KR101122452B1 - 바이오 연료의 제조 방법 - Google Patents

바이오 연료의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101122452B1
KR101122452B1 KR1020080066485A KR20080066485A KR101122452B1 KR 101122452 B1 KR101122452 B1 KR 101122452B1 KR 1020080066485 A KR1020080066485 A KR 1020080066485A KR 20080066485 A KR20080066485 A KR 20080066485A KR 101122452 B1 KR101122452 B1 KR 101122452B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
biofuel
carboxylic acid
alcohol
producing
biomass
Prior art date
Application number
KR1020080066485A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100006301A (ko
Inventor
정광섭
김재현
엄문호
이율리아
이고르 필리모노프
조정희
송효학
장준호
Original Assignee
지에스칼텍스 주식회사
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 지에스칼텍스 주식회사 filed Critical 지에스칼텍스 주식회사
Priority to KR1020080066485A priority Critical patent/KR101122452B1/ko
Publication of KR20100006301A publication Critical patent/KR20100006301A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101122452B1 publication Critical patent/KR101122452B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/132—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group
    • C07C29/136—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH
    • C07C29/147—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of carboxylic acids or derivatives thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

바이오 연료의 제조 방법이 개시된다. 바이오 연료의 제조 방법은 바이오매스로부터 유래된 당류를 포함하는 당화액을 준비하는 단계; 당화액을 발효함으로써 카르복실산을 포함하는 발효액을 준비하는 단계; 및 카르복실산을 화학적으로 처리하여 알코올로 환원하는 단계를 포함한다.

Description

바이오 연료의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING BIO-FUEL}
본 발명은 화석 연료를 대체할 수 있는 대체 에너지원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환경친화적인 바이오 연료의 제조 방법에 관한 것이다.
화석 연료로 대표되는 석유, 가스 및 석탄은 그 자원의 한정성으로 인하여 가격이 지속적으로 상승하고 있으며, 이의 원활한 확보를 위해 국가간 경쟁이 가열되고 있다. 더욱이, 상기 화석 연료로부터 생산되는 화학 제품들의 제조시, 그 부산물로서 지구 온난화 가스 및 폐기물이 대량 발생하므로, 지구 환경이 심각하게 오염되고 있다. 따라서, 상기 화석 연료를 대체할 수 있는 대체 에너지원이 필요한 실정이다.
이에 따라, 최근 바이오매스(biomass)를 원료로 이용하여 환경친화적인 에너지원을 생산하는 기술이 개발되고 있다. 상기 바이오매스를 원료로 사용하고 생명공학 기술을 이용하여 바이오 연료(예, 에탄올, 부탄올 등의 알코올) 및 화학 원료(예, 젖산, 숙신산 등) 등을 만드는 기술과 이를 구현하기 위한 종합적인 플랜트 시스템을 바이오 리파이너리(bio-refinery)라 한다. 즉, 원유를 원료로 연료와 각종 화학 제품을 생산하는 오일 리파이너리(oil-refinery)가 종합적인 일관 공 정(integrated process)으로 개발된 것처럼, 상기 바이오 리파이너리는 바이오매스를 원료로 이용하여 오일 리파이너리와 같은 개념으로 구축되는 통합 공정을 의미한다.
상기 바이오 리파이너리는 크게 두 가지 경로, 즉, 열화학적 플랫폼 및 생화학적 플랫폼으로 구분될 수 있다.
상기 열화학적 플랫폼은 합성가스 플랫폼(syngas platform)이라고도 하며, 상기 바이오매스를 고온, 고압에서 처리하여 수소, 일산화탄소 등 가스로 만든 후, 이를 각종 액체 연료와 화학 제품으로 전환하는 공정을 의미한다.
이에 반해, 상기 생화학적 플랫폼은 당류 플랫폼(sugar platform)이라고도 불리며 상기 바이오매스로부터 유래된 당류를 미생물을 이용하여 발효시킴으로써 바이오 연료를 제조하는 데 초점을 맞추고 있다. 즉, 상기 생화학적 플랫폼에서는, 일반적으로, 상기 바이오매스를 상기 당류로 전환한 다음, 상기 당류를 미생물을 이용한 발효 과정을 거쳐 바이오 연료로 전환한다.
그러나, 상기 바이오매스를 당류로 전환할시, 예를 들어, 푸란(furan), 약산(weak acids), 및 다양한 페놀계 화합물과 같은 미생물의 생장 및 발효를 저해하는 독성물질들이 동시에 생성되므로, 이로 인하여 바이오 연료의 제조 수율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 생화학적 플랫폼을 통해 최종적으로 생산되는 부탄올과 같은 알코올은 상기 미생물에 대한 독성이 높아, 미생물에 의한 발효 효율이 저하되고 이에 따라 바이오 연료인 알코올의 농도 및 수율이 저하되는 문제가 발생한다.
이처럼, 상기 당류를 상기 미생물만을 이용하여 바이오 연료를 제조하는 기술은 한계가 있으며, 다른 대안적인 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 바이오매스로부터 전환된 당류를 바이오 연료로 전환할시, 생물학적인 공정과 화학적인 공정을 융합하여 바이오 연료의 생산성 및 제조 수율을 향상시킬 수 있는 바이오 연료의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 바이오매스를 당류로 전환할 때 생성될 수 있는 발효 저해물질들을 효율적으로 제거할 수 있는 바이오 연료의 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법은 바이오매스로부터 유래된 당류를 포함하는 당화액을 준비하는 단계; 상기 당화액을 발효함으로써 카르복실산을 포함하는 발효액을 준비하는 단계; 및 상기 카르복실산을 화학적으로 처리하여 알코올로 환원하는 단계를 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법은 상기 알코올로 환원하는 단계 전에 상기 발효액 중에서 상기 카르복실산을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법은 상기 알코올을 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 바이오매스로는 사탕류, 전분류 및 리그노셀룰로오스 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
여기서, 상기 당화액을 준비하는 단계는, 상기 바이오매스를 전처리하는 단계; 및 상기 전처리하는 단계를 통해 발생하는 발효 저해 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 당화액의 발효는, 상기 당화액에 투입되는 미생물에 의해 이루어질 수 있다. 상기 미생물로는, 효모, 클로스트리디움, 대장균, 바실러스 등으로 이루어진 균주군 중에서 상기 균주들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
여기서, 상기 카르복실산은 부틸릭산이고, 상기 알코올은 부탄올일 수 있다.
여기서, 상기 알코올로 환원하는 단계는, 촉매를 이용하는 단계일 수 있다.
여기서, 상기 카르복실산을 분리하는 단계는, 흡착법, 용매추출법, 전기투석법, 막분리법, 증류법 및 크로마토그래피법 중에서 하나의 방법을 이용하는 단계일 수 있다.
본 발명에 따르면, 바이오매스로부터 유래된 당류를 포함하는 당화액을 준비한 다음, 상기 당화액을 생물학적 처리를 이용하여 카르복실산을 포함하는 발효액을 준비한 후, 상기 카르복실산을 화학적 처리를 통해 알코올로 환원하기 때문에, 바이오 연료의 생산성 및 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 당화액을 준비하는 단계를 통해 발효 저해 물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 친환경적인 부탄올과 같은 바이오 연료를 제조하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, “바이오매스”는 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체, 및 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물/미생물 유기체를 포함하는 것으로서, 구체적으로, 각종 동식물을 비롯하여 농업에서 나온 부산물 및 폐기물, 음식물 쓰레기, 생체에 기초한 산업 폐기물, 바이오 연료 생산을 목적으로 재배된 작물 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 바이오매스는 사탕수수, 사탕무 등의 설탕류; 옥수수, 밀, 쌀, 카사바, 타피오카 등의 전분류; 및 목재 폐기물, 볏짚이나 옥수수대와 같은 농업 잔류물 등의 리그노셀룰로오스(liginocellulose) 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 명세서에 있어서, “화학적으로 처리”라는 표현은 “물리적으로 처리” 또는 “생물학적으로 처리” 라는 표현과 구별을 하기 위하여 사용하는 것으로서, 화학 반응을 이용하는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명은 상기 화학 반응이 주가 되는 한, 상기 화학적으로 처리시 여타의 물리적인 수단 또는 방법, 또는 생물학적인 수단 또는 방법을 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법은 바이오매스로부터 유래된 당류를 포함하는 당화액을 준비하는 단계(S100), 상기 당화액을 발효함으로써 카르복실산을 포함하는 발효액을 준비하는 단계(S110) 및 상기 카르복실산을 화학적으로 처리하여 알코올로 환원하는 단계(S120)를 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법은 상기 알코올로 환원하는 단계(120) 전에 상기 발효액 중에서 상기 카르복실산을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법은 상기 알코올로 환원하는 단계(120) 이후에 상기 알코올을 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 방법에 대하여 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 당화액을 준비하는 단계(S100)는 바이오매스를 전처리하는 단계 및 상기 전처리하는 단계를 통해 발생하는 발효 저해 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전처리 단계 및 상기 발효 저해 물질 제거 단계는 개별적으로 수행될 수 있으나, 일괄적으로 수행되어도 무방하다.
상기 당화액의 준비를 위해, 먼저, 바이오매스를 준비한다. 상기 바이오매스로 다양한 것들을 사용할 수 있으나, 이하에서는 목질 자원인 리그노셀룰로오스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
상기 리그노셀룰로오스는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin) 등으로 구성된 복합체이다.
상기 셀룰로오스는 포도당이 β-1,4 결합으로 주로 연결된 다당류로서 포도당이 α-1,4 결합으로 연결되어 안정화된 나선형 구조의 녹말인 아밀로오스(amylose)와는 달리 나선형 구조가 아닌 직선 구조가 안정된 형태를 이루기 때문에 똑같이 포도당으로 구성된 녹말보다는 자연적으로 훨씬 물리적, 화학적으로 튼튼한 구조를 이루고 있다.
상기 헤미셀룰로오스는 상기 셀룰로오스보다 당의 중합도(degree of polymerization)가 낮은 다당체로서 주로 5탄당인 자일로오스(xylose)의 중합체로 구성되고, 그 외에도 5탄당인 아리비노오스(arabinose)와 6탄당인 만노오스(mannose), 갈락토오스(galactose), 포도당 등의 중합체로 구성되어 있다. 상기 헤미셀룰로오스는 상기 셀룰로오스에 비해서 중합도가 낮고 구조의 규칙성이 낮아서 바이오매스의 전처리에 의해 분해가 비교적 쉽게 이루어지는 특징이 있다.
상기 리그닌(lignin)은 메톡실화(methoxylation)된 쿠마릴 알코올(p-coumaryl alcoho), 코니퍼릴 알코올(coniferyl alcohol), 시나필 알코올(sinapyl alcohol) 등이 중합되어 있어서 다량의 방향족 화합물을 포함함과 아울러 소수성을 띠고 있는 거대한 분자량의 복잡한 구조를 지닌 중합체이다. 상기 리그닌은 자연적으로나 화학적으로 강한 내구성을 가지고 있어 자연계에 존재하는 천연 화합물 중의 가장 분해가 어려운 물질로 간주되고 있다.
상기 리그닌은 헤미셀룰로오스와 공유결합을 통해 결합되고 상기 헤미셀룰로오스는 상기 셀룰로오스와 수소결합을 통해 연결되어 있어서, 상기 리그노셀룰로오스는 전체적으로 보면 직선의 곧은 형태로 이루어진 셀룰로오스 마이크로파이브 릴(microfibril)을 가운데 두고, 헤미셀룰로오스가 수소결합을 통해 감싸는 모습으로 붙어 있고, 이러한 헤미셀룰로오스를 리그닌이 다시 공유결합을 통한 연결로 둘러싼 형태를 갖는다.
상기 리그노셀룰로오스를 5탄당 및 6탄당 등과 같이 미생물에 의해 발효가 가능한 당류로 전환하기 위해서는 상기 리그노셀룰로오스를 전처리할 필요가 있다. 상기 전처리는 물리적 전처리, 화학적 전처리, 물리화학적 전처리 및 생물학적 전처리 방법 중에서 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 물리적 전처리 방법으로는 여러 가지가 있을 수 있으나, 예를 들어, 증기 폭쇄법이 있다. 상기 증기 폭쇄법은 고온의 증기가 들은 고압 용기에서 상기 리그노셀룰로오스를 소정 시간 동안 찐 후, 순식간에 상기 고압 용기의 밸브를 열어 마치 팝콘처럼 순간적으로 리그노셀룰로오스의 구조가 열리도록 유도하여 미생물이 쉽게 접근할 수 있도록 하는 방법이다.
상기 물리화학적 전처리 방법은 물리적 전처리 방법 및 화학적 전처리 방법을 조합한 것이다. 상기 물리화학적 전처리 방법으로는 여러 가지가 있을 수 있으나, 예를 들어, 약산 가수분해법(dilute-acid hydrolysis)으로 2%(w/w) 이하의 황산(sulfuric acid) 용액에 상기 리그노셀룰로오스를 침지한 후, 증기 폭쇄법과 같이 160 ~ 200℃의 고온의 증기로 60초 ~ 10분 동안 찌는 방법이 있다.
상기 생물학적 전처리 방법은 물리적, 화학적 전처리 방법과 달리 리그노셀룰로오스를 부패시키는 곰팡이를 이용하여 온화한 조건에서 전처리하는 방법을 말한다. 그러나, 상기 생물학적 전처리 방법은 상술한 바에 국한되지 않는다.
상기 다양한 전처리 방법 중에서 어느 하나를 사용하여 상기 리그노셀룰로오스를 전처리하면, 상기 리그노셀룰로오스는 5탄당 및 6탄당과 같은 당류로 전환되지만, 이 과정 중 상기 당류 이외에 발효 저해 물질이 생성될 수 있다. 상기 발효 저해 물질은, 예를 들어, 푸란(furan), 하이드록시메틸푸르푸랄(HMF), 푸르푸랄(furfural) 등의 비페놀계 화합물; 페룰산(ferulic acid), 쿠마르산(coumaric acid), 벤조산(benzoic acid), 시링산(syringic acid), 바닐산(vanilic acid), 바릴린(valilin), 4-하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid), 4-하이드록시벤즈알데하이드(4-hydroxybenzaldehyde), 시링알데하이드(syringaldehyde) 등의 페놀계 화합물이 있다.
상기 발효 저해 물질은 미생물 생장 및 미생물을 이용한 바이오 알코올의 제조 수율을 떨어뜨리는 작용을 하므로 제거할 필요가 있다. 상기 발효 저해 물질을 저해하는 방법으로는 여러 가지가 있을 수 있지만, 본 발명의 일 실시예에서는 효소 중합 방법(enzymatic polymerization method)을 사용할 수 있다. 상기 효소 중합 방법은, 예를 들어, 상기 바이오매스로부터 유래된 당류를 포함하는 당화액에 효소를 투입하여 발효 저해 물질을 중합한 후, 상기 중합된 발효 저해 물질을 당화액으로부터 침전시키고, 이후 상기 침전을 제거하는 방법일 수 있다. 이때, 상기 발효 저해 물질을 중합할 수 있는 효소로는, 예를 들어, 과산화효소(peroxidase)를 사용하거나, 또는 과산화효소 및 과산화수소를 조합하여 사용할 수 있다. 상기 과산화효소는 상기 당화액 내의 페놀계 화합물과 반응하여 상기 페놀계 화합물을 중합할 수 있다. 상기 과산화수소는 상기 과산화효소를 계속 산화시켜 상기 페놀계 화합물이 더 많이 중합시켜 침전시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 바이오 매스의 전처리 및 발효 저해 물질의 제거를 통해 바이오매스로부터 유래된 당류를 포함하는 당화액을 준비할 수 있다.
상기 당화액이 준비되면, 상기 당화액을 발효함으로써 카르복실산(carboxylic acid)을 포함하는 발효액을 준비할 수 있다. 여기서, 상기 카르복실산은 부틸릭산(butyric acid)일 수 있으나, 이에 국한되지 않으며, 아세트산(acetic acid)이어도 무방하다. 또한, 이 외에도 다양한 것들이 가능하며, 아울러 상기 발효액에 여러 가지의 카르복실산이 혼합되어 있어도 무방하다.
상기 발효액 준비는 미생물을 이용하는 생물학적인 처리를 통해 가능하다. 즉, 상기 당화액의 발효는 상기 당화액에 투입되는 미생물에 의해 이루어질 수 있다. 상기 당화액의 발효시 이용되는 미생물은 카르복실산 생산성 및 카르복실산에 대한 내성, 당화액에 잔류할 수 있는 발효 저해 물질에 대한 내성, 및 5탄당 및 6탄당에 대한 발효능 등을 고려하여 선택할 수 있다. 상기 미생물로는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 효모, 클로스트리디움(Clostridium), 대장균, 바실러스(Bacillus) 등을 포함하는 균주군 중에서 상기 균주들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 균주들은 자연적으로 카르복실산을 생산하거나, 또는 균주 개량을 통해 카르복실산 생산 능력을 부여받거나, 또는 균주 개량을 통해 카르복실산 생산 능력이 강화될 수 있다. 상기 미생물의 구체적인 예로서 아나에로믹소박터(Anaeromyxobacter), 알칼리게네스(Alcaligenes), 박테로이데스(Bacteroides), 바실러스(Bacillus), 클로스트리디움(Clostridium), 에스케리키 아(Escherichia), 락토바실러스(Lactobacillus), 락토코커스(Lactococcus), 피키아(Pichia), 슈도모나스(Pseudomonas), 랄스토니아(Ralstonia), 로도코커스(Rhodococcus), 사카로마이세스(Saccharomyces), 스트렙토마이세스(Streptomyces), 써머스(Thermus), 써머토가(Thermotoga), 써모아나에로박터(Thermoanaerobacter) 및 자이모모나스(Zymomonas) 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 클로스트리디움은, 구체적으로, 클로스트리디움 베이어린키(Clostridium beijerinckii), 클로스트리디움 타이로부티리쿰(Clostridium tyrobutyricum) 등을 포함한다.
상기 발효액이 준비되면, 경우에 따라 상기 발효액 중에서 상기 카르복실산을 분리할 수 있다. 이를 통해, 불순물이 가급적 배제된 카르복실산을 얻을 수 있다. 상기 카르복실산을 분리하기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 크로마토그래피법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 크로마토그래피법 이외에 이온 교환 수지를 이용하는 방법 또는 흡착법, 용매추출법, 전기투석법, 증류법, 막분리법 등이 가능하며, 이 외에도 기존의 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 카르복실산을 화학적으로 처리하여 알코올로 환원한다. 여기서, 상기 알코올은 상기 카르복실산이 부틸릭산인 경우에는 부탄올일 수 있으며, 아세트산인 경우에는 에탄올일 수 있다. 이 외에도, 카르복실산의 구체적인 종류에 따라 다양한 알코올이 생성될 수 있을 것이다.
상기 환원은, 예를 들어, 상기 카르복실산에 수소를 첨가하고 촉매 존재하에서 상기 카르복실산을 수소화시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 촉매로는, 예를 들 어, 레늄(Re), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 은(Ag), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 아연(Zn), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 및 오스뮴(Os)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 및 상기 금속의 산화물 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 다른 예로, 상기 촉매로는, 적어도 2종의 상기 금속을 포함하는 합금을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 촉매로는, 탈수 반응 촉매, 예를 들어, 지르코니아-타이타니아(ZrO2-TiO2), 제올라이트 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 촉매로는, 담체 및 상기 담체 상에 위치하여 상기 담체를 활성화시키는 금속을 포함하는 것을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 담체로는, 탄소(carbon), 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2), 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3) 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있고, 상기 담체상에 위치하는 금속으로는, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 납(Pb), 비스무트(Bi), 크롬(Cr), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마리움(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu) 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 전술한 촉매들, 즉, 금속, 금속 산화물, 합금, 탈수 반응 촉매, 담체-금속 촉매 등은 조합되어 사 용될 수 있다. 이 외에도, 전술한 촉매들을 생물학적 촉매, 예를 들어, 효소와 조합하여 사용할 수도 있고, 또는 상기 생물학적 촉매를 단독으로 사용할 수 있을 것이다.
상기 환원을 통해 매우 빠르고 생산성이 향상된 부탄올, 에탄올 등과 같은 바이오 연료를 생산할 수 있다. 그 중에서, 상기 부탄올은 에너지 밀도 특성이 좋고, 휘발성 제어, 충분한 옥탄가, 낮은 불순물 등과 같은 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 부탄올은 에탄올과는 다르게 물이 존재할 때에 상 분리가 발생하지 않는 특성이 있다. 또한, 상기 부탄올은 에탄올보다 산소 함유량이 낮기 때문에 산소 한계를 지킬 수 있으면서 가솔린에 혼합될 수 있다. 또한, 상기 부탄올은 탄성 팽창에 대한 부정적인 효과가 없으며, 연료의 기체압도 낮출 수 있다. 또한, 상기 부탄올은 기존의 가솔린 자동차를 엔진 및 일부 연료계통 부품의 개조 없이 그대로 이용하게 할 수 있다.
한편, 상기 환원 단계 후에, 상기 알코올을 추가적으로 정제할 할 수 있다. 이를 통해, 불순물이 가급적 배제된 알코올, 즉, 바이오 연료를 얻을 수 있다. 상기 정제 기술로는 기존에 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있으므로, 본 발명은 상기 정제 기술에 의해 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료 제조 방법에서는 당화액을 준비한 후, 상기 당화액을 생물학적으로 처리하여 카르복실산을 포함하는 발효액을 준비한 다음, 상기 카르복실산을 화학적으로 처리하여 알코올로 환원할 수 있다. 이를 통해, 바이오 연료의 생산성 및 제조 수율을 향상시킬 수 있 다. 또한, 상기 당화액을 준비할 시 생성될 수 있는 발효 저해 물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 이와 같은 바이오 연료 제조 방법을 통해 친환경적이며 무독성의 바이오 연료를 제조하는 것이 가능하다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 연료의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.

Claims (15)

  1. 바이오매스로부터 유래된 당류를 포함하는 당화액을 준비하는 단계;
    상기 당화액에 미생물을 투입하여 상기 당화액을 발효함으로써 카르복실산을 포함하는 발효액을 준비하는 단계; 및
    상기 카르복실산을 화학적으로 처리하여 알코올로 환원하는 단계를 포함하고,
    상기 당화액을 준비하는 단계는, 상기 바이오매스를 전처리하는 단계; 및 상기 전처리하는 단계를 통해 발생하며 상기 미생물의 발효를 저해하는 발효 저해 물질을, 퍼옥시다아제를 포함하는 효소를 사용한 효소 중합 방법으로 제거하는 단계를 포함하는 바이오 연료의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알코올로 환원하는 단계 전에 상기 발효액 중에서 상기 카르복실산을 분리하는 단계
    를 더 포함하는 바이오 연료의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알코올을 정제하는 단계
    를 더 포함하는 바이오 연료의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이오매스는 리그노셀룰로오스인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은, 효모, 클로스트리디움, 대장균 및 바실러스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은, 아나에로믹소박터(Anaeromyxobacter), 알칼리게네스(Alcaligenes), 박테로이데스(Bacteroides), 바실러스(Bacillus), 클로스트리디움(Clostridium), 에스케리키아(Escherichia), 락토바실러스(Lactobacillus), 락토코커스(Lactococcus), 피키아(Pichia), 슈도모나스(Pseudomonas), 랄스토니아(Ralstonia), 로도코커스(Rhodococcus), 사카로마이세스(Saccharomyces), 스트렙토마이세스(Streptomyces), 써머스(Thermus), 써머토가(Thermotoga), 써모아나에로박터(Thermoanaerobacter) 및 자이모모나스(Zymomonas)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 카르복실산은 부틸릭산이고, 상기 알코올은 부탄올인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 알코올로 환원하는 단계는, 촉매를 이용하는 단계인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 촉매는, 레늄(Re), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 은(Ag), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 아연(Zn), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 및 오스뮴(Os)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 산화물인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 촉매는, 레늄(Re), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 은(Ag), 코발트(Co), 니 켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 아연(Zn), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 및 오스뮴(Os)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 종의 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 촉매는, 지르코니아-타이타니아(ZrO2-TiO2) 또는 제올라이트인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 촉매는, 담체 및 상기 담체 상에 위치하여 상기 담체를 활성화시키는 금속을 포함하되,
    상기 담체는 탄소(carbon), 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2), 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상이고,
    상기 금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In), 납(Pb), 비스무트(Bi), 크롬(Cr), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마리움(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 카르복실산을 분리하는 단계는, 흡착법, 용매추출법, 전기투석법, 증류법, 막분리법 및 크로마토그래피법 중에서 하나의 방법을 이용하는 단계인 것을 특징으로 하는 바이오 연료의 제조 방법.
KR1020080066485A 2008-07-09 2008-07-09 바이오 연료의 제조 방법 KR101122452B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080066485A KR101122452B1 (ko) 2008-07-09 2008-07-09 바이오 연료의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080066485A KR101122452B1 (ko) 2008-07-09 2008-07-09 바이오 연료의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100006301A KR20100006301A (ko) 2010-01-19
KR101122452B1 true KR101122452B1 (ko) 2012-02-29

Family

ID=41815489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080066485A KR101122452B1 (ko) 2008-07-09 2008-07-09 바이오 연료의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101122452B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017188611A1 (ko) * 2016-04-26 2017-11-02 전남대학교산학협력단 바이오매스유래 유용산물제조용 다목적 바이오매스처리장치 및 상기 바이오매스처리장치를 이용한 유용산물제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101458981B1 (ko) 2013-04-04 2014-11-10 한국과학기술연구원 바이오 화학물질 또는 바이오연료 생산을 위한 목질계 가수분해산물의 전기화학적 제독방법 및 제독된 목질계 가수분해산물

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5426246A (en) 1993-07-27 1995-06-20 Arakawa Chemical Industries, Ltd. Catalyst for direct reduction of carboxylic acid, process for preparation thereof and process for preparation of alcohol compound using the catalyst
WO2007009085A2 (en) * 2005-07-12 2007-01-18 The Texas A & M University System Production plant and method for converting biomass
KR20070035562A (ko) * 2004-06-16 2007-03-30 더 텍사스 에이 & 엠 유니버시티 시스템 카르복실산 및 알콜로의 생체물질 전환용 방법 및 시스템
WO2008070561A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-12 The Texas A & M University System A method of biomass conversion into mixed alcohols

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5426246A (en) 1993-07-27 1995-06-20 Arakawa Chemical Industries, Ltd. Catalyst for direct reduction of carboxylic acid, process for preparation thereof and process for preparation of alcohol compound using the catalyst
KR20070035562A (ko) * 2004-06-16 2007-03-30 더 텍사스 에이 & 엠 유니버시티 시스템 카르복실산 및 알콜로의 생체물질 전환용 방법 및 시스템
WO2007009085A2 (en) * 2005-07-12 2007-01-18 The Texas A & M University System Production plant and method for converting biomass
WO2008070561A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-12 The Texas A & M University System A method of biomass conversion into mixed alcohols

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017188611A1 (ko) * 2016-04-26 2017-11-02 전남대학교산학협력단 바이오매스유래 유용산물제조용 다목적 바이오매스처리장치 및 상기 바이오매스처리장치를 이용한 유용산물제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100006301A (ko) 2010-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019205997B2 (en) Conversion of Biomass
Nanda et al. Pathways of lignocellulosic biomass conversion to renewable fuels
Behera et al. Importance of chemical pretreatment for bioconversion of lignocellulosic biomass
Amidon et al. Biorefinery: conversion of woody biomass to chemicals, energy and materials
Jung et al. Acidic pretreatment
EP2635712B1 (en) Treating biomass to produce materials useful for biofuels
JP6535321B2 (ja) バイオマスから反応中間体を生成するための共溶媒
Trinh et al. Aqueous acidified ionic liquid pretreatment for bioethanol production and concentration of produced ethanol by pervaporation
JP6133407B2 (ja) バイオ燃料に有用な材料を生産するためのバイオマスの連続的または半連続的な処理方法
Peng et al. Chemicals from hemicelluloses: A review
Damayanti et al. Conversion of Lignocellulose for bioethanol production, applied in bio-polyethylene terephthalate
US20150299739A1 (en) Processes for producing fermentation products
EP2791344A1 (en) Method of treating byproducts from ethanol production
KR20100096408A (ko) 해조류 추출물로부터 불균일계 촉매를 이용한 가수분해를 통해 바이오 연료를 제조하는 방법
KR101122452B1 (ko) 바이오 연료의 제조 방법
KR101121672B1 (ko) 바이오연료의 제조 방법
Burhan et al. Evaluation of simultaneous saccharification and fermentation of oil palm empty fruit bunches for xylitol production
Guha et al. Conversion of cellulose to sugars
Al Ameri Deep eutectic solvent pretreatment for enhancing biochemical conversion of switchgrass
Bhavanam et al. Catalysts for Conversion of Lignocellulosic Biomass Into Platform Chemicals and Bio‐Aromatics
Rzelewska-Piekut et al. Technology of large volume alcohols, carboxylic acidsand esters<? index value=" carboxylic acids"?>
Sasi et al. Organic Chemical Compounds from Biomass
Chen et al. Applications of lignocellulose biotechnology in the chemical industry
Grzenia Reactive membrane extraction in biorefineries
Agyemang Pretreatment And Fractionation Of Biomass For Biological Production Of Transportation Fuels And Value Added Chemicals

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
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151020

Year of fee payment: 4

R401 Registration of restoration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160106

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170119

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180129

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190130

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200130

Year of fee payment: 9