초록 ▼

□ 연구개요
▶ 최근 리그닌-셀룰로오스, 조류(algae), 축산슬러리 등과 같은 생물자원에서 바이오오일 생산을 위한 연구가 활발히 진행 되고 있으나, 여전히 바이오오일 전환효율 증대 및 고급화에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 마이크로파-초음파 복합기술을 활용하여 크래프트 리그닌의 급속 분해 및 고품질 바이오 오일을 생성하고자 한다. 과거에는 마이크로파와 초음파를 복합적용하기 힘들었으나, 최근 이들을 동시적용 반응장치들이 개발되어 이를 이용한 연구를 진행하였다.
▶ 따라서, 마이크로파-초음파 (MW-US) 복

□ 연구개요
▶ 최근 리그닌-셀룰로오스, 조류(algae), 축산슬러리 등과 같은 생물자원에서 바이오오일 생산을 위한 연구가 활발히 진행 되고 있으나, 여전히 바이오오일 전환효율 증대 및 고급화에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 마이크로파-초음파 복합기술을 활용하여 크래프트 리그닌의 급속 분해 및 고품질 바이오 오일을 생성하고자 한다. 과거에는 마이크로파와 초음파를 복합적용하기 힘들었으나, 최근 이들을 동시적용 반응장치들이 개발되어 이를 이용한 연구를 진행하였다.
▶ 따라서, 마이크로파-초음파 (MW-US) 복합 기술을 크래프트 리그닌 분해에 적용하는 것은 국•내외에서 새로운 시도이며 선도성 높은 연구성과가 도출될 것으로 보였으며, 이를 위하여 1) 마이크로파-초음파(MW-US)복합 기술 및 초음파 흡수반응체를 이용한 크래프트 리그닌의 효율적인 급속분해 기술 개발, 2) 상기기술을 활용하여 크래프트 리그닌 바이오오일 회수율 증대 및 반응 잔여물 억제, 선택적 공극 (selective pore)에 금속이 담지된 촉매와 MW-US복합기술을 통하여 고품질 바이오 연료 생산을 목표로 하여 본 연구를 진행하였다.

□ 연구 목표대비연구결과
< 연구 정성목표 달성 결과 >
: 마이크로파-초음파(MW-US)복합 기술 및 초음파 흡수반응체를 이용한 크래프트 리그닌의 효율적인 급속분해 기술 개발 ⇒ 반응시스템 설계 및 설치 완료
: 개발 기술을 활용하여 크래프트 리그닌 바이오오일 회수율 증대 및 반응 잔여물 억제 ⇒운용조건 도출(회수율 증대)과 ⇒바이오오일 특성/성분분석을 통한 회수율 증대 및 반응 잔여물 억제 최적 조건 파악하였음.
: 촉매 적용 및 MW-US복합기술을 통하여 고품질 바이오 연료 생산 ⇒촉매(탄소나노 튜브;CNT 등을 흡수체 등으로 활용)를 적용하여 최적 운영조건 및 고품질 성분 (guaiacol, phenolic성분 등) 도출 하였음. ⇒ 실제 공정폐기물로의 리그닌의 MW-US복합기술적용. ⇒개발공정의 기술·경제성 분석 완료.

< 정량 목표 결과 (달성도 100%) >
: 국외논문게재 5건(연차별: 1+2+2) 목표는 연구기간(2019.3~2022.02) 중 국외우수 논문(SCI논문) 6건 게재하여 달성함.
: 특허출원 및 등록 목표(출원2건, 등록1건)는 출원완료 2건(10-2020-0010928출원, 10-2021-0010523출원) 및 등록 1건(특허 제10-2320837호; 2021.10.27.; 리그닌 해중합 촉매 및 이를 이용하는 리그닌유래 바이오 오일의 제조방법)하여 달성함
: 인력양성(석사2, 박사1) 목표는 참여학생중 석사2명 및 박사1명이 연구기간 중 학위를 취득하였으며, 특히 박사졸업생은 현재 박사후연구원으로 유사분야 연구를 본 연구팀에서 지속적으로 수행중에 있음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ 단순 폐기물로 주로 처리되던 크래프트 리그닌을을 급속분해하고, 단량체(페놀 등) 함유량이 높은 고품질 바이오연료로의 전환 기술을 도출하였다.
○ 마이크로파-초음파 복합반응기는 고온고압의 아임계조건(100~275℃ , ~20Mp)의 반응조건에서 국내 장비 및 개발이 어려웠으나, 본 과제를 통하여 MW-US복합장비 제조 및 최적조건을 도출함으로서 보다 빠르고(급속) 고품질 바이오오일 생산기술을 향후 적용할 수 있게 되었다.
○ 새로이 개발 및 최적화된 MW-US복합적용(동시적용 가능)기술은 리그닌의 바이오오일 전환 뿐만 아니라 폐 배터리 내 유가금속(리튬, 코발트 등)추출에 있어도 효과적일 것으로 판단되며, 이는 해당 분야에서 고효율이 기대되는 신공법으로 도입이 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 2. 연구의 필요성 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 1) Procurement and Setting up of the Microwave-Ultrasonic (MW-US) Reactor ... 11
• 2) Specification Microwave Ultrasound High-Pressure Reactor (MUHiPR-M1000U1000V200) ... 11
• 3) Kraft Lignin Depolymerization Experiment ... 11
• 4) Bio-oil Analysis (반응생성물 분석방법) ... 12
• 5) Characterization of depolymerization products (분해, 분리 생성물의 특성) ... 13
• 6) 실제 공정폐기물로의 리그닌의 MW-US복합기술적용. ... 15
• 7) 개발공정의 기술·경제성 분석 ... 16
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 35