KR101032996B1 - 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법 - Google Patents

홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101032996B1
KR101032996B1 KR20080126781A KR20080126781A KR101032996B1 KR 101032996 B1 KR101032996 B1 KR 101032996B1 KR 20080126781 A KR20080126781 A KR 20080126781A KR 20080126781 A KR20080126781 A KR 20080126781A KR 101032996 B1 KR101032996 B1 KR 101032996B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
red algae
algae extract
methane
methane gas
fermentation
Prior art date
Application number
KR20080126781A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100068085A (ko
Inventor
유학철
서영범
최우영
Original Assignee
(주)페가서스인터내셔널
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)페가서스인터내셔널 filed Critical (주)페가서스인터내셔널
Priority to KR20080126781A priority Critical patent/KR101032996B1/ko
Priority to PCT/KR2009/007412 priority patent/WO2010068053A2/ko
Publication of KR20100068085A publication Critical patent/KR20100068085A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101032996B1 publication Critical patent/KR101032996B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02Biological treatment
    • C02F11/04Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28Anaerobic digestion processes
    • C02F3/286Anaerobic digestion processes including two or more steps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023Methane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/26Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
    • C02F2103/28Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/32Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/20Sludge processing

Abstract

본 발명은 홍조류를 이용한 펄프 생산공정에서 발생된 홍조류 추출물을 메탄가스의 생산에 이용하는 것이다. 구체적으로 본 발명은 (a)홍조류 추출물을 가수분해하는 단계; (b)상기 (a)단계를 거친 홍조류 추출물의 불순물을 제거하는 단계; (c)상기 (b)단계를 거친 추출물을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효하는 단계를 포함하는 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 직접적으로 생산하는 방법 및 (a)홍조류 추출물을 가수분해하는 단계; (b)상기 (a)단계를 거친 홍조류 추출물의 불순물을 제거하는 단계; (c)상기 (b)단계를 거친 홍조류 추출물의 pH중화 단계; (d)상기 (c)단계를 거친 홍조류 추출물에 주모접종을 하는 단계; (e)상기 (d)단계를 거친 홍조류 추출물을 알코올 발효하는 단계; (f)상기 (e)단계를 거친 알코올 발효액을 증류하여 에탄올을 회수하는 단계; (g)상기 (f)단계에서 에탄올을 회수하고 남은 증류폐액을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효 하는 단계를 포함하는 홍조류 추출물로부터 에탄올을 생산하고 남은 증류폐액을 이용하여 메탄가스를 생산하는 방법을 제공한다.
홍조류, 아가, 우무, 한천, 메탄가스

Description

홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법{METHOD FOR PRODUCING METHANE GAS USING GEL EXTRACT FROM RHODOPHYTA}
본 발명은 홍조류를 이용한 펄프 생산공정에서 발생된 홍조류 추출물을 메탄가스의 생산에 이용하는 것이다. 구체적으로 본 발명은 (a)홍조류 추출물을 가수분해하는 단계; (b)상기 (a)단계를 거친 홍조류 추출물의 불순물을 제거하는 단계; (c)상기 (b)단계를 거친 추출물을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효하는 단계를 포함하는 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 직접적으로 생산하는 방법에 대한 것이다.
메탄은 가장 간단한 탄소 화합물로, 탄소 하나에 수소 4개가 결합되어 있는 구조를 취하고 있으며, 상온에서 기체의 형태로 존재한다. 메탄가스는 그 자체로는 냄새가 없지만, 산업용으로 사용할 때에는 누출을 발견하기 쉽게 하기 위해 약간의 냄새를 섞기도 하며, 이와 같은 메탄가스는 메탄발효공정을 통해 생성된다. 메탄발효는 혐기성 세균이 유기물을 분해하는 과정으로 일어나는데, 이 과정에서 메탄과 이산화탄소가 생성된다. 메탄발효는 분뇨나 산업폐기물의 처리에 이용되어 왔는데, 최근에는 분뇨나 산업폐기물의 처리과정에서 일어나는 메탄발효를 통해 포집된 메탄가스를 연료로 사용하려는 시도가 이루어지고 있다.
대한민국 공개특허 제1997-0069903호에는 "유기폐수로부터 메탄가스를 수득하는 장치"가 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제1999-0083953호에는 "생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법 및 장치"가 개시되어 있고, 대한민국 공개특허 제2000-0001131호에는 "축산물 폐기물 음식물쓰레기 정화 및 메탄가스추출 장치"가 개시되어 있으며, 이와 관련된 기술은 현재까지 지속적으로 개발되고 있는 상태이다.
이와 같이 메탄발효는 메탄발효를 하는 혐기성 세균이 기질로 사용할 수 있는 유기물을 필요로 하는데, 이러한 유기물의 범위는 다양하게 고려될 수 있으며, 상기에서 살핀 바와 같이 더 이상 자원으로 사용하기 곤란한 폐기물을 메탄발효의 기질로서 사용하는 것이 자원의 효율적 이용 측면을 고려할 때 바람직할 것이다.
최근 홍조류를 이용하여 생산된 펄프로서 종이를 생산하는 방법이 개발되었고, 이의 산업화가 활발하게 시도되고 있다. 홍조류는 다른 조류보다 비교적 깊은 물에 서식하고, 크기가 비교적 작으며, 종류는 4000여 종으로 매우 다양하며 녹조류, 갈조류보다 서식 범위가 넓어 얕은 수심에서부터 광선이 닿는 깊은 수심에까지 자생한다. 대한민국 등록특허 제0811193호는 "홍조류로 제조된 펄프 및 그 제조방법"을 개시하고 있다. 상기 특허는 홍조류로부터 펄프를 제조하기 위하여 홍조류를 세척하는 단계, 산소 전처리하는 단계, 홍조류의 젤 성분을 추출하는 단계를 거치 는데, 이는 홍조류 내부에 존재하는 우무나 카라기난 등의 젤성분 및 저분자량 탄수화물이 홍조류가 펄프섬유로 구성될 때 약품소비를 증가시키고 탈수를 방해하는 등의 문제점을 발생시키므로 이를 처리하기 위한 단계이다.
이와 같이 홍조류 내부의 구성물질인 젤성분(우무;한천 또는 Agar로 칭하기도 함)는 제조하고자 하는 종이의 특성에 따라 홍조류로부터 모두 추출한 후 종이를 제조할 수도 있으며, 일부 존재하는 상태에서 종이를 제조할 수도 있다. 젤성분의 함량이 높을수록 투명도와 밀도가 높은 종이를 제조할 수 있고, 젤성분 함량이 낮을수록 불투명도가 높고 지합이 우수한 종이를 제조할 수 있다. 즉, 이는 수요자의 요구에 따라 제조자가 조절할 수 있는 부분이지만, 어느 경우에 있어서나 홍조류로부터 추출된 젤성분은 폐기될 수밖에 없다.
이와 같이 홍조류로부터 펄프를 제조할 경우, 목재펄프를 사용하는 경우 원료 목재의 구입에 드는 비용에 비하여 생산비용이 저렴하고 리그닌 제거 및 표백을 위한 화학약품 등의 사용이 현저히 감소 되는바 환경오염을 방지할 수 있고, 최종 제품 또한 유해 화학 약품을 함유하지 아니하여 인체와 환경에 무해한 제품을 생산할 수 있는 장점이 있으나, 상기에서 살핀 바와 같이 그 과정에서 발생된 젤성분이 폐기될 수밖에 없는 문제점이 있었다.
물론 상기 젤성분인 우무는 예로부터 음식이나 약 등 식용으로 사용하여 왔 으나, 상기와 같이 홍조류로부터 펄프를 제조하는 과정에서 발생 되는 폐기물인 젤성분 우무는 세척단계, 표백단계를 거치게 되는바 이를 식용으로 사용하기에는 한계가 있었고, 이의 활용방안 도출이 요구되어 왔다.
본 발명자들은 홍조류를 펄프로 제조하는 방법을 최초로 개발하고 이를 특허출원하여 등록받은 원천 특허의 발명자들로서 상기 홍조류를 펄프로 제조하는 과정에서 추출된 젤 추출물을 이용하여 메탄가스를 생산하고자 연구한 끝에 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법을 완성하였다.
즉, 본 발명은 홍조류로부터 펄프를 제조하는 과정에서 발생 되는 젤 추출물을 이용하여 메탄가스를 생산하게 됨에 따라 폐기되는 자원을 재생하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 직접적으로 생산하는 방법 및 홍조류 추출물로부터 에탄올을 생산하고 남은 증류폐액을 이용하여 메탄가스를 생산하는 방법을 제공한다.
1. 홍조류로부터 메탄가스를 직접적으로 생산하는 방법
먼저, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 직접적으로 생산하는 방법은 (a)홍조류 추출물을 가수분해하는 단계; (b)상기 (a)단계를 거친 홍조류 추출물의 불순물을 제거하는 단계; (c)상기 (b)단계를 거친 추출물을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효하는 단계로 이루어진다.
본 발명에 사용되는 홍조류 추출물은 본 발명자들에 의한 기존 대한민국 등록특허 제0811193호 등에 기재된 방법 등을 이용하여 얻을 수 있다. 먼저 홍조류를 산성수용액에 침지시켜 불순물과 탄산칼슘을 제거하고, 이를 홍조류의 젤성분을 용해시킬 수 있는 추출용매에 침지하여 젤성분을 추출할 수 있다. 본 발명에서는 이와 같은 홍조류 추출 젤성분을 홍조류 추출물이라 칭하기로 한다. 홍조류 추출물이란 홍조류 내부에 존재하는 우무(아가, 한천이라고도 칭함)성분을 의미한다.
이와 같은 과정을 거친 홍조류 추출물은 (a)가수분해 단계를 거치게 된다. 가수분해 단계는 홍조류 추출물인 우무를 메탄발효균이 기질로서 이용하기에 적절한 형태인 환원당 상태로 만들어 주기 위해서이다. 일반적으로 가수분해는 산 또는 효소를 이용한 가수분해를 고려할 수 있으나, 본 발명에서는 산가수분해 방법을 이용한다. 산은 바람직하게는 옥살산, 황산, 인산을 사용할 수 있으며, 특히 옥살산의 경우 130~140℃의 온도, pH 3.0 이하의 환경에서 진행하는 것이 바람직하다. 또한 상기 가수분해는 바람직하게는 1~2기압에서, 30~60분 동안 실시함이 바람직하다.
상기 (a)단계를 거친 홍조류 추출물은 (b)단계인 불순물 처리단계를 거치게된다. 불순물 처리단계는 공기취입단계 및 알칼리 처리단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 공기취입단계는 상기(a)단계인 산가수분해 단계에서 발생한 발효 방 해물인 푸르푸랄(Furfural)을 제거하기 위한 단계이다. 상기 공기취입단계는 95~105℃의 수증기를 취입하여 진행하는 것이 바람직하다.
알칼리 처리 단계는 상기 공기취입단계와 마찬가지로 발효의 방해물인 하이드록시 메틸 푸르푸랄(Hydroxy Methyl Furfural)을 제거하기 위한 단계이다. 상기 알칼리 처리 단계는 pH 10~10.5의 환경을 유지시켜주기 위하여 산화칼슘, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등의 약품을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 (b)단계를 거친 홍조류 추출물은 메탄발효균이 기질로 이용하기 좋은 환원당의 형태로 변화된 상태이며, 발효의 방해물인 푸르푸랄(Furfural), 하이드록시 메틸 푸르푸랄(Hydroxy Methyl Furfural)이 제거된 상태로서 메탄발효단계인 (c)단계를 거치게 된다. 상기 메탄발효단계인 (c)단계는 일반적인 메탄 발효조를 이용할 수 있다. 바람직하게는 10~40℃의 온도범위와 내부혼합 및 순환이 충분히 이루어지는 발효조를 사용할 수 있다. 메탄발효균은 특별히 한정되지 아니하며, 중온성 고세균인 Methanobacterium bryantii , Methanococcus vannielii , Methanosarcina mazei 및 고온성 고세균인 Methanobacterium thermoformicicum , Methanothermus fervidus, Methanosarcina thermophila을 포함한 모든 메탄발효균을 이용할 수 있다
.
상기와 같은 (a),(b) 및 (c)단계를 통하여 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산할 수 있다.
2. 홍조류 추출물로부터 에탄올을 생산하고 남은 증류폐액을 이용하여 메탄가스를 생산하는 방법
그 다음으로 홍조류 추출물로부터 에탄올을 생산하고 남은 증류폐액을 이용하여 메탄가스를 생산하는 방법은 (a)홍조류 추출물을 가수분해하는 단계; (b)상기 (a)단계를 거친 홍조류 추출물의 불순물을 제거하는 단계; (c)상기 (b)단계를 거친 홍조류 추출물의 pH중화 단계; (d)상기 (c)단계를 거친 홍조류 추출물에 주모접종을 하는 단계; (e)상기 (d)단계를 거친 홍조류 추출물을 알코올 발효하는 단계; (f)상기 (e)단계를 거친 알코올 발효액을 증류하여 에탄올을 회수하는 단계; (g)상기 (f)단계에서 에탄올을 회수하고 남은 증류폐액을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효 하는 단계로 이루어진다.
홍조류 추출물은 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명자들에 의한 기존 등록특허인 대한민국 등록특허 제0811193호 등에 기재된 방법 등을 이용하여 얻을 수 있다. 이와 같은 추출물은 바람직하게는 상기 (a)단계에 해당하는 가수분해 단계이전에 "농축단계"를 거칠 수 있다. 농축단계는 홍조류 추출물이 추출기에서 나올 때의 온도인 100~160℃의 온도를 이용하여 증발농축함이 바람직하다. 이와 같은 농축단계를 추출기에서 나온 홍조류 추출물의 온도를 이용하여 진행하게 되면, 이후 에탄올 생산과정에 있을 증류과정에 있어서의 에너지 소모를 감소시키는 효과를 얻 을 수 있다.
그 다음으로 (a)가수분해단계, (b)불순물처리단계를 거치게 되는데, 이는 상기에서 설명한 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 직접적으로 생산하는 방법과 동일하다. 다만 바람직하게는 상기 (a)가수분해단계와 (b)불순물처리단계 사이 공정에서 수산화암모늄과 수산화마그네슘 등을 첨가하여 균주에 필요한 필수영양성분을 공급하는 공정을 추가할 수도 있다.
그 다음으로 상기 단계를 거친 홍조류 추출물의 pH를 중화시키는 단계를 거치게 된다. 이는 알코올 발효가 적절하게 이루어질 수 있는 pH 5.5~6.5 범위의 환경을 만들어주기 위한 것이다. 이에 사용되는 산은 상기 불순물 처리단계를 거친 홍조류 추출물의 pH범위를 상기 5.5~6.5의 범위로 조정할 수 있는 산이라면 특정 산으로 그 종류가 제한되지 않는다.
그 다음으로 (d)주모접종단계를 거치게 된다. 이에 사용되는 균주는 바람직하게는 Saccharomyces cerevisiae를 전배양하여 사용할 수 있으나 반드시, Saccharomyces cerevisiae 한정되지 아니하고 알코올 발효를 하는 미생물이라면 어떠한 것이든 사용가능하다.
그 다음으로 (e)알코올 발효단계는 혐기발효과정으로서 바람직하게는 30℃에 서 5~7일간 진행할 수 있다. 상기 알코올 발효단계 이후에는 (f)알코올 발효액을 증류하여 에탄올을 회수하는 단계를 거친 후, 증류폐액을 얻게 된다. 이것이 메탄발효의 기질로서 사용될 수 있다. 상기에서 검토한 방법과 동일하게 메탄발효균을 이용하여 메탄가스를 생산할 수 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법발명을 실시할 경우, 홍조류로부터 펄프를 생산함에 따라 발생 된 부산물을 메탄가스로 재생산함에 따라 폐자원을 효율적으로 재생하여 연료로 사용할 수 있게 된다. 이는 친환경적이며 이러한 방법에 의해 생산된 메탄가스는 수송, 난방, 발전용 천연가스 등으로 사용할 수 있게 된다.
1. 홍조류로부터 메탄가스를 직접적으로 생산
(1)홍조류 추출물 획득 단계
홍조류의 일종인 우뭇가사리를 pH 2~3사이의 산성용액에 55분간 침지시킴으로써 우뭇가사리에 섞여있는 불순물과 탄산칼슘을 제거시켰다. 이때 산성용액의 pH는 염산을 이용하여 조절하였으며 온도는 20℃였다. 세척이 완료되면 우뭇가사리 전건 10kg 즉, 완전히 건조되었을 때의 중량이 10kg이 되는 양의 우뭇가사리를 전건 우뭇가사리 대비 4 중량%의 수산화나트륨이 함유된 수산화나트륨 수용액에 침지 시켜 120℃ 물중탕에서 90분간 처리하였다. 40℃ 물중탕 처리가 완료되면 우뭇가사리를 꺼내 수돗물로 세척한 후 전건 우뭇가사리 대비 5 중량%의 수산화나트륨이 함유된 수산화나트륨 수용액에 침지시켜 80℃ 물중탕에서 3시간 처리하였다. 이때 물과 우뭇가사리 중량 비율은 10:1로 하였다. 이와 같이 처리하여 추출된 홍조류 추출물은 추출과정에서 저 분자화되어 상온에서도 액체 상태를 유지하게 된다.
(2)가수분해단계
상기 단계에서 추출한 홍조류 추출물을 1.5기압에서 50분간 옥살산으로 가수분해하였다. 홍조류 10kg에서 6.2kg의 추출물을 얻게 되고, 이의 가수분해 결과 3.5kg 가량의 환원당을 얻을 수 있었다.
(3)불순물 제거 단계
상기 가수분해 단계를 거친 홍조류 추출물에 103℃의 수증기를 취입하여 주었으며, 생석회(CaO)로서 pH 10.3의 환경을 만들어 발효 방해물인 푸프푸랄과 하이드록시 메틸 푸르푸랄을 제거하였다.
(4)메탄발효 단계
상기 불순물 제거 단계를 거친 홍조류 추출물을 (주)리액션 엔지니어링사가 제조한 R-201 series Reactor system 제품인 CSTR(Continous Stirrer Tank Reactor)에 Methanococcus vannielii 균주를 접종하여 표준온도압력 조건하에서 메 탄발효과정을 실시한 결과 약 3.85m3의 메탄가스를 얻을 수 있었다.
2. 홍조류 추출물로부터 에탄올을 생산하고 남은 증류폐액을 이용하여 메탄가스를 생산
(1)홍조류 추출물 획득단계
홍조류의 일종인 우뭇가사리를 pH 2~3사이의 산성용액에 55분간 침지시킴으로써 우뭇가사리에 섞여있는 불순물과 탄산칼슘을 제거시켰다. 이때 산성용액의 pH는 염산을 이용하여 조절하였으며 온도는 20℃였다. 세척이 완료되면 우뭇가사리 전건 10kg 즉, 완전히 건조되었을 때의 중량이 10kg이 되는 양의 우뭇가사리를 전건 우뭇가사리 대비 4 중량%의 수산화나트륨이 함유된 수산화나트륨 수용액에 침지시켜 120℃ 물중탕에서 90분간 처리하였다. 40℃ 물중탕 처리가 완료되면 우뭇가사리를 꺼내 수돗물로 세척한 후 전건 우뭇가사리 대비 5 중량%의 수산화나트륨이 함유된 수산화나트륨 수용액에 침지시켜 80℃ 물중탕에서 3시간 처리하였다. 이때 물과 우뭇가사리 중량 비율은 10:1로 하였다. 이와 같이 처리하여 추출된 홍조류 추출물은 추출과정에서 저 분자화되어 상온에서도 액체 상태를 유지하게 된다.
(2)가수분해단계
상기 단계에서 추출한 홍조류 추출물을 1.5기압에서 50분간 옥살산으로 가수분해하였다. 홍조류 10kg에서 6.2kg의 추출물을 얻게 되고, 이의 가수분해 결과 3.5kg 가량의 환원당을 얻을 수 있었다.
(3)불순물 제거 단계
상기 가수분해 단계를 거친 홍조류 추출물에 103℃의 수증기를 취입하여 주었으며, 생석회(CaO)로서 pH 10.3의 환경을 만들어 발효 방해물인 푸프푸랄과 하이드록시 메틸 푸르푸랄을 제거하였다.
(4) pH 중화단계
상기 불순물 제거 단계를 거친 홍조류 추출물에 인산을 첨가하여 pH를 5.7로 조정하였다.
(5)주모접종 단계
Saccharomyces cerevisiae를 전배양하여 최초 생균수 2×10-7 cfu ㎖- 1 의 수준에서 이를 상기 홍조류 추출물에 접종하였다.
(6)알코올 발효단계
상기 Saccharomyces cerevisiae를 접종한 홍조류 추출물은 6일간 30℃ 온도 조건에서 혐기발효 하였다.
(7)알코올 발효액을 증류하여 에탄올을 회수하는 단계
상기 알코올 발효단계를 거친 후 이를 증류하여 에탄올만 회수하였다.
(8)에탄올을 회수하고 남은 증류폐액을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효 하는 단계
상기 알코올 발효액을 증류하여 에탄올을 회수하는 단계 이후 남은 증류폐액을 (주)리액션 엔지니어링사가 제조한 R-201 series Reactor system 제품인 CSTR(Continous Stirrer Tank Reactor)에 Methanococcus vannielii 균주를 이용하여 표준온도압력 조건하에서 메탄발효과정을 실시한 결과 약 약 2.8m3의 메탄가스를 얻을 수 있었다.
도1은 본 발명에 따른 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 공정에 대한 모식도이다.

Claims (14)

  1. (a) 홍조류 추출물을 가수분해하는 단계;
    (b) 상기 가수분해된 홍조류 추출물에 공기를 취입하고, 알칼리를 처리하여 홍조류 추출물의 불순물을 제거하는 단계; 및
    (c) 상기 불순물이 제거된 홍조류 추출물을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효하는 단계를 포함하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계에서 가수분해는 산가수분해 방법인 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 산가수분해 방법은 옥살산, 황산, 인산 중에서 선택된 1종 이상으로 1~2기압에서 30~60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 (b)단계에서 공기 취입은 95~105℃의 수증기를 취입하는 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (b)단계에서 알칼리는 산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 (c)단계에서 메탄발효균은 Methanobacterium bryantii, Methanococcus vannielii, Methanosarcina mazei, Methanobacterium thermoformicicum, Methanothermus fervidus 및 Methanosarcina thermophila로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징을 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  7. (a) 홍조류 추출물을 가수분해하는 단계;
    (b) 상기 가수분해된 홍조류 추출물에 공기를 취입하고, 알칼리를 처리하여 홍조류 추출물의 불순물을 제거하는 단계;
    (c) 상기 불순물이 제거된 홍조류 추출물의 pH 중화 단계;
    (d) 상기 중화된 홍조류 추출물에 알코올 발효 미생물 균주를 이용하여 주모접종하는 단계;
    (e) 상기 주모접종된 홍조류 추출물을 알코올 발효하는 단계;
    (f) 상기 알코올 발효액을 증류하여 에탄올을 회수하는 단계; 및
    (g) 상기 (f)단계에서 에탄올을 회수하고 남은 증류폐액을 메탄발효균을 이용하여 메탄발효하는 단계를 포함하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 (a)단계에서 가수분해는 산가수분해 방법인 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 산가수분해 방법은 옥살산, 황산, 인산 중에서 선택된 1종 이상으로 1~2기압에서 30~60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 (b)단계에서 공기 취입은 95~105℃의 수증기를 취입하는 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 (b)단계에서 알칼리는 산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 (d)단계에서 알코올 발효 미생물 균주는 Saccharomyces cerevisiae인 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  13. 청구항 7에 있어서, 상기 (e)단계에서 알코올 발효는 25~35℃에서 5~7일 동안 혐기 발효하는 것을 특징으로 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  14. 청구항 7에 있어서, 상기 (g)단계에서 메탄발효균은 Methanobacterium bryantii, Methanococcus vannielii, Methanosarcina mazei, Methanobacterium thermoformicicum, Methanothermus fervidus 및 Methanosarcina thermophila로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징을 하는, 홍조류 추출물로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
KR20080126781A 2008-12-12 2008-12-12 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법 KR101032996B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080126781A KR101032996B1 (ko) 2008-12-12 2008-12-12 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법
PCT/KR2009/007412 WO2010068053A2 (ko) 2008-12-12 2009-12-11 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080126781A KR101032996B1 (ko) 2008-12-12 2008-12-12 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100068085A KR20100068085A (ko) 2010-06-22
KR101032996B1 true KR101032996B1 (ko) 2011-05-09

Family

ID=42243231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20080126781A KR101032996B1 (ko) 2008-12-12 2008-12-12 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101032996B1 (ko)
WO (1) WO2010068053A2 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8068011B1 (en) 2010-08-27 2011-11-29 Q Street, LLC System and method for interactive user-directed interfacing between handheld devices and RFID media
US9980995B2 (en) * 2014-01-21 2018-05-29 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method for reducing total gas production and/or methane production in a ruminant animal

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56139200A (en) * 1980-03-31 1981-10-30 Matsushita Electric Works Ltd Methane fermentation process
WO2008105618A1 (en) * 2007-02-26 2008-09-04 Korea Institute Of Industrial Technology Method of producing biofuel using sea algae

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE7908105L (sv) * 1979-10-01 1981-04-02 Alfa Laval Ab Forfarande for framstellning av etanol genom kontinuerlig forjesning av polysackaridhaltiga ravaror
US7067303B1 (en) * 2003-01-24 2006-06-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Culture containing biomass acid hydrolysate and Coniochaeta ligniaria fungus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56139200A (en) * 1980-03-31 1981-10-30 Matsushita Electric Works Ltd Methane fermentation process
WO2008105618A1 (en) * 2007-02-26 2008-09-04 Korea Institute Of Industrial Technology Method of producing biofuel using sea algae

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010068053A2 (ko) 2010-06-17
WO2010068053A3 (ko) 2010-08-19
KR20100068085A (ko) 2010-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4756276B2 (ja) エタノールの製造方法
Liu et al. Fermentative hydrogen production from macro-algae Laminaria japonica using anaerobic mixed bacteria
ATE553246T1 (de) Neuer katalytischer reaktor zur herstellung von halbstoff mit handelsqualität, nativem lignin und einzelligem protein
WO2015005589A1 (ko) 목질계 바이오매스로부터 당, 바이오에탄올 또는 미생물 대사산물을 제조하는 방법
CN102154381A (zh) 一种以木质纤维素为原料联产乙醇和微生物油脂的方法
Narinthorn et al. Alkaline and fungal pretreatments for improving methane potential of Napier grass
CN104341535B (zh) 一种浒苔高值化提取方法
Tong et al. Advancement of biorefinery-derived platform chemicals from macroalgae: a perspective for bioethanol and lactic acid
CN105350369B (zh) 具有高效发酵能力的木质纤维素制浆预水解液的制备工艺
KR101032996B1 (ko) 홍조류 추출물을 이용한 메탄가스 생산방법
CN106929547B (zh) 一种利用稻草高效联产甲烷和乙醇的方法
US20130283795A1 (en) Process for producing alcohol and other bioproducts from biomass extracts in a kraft pulp mill
RU2014151418A (ru) Получение ферментов для лигноцеллюлозной биомассы
JP2009213449A (ja) 油系植物バイオマス残渣を原料とする単糖類、エタノールの製造方法
CN114409826B (zh) 一种从美洲大蠊药渣中提取甲壳素的方法
CN107287251A (zh) 一种废弃生物质资源化方法
JP4886074B2 (ja) バイオマス糖化の前処理方法及びその前処理方法を用いた糖化方法
CN108531516B (zh) 一种水浮莲的综合利用方法
JP6177535B2 (ja) 前加水分解液の処理システム
CN110272883B (zh) 一种联产纤维二糖酶和几丁质的方法
CN102960179A (zh) 一种用生料培养基制作液体菌种的工艺
CN106906246A (zh) 一种提高库德毕赤酵母高温乙醇发酵的方法
Laikova et al. Substrate Composition and Effects on Biohydrogen Production
KR102108097B1 (ko) 바이오매스의 당화 방법
EP2100964A1 (en) Process for the production of ethanol and butanol from biomass

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee