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Lignocellulose로부터 에탄올 생산을 위한 핵심기술

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○ 생물연료는 주로 옥수수 같은 곡물을 발효시켜 에탄올 형태로 얻는다. 생물자원으로 곡물이외에 lignocellulose를 우리 주변에서 많이 이용할 수 있는데, 볏짚과 밀짚 같은 짚이 있고, 옥수수 줄기와 잎, 설탕을 짠 사탕수수 잔사, 목재 조각, 폐지 등이 lignocellulose를 함유한다. Lignocellulose는 cellulose, hemicellulose, 및 lignin으로 구성되며 셀루로오스만이 생물연료 제조에 이용될 수 있다.

○ Lignocellulose를 생물연료 생산에 원료로 사용하려면, 먼저 lignocellulose를 분해하여 셀루로오스와 리그닌을 분리하여야 한다. 다음에 셀루로오스만을 cellulase 효소를 사용하여 가수분해하고 D-glucose를 얻는다. 그리고 D-glucose를 발효시켜 에탄올을 얻고 최종으로 생성물을 증류하여 에탄올을 얻는다. 이런 여러 공정을 걸치는 동안에 경제적 문제, 환경문제들을 해결하여야 한다.

○ Lignocellulose를 이용하려면 전처리과정이 필요하다. 흔히 쓰이는 과정이 증기파열이다. 이 과정에서 lignocellulose의 결정구조가 파괴되고 일부 hemicellulose가 가수분해 되며 리그닌도 재-분포 되어 일부 떨어져나간다. 증기파열만으로 부족하여 다른 방법과 함께 사용하기도 한다. 증기파열 후 알칼리 과산화물 전처리, 증기파열과 함께 이온성 액체 처리, 또는 유기용매 추출과 증기파열, 또는 증기파열 전에 미세한 분쇄 등의 처리로 공정을 개선할 수 있다.

○ Cellulase 효소는 셀루로오스의 β-1,4 결합을 가수분해하고 이 효소는 미생물에서 얻어진다. Cellulase 효소의 비용이 총비용의 30∼50%에 달할 정도로 비중이 대단히 크다. Chen 등이 개발한 GDD-SSF(gas double dynamic solid-state fermentation)은 통기에 의해 충분한 양의 산소를 공급하고 발생한 CO2를 제거하므로 써 cellulase 활성을 2배 정도 증가시킬 수 있었다.

○ 농업 폐기물의 이용은 폐기물의 재활용뿐만 아니라 친환경 연료생산이라는 일거양득의 효과를 기대할 수 있다. 앞으로 활발한 연구를 통해서 lignocellulose를 이용한 대체연료의 보편화가 이뤄지길 기대한다.

저자: Hongzhang Chen
자료유형: 학술정보