초록 ▼

연구개요
본 과제는 휘발성 유기산 (Volatile fatty acids, VFAs)의 C_2-5 바이오 알코올 전환 기술개발을 목표로 함. 본 기술을 토대로 바이오 알코올 생산원료를 가수분해 할 수 있는 유기성 폐기물 전 범위로 확대하고, 유기성 폐기물로부터 고부가 가치 물질인 바이오 알코올을 생산하여 폐기물 에너지화 연구의 새로운 방향을 제시하고자 함.

연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종 목표는 “바이오리파이너리 기반 유기성 폐기물 고부가가치화”임. 즉, 유기성 폐기물의 산 발효 생성

연구개요
본 과제는 휘발성 유기산 (Volatile fatty acids, VFAs)의 C_2-5 바이오 알코올 전환 기술개발을 목표로 함. 본 기술을 토대로 바이오 알코올 생산원료를 가수분해 할 수 있는 유기성 폐기물 전 범위로 확대하고, 유기성 폐기물로부터 고부가 가치 물질인 바이오 알코올을 생산하여 폐기물 에너지화 연구의 새로운 방향을 제시하고자 함.

연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종 목표는 “바이오리파이너리 기반 유기성 폐기물 고부가가치화”임. 즉, 유기성 폐기물의 산 발효 생성물인 VFAs 을 바이오 알코올로 전환하는 기술개발과 공정 최적화를 본 연구를 통해 이루고자 하였음.
■ 세부목표 1: VFAs 활용 바이오 알코올 전환공정 최적화
바이오 알코올 전환에 유효한 촉매(구리 및 칼슘 촉매)를 선정하였으며 구리 및 칼슘촉매의 단일/복합조성 유기산의 알코올 전환 가능성을 확인하였음. 또한, 바이오 알코올 전환을 위한 최적 반응 조건(촉매: 5 wt.% Cu/SiO₂, 10 wt.% CaO/C, 반응 온도: 구리촉매 (400 ℃), 칼슘촉매 (410 ℃), MeOH/VFAs 비율: 20)을 선정함.
■ 세부목표 2: 바이오 알코올 합성을 위한 반응기작 규명
선정된 구리 및 칼슘촉매의 특성분석을 진행하였으며 알코올 합성 반응의 메커니즘 규명을 위해 부가 생성물에 대한 조사를 진행함. 그 결과, 부티르 산 메틸에스테르가 수소 첨가에 의한 반응에 의해 부탄올로 전환되는 것을 확인하였으며 이 반응이 매우 빠른 시간 안에 기존 아세톤-부탄올-에탄올 발효 반응보다 높은 수율로 부탄올을 얻을 수 있는 것을 확인하였음.
■ 세부목표 3: 다공성 물질기반 촉매 재이용 및 재생 특성 검토
반응에 사용된 촉매의 처리 없이 재사용 및 재생처리 후 재사용 시 알코올 전환 수율을 평가하였고 반응 과정에서의 촉매 특성 변화를 관측하였음. 이를 통해 촉매의 재사용 가능성을 확인하였음.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
(학문적 측면) 본 연구 결과는 유기성 폐기물을 알코올 전환의 원료로 사용한다는 점에서 폐기물 처리를 위한 새로운 패러다임을 제시할 수 있음.
(환경적 측면) 본 연구 과제를 통해 개발될 휘발성 유기산 유래 바이오 알코올 전환 원천기술은 현재 유기성 폐기물 처리를 위해 보편적으로 사용되고 있는 혐기성 소화시설을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있음. 또한, 메탄 생성을 위해 조절하고 있는 산 발효 설비 효율의 잠재력을 극대화하여, 유기성 폐기물 처리량 및 효율을 증대시킬 수 있을 것으로 예상됨.
(기술적 측면) 본 기술은 바이오 알코올 생산뿐만 아니라 다양한 유기물의 유도체화에 적용함으로써 범용성을 확장 시킬 수 있는 기술임. 따라서, 해당 기술의 개발 및 고도화는 연쇄적인 기술개발로 확장될 수 있음.
(경제적 측면) 본 기술은 수송용 대체 연료 개발 기술이기 때문에 바이오 에탄올과 더불어 석유계 수송용 연료 대체율을 향상할 수 있음. 또한, 기존 바이오 알코올 산업에서 주도적인 역할을 하는 다국적 화학회사에 대응할 수 있는 기술을 개발함에 따라 바이오 알코올 관련 신산업 육성 가능성을 제공할 수 있음.
(제도, 정책 활용 측면) 기존 국제적 기후변화 협약에 대응하기 위한 국내 및 국제적 대책 및 정책 수립에 과학적 근거를 제공할 수 있음. 석유계 수송용 연료 대체품으로써 폐기물 기반의 바이오 알코올 사용의 토대를 마련할 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 ... 4
• 2) 연구 필요성 ... 4
• 3) 최종 연구목표 ... 4
• 4) 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 17
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 39