KR20120032060A - 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법 - Google Patents

식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법에 관한 것으로, 그 목적은 전처리된 식물 유래 섬유소 원료의 당화 과정에서 일반적으로 사용되는 구연산염 완충액을 사용하는 대신 황산과 수산화나트륨을 사용하여 pH만 조절한 당화액을 부탄올을 생산하기 위한 발효과정에 사용한 바이오부탄올 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법에 있어서, a) 식물 유래 섬유소 원료로부터 셀룰로스 또는 헤미셀룰로스를 분리해내는 전처리 단계; b) 상기 전처리된 식물 유래 섬유소 원료를 수용액 상에서 완충성분의 첨가 없이 산과 염기를 이용하여 pH를 조절하여 원료액을 제조하는 단계; c) 상기 원료액에 당화효소를 투입하여 당화액을 제조하는 단계; d) 상기 당화액을 이용하여 배지를 제조하고 그 배지를 미생물을 이용 발효하여 바이오부탄올을 생산하는 단계; 를 포함하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법을 발명의 특징으로 한다.

Description

식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법{Manufacturing method of biobutanol from lignocellulosic biomass}
본 발명은 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법에 관한 것으로, 자세하게는 전처리된 식물 유래 섬유소 원료의 당화 과정에서 완충성분의 참가없이 산과 염기를 사용하여 pH만 조절한 당화액을 이용하여 부탄올을 생산하는 발효과정을 포함하는 바이오부탄올의 제조 방법에 관한 것이다.
식물 유래 섬유소 원료는 풍부한 양, 재생 특성, 저렴한 원료비 등의 장점을 가지며, 에탄올이나 부탄올과 같은 연료용 알콜의 생산원료로서의 활용가능성이 점차 높아지고 있다. 따라서 식물 유래 섬유소 원료로부터 생물학적 방법으로 바이오알콜을 대량생산하는 공정의 개발연구가 활발히 진행되고 있다.
식물 유래 섬유소 원료는 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌 등의 주성분이 견고하게 결합되어 있어 바이오매스로부터 높은 수율로 바이오알콜을 생산하기 위해서는 전처리를 통해 이 세 가지 성분을 따로 구분할 필요가 있다.
셀룰로스는 열에 안정하며, 산에 용해되는 특성이 있고, 헤미셀룰로스는 열에 불안정하며, 산에 용해되는 특성을 가진다. 반면 리그닌은 열에 안정하고, 알칼리에 용해되는 특성을 가진다.
상기와 같이 서로 다른 특성을 가진 각 성분을 효율적으로 분리하기 위해 그동안 다양한 전처리 공정이 개발되어 왔다.
이하 도 4에 도시된 종래 식물 유래 섬유소 원료로부터 바이오알콜 생산 과정을 보인 예시도를 통해 바이오알콜의 생산방법을 살펴본다.
일반적으로 이상적인 전처리 방법은 셀룰로스 성분의 손실 없이 선택적으로 헤미셀룰로스 및 리그닌 성분을 제거하여 섬유소 원료를 효소에 의한 당화에 용이한 형태로 변환시키는 것이다.
주요 전처리 방법으로는 기계적 분쇄, 알칼리 팽윤, 묽은 산 가수분해, 증기폭쇄 전처리법 등이 적용되고 있고, 이러한 방법들의 조합에 의해 진행되기도 한다. 일반적으로 산이나 알칼리 처리는 120~200℃의 온도 범위에서 전처리를 하며, 주로 산 중에서는 황산이, 알칼리 중에서는 수산화나트륨과 암모니아가 널리 이용되어 왔다. 특히 암모니아는 회수가 쉽고 발효 억제 물질의 생산이 거의 없다는 장점을 지니고 있다.
효소는 기질에 대한 선택 특이성이 매우 높은 촉매로써, 일반적으로 낮은 온도와 압력 조건에서도 반응이 일어난다. 섬유소의 가수분해는 효소들의 세 가지 작용에 근거한다. Endo-β-1,4-glucannase, exo-β-1,4-glucannase, β-glucosidase가 무작위로 섬유소의 내부를 공격하여 새로운 말단으로부터 셀로바이오스를 분리해낸다. Endo-β1,4-glucannase와 exo-β-1,4-glucannase간의 길항작용이 계속되는 동안 셀로바이오스의 농도가 증가되고, exo-β-1,4-glucannase의 활동은 셀로바이오스의 축적에 의해 심하게 억제를 받게 된다. 생성된 셀로바이오스는 β-glucosidase에 의해 다시 글루코스로 분해된다. 또한 글루코스가 축적되면서 β-glucosidase도 다시 억제를 받게 된다. 셀룰로스의 가수분해는 이렇게 세 효소 모두에 의해 영향을 받게 되는데, 이러한 분해과정은 액상 반응으로 진행된다.
이렇게 생산된 당화액으로부터 알콜 생산용 균주의 이용하여 생물학적 발효공정을 통하여 바이오알콜을 생산할 수 있다.
생산되는 바이오알콜로 바이오에탄올과 바이오부탄올이 대표적이다. 바이오에탄올 생산 연구는 이미 많이 이루어졌으며, 바이오부탄올 생산 연구도 현재 활발히 이루어지고 있다. 부탄올의 경우 물을 쉽게 흡수하지 않으므로 가솔린과 혼합, 분배, 수송에 장점을 지니며, 에너지량도 에탄올보다 높은 특징이 있다.
하지만 상기와 같은 종래의 방법을 이용하여 바이오부탄올을 생산시 완충액으로 사용된 구연산염이 클로스트리디움 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum) 및 클로스트리디움 베이져린키(Clostridium beijerinckii)의 부탄올 발효 공정에서 저해작용이 있는 것이 관찰되었으며, 실험실 규모의 생물학적 공정 연구에서는 완충액의 첨가가 가능하지만, 원료 기준으로 처리 용량 50만톤/년 이상인 실규모 바이오부탄올 상용 생산 공정에서는 완충액의 첨가가 경제성 측면에서도 크게 마이너스 요인이 되는 것으로 판단되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전처리된 식물 유래 섬유소 원료의 당화 과정에서 일반적으로 사용되는 구연산염 완충액을 사용하는 대신 황산과 수산화나트륨을 사용하여 pH만 조절한 당화액을 부탄올을 생산하기 위한 발효과정에 사용한 바이오부탄올 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법에 있어서,
a) 식물 유래 섬유소 원료로부터 셀룰로스 또는 헤미셀룰로스를 분리해내는 전처리 단계;
b) 상기 전처리된 식물 유래 섬유소 원료를 수용액 상에서 완충성분의 첨가 없이 pH를 조절하여 원료액을 제조하는 단계;
c) 상기 원료액에 당화효소를 투입하여 당화액을 제조하는 단계;
d) 상기 당화액을 이용하여 배지를 제조하고 그 배지를 미생물을 이용 발효하여 바이오부탄올을 생산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
본 발명에서 상기 pH는 4~7로 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발효시 사용되는 미생물은 클로스트리디움 부틸리쿰(Clostridium butylicum), 클로스트리디움 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum), 클로스트리디움 베이져린키(Clostridium beijerinckii) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 a) 단계의 식물 유래 섬유소 원료는 팜 부산물 및 유칼립투스 부산물 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 a) 단계의 식물 유래 섬유소 원료는 볏짚, 참나무, 소나무, 잣나무, 억새, 갈대 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 a) 단계의 전처리 단계는 약산 가수분해, 암모니아 침지, 산/알칼리 침출, 증기폭쇄, 열수처리 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 c) 단계의 당화효소는 셀룰라아제가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명은 종래와 같이 바이오부탄올 제조시 구연산염을 사용하지 않음으로 인해 구연산염에 의한 클로스트리디움 아세토부틸리쿰, 클로스트리디움 베이져린키 등의 미생물의 부탄올 발효 공정에서의 저해작용을 방지하였다는 장점과,
구연산염 완충액 없이도 pH만 조절한 경우에 완충용액 사용시와 비슷한 당화율을 보인다는 장점과,
황산과 수산화나트륨을 사용하여 pH만 조절한 당화액을 사용함으로 인해 원료 기준 처리 용량 50만톤/년 이상인 바이오부탄올의 상용 생산 공정에 보다 경제적으로 적용가능하다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚의 당화 후 글루코스 회수량을 보인 그래프이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚의 당화 후 자일로스 회수량을 보인 그래프이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚으로부터 바이오에탄올 생산량을 보인 그래프이고,
도 4는 일반적인 식물 유래 섬유소 원료로부터 바이오알콜 생산 과정을 보인 예시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 가진다.
a) 식물 유래 섬유소 원료로부터 셀룰로스 또는 헤미셀룰로스를 분리해내는 전처리 단계;
b) 상기 전처리된 식물 유래 섬유소 원료를 수용액 상에서 완충성분인 구연산염의 첨가 없이 산과 염기를 이용 pH 4~7로 조절하여 원료액을 제조하는 단계;
c) 상기 원료액에 당화효소를 투입하여 당화액을 제조하는 단계;
d) 상기 당화액을 이용하여 배지를 제조하고 그 배지를 미생물을 이용 발효하여 바이오부탄올을 생산하는 단계; 를 포함한다.
상기에서 산과 염기를 이용하여 pH를 4~7로 조절하는 이유는 약산성에서 약알칼리성 사이의 pH 범위에서 효소의 활성이 높기 때문이다. pH가 4 이하이거나, 7 이상인 경우에는 효소가 과다한 산이나 알칼리에 의한 변성으로 불활성화되어 당화액 생산에 부적합하기 때문이다. 사용되는 산과 염기는 어떤 것을 사용해도 된다. 즉 황산, 염산 ...등등의 산이면 족하다. 또한 염기는 수산화나트륨, 수산화칼륨 등등의 염기이면 족하다.
상기 식물 유래 섬유소 원료의 주요 성분은 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌이다. 이 중에서 셀룰로스는 당화 후 6탄당(주로 글루코스)으로 분해되어 미생물 발효에 의해 부탄올을 생산할 수 있으며, 헤미셀룰로스는 당화 후 5탄당(주로 자일로스)으로 분해되어 미생물 발효에 의해 부탄올을 생산할 수 있다. 리그닌은 생물학적으로 부탄올 생산에 이용될 수 없는 성분이다.
본 발명에서는 전처리된 식물 유래 섬유소 원료의 효율적인 당화를 위해서 종래 일반적으로 사용되던 구연산염 완충액(citrate buffer)을 사용하여 pH를 4~7로 맞추는 것 대신에 산(예 :황산)과 염기(예 : 수산화나트륨)를 이용하여 pH를 맞춘다. 이와 같이 하는 이유는 종래 구연산염 완충액(citrate buffer)을 이용시는 그 다음 공정인 발효 공정에서 구연산염 완충액이 균주인 클로스트리디움 아세토부틸리쿰이나 클로스트리디움 베이져린키에 대하여 부탄올의 생산을 저해하는 현상이 나타나기 때문이다. 이 때문에 본 발명에서는 당화 공정에서 구연산염이 포함된 완충용액을 사용하는 대신에 산과 염기를 이용하여 pH만 4~7로 조절하였다. (한 실시예 1N 황산과 1N 수산화나트륨 용액을 이용하여 pH만 4~7로 조절)
이처럼 볏짚의 당화를 위하여 구연산염 대신 산과 염기를 이용하여 pH를 조절하였을 경우 당화효소에 의한 당화율이 구연산염 완충용액 사용시와 비슷한 결과를 보여주었다.
상기 바이오부탄올 생산에 이용되는 미생물로는 클로스트리디움 부틸리쿰(Clostridium butylicum), 클로스트리디움 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum), 클로스트리디움 베이져린키(Clostridium beijerinckii) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 이용한다.
본 발명은 상기 a) 단계의 식물 유래 섬유소 원료는 팜 부산물 및 유칼립투스 부산물 중에서 선택된 하나 이상인 것을 사용한다.
팜나무의 열매로부터 팜오일을 회수한 후 오일을 짜고 남은 버려지는 부산물 부분(empty fruit bunch)을 식물 유래 섬유소 원료로 사용한다.
또한 유칼립투스는 목재의 원료가 된다. 이때 목재를 얻는 과정에서 잔가지, 껍데기 등이 부산물로 발생되며, 이러한 부산물을 식물 유래 섬유소 원료로 사용한다.
또한 본 발명은 상기 a) 단계의 식물 유래 섬유소 원료로 볏짚, 참나무, 소나무, 잣나무, 억새, 갈대 중에서 선택된 하나 이상인 것을 사용한다.
즉, 벼를 수확하고 남은 볏짚, 버섯 재배에 사용되고 버려진 참나무, 그 외 소나무, 잣나무, 억새, 갈대를 바이오부탄올 생산 원료로 사용한다.
본 발명에서 상기 a) 단계의 전처리 단계는 약산 가수분해, 암모니아 침지, 산/알칼리 침출, 증기폭쇄, 열수처리 중에서 선택된 하나 이상을 사용한다.
이하 구체적인 전처리 방법을 설명한다.
먼저, 약산 가수분해는 황산이나 염산을 이용하여 원료를 가수분해하는 것으로, 강산을 이용할 경우, 일정 온도 이상에서는 생성당의 분해로 인하여 낮은 당수율을 나타낸다. 현재에는 약산을 이용하여 비교적 온화한 조건에서 헤미셀룰로스의 가수분해에 이용한다. 헤미셀룰로스의 가수분해는 액상에서 일어나며, 고체 중의 셀룰로스는 당화공정을 거쳐 글루코스로 분해된다.
또한 암모니아 침지는 암모니아를 사용하여 수분이 포함되어 있는 원료의 팽윤을 촉진한다. 리그닌 성분이 액상으로 빠져나오며, 고상에는 셀룰로스와 헤미셀룰로스가 남아있다. 리그닌이 당화 및 발효 공정에서 효소나 미생물이 손실이나 저해를 유도하므로, 리그닌을 미리 제거함으로써 당화 및 발효의 공정 효율의 향상을 기대할 수 있다.
또한 산/알칼리 침출은 산 처리 후 순차적으로 알칼리 처리하는 공정이다. 산 처리를 통하여 헤미셀룰로스를 액상으로 분리해내고, 알칼리 처리를 통하여 리그닌을 액상으로 분리하며, 고상에는 셀룰로스 성분이 남아있게 된다. 이렇게 함으로써 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌을 각각의 성분으로 분리할 수 있다.
또한 증기폭쇄는 가압 반응기에 원료를 충전하고 포화증기를 불어넣어 가압반응을 시킨 다음 갑작스럽게 압력을 방출시키면 파열된 원료를 얻을 수 있다. 이 과정에서 헤미셀룰로스의 가수분해가 일어나거나, 리그닌의 구조가 파괴되기도 한다. 원료를 미분쇄할 필요가 없어 높은 에너지 효율성을 가진다.
또한 열수처리는 온화한 조건에서 물에 의해 헤미셀룰로스를 액상으로 분리할 수 있으며, 셀룰로스와 리그닌은 고상에 남게 된다. 온화한 조건을 사용함으로써 열안정성이 낮은 헤미셀룰로스의 회수율을 높이기 위한 방법이다.
본 발명은 상기 c) 단계의 당화효소로 셀룰라아제가 포함된 것을 사용한다.
전처리된 식물 유래 섬유소 원료로부터 당화액을 제조하기 위해서 당화효소가 이용된다. 다당류를 단당류로 분해할 수 있는 효소가 사용되며, 셀룰라아제가 포함된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.
[실시예 1]
원료로써 1cm 길이의 볏짚을 사용하였다. 1L 플라스크에 40g의 파쇄볏짚을 넣고 15% 암모니아수를 800mL 넣고 암모니아 침지 전처리를 실시하였다. 온도 60℃, 반응시간 20시간, 교반속도 200rpm에서 실험을 진행하였다. 전처리 종료 후 체를 이용해 볏짚을 분리하고, 증류수로 수차례 세척하였다. 60℃ 오븐에서 24시간 건조하였다.
당화 공정을 수행하기 위하여 50g의 전처리 볏짚을 반응기에 넣고 1.5L의 증류수를 넣는다. 121℃에서 15분간 멸균하여 식힌 후, 효소로써 25mL Celluclast 1.5L, 5mL Novozyme 188, 2.5mL Spezyme (30 FPU/1g cellulose 기준)을 넣고, 1N 황산과 1N 수산화나트륨을 이용하여 pH를 4.8로 조절한다. 72시간까지 글루코스와 자일로스의 회수량을 측정하였다. 글루코스는 셀룰로스 유래 주요 당성분이며, 자일로스는 헤미셀룰로스 유래 주요 당성분이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚의 당화 후 글루코스 회수량을 보인 그래프이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚의 당화 후 자일로스 회수량을 보인 그래프이다.
구연산염 완충액을 사용하지 않은 경우, 16시간, 48시간, 72시간 후에 글루코스 생산량은 각각 14.0, 17.0, 17.0g/L로 48시간까지 증가하다가 일정해지는 양상을 나타내었다. 또한 16시간, 48시간, 72시간 후에 자일로스 생산량은 각각 4.5, 5.4, 5.6g/L로 증가하는 양상을 나타내었다.
구연산염 완충액을 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 글루코스와 자일로스의 회수율을 서로 비교해보면, 완충액을 사용한 경우와 초기 pH만 맞춰준 경우에 비슷한 당회수율을 나타내었다.
이후 당화액의 생물학적 발효를 위하여 E. Coli KO11을 접종하여 37℃에서 72시간 동안 배양 후 에탄올 생산량을 서로 비교하였다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚으로부터 바이오에탄올 생산량을 보인 그래프이다.
구연산염 완충액을 사용하지 않는 경우의 당화액으로부터 E. Coli KO11을 이용한 에탄올 생산 공정에서 에탄올 생산은 16시간까지 증가하였고, 이후 일정하다가 40시간 이후 감소하는 양상을 나타내었다.
E. Coli KO11을 이용한 에탄올 생산 공정에서 구연산염 완충액을 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 대하여 볏짚으로부터 바이오에탄올 생산량에 큰 차이가 없었다.
[비교예 1]
원료로써 1cm 길이의 볏짚을 사용하였다. 1L 플라스크에 40g의 파쇄볏짚을 넣고 15% 암모니아수를 800mL 넣고 암모니아 침지 전처리를 실시하였다. 온도 60℃, 반응시간 20시간, 교반속도 200rpm에서 실험을 진행하였다. 전처리 종료 후 체를 이용해 볏짚을 분리하고, 증류수로 수차례 세척하였다. 60℃ 오븐에서 24시간 건조하였다.
당화 공정을 수행하기 위하여 50g의 전처리 볏짚을 반응기에 넣고 0.05M 구연산염 완충액을 넣는다. 121℃에서 15분간 멸균하여 식힌 후, 효소로써 25mL Celluclast 1.5L, 5mL Novozyme 188, 2.5mL Spezyme (30 FPU/1g cellulose 기준)을 넣고, pH가 4.8인지를 확인한다. 72시간까지 글루코스와 자일로스의 회수량을 측정하였다. 글루코스는 셀룰로스 유래 주요 당성분이며, 자일로스는 헤미셀룰로스 유래 주요 당성분이다.
도 1은 본 발명의 한실시예에 따른 볏짚의 당화 후 글루코스 회수량을 보인 그래프이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚의 당화 후 자일로스 회수량을 보인 그래프이다.
구연산염 완충액을 사용한 경우, 16시간, 48시간, 72시간 후에 글루코스 생산량은 각각 14.7, 17.8, 17.5g/L로 48시간까지 증가하다가 일정해지는 양상을 나타내었다. 또한 16시간, 48시간, 72시간 후에 자일로스 생산량은 각각 4.7, 5.6, 5.7g/L로 증가하는 양상을 나타내었다.
이후 당화액의 생물학적 발효를 위하여 E. Coli KO11을 접종하여 37℃에서 72시간 동안 배양 후 에탄올 생산량을 서로 비교하였다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 볏짚으로부터 바이오에탄올 생산량을 보인 그래프이다.
구연산염 완충액을 사용한 경우의 당화액으로부터 E. Coli KO11을 이용한 에탄올 생산 공정에서 에탄올 생산은 16시간까지 증가하였고, 이후 일정하다가 40시간 이후 감소하는 양상을 나타내었다.
[비교예 2]
구연산염 완충액이 Clostridium acetobutylicum ATCC 824 균주의 부탄올 발효에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 여러 가지 농도의 구연산염을 대상으로 생물학적 발효 실험을 진행하였다. CGM 배지 (KH2P04, 0.75g/L; K2HP04, 0.75g/L; MgS04?7H20, 0.4g/L; MnSO4?H2O, 0.01g/L; FeSO4?H20, 0.01g/L; asparagine, 2.0g/L; yeast extract, 5.0g/L; (NH4)2S04, 2.0g/L; cysteine, 0.5g/L; glucose, 10g/L)에서 6일간 37℃에서 배양하였다. 구연산염을 넣지 않은 것을 대조구로 하여 대조구 대비 부탄올 생산 효율을 나타내었다.
구연산을 첨가한 경우 구연산염 농도가 26mM까지는 부탄올을 생산하였지만, 52mM 이상에서는 부탄올을 생산하지 못하였다. 구연산나트륨을 첨가한 경우 구연산염 농도가 3mM이 경우 부탄올 생산이 대조구와 동일하였지만 17mM에서는 저해를 받았으며 34mM 이상에서는 부탄올 생산이 되지 않았다.
따라서 구연산염이 Clostridium acetobutylicum ATCC 824 균주에 대하여 부탄올 생산을 저해하는 것을 관찰할 수 있었다.
Figure pat00001
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (7)

  1. 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법에 있어서,
    a) 식물 유래 섬유소 원료로부터 셀룰로스 또는 헤미셀룰로스를 분리해내는 전처리 단계;
    b) 상기 전처리된 식물 유래 섬유소 원료를 수용액 상에서 완충성분의 첨가 없이 산과 염기를 이용하여 pH를 조절하여 원료액을 제조하는 단계;
    c) 상기 원료액에 당화효소를 투입하여 당화액을 제조하는 단계;
    d) 상기 당화액을 이용하여 배지를 제조하고 그 배지를 미생물을 이용 발효하여 바이오부탄올을 생산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 pH는 4~7로 조절하는 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발효시 사용되는 미생물은 클로스트리디움 부틸리쿰(Clostridium butylicum), 클로스트리디움 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum), 클로스트리디움 베이져린키(Clostridium beijerinckii) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 a) 단계의 식물 유래 섬유소 원료는 팜 부산물 및 유칼립투스 부산물 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 a) 단계의 식물 유래 섬유소 원료는 볏짚, 참나무, 소나무, 잣나무, 억새, 갈대 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 a) 단계의 전처리 단계는 약산 가수분해, 암모니아 침지, 산/알칼리 침출, 증기폭쇄, 열수처리 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 c) 단계의 당화효소는 셀룰라아제가 포함된 것을 특징으로 하는 식물 유래 섬유소 원료를 이용한 바이오부탄올의 제조 방법.












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KR20160041892A (ko) * 2016-04-07 2016-04-18 한국생명공학연구원 팜오일산업부산물 당화액을 이용한 트라우스토키트리드계 미세조류의 배양 방법 및 이를 통한 바이오오일의 제조방법
US11230627B2 (en) * 2014-04-25 2022-01-25 Korea University Research And Business Foundation Method for pretreating lignocellulose by using acid-base mixture catalyst

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