KR101863226B1 - Fusion apparatus for treating biomass continueously using chemical method and physical method simultaneously and treating method of biomass using the same - Google Patents

Fusion apparatus for treating biomass continueously using chemical method and physical method simultaneously and treating method of biomass using the same Download PDF

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권정회
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한국세라믹기술원
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Abstract

The present invention relates to a continuous biomass fusion treatment apparatus, and a biomass treatment method using the same. More specifically, the present invention relates to a continuous biomass fusion treatment apparatus capable of simultaneously performing chemical treatment and physical treatment, and a biomass treatment method using the same. To this end, the biomass fusion treatment apparatus comprises: a biomass supply part supplying biomass; a catalyst supply part supplying a catalyst; and a biomass grinding part agitating the supplied biomass and the catalyst and grinding the biomass.

Description

화학적 방법과 물리적 방법을 동시에 수행할 수 있는 연속식 바이오매스 융합처리장치 및 이를 이용한 바이오매스 처리방법{FUSION APPARATUS FOR TREATING BIOMASS CONTINUEOUSLY USING CHEMICAL METHOD AND PHYSICAL METHOD SIMULTANEOUSLY AND TREATING METHOD OF BIOMASS USING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a continuous biomass fusion processing apparatus capable of simultaneously performing a chemical method and a physical method, and a biomass processing method using the same. [0002]

본 발명은 연속식 바이오매스 융합처리장치 및 이를 이용한 바이오매스 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화학적 처리와 물리적 처리를 동시에 수행할 수 있는 연속식 바이오매스 융합처리장치 및 이를 이용한 바이오매스 처리방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a continuous type biomass fusion treatment apparatus and a biomass treatment method using the same, and more particularly, to a continuous biomass fusion treatment apparatus capable of simultaneously performing chemical treatment and physical treatment, and biomass treatment ≪ / RTI >

바이오연료는 바이오매스(Biomass)라 하는 식물 생명체의 분해를 통해 최종적으로 에탄올이나 부탄올과 같은 연료를 생산하는 기술이다. 바이오매스는 전분계, 목질계, 조류 등이 사용될 수 있으며 전분계의 경우 세포벽이 두껍지 않기 때문에 별다른 전처리 공정없이 바로 당화 공정과 발효 공정을 통해 바이오연료를 얻을 수 있다. 하지만 목질계 바이오매스의 경우 셀룰로오즈를 둘러싼 리그닌을 깨뜨려야 비로소 셀룰로오즈를 통한 당화와 발효 공정이 가능하기 때문에 리그닌을 분해하는 전처리 공정이 중요한 요소 중의 하나이다.Biofuels are a technology that ultimately produces fuels such as ethanol and butanol through the decomposition of plant life forms called biomass. Biomass can be used in starch, woody, algae, etc. In the case of starch, the cell wall is not thick, so biofuel can be obtained directly through the saccharification process and the fermentation process without any pretreatment process. However, in the case of woody biomass, the pretreatment process for decomposing lignin is one of the important factors because it enables the saccharification and fermentation process through cellulose to break the lignin surrounding the cellulose.

효과적인 전처리 공정은 섬유소의 함량을 증가시키고 미세섬유의 결정성을 감소시켜 바이오매스의 단위면적당 효소의 흡착율을 높임으로써, 섬유소의 반응성을 증가시키고 효소 가수분해 능력을 증가시킨다. 전처리방법으로는 리그노셀룰로스계 바이오매스의 종류에 따라 다양한 물리적, 화학적 방법이 있으며, 특히, 물리적인 처리방법을 이용한 목질계 바이오매스 처리방법들이 연구되고 있다.An effective pretreatment process increases the content of fibrin and reduces the crystallinity of microfibers, thereby increasing the adsorption rate of the enzyme per unit area of the biomass, thereby increasing the reactivity of the fibrin and increasing the hydrolytic capacity of the enzyme. As a pretreatment method, there are various physical and chemical methods depending on the type of lignocellulosic biomass, and in particular, woody biomass treatment methods using physical treatment methods are being studied.

대한민국 등록특허 제10-1159290호는 디스크 밀링 방법을 사용하여 바이오매스를 전처리하는 방법을 사용하고 있으나, 이는 비교적 겉 표면막이 약한 해조류 바이오매스를 사용하고 있고, 전처리 후에도 H2SO4, HCl, HBr, HNO3, CH3COOH, HCOOH, HClO4, H3PO4, PTSA(para-toluene sulfonic acid)와 같은 고체산 촉매 처리가 뒤따르는 2단계 전처리 공정이 필요하다.Korean Patent No. 10-1159290 uses a method of pretreating biomass using a disc milling method, but it uses a seaweed biomass having a relatively weak outer surface membrane, and even after pretreatment, H 2 SO 4 , HCl, HBr , A two-step pretreatment process followed by a solid acid catalyst treatment such as HNO 3 , CH 3 COOH, HCOOH, HClO 4 , H 3 PO 4 , and para-toluene sulfonic acid (PTSA)

대한민국 등록특허 제10-0965851호의 경우 팝핑(Popping method)에 의해서 옥수수대의 효소분해 공정 효율을 증대시키는 기술을 소개하였다. 팝핑법을 사용하면 옥수수대의 화학적인 조성에는 변화가 없지만 물리적으로 더 작게 분해가 된다. 하지만 리그닌의 결에 따른 분해는 되지 않으며 리그닌의 분해 정도가 그리 높지 않아 효율 향상 효과가 미미하다.In Korean Patent No. 10-0965851, a technique of increasing the efficiency of enzymatic digestion process of corn bran by a popping method was introduced. With the popping method, there is no change in the chemical composition of the corn bob, but it is physically smaller. However, the degradation of lignin is not observed and the degradation of lignin is not so high.

대한민국 등록특허 제10-0994594호나 제10-1037125호의 경우 목질계 바이오매스의 발효 저해물질을 중합시키는 방법을 기술하였는데, 이 경우는 전처리 과정에서 이미 발생한 발효 저해물질을 과산화효소나 중화제를 처리하여 중합시키는 것으로 역시 2단계 전처리 공정이 필요하다.Korean Patent No. 10-0994594 or No. 10-1037125 discloses a method of polymerizing a fermentation inhibitor of a woody biomass. In this case, a fermentation inhibitor which has already been generated in the pretreatment process is treated with a peroxidase or a neutralizing agent to polymerize A two-step pretreatment process is also required.

그러나, 상기 방법들은 오로지 물리적 분쇄만을 가지고 바이오매스 전처리를 수행하므로 에너지 소요가 너무 크고 효율이 낮으며, 바이오매스의 연속적인 처리가 힘들다는 단점이 있다.However, the above methods have a disadvantage in that the energy requirement is too large, the efficiency is low, and the continuous treatment of the biomass is difficult because the biomass pretreatment is performed only by physical pulverization.

이에, 화학적 처리방법과 물리적 처리방법을 동시에 적용하여 바이오매스의 연속 처리가 가능할 뿐만 아니라 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 바이오매스 처리장치 및 방법에 대한 요구가 이어지고 있다.Accordingly, there is a demand for a biomass treatment apparatus and method capable of continuously treating biomass by simultaneously applying a chemical treatment method and a physical treatment method, as well as improving energy efficiency.

대한민국 등록특허공보 제10-1159290호Korean Patent Publication No. 10-1159290 대한민국 등록특허공보 제10-0965851호Korean Patent Registration No. 10-0965851 대한민국 등록특허공보 제10-1493227호Korean Patent Publication No. 10-1493227

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 화학적 처리와 물리적 처리를 동시에 수행함으로써 바이오매스의 연속 처리가 가능하고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연속식 바이오매스 융합처리장치 및 이를 이용한 바이오매스 처리방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a continuous type biomass fusion processing apparatus capable of continuously processing biomass by simultaneously performing a chemical treatment and a physical treatment, And a method for treating biomass using the same.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment.

상기 목적은, 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부; 촉매를 공급하는 촉매 공급부; 및 공급되는 바이오매스와 촉매를 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 바이오매스 분쇄부; 바이오매스 배출부;를 포함하는 바이오매스 융합처리장치에 의해 달성될 수 있다.The above object can be achieved by a biomass feeder for supplying biomass; A catalyst supply unit for supplying a catalyst; And a biomass grinding unit for agitating the supplied biomass and the catalyst and pulverizing the biomass; And a biomass discharge unit.

바람직하게, 바이오매스 공급부는, 스크류를 포함하고, 스크류를 이용하여 바이오매스를 바이오매스 분쇄부로 이송할 수 있고, 스크류는 일측의 직경이 타측의 직경보다 작은 것을 사용할 수 있다.Preferably, the biomass supply unit includes a screw, and the biomass may be transferred to the biomass crushing unit using a screw. The screw may have a diameter smaller than that of the other side.

또한, 촉매 공급부는, 바이오매스 공급부와 연결되어 촉매를 바이오매스 공급부로 공급할 수 있고, 이때, 촉매는 오르가노솔브, 약염기 및 약산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.Also, the catalyst supply unit may be connected to the biomass supply unit to supply the catalyst to the biomass supply unit, wherein the catalyst may be at least one selected from the group consisting of organosolve, weak base and weak acid.

또한, 바이오매스 분쇄부는, 샤프트 핀(shaft pin)을 구비하는 교반기; 및 세라믹 볼;을 포함할 수 있고, 이때, 샤프트 핀은 50~450rpm의 속도로 회전할 수 있으며, 세라믹 볼의 직경은 3~10mm일 수 있다. The biomass grinding unit may further include: a stirrer having a shaft pin; And a ceramic ball, wherein the shaft pin can rotate at a speed of 50 to 450 rpm, and the diameter of the ceramic ball may be 3 to 10 mm.

또한, 바이오매스 분쇄부는, 내부의 온도를 조절할 수 있는 히터;를 포함할 수 있고, 분쇄된 바이오매스를 배출하는 바이오매스 배출부를 포함할 수 있으며, 바이오매스 배출부는 스크류를 구비할 수 있다.Also, the biomass crushing unit may include a heater capable of adjusting the internal temperature, and may include a biomass discharge unit for discharging the pulverized biomass, and the biomass discharge unit may include a screw.

또한, 바이오매스 공급부 및 바이오매스 분쇄부 사이에는 역류방지부재;를 포함할 수 있고, 역류방지부재는, 중앙에 홀이 형성된 원형 부재; 및 일방향으로만 개방될 수 있는 게이트;를 포함할 수 있다.The backflow prevention member may include a circular member having a hole formed at the center thereof, and the backflow prevention member may be provided between the biomass supply unit and the biomass crushing unit. And a gate that can be opened only in one direction.

또한, 상기 목적은, 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급단계; 촉매를 공급하는 촉매 공급단계; 및 바이오매스와 촉매를 혼합하여 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 바이오매스 분쇄단계;를 포함하는 바이오매스 처리방법에 의해 달성될 수 있다.The above object can also be achieved by a biomass supplying step of supplying biomass; A catalyst supplying step of supplying a catalyst; And a biomass grinding step of mixing and stirring the biomass and the catalyst and pulverizing the biomass.

바람직하게, 바이오매스 공급단계에서, 바이오매스는 스크류에 의해 이송될 수 있고, 스크류는, 일측의 직경이 타측의 직경보다 작은 것을 사용할 수 있다.Preferably, in the biomass supplying step, the biomass can be transported by the screw, and the screw can be used in which the diameter of one side is smaller than the diameter of the other side.

또한, 촉매 공급단계에서 공급되는 촉매는 오르가노솔브, 약염기 및 약산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.In addition, the catalyst supplied in the catalyst supply step may be at least one selected from the group consisting of organosolve, weak base and weak acid.

또한, 바이오매스 분쇄단계는, 마멸분쇄방식에 의해 수행될 수 있고, 이때 촉매반응을 병행하기 위해서 60~200℃에서 수행될 수 있다.Further, the biomass pulverization step can be carried out by the abrasive grinding method, and at this time, it can be carried out at 60 to 200 ° C in order to carry out the catalytic reaction.

또한, 바이오매스 분쇄단계 후에, 분쇄된 바이오매스를 배출하는 바이오매스 배출단계를 포함할 수 있고, 바이오매스 배출단계는 분쇄된 바이오매스를 스크류를 이용하여 배출할 수 있다. In addition, after the biomass crushing step, it may include a biomass discharge step of discharging the pulverized biomass, and the biomass discharge step may discharge the pulverized biomass using a screw.

본 발명에 따르면, 화학적 방법과 물리적 방법을 동시에 사용하여 바이오매스를 전처리함으로써 처리효율을 향상시킬 수 있고, 처리되는 바이오매스 양만큼 미처리된 바이오매스를 재투입하여 연속적인 처리가 가능하다.According to the present invention, the treatment efficiency can be improved by pre-treating the biomass using the chemical method and the physical method at the same time, and the untreated biomass can be recycled by the amount of the treated biomass to enable continuous treatment.

또한, 슬러리 형태의 바이오매스를 처리(습식 공정)할 수 있고, 회수된 바이오매스로부터 바이오연료를 얻을 수 있는 효과를 가진다.Further, the slurry-type biomass can be treated (wet process), and the biofuel can be obtained from the recovered biomass.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 융합처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 마멸분쇄 방식의 원리를 설명하는 도면이다.
1 is a schematic view of a biomass fusion treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the principle of the abrasive grinding method.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that these embodiments are provided by way of illustration only for the purpose of more particularly illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments .

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains and, where contradictory, Will be given priority.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.In order to clearly illustrate the claimed invention, parts not related to the description are omitted, and like reference numerals are used for like parts throughout the specification. And, when a section is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. In addition, "part" described in the specification means one unit or block performing a specific function.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In each step, the identification code (first, second, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, and each step does not explicitly list a specific order in the context May be performed differently from the above-described sequence. That is, each of the steps may be performed in the same order as described, or may be performed substantially concurrently or in the reverse order.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 융합처리장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 융합처리장치(100)는 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부(10); 촉매를 공급하는 촉매 공급부(20); 및 공급되는 바이오매스와 촉매를 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 바이오매스 분쇄부(30);를 포함한다. 본 발명은 물리적인 방법뿐만 아니라 화학적 방법(촉매)을 동시에 적용하여 슬러리 형태의 바이오매스를 분쇄함으로써 바이오매스의 처리효율을 향상시킬 수 있다. 처리란, 바이오매스로부터 당화 공정과 발효 공정을 통해 바이오연료를 얻기 위하여 그에 앞서 바이오매스를 분쇄하는 전처리를 의미한다.1 is a schematic view of a biomass fusion processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a biomass fusion treatment apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a biomass supply unit 10 for supplying biomass; A catalyst supply unit 20 for supplying a catalyst; And a biomass crushing unit 30 that agitates the supplied biomass and the catalyst and crushes the biomass. The present invention can improve the treatment efficiency of biomass by simultaneously applying a chemical method (catalyst) as well as a physical method to pulverize slurry-form biomass. Treatment refers to a pretreatment in which biomass is pulverized prior to the biomass in order to obtain the biofuel from the biomass through the saccharification process and the fermentation process.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 공급부(10)는 바이오매스 분쇄부(30)로 바이오매스를 공급하는 것으로서, 바이오매스 분쇄부(30)와 연결되어 있고, 바람직하게, 바이오매스 분쇄부(30)의 하단 일측에 연결될 수 있다. 바이오매스 공급부(10)의 일측에는 바이오매스 투입구가 형성되어 있고, 바이오매스 투입구를 통해 슬러리 형태의 바이오매스(액체와 혼합된 바이오매스)가 투입될 수 있다.The biomass supply unit 10 supplies biomass to the biomass crushing unit 30 and is connected to the biomass crushing unit 30. The biomass supply unit 10 preferably includes a biomass crushing unit 30, As shown in FIG. A biomass inlet is formed at one side of the biomass feeder 10, and slime-type biomass (biomass mixed with liquid) can be fed through the biomass inlet.

바이오매스 공급부(10)는 내부에 스크류(11)를 구비할 수 있고, 스크류(11)를 통해서 슬러리 형태의 바이오매스를 바이오매스 분쇄부(30)로 이송할 수 있다. 스크류(11)는 다양한 형태의 스크류(11)를 사용할 수 있다. 스크류(11)의 회전축을 중심으로 스크류(11)의 직경이 균일한 것을 사용할 수 있고, 스크류(11) 중간 부분의 직경이 가장 작은 것을 사용할 수도 있으며, 스크류(11)의 직경이 불규칙한 것을 사용할 수도 있다.The biomass feeder 10 may have a screw 11 therein and may transfer slurry-form biomass through the screw 11 to the biomass crusher 30. The screw 11 can use various types of screws 11. The screw 11 having a uniform diameter may be used as the center of the rotation axis of the screw 11 and the smallest diameter of the screw 11 may be used or an irregular diameter of the screw 11 may be used have.

바람직하게, 스크류(11)는 회전축을 중심으로 일측의 직경이 타측의 직경보다 작은 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 도 1에 도시된 것처럼, 바이오매스 분쇄부(30)와 인접한 일측의 직경이 작고, 바이오매스 투입구와 인접한 타측의 직경이 상대적으로 클 수 있다. 즉, 바이오매스는 특성상 가볍기 때문에 스크류(11)에 밀리지 않고, 경우에 따라서는 스크류(11) 위에 걸쳐져서 막히기도 하는데, 바이오매스 분쇄부(30)와 인접한 스크류(11)의 일측의 직경이 타측의 직경보다 작게 형성함으로써 바이오매스 분쇄부(30) 쪽으로 갈수록 힘의 구동력이 더 좋게 디자인되어 위와 같은 막힘 현상 등을 방지할 수 있다.Preferably, the screw 11 may have a diameter at one side smaller than that at the other side with respect to the rotation axis. 1, the diameter of one side adjacent to the biomass crushing unit 30 may be small, and the diameter of the other side adjacent to the biomass inlet may be relatively large. In other words, the biomass is not pushed by the screw 11 because of its characteristic characteristics, and may be clogged over the screw 11 in some cases. The diameter of one side of the screw 11 adjacent to the biomass crushing unit 30, The driving force of the force is designed to be better toward the biomass crushing section 30, thereby preventing the clogging phenomenon as described above.

일 실시예에 있어서, 촉매 공급부(20)는 바이오매스를 화학적 방법으로 처리하기 위한 촉매를 공급하는 것으로서, 촉매 공급부(20)는 바이오매스 공급부(10)와 연결되어 촉매를 바이오매스 공급부(10)로 공급할 수 있다. 또는, 촉매 공급부(20)는 바이오매스 분쇄부(30)와 연결되어 바이오매스 공급부(10)가 바이오매스 분쇄부(30)로 바이오매스를 공급하는 속도에 맞춰 바이오매스 분쇄부(30)로 직접 촉매를 공급할 수도 있다. 촉매를 공급함으로써 셀룰로오즈를 둘러싼 리그닌을 효과적으로 분해할 수 있다.The catalyst supply unit 20 is connected to the biomass supply unit 10 to supply the catalyst to the biomass supply unit 10, . Alternatively, the catalyst supply unit 20 may be connected to the biomass crushing unit 30 to directly feed the biomass crushing unit 30 to the biomass crushing unit 30 in accordance with the speed at which the biomass supply unit 10 supplies the biomass to the crushing unit 30. The catalyst may also be supplied. By supplying the catalyst, the lignin surrounding the cellulose can be effectively decomposed.

이때, 촉매는 유기용매(오르가노솔브), 약염기 및 약산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 유기용매는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라하이드로푸르푸릴알코올, 글리세롤, 페놀 및 부탄올로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 약염기는 암모니아, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화인 및 황화나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 약산은 묽은 황산, 묽은 염산, 초산 및 인산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. At this time, the catalyst may be at least one selected from the group consisting of organic solvents (organosolve), weak base and weak acid. The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, ethylene glycol, triethylene glycol, tetrahydrofurfuryl alcohol, glycerol, phenol and butanol. The weak base may be at least one selected from the group consisting of ammonia, sodium hydroxide, calcium hydroxide, potassium hydroxide, phosphorus hydroxide and sodium sulfide. The weak acid may be at least one selected from the group consisting of diluted sulfuric acid, diluted hydrochloric acid, acetic acid, and phosphoric acid.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 분쇄부(30)는 바이오매스 공급부(10) 및 촉매 공급부(20)로부터 공급되는 바이오매스와 촉매를 혼합하여 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 것으로서, 원기둥 형상일 수 있고, 일측에 바이오매스 배출구가 구비될 수 있다. 바람직하게, 바이오매스 배출구는 바이오매스 분쇄부(30)의 상부 일측에 형성되어 분쇄된 바이오매스는 바이오매스 배출구를 통해 회수될 수 있다. 즉, 바이오매스 분쇄부(30)는 내부가 막힌 시스템으로서, 분쇄된 바이오매스는 비중이 가벼워져서 상층부로 올라가게 되고, 분쇄되는 바이오매스에 의해 내부가 가득 차게 되면 상부 일측에 형성된 바이오매스 배출구를 통해 배출될 수 있다.In one embodiment, the biomass crushing unit 30 mixes and agitates the biomass supplied from the biomass feed unit 10 and the catalyst feed unit 20 with the catalyst to crush the biomass, And a biomass outlet may be provided on one side. Preferably, the biomass outlet is formed on one side of the top of the biomass crushing section 30 so that the comminuted biomass can be recovered through the biomass outlet. In other words, the biomass crushing unit 30 is a closed system. The crushed biomass is light in weight and ascends to the upper layer. When the inside of the crushed biomass is filled with the crushed biomass, a biomass outlet Lt; / RTI >

또한, 바이오매스 배출구는 스크류를 구비할 수 있다. 이때, 스크류는 공지의 다양한 형태의 스크류를 사용할 수 있다. 즉, 바이오매스 배출구에 스크류를 설치함으로써 분쇄되어 전처리된 바이오매스를 스크류의 회전력에 의해 외부로 배출할 수 있다.Further, the biomass outlet may be provided with a screw. At this time, the screw may be a known screw of various types. That is, by disposing a screw in the outlet of the biomass, the crushed and pretreated biomass can be discharged to the outside by the rotational force of the screw.

바이오매스를 효과적으로 교반 및 분쇄하기 위하여 바이오매스 분쇄부(30)는 내부에 샤프트 핀(shaft pin)(31)을 구비하는 교반기 및 세라믹 볼(32)을 포함할 수 있다. 도 2는 마멸분쇄 방식의 원리를 설명하는 도면으로, 이를 참조하여 구체적으로 설명하면, 바이오매스 분쇄부(30)는 샤프트 핀(shaft pin)(31)이 형성된 교반기(agitator)에 의해서 분쇄부 내에 힘의 구배를 유도하고, 힘의 구배가 형성된 분쇄부 내에서 세라믹 볼(32) 간의 마찰을 유도하여 공급되는 바이오매스를 분쇄하는 마멸분쇄(attrition mill) 방식을 이용하여 물리적 처리를 수행함과 동시에 바이오매스와 촉매를 혼합하여 화학적 처리를 수행할 수 있다.In order to effectively stir and crush the biomass, the biomass crushing section 30 may include a stirrer and a ceramic ball 32 having a shaft pin 31 therein. 2 is a view for explaining the principle of the abrasive grinding method. Referring to FIG. 2, the biomass grinding unit 30 includes an agitator having a shaft pin 31, A physical treatment is performed using an attrition mill method of inducing a gradient of force and inducing friction between the ceramic balls 32 in the crushing portion having a gradient of force to crush the supplied biomass, The chemical treatment can be performed by mixing the mass and the catalyst.

이때, 샤프트 핀(31)은 50~450rpm의 속도로 회전하는 것이 바람직하다. 회전 속도가 50rpm 미만일 경우, 분쇄가 충분히 이루어지지 않아 분쇄 효율이 떨어지고, 450rpm을 초과하는 경우, 고성능의 모터가 필요하고, 추가적인 분쇄 효과를 얻기 어려우므로 비경제적이다.At this time, the shaft pin 31 preferably rotates at a speed of 50 to 450 rpm. If the rotation speed is less than 50 rpm, the pulverization is not sufficiently performed and the pulverization efficiency is lowered. If the rotation speed is more than 450 rpm, a high-performance motor is required and it is difficult to obtain an additional pulverizing effect.

또한, 세라믹 볼(32)의 직경은 3~10mm인 것이 바람직하다. 3mm 미만인 경우, 세라믹 볼(32)에 의한 충분한 분쇄 효과를 가질 수 없고, 10mm를 초과하는 경우, 바이오매스 분쇄시 세라믹 볼(32) 간의 충돌에 의해 세라믹 볼(32)이 파손될 우려가 있다.The diameter of the ceramic ball 32 is preferably 3 to 10 mm. If it is less than 3 mm, the ceramic ball 32 can not be sufficiently pulverized by the ceramic ball 32. If it exceeds 10 mm, the ceramic balls 32 may be damaged by the collision between the ceramic balls 32 during the biomass pulverization.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 분쇄부(30)는 내부의 온도를 조절할 수 있는 히터(33)를 포함할 수 있다. 바이오매스의 물리적 처리방법과 달리 화학적 처리방법의 경우, 적절한 온도로 유지하는 것이 중요하고, 바이오매스를 화학적으로 처리하기 위해서 바이오매스 분쇄부(30)의 내부를 60~200℃로 제어하는 것이 바람직하다. 60℃ 미만의 경우, 느린 반응속로로 인한 반응시간 증가의 문제점이 있고 200℃를 초과하는 경우 오탄당류가 과분해하는 문제점이 있다.In one embodiment, the biomass crushing unit 30 may include a heater 33 capable of controlling the temperature inside. Unlike the physical treatment of biomass, it is important to keep the chemical treatment at an appropriate temperature. In order to chemically treat the biomass, it is preferable to control the inside of the biomass crushing unit 30 to 60 to 200 ° C Do. When the reaction temperature is less than 60 ° C, there is a problem in that the reaction time is increased due to a slow reaction rate, and when the temperature exceeds 200 ° C, the pentane gas flow rate is overdosed.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 공급부(10) 및 바이오매스 분쇄부(30) 사이에는 역류방지부재(40)를 포함할 수 있다. 역류방지부재(40)는 바이오매스 공급부(10)로부터 바이오매스 분쇄부(30)로 바이오매스가 이동하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 공지의 다양한 역류방지부재(40)를 사용할 수 있다. 바람직하게, 역류방지부재(40)는 중앙에 홀이 형성된 원형 부재 및 일방향으로만 개방될 수 있는 게이트를 구비할 수 있다. 게이트는 바이오매스가 바이오매스 공급부(10)로부터 바이오매스 분쇄부(30)로 이동할 때는 개방될 수 있고, 바이오매스가 바이오매스 분쇄부(30)로부터 바이오매스 공급부(10)로 이동할 때는 폐쇄될 수 있다.In one embodiment, the backflow prevention member 40 may be provided between the biomass supply unit 10 and the biomass crushing unit 30. [ The backflow prevention member 40 is for preventing the biomass from moving from the biomass supply unit 10 to the biomass crushing unit 30 and may use various well-known backflow prevention members 40. Preferably, the backflow preventing member 40 may have a circular member having a hole at the center and a gate that can be opened only in one direction. The gate may be opened when the biomass moves from the biomass feeder 10 to the biomass crusher 30 and may be closed when the biomass is moved from the biomass crusher 30 to the biomass feeder 10 have.

다음으로, 화학적 방법과 물리적 방법을 동시에 수행하여 바이오매스를 처리하는 방법에 대해 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어 설명의 편의를 위하여 상술한 바이오매스 융합처리장치(100)를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Next, a method of treating the biomass by simultaneously performing the chemical method and the physical method will be described. In the description of the present invention, the biomass fusion processing apparatus 100 will be described as an example for convenience of explanation, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 처리방법(S100)은 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급단계(S10); 촉매를 공급하는 촉매 공급단계(S20); 및 바이오매스와 촉매를 혼합하여 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 바이오매스 분쇄단계(S30);를 포함한다. 본 발명은 바이오매스를 물리적으로 분쇄할 뿐만 아니라 촉매를 이용하여 화학적으로 처리함으로써 바이오매스 처리효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.A biomass processing method (S100) according to an embodiment of the present invention includes a biomass supplying step (S10) for supplying biomass; A catalyst supplying step (S20) of supplying a catalyst; And a biomass pulverization step (S30) in which the biomass and the catalyst are mixed and agitated and the biomass is pulverized. The present invention can have an effect of improving the biomass treatment efficiency by physically crushing the biomass as well as chemically treating the biomass using a catalyst.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 공급단계(S10)는 바이오연료를 생산하기 위한 바이오매스를 공급하는 단계로서, 바이오매스는 슬러리 상태일 수 있다. 바이오매스는 다양한 방법으로 공급할 수 있지만, 바람직하게는 스크류(11)에 의해 이송되어 공급되는 것이 바람직하다. 이때, 스크류(11)는 다양한 형태의 스크류(11)를 사용할 수 있다. 스크류(11)의 회전축을 중심으로 스크류(11)의 직경이 균일한 것을 사용할 수 있고, 스크류(11) 중간 부분의 직경이 가장 작은 것을 사용할 수도 있으며, 스크류(11)의 직경이 불규칙한 것을 사용할 수도 있다.In one embodiment, the biomass supply step (S10) is a step of supplying biomass for producing biofuel, wherein the biomass may be in a slurry state. The biomass may be supplied in a variety of ways, but is preferably fed and fed by the screw 11. At this time, the screw 11 can use various types of screws 11. The screw 11 having a uniform diameter may be used as the center of the rotation axis of the screw 11 and the smallest diameter of the screw 11 may be used or an irregular diameter of the screw 11 may be used have.

바람직하게는, 스크류(11)는 회전축을 중심으로 일측의 직경이 타측의 직경보다 작은 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 바이오매스가 분쇄되기 위하여 투입되는 영역(예를 들어, 바이오매스 분쇄부(30))과 인접한 일측의 직경이 작고, 바이오매스가 분쇄되기 위하여 투입되는 영역과 멀리 떨어진 타측의 직경이 상대적으로 클 수 있다. 즉, 바이오매스는 특성상 가볍기 때문에 스크류(11)에 밀리지 않고, 경우에 따라서는 스크류(11) 위에 걸쳐져서 막히기도 하는데, 바이오매스가 분쇄되는 영역과 인접한 스크류(11)의 일측의 직경이 타측의 직경보다 작게 형성함으로써 바이오매스가 분쇄되는 영역 쪽으로 갈수록 힘의 구동력이 더 좋게 디자인되어 위와 같은 막힘 현상 등을 방지할 수 있다.Preferably, the screw 11 may have a diameter at one side smaller than that at the other side with respect to the rotation axis. Specifically, when the diameter of one side adjacent to the region (for example, the biomass crushing section 30) into which the biomass is crushed is small and the diameter of the other side remote from the region into which the biomass is crushed is relatively . In other words, the biomass is not pushed by the screw 11 because of its characteristic nature, and may be clogged over the screw 11 in some cases. The diameter of one side of the screw 11 adjacent to the region where the biomass is to be crushed, The driving force of the force is designed to be better toward the region where the biomass is pulverized, thereby preventing the clogging phenomenon as described above.

일 실시예에 있어서, 촉매 공급단계(S20)는 바이오매스를 화학적으로 처리하기 위한 촉매를 공급하는 단계로서, 바이오매스 공급단계(S10)에 앞서 수행될 수도 있고, 바이오매스 공급단계(S10) 이후에 수행될 수도 있으며, 동시에 진행될 수도 있다. 촉매는 유기용매(오르가노솔브), 약염기 및 약산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 유기용매는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라하이드로푸르푸릴알코올, 글리세롤, 페놀 및 부탄올로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 약염기는 암모니아, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화인 및 황화나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 약산은 묽은 황산, 묽은 염산, 초산 및 인산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. In one embodiment, the catalyst supplying step S20 is a step of supplying a catalyst for chemically treating the biomass, which may be performed before the biomass supplying step (S10), after the biomass supplying step (S10) Or may be performed simultaneously. The catalyst may be at least one selected from the group consisting of an organic solvent (organosolve), a weak base and a weak acid. The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, ethylene glycol, triethylene glycol, tetrahydrofurfuryl alcohol, glycerol, phenol and butanol. The weak base may be at least one selected from the group consisting of ammonia, sodium hydroxide, calcium hydroxide, potassium hydroxide, phosphorus hydroxide and sodium sulfide. The weak acid may be at least one selected from the group consisting of diluted sulfuric acid, diluted hydrochloric acid, acetic acid, and phosphoric acid.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 분쇄단계(S30)는 공급되는 바이오매스와 촉매를 혼합하여 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 단계로서, 바이오매스를 효과적으로 교반 및 분쇄하기 위하여 마멸분쇄방식에 의해 수행될 수 있다. 도 2는 마멸분쇄 방식의 원리를 설명하는 도면으로, 이를 참조하여 구체적으로 설명하면, 바이오매스 분쇄단계(S30)는 샤프트 핀(31)이 형성된 교반기와 세라믹 볼(32)을 포함하는 분쇄부에 의해 수행될 수 있는데, 샤프트 핀(31)이 형성된 교반기(agitator)에 의해서 분쇄부 내에 힘의 구배를 유도하고, 힘의 구배가 형성된 분쇄부 내에서 세라믹 볼(32) 간의 마찰을 유도하여 공급되는 바이오매스를 물리적으로 분쇄할 수 있다. 또한, 그와 동시에 바이오매스는 공급된 촉매와 혼합 및 교반됨으로써 화학적 처리가 병행될 수 있다.In one embodiment, the biomass pulverization step (S30) is a step of mixing and agitating the supplied biomass and the catalyst, and pulverizing the biomass, wherein the biomass is carried out by an abrasive grinding method in order to effectively stir and crush the biomass . Referring to FIG. 2, the biomass pulverization step (S30) includes a pulverizing unit including a stirrer having a shaft pin (31) and a ceramic ball (32) Which induces a gradient of force in the crushing portion by means of an agitator in which the shaft pin 31 is formed and induces friction between the ceramic balls 32 in the crushing portion in which a gradient of force is generated, Biomass can be physically crushed. At the same time, the biomass can be mixed and stirred with the supplied catalyst so that the chemical treatment can be performed in parallel.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 분쇄단계(S30)는 60~200℃에서 수행될 수 있다. 바이오매스를 화학적으로 처리하는 경우, 적절한 온도로 유지하는 것이 중요하고, 60~200℃의 온도 범위에서 처리하는 것이 바람직하다. 60℃ 미만의 경우, 느린 반응속로로 인한 반응시간 증가의 문제점이 있고 200℃를 초과하는 경우 오탄당류가 과분해하는 문제점이 있다.In one embodiment, the biomass pulverization step (S30) may be performed at 60 to 200 < 0 > C. When chemically treating the biomass, it is important to keep it at an appropriate temperature, and it is preferable to treat it in a temperature range of 60 to 200 캜. When the reaction temperature is less than 60 ° C, there is a problem in that the reaction time is increased due to a slow reaction rate, and when the temperature exceeds 200 ° C, the pentane gas flow rate is overdosed.

일 실시예에 있어서, 바이오매스 분쇄단계(S30) 후에 바이오매스 배출단계(S40)를 포함할 수 있다. 바이오매스 배출단계(S40)는 전처리된 바이오매스를 외부로 배출하는 단계로서, 배출을 용이하게 하기 위하여 스크류를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 스크류는 스크류의 회전력에 의해 전처리된 바이오매스를 외부로 배출할 수 있다면, 공지의 다양한 형태의 것을 사용할 수 있다.In one embodiment, it may include a biomass discharge step (S40) after the biomass crushing step (S30). The biomass discharge step (S40) is a step of discharging the pretreated biomass to the outside, and it is preferable to use a screw to facilitate discharge. At this time, various known types of screws can be used as long as the screw can discharge the biomass pretreated by the rotational force of the screw to the outside.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the structure and effect of the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, this embodiment is intended to explain the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

[실시예 1][Example 1]

바이오매스 공급부, 촉매 공급부 및 바이오매스 분쇄부를 포함하는 바이오매스 융합처리장치(도 1 참조)로 화학적 처리 및 물리적 처리를 동시에 수행하여 바이오매스를 분쇄(전처리)하였다. 이때, 바이오매스는 옥수수대를 사용하였고, 촉매는 에탄올을 사용하였다. 옥수수대에 에탄올을 60wt% 넣고(화학적 처리) 150℃에서 30분 동안 세라믹 볼(물리적 처리)을 이용하여 바이오매스를 분쇄하였다.(Pretreatment) the biomass by simultaneously performing chemical treatment and physical treatment with a biomass fusion treatment apparatus (see FIG. 1) including a biomass supply unit, a catalyst supply unit and a biomass crushing unit. At this time, corn bran was used for the biomass, and ethanol was used for the catalyst. The biomass was pulverized using a ceramic ball (physical treatment) at 150 ° C for 30 minutes by adding 60wt% of ethanol to the corn barrel (chemical treatment).

[비교예 1][Comparative Example 1]

실시예 1과 동일한 조건에서 바이오매스를 분쇄하되, 에탄올를 이용하여 바이오매스를 분쇄하는 화학적 처리 공정만 제외하였다(물리적 처리만 실시).Biomass was pulverized under the same conditions as in Example 1, except that the chemical treatment step of pulverizing the biomass using ethanol (physical treatment only) was performed.

[비교예 2][Comparative Example 2]

실시예 1과 동일한 조건에서 바이오매스를 분쇄하되, 세라믹 볼을 이용하여 바이오매스를 분쇄하는 물리적 처리 공정만 제외하였다(화학적 처리만 실시).The biomass was pulverized under the same conditions as in Example 1 except for the physical treatment step of pulverizing the biomass using a ceramic ball (chemical treatment only).

[실험예 1][Experimental Example 1]

실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 의해 전처리(분쇄)된 바이오매스에 각각 발효당을 생성시키는 셀룰레이즈 효소를 1%(w/v) 투입하여 효소당화를 실시하였고, 수용액 상에서 생성된 두 가지 발효당(글루코오즈, 자일로오즈)을 측정하여 최종적으로 셀룰로오즈의 전환효율을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The enzymatic saccharification was performed by adding 1% (w / v) of a cellulase enzyme which produces a fermentation sugar to each of the biomass pretreated (pulverized) according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, The conversion efficiency of cellulose was finally calculated by measuring two fermented sugars (glucoside and xylose), and the results are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112016117248532-pat00001
Figure 112016117248532-pat00001

글루코오즈의 경우 세라믹 볼을 이용한 물리적 처리(비교예 1)만 실시하였을 때는 39.29%의 전환효율을 보였고, 에탄올을 이용한 화학적 처리(비교예 2)만 실시하였을 때는 43.74%의 전환효율을 보였다. 그러나, 이 두 공정을 융합한 융합 전처리 공정(실시예 1)을 실시하였을 때는 64.7%의 높은 전환 효율을 보였다. In the case of glucose, the conversion efficiency was 39.29% when the ceramic ball was used only in the physical treatment (Comparative Example 1), and the conversion efficiency was 43.74% when the chemical treatment was conducted using ethanol alone (Comparative Example 2). However, when the fusion pretreatment process (Example 1) in which these two processes were fused was performed, the conversion efficiency was as high as 64.7%.

자일로오즈의 경우도 물리적 처리(비교예 1)만 실시하였을 때는 14.81%의 전환효율을 보였고, 화학적 전처리(비교예 2)만 실시하였을 때는 22.64%의 효율을 보였다. 그러나, 이 두 공정을 융합한 융합 전처리 공정(실시예 1)을 실시하였을 때는 27.4%의 전환효율을 보였다.In the case of xylose, the conversion efficiency was 14.81% when only the physical treatment (Comparative Example 1) was performed, and the efficiency was 22.64% when the chemical pretreatment (Comparative Example 2) alone was performed. However, when the fusion pretreatment process (Example 1) in which these two processes were fused was carried out, the conversion efficiency was 27.4%.

즉, 실시예 1과 같은 높은 전환효율을 얻기 위해서 비교예 1 및 비교예 2는 훨씬 많은 시간이 필요함을 알 수 있었고, 융합공정을 통해 바이오매스 처리시간을 줄일 수 있다는 것을 알 수 있었다.That is, in order to obtain the same high conversion efficiency as in Example 1, it was found that Comparative Example 1 and Comparative Example 2 require much more time, and that the biomass treatment time can be reduced through the fusion process.

[실시예 2][Example 2]

바이오매스 공급부, 촉매 공급부 및 바이오매스 분쇄부를 포함하는 바이오매스 융합처리장치(도 1 참조)로 화학적 처리 및 물리적 처리를 동시에 수행하여 바이오매스를 분쇄(전처리)하였다. 이때, 바이오매스는 옥수수대를 사용하였고, 촉매는 암모니아를 사용하였다. 1g의 옥수수대에 0.25g의 암모니아와 0.75g의 물을 넣어 옥수수대와 암모니아수의 중량비를 1:1로 조절(화학적 처리)하였고, 90℃의 온도에서 1.25시간 동안 세라믹 볼을 이용(물리적 처리)하여 바이오매스를 습식 분쇄하였다.(Pretreatment) the biomass by simultaneously performing chemical treatment and physical treatment with a biomass fusion treatment apparatus (see FIG. 1) including a biomass supply unit, a catalyst supply unit and a biomass crushing unit. At this time, corn bran was used as the biomass, and ammonia was used as the catalyst. 1 g of ammonia and 0.75 g of water were added to 1 g of cornstalks to adjust the weight ratio of cornstalk to ammonia water to 1: 1 (chemical treatment), and ceramic balls were used (physical treatment) at 90 ° C for 1.25 hours. And the biomass was wet pulverized.

[비교예 3][Comparative Example 3]

실시예 2와 동일한 조건에서 바이오매스를 전처리하되, 세라믹 볼을 이용하여 바이오매스를 분쇄하는 물리적 처리 공정을 제외하고(화학적 처리만 실시), 촉매 반응 온도를 90℃, 120℃, 150℃, 180℃로 각각 세팅한 조건에서 동일하게 1.25시간 동안 촉매 반응을 실시하였다.Except that the physical treatment step of pretreating the biomass under the same conditions as in Example 2 except that the biomass was pulverized using a ceramic ball (chemical treatment only), the catalytic reaction temperature was 90 ° C, 120 ° C, 150 ° C, 180 ° C Lt; 0 > C for 1.25 hours.

[비교예 4][Comparative Example 4]

실시예 2와 동일한 조건에서 바이오매스를 전처리하되, 세라믹 볼을 이용하여 바이오매스를 분쇄하는 물리적 처리 공정을 제외하고(화학적 처리만 실시), 촉매 반응 시간을 3, 6, 12, 24시간으로 각각 세팅한 조건에서 동일하게 90℃ 온도에서 촉매 반응을 실시하였다. The biomass was pretreated under the same conditions as in Example 2 except that the physical treatment step of pulverizing the biomass using a ceramic ball (chemical treatment only) was carried out. The catalytic reaction time was 3, 6, 12 and 24 hours Under the same conditions as above, the catalytic reaction was carried out at a temperature of 90 ° C.

[실험예 2][Experimental Example 2]

실시예 2, 비교예 3 및 4에 의해 전처리(분쇄)된 바이오매스에 각각 발효당을 생성시키는 셀룰레이즈 효소를 1%(w/v) 투입하여 효소당화를 실시하였고, 수용액 상에서 생성된 두 가지 발효당(글루코오즈, 자일로오즈)을 측정하여 최종적으로 셀룰로오즈의 전환효율을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Biomass pretreated (milled) according to Example 2 and Comparative Examples 3 and 4 was subjected to enzymatic saccharification by adding 1% (w / v) of a cellulase enzyme which produces a fermentation sugar, The conversion efficiency of cellulose was finally calculated by measuring the fermentation sugar (glucoside, xylose). The results are shown in Table 2 below.

[표 2] [Table 2]

Figure 112016117248532-pat00002
Figure 112016117248532-pat00002

상기 표 2에서 확인할 수 있는 것처럼, 실시예 2의 효율만큼의 당화효율을 얻기 위하여 비교예 3의 경우 온도를 150~180℃ 사이까지 올려야 한다는 것을 알 수 있었다(정확하게는 약 150℃보다 조금 높은 온도까지 높여야 함). 하지만 실시예 2와 같이 물리적 전처리와 화학적 전처리를 병행하면 90℃에서 우수한 효과를 나타낼 수 있었고, 결론적으로, 반응온도를 약 60℃이상 낮출 수 있었다. 또한 비교예 4의 경우, 실시예 2와 유사한 수준의 당화효율을 얻기 위하여 12시간 이상 반응을 해야 한다는 것을 알 수 있었다. 하지만 실시예 2와 같이 물리적 전처리와 화학적 전처리를 병행하면 반응시간을 최소 11시간이상 절약할 수 있다는 것을 알 수 있었다. As can be seen from the above Table 2, in order to obtain the saccharification efficiency of the efficiency of Example 2, it was found that the temperature of Comparative Example 3 had to be increased to between 150 and 180 ° C (exactly, . However, as shown in Example 2, physical pre-treatment and chemical pretreatment together showed excellent effect at 90 ° C, and consequently, the reaction temperature could be lowered by about 60 ° C or more. In addition, in the case of Comparative Example 4, it was found that the reaction should be performed for 12 hours or more in order to obtain a glycation efficiency similar to that in Example 2. [ However, as shown in Example 2, it was found that the combination of physical pre-treatment and chemical pretreatment can save a reaction time of at least 11 hours.

[실시예 3][Example 3]

바이오매스 공급부, 촉매 공급부 및 바이오매스 분쇄부를 포함하는 바이오매스 융합처리장치(도 1 참조)로 화학적 처리 및 물리적 처리를 동시에 수행하여 바이오매스를 분쇄(전처리)하였다. 이때, 바이오매스는 옥수수대를 사용하였고, 볼은 지르코니아, 알루미나, 스틸 재질의 세가지 볼을 사용하였고, 이들은 모두 10mm 지름을 가지고 있으며, 에탄올을 60wt% 넣고(화학적 처리) 150℃에서 20분동안 바이오매스를 습식 분쇄하였다 (Pretreatment) the biomass by simultaneously performing chemical treatment and physical treatment with a biomass fusion treatment apparatus (see FIG. 1) including a biomass supply unit, a catalyst supply unit and a biomass crushing unit. Three balls of zirconia, alumina and steel were used for the balls. The balls were 10 mm in diameter, and 60% by weight of ethanol (chemical treatment) The mass was wet pulverized

[실험예 3][Experimental Example 3]

실시예 3에 의해 전처리(분쇄)된 바이오매스는 체(sieve)를 이용하여 분쇄된 크기를 분석하였고 발효당 생성시키는 셀룰레이즈 효소를 1%(w/v) 투입하여 효소당화를 실시하였고, 수용액 상에서 생성된 두 가지 발효당(글루코오즈, 자일로오즈)을 측정하여 최종적으로 셀룰로오즈의 전환효율을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The biomass pretreated (pulverized) according to Example 3 was analyzed for its size pulverized by using a sieve, enzyme saccharification was carried out by adding 1% (w / v) of a cellulase enzyme producing per fermentation, (Glucoside, xylose) were measured and the conversion efficiency of cellulose was finally calculated. The results are shown in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure 112016117248532-pat00003
Figure 112016117248532-pat00003

상기 표 3에서 확인할 수 있는 것처럼, 세가지 볼 중 스틸 재질을 사용했을 때 100 ㅅm 이하의 바이오매스가 전체의 73%를 차지하는데 비해서 알루미나나 지르코니아를 사용할 경우 52% 밖에 되지 않아서 스틸 볼을 사용하였을 때 더 효과적으로 분쇄할 수 있다는 것을 알 수 있었다.As can be seen in Table 3, when the steel material of the three balls is used, less than 100 m 2 of biomass accounts for 73% of the total, whereas when using alumina or zirconia, only 52% It can be grinded more effectively.

당화효율은 하기 표 4에 나타내었다.The saccharification efficiency is shown in Table 4 below.

[표 4][Table 4]

Figure 112016117248532-pat00004
Figure 112016117248532-pat00004

상기 표 4에서 확인할 수 있는 것처럼 바이오매스의 분쇄효율과 비례하여 스틸에서 가장 당화효율이 높게 나타났고, 알루미나와 지르코니아에서는 유사한 당화효율이 나타나는 것을 알 수 있었다.As can be seen in Table 4, the saccharification efficiency was highest in the steel in proportion to the grinding efficiency of the biomass, and the similar saccharification efficiency was found in alumina and zirconia.

[실시예 4][Example 4]

바이오매스 공급부, 촉매 공급부 및 바이오매스 분쇄부를 포함하는 바이오매스 융합처리장치(도 1 참조)로 화학적 처리 및 물리적 처리를 동시에 수행하여 바이오매스를 분쇄(전처리)하였다. 이때, 바이오매스는 옥수수대를 사용하였고, 볼은 알루미나 재질의 볼을 사용하였고, 볼의 크기는 1, 3, 5, 10, 15mm 지름을 가지고 있으며, 에탄올을 60wt% 넣고(화학적 처리) 150℃에서 20분 동안 바이오매스를 습식 분쇄하였다 (Pretreatment) the biomass by simultaneously performing chemical treatment and physical treatment with a biomass fusion treatment apparatus (see FIG. 1) including a biomass supply unit, a catalyst supply unit and a biomass crushing unit. At this time, corn bones were used for the biomass, balls made of alumina balls, balls having diameters of 1, 3, 5, 10 and 15 mm, 60 wt% of ethanol (chemical treatment) Lt; RTI ID = 0.0 > 20 < / RTI > minutes

[실험예 4][Experimental Example 4]

실시예 4에 의해 전처리(분쇄)된 바이오매스는 체(sieve)를 이용하여 분쇄된 크기를 분석하였고, 하기 표 5에 나타내었다.The pretreated (pulverized) biomass according to Example 4 was analyzed for sieved size using a sieve and is shown in Table 5 below.

[표 5][Table 5]

Figure 112016117248532-pat00005
Figure 112016117248532-pat00005

상기 표 5에서 확인할 수 있는 것처럼, 3~10mm 크기의 볼에서 대체적으로 분쇄 효과가 좋았으며 특히 10mm 볼을 사용할 때 가장 잘 분쇄되는 것을 볼 수 있지만 1mm나 15mm의 경우 도리어 분쇄효과가 낮아지는 것을 볼 수 있었다.As can be seen in the above Table 5, the crushing effect was generally good in a ball having a size of 3 to 10 mm. Particularly, it can be seen that crushing effect is best when a 10 mm ball is used. However, I could.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the above embodiments and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

100 : 바이오매스 융합처리장치
10 : 바이오매스 공급부
11 : 스크류
20 : 촉매 공급부
30 : 바이오매스 분쇄부
31 : 샤프트 핀
32 : 세라믹 볼
33 : 히터
40 : 역류방지부재
S100 : 바이오매스 처리방법
S10 : 바이오매스 공급단계
S20 : 촉매 공급단계
S30 : 바이오매스 분쇄단계
100: Biomass fusion processing device
10: Biomass feeder
11: Screw
20:
30: Biomass crushing unit
31: Shaft pin
32: Ceramic ball
33: Heater
40:
S100: Biomass treatment method
S10: Biomass supply stage
S20: Catalyst supply step
S30: Biomass pulverization step

Claims (20)

바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부;
바이오매스 공급부와 연결되어 촉매를 바이오매스 공급부로 공급하는 촉매 공급부;
공급되는 바이오매스와 촉매를 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 바이오매스 분쇄부; 및
바이오매스 공급부 및 바이오매스 분쇄부 사이에 위치한 역류방지부재;를 포함하되,
바이오매스 공급부는,
바이오매스 분쇄부와 인접한 일측의 직경이 작고, 바이오매스 투입구와 인접한 타측의 직경이 큰 스크류를 포함하고,
스크류를 이용하여 바이오매스를 바이오매스 분쇄부로 이송하며,
바이오매스 분쇄부는,
스크류를 구비하고, 스크류를 이용하여 분쇄된 바이오매스를 배출하는 바이오매스 배출구;를 포함하고,
역류방지부재는,
중앙에 홀이 형성된 원형 부재; 및
일방향으로만 개방될 수 있는 게이트;를 포함하며,
바이오매스 공급부는 바이오매스 분쇄부의 하단 일측에 결합되고, 바이오매스 배출구는 바이오매스 분쇄부의 상단 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 융합처리장치.
A biomass supply unit for supplying biomass;
A catalyst supply unit connected to the biomass supply unit and supplying the catalyst to the biomass supply unit;
A biomass crushing unit that agitates the supplied biomass and the catalyst and crushes the biomass; And
And a backflow prevention member positioned between the biomass supply unit and the biomass crushing unit,
The biomass-
A screw having a small diameter on one side adjacent to the biomass crushing portion and a large diameter on the other side adjacent to the biomass inlet,
The biomass is transferred to the biomass pulverizing unit using a screw,
The biomass crushing unit,
And a biomass outlet provided with a screw and discharging the pulverized biomass using a screw,
In the backflow prevention member,
A circular member having a hole formed at the center thereof; And
And a gate that can be opened only in one direction,
Wherein the biomass feeder is coupled to a lower one side of the biomass crusher and the biomass outlet is coupled to the upper end of the biomass crusher.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
촉매는 유기용매, 약염기 및 약산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 바이오매스 융합처리장치.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst is at least one selected from the group consisting of an organic solvent, a weak base, and a weak acid.
제1항에 있어서, 바이오매스 분쇄부는,
샤프트 핀(shaft pin)을 구비하는 교반기; 및
세라믹 볼;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 융합처리장치.
The biomass mill according to claim 1,
A stirrer having a shaft pin; And
Wherein the biomass fusion processing apparatus comprises a ceramic ball.
제6항에 있어서,
샤프트 핀은 50~450rpm의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 융합처리장치.
The method according to claim 6,
And the shaft pin rotates at a speed of 50 to 450 rpm.
제6항에 있어서,
세라믹 볼의 직경은 3~10mm인 것을 특징으로 하는, 바이오매스 융합처리장치.
The method according to claim 6,
Wherein the diameter of the ceramic ball is 3 to 10 mm.
제1항에 있어서, 바이오매스 분쇄부는,
내부의 온도를 조절할 수 있는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 융합처리장치.
The biomass mill according to claim 1,
And a heater capable of adjusting the temperature inside the biomass fusing unit.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항의 바이오매스 융합처리장치를 이용한 바이오매스 처리방법으로서,
바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급단계;
촉매를 공급하는 촉매 공급단계; 및
바이오매스와 촉매를 혼합하여 교반하고, 바이오매스를 분쇄하는 바이오매스 분쇄단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 처리방법.
A biomass treatment method using the biomass fusion treatment apparatus of claim 1,
Supplying biomass to supply biomass;
A catalyst supplying step of supplying a catalyst; And
And a biomass grinding step of mixing and agitating the biomass and the catalyst and pulverizing the biomass.
제13항에 있어서, 바이오매스 공급단계에서,
바이오매스는 스크류에 의해 이송되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 처리방법.
14. The method of claim 13, wherein in the biomass supply step,
Characterized in that the biomass is conveyed by a screw.
삭제delete 제13항에 있어서,
촉매는 유기용매, 약염기 및 약산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 바이오매스 처리방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the catalyst is at least one selected from the group consisting of an organic solvent, a weak base, and a weak acid.
제13항에 있어서, 바이오매스 분쇄단계는,
마멸분쇄방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 처리방법.
14. The method of claim 13, wherein the biomass-
Wherein the biomass is carried out by a crushing method.
제13항에 있어서, 바이오매스 분쇄단계는,
60~200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 처리방법.
14. The method of claim 13, wherein the biomass-
Is carried out at 60 to 200 占 폚.
제13항에 있어서, 바이오매스 분쇄단계 후에,
분쇄된 바이오매스를 배출하는 바이오매스 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 처리방법.
14. The method of claim 13, wherein after the biomass grinding step,
And a biomass discharge step of discharging the pulverized biomass.
제19항에 있어서, 바이오매스 배출단계는,
분쇄된 바이오매스를 스크류를 이용하여 배출하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 처리방법.


20. The method of claim 19, wherein the biomass-
Wherein the pulverized biomass is discharged using a screw.


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