 반응 방법 도입 등을 수행함. 이를 통해 수첨탈산소 수율 75%, O/C비 = 0.002 (mol/mol), H/C비 = 1.89 (mol/mol)을 달성함. 리그닌 열분해 오일 수율을 높이고, 외부 용매 사용 등을 줄이고 최적 업그레이딩 공정 기술을 개발할 필요가 있음.
• Intact 리그닌 전환용 신규 Ni-Al/AC 촉매설계 및 촉매공정 개발
- Oakwood에서 23.4C%의 방향족 단량체가 포함된 리그닌 오일을 제조함.
- 리그닌 유래 오일에 포함된 방향족 단량체 중 식품첨가제, 항수, 아로마 등으로 활용될 수 있는 4-n-propenyl-guaiacol, 4-n-propenyl-syringol, 4-n-propyl- guaiacol, 4-n-propyl- syringol 수율향상 기술을 개발함.
• Intact 리그닌 전환용 신규 Pd/CN_x 촉매설계 및 촉매공정 개발
- Birchwood 리그닌 유래 방향족 단량체 수율 52.7C%를 달성함
- 향수 및 아로마 화합물을 활용될 수 있는 4-n-propyl guaiacol, 4-n-propanol guaiacol, 4-n-propyl syringol, 4-n-propenyl syringol, 4-n-propanol syringol 화합물의 수율을 46.5C%까지 최적화함
• Ga-doped Cu/HNZY 촉매를 신규로 개발하여 cinnamaldehyde로부터 의약품 중간체인 indene을 합성함.
• 리그닌 유래 단량체의 고부가가치화를 위한 전기화학적 전환공정 개발
- Kolbe electrolysis를 이용하여 caproic acid로부터 연료 및 유기합성 중간체인 decane을 합성하였고, current efficiency 82%를 달성함.
- 전기화학공정에 적용가능한 NiMoO₄/BNC 촉매전극을 개발하였고, Tafel slope 170 mV dec^-1 달성

(출처 : 요약서 3p)

Abstract ▼

10 different lignin degrading enzymes were expressed as recombinant protein and screened to search for the best one. All the lignin peroxidases located on the genome derived from lignin-degrading microorganisms (white fungus) were firstly synthesized and the reaction kinetics of two substrates (vera

10 different lignin degrading enzymes were expressed as recombinant protein and screened to search for the best one. All the lignin peroxidases located on the genome derived from lignin-degrading microorganisms (white fungus) were firstly synthesized and the reaction kinetics of two substrates (veratryl alcohol, guaiacol) was performed. Through this, it was possible to secure an enzyme with unknown new characteristics. Based on these results, it was confirmed that over 90% of the lignin's b-O-4 bond groups were selectively decomposed to three or more useful products by actually degrading lignin selectively after methylation on -OH group of lignin. In order to quantify the degradation efficiency and investigate the precise decomposition mechanism, artificial lignin was synthesized by using lignin monomer, and this result was transferred to the industry involved lignin business.
We have successfully conducted fusion of lignin degrading enzyme and electron acceptor (hydrogen peroxide) with photocatalyst / electrochemical catalyst to synthesize lignin derived products and synthesize new kinds of polymers. An attempt was made to publish results in Nature communications and ACS Catalysis.
Using the decomposed lignin-derived monomers, success to convert them into microbial growth inhibitors and applying them to cosmetics successfully.

(출처 : SUMMARY 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• S U M M A R Y ... 8
• 목차 ... 10
• 제 1 장. 연구개발 과제의 개요 ... 11
• 제1절. 개요 ... 11
• 제2절. 연구개발 배경 ... 14
• 제3절. 연구개발의 필요성 ... 16
• 제 2 장. 국내외 기술개발 현황 ... 20
• 제1절. 국내 현황 ... 20
• 제2절. 국외 현황 ... 24
• 제 3 장. 연구개발수행 내용 및 결과 ... 32
• 1 절 유기용매 바이오매스 성분분별을 위한 공정변수 설정 ... 32
• 제2절. 컴퓨터 디자인된 P hanerochaete chrysosporium 유래 리그닌 과산화효소의 리그닌 해중합에 있어서의 산안정성 증대 ... 39
• 제3절. 리그닌의 효소 촉매 해중합에 관한 최초 입증 ... 63
• 제 4 절 리그닌 열분해 기술 개발 ... 95
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 112
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획 ... 114
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 117
• 끝페이지 ... 118