KR20140113656A - Production of biofuel from tobacco plants - Google Patents

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KR20140113656A
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로날드 티. 페트루소
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델라웨어 밸리 컬리지 오브 사이언스 앤드 아그리컬쳐
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Abstract

본 발명은 메틸 아세테이트 또는 에틸 아세테이트에 의한 담배 바이오매스의 용매 추출, 바이오매스로부터 획득된 오일의 트랜스에스테르화 및 트랜스에스테르화된 생성물로부터 바이오 연료의 분리를 포함하는 담배 바이오매스로부터 바이오 연료를 생산하는 방법에 관한 것이다. 바이오매스의 중량에 기초한 바이오 연료의 우수한 수율이 얻어진다.The present invention relates to a process for the production of biofuels from tobacco biomass comprising solvent extraction of tobacco biomass by methyl acetate or ethyl acetate, transesterification of the oil obtained from the biomass and separation of the biofuel from the transesterified product ≪ / RTI > An excellent yield of the biofuel based on the weight of the biomass is obtained.

Description

담배 식물로부터 바이오 연료를 생산하는 방법 {PRODUCTION OF BIOFUEL FROM TOBACCO PLANTS}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of producing biofuel from a tobacco plant,

본 발명은 식물 바이오매스로부터 지질들 또는 오일들을 추출하는 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 담배 식물들로부터 바이오 연료를 획득하는 방법들에 관한 것이다.The present invention relates to methods for extracting lipids or oils from plant biomass. In particular, the present invention relates to methods for obtaining biofuels from tobacco plants.

인간들은 처음에는 관상 식물 및 의료용 식물로서, 나중에는 고급 제품으로서 오랜 담배 경작 역사를 가지고 있다. 최근 역사의 대부분 동안, 인간의 담배 소비는 잎들의 흡연 제품들, 흡입 분말들 및 씹을 수 있는 제품들로의 변형을 기반으로 하고 있다. 최근에, 담배의 대체 사용들은 예를 들면 잎들로부터 정제를 통한 소화 단백질들의 생산을 위해서, 잎들에 정상적으로 존재하는 약리학적으로 유용한 활성 성분들을 제공하기 위해서 및 유전적으로 개질된 식물들의 잎들 또는 종자들에 발현된 재조합 단백질들의 제공원으로서 제안되고 있다. 담배에 대한 또 다른 유망한 용도는 녹색 에너지의 생산을 위한 연료의 제공원이다.Humans initially have long history of tobacco cultivation as coronary plants and medical plants, and later as premium products. For the most part of recent history, human cigarette consumption is based on the transformation of leaves into smoking products, inhalation powders and chewable products. Recently, alternative uses for cigarettes have been found, for example, for the production of digestive proteins via purification from leaves, to provide pharmacologically useful active ingredients normally present in the leaves and to the leaves or seeds of genetically modified plants It has been proposed as a source of expressed recombinant proteins. Another promising use for tobacco is the supply of fuel for the production of green energy.

화석 연료들의 사용 및 이들의 제한된 유용성의 환경적 관점에서 부정적인 결과들은 새로운 에너지 제공원들의 탐색에 대한 동기를 제공해 왔다. 이들 중에서, 바이오 연료들은 그들의 재개 가능성으로 인해 가능한 선택이다. 농업 기원의 바이오 연료들은 대개 단순한 (즉, 자당) 또는 복잡한 (즉, 셀룰로스) 당 생산 식물들로부터 제조된 바이오 에탄올이다. 그러한 생산을 위한 모델 식물들은 사탕 수수, 옥수수, 밀, 감자, 타피오카, 사탕 무, 보리, 수수 등에서 확인되고 있다. 대안으로, 기술은 유성 종들 또는 비유성이지만 오일이 풍부한 종들, 예를 들면 대두, 해바라기, 유채, 땅콩, 아마, 옥수수, 참깨, 팜, 팜-커넬, 코코넛, 피마자 등으로부터 연료 오일 및 바이오 디젤을 생산하기 위해 개발되어 왔다.Negative results from the environmental point of view of the use of fossil fuels and their limited utility have motivated the discovery of new energy providers. Of these, biofuels are a viable option due to their resuming potential. Biofuels of agricultural origin are usually bioethanol produced from simple (ie, sucrose) or complex (ie, cellulosic) sugar producing plants. Model plants for such production have been identified in sugarcane, corn, wheat, potatoes, tapioca, sugar beets, barley, sorghum and others. Alternatively, the technique may be used to produce fuel oils and biodiesel from oilseed species or non-oil but oil-rich species such as soybean, sunflower, rapeseed, peanut, flax, corn, sesame, palm, palm-kernels, coconuts, Has been developed for production.

대체 에너지 제공원으로서 바이오 디젤은 바이오 에탄올에 비해 몇가지 장점들을 갖는다. 하나의 장점은 미국에서 바이오 에탄올을 얻기 위한 지배적인 출발 물질이 주식 작물들인 옥수수 및 대두라는 것이다. 또한, 바이오 에탄올 생산은 통상적으로 바이오 디젤 생산보다 효율적이지 못하다. 예를 들면, 옥수수 에탄올은 그의 생산에 투자된 에너지보다 단지 25% 더 많은 에너지를 생산하지만, 바이오 디젤은 그의 생산에 투자되어야 할 필요가 있는 것보다 93% 더 많은 에너지에 이르기까지 생산할 수 있다. 최근에, 바이오 에탄올은 바이오 디젤보다 더 많은 온실 가스들을 생산하고 있다. 화석 연료들과 상대적으로, 온실 가스 배출량은 바이오 에탄올의 생산 및 연소에 의해 12%까지 감소되었고, 바이오 디젤의 생산 및 사용에 의해 41%까지 감소되었다. 바이오 디젤은 또한 바이오 에탄올보다 순 에너지 획득물당 더 적은 대기 오염물들을 방출한다 (Hill 등, 바이오 디젤 및 에탄올 바이오 연료들의 환경, 경제 및 에너지 비용 및 이점 {Environmental, economic, and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels}, Proc Natl Acad Sci USA. 2006, 103(30): 11206-11210).As an alternative energy source, biodiesel has several advantages over bioethanol. One advantage is that corn and soybeans, the stock crops, are the dominant starting material for obtaining bioethanol in the United States. In addition, bioethanol production is typically less efficient than biodiesel production. For example, corn ethanol produces only 25% more energy than the energy invested in its production, but biodiesel can produce up to 93% more energy than it needs to be invested in its production. Recently, bioethanol produces more greenhouse gases than biodiesel. Relative to fossil fuels, greenhouse gas emissions were reduced by 12% due to the production and combustion of bioethanol and by 41% by the production and use of biodiesel. Biodiesel also releases less air pollutants per net energy gain than bioethanol (Hill et al., Environmental, Economic and Energy Costs and Benefits of Biodiesel and Ethanol Biofuels ethanol biofuels, Proc Natl Acad Sci USA 2006, 103 (30): 11206-11210).

담배로부터 바이오 디젤은 우리 나라의 재생 가능한 에너지 전략의 중요한 보완이 될 수 있다. 현재 경향은 담배 종자들로부터 오일을 추출하는 것에 초점을 맞추고 있다. 전세계적인 담배 생산은 4백만 헥타아르를 초과하는 것으로 추정되므로, 담배 종자들은 에너지를 위한 실행 가능한 대체 제공원일 수 있다. 그러나, 담배 바이오매스, 특히 그 잎들은 바이오 연료 생산을 위해 본질적으로 간과되어 왔다. 담배 식물들은 높은 노동력 요구, 화학물질 유입, 또는 지리적 제한 없이 낮은 단가, 고 부가 가치의 바이오매스 물질들의 약 170톤/에이커를 생산할 수 있다. 담배 식물은 매우 큰 잎 면적, 작은 개화 및 농작물들 중에서 관찰된 최고의 잎 면적 부분:뿌리들의 비율을 갖는다. 활엽수들과 마찬가지로, 담배는 윗부분이 잘리거나 또는 그것이 절단된 후 그의 그루터기로부터 재발아할 것이다. 윗부분 자르기는 한 해에 가능한 한 여러번 수확하게 하고, 이는 매우 높은 바이오매스 톤수를 생산하는 것이 가능하게 한다. 또한, 담배는 광범위한 환경에서 다양한 종류의 토양에 잘 자란다. 마지막으로, 담배는 척박한 토양에서 잘 자랄 수 있는 비식용 식물이기 때문에, 더 비옥한 토양의 옥수수 및 대두와 같은 식품-생산 식물들과 경쟁하지 않는다.Biodiesel from tobacco can be an important complement to our country's renewable energy strategy. Current trends focus on extracting oil from tobacco seeds. Global tobacco production is estimated to exceed 4 million hectares, so tobacco seeds could be a viable alternative source of energy. However, tobacco biomass, especially the leaves, has been essentially overlooked for biofuel production. Tobacco plants can produce about 170 tonnes / acres of low cost, high value biomass materials without high labor force requirements, chemical inputs, or geographical restrictions. Tobacco plants have a very large leaf area, small flowering and a ratio of the highest leaf area portion: roots observed among the crops. Like hardwoods, a cigarette will recapture from its stump after the top is cut or it is cut. Upper crops are harvested as many times as possible per year, making it possible to produce very high biomass tonnage. In addition, tobacco grows well in a wide variety of soils in a wide range of environments. Finally, since cigarettes are non-edible plants that can grow well in barren soils, they do not compete with food-producing plants such as corn and soybeans in more fertile soils.

US 2010/0184130호는 유전자 조작된 담배 식물 및 그의 바이오매스로부터 오일을 추출하는 방법을 개시하고 있다. 유전자 조작은 담배 잎들 내의 오일 침착물들을 증가시킬 수 있다. 이 공정은 바이오매스로부터 오일을 검색하기 위해 개질된 핵산 추출 방법을 사용한다.US 2010/0184130 discloses a method of extracting oil from a genetically engineered tobacco plant and its biomass. Genetic manipulation can increase oil deposits in tobacco leaves. This process uses a modified nucleic acid extraction method to retrieve oil from biomass.

US 2009/0234146호는 식물들 또는 조류들과 같은 바이오매스로부터 오일의 추출 및 트랜스에스테르화 방법들을 개시하고 있다. 추출 방법들은 적어도 하나의 극성 공유 결합 분자 및 적어도 하나의 이온성 액체를 포함하는 공용매 시스템으로 바이오매스를 처리하는 단계를 포함한다. 극성 공유 결합 분자는 메틸 아세테이트일 수 있다. 추출된 오일의 트랜스에스테르화는 촉매로서 수산화 나트륨과 함께 메탄올 또는 촉매로서 황산과 함께 메탄올을 사용하여 행해진다. 그러나, 참고 문헌은 담배를 언급하지 않는다.US 2009/0234146 discloses oil extraction and transesterification methods from biomass such as plants or algae. Extraction methods include treating the biomass with a co-solvent system comprising at least one polar covalent bond molecule and at least one ionic liquid. The polar covalent molecule may be methyl acetate. The transesterification of the extracted oil is carried out using methanol together with sodium hydroxide as catalyst or methanol with sulfuric acid as catalyst. However, references do not refer to cigarettes.

본 발명은 담배 바이오매스로부터 오일들을 추출하는 효율을 증가시키는 것 및 바이오 디젤로서 사용하기 적합하게 될 오일의 처리를 목적으로 한다.The present invention aims to increase the efficiency of extracting oils from tobacco biomass and to treat the oil to be suitable for use as biodiesel.

본 발명은 극성 유기 용매에 의해 담배 바이오매를 추출하는 단계, 추출된 오일을 극성 유기 용매로부터 분리하는 단계, 추출된 오일을 트랜스에스테르화하는 단계 및 바이오 연료를 반응 혼합물로부터 분리하는 단계를 포함하는 담배 바이오매스로부터 바이오 연료를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a tobacco product, comprising the steps of extracting a tobacco biomass with a polar organic solvent, separating the extracted oil from the polar organic solvent, transesterifying the extracted oil and separating the biofuel from the reaction mixture To a method for producing biofuel from tobacco biomass.

예시적인 목적들을 위해, 본 발명의 원리들은 다양한 예시적인 구현예들을 참조하여 설명되어 있다. 본 발명의 특정 구현예들이 본원에 특정하게 기재되어 있더라도, 당업계의 통상의 기술을 가진 자라면 동일한 원리들이 동일하게 적용되고, 다른 시스템들 및 방법들에 사용될 수 있음이 용이하게 인식될 것이다. 본 발명의 개시된 구현예들을 상세히 설명하기 전에, 본 발명이 도시된 임의의 특정 구현예의 세부 사항들로 그의 용도에 있어서 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 추가로, 본원에 사용된 용어학은 설명의 목적을 위한 것이며 제한하고자 함이 아니다. 또한, 특정 방법들이 많은 경우들에서 특정 순서로 본원에 제시된 단계들을 참조하여 기재되어 있더라도, 이들 단계들은 당업계의 숙련자들에게 인식될 수 있는 임의의 순서로 수행될 수 있고; 따라서 새로운 방법은 본원에 개시된 단계들의 특정 배치로 제한되지 않는다.For illustrative purposes, the principles of the present invention are described with reference to various exemplary implementations. Although specific embodiments of the invention have been described herein with specificity, those of ordinary skill in the art will readily appreciate that the same principles are equally applicable and can be used in other systems and methods. Before describing the disclosed embodiments of the invention in detail, it should be understood that the invention is not limited in its application to the details of any particular embodiment shown. In addition, the terminology used herein is for the purpose of description and is not intended to be limiting. Also, although specific methods have been described with reference to the steps set forth herein in a particular order in many cases, these steps may be performed in any order recognizable to those skilled in the art; Thus, the new method is not limited to any particular arrangement of steps disclosed herein.

본원 및 첨부된 특허 청구의 범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "일", "하나의" 및 "그"는 그 문맥이 명백하게 달리 언급되지 않는 한 복수개의 참조물들을 포함하는 것에 주목해야 한다. 또한, 용어 "일" (또는 "하나의"), "하나 또는 그 이상의" 및 "적어도 하나의"는 본원에서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 용어 "포함하는", "함유하는", "갖는" 및 "~로 구성된"은 또한 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.It should be noted that, as used herein and in the appended claims, the singular forms "a "," a ", and "include " include a plurality of references unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the terms " one ", " one ", "one or more ", and" at least one " The terms "comprising", "containing", "having", and "consisting of" may also be used interchangeably.

제1 국면에서, 본 발명은 바이오매스, 특히 담배로부터 바이오 연료의 생산에 관한 것이다. 이러한 국면에서, 담배 바이오매스 중의 오일은 먼저 극성 유기 용매를 사용하여 바이오매스로부터 추출된다. 이 오일은 이어서 바이오 연료들로서 사용하기 적합한 지방산들을 생산하도록 트랜스에스테르화된다.In a first aspect, the present invention relates to the production of biofuels from biomass, particularly tobacco. In this aspect, the oil in the tobacco biomass is first extracted from the biomass using a polar organic solvent. The oil is then transesterified to produce fatty acids suitable for use as biofuels.

본원에 사용된 바의 용어 "바이오매스"는 사실 상 임의의 담배 식물-유도된 유기 물질을 의미한다. 이는 전체 식물들, 식물 기관들 (즉, 잎들, 줄기들, 꽃들, 뿌리들, 등.), 종자들, 식물 세포들 (조직 배양 세포들을 포함함), 상기한 것들 중의 하나 또는 그 이상의 자손 및 그러한 물질들의 분쇄된 형태들을 포함한다.The term "biomass " as used herein refers to virtually any tobacco plant-derived organic material. This includes all plants, plant organs (i.e., leaves, stems, flowers, roots, etc.), seeds, plant cells (including tissue culture cells), one or more of the above, And include crushed forms of such materials.

담배 식물의 임의의 종들 또는 유형은 본 발명을 위해 사용될 수 있다. 그들의 바이오매스에서 더 높은 오일 또는 지질 함량을 갖는 담배들이 본 발명에 사용하기에 바람직한 유형의 담배이다. 예를 들면, 그의 바이오매스 내에 비교적 높은 오일 함량을 갖는 나바조산 담배가 본 발명에 사용하기 위한 바람직한 유형의 담배이다. 그들의 바이오매스 내에 높은 오일 또는 지질 함량을 갖도록 유전자 조작된 담배 식물들이 사용될 수도 있다. 적합한 유전자 조작된 담배 식물들은 예를 들면, 문헌[Andrianov 등, "바이오 연료를 위한 생산 플랫폼으로서 담배: 애기 장대 DGAT 및 LEC2 유전자의 과발현은 녹색 바이오 매스 내의 지질들의 축적을 증가시키고 그 조성을 이동시킨다(Tabacco as a production platform for biofuel: overexpression of Arabidopsis DGAT and LEC2 genes increases accumulation and shifts the composition of lipids in green biomass)," Plant Biotechnol J., 제8권, 277-87 페이지 (2009); 및 US 2010/0184130)]에 기재된 것들을 포함한다.Any species or type of tobacco plant may be used for the present invention. Cigarettes with higher oil or lipid content in their biomass are the preferred types of cigarettes for use in the present invention. For example, Navajo tobacco having a relatively high oil content in its biomass is a preferred type of cigarette for use in the present invention. Tobacco plants genetically engineered to have high oil or lipid content in their biomass may be used. Suitable genetically modified tobacco plants include, for example, Andrianov et al., "Tobacco as a production platform for biofuels: Overexpression of Arabidopsis DGAT and LEC2 genes increases accumulation of lipids in green biomass and shifts its composition Tabacco as a production platform for biofuel: overexpression of Arabidopsis DGAT and LEC2 gene amplification and shifts in the composition of lipids in green biomass), " Plant Biotechnol J. , Vol. 8, pp. 277-87 (2009); And US 2010/0184130).

본 발명의 일부 구현예들에서, 담배 식물들을 고속 성장시키고, 더 높은 수율로 생산하고 및/또는 식물들을 1년 내내 성장시키기 위해 담배 식물들을 수경으로 성장시키는 것이 바람직할 수 있다. 수경 재배는 고도로 통제되는 재생 가능한 조건들 하에 담배 식물들의 성장을 허용하고, 깨끗하고 온전한 조건에서 조방적, 필라멘트상 뿌리 시스템의 효율적인 수확을 촉진한다.In some embodiments of the present invention, it may be desirable to grow tobacco plants hydroponically in order to grow the tobacco plants at high rates, produce them at higher yields, and / or grow plants throughout the year. Hydroponic cultivation permits the growth of tobacco plants under highly regulated regenerative conditions and promotes efficient harvesting of coarse, filamentous root systems in clean, intact conditions.

담배의 수경 성장을 위한 하나의 예시적인 공정은 다음과 같다. 담배 종자들은 촉촉한 식물 배양토 혼합물의 표면에서 또는 그 근처에서 발아하도록 허용된다. 적합한 조건들은 약 80 ℃의 온도 및 60% 상대 습도이다. 종자 발아 후 약 2주에, 묘목들은 그들이 약 6 인치 높이이고, 약 6장의 잎들을 갖는 단계에서 나머지 묘목들의 방해받지 않는 성장을 위한 충분한 공간을 남겨두고 박층화 (제거)된다.묘목들이 약 6인치의 높이에 도달할 때, 이들은 통상적으로 이식된다, 뿌리 시스템 및 온전한 파팅 재료의 펠렛에 의해, 적합한 영양액을 함유하는 수경 장치 및 영양액의 통기 (산소화)를 위한 수단 내로 이식된다. 수경 장치는 또한 용해된 영양분들의 보충을 위해 제공되어야 하고, 완전히 성장한 담배 식물을 수용하기에 충분한 크기여야 한다.One exemplary process for hydroponics of tobacco is as follows. Tobacco seeds are allowed to germinate at or near the surface of a moist plant culture mixture. Suitable conditions are a temperature of about 80 < 0 > C and 60% relative humidity. At about two weeks after seed germination, the seedlings are thinned (removed) leaving them sufficient space for uninterrupted growth of the remaining seedlings at the stage where they are about six inches tall and have about six leaves. When they reach a height of inches, they are usually implanted into pellets of the root system and intact parting material, into the hydroponic device containing the appropriate nutrients and into the means for the aeration (oxygenation) of the nutrient solution. The hydroponic device should also be provided for replenishing dissolved nutrients and should be of sufficient size to accommodate fully grown tobacco plants.

기타 적합한 성장 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 담배는 코코넛 섬유와 같은 추가의 성장 배지를 공급받은 토양에서 성장할 수 있다. 담배는 대규모 생산을 위해 적합한 기후에서 야외 성장이 전형적으로 사용될 수 있더라도 바람직하게는 온실에서 성장될 수 있다.Other suitable growth methods may be used. For example, tobacco can grow in soil supplied with additional growth media such as coconut fibers. Cigarettes can be grown in the greenhouses, preferably in the greenhouse, although outdoor growth can typically be used in a climate suitable for large scale production.

완전히 성장하였을 때, 담배 식물들이 수확되고, 오일 및/또는 지질들은 바이오매스로부터 추출된다. 줄기들, 뿌리들, 잎들 및/또는 종자들을 포함하는 담배 식물들의 여러 부분들이 본 발명의 추출 단계를 위해 사용될 수 있다. 당업계의 숙련자라면 추출 과정의 조건들이 사용된 바이오매스의 유형 또는 유형들에 대해 그것을 최적화하기 위해 필요에 따라 조절될 수 있음을 또한 인식할 것이다.When fully grown, tobacco plants are harvested and oils and / or lipids are extracted from the biomass. Various parts of tobacco plants, including stems, roots, leaves and / or seeds, may be used for the extraction step of the present invention. One skilled in the art will also appreciate that the conditions of the extraction process can be adjusted as needed to optimize it for the type or types of biomass used.

담배 바이오매스는 추출 단계 전에 전처리될 수 있다. 전처리 단계들은 성장 배지로부터 바이오매스의 분리, 바이오매스의 건조 및 그의 표면적을 증가시키기 위한 바이오매스의 물리적 및 기계적 분쇄 중의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있지만, 이들로만 제한되지 않는다. 당업계의 숙련자들에게 공지된 임의의 방법이 전처리 단계들을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 바이오매스는 원심 분리에 의해 성장 배지로부터 분리될 수 있고, 성장 배지의 흔적량을 추가로 제거하기 위해 탈이온수로 세척될 수 있고, 진공 하에 건조되거나 또는 동결 건조될 수 있다.The tobacco biomass can be pretreated prior to the extraction step. The pretreatment steps may include, but are not limited to, one or more of the separation of the biomass from the growth medium, the drying of the biomass, and the physical and mechanical milling of the biomass to increase its surface area. Any method known to those skilled in the art can be used to perform the pre-treatment steps. For example, the biomass can be separated from the growth medium by centrifugation, washed with deionized water to further remove trace amounts of growth medium, dried under vacuum or lyophilized.

추출 단계는 담배 바이오매스를 극성 유기 용매와 접촉시켜 추출 혼합물을 형성하고, 그로 인해 바이오매스의 오일 및/또는 지질 성분을 용매 내로 추출함으로써 수행될 수 있다. 일단 목적하는 양의 추출이 완료되면, 나머지 바이오매스는 추출 혼합물로부터 분리된다.The extraction step may be performed by contacting the tobacco biomass with a polar organic solvent to form an extract mixture, thereby extracting the oil and / or lipid components of the biomass into the solvent. Once the desired amount of extraction is complete, the remaining biomass is separated from the extraction mixture.

극성 유기 용매는 메틸 아세테이트 및 에틸 아세테이트로부터 선택될 수 있다.The polar organic solvent may be selected from methyl acetate and ethyl acetate.

임의의 적합한 양의 유기 용매가 추출 공정을 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 바이오매스의 그램당 유기 용매 1-4 그램의 양이 사용될 수 있다. 바이오매스와 극성 유기 용매가 조합되어 추출 혼합물을 형성하는 방식은 중요하지 않고, 따라서 바이오매스는 극성 유기 용매에 첨가될 수 있거나 또는 극성 유기 용매는 바이오매스에 첨가될 수 있다.Any suitable amount of organic solvent may be used for the extraction process. For example, an amount of 1-4 grams of organic solvent per gram of biomass may be used. The manner in which the biomass and the polar organic solvent are combined to form the extraction mixture is not important, and thus the biomass may be added to the polar organic solvent or the polar organic solvent may be added to the biomass.

추출 혼합물이 형성된 후, 그것은 주위 온도에서, 예를 들어 담배 바이오매스로부터 오일 또는 지질들의 상당 부분을 추출하기 위해 충분한 시간 동안 15 내지 25 ℃에서 유지될 수 있다. 추출 혼합물은 추출 혼합물 내의 가장 낮은 비등점의 극성 유기 용매의 비등점에 이르는 온도까지 교반 하에 선택적으로 가열될 수 있다. 추출 기간은 바이오매스의 유형 및 양, 용매의 유형 및 가열 또는 추출을 촉진하기 위한 다른 수단과 같은 단계들이 취해지는지 여부에 따라 약 1시간 내지 약 48시간일 수 있다. 숙련자라면 간단한 실험들에 의해 최적의 추출 기간을 결정할 수 있다. 바람직하게는, 추출은 약 60 내지 65 ℃의 온도에서 약 16 내지 약 48 시간의 기간 동안 수행된다.After the extraction mixture has been formed, it may be maintained at ambient temperature, for example at 15-25 DEG C for a sufficient time to extract a substantial portion of the oil or lipids from the tobacco biomass. The extraction mixture may be selectively heated with stirring to a temperature up to the boiling point of the polar organic solvent at the lowest boiling point in the extraction mixture. The extraction period may be from about 1 hour to about 48 hours, depending on whether the steps such as the type and amount of biomass, the type of solvent and other means for promoting heating or extraction are taken. Experts can determine the optimal extraction period by simple experiments. Preferably, the extraction is carried out at a temperature of from about 60 to 65 DEG C for a period of from about 16 to about 48 hours.

일부 구현예들에서, 극성 유기 용매에 의한 담배 바이오매스의 추출은 추출의 속도 및 효율을 증가시키기 위해 초음파 처리, 진탕, 압력, 및/또는 방사선 에너지 (예, 마이크로웨이브, 적외선)의 적용을 통해 증진될 수 있다.In some embodiments, the extraction of the tobacco biomass by the polar organic solvent may be accomplished through application of sonication, shaking, pressure, and / or radiation energy (e.g. microwave, infrared) to increase the speed and efficiency of extraction Can be promoted.

추출이 사례별 기준으로 측정된 바와 같이 주로 추출 공정의 경제성에 기초하여 실질적으로 완료된 후, 추출 혼합물은 이 추출 혼합물로부터 추출된 오일들의 분리를 촉진시키기 위해 추가의 단계들에 적용될 수 있다. 예를 들면, 원심 분리 또는 여과는 나머지 바이오매스를 추출 혼합물로부터 제거하기 위해 사용될 수 있다. 극성 유기 용매는 또한 추출 혼합물로부터 예를 들면, 회전 증발 또는 증발 증류 등의 증류에 의해 제거될 수 있다.After the extraction is substantially completed based on the economics of the extraction process, as measured on a case-by-case basis, the extraction mixture may be applied to further steps to facilitate separation of the oils extracted from the extraction mixture. For example, centrifugation or filtration can be used to remove the remaining biomass from the extraction mixture. The polar organic solvent may also be removed from the extraction mixture, for example by distillation, such as rotary evaporation or evaporative distillation.

담배 바이오매스로부터 추출된 오일은 연소 기관들 내에서 직접적인 사용을 위해 최적화되지 않는다. 따라서, 추출된 오일은 촉매의 존재 하에 메탄올 또는 에탄올과 같은 저분자량 알콜과 오일의 반응에 의해 트랜스에스테르화된다. 트랜스에스테르화 반응은 에스테르기들의 교환을 포함하고, 그에 따라 두 제품들: 즉, 지방산 에스테르들 (바이오 디젤로서 유용한 성분) 및 글리세린 (비누 및 기타 제품들에서 사용되도록 통상적으로 판매된 가치있는 부산물)을 생산한다. 반응의 또 다른 부산물은 공정의 또 다른 제품으로서 분리될 수 있고 개별적으로 판매될 수 있는 천연 살충제 소스이다. 가성 화합물들 및 물은 종래의 "알칼리 정제" 단계를 수행하기 위해 트랜스에스테르화 단계를 수행하기 전에 담배 오일에 첨가될 수 있다.The oil extracted from the tobacco biomass is not optimized for direct use within combustion engines. Thus, the extracted oil is transesterified by the reaction of an oil with a low molecular weight alcohol such as methanol or ethanol in the presence of a catalyst. The transesterification reaction involves the exchange of ester groups, so that the two products: fatty acid esters (an ingredient useful as biodiesel) and glycerin (a valuable by-product traditionally sold for use in soap and other products) . Another byproduct of the reaction is a natural pesticide source that can be isolated and sold separately as another product in the process. The pseudo-compounds and water may be added to the tobacco oil before performing the transesterification step to perform the conventional "alkali refining" step.

트랜스에스테르화 공정은 촉매의 존재 하에 메탄올과 같은 저 분자량 알콜과 오일을 혼합하여 반응 혼합물을 형성함으로써 수행될 수 있다. 트랜스에스테르화는 산-촉매된 트랜스에스테르화 또는 염기-촉매된 트랜스에스테르화 단계일 수 있다. 트랜스에스테르화 단계에 사용된 촉매는 산성 촉매 또는 염기성 촉매일 수 있다. 산 촉매는 술폰산 또는 황산 유형의 산, H2SO4, HC1, 염화 아세틸, BF3, 등인 브론스테드산일 수 있다. 염기 촉매는 예를 들면, KOH, NaOH, NaOCH3, Na2CH2CH3, 구아니딘들 (예를 들면, 1,5,7-트리아자비시클로[4.4.0]데스-5-엔 (TBD) 등); 및 타입 M(3-하이드록시-2-메틸-4-피론)2(H2))2의 금속 착물일 수 있고, 여기서 M=Sn, Zn, Pb, 또는 Hg이다. K2CO3가 사용될 수도 있고, 이는 에탄올 불용성 KHCO3 뿐만 아니라 메탄올 가용성 KOCH3를 생산한다. 하나의 예시적인 구현예에서, K2CO3는 트랜스에스테르화 공정을 위해 오일 덩어리의 6%의 양으로 사용될 수 있다.The transesterification process can be carried out by mixing the oil with a low molecular weight alcohol such as methanol in the presence of a catalyst to form a reaction mixture. The transesterification may be an acid-catalyzed transesterified or base-catalyzed transesterification step. The catalyst used in the transesterification step may be an acidic catalyst or a basic catalyst. Acid catalyst may be a Bronsted acid or sanil type of acid, H2SO4, HC1, acetyl chloride, BF 3, or the like sulfuric acid. Base catalyst, for example, KOH, NaOH, NaOCH 3, Na 2 CH 2 CH 3, guanidine (e.g., 1,5,7- triazol diazabicyclo [4.4.0] des-5-ene (TBD) Etc); And type M (3-hydroxy-2-methyl-4-pyrone) 2 (H 2 )) 2 wherein M = Sn, Zn, Pb or Hg. It may be used and the K2CO 3, which ethanol insoluble KHCO 3 as well as the production of methanol-soluble KOCH 3. In one exemplary embodiment, K 2 CO 3 can be used in an amount of 6% of the oil mass for the transesterification process.

트랜스에스테르화 반응은 통상적으로 알콜의 비등점 미만의 온도 (일반적으로 약 65 ℃에서)에서 적어도 30분 동안 수행된다. 알콜 및 오일 성분들이 서로 단지 제한된 혼화성을 가질 때, 2상 반응 혼합물은 격렬하게 교반되고/교반되거나 위상 전이 촉매는 트랜스에스테르화 반응을 가속화하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 산 촉매들은 염기 촉매들보다 더 긴 트랜스에스테르화 반응 시간을 요구한다. 바람직한 구현예들에서, 산 촉매들은 염기 촉매들이 사용될 때보다 트랜스에스테르화 반응 혼합물 중의 더 많은 양의 알콜과 조합하여 사용된다.The transesterification reaction is typically carried out at a temperature below the boiling point of the alcohol (generally at about 65 DEG C) for at least 30 minutes. When the alcohol and oil components have only a limited miscibility with each other, the two phase reaction mixture may be vigorously stirred and / or the phase transfer catalyst may be used to accelerate the transesterification reaction. In general, acid catalysts require longer transesterification reaction times than base catalysts. In preferred embodiments, acid catalysts are used in combination with higher amounts of alcohols in the transesterification reaction mixture than when base catalysts are used.

트랜스에스테르화 공정에 사용하기 적합한 알콜은 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올과 같이 4개 이하의 탄소 원자들을 갖는 임의의 저 분자량 알콜일 수 있다. 알콜은 통상적으로 지방산 에스테르 생산을 위하여 반응을 구동하기 위해 오일의 양에 대해 상대적으로 과량으로 반응 혼합물 중에 사용된다. 반응 혼합물 중의 트랜스에스테르화 가능한 오일에 대한 알콜의 몰비는 적어도 약 3:1 내지 6:1이어야 한다. 몰비는 사용되는 염기에 따라 변화될 수 있다.Alcohols suitable for use in the transesterification process may be any low molecular weight alcohol preferably having up to four carbon atoms, such as methanol or ethanol. Alcohols are usually used in the reaction mixture in an excess relative to the amount of oil to drive the reaction for fatty acid ester production. The molar ratio of alcohol to transesterifiable oil in the reaction mixture should be at least about 3: 1 to 6: 1. The molar ratio may vary depending on the base used.

트랜스에스테르화 반응 혼합물이 일반적으로 전체 지방산 에스테르들에 대해 상대적으로 반응 혼합물 내의 글리세리드 에스테르들의 약 80 %의 전환율로, 평형에 가까운 지점에 도달할 때, 반응 혼합물은 약 12~24시간 동안 정착하도록 허용될 수 있다. 이후, 비-극성 위상이 분리될 수 있고, 반응은 갓 혼합된 알콜 및 촉매를 사용하여 선택적으로 반복될 수 있다. 이러한 선택적 제2 트랜스에스테르화 단계가 수행된 후, 상위 비-극성 위상 (바이오 디젤 위상)이 분리되고, 그로부터 알콜을 제거하기 위해 9증발 또는 증류에 선택적으로 적용된다.When the transesterification reaction mixture generally reaches a point near equilibrium with a conversion of about 80% of the glyceride esters in the reaction mixture relative to the total fatty acid esters, the reaction mixture is allowed to settle for about 12 to 24 hours . The non-polar phases can then be separated and the reaction can be selectively repeated using freshly mixed alcohols and catalysts. After this optional second transesterification step is carried out, the upper non-polar phase (biodiesel phase) is separated and is optionally applied to 9 evaporation or distillation to remove alcohol therefrom.

원하는 경우, 내한성, 연소, 저장 안정성 등을 향상시키기 위한 첨가제들과 같은 종래의 연료 첨가제들은 결과의 바이오 연료에 첨가될 수 있다.If desired, conventional fuel additives, such as additives for improving cold resistance, combustion, storage stability, etc., can be added to the resulting biofuel.

트랜스에스테르화는 초음파 처리, 완만한 가열, 진탕, 압력, 및/또는 방사선 에너지 (예, 마이크로웨이브, 적외선)의 적용을 통해 증진될 수 있다. 예를 들면, 다중-위상 반응 혼합물은 알콜의 비등점 미만의 온도까지 교반에 의해 가열될 수 있다.Transesterification can be enhanced through the application of sonication, gentle heating, shaking, pressure, and / or radiation energy (e.g., microwave, infrared). For example, the multi-phase reaction mixture may be heated by stirring to a temperature below the boiling point of the alcohol.

직접 트랜스에스테르화 반응의 기간은 직접 트랜스에스테르화 반응이 실질적으로 완료될 때까지 약 1시간 내지 48시간 또는 그 이상일 수 있다. 실질적으로 완료된 반응은 바람직하게는 제품의 양 또는 농도에 있어서 어떠한 현저한 추가의 증가도 사용된 반응 조건들 하에 추가의 반응에 의해 얻어질 수 없는 경우이다. 직접 트랜스에스테르화 반응의 실질적인 완료 후, 다중-위상 반응 혼합물은 서로로부터 반응 제품들의 추가의 분리를 촉진시키기 위해 추가의 공정들에 적용될 수 있다. 예를 들면, 다중-위상 반응 혼합물이 원심분리될 수 있고, 지방산 에스테르 제품을 포함하는 성분은 예를 들면, 별개의 용기 내로의 경사 분리 또는 피펫팅에 의해 제거될 수 있다.The duration of the direct transesterification reaction may be from about 1 hour to 48 hours or more until the direct transesterification reaction is substantially complete. Substantially completed reactions are preferably those in which no significant further increase in the amount or concentration of the product can be obtained by further reaction under the used reaction conditions. After substantial completion of the direct transesterification reaction, the multi-phase reaction mixture may be applied to further processes to promote further separation of the reaction products from each other. For example, the multi-phase reaction mixture may be centrifuged and the components comprising the fatty acid ester product may be removed, for example, by tipping or pipetting into separate vessels.

일부 구현예들에서, 지방산 에스테르-함유 제품은 트랜스에스테르화 후에 5:4의 몰비로 헥산 또는 이소프로판올과 헥산의 혼합물과 같은 비-극성 용매 등의 용매에 의한 추출에 의해 정제될 수 있다. 수산화 나트륨과 같은 일부 염기는 이러한 분리를 촉진하기 위해 첨가될 수 있다. 그러한 용매 추출이 사용되는 경우에, 제품은 예를 들면 진공 하에 제품으로부터 용매를 증발시킴으로써 용매로부터 순차로 분리될 수 있다.In some embodiments, the fatty acid ester-containing product may be purified by extraction with a solvent such as a non-polar solvent such as a mixture of hexane or isopropanol and hexane in a molar ratio of 5: 4 after transesterification. Some bases, such as sodium hydroxide, may be added to facilitate this separation. If such solvent extraction is used, the product can be sequestered from the solvent by evaporating the solvent from the product, for example under vacuum.

지방산 에스테르-함유 제품은 물에 의해 선택적으로 세척될 수 있다. 일 구현예에서, 이 제품은 증류수의 동일한 부분과 혼합되고 24시간 동안 정치되도록 허용되고, 물로부터 분리된다. 무수 황산 나트륨 또는 또 다른 적합한 흡수성 물질은 지방산 에스테르-함유 제품으로부터 임의의 나머지 물을 흡수하기 위해 사용될 수 있다.The fatty acid ester-containing product can be selectively washed with water. In one embodiment, the product is mixed with the same portion of distilled water, allowed to settle for 24 hours, and separated from the water. Anhydrous sodium sulfate or another suitable absorbent material can be used to absorb any residual water from the fatty acid ester-containing product.

극성 유기 용매는 또 다른 직접 트랜스에스테르화 반응 또는 추출 공정에 사용하기 위해 선택적으로 회수 및 재순환될 수 있다. 용매 회수는 예를 들면, 처리된 바이오매스를 펠렛화하기 위해 반응 혼합물의 원심 분리 및 용매 및 회전 증발의 경사 분리에 의해 수행될 수 있다. 극성 유기 용매는 또한 점진적으로 감소하는 공극 크기를 갖는 일련의 메쉬 필터들이 사용되는 경우에 기계적 여과에 의해 회수될 수 있다.The polar organic solvent may optionally be recovered and recycled for use in another direct transesterification reaction or extraction process. Solvent recovery can be accomplished, for example, by centrifugation of the reaction mixture and solvent and rotary evaporation of the slurry to pellet the treated biomass. The polar organic solvent may also be recovered by mechanical filtration if a series of mesh filters with progressively decreasing pore size are used.

트랜스에스테르화 단계에 사용된 촉매는 산성 촉매 또는 염기성 촉매일 수 있다. 산 촉매는 브론스테드산일 수 있다. 산 촉매는 술폰산 또는 황산, 예를 들면 H2SO4, HC1, 염화 아세틸, BF3, 등으로부터 선택될 수 있다. 염기 촉매는 예를 들면, KOH, NaOH, NaOCH3, Na2CH2CH3, 구아니딘들 (예를 들면, l,5,7-트리아자비시클로[4.4.0]데스-5-엔 (TBD) 등); 및 타입 M(3-하이드록시-2-메틸-4-피론)2(H2))2의 금속 착물들일 수 있고, 여기서 M=Sn, Zn, Pb, 또는 Hg이다.The catalyst used in the transesterification step may be an acidic catalyst or a basic catalyst. The acid catalyst may be Bronsted acid. The acid catalyst may be selected from sulfonic acids or sulfuric acids, such as H 2 SO 4 , HCl, acetyl chloride, BF 3 , and the like. Base catalyst, for example, KOH, NaOH, NaOCH 3, Na 2 CH 2 CH 3, guanidine (e.g., l, 5,7- triazol diazabicyclo [4.4.0] des-5-ene (TBD) Etc); And type M (3-hydroxy-2-methyl-4-pyrone) 2 (H 2 )) 2 where M = Sn, Zn, Pb or Hg.

예시적인 실시예에서, 염화 아세틸은 메탄올에 의한 트랜스에스테르화 반응에서 촉매로서 사용될 수 있다. 촉매 효과는 염화 아세틸이 먼저 메탄올과 반응하여 메탄올에 용해된 메틸 아세테이트 및 가스상 염화 수소를 형성하는 2-단계 반응이다. 염화 수소는 이어서 글리세리드의 카르보닐 산소를 양성자화하고, 글리세리드 중의 에스테르기들의 교환을 용이하게 한다.In an exemplary embodiment, acetyl chloride may be used as a catalyst in a transesterification reaction with methanol. The catalytic effect is a two-step reaction in which acetyl chloride reacts first with methanol to form methyl acetate dissolved in methanol and gaseous hydrogen chloride. Hydrogen chloride then protonates the carbonyl oxygen of the glyceride and facilitates the exchange of ester groups in the glyceride.

특정 유형의 담배의 선택, 성장 조건들의 특정 집합, 예를 들면, 수경 성장, 추출 용매의 특정 선택 및 트랜스에스테르화 반응 중의 하나 또는 그 이상의 조합은 전체 식물 질량에 대해 상대적인 비교적 높은 수율의 바이오 연료를 생산한다. 특히, 수경 조건들 하에 성장하고, 메틸 또는 에틸 아세테이트로 추출되고, 트랜스에스테르화에 적용되는 나바호산 담배의 사용은 전체 식물 질량에 대해 상대적인 특별히 높은 수율의 바이오 연료를 생산한다.The selection of a particular type of tobacco, a particular set of growth conditions, for example, hydroponic growth, a particular selection of extraction solvents, and a combination of transesterification reactions results in a relatively high yield of biofuel relative to the total plant mass Production. In particular, the use of Navajo tobacco grown under hydroponic conditions, extracted with methyl or ethyl acetate, and applied to transesterification produces a particularly high yield of biofuel relative to the total plant mass.

바이오 연료 제품은 통상적으로 목적하는 연료 제품들인 높은 백분율의 지방산 에스테르들을 함유한다. 지방산 에스테르들에 존재하는 결합들은 적외선 분석에 의해 측정될 수 있다. 예를 들면, 바이오 연료의 탄화수소 사슬 내의 메탄올 및 이중 결합들 (트랜스나 또는 시스)의 존재는 이러한 방식으로 측정될 수 있다. 또한, SP2 탄소 원자들은 이러한 방식으로 확인 될 수 있다. 적외선 분석은 제품 내의 메틸 에스테르들의 조성을 측정하기 위해 사용될 수도 있다.Biofuel products contain a high percentage of fatty acid esters, which are typically the desired fuel products. Bonds present in fatty acid esters can be measured by infrared analysis. For example, the presence of methanol and double bonds (trans or cis) in the hydrocarbon chain of the biofuel can be measured in this manner. In addition, SP2 carbon atoms can be identified in this way. Infrared analysis may also be used to determine the composition of the methyl esters in the product.

박층 크로마토그래피 (TLC)는 조성물 중의 미반응 트리글리세리드들의 양을 측정하기 위해 사용될 수 있다. TLX를 위해 사용된 용매는 예를 들면, 헥산 85 ml, 에틸 에테르 15 ml 및 HC2H3O2 1 ml의 혼합물이다.Thin layer chromatography (TLC) can be used to determine the amount of unreacted triglycerides in the composition. The solvent used for the TLX, for example, hexane 85 ml, ether 15 ml and HC 2 H 3 O 2 1 ml.

점도계는 상대 점도를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이는 생성물의 점도를 대조 오일에 비교함으로써 행해질 수 있다.The viscometer can be used to measure the relative viscosity. This can be done by comparing the viscosity of the product to the control oil.

바이오 연료의 연소 성능은 예를 들면 봄베 열량계(Bomb Calorimeter)를 사용함으로써 측정될 수 있다.The combustion performance of the biofuel can be measured, for example, by using a Bomb Calorimeter.

다음 비제한적인 실시예들은 본 발명의 구현예들을 추가로 예시하기 위해 제공된다. 이어지는 실시예들에 개시된 기술들은 본 발명을 실시함에 있어서 잘 기능하도록 본 발명자들에 의해 발견된 접근법들을 나타내고, 따라서 그의 실시를 위한 모드들의 실시예들을 구성하는 것으로 간주될 수 있음이 당업계의 숙련자들에게 인식되어야 한다. 그러나, 당업계의 숙련자들은 본원 개시 내용에 비추어 많은 변화들이 개시된 특정 구현예들엣 이루어질 수 있고 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 동일하거나 또는 유사한 결과를 여전히 얻을 수 있음을 인식해야 한다.
The following non-limiting embodiments are provided to further illustrate embodiments of the invention. It will be appreciated by those skilled in the art that the techniques disclosed in the following embodiments illustrate the approaches found by the inventors to function well in the practice of the invention and therefore can be considered to constitute embodiments of modes for its practice Should be recognized. It will be apparent, however, to one skilled in the art, that many changes in light of the teachings herein may be made in the specific embodiments disclosed, and still obtain the same or similar results without departing from the scope of the invention.

실시예 1 - 추출Example 1 - Extraction

담배 잎들 (9.2000 g)은 오일 추출 전에 건조되었다. 잎들은 19,000 rpm 상용 분쇄기를 사용하여 분쇄하였다. 결과의 펄프는 메틸 아세테이트와 함께 도자기 골무 내에 배치하였다. 용매는 약 3시간 후 중간의 짙은 녹색이 관찰될 때까지 시간이 경과함에 따라 어두워졌다. 추출은 2시간 동안 속슬레 (Soxhlet) 추출기를 사용하여 이어졌다. 담배 오일은 둥근 바닥 플라스크 내의 용매에 의해 회수되었다. 증류가 용매를 제거하기 위해 후속되었다. 황산 나트륨이 담배 오일 중의 임의의 습기를 제거하기 위해 사용되었다. 오일 5.00 ml가 얻어졌다. 비교예로써, 회전 증발기가 용매 제거를 위해 사용되었고, 추출 용매는 메틸 아세테이트 및 헥산이었다. Tobacco leaves (9.2000 g) were dried prior to oil extraction. The leaves were milled using a commercial grinder at 19,000 rpm. The resulting pulp was placed in porcelain thimble with methyl acetate. The solvent darkened over time after about 3 hours until a medium dark green color was observed. Extraction was continued using a Soxhlet extractor for 2 hours. The tobacco oil was recovered by solvent in a round bottom flask. Distillation was followed to remove the solvent. Sodium sulfate was used to remove any moisture in the tobacco oil. 5.00 ml of oil was obtained. As a comparative example, a rotary evaporator was used for solvent removal and the extraction solvents were methyl acetate and hexane.

실시예 2 - 트랜스에스테르화Example 2 - Transesterification

담배 오일 3.028 g이 촉매로서 1 % H2S04 10 ml, 메탄올 10 ml, 및 이소프로판올 (70%)/헥산의 5:4 혼합물 40 ml와 혼합되었다. 하나의 변형에서, CH3OH/오일은 40:1 몰비로 5% H2SO4와 혼합된다. 분액 깔대기가 pH -7.5를 갖는 바닥층을 분리하기 위해 사용되었다. 바닥층은 미세-여과되었고, 이어서, Na2S04가 첨가되었고, 순차로 결과의 바이오 디젤 생성물로부터 분리되었다.3.028 g of tobacco oil were mixed with 10 ml of 1% H 2 SO 4 as catalyst, 10 ml of methanol, and 40 ml of a 5: 4 mixture of isopropanol (70%) / hexane. In one variation, CH 3 OH / oil is 40: is mixed with 5% H 2 SO 4 to 1 molar ratio. A separatory funnel was used to separate the bottom layer with pH -7.5. The bottom layer was micro-filtered and then Na 2 SO 4 was added and sequestered from the resulting biodiesel product.

실시예 3 - 생성물의 특성화Example 3 - Characterization of product

바이오 디젤 생성물의 산가는 70% 2-프로판올과 혼합된 적정된 오일 시료를 사용하여 측정되었다. 0.1M KOH에 의한 표준화된 적정 절차가 사용되었다.The acid value of the biodiesel product was determined using a titrated oil sample mixed with 70% 2-propanol. A standardized titration procedure with 0.1 M KOH was used.

바이오 디젤 생성물은 또한 요오드 적정에 의해 글리세롤에 대해 검사되었다. 바이오 디젤 중의 글리세롤은 과요오드산염을 요오드산염으로 환원한다. 요오드산염 또는 임의의 남아있는 과요오드산염은 티오황산염과의 반응에 의해 결정된다. 반응 후 티오황산염의 양의 감소는 대조군과 비교되고, 여기서 동일한 초기량의 과요오드산염이 티오황산염과 반응되었다. 그 결과는 바이오 디젤 중에 존재하는 글리세롤의 양을 지시한다. 본 발명의 바이오 디젤 중의 전체 글리세롤은 바이오 디젤의 0.25 중량% 미만이고, 유리 글리세롤은 바이오 디젤의 0.02 중량% 미만인 것으로 측정되었다.The biodiesel product was also tested for glycerol by iodine titration. Glycerol in biodiesel reduces periodate to iodate. The iodate or any remaining periodate is determined by reaction with the thiosulfate. The decrease in the amount of thiosulfate after the reaction was compared to the control, wherein the same initial amount of periodate was reacted with the thiosulfate. The result indicates the amount of glycerol present in the biodiesel. The total glycerol in the biodiesel of the present invention is less than 0.25 wt% of the biodiesel and the free glycerol is less than 0.02 wt% of the biodiesel.

그러나, 본 발명의 수많은 특성들 및 장점들이 본 발명의 구조 및 기능의 세부 사항들과 함께 상기 설명에 기재되어 있다 하더라도, 본원 개시 내용은 단지 예시적인 것으로, 첨부된 특허 청구의 범위가 표현되는 용어들의 광범위한 일반적인 의미로 지시된 전체 범위에 이르기까지 본 발명의 원리 내에서 변화들이 세부적으로, 특히 부품들의 형상, 크기 및 배열의 문제로 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다.It should be understood, however, that even though numerous features and advantages of the present invention have been set forth in the foregoing description, together with the details of construction and function of the present invention, the disclosure is only illustrative, It is to be understood that changes may be made in detail, particularly with regard to the shape, size and arrangement of parts, within the principles of the invention, to the full extent indicated by its broad general meaning.

Claims (18)

메틸 아세테이트 및 에틸 아세테이트로부터 선택된 극성 유기 용매에 의해 담배 바이오매스로부터 오일을 추출하는 단계,
극성 유기 용매를 제거하는 단계,
추출된 오일을 트랜스에스테르화하는 단계, 및
트랜스에스테르화 단계의 생성물들로부터 바이오 연료를 분리하는 단계를 포함하는 담배 바이오매스로부터 바이오 연료를 생산하는 방법.
Extracting the oil from the tobacco biomass by a polar organic solvent selected from methyl acetate and ethyl acetate,
Removing the polar organic solvent,
Transesterifying the extracted oil, and
A method of producing biofuel from tobacco biomass comprising separating the biofuel from the products of the transesterification step.
제1항에 있어서, 상기 극성 유기 용매와 접촉하기 전에 담배 바이오매스를 분쇄하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, further comprising grinding the tobacco biomass prior to contacting the polar organic solvent. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매가 메틸 아세테이트인 방법.The method of claim 1, wherein the organic solvent is methyl acetate. 제1항에 있어서, 상기 극성 유기 용매의 양이 바이오매스의 그램당 약 1 내지 4 그램인 방법.The method of claim 1, wherein the amount of said polar organic solvent is about 1 to 4 grams per gram of biomass. 제1항에 있어서, 상기 추출은 약 16시간 내지 약 48시간의 기간에 걸쳐 수행되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the extraction is performed over a period of from about 16 hours to about 48 hours. 제1항에 있어서, 상기 추출은 초음파 처리, 가열, 진탕, 증가된 압력, 및/또는 방사선 에너지에 대한 노출로 구성된 군으로부터 선택된 추출 증진 기술에 의해 강화되는 것인 방법.2. The method of claim 1, wherein the extraction is enhanced by extraction enhancement techniques selected from the group consisting of sonication, heating, agitation, increased pressure, and / or exposure to radiation energy. 제1항에 있어서, 상기 극성 유기 용매는 증발에 의해 제거되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the polar organic solvent is removed by evaporation. 제1항에 있어서, 상기 트랜스에스테르화 단계는 산성 또는 염기성 촉매의 존재 하에 상기 오일과 알콜을 접촉시키는 단계를 포함하는 것인 방법.2. The process of claim 1 wherein the transesterification comprises contacting the oil with an alcohol in the presence of an acidic or basic catalyst. 제8항에 있어서, 상기 알콜은 4개 이하의 탄소 원자들을 함유하는 알콜인 방법.9. The method of claim 8, wherein the alcohol is an alcohol containing up to four carbon atoms. 제9항에 있어서, 상기 산성 촉매는 술폰산, H2SO4, HC1, 염화 아세틸, 및 BF3로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 방법.10. The method of claim 9, wherein said acid catalyst is a sulfonic acid, H 2 SO 4, HC1, acetyl chloride, and is selected from the group consisting of BF 3. 제9항에 있어서, 상기 염기성 촉매는 KOH, NaOH, NaOCH3, Na2CH2CH3, 및 구아니딘들로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 방법.10. The method of claim 9, wherein said basic catalyst is KOH, NaOH, NaOCH 3, Na 2 CH 2 CH 3, and is selected from the group consisting of guanidine. 제1항에 있어서, 상기 트랜스에스테르화 단계는 용매 제거 단계 후에 수행되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the transesterification step is performed after the solvent removal step. 제1항에 있어서, 상기 담배 바이오매스는 수경으로 재배된 담배로부터 획득된 것인 방법.The method of claim 1, wherein the tobacco biomass is obtained from hydroponically grown tobacco. 제13항에 있어서, 상기 담배 바이오매스는 나바호(Navaho) 산 담배로부터 획득된 것인 방법.14. The method of claim 13, wherein the tobacco biomass is obtained from Navaho tobacco. 제14항에 있어서, 상기 극성 유기 용매는 에틸 아세테이트인 방법.15. The method of claim 14, wherein the polar organic solvent is ethyl acetate. 제15항에 있어서, 상기 트랜스에스테르화 단계는 메탄올 및/또는 에탄올 및 황산 촉매를 사용하여 수행되는 것인 방법.16. The process of claim 15, wherein the transesterification step is performed using methanol and / or ethanol and a sulfuric acid catalyst. 제16항에 있어서, 상기 바이오 연료로부터 메탄올 및/또는 에탄올을 분리하는 단계를 추가로 포함하는 방법.17. The method of claim 16, further comprising separating methanol and / or ethanol from the biofuel. 제17항에 있어서, 상기 바이오 연료를 물로 세척하는 단계를 추가로 포함하는 방법.18. The method of claim 17, further comprising washing the biofuel with water.
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