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당 수율 향상을 위한 목질계 바이오매스의 파일럿 규모 초임계수 가수분해 공정 개선
정한섭,이형원,이재정,이수민 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0
전 세계적으로 화석자원 유래 물질들을 대체할 친환경 화합물 생산 연구들이 진행되는 가운데, 바이오매스 중 가장 풍부한 목질계 바이오매스를 보다 효율적으로 활용하고자 하는 노력이 지속되고 있다. 그 대표적인 예로 당 생산이 있다. 당는 단순한 공정으로도 목질계 바이오매스로부터 가장 많이 생산해낼 수 있는 산물로서 바이오연료 및 유용화합물 전환을 위해서 또는 그 자체로도 식품분야에 사용되는 중요한 기초물질이다. 현재 경제적으로 당 수율을 향상시키려는 연구는 국내외적으로 꾸준히 수행되고 있다. 기존에는 목질계 바이오매스의 난분해성 때문에 주로 전처리 후 효소 가수분해를 하는 복합 공정을 이용해 당을 생산해오고 있으나, 공정시간이 길고 무엇보다 효소 가격의 저감이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 보다 생산속도가 빠르고 공정 중 화합물 투입량이 적어 친환경적인 초임계수 가수분해를 이용하여 당을 생산하였으며, 파일럿 규모의 연속식 장치를 사용하였다.
정한섭,김호용,안세희,최인규,오세창,한규성,양인,Jeong, Han-Seob,Kim, Ho-Yong,Ahn, Sye-Hee,Choi, In-Gyu,Oh, Sei-Chang,Han, Gyu-Seong,Yang, In 한국자원리싸이클링학회 2009 資源 리싸이클링 Vol.18 No.5
두부비지를 이용한 친환경적인 목재방부제를 조제하고, 두부비지 가수분해에 사용하는 산의 농도 및 염의 구성에 따른 방부능의 영향을 조사하는 실험을 수행하였다. 두부비지 방부제는 $25^{\circ}C$에서 1시간 동안 0, 1%, 그리고 2% 황산에 의해 가수분해된 두부비지와 염화구리 또는/그리고 붕산나트륨으로 조제되었고, 목재시편 내에 감가압법으로 주입하여 주입된 시편을 $70^{\circ}C$ 열수에서 72시간 동안의 용탈실험을 거친 후, 갈색부후균 Trametes palustris 및 백색부후균 Tyromyces versicolor에 대한 내후성을 조사하였다. 실험결과 두부비지를 가수분해한 산의 농도가 높아짐에 따라 방부제의 주입능과 내후성이 증가하였고, 용탈성은 감소하였다. 두부비지산 가수분해물/구리염 또는 두부비지 산 가수분해물/구리염/붕소염으로 처리된 목재시편은 T. palustris 및 T. versicolor에 대한 우수한 방부효능을 보였으나, 두부비지 산 가수분해물/붕소염 또는 두부비지가 포함되지 않은 방부제로 처리된 목재시편은 T. palustris에 의한 부후가 관찰되었다. 상기 결과를 토대로 1% 황산에 의해 가수분해한 두부비지, 염화구리 그리고 붕산나트륨으로 조제한 목재방부제가 두부비지를 이용한 목재방부제 조제의 최적 조건으로 평가되었다. This research was carried out to formulate environmentally friendly wood preservatives with okara and to investigate the effects of the acid concentration used for the hydrolysis of okara and salt type on the decay resistance of the preservatives. Okara-based preservatives were formulated with okara hydrolyzates, which were prepared with 0, 1%, and 2% sulfuric acid at $25^{\circ}C$ for 1 hr, and salts such as copper chloride and/or sodium borate. The preservatives were treated into wood blocks by vacuum-pressure method, and then the treated wood blocks were leached in $70^{\circ}C$ hot water for 72 hrs. The fungal treatments of the leached wood blocks were conducted by brown-rot fungus, Tyromyces palustris, and white-rot fungus, Trametes versicolor, to examine the decay resistance of the preservatives. As the acid concentration used for hydrolysis of okara increased, the treat-ability and decay resistance of the preservatives were improved, which the leachability was decreased. Wood blocks treated with the okara/copper or okara/copper/borax, showed very good decay resistance against T. palustris and T. versicolor. However, wood blocks treated with the okara/borax and okara-free preservative solutions, were observed the fungal decay by T. palustris. The optimal conditions for the preparation of okara-based wood preservatives were formulated with okara hydrolyzed with 1% sulfuric acid, copper chloride and borax.
< 구두-C-10 > 목질계 바이오매스 초임계수 당화 산물 내 잔존하는 당 및 리그닌 분해산물 처리 연구
정한섭,이재정,이형원,서혜인,유원재,채광석,이수민 한국목재공학회 2018 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.1
목질계 바이오매스의 열화학적 가수분해 시, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스로부터 유래된 다량의 당(단당 또는 올리고당)들이 액상 내로 유리되어 나온다. 이 과정 중 가수분해 조건에 따라 당 뿐만 아니라 당의 과반응으로 생성된 당 분해산물(퓨란계 화합물(푸르푸랄(furfural), 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF)), 유기산(레불린산(levulinic acid), 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid)) 및 리그닌 분해 산물(페놀성 화합물)들도 생성되게 된다. 이러한 2차분해 산물들은 대부분이 미생물 처리 공정 등에서 발효저해물질로 작용하는 것으로 알려져 있다. 따라서 순수한 당을 생산하고자 하거나 미생물을 다루는 후단 공정을 운전하기 위해서는 이런 물질들에 대한 적합한 제거 또는 분리 공정이 필요하다. 선행 연구 결과, 다양한 방법들이 발효저해물질을 제거하기 위하여 사용되었으며, 대표적으로 알려져 있는 방법으로는 유기용매 추출법, 흡착법, 라임법, 이온교환법, 전기투석법 등이 있다. 그러나 보다 당손실이 적고, 에너지 요구량이 낮은 새로운 처리 방법이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 목질계 바이오매스의 초임계수 가수분해 후 생성된 액상 가수분해물(글루코오스: 2027 mg/L, 자일로오스: 489 mg/L, 포름산: 491 mg/L, 아세트산: 937 mg/L, 레불린산: 209 mg/L, 5-HMF: 961 mg/L, 푸르푸랄: 944 mg/L) 내 발효저해물질 제거를 위해 적합한 공정을 탐색·적용하였다.
전기화학적 처리에 따른 목질계 바이오매스 유래 초임계수 당화액 내 furfural 및 5-hydroxymethylfurfural 함량 변화
정한섭,이형원,주영민,김아란,채광석,이수민 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
본 연구에서는 친환경 에너지 및 화합물 생산의 원료로 사용될 수 있는 당(sugar: glucose, xylose)을 목질계 바이오매스로부터 생산하고자 목질계 바이오매스의 초임계수 당화 처리를 수행하였다. 그러나 이를 통해 생산된 액상 당화액 내 당 외다양한 가수분해 산물이 존재함을 확인하였다. 특히, glucose 및 xylose의 가수 분해로 생성된 furfural 및 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) 함량의 비중이 높았다. 따라서 상기 2가지 화합물을 제거하기 위한 방법을 탐색하였고, 그 중 수처리 분야에서 일부 활용되고 있는 전기화학적 방법을 해당 공정에 적합하게 개선하여 적용시켰다. 전기화학적 처리 결과, 액상 내 furfural 및 5-hydroxymethylfurfural 함량이 현저히 감소되었으나 당 함량 변화에는 유의미한 영향을 미치지 않았음을 확인하였다. 이를 바탕으로 해당 처리를 통한 furfural 및 5-hydroxymethylfurfural의 변환 메커니즘과 당 생산 공정에서의 사용 적합성에 대해 검토하였다.