분야
hwp1) 바이오매스란?
2) 바이오 에너지
Ⅱ. 에탄올 발효
1) 당화공정
2) 발효공정
3) 회수 및 정제
4) 수송 연료용 에탄올
5) 현황
Ⅲ. 메탄 발효
1) 메커니즘
2) 분류
3) 현황
Ⅳ. 바이오매스를 이용한 생물학적 수소 생산
1) 혐기발효(Dark Fermentation)
2) 광합성 발효(Photosynthetic Fermentation)
Ⅴ. 바이오매스 에너지 활용 현황
1) 국내 현황
2) 국외 현황
3) 향후 동향 및 정책 방향
Ⅵ. 바이오매스의 활용분야
1) 농산업 분야
2) 바이오매스 이용을 통한 순환형 지역사회 구축
3) 유기계 폐기물의 이용
Ⅶ. 바이오매스의 단점
1) 블랙카본
2) 지구 온난화
3) 빈곤을 증가시키는 바이오 연료
4) 원주민의 인권유린
5) 정책지원의 필요성
Ⅷ. 참고문헌
1. 에탄올 발효
생물화학적인 변환의 대표적인 예가 당질로부터 에탄올을 발효시키는 방법으로 오래전부터 인류와 함께해온 기술이다. 에탄올은 화학적 합성도 가능하지만 대부분 생물공정으로 생산되고 있다.
술을 제조하는 공정에서와 마찬가지로 당을 생성하는 작물로부터 추출된 당을 효모(Saccharomyces)나 박테리아(Zymomonas molilis)로 발효를 통하여 생산되는 것이다. 옥수수와 같은 전분을 원료로 하는 경우에는 산이나 전분분해효소인 아밀라제(Amylase)로 불리는 효소로 먼저 전분을 포도당으로 전환하여 에탄올을 생성하게 된다. 목질계 바이오매스 중의 헤미셀룰로즈는 산이나 효소(Xylanase) 존재 하에서 자일로즈(Xylose)를 비롯한 오탄당으로 대부분 분해되는데 지금의 효모나 박테리아로는 좋은 수율로 에탄올을 생산할 수 없으나 최근 성능이 좋은 자일로즈 발효균주들이 개발되고 있다.
에탄올 발효는 아래에 나타낸 반응식으로 행해진다. 탄소분자를 6개 가진 단당류로부터 에탄올과 CO2를 만들지만, 전분질이나 그 외에 복잡한 탄수화물은 일단 가수분해를 하여 단당류로 만든 후 발효하게 된다. 현실적인 문제로서는 100% 변환은 불가능하지만, 공업적으로는 90% 수율로 변환할 수 있다.
C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2
효모는 다공성의 유리구조와 실리콘, 음이온 교환 셀룰로스, 양이온 교환수지로 고정하여 발효당으로 충전하고, 높은 균체의 농도를 유지하면서 연속발효를 하는 방법, 에탄올 발효성을 가진 유전자를 대장균에 주입하여 배양하는 연구개발이 이어지고 있다. 키실로스라고 하는 글루코스 다음으로 많은 당을 발효시키기 위해서 키실로스를 발효시킨 유전자를 효모에 주입하여 에탄올 생산을 가능하게 한 연구개발도 행해지고 있고 그 외 여러 가지 방법이 실용화 단계에 있다.
예로써 가수분해와 발효를 동시에 행하는 SSF(Simultaneous Saccharification and Fermentation : 동시당화발효법) 은 말 그대로 당화와 발효를 동시에 행하는 것으로 전체적인 효율개선을 노린 기술이다.
전처리가 끝난 목질계 바이오매스로부터 연료용 에탄올을 생산하는 반응 메커니즘은 크게 두 가지로 당화와 발효라 할 수 있다.
2. 당화공정
당화란 셀룰로스 성분이 효소의 작용에 의해 글루코오스로 전환되는 과정이다. 셀룰로스는 결정형과 비결정형으로 구성된 단당류의 고분자로 그 당화에는 적어도 3개의 서로 역할을
1. 서적
1) 바이오매스의 에너지 변환과 산업화, 김래현, 도서출판 아진, 2005
2) 심층정보분석 바이오매스, 이상필, 강현무, 박동운, 한국과학기술정보연구원, 2002
3) 신․재생에너지공학, 장태익, 정영관, (주)북스힐, 2007
4) 효소반응공학, 류근갑, 울산대학교출판부, 2007
5) 바이오매스 에너지 활용기술 개발 기획연구, 한국에너지기술연구소, 과학기술부, 2000
6) 바이오매스로부터 생물학적 및 SCW기술에 의한 수소생산, 산업자원부, 2000
7) M.M.Chang Adv.Biochem.Eng.20, page 15-42, 1981
8) Wheals,A.E.,L.C.Basso,D.M.G.Alves and H.V.Amorim "Fuel ethanol after 25 years" Trend in Biotech. Vol.17, p482-487, 1999
9) 이진석, 국가과학기술지도상에서의 Biorefinery 기술개방 방안, 2003
10) ETIS 분석지 제23권, 이진석, 김덕근
2. 논문
1) 고동노 유기성 바이오매스의 바이오가스 발전 및 자원화 동향 및 전망, 홍승모
2) Chlamydomonas reinhardtii 바이오매스를 이용한 생물학적 수소생산
김미선, 백진숙, 김선창, 2004
3) 바이오매스를 이용한 생물학적 수소생산 기술, 박대원
4) Lignocellulose의 당화와 고정화 효모에 의한 에탄올 발효
조항신, 김승옥, 홍석인, 1992
5) 침지형 혐기성 소화조에 있어서 축산폐수로부터 메탄 발효 특성, 차기철, 정태영, 장영복
6) 미국 에너지 시장에 공급되는 바이오매스에 관한 연구, 김영숙, Thomas Gorman
7) 바이오매스 이용의 사회적 평가, 정만철, 강충관, 박민수, 2004
8) "Land Clearing and the Biofuel Carbon Debt", by J. Fargione at The Nature Conservancy in Minneapolis, MN; and J. Hill, D. Tilman, S. Polasky, P. Hawthorne at University of Minnesota, St. Paul in St. Paul, MN.
