KR102100887B1 - 초본계 바이오매스의 연속 가수분해 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저장조에 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매를 투입하여 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매로 저장조를 충진시키는 공정, 저장조 내의 액상 촉매 및 바이오매스 분쇄물의 혼합물을 고압 반응기로 이송하여 가수분해시키는 공정, 및 상기 가수분해 공정에서 얻어지는 가수분해 생성물 중의 액상 촉매 및 바이오매스 추출액 함유 액상과 고형물을 분리하는 공정을 연속적으로 수행하는 것을 포함하는, 바이오매스 연속 가수분해 방법에 관한 것이다.

Description

초본계 바이오매스의 연속 가수분해 방법 {A Process for Continuous Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass}
본 발명은 초본계 바이오매스의 연속 가수분해 방법에 관한 것이다.
일반적으로 바이오매스의 생화학적 변환공정에 의해 생산되는 바이오연료는 바이오에탄올과 부탄올 등 고부가가치의 수송용 연료이다. 미국과 브라질로 대표되는 바이오에탄올 생산 강국은 대부분 1세대 바이오매스로 대표되는 옥수수와 사탕수수 등 전분질 바이오매스로 바이오에탄올을 생산하고 있다. 최근 들어 식용인 전분질 바이오매스를 수송용 바이오알코올 제조 원료로 활용하는 과정에서 많은 부작용이 제시되면서 70% 이상이 탄수화물로 이루어진 셀룰로오스계 바이오매스(2세대 바이오매스)를 대체 원료로 활용하는 방안이 제시되고 있다. 셀룰로오스계 바이오매스는 전분질계 바이오매스와는 달리 대부분의 셀룰로오스가 결정 영역을 이루고 있으며, 리그닌이라는 페놀성 물질로 둘러싸여 있기 때문에 바이오연료를 효과적으로 생산하기 위해서는 이러한 장애물을 제거하는 가수분해 과정이 요구된다.
초본계 바이오매스 가수분해 공정은 액체 존재 하에 고온 및 고압의 반응기 내에서 이루어질 수 있다. 가수분해 방법의 예로는 암모니아, 알카리-과초산, 알카리 과산화수소, 알카리 용매, 석회, 산소압 하의 석회, 수산화나트륨 등을 사용하는 염기 촉매화 방법, 자가 가수분해, 열수, 열수-pH 중성, 증기 등을 이용하는 무촉매 방법, 황산, 염산, 과초산, 인산, 이산화황을 이용한 농축 산 또는 희석 산을 사용하는 산 촉매화 방법, 유기 용매 등의 용매를 이용하는 방법, 과산화수소, 습식 산화 등을 이용하는 화학적 방법이 있다.
초본계 바이오매스를 가수분해하여 유효 성분을 추출하기 위해서는 일반적으로 바이오매스를 잘게 분쇄하고 촉매를 투입하여 고온 반응기에서 가수분해 반응시킨다. 가수분해 반응에 액상 촉매를 사용하는 경우, 촉매 특성상 고압의 밀폐 반응기가 필요하며, 공정비용 절감을 위해서는 촉매 사용량을 최소화할 필요가 있다.
일반적으로 공정물이 순수한 액상일 경우 연속식의 고압 반응기를 사용하는 공정의 적용이 가능한데, 이는 반응기 투입구 및 배출구를 공정물인 액체가 가득 채워 기밀성이 유지될 수 있기 때문이다. 그러나 공정물이 고형물인 경우 연속식의 고압 반응기 구현이 쉽지 않다. 이 경우 공정물의 이송 통로인 배관 내에 다량의 고형물이 존재하게 되고, 이로 인해 고형물 사이의 공극으로 고압부의 기체가 저압부로 역류하여 고압 반응기 내부의 압력을 고압으로 유지하는 것이 어려워지고, 펌프를 이용하여 바이오매스를 반응기 내로 이송하는 것이 불가능하게 된다. 이는 바이오매스 분쇄물을 고압 반응기 내에 연속적으로 투입한다거나, 고압 반응기 내에서 처리된 고형물을 연속적으로 배출시키는 연속 공정을 구현하는 것을 어렵게 만든다. 이 때문에 바이오매스 가수분해 공정에서는 상압에서 개방 상태의 반응기에 바이오매스 분쇄물 및 촉매를 투입하고, 반응기를 밀폐 상태로 만든 다음, 가압하는 회분식 공정을 적용하는 것이 일반적이다.
그러나 초본계 바이오매스 및 촉매를 반응기 내에 연속적으로 투입하고, 반응 결과물 중의 고형물과 액상을 분리하고, 촉매가 함유된 액상을 재순환시키고, 분리된 고형물을 연속적으로 배출하는 것이 가능해진다면 촉매를 재사용하는 것은 물론, 짧은 시간 내에 대량의 바이오매스를 처리할 수 있게 되므로, 비용 절감 및 생산성 향상을 기대할 수 있다.
따라서 초본계 바이오매스를 고온 고압 반응기 내부에 연속적으로 투입하고, 반응이 완료된 고형물을 반응기 외부로 연속적으로 배출하는 것이 가능한 초본계 바이오매스 연속 가수분해 방법을 제시하는 것이 필요하다.
본 발명은 초본계 바이오매스를 고온 고압 반응기 내부에 연속적으로 투입하고, 반응이 완료된 고형물을 반응기 외부로 연속적으로 배출하는 것이 가능한, 초본계 바이오매스 연속 가수분해 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 해결된다.
(1) 저장조에 바이오매스 분쇄물 및 액상 촉매를 투입하여 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매로 저장조를 충진시키는 공정, (2) 저장조 내의 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매의 혼합물을 고압 반응기로 이송하여 가수분해 반응시키는 공정, 및 (3) 상기 공정 (2)에서 얻어지는 가수분해 반응 결과물 중의 액상을 고형물로부터 분리하는 공정을 연속적으로 수행하는 것을 포함하는, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
본 발명에 따라 초본계 바이오매스의 연속 가수분해 방법이 제공되었다.
본 발명에서는 초본계 또는 목질계 바이오매스를 과량의 액상 촉매와 혼합하여 고압 반응기로 이송하여 이후의 공정 흐름에서 유동성 및 기밀성을 확보하고, 고압 반응기 내부의 온도 및 압력이 일정한 수준으로 유지되도록 하여 고압 반응기 내의 반응물이 저장조로 역류하는 것을 방지하고, 이를 통해 바이오매스의 투입 및 배출이 연속적으로 이루어지도록 함으로써, 바이오매스의 가수분해 공정을 연속적으로 수행하는 것이 가능하다.
또한 본 발명에서는 고압 반응기에서 생성된 반응 결과물로부터 고형물과 액상 촉매 및 추출액 함유 액상을 분리하고, 분리된 액상을 저장조로 이송시켜 액상 촉매를 재사용할 수 있도록 구성함으로써, 촉매 사용량을 최소화하고, 고압 반응기에서 생성된 반응 결과물의 열을 회수하여 에너지 절감 역시 가능하도록 하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 연속 가수분해 방법을 간략하게 도시한 공정도이다.
본 발명의 첫 번째 관점은
(1) 저장조에 바이오매스 분쇄물 및 액상 촉매를 투입하여 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매로 저장조를 충진시키는 공정,
(2) 저장조 내의 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매의 혼합물을 고압 반응기로 이송하여 가수분해 반응시키는 공정, 및
(3) 상기 공정 (2)에서 얻어지는 가수분해 반응 결과물 중의 액상을 고형물로부터 분리하는 공정
을 연속적으로 수행하는 것을 포함하는, 바이오매스 연속 가수분해 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 공정 (1)에서는 저장조에 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매를 투입하여 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매로 저장조를 충진시킨다. 이때 투입되는 액상 촉매는 바이오매스 분쇄물에 비해 과량으로, 바람직하게는 5배 이상으로, 가장 바람직하게는 액상 촉매의 중량이 바이오매스 분쇄물의 중량 대비 5 내지 20배가 되도록 투입한다.
상기 공정 (1)에서 저장조에 투입되는 바이오매스 분쇄물은 경우에 따라 바이오매스의 분쇄 중에 액상 촉매와 사전에 혼합된 것일 수 있다. 이 경우 액상 촉매는 분쇄기에 투입되는 바이오매스의 중량 대비 1 내지 5배의 중량으로 혼합될 수 있으나, 본 발명에 있어서 이러한 사전 혼합이 필수적인 것은 아니다.
본 발명에서는 저장조에 고상인 바이오매스 분쇄물에 비해 액상 촉매를 위와 같이 과량으로 투입함으로써 저장조 내 및 저장조에서 고압 반응기로 이송되는 혼합물, 즉 액상 촉매와 바이오매스 분쇄물의 혼합물의 유동성을 확보함과 동시에 저장조가 액상으로 채워지도록 하고, 이를 통해 고압 반응기 내의 반응물이 역류하는 것을 방지한다.
본 발명에 있어서, 상기 바이오매스는 초본계 바이오매스 또는 목질계 바이오매스로서, 그 예로는 옥수수대, 밀집, 볏집, 거대억새, 유칼립투스 나무 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 공정 (2)에서는 저장조 내의 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매의 혼합물을 고압 반응기로 이송하여 가수분해 반응시킨다. 이때 고압 반응기 내부의 온도는 초본계 바이오매스 분쇄물의 가수분해 반응에 적합한 온도, 즉 촉매가 활성화되어 빠른 속도로 바이오매스에 포함된 리그닌을 추출하는 데에 적합한 온도, 바람직하게는 80 내지 200℃로, 가장 바람직하게는 120 내지 180℃로 유지된다.
상기 액상 촉매는 에탄올 수용액 또는 암모니아수일 수 있다. 바람직하게는 상기 에탄올 수용액의 농도는 20 내지 70중량%이고, 상기 암모니아수의 농도는 10 내지 50중량%이다.
액상 촉매로서 에탄올 수용액을 사용하는 경우 반응기 내부의 압력을 바람직하게는 5 내지 40 기압으로 유지한다. 한편, 액상 촉매로서 암모니아수를 사용하는 경우 반응기의 압력을 바람직하게는 10 내지 60 기압으로 유지한다. 고압 반응기 내부 압력은 반응기 내부 온도에 따른 액상 촉매의 증기압에 의존한다. 따라서 반응기 내부의 압력은 선택된 온도 범위에 따른 증기압을 고려하여 선택된다. 그 일예로, 반응기 내부 온도를 150℃로 유지하는 경우, 액상 촉매의 증기압을 고려할 때 에탄올 수용액에 대해서는 압력을 10 기압 이상으로, 암모니아수에 대해서는 압력을 40 기압 이상으로 유지하는 것이 적절하다.
본 발명에서는 상기와 같이 액상 촉매의 종류 및 농도, 반응기 내부 온도 및 압력 범위를 위와 같이 조절함으로써 고압 반응기 내에서 액상 촉매가 기/액 평형 상태 이상으로 증발되지 않도록 하고, 이를 통해 초본계 바이오매스의 가수분해 반응에 충분한 양의 촉매가 액상으로 유지되도록 한다. 이로써 바이오매스 분쇄물 사이의 공극이 과량의 액상 촉매로 채워지고, 그 결과 기/액 평형 상태에 있는 반응기 내의 고압의 기체가 바이오매스 분쇄물 사이의 공극을 통해 반응기 외부로 역류하는 것이 방지된다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 공정 (2)에서는 저장조 내의 액상 촉매 및 바이오매스 분쇄물의 혼합물을 열교환기를 통과시켜 고온 고압 반응기로 이송할 수 있다. 이 경우 저장조로부터 이송되는 저온의 바이오매스와 액상 촉매의 혼합물이 반응기에서 배출되는 고온의 가수분해 반응 결과물로부터 열을 전달 받을 수 있게 되어 열에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
상기 공정 (3)에서는 상기 공정 (2)에서 얻어지는 가수분해 반응 결과물 중의 액상을 고형물로부터 분리한다. 이때 분리되는 고형물은 반응기의 외부로 배출된다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에 있어서, 상기 공정 (3)에서는 상기 공정 (2)에서 얻어지는 가수분해 반응 결과물을 열교환기를 통과시켜 20 내지 60℃로 냉각시킨 후에 액상과 고형물을 분리하는 공정을 수행할 수도 있다. 이 경우, 열교환기는 고압 반응기로부터 고온 상태로 배출되는 가수분해 반응 결과물로부터 열을 회수할 수 있게 되며, 여기서 회수된 열을 저장조로부터 상기 열교환기를 거쳐 고압 반응기로 이송되는 반응물, 즉 액상 촉매와 바이오매스 분쇄물의 혼합물에 흡수되도록 함으로써 에너지를 절약할 수 있다. 필요에 따라, 열교환기에 의해 1차 냉각된 가수분해 반응 결과물을 상온 또는 그 이하의 온도로 더 냉각시킨다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에서는 상기 공정 (3)에서 분리된 액상, 즉 액상 촉매 및 바이오매스 추출액의 혼합물을 저장조로 이송하는 공정 (4)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 고압 반응기로부터 회수되는 액상 촉매를 저장조에서 재사용할 수 있게 되므로, 저장조에 추가로 투입되는 액상 촉매의 양을 최소화할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에서는 상기 공정 (3)에서 분리된 액상을 저장조로 반송하기 전에 마이크로 필터(MF), 한외 필터(UF), 나노 필터(NF) 등을 이용하여 여과하는 공정을 더 포함할 수도 있다. 이 경우 상기 공정 (3)에서 분리한 액상으로부터 불순물을 여과하여 제거하거나, 액상 촉매만을 분리하여 저장조로 이송하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 바이오매스 연속 가수분해 방법에서는 상기 (1) 내지 (3)의 공정을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 공정 (3) 이후에 상기 (4)의 공정을 추가로 수행하는 경우 상기 공정 (1) 내지 (4) 역시 연속적으로 수행한다. 본 발명에서는 이를 통해 초본계 바이오매스의 투입, 촉매 투입, 고압 반응기 내에서의 가수분해 반응, 가수분해 반응 결과물로부터 액상과 고형물의 분리, 및 반응기 외부로의 고형물의 배출이 연속적으로 이루어질 수 있게 된다.
본 발명에 따른 초본계 바이오매스 연속 가수분해 방법은 바이오매스 분쇄기, 바이오매스 저장조, 고압 반응기 및 탈수기를 포함하는 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 장치는 저장조와 고압 반응기 사이에 열교환기가 더 구비될 수 있다. 이 경우 고압 반응기 내에서 생성된 고온의 반응 결과물이 열교환기를 통과하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 상기 반응 결과물이 보유한 열이 열교환기로 회수되어 반응 결과물은 냉각된다. 열교환기에서 회수되는 열은 저장조로부터 고압 반응기로 이송되는 반응물에 전달되어, 상기 반응물의 온도를 상승시킬 수 있게 되므로, 고압 반응기 내에서의 가수분해 반응을 위해 가해야 하는 에너지의 양을 줄일 수 있다. 상기 열교환기는 바람직하게는 나선형 열교환기일 수 있다. 이 경우 저장조로부터 열교환기로 이송되는 반응 혼합물 또는 고압 반응기로부터 열교환기로 이송되는 반응 결과물 중의 고형물에 의한 열교환기의 유로가 막히는 현상을 방지할 수 있다.
상기 열교환기는 2개로 구성될 수 있고, 두 번째 열교환기에 냉각수를 순환시켜 고압 반응기에서 이송되는 반응 결과물의 온도를 추가로 냉각시킬 수도 있다.
본 발명에서는 상기 저장조와 열 교환기 사이에 다단 원심 펌프가 더 구비된 장치를 사용할 수 있고, 이를 이용하여 고압 반응기에서의 가수분해 반응에 필요한 압력이 유지되도록 할 수 있다.
상기 탈수기는 압착기 또는 원심분리기 형태일 수 있으나, 바이오매스 가수분해 반응 결과물 중의 고형물과 액상을 분리할 수 있는 한 어떤 형태를 사용해도 무방하다.
상기 저장조 및 고압 반응기 내부에는 교반기가 구비될 수 있고, 이를 통해 저장조 내에서 액상 촉매와 바이오매스 분쇄물이 잘 혼합되도록 하거나, 고압 반응기 내에서의 가수분해 반응의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 저장조에 탈수기로부터 분리되는 액상이 투입될 수 있는 연결 배관이 더 구비된 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우 고압 반응기에서 가수분해 반응에 사용되었던 액상 촉매를 저장조로 이송하여 재사용하는 것이 가능해진다.
본 발명에서는 상기 탈수기로부터 분리된 액상, 즉 액상 촉매 및 바이오매스 추출액의 혼합물로부터 액상 촉매만을 분리하기 위해 마이크로 필터(MF), 한외 필터(UF), 나노 필터(NF) 등의 막 분리 장치를 더 구비하여 이 장치를 통과한 액상 촉매를 저장조로 이송할 수도 있다.
본 발명에서는 상기 저장조와 고압 반응기 사이, 또는 저장조와 열교환기 사이에 고압 반응기에서 생성되는 기체가 저장조로 역류하는 것을 방지하고 액상 촉매와 바이오매스 분쇄물의 혼합물을 고압 반응기로 이송하기 위한 펌프, 바람직하게는 다단 펌프를 더 구비하여 사용할 수 있다. 필요한 경우, 상기 펌프의 토출 배관에 저장조와 연결되는 배관을 설치하여 필요 이상의 압력이 고압 반응기에서 형성되지 않고 고압 반응기 내의 압력이 유지되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에서는 상기 고압 반응기 내부에 반응기 내부 압력 및 수위를 제어하기 위한 압력 센서 또는 액위 센서를 더 구비하여, 고압 반응기 내부의 압력 및 수위를 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 또한 고압 반응기 내부에 교반기를 구비하여 반응기 내에서 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매가 계속해서 혼합될 수 있도록 할 수도 있다.
본 발명에서는 상기 열교환기와 탈수기 사이에 밸브를 구비하고, 상기 밸브가 고압 반응기 내에 구비된 액위 센서와 연동되도록 하여 고압 반응기 내부의 수위 조절에 이용할 수 있다.
본 발명에서는 필요에 따라 열교환기와 탈수기 사이에 제2 저장조, 바람직하게는 사이클론 형태의 제2 저장조를 추가로 설치하여, 열교환기로부터 저장조로 이송되는 빠른 유속의 고형물에 의해 후단 설비가 파손되는 것을 방지한다. 이 경우, 반응 결과물은 열교환기로부터 펌프 또는 자연 흐름에 의해 탈수기로 이송될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 다양하게 변형된 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시 예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. (1) 저장조 내에 바이오매스 분쇄물; 및 액상 촉매를 투입하여 저장조를 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매로 충진시키는 공정,
    (2) 저장조 내의 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매의 혼합물을 고압 반응기로 이송하여 가수분해 반응시키는 공정, 및
    (3) 상기 공정 (2)에서 얻어지는 가수분해 반응 결과물 중의 액상과 고형물을 분리하는 공정
    을 연속적으로 수행하는 것을 포함하되,
    상기 액상 촉매는 에탄올 수용액 또는 암모니아수이고,
    상기 공정 (1)에서는 저장조 내에 바이오매스 분쇄물과 액상 촉매를 저장조 내의 액상 촉매 : 바이오매스 분쇄물의 중량비가 5 : 1 내지 20 : 1이 되는 양으로 연속적으로 투입하고,
    상기 공정 (2)에서는 고압 반응기의 내부 압력을 상기 액상 촉매가 에탄올 수용액인 경우 5 내지 40 기압으로, 액상 촉매가 암모니아수인 경우 10 내지 60 기압으로 유지하는 것인
    바이오매스 연속 가수분해 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이오매스는 초본계 바이오매스 또는 목질계 바이오매스인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 고압 반응기의 내부 온도는 80 내지 200℃인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 에탄올 수용액의 농도는 30 내지 70중량%인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 암모니아수의 농도는 10 내지 50중량%인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 공정 (2)에서는 저장조 내의 액상 촉매 및 바이오매스 분쇄물의 혼합물을 열교환기를 통과시켜 고온 고압 반응기로 이송하는 것인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 공정 (3)에서는 상기 공정 (2)에서 얻어지는 가수분해 생성물을 열교환기를 통과시켜 20 내지 60℃로 냉각시킨 후에 액상과 고형물을 분리하는 것인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 공정 (3)에서 분리된 액상을 저장조로 이송하는 공정 (4)를 더 포함하는 것인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공정 (3)에서 분리된 액상을 마이크로 여과, 한외 여과 또는 나노 여과한 이후에 공정 (4)를 수행하는 것인, 바이오매스 연속 가수분해 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102297595B1 (ko) * 2019-12-20 2021-09-03 한국에너지기술연구원 초임계유체를 이용한 리그닌 분해 시스템 및 그 운전방법
KR102422678B1 (ko) * 2020-03-17 2022-07-19 한경대학교 산학협력단 염기 촉매를 이용한 바이오매스 유래 리그닌으로부터 바이오 오일을 생산하는 방법
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KR102544019B1 (ko) * 2021-02-25 2023-06-15 한국세라믹기술원 바이오매스로부터 실리카 용액을 연속적으로 추출하는 장치 및 이를 사용한 실리카 용액의 연속 추출방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155307B1 (ko) 2010-06-08 2012-06-13 서울대학교산학협력단 유기용매 전처리를 적용한 침엽수종 바이오에탄올 제조방법
KR101544188B1 (ko) 2013-03-22 2015-08-12 전남대학교산학협력단 바이오매스 전처리에 사용된 유기산 촉매 회수 및 재사용 기술
KR101595004B1 (ko) 2013-11-25 2016-02-25 대한민국 바이오매스 연속식 전처리 시스템
JP6141739B2 (ja) 2013-10-08 2017-06-07 本田技研工業株式会社 バイオマスの前処理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155307B1 (ko) 2010-06-08 2012-06-13 서울대학교산학협력단 유기용매 전처리를 적용한 침엽수종 바이오에탄올 제조방법
KR101544188B1 (ko) 2013-03-22 2015-08-12 전남대학교산학협력단 바이오매스 전처리에 사용된 유기산 촉매 회수 및 재사용 기술
JP6141739B2 (ja) 2013-10-08 2017-06-07 本田技研工業株式会社 バイオマスの前処理方法
KR101595004B1 (ko) 2013-11-25 2016-02-25 대한민국 바이오매스 연속식 전처리 시스템

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