KR20090039470A - Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts - Google Patents

Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts Download PDF

Info

Publication number
KR20090039470A
KR20090039470A KR1020070105137A KR20070105137A KR20090039470A KR 20090039470 A KR20090039470 A KR 20090039470A KR 1020070105137 A KR1020070105137 A KR 1020070105137A KR 20070105137 A KR20070105137 A KR 20070105137A KR 20090039470 A KR20090039470 A KR 20090039470A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wood
supercritical water
biomass
acid catalyst
acid
Prior art date
Application number
KR1020070105137A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최준원
최돈하
Original Assignee
대한민국(관리부서 : 산림청 국립산림과학원장)
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 대한민국(관리부서 : 산림청 국립산림과학원장) filed Critical 대한민국(관리부서 : 산림청 국립산림과학원장)
Priority to KR1020070105137A priority Critical patent/KR20090039470A/en
Publication of KR20090039470A publication Critical patent/KR20090039470A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H1/00Processes for the preparation of sugar derivatives
    • C07H1/06Separation; Purification
    • C07H1/08Separation; Purification from natural products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H3/00Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
    • C07H3/02Monosaccharides
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

A saccharizing method of wood type bio-mass using acid-catalase and supercritical water is provided to obtain monosaccharide which is main ingredient of bio-ethanol from wood type bio-mass as well as starch type ingredient and substitute starch type ingredient in a field of producing bio-ethanol ingredient. A monosaccharide is obtained from wood type bio-mass by saccharizing with supercritical water under acid catalysis at 325-425°C, 218.3-340atm for 10-120 seconds. The wood type bio-mass comprises populus, pitch pine, larch, yellow poplar, poplar, or rice straw. The acid catalyst is the hydrochloric acid, the acetic acid, and the nitric acid or the sulfuric acid.

Description

산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법{Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts}Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts

본 발명은 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 목질계 바이오매스의 당화에 있어서, 목질계 바이오매를 산촉매하에서 초임계수로 분해하여 목질계 바이오매스로부터 단당류를 제조하는 당화방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of saccharifying wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water, and more particularly, in the saccharification of wood-based biomass, by decomposing the wood-based biomass into supercritical water under an acid catalyst, the monosaccharide from wood-based biomass. It relates to a saccharification method for preparing the.

바이오매스(Bio-mass)는 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체, 균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 의미한다.Bio-mass refers to a biological organism including plants, cells and animals that eat and live by photosynthesis of plants and microorganisms that receive solar energy.

바이오매스 자원은 곡물, 감자류를 포함한 전분질계의 자원과 초본, 임목과 볏짚, 왕겨와 같은 농수산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원과 사탕수수, 사탕무와 같은 당질계의 자원은 물론 가축의 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 포함하는 단백질계의 자원까지를 포함하는 다양한 성상을 지닌다.Biomass resources include starch-based resources, including grains and potatoes, cellulose-based resources, including agricultural, aquatic products such as herbs, wood and rice straw, chaff, and sugar-based resources such as sugar cane and sugar beets, as well as livestock manure, carcasses and It has a variety of properties, including protein-based resources, including microbial cells.

바이오매스를 이용한 바이오에너지(Bio-energy)의 이용은 유지작물로부터 유지를 추출한 후 이를 에스테르화하여 바이오디젤을 제조, 전분작물 및/또는 섬유소식물체를 당화시켜 얻은 당분을 알콜발효시켜 바이오알콜의 제조, 유기성폐기물을 혐기발효시켜 메탄가스를 얻고 이로부터 메탄올을 제조하는 등 여러 가지 분야가 있다.Bio-energy using biomass is produced by extracting fats and oils from oil crops and esterifying them to produce biodiesel, and alcohol-fermenting sugars obtained by saccharifying starch crops and / or fibrous plants to produce bioalcohols. For example, there are various fields such as anaerobic fermentation of organic wastes to obtain methane gas and production of methanol therefrom.

상기 전분작물 및/또는 섬유소식물체를 당화시켜 얻은 당분을 알콜발효시켜 바이오알콜의 제조함에 있어서, 전분작물은 보리, 옥수수 등을 사용할 수 있고, 섬유소식물체는 목질(wood), 볏짚 등을 사용할 수 있다. In the production of bioalcohol by alcohol-fermenting the sugar obtained by saccharifying the starch crop and / or fibrous plant, the starch crop may be barley, corn, etc., and the fibrous plant may be wood, rice straw, or the like. .

목질계 바이오매스의 당화공정은 산가수분해법과 생물학적인 효소당화법이 이용되고 있다. Acid hydrolysis and biological enzyme saccharification are used for the saccharification process of wood-based biomass.

상기 목질계 바이오매스의 산가수분해법은 황산을 이용하여 목질계 바이오매스의 섬유소간에 이루는 에테르 결합을 분해하여 글루코오스, 만노오스, 갈락토오스, 자일로오스, 아라비노오스 등의 단당류를 생산하는 공정이다. 이러한 방법은 목질계 바이오매스의 단당류 전환 비율은 높지만 비교적 고농도의 황산을 이용한다는 점에서 공정설비의 부식이 항상 문제점으로 제기되고 있다. 그리고 최종 산물이 산조건 하에 존재하므로 에탄올 발효를 위해서는 중화과정을 거쳐야 하는 단점이 있다. The acid hydrolysis of the wood-based biomass is a process of producing monosaccharides such as glucose, mannose, galactose, xylose, arabinose, and the like by decomposing ether bonds formed between fibers of wood-based biomass using sulfuric acid. In this method, the conversion of woody biomass to monosaccharides is high, but corrosion of process equipment is always a problem because it uses relatively high concentration of sulfuric acid. And since the final product is present under acidic conditions, there is a disadvantage that the neutralization process for ethanol fermentation.

상기 목질계 바이오매스의 효소당화법은 전분질로 구성된 농업바이오매스를 아밀라아제/글루코아밀라아제 등에 의해 글루코오스로 전환하는 전분계 당화 공정과 셀룰라아제라는 목재부후균에서 단리한 효소를 이용하여 목질계 셀룰로오스를 분해하여 글루코오스를 생산하는 목질계 당화공정으로 나눌 수 있다. 현재 전분계 당화공정은 널리 일반화 되어 있지만 목질계 바이오매스의 효소당화는 목질바이오매스의 구조적 특성 때문에 아직 연구단계에 머물러 있다. 그리고 목질바이오매스의 효소가수분해에 필요한 효소인 셀룰라아제는 아직 그 가격이 매우 비싸고 당화반응시간이 매우 길어서 경제성이 매우 낮은 상태이다. The enzymatic glycosylation method of the wood-based biomass is a starch-based glycosylation process for converting agricultural biomass composed of starch into glucose by amylase / glucoamylase and the like, and decomposing wood-based cellulose by using an enzyme isolated from wood fungus called cellulase. It can be divided into the wood-based saccharification process that produces glucose. At present, starch-based glycosylation process is widely used, but enzymatic saccharification of woody biomass is still in the research stage due to the structural characteristics of woody biomass. Cellulase, an enzyme necessary for the hydrolysis of wood biomass, is still very economical because its price is very expensive and the glycosylation reaction is very long.

초임계 유체란 각각의 유체가 고유하게 지니고 있는 임계온도(critical temperature)와 임계압력(critical pressure)을 넘어선 상태에 존재하는 유체를 말한다. 이러한 상태에서는 각 유체가 상온/상압에서 나타내는 일반적인 특성과는 달리 새로운 특성을 나타낸다. Supercritical fluids are fluids that exist in a state beyond the critical temperature and critical pressure that each fluid inherently has. In this state, each fluid exhibits new characteristics unlike the general characteristics exhibited at room temperature / atmospheric pressure.

본 발명에서 사용한 물이 초임계 상태에 도달한 초임계수는 물의 중성적인 특성은 사라지고 산(acid)의 특성을 나타내며, 물이 초임계 상태가 아닌 상온/상압상태로 되돌아오면 초임계 상태에서 지닌 산의 특성은 사라진다. When the water used in the present invention reaches the supercritical state, the supercritical water disappears the neutral properties of the water and exhibits acid properties, and when the water returns to the room temperature / atmospheric state instead of the supercritical state, the acid has the supercritical state. The characteristic of disappears.

본 발명은 초임계 상태의 물인 초임계수가 산의 특성을 지닌 것을 착안하여 산촉매와 상기 초임계수를 이용하여 목질계 바이오매스를 당화시킴으로써 목질계 바이오매스의 당화되는 반응시간을 매우 짧게 단축할 수 있으며, 물을 분해매체로 이용하기 때문에 종래 황산에 의한 공정설비의 부식 등의 단점을 해결할 수 있다. In the present invention, the supercritical water, which is water in a supercritical state, has an acidic characteristic, so that the reaction time of glycosylated biomass can be shortened very shortly by saccharifying wood-based biomass using an acid catalyst and the supercritical water. In addition, since water is used as a decomposition medium, disadvantages such as corrosion of a conventional process facility by sulfuric acid can be solved.

본 발명은 산촉매와 초임계수를 이용하여 목질계 바이오매스를 당화시키는 당화방법을 제공하여 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올 제조 원료인 단당 류를 얻을 수 있다.The present invention provides a saccharification method for saccharifying wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water to obtain monosaccharides, a raw material for producing bioethanol, from wood-based biomass.

본 발명은 목질계 바이오매스의 당화에 있어서 종래 황산과 같은 산가수법을 이용하는 대신 초임계수가 산의 특성을 지닌 것을 착안하여 황산 대신 산촉매와 초임계수를 사용하여 목질계 바이오매스의 당화반응시간을 매우 짧게 단축할 수 있으며, 종래 황산에 의한 공정설비 부식 등의 단점을 해결할 수 있는 목질계 바이오매스의 당화방법을 제공하고자 한다. The present invention focuses on the saccharification reaction of wood-based biomass using acid catalyst and supercritical water instead of sulfuric acid. It is possible to shorten the short, and to provide a saccharification method of wood-based biomass that can solve the disadvantages such as corrosion of the process equipment by the conventional sulfuric acid.

본 발명은 목질계 바이오매스의 당화에 있어서, 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 분해하여 목질계 바이오매스로부터 단당류를 제조하는 당화방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a saccharification method for producing monosaccharides from woody biomass by degrading woody biomass into supercritical water under acidic catalyst in saccharification of woody biomass.

본 발명은 산촉매와 초임계수를 이용하여 목질계 바이오매스의 주요 구성물질인 섬유소 성분으로부터 단당류를 얻을 수 있는 기술로서 향후 바이오에탄올 생산 주원료인 단당류를 종래의 전분질계 원료뿐만 아니라 목질계 바이오매스로부터 얻을 수 있는 효과가 있다.The present invention is to obtain a monosaccharide from the cellulose component, which is a major component of the wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water. In the future, the monosaccharide, which is the main raw material of bioethanol, can be obtained from wood-based biomass as well as conventional starch-based raw materials. It can be effective.

본 발명은 목질계 바이오매스로부터 단당류를 생산함으로서 바이오에탄올 원료 생산분야에서 종래 전분질계 원료를 대체할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.The present invention can be expected to produce an effect of replacing the conventional starch-based raw materials in the bioethanol raw material production field by producing a monosaccharide from the wood-based biomass.

본 발명은 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법을 나타낸다.The present invention shows a method of saccharifying wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water.

본 발명에서 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법은 목질계 바이오매스의 당화에 있어서, 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 분해하여 목질계 바이오매스로부터 단당류를 제조할 수 있다.In the present invention, the saccharification method of wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water, in the saccharification of wood-based biomass, can decompose the wood-based biomass into supercritical water under an acid catalyst to prepare monosaccharides from the wood-based biomass.

본 발명에서 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화 시 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 압력 218.3∼340atm, 온도 325∼425℃ 상태의 초임계수와 10초∼120초 동안 당화시켜 목질계 바이오매스로부터 단당류를 제조할 수 있다.In the present invention, when the wood-based biomass is saccharified using the acid catalyst and the supercritical water, the wood-based biomass is saccharified for 10 seconds to 120 seconds with the supercritical water at a pressure of 218.3 to 340 atm and a temperature of 325 to 425 ° C. under the acid catalyst. Monosaccharides can be prepared from these.

본 발명에서 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화 시 목질계 바이오매스와 초임계수의 반응에 있어서, 목질계 바이오매스 중량 대비 5배∼100배의 증류수와 목질계 바이오매스를 혼합하여 산촉매하에서 당화반응을 시켜 목질계 바이오매스로부터 단당류를 제조할 수 있다.In the present invention, in the reaction between the wood-based biomass and the supercritical water during the saccharification of the wood-based biomass using the acid catalyst and the supercritical water, the acid catalyst is mixed by 5 to 100 times the weight of the wood-based biomass and the wood-based biomass. Monosaccharides can be prepared from woody biomass by glycosylation under

본 발명에서 목질계 바이오매스는 현사시나무, 리기다소나무, 낙엽송, 백합나무, 포플라, 볏짚 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.In the present invention, the wood-based biomass may use any one selected from hawthorn, rigi pine, larch, lily, poplar, and straw.

본 발명에서 목질계 바이오매스는 현사시나무, 리기다소나무, 낙엽송, 백합나무, 포플라, 볏짚 중에서 선택된 어느 하나를 분말 형태로 사용할 수 있다.In the present invention, the wood-based biomass may use any one selected from hibiscus, Rigida pine, larch, lily, poplar and rice straw in powder form.

본 발명에서 목질계 바이오매스는 현사시나무, 리기다소나무, 낙엽송, 백합나무, 포플라, 볏짚 중에서 선택된 어느 하나를 슬러리 형태로 사용할 수 있다.In the present invention, the wood-based biomass may use any one selected from sagewood, rigi pine, larch, lily, poplar, and straw in the form of a slurry.

본 발명에서 목질계 바이오매스는 본 발명에서 목질계 바이오매스는 현사시나무, 리기다소나무, 낙엽송, 백합나무, 포플라, 볏짚 중에서 선택된 어느 하나를 수분함량이 10∼15%가 되도록 건조한 후 분쇄기로 분말화한 분말 형태로 사용할 수 있다.The wood-based biomass in the present invention, the wood-based biomass in the present invention is any one selected from hawthorn, rigi pine, larch, lily, poplar, rice straw and dried to a moisture content of 10 to 15% and then powdered with a grinder. It can be used in one powder form.

본 발명에서 목질계 바이오매스는 현사시나무, 리기다소나무, 낙엽송, 백합나무, 포플라, 볏짚 중에서 선택된 어느 하나를 수분함량이 10∼15%가 되도록 건조한 후 분쇄시키고 이를 60메쉬(mesh) 체를 통과한 분말 형태의 것을 사용할 수 있다.In the present invention, the wood-based biomass is pulverized after drying so that the water content is 10 to 15% selected from thorny bark, rigi pine, larch, lily, poplar, and straw, and passed through 60 mesh (mesh) sieve. Powdered forms can be used.

본 발명에서 목질계 바이오매스는 현사시나무, 리기다소나무, 낙엽송, 백합나무, 포플라, 볏짚 중에서 선택된 어느 하나를 수분함량이 10∼15%가 되도록 건조한 후 분쇄시키고 이를 60메쉬(mesh) 체를 통과한 분말을 얻고, 상기 분말을 슬러리화 한 것을 사용할 수 있다.In the present invention, the wood-based biomass is pulverized after drying so that the water content is 10 to 15% selected from thorny bark, rigi pine, larch, lily, poplar, and straw, and passed through 60 mesh (mesh) sieve. It is possible to obtain a powder and to slurry the powder.

본 발명에서 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 당화시킬 때 산촉매는 목질계 바이오매스와 초임계수가 혼합된 반응액 부피 대비 0.01∼0.1%(v/v)를 사용할 수 있다.In the present invention, when the wood-based biomass is glycosylated in supercritical water under an acid catalyst, the acid catalyst may be used in an amount of 0.01 to 0.1% (v / v) based on the volume of the reaction solution in which the wood-based biomass and supercritical water are mixed.

본 발명에서 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 당화시킬 때 산촉매는 염산, 초산, 질산, 황산 중에서 선택된 어느 하나 이상의 산(acid)을 사용할 수 있다.In the present invention, when the wood-based biomass is glycosylated in supercritical water under an acid catalyst, any one or more acids selected from hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, and sulfuric acid may be used.

본 발명에서 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 당화시킬 때 산촉매는 염산, 초산, 질산, 황산 중에서 선택된 어느 하나 이상의 산(acid)을 동일한 부피비로 혼합한 것을 사용할 수 있다.In the present invention, when the wood-based biomass is glycosylated in supercritical water under an acid catalyst, an acid catalyst may be used by mixing one or more acids selected from hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, and sulfuric acid in the same volume ratio.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의하여 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 당화시킬 때 사용하는 당화장치도면이다.1 is a drawing of a saccharification apparatus used for saccharifying woody biomass of the present invention with supercritical water under an acid catalyst.

상기 당화장치는 증류수탱크(water tank)(10), 목질계 바이오매스가 함유된 시료탱크(sample tank)(20), 산촉매탱크(catalyst tank)(30), 펌프(pump)(11)(21)(31), 프리히터(pre-heater)(80), 라인히터(line heater)(81), 반응기(reactor)(40), 열교환기(heat exchanger)(50), 분리기(separator)(60) 및 상기 최종 목적물을 수득하는 수납부(receiver)(70)로 구성되어 있다. The saccharification device is a distilled water tank (water tank) 10, a sample tank (20) containing a wood-based biomass, an acid catalyst tank (30), a pump (11) (21) (31), pre-heater (80), line heater (81), reactor (40), heat exchanger (50), separator (60) ) And a receiver 70 for obtaining the end object.

상기 당화장치의 안전장치로는 두 개의 안전밸브(relief valve)(90)(91)를 프리히터(80)앞과 열교환기(50) 뒤에 각각 설치하였다. As a safety device of the saccharification device, two relief valves 90 and 91 were installed in front of the preheater 80 and the heat exchanger 50, respectively.

상기 당화장치를 이용하여 목질계 바이오매스의 초임계수 당화반응은 증류수탱크(10)의 증류수가 프리히터(80)와 라인히터(81) 및 압력펌프(미도시)에 의해 임계점 이상의 온도, 압력을 지니는 초임계수가 된 후 이 초임계수가 반응기(40) 내에서 시료탱크(20)로부터 이송된 목질계 바이오매스 및 산촉매탱크(30)로 부터 이송된 산촉매가 모여, 상기 반응기(40)내에서 목질계 바이오매스가 산촉매하에서 초임계수에 의해 목질계 바이오매스의 주요 구성물질인 섬유소 성분이 단당류로 당화되어 단당류가 생성된다. Supercritical water saccharification reaction of the wood-based biomass using the saccharification device is a distilled water of the distilled water tank 10 by the preheater 80, the line heater 81 and the pressure pump (not shown) to the temperature and pressure above the critical point After the supercritical water has passed, the supercritical water is collected from the wood-based biomass and acid catalyst transferred from the sample tank 20 in the reactor 40, and the acid catalyst transferred from the acid catalyst tank 30 is collected in the reactor 40. Under the acid catalyst, the supercritical water is used to crystallize the fibrous component, which is a major component of woody biomass, to monosaccharides to produce monosaccharides.

상기 단당류, 다양한 목질분해산물과 미반응된 목질계 바이오매스를 포함하는 초임계수는 반응기 외부의 열교환기(50)를 통과하면서 상온/상압의 증류수가 되고, 상기 열교환기(50)를 통과한 단당류, 다양한 목질분해산물과 미반응된 목질계 바이오매스를 포함하는 증류수는 필터(filter)를 구비한 분리기(60)에서 단당류와 다양한 목질분해산물이 미반응된 목질계 바이오매스와 분리되고, 이렇게 분리된 단당류와 다양한 목질분해산물은 분리기(60)와 연결된 수납부(70)로 옮겨져서 목질계 바이오매스로부터 단당류와 다양한 목질분해산물들을 얻을 수 있다.The supercritical water including the monosaccharide, various wood decomposition products and unreacted wood-based biomass becomes distilled water at room temperature / atmospheric pressure while passing through the heat exchanger 50 outside the reactor, and the monosaccharide passed through the heat exchanger 50. Distilled water containing various wood degradation products and unreacted wood-based biomass is separated from unreacted wood-based biomass by monosaccharides and various wood degradation products in a separator (60) equipped with a filter. The monosaccharides and various wood degradation products can be transferred to the receiving unit 70 connected to the separator 60 to obtain monosaccharides and various wood degradation products from the woody biomass.

상기 분리기(60)에서 분리된 단당류 이외의 산촉매, 미반응된 목질계 바이오매스가 분리되고, 분리된 산촉매, 미반응된 목질계 바이오매스는 각각 펌프(도 1에서 미도시)에 의해 산촉매탱크(30) 및 시료탱크(20)로 유입되어 다시 재사용되거나 또는 폐기될 수 있다.The acid catalyst other than the monosaccharide separated from the separator 60 and the unreacted wood-based biomass are separated, and the separated acid catalyst and the unreacted wood-based biomass are each pumped by a pump (not shown in FIG. 1). 30) and the sample tank 20 can be reused or discarded again.

상기 도 1의 당화장치의 산촉매탱크(30)는 염산, 질산, 초산, 황산 중에서 선택된 어느 하나 이상의 산촉매를 넣어 이러한 산촉매하에서 목질계 바이오매스를 초임계수로 반응시켜 목질계 바이오매스를 당화시킬 수 있다.In the acid catalyst tank 30 of the saccharification apparatus of FIG. 1, one or more acid catalysts selected from hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, and sulfuric acid may be added to react wood biomass with supercritical water under such an acid catalyst to saccharify wood biomass. .

도 1의 당화장치에서 미설명된 도면부호 12,22,32는 체크밸브(check valve)를 나타낸다. Reference numerals 12, 22 and 32 which are not described in the saccharification device of FIG. 1 denote check valves.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail through examples and test examples. However, these are intended to explain the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1><Example 1>

증류수탱크(10)에 증류수 500ℓ를 준비하고, 시료탱크(20)에 슬러리 형태의 현사시나무(Populus albaㅧglandulosa) 분말 20ℓ을 충진하였다.500 liters of distilled water was prepared in the distilled water tank 10, and 20 liters of Populus alba glandulosa powder in slurry form was filled in the sample tank 20.

펌프(11)로 증류수탱크(10)의 증류수를 프리히터(80), 라인히터(81) 및 압력펌프(미도시)를 거쳐 임계점 이상의 온도, 압력을 지니는 초임계수를 얻고, 상기 라인히터(81)에서 상기 초임계수와 시료탱크(2)로부터 공급된 슬러리 형태의 현사시나무 분말을 혼합한 후 상기 초임계수와 슬러리 형태의 현사시나무 분말 혼합액을 반응기(40)에 공급한 다음 산촉매탱크(30)내에 있는 염산을 상기 초임계수와 슬러리 형태의 현사시나무 분말의 혼합액 부피 대비 0.05%(v/v)을 반응기(40)에 첨가시켜 반응기(40) 내에서 염산 촉매 존재하에 상기 초임계수와 슬러리 형태의 현사시나무 분말을 반응시켜 목질계 바이오매스인 현사시나무의 섬유소 성분을 단당류로 당화시켜 단당류를 제조하였다. The distilled water of the distilled water tank 10 is passed through a preheater 80, a line heater 81, and a pressure pump (not shown) with a pump 11 to obtain a supercritical water having a temperature and pressure above a critical point, and the line heater 81 ) Mixed with the supercritical water and the slurry of the suspension wood powder supplied from the sample tank (2), and then supplying the supercritical water and the slurry of the suspension wood powder to the reactor 40 and then into the acid catalyst tank (30) Hydrochloric acid was added to the reactor 40 in an amount of 0.05% (v / v) relative to the volume of the mixture of the supercritical water and the sludge powder in the form of slurry to the reactor 40 so that the supercritical water and the slurry in the presence of the hydrochloric acid catalyst The wood powder was reacted to saccharify the fibrin component of the woody biomass of sagewood with monosaccharides to prepare monosaccharides.

상기에서 반응이 끝난 반응물은 반응기(40) 하부의 열교환기(50) 통과시켜 초임계수는 상온/상업의 증류수로 변화시키고, 필터(filter)를 구비한 분리기(60)에서 단당류를 분리하고, 이 단당류를 수납부(70)에 보관하였다.The reactants after the reaction is passed through the heat exchanger 50 at the bottom of the reactor 40, the supercritical water is changed to distilled water at room temperature / commercial, and the monosaccharide is separated in the separator 60 having a filter. Monosaccharide was stored in the storage unit (70).

상기 슬러리 형태의 현사시나무 분말은 시료를 채취한 후에 목부부분을 칩 상으로 분쇄하여 상온에서 건조시킨 다음 초임계수 분해실험에 적합하도록 밀(Planetary mono mill)을 이용하여 분쇄한 후에 60mesh 표준체로 걸러서 통과한 분말을 슬러히 형태로 하여 사용하였다. The sludge powder in the form of slurries is pulverized into a chip and dried at room temperature after taking a sample, and then pulverized using a planetary mono mill to pass the supercritical water decomposition test, and then filtered through a 60-mesh standard. One powder was used in the form of slurry.

상기에서 초임계수와 슬러리 형태의 현사시나무 분말를 반응시 초임계수의 압력조건은 230±10atm로 고정하였다. 각각의 압력조건에서 초임계수의 온도는 325℃, 350℃, 380℃, 400℃, 425℃로 하였으며, 반응 시간은 각각 60초 동안 실시하였다.When the supercritical water and the slurry of the suspension wood powder in the form of slurry, the pressure condition of the supercritical water was fixed at 230 ± 10 atm. The temperature of the supercritical water at each pressure condition was 325 ° C, 350 ° C, 380 ° C, 400 ° C and 425 ° C, and the reaction time was performed for 60 seconds each.

상기 현사시나무 분말로부터 산촉매하에서 초임계수 당화과정에서 생성된 목질 단당류는 고성능 이온교환 크로마토그래피(HPAEC, Dionex system)를 사용하여 측정하였다. 단당류 분석 칼럼으로는 Carbo Pac PA10 column(4×250mm)을 사용하였으며, 검출기는 ED50 pulsed amperometic detector(PAD)를 사용하였다. 이동상 용매는 3mM NaOH 수용액을 사용하였으며 유속 0.8ml/min에서 45분 동안 분석하였다.Wood monosaccharides produced in the supercritical water glycosylation process under the acid catalyst from the suspension wood powder were measured using high performance ion exchange chromatography (HPAEC, Dionex system). Carbo Pac PA10 column (4 × 250mm) was used as a monosaccharide analysis column, and an ED50 pulsed amperometic detector (PAD) was used as a detector. Mobile phase solvent was used for 3mM NaOH aqueous solution and analyzed for 45 minutes at 0.8ml / min flow rate.

목질바이오매스의 초임계수 당화과정에 염산촉매의 첨가효과는 일차적으로 목질바이오매스의 분해율에서 나타났다. 현사시나무의 경우 목질 분해율은 아임계 온도인 325℃에서 이미 60% 정도 분해되었으며, 반응온도가 상승함에 따라 크게 증가하여 425℃에서는 목질 전건중량 기준으로 최고 86.7% 까지 분해되었다.The effect of adding hydrochloric acid catalyst on the supercritical water glycosylation process of wood biomass was primarily the degradation rate of wood biomass. In the case of thorny bark, the wood degradation rate was already degraded about 60% at subcritical temperature of 325 ℃, and it increased significantly as the reaction temperature increased. At 425 ℃, up to 86.7% of wood dry weight was degraded.

염산촉매 첨가효과는 본 발명의 주 목적인 목질 단당류 생성수율에서 찾을 수 있었다. 도 2와 표 1에서 보듯이 염산촉매를 첨가했을 때 초임계수에 의해 생성되는 단당류 수율은 아임계 온도인 325℃에서 60초 동안 반응하여 전건중량의 10.5%에 이르렀으며, 반응온도 상승과 함께 단당류 수율은 계속 증가하여 380℃에서 최고 수율인 23%에 이르렀다. 단당류 수율은 380℃를 넘어서면서 감소하는 경향을 보였는데 이는 생성된 단당류가 2차분해반응에 의해 퓨란계 화합물 등으로 분해되기 때문인 것으로 보인다. 현사시나무의 초임계수 당화과정에서 생성된 단당류의 화학적 조성을 살펴보면, 활엽수종 특유의 단당류 조성분인 글루코오스와 자일로오스가 대부분이었으며 325℃∼380℃ 범위에서는 헤미셀룰로오스 성분인 자일로오스 생성량이 비교적 높고, 이후에는 셀룰로오스 분해에 의해 글루코오스가 생성되었다. The hydrochloric acid catalyst addition effect was found in the yield of wood monosaccharide which is the main object of the present invention. As shown in Figure 2 and Table 1, when the hydrochloric acid catalyst was added, the yield of monosaccharides produced by supercritical water reacted for 60 seconds at 325 ° C, which is a subcritical temperature, reaching 10.5% of the total dry weight. The yield continued to increase, reaching 23%, the highest yield at 380 ° C. The monosaccharide yield tended to decrease over 380 ° C., because the monosaccharide produced was decomposed into furan compounds by secondary decomposition. Looking at the chemical composition of monosaccharides produced during the supercritical water glycosylation process, the most common forms of monosaccharides, glucose and xylose, were relatively high in the range of 325 ℃ to 380 ℃. Glucose was produced by cellulose decomposition.

동일한 목질바이오매스를 같은 조건에서 염산촉매 첨가 없이 초임계수로 처리하였을 경우 최고 단당류 수율은 425℃에서 전건중량의 약 6.7%로 측정된 결과와 비교하여 염산촉매 첨가는 3배 이상의 목질 단당류 수율증가 효과를 나타내었다.When the same wood biomass was treated with supercritical water without the addition of hydrochloric acid catalyst under the same conditions, the maximum monosaccharide yield was 3 times higher than that of the total monosaccharide yield compared to the result measured at 425 ° C. Indicated.

표 1. 염산촉매 존재하에서 현사시나무 분말의 당화시 단당류 생성에 미치는 영향Table 1. Influence of Monosaccharide Formation on Saccharification of Suspension Powder in the Presence of Hydrochloric Acid Catalyst

Figure 112007074659383-PAT00001
Figure 112007074659383-PAT00001

* 상기 표 1에서 아라비노오스(Ara), 갈락토오스(Gal), 글루코오스(Glu), 자일로오스(Xyl), 만노오스(Man)이다. * Table 1 shows arabinose (Ara), galactose (Gal), glucose (Glu), xylose (Xyl), mannose (Man).

<실시예 2><Example 2>

산촉매탱크(30)의 산촉매로서 염산 대신 황산을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 현사시나무 분말을 당화시켜 단당류를 얻었다.Except for using sulfuric acid instead of hydrochloric acid as the acid catalyst of the acid catalyst tank (30) using the same method as in Example 1 above to saccharify the powder of the hawthorn to obtain a monosaccharide.

목질바이오매스의 산가수분해 공정에 널리 이용하는 황산을 현사시나무의 초임계수 당화과정에 첨가한 후 목질 분해율과 목질 단당류 생성수율을 각각 측정하였다(도 3, 표 2 참조).Sulfuric acid, which is widely used in the acid hydrolysis of wood biomass, was added to the supercritical water saccharification process of the cultivated wood, and the wood degradation rate and the yield of wood monosaccharides were measured, respectively (see FIG. 3 and Table 2).

황산촉매에 의한 목질바이오매스의 반응온도와 목질 분해율, 그리고 반응온도에 따른 목질 단당류 생성 경향은 염산촉매와 매우 유사한 경향을 보였지만, 목질 단당류 생성수율은 염산촉매에 미치지 못한 것으로 나타났다. The reaction temperature of wood biomass by the sulfuric acid catalyst, the rate of wood decomposition, and the tendency of wood monosaccharide formation according to the reaction temperature were very similar to those of hydrochloric acid, but the yield of wood monosaccharide was less than that of hydrochloric acid.

황산촉매를 첨가했을 때 초임계수 반응에 의해 생성되는 목질 단당류 수율은 아임계 온도인 325℃에서 60초 동안 반응하여 전건중량의 9%가 생성되어 초기 온도범위에서는 염산촉매와 매우 유사하였다. 그러나 황산촉매 첨가효과는 초임계수에 의한 목질 단당류 수율이 350℃∼380℃ 범위에서 목질 전건중량의 약 17∼18% 정도로 염산촉매와 비교하여 크게 낮았다. When the sulfuric acid catalyst was added, the yield of wood monosaccharides produced by the supercritical water reaction was reacted for 60 seconds at the subcritical temperature of 325 ° C. to produce 9% of the total dry weight, which was very similar to the hydrochloric acid catalyst in the initial temperature range. However, the sulfuric acid catalyst addition effect was significantly lower than that of hydrochloric acid catalyst in the yield of wood monosaccharide by supercritical water at about 17-18% of the total weight of wood in the range of 350 ° C to 380 ° C.

표 2. 황산촉매 존재하에서 현사시나무 분말의 당화시 단당류 생성에 미치는 영향Table 2. Effect of Monosaccharide Formation on Saccharification of Poplar Tree Powder in the Presence of Sulfate Catalyst

Figure 112007074659383-PAT00002
Figure 112007074659383-PAT00002

<실시예 3><Example 3>

산촉매탱크(30)의 산촉매로서 염산 대신 초산을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 현사시나무 분말을 당화시켜 단당류를 얻었다.Except for using acetic acid instead of hydrochloric acid as the acid catalyst of the acid catalyst tank (30) using the same method as in Example 1 was obtained by saccharifying the powder of the biscuits.

본 발명에서는 염산, 황산 등 무기산과 함께 유기산인 초산을 첨가한 후 현사시나무를 대상으로 동일한 조건하에서 초임계수 당화반응을 실시하였다. 초산촉매 첨가에 의한 목질 분해율과 목질 단당류 생성수율은 도 4와 표 3에 나타냈다. In the present invention, after adding acetic acid which is an organic acid together with inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, supercritical water saccharification reaction was carried out under the same conditions. Wood degradation rate and yield of wood monosaccharide produced by the addition of acetic acid catalyst are shown in FIGS. 4 and 3.

초산촉매는 염산이나 황산과 같은 무기산을 첨가했을 때와는 달리 목질 분해율과 단당류 생성수율에서 촉매 첨가효과가 거의 나타나지 않았다. 현사시나무의 분해율은 425℃ 온도에서 전건중량의 61% 정도에 이르렀으며, 목질 단당류 수율은 400℃에서 목질 전건중량의 4.7% 에 불과했다. Acetic acid catalysts showed little catalyst addition effect in the rate of wood decomposition and monosaccharide production, unlike the addition of inorganic acids such as hydrochloric acid or sulfuric acid. The decomposition rate of the hawthorn was about 61% of the total dry weight at 425 ° C., and the yield of wood monosaccharide was only 4.7% of the total dry weight at 400 ° C.

이러한 결과는 유기산인 초산 자체가 무기산과는 달리 고온·고압의 발명조건에서 분해되어 산 촉매로서의 기능을 상실한 것으로 판단되었다.These results indicate that, unlike the inorganic acid, the organic acid acetic acid itself is decomposed under the high temperature and high pressure invented conditions, and thus, it has lost its function as an acid catalyst.

표 3. 초산촉매 존재하에서 현사시나무 분말의 당화시 단당류 생성에 미치는 영향Table 3. Effect on the Monosaccharide Formation of Sapwood Powder in the Presence of Acetic Acid Catalyst

Figure 112007074659383-PAT00003
Figure 112007074659383-PAT00003

<실시예 4><Example 4>

시료로서 현사시나무 분말 대신 리기다소나무 분말을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 리기다소나무 분말을 당화시켜 단당류를 얻었다.A monosaccharide was obtained by saccharifying the Rigi pine tree powder using the same method as Example 1 except that Rigida pine powder was used instead of the hawthorn powder as a sample.

도 5는 리기다소나무를 대상으로 실시한 초임계수 당화과정에서 생성된 목질 단당류 총 수율과 각 단당류의 생성량을 나타내었다. 리기다소나무의 초임계수 당화반응은 초임계수 반응액에 0.05%(v/v)의 염산촉매를 첨가한 후 350℃에서 425℃ 범위에서 실시하였다. 그림 5에서 보듯이 단당류 수율은 350℃에서 목질 전건중량의 14% 가량 생성되었으며, 반응온도가 높아지면서 크게 증가하여 380℃와 400℃범위에서 목질 전건중량의 약 25% 까지 이르렀으며, 이 후 단당류 수율은 감소하는 경향을 보였다. Figure 5 shows the total yield of wood monosaccharides produced in the supercritical water glycosylation process for Rigida pine and the amount of each monosaccharide produced. The supercritical water saccharification reaction of Rigida pine was performed at 350 ° C to 425 ° C after adding 0.05% (v / v) hydrochloric acid catalyst to the supercritical water reaction solution. As shown in Fig. 5, the monosaccharide yield was generated about 14% of the total weight of the total dry weight at 350 ℃, and increased significantly as the reaction temperature increased to reach about 25% of the total weight of the total dry weight in the range of 380 ℃ and 400 ℃. Yield tended to decrease.

리기다소나무의 초임계수 당화공정에서 생성된 목질 단당류 성분은 글루코오스 외에 만노오스, 자일로오스와 갈락토오스 등 전형적인 침엽수종 단당류 조성을 반영하고 있었다. 아임계 온도범위에서는 주로 헤미셀룰로오스가 분해되어 만노오스와 자이로오스가 생성되었으며, 초임계 온도인 380℃ 이상에서는 셀룰로오스 의 분해에 의한 글루코오스 생성량이 크게 증가함을 알 수 있다. 425℃ 이상에서는 생성된 단당류들이 반응기 내의 고온에 의해 퓨란계 화합물 등으로 열분해되어 단당류 수율은 오히려 감소하는 경향을 보였다.The wood monosaccharides produced in the supercritical water glycation process of Rigida pine reflect the composition of typical conifer species monosaccharides such as mannose, xylose and galactose in addition to glucose. In the subcritical temperature range, hemicellulose was mainly decomposed to produce mannose and gyro, and above 380 ° C., a supercritical temperature, the amount of glucose produced by the decomposition of cellulose was greatly increased. Above 425 ° C, the monosaccharides produced were pyrolyzed into furan compounds by the high temperature in the reactor, so monosaccharide yield tended to decrease.

<실시예 5><Example 5>

시료로서 현사시나무 분말 대신 낙엽송 분말을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 낙엽송 분말을 당화시켜 단당류를 얻었다.Lactose powder was glycosylated using the same method as Example 1, except that larch powder was used instead of the thorn tree powder as a sample, thereby obtaining monosaccharides.

도 6은 낙엽송을 대상으로 초임계수 당화과정에서 생성된 목질 단당류 총 수율과 각 단당류의 생성량을 보여준다. 초임계수 당화반응은 리기다소나무와 동일한 조건에서 실시하였다. 도 6에서 보듯이 단당류 수율은 350℃에서 목질 전건중량의 14%가량 생성되었으며, 반응온도가 높아지면서 크게 증가하여 380℃와 400℃범위에서 목질 전건중량의 약 25%로 최고에 이르렀으며, 이 후 단당류 수율은 점차 감소하는 경향을 보였다. Figure 6 shows the total yield of wood monosaccharides produced during the supercritical water glycosylation process and the amount of each monosaccharide produced in larch. Supercritical water glycation reaction was carried out under the same conditions as Rigida pine. As shown in Figure 6, the monosaccharide yield was produced about 14% of the total weight of the dry wood at 350 ℃, the reaction temperature is increased significantly as the temperature reached a maximum of about 25% of the total weight of dry wood in the range of 380 ℃ and 400 ℃, Post monosaccharide yield tended to decrease gradually.

<실시예 6><Example 6>

시료로서 현사시나무 분말 대신 백합나무 분말을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 백합나무 분말을 당화시켜 단당류를 얻었다.The monosaccharide was obtained by saccharifying the lily tree powder in the same manner as in Example 1, except that the lily tree powder was used instead of the suspension tree powder as the sample.

도 7은 백합나무의 초임계수 당화과정에서 생성된 목질 단당류 총 수율 과 각 단당류의 생성량을 나타내었다. 백합나무의 경우는 400℃에서 60초 동안의 초임계수 당화과정에서 목질전건중량의 28%의 단당류 생성량을 나타내어 현사시나무, 리기다소나무나 낙엽송과 비교하여 단당류 생성수율이 가장 높았다. Figure 7 shows the total yield of wood monosaccharides produced during the supercritical water glycosylation process and the production amount of each monosaccharide. In the case of lily tree, the monosaccharide production rate of 28% of the total weight of the total dry weight in the supercritical water glycosylation process at 400 ° C. for 60 seconds was the highest as compared with the present-day tree, Rigi pine and larch.

<실시예 7><Example 7>

시료로서 현사시나무 분말 대신 볏짚을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 볏짚을 당화시켜 단당류를 얻었다.Rice straw was glycosylated using the same method as Example 1, except that rice straw was used instead of thorny powder as a sample to obtain monosaccharides.

도 8은 볏짚을 대상으로 초임계수 당화과정에서 생성된 단당류 총 수율과 각 단당류의 생성량을 나타내었다. 일반적으로 볏짚은 목질계가 아닌 초본류 바이오매스로 구분된다. 볏짚의 화학조성은 살펴보면 단당류를 생산하는 섬유소 성분(셀룰로오스+헤미셀룰로오스)은 약 65%로 일반 목질바이오매스와 비슷하지만 리그닌 성분은 약 14% 정도로 목질바이오매스보다 훨씬 낮게 측정되었다. 8 shows the total yield of monosaccharides produced in the supercritical water saccharification process and the amount of each monosaccharide produced in rice straw. Rice straw is generally classified as herbaceous biomass rather than woody. The chemical composition of rice straw was about 65% of the cellulose component (cellulose + hemicellulose) that produces monosaccharides, which is similar to that of ordinary wood biomass, while the lignin component was much lower than that of wood biomass.

도 8에서 보듯 볏짚은 다른 목질바이오매스와 같은 조건하에서 초임계수 당화발명을 수행한 결과 모든 온도 범위에서 목질바이오매스보다 낮은 단당류 수율을 나타냈다. 볏짚의 경우 380℃에서 60초 동안 반응하였을 때 약 16% 정도의 단당류가 생성되었으며, 이들 대부분은 자일로오스와 글루코오스로 나타났다. 이와 함께 볏짚 초임계수 당화산물에는 목질바이오매스에 비해 상대적으로 높은 비율의 아라비노오스가 검출되었다.As shown in FIG. 8, rice straw showed a monosaccharide yield lower than that of wood biomass in all temperature ranges as a result of performing supercritical water saccharification under the same conditions as other wood biomass. Rice straw produced about 16% of monosaccharides when reacted at 380 ° C. for 60 seconds. Most of them were xylose and glucose. In addition, a relatively high proportion of arabinose was detected in rice straw supercritical water glycation products compared to wood biomass.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

현재 단당류 생산을 위한 목질바이오매스의 전처리 기술로서 암모니아처리와 약산처리 등이 연구단계에 있으며, 단당류 전환기술로는 산가수분해와 효소반응 등을 들 수 있지만 아직 실용화 단계에는 못 미치는 수준이다. 목질바이오매스는 일반적으로 70% 이상이 섬유소 성분으로 구성되어 있으며, 재생가능하다는 특성 때문에 바이오에탄올 분야에서는 전분계를 대체할 수 있는 유일한 천연자원으로 주목을 받고 있다. 그러나 목질계 섬유소는 결정성 구조를 이루고 있기 때문에 이들의 당화 공정은 쉽지 않은 게 사실이다. 본 발명에서 수행한 초임계수에 의한 목질계 바이오매스의 당화 공정은 반응시간이 매우 짧고 물을 분해매체로 사용하기 때문에 공정상의 안정성을 확보할 수 있다는 점에서 실용화 가능성이 크다고 하겠다.Currently, ammonia treatment and weak acid treatment are in the research stage as pretreatment technology of wood biomass for monosaccharide production. Monosaccharide conversion technology includes acid hydrolysis and enzymatic reaction, but it is still below the level of practical use. Wood biomass is generally made up of more than 70% of the fiber component, and because of its renewable nature, bioethanol is attracting attention as the only natural resource to replace the starch system. However, it is true that the saccharification process is not easy because wood-based cellulose has a crystalline structure. The saccharification process of the wood-based biomass by supercritical water according to the present invention is likely to be practical in that the reaction time is very short and the process stability can be secured because water is used as the decomposition medium.

본 발명은 목질바이오매스의 섬유소 성분(셀룰로오스+헤미셀룰로오스)을 짧은 시간 내에 가수분해하여 다량의 목질 단당류(글루코오스+자이롤오스+만노오스)를 생산하는 기술로서 향후 목질바이오매스를 전분질 바이오매스를 대신하여 바이오에탄올 생산원료 공급의 주요한 자원으로써 활용할 수 있다.The present invention is a technology for producing a large amount of wood monosaccharides (glucose + gyros + mannose) by hydrolyzing the fiber component (cellulose + hemicellulose) of wood biomass in a short time in the future to replace wood biomass in place of starch biomass. It can be used as a major resource for bioethanol production feedstock.

도 1은 목질바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 당화반응시 사용한 장치의 일예를 나타낸 그림이다.1 is a diagram showing an example of an apparatus used for the saccharification reaction of wood biomass in supercritical water under an acid catalyst.

도 2는 실시예 1의 염산 촉매 첨가에 따른 현사시나무의 분해율과 단당류 생성수율을 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the decomposition rate and monosaccharide production yield of the suspension of the suspension according to the addition of the hydrochloric acid catalyst of Example 1.

도 3은 실시예 2의 황산 촉매 첨가에 따른 현사시나무의 분해율과 단당류 생성수율을 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the decomposition rate and yield of monosaccharides of the suspension according to the addition of sulfuric acid catalyst of Example 2.

도 4는 실시예 3의 초산 촉매 첨가에 따른 현사시나무의 분해율과 단당류 생성수율을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the decomposition rate and monosaccharide production yield of the suspension of the suspension according to the addition of acetic acid catalyst of Example 3.

도 5는 실시예 4의 염산 촉매 첨가에 따른 리기다소나무의 단당류 생성수율을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the yield of monosaccharides of Rigida pine according to the addition of the hydrochloric acid catalyst of Example 4. FIG.

도 6은 실시예 5의 염산 촉매 첨가에 따른 낙엽송의 단당류 생성수율을 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the yield of monosaccharides of larch according to the addition of the hydrochloric acid catalyst of Example 5.

도 7은 실시예 6의 염산 촉매 첨가에 따른 백합나무의 단당류 생성수율을 나타낸 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the yield of monosaccharides of the lily tree according to the addition of the hydrochloric acid catalyst of Example 6.

도 8은 실시예 7의 염산 촉매 첨가에 따른 볏짚의 단당류 생성수율을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the yield of monosaccharides in rice straw according to the addition of the hydrochloric acid catalyst of Example 7.

Claims (5)

목질계 바이오매스를 당화에 있어서,In saccharifying woody biomass, 목질계 바이오매스를 산촉매하에서 초임계수로 당화시켜 목질계 바이오매스로부터 단당류를 제조하는 것을 특징으로 하는 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법.A method for saccharifying wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water, characterized in that monosaccharide is produced from wood-based biomass by saccharifying wood-based biomass with supercritical water under an acid catalyst. 제1항에 있어서, 목질계 바이오매스를 압력 218.3∼340atm, 온도 325∼425℃ 상태의 초임계수와 10초∼120초 동안 당화시키는 것을 특징으로 하는 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법.The saccharification of wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water according to claim 1, wherein the wood-based biomass is saccharified for 10 seconds to 120 seconds with a supercritical water at a pressure of 218.3 to 340 atm and a temperature of 325 to 425 ° C. Way. 제1항에 있어서, 목질계 바이오매스는 현사시나무, 리기다소나무, 낙엽송, 백합나무, 포플라, 볏짚 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법.The method of claim 1, wherein the wood-based biomass is a saccharification method of the wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water, characterized in that any one selected from sage, rigi pine, larch, lily, poplar, rice straw. 제1항에 있어서, 산촉매는 목질계 바이오매스와 초임계수의 혼합물 부피 대비 0.01∼0.1%(v/v) 사용하는 것을 특징으로 하는 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법.The method for saccharifying woody biomass using the acidic catalyst and supercritical water according to claim 1, wherein the acidic catalyst is used in an amount of 0.01 to 0.1% (v / v) based on the volume of the mixture of the woody biomass and the supercritical water. 제1항에 있어서, 산촉매는 염산, 초산, 질산, 황산 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산촉매와 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법.The method of claim 1, wherein the acid catalyst is one or more selected from hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, sulfuric acid, characterized in that the saccharification method of wood-based biomass using an acid catalyst and supercritical water.
KR1020070105137A 2007-10-18 2007-10-18 Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts KR20090039470A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070105137A KR20090039470A (en) 2007-10-18 2007-10-18 Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070105137A KR20090039470A (en) 2007-10-18 2007-10-18 Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090039470A true KR20090039470A (en) 2009-04-22

Family

ID=40763346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070105137A KR20090039470A (en) 2007-10-18 2007-10-18 Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090039470A (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101942423A (en) * 2010-08-22 2011-01-12 江西金伟生物制品有限公司 Catalase and extraction method thereof
WO2012070848A2 (en) * 2010-11-23 2012-05-31 경상대학교 산학협력단 Glucose production method including a multistage process
US8409357B2 (en) 2011-05-04 2013-04-02 Renmatix, Inc. Self-cleaning apparatus and method for thick slurry pressure control
US8546561B2 (en) 2008-07-16 2013-10-01 Renmatix, Inc. Nano-catalytic-solvo-thermal technology platform bio-refineries
US8546560B2 (en) 2008-07-16 2013-10-01 Renmatix, Inc. Solvo-thermal hydrolysis of cellulose
US8759498B2 (en) 2011-12-30 2014-06-24 Renmatix, Inc. Compositions comprising lignin
US8840995B2 (en) 2011-05-04 2014-09-23 Renmatix, Inc. Lignin production from lignocellulosic biomass
US8883451B2 (en) 2011-05-04 2014-11-11 Renmatix, Inc. Enhanced soluble C5 saccharide yields
US8895265B2 (en) 2011-05-04 2014-11-25 Renmatix, Inc. Multistage fractionation process for recalcitrant C5 oligosaccharides
US10053745B2 (en) 2010-01-19 2018-08-21 Renmatix, Inc. Production of fermentable sugars and lignin from biomass using supercritical fluids
US10793537B1 (en) 2019-10-01 2020-10-06 Korea Institute Of Science And Technology Method of acid saccharification of biomass
US10793646B2 (en) 2014-09-26 2020-10-06 Renmatix, Inc. Adhesive compositions comprising type-II cellulose
CN112479190A (en) * 2020-12-03 2021-03-12 天津农学院 Method for preparing graphene-like precursor from biomass

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8546561B2 (en) 2008-07-16 2013-10-01 Renmatix, Inc. Nano-catalytic-solvo-thermal technology platform bio-refineries
US8546560B2 (en) 2008-07-16 2013-10-01 Renmatix, Inc. Solvo-thermal hydrolysis of cellulose
US10858712B2 (en) 2010-01-19 2020-12-08 Renmatix, Inc. Production of fermentable sugars and lignin from biomass using supercritical fluids
US10053745B2 (en) 2010-01-19 2018-08-21 Renmatix, Inc. Production of fermentable sugars and lignin from biomass using supercritical fluids
CN101942423A (en) * 2010-08-22 2011-01-12 江西金伟生物制品有限公司 Catalase and extraction method thereof
WO2012070848A2 (en) * 2010-11-23 2012-05-31 경상대학교 산학협력단 Glucose production method including a multistage process
WO2012070848A3 (en) * 2010-11-23 2012-08-23 경상대학교 산학협력단 Glucose production method including a multistage process
US8883451B2 (en) 2011-05-04 2014-11-11 Renmatix, Inc. Enhanced soluble C5 saccharide yields
US8840995B2 (en) 2011-05-04 2014-09-23 Renmatix, Inc. Lignin production from lignocellulosic biomass
US8895265B2 (en) 2011-05-04 2014-11-25 Renmatix, Inc. Multistage fractionation process for recalcitrant C5 oligosaccharides
US8409357B2 (en) 2011-05-04 2013-04-02 Renmatix, Inc. Self-cleaning apparatus and method for thick slurry pressure control
US9963555B2 (en) 2011-12-30 2018-05-08 Renmatix, Inc. Compositions comprising lignin
US8759498B2 (en) 2011-12-30 2014-06-24 Renmatix, Inc. Compositions comprising lignin
US10793646B2 (en) 2014-09-26 2020-10-06 Renmatix, Inc. Adhesive compositions comprising type-II cellulose
US10793537B1 (en) 2019-10-01 2020-10-06 Korea Institute Of Science And Technology Method of acid saccharification of biomass
KR20210039146A (en) 2019-10-01 2021-04-09 한국과학기술연구원 Acidic saccharification of biomass
CN112479190A (en) * 2020-12-03 2021-03-12 天津农学院 Method for preparing graphene-like precursor from biomass

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090039470A (en) Saccharification of woody biomasses using supercritical water in presence of acid catalysts
Swain et al. Bioethanol production from rice-and wheat straw: an overview
Vu et al. Impact and significance of alkaline-oxidant pretreatment on the enzymatic digestibility of Sphenoclea zeylanica for bioethanol production
US10927388B2 (en) Method for preparing sugar, bioethanol or microbial metabolite from lignocellulosic biomass
KR20090030967A (en) Saccharification method of wood biomasses using supercritical water
Nozari et al. Bioenergy production from sweet sorghum stalks via a biorefinery perspective
Idrees et al. Production of fermentable sugars by combined chemo-enzymatic hydrolysis of cellulosic material for bioethanol production
Vargas et al. Biorefinery scheme for residual biomass using autohydrolysis and organosolv stages for oligomers and bioethanol production
JP4875785B1 (en) Sugar solution manufacturing apparatus, fermentation system, sugar solution manufacturing method and fermentation method
KR101438549B1 (en) Method of producing hydrolysate from sea algae using acidic ionic liquid catalysts
KR101039792B1 (en) Pretreatment device for fabricating of bio fuel and bio chemical material, and pretreatment process and fabricating process of bio fuel and bio chemical material using the same
Aziz et al. Production of bioethanol from pretreated rice straw, an integrated and mediated upstream fermentation process
Gonçalves Filho et al. Hydrolysis of banana tree pseudostem and second-generation ethanol production by Saccharomyces cerevisae
Salam et al. Conversion of Cellulosic waste into fermentable sugar: Process optimization
US20190144954A1 (en) Solid catalysts
Tutt et al. Comparison of different pretreatment methods on degradation of rye straw
CN104487585A (en) Advanced methods for sugar production from lignocellulosic biomass and fermenting sugars to microbial lipids
CN101497897B (en) Method for preparing ethanol from wood fiber raw material
KR100901296B1 (en) Separator for treatment device of saccharificating wood bio-masses by supercritical water with double-filter
KR101032997B1 (en) Method fod preparing bioalcohol raw material with low concentration of toxic substance from Rhodophyta and method for preparing bioalcohol
RU2593724C1 (en) Method of producing bioethanol from cellulose-containing material
Rulianah et al. Production of bioethanol from bagasse with a simultaneous saccarification and fermentation (SSF) process using crude cellulase from Phanerochaete chrysosporium
KR101965841B1 (en) Method for pretreatment of biomass
Okuofu et al. Simultaneous saccharification and bioethanol production from underutilized biomass, cowpea haulm using co-cultures of Saccharomyces cerevisiae (BY4743) and Scheffersomyces stipitis (PsY633)
Vázquez et al. Characterization of Lignocellulosic Biomass and Processing for Second‐Generation Sugars Production

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20100104

Effective date: 20110107