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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박대원
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수92
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본 연구는 국내의 실정을 고려하여 바이오매스인 낙엽을 바이오매스로 이용하여 바이오에탄올을 생산하고자 하였다. 바이오에탄올의 생산효율을 높이기 위해 목질계 바이오매스에 가장 중요한 전처리를 시행하였다. 본 실험에서는 화학적 전처리와 반탄화 전처리를 적용하여 당 전환율에 대한 영향을 분석하였고 이어서 바이오에탄올의 생산효율을 높이기 위해 다양한 효소의 당화효율 비교, 반탄화 전처리에 대응으로 계면활성제를 첨가하여 효소당화실험하였다. 그리고 분리당화공정, 동시당화발효공정을 적용하여 에탄올 생산량을 확인하였다.
개별효소를 이용하여 글루코즈 생산량을 확인한 결과, 목질계 바이오매스의 특성으로 cellulase에서 발효 가능한 글루코즈를 가장 많이 얻을 수 있었으며, 또한 혼합효소를 이용하여 낙엽을 당화한 결과에서는 cellulase와 hemicellulase를 혼합하여 사용한 당화실험에서 가장 높은 글루코즈를 나타내었다.
위의 실험 결과로 얻은 효소최적조건을 반탄화 전처리한 바이오매스에 적용하여 반탄화 전처리에 대한 글루코즈 생산량을 확인하였다. 이 때 얻은 반탄화 전처리 후 효소당화하였을 때 당 전환율은 화학적 전처리의 결과보다 10% 정도 향상됨을 알 수 있었다. 또한 효소의 혼합비율별로 비교하였을 때 7:3 비율에서 가장 높은 글루코즈를 생산하였다. 그리고 반탄화 전처리시 낙엽의 물성변화로 인한 방안으로 계면활성제를 첨가하여 효소당화하였다. 이 때 첨가하지 않았을 때보다 높은 글루코즈를 얻었으며 5% 이상 첨가하였을 때 그 향상도가 2배 이상을 차이를 보였다.
당화 후 S. cerevisiae 균주를 접종하여 발효를 하는 분리당화공정을 이용하여 에탄올을 생산하였다. 효소 주입 후 2258 mg glucose/ g biomass로 글루코즈 전환량이 최고치가 되었고 그때 효모를 접종하였더니 약 0.4 g ethanol/ g biomass을 생산할 수 있었다.
이를 통해 계절적으로 문제시 되고 있는 낙엽의 자원화 및 처리문제를 해소할 수 있을 것으로 예상하며 전분질계나 당질계 수급의 문제로 에탄올을 생산에 한계가 있는 우리나라에서 수송용 에너지원 확보 가능성을 확인할 수 있었다.
개별효소를 이용하여 글루코즈 생산량을 확인한 결과, 목질계 바이오매스의 특성으로 cellulase에서 발효 가능한 글루코즈를 가장 많이 얻을 수 있었으며, 또한 혼합효소를 이용하여 낙엽을 당화한 결과에서는 cellulase와 hemicellulase를 혼합하여 사용한 당화실험에서 가장 높은 글루코즈를 나타내었다.
위의 실험 결과로 얻은 효소최적조건을 반탄화 전처리한 바이오매스에 적용하여 반탄화 전처리에 대한 글루코즈 생산량을 확인하였다. 이 때 얻은 반탄화 전처리 후 효소당화하였을 때 당 전환율은 화학적 전처리의 결과보다 10% 정도 향상됨을 알 수 있었다. 또한 효소의 혼합비율별로 비교하였을 때 7:3 비율에서 가장 높은 글루코즈를 생산하였다. 그리고 반탄화 전처리시 낙엽의 물성변화로 인한 방안으로 계면활성제를 첨가하여 효소당화하였다. 이 때 첨가하지 않았을 때보다 높은 글루코즈를 얻었으며 5% 이상 첨가하였을 때 그 향상도가 2배 이상을 차이를 보였다.
당화 후 S. cerevisiae 균주를 접종하여 발효를 하는 분리당화공정을 이용하여 에탄올을 생산하였다. 효소 주입 후 2258 mg glucose/ g biomass로 글루코즈 전환량이 최고치가 되었고 그때 효모를 접종하였더니 약 0.4 g ethanol/ g biomass을 생산할 수 있었다.
이를 통해 계절적으로 문제시 되고 있는 낙엽의 자원화 및 처리문제를 해소할 수 있을 것으로 예상하며 전분질계나 당질계 수급의 문제로 에탄올을 생산에 한계가 있는 우리나라에서 수송용 에너지원 확보 가능성을 확인할 수 있었다.
목차
I. 서 론 11. 연구배경 및 필요성 12. 연구내용 및 특징 7Ⅱ. 이론적 고찰 81. 바이오에탄올 생산을 위한 바이오매스 81.1 목질계 바이오매스 81.2 당질계 바이오매스 91.3 전분질계 바이오매스 101.4 해조류 바이오매스 111.5 음식물류 바이오매스 122. 바이오매스 전처리 공정 142.1 물리적 처리공정 142.2 물리적 화학적 공정 142.2.1 증기처리법 142.2.2 Ammonia fiber explosion(AFEX) 152.2.3 열분해 152.2.4 CO2 처리법(CO2 explosion) 152.2.5 오존처리법(Ozonolysis) 162.2.6 산 처리(Acid hydrolysis) 162.2.7 알칼리 처리(Alkali hydrolysis) 162.3 생물학적 처리 172.4 반탄화 173. 에탄올 당화공정 194. 에탄올 발효 미생물 235. 에탄올 발효 공정 28III. 실험 재료 및 실험 방법 301. 실험 원료 및 재료 301.1 낙엽 301.2 화학전처리 용액 301.3 가수분해효소 311.4 계면활성제 311.5 발효균주 312. 실험 방법 및 분석방법 322.1 전처리 방법 322.1.1 화학적 전처리 322.1.2 반탄화 전처리 332.2 효소당화 352.2.1 낙엽의 가수분해효소를 이용한 당화 352.2.2 반탄화 전처리 후 계면활성제 첨가 효소당화 352.3 효소를 이용한 낙엽의 당화 후 에탄올 생산 362.4 동시당화발효를 이용한 에탄올 생산 362.5 분석방법 372.5.1 삼성분 및 화학성분 분석 372.5.2 글루코즈 분석 372.5.3 에탄올 분석 38IV. 실험 결과 및 고찰 391. 낙엽의 기초 특성 분석 392. 전처리 후 효소당화 402.1 화학적 전처리 후 효소당화 402.2 반탄화 전처리 후 효소당화 452.3 반탄화 전처리 후 계면활성제 첨가 효소당화 483. 효소를 이용한 낙엽의 당화 후 에탄올 생산 50V. 결론 52참고문헌 53Abstract 55
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