Supercritical Water Hydrolysis of Waste Logs after Oak Mushroom Production

In order to investigate the possibility of waste logs after oak mushroom production as a source of an alternative energy and to obtain the fundamental data of supercritical water hydrolysis that has been paid attention as a new saccharification method of lignocellulosics, supercritical water hydrolysis of normal log woods (Quercus acutissima Carruth) and waste logs was carried out. With the increase of reaction time and temperature, the color of the degradation products has been dark and the degradation rate and the crystalline index increased. However the increase of reaction pressure affected the color of the degradation products and the degradation rate at only low reaction temperature. In the early stage of the reaction, the degradation of hemicellulose was progressed, while in the late stage, the cellulose was degraded. The increase of reaction time and reaction temperature (less than $415^{\circ}C$) improved the sugar yield, while at high temperature(more than $415^{\circ}C$), the sugar yield was decreased. Based on the result of the sugar yield, the optimal hydrolysis condition of Q. acutissima Carruth by supercritical water was determined to be $415^{\circ}C$, 60 seconds and 230 pressure bar with the sugar yield of 2.68% (w/w). At the optimal condition, the supercritical water hydrolysis of waste logs after the mushroom production was carried out and the sugar yield was increased to 358% (w/w). The major degradation products of waste logs by supercritical water hydrolysis were 1,1'-oxybis-benzene and 1,2-benzendicarboxylic acid by the GC-MS analysis. At the reaction condition with low degradation rate, the fatty acids such as pentadecanoic acid, 14-methyl-heptadecanoic acid were identified. With the increase of the reaction temperature and time, the amounts of phenol and benzene were increased, but the reaction pressure did not affect the kinds of degradation products. Holocellulose content was 60.6~79.2% in the water insoluble residue and the monosaccharide yield of the water insoluble residue was 49.2~675% by the acid hydrolysis. The monosaccharide yield of water-soluble portion was increased largely by the second hydrolysis using dilute acid.

초임계수를 이용한 표고버섯 골목의 가수분해

표고버섯 골목의 바이오에탄올 생산 자원으로서의 활용 가능성을 모색하고, 새로운 당화 공정으로 주목받고 있는 초임계수 가수분해 공정에 대한 기초 기술을 제공하기 위하여 버섯 골목으로 사용되는 상수리나무 정상재를 다양한 초염계수 가수분해 공정에 적용하고 분해산물의 분석을 실시하였다. 초임계수 가수분해 반응 시간 및 온도의 증가에 의하여 수용성 분해산물 및 비수용성 잔사의 색 진해짐, 분해율의 증가 그리고 비수용성 잔사의 결정화도가 증가하였다. 반응 압력의 증가는 낮은 반응 온도와 짧은 반응 시간 조건에서만 분해 산물의 색변화 및 분해율의 증가에 영향을 주었다 초염계수 가수분해는 반응 초기에 hemicellulose의 분해가, 반응 후기에는 cellulose 분해가 진행되었다. 반응 시간의 증가는 당화 수율을 향상시켰고 반응 온도의 증가는 $415^{\circ}C$까지는 당화 수율을 증가시켰지만 $415^{\circ}C$ 이상에서는 급격히 감소시켰다. 낮은 반응 온도조건에서 반응 압력의 증가는 당화 수율을 증가시컸지만, 높은 반응 온도 조건에서는 오히려 당화 수율을 감소시켰다. 확인된 당화 수율의 결과를 토대로 상수리나무 정상재의 최적 초엄계수 가수분해 조건은 $415^{\circ}C$, 23 MPa, 60초로 결정하였으며, 당화 수율은 2.68%로 확인되었다. 결정된 최적 조건에서 골목의 초임계수 가수분해를 실시한 결과 당화 수율이 3.58%로 정상재의 당화 수율보다 높았다. GC-MS를 이용한 수용성 분해산물의 분석 결과, 주요 분해 산물은 1,1'-oxybis-benzene과 1,2-benzendicarboxylic acid로 확인되었고, 낮은 분해율을 보인 반응 조건에서는 pentadecanoic acid, 14-methyl-heptadecanoic acid 등과 같은 지방산류가 공통적으로 검출되었다. 반응 온도 및 시간이 증가함에 따라 phenol, benzene류의 증가가 확연되었지만 비수용성 잔사에서는 반응 압력의 차이에 의한 분해 산물의 변화는 없었다. 비수용성 잔사의 성분 분석 결과 60.6~79.2%의 holocellulose를 함유하고 있었고, 산 촉매 가수분해에 의하여 49.2~67.5%의 당화 수율을 보여주었다. 희산을 이용한 수용성 분해산물의 2차 가수분해에 의하여 수용성 분해 산불 내 당화 수율이 큰 폭으로 향상되었다.