• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.114.1-114.1
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• 2011

Bioenergy production from lignocellulosic biomass and agriculture wastes have been attracted because of its sustainable and non-edible source. Especially, canola is considered as one of the best feedstock for renewable fuel production. Oil extracted canola and its agriculture residues are reuseable for bioethanol production. However, a pretreatment step is required before enzymatic hydrolysis to disrupt recalcitrant lignocellulosic matrix. To increase the sugar conversion, more efficient pretreatment process was necessary for removal of saccharification barriers such as lignin. Alkaline pretreatment makes the lignocellulose swollen through solvation and induces more porous structure for enzyme access. In our previous work, aqueous ammonia (1~20%) was utilized for alkaline reagent to increase the crystallinity of canola residues pretreatment. In this study, significant factors for efficient soaking in aqueous ammonia pretreatment on canola residues was optimized by using the response surface method (RSM). Based on the fundamental experiments, the real values of factors at the center (0) were determined as follows; $70^{\circ}C$ of temperature, 17.5% of ammonia concentration and 18 h of reaction time in the experiment design using central composition design (CCD). A statistical model predicted that the highest removal yield of lignin was 54% at the following optimized reaction conditions: $72.68^{\circ}C$ of temperature, 18.30% of ammonia concentration and 18.30 h of reaction time. Finally, maximum theoretical yields of soaking in aqueous ammonia pretreatment were 42.23% of glucose and 22.68% of xylose.

• 신재생에너지
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• 제6권4호
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• pp.6-14
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• 2010

Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. Extrusion is a well established process in food industries and it can be used as a physicochemical treatment method for cellulosic biomass. Aqueous ammonia soaking treatment at mild temperatures ranging from 60 to $80^{\circ}C$ for longer reaction times has been used to preserve most of the cellulose and hemicellulose in the biomass. The objective of this study was to evaluate the effect of extrusion treatment on aqueous ammonia soaking method. Extrusion was performed with miscanthus sample conditioned to 2mm of particle size and 20% of moisture content at $200^{\circ}C$ of barrel temperature and 175rpm of screw speed. And then aqueous ammonia soaking was performed with 15%(w/w) ammonia solution at $60^{\circ}C$ for 1, 2, 4, 8, 12 hours on the extruded and raw miscanthus samples respectively. In the combined extrusion-soaking treatment, most compositions removal occurred within 1~2 hours and on a basis of 1 hour soaking treatment values, cellulose was recovered about 85% and other compositions, including hemicellulose, are removed about 50% from extruded miscanthus sample. The combined extrusion-soaking treated and soaking only treated samples were subjected to enzymatic hydrolysis using cellulase and ${\beta}$-glucosidase. The enzymatic digestibility value of combined extrusion-2 hours soaking treated sample was comparable to 12 hours soaking only treated sample. It means that extrusion treatment can shorten the conventional long reaction time of aqueous ammonia soaking. The findings suggest that the combination of extrusion and soaking is a promising pretreatment method to solve both problems for no lignin removal of extrusion and long reaction time of aqueous ammonia soaking.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권4호
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• pp.417-424
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• 2015

본 연구에서는 목질계 바이오매스인 돼지감자 줄기에 대한 전처리 공정을 수행하였다. 공정은 효소 당화 수율을 높이기 위하여 흐름형 침출 전처리 공정에 2단 전처리 공정으로 적용하였다. 전처리 용매로 암모니아수에 의한 탈 리그닌 효과와 황산 용액에 의한 헤미셀룰로오스의 분해가 효소당화 및 발효에 미치는 영향을 확인하였다. 암모니아수와 황산용액을 이용한 2단 전처리 공정을 수행하였다. 먼저 1단계 공정은 40분 동안 $163.2^{\circ}C$의 온도에서 암모니아수로 처리를 진행하였고 다음 2단계 공정은 $169.7^{\circ}C$에서 20분 동안 황산 용액으로 처리를 수행하여 물질수지를 구하였다. 그리고 앞의 공정과 반대의 순서로 황산 용액을 먼저 처리한 후 암모니아수를 처리한 2단 전처리 공정을 수행하였다. 이때 암모니아수를 먼저 처리한 공정에서 글루코오스 생산량은 30.7 g으로 72.4%의 수율이 나타났다. 반대로 황산 용액을 먼저 처리한 후 암모니아수를 처리한 2단 전처리 공정에서는 글루코오스 생산량이 20.9 g으로 49.3%의 수율을 보였다.

• 펄프종이기술
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• 제41권5호
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• pp.15-19
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• 2009

Ammonia soaking treatment was introduced for hemp woody core pretreatment to increase enzymatic saccharification of polysaccharides. Portions of the xylan, cellulose, and lignin were removed by aqueous ammonia soaking, which improved the enzymatic saccharification of cellulose and xylan. Following ammonia soaking, 37% ($50^{\circ}C$-6 day treatment) to 61% ($90^{\circ}C$-16 h treatment) of the cellulose was converted to glucose and 33% ($50^{\circ}C$-6 day treatment) to 48% ($90^{\circ}C$-16 h treatment) of the xylan to xylose. Cellulose responded better to enzymatic saccharification than did xylan after the ammonia soaking treatment. Aqueous ammonia soaking pretreatment was more effective than electron beam irradiation for increasing enzymatic saccharification of xylan and cellulose in hemp woody core.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.335-341
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• 2013

목질계 바이오매스인 옥수수대 전처리를 위하여 고안된 순환식 암모니아 전처리 반응기(Ammonia Circulation Reactor (ACR))를 이용하여 연구하였다. 이 전처리 방법은 적은 양의 액체를 사용하도록 고안되었으며 이 연구에선 기존의 전처리 공정보다 낮은 전처리 온도($60{\sim}80^{\circ}C$), 반응시간(4~12 hour) 그리고 고체:액체 비율(1:3~1:8) 등의 공정 조건을 실험 하여 효과를 비교하였다. 즉 여러 공정 조건에서 전처리 후 고형물의 잔류 고체량, 당, Lignin 함량, 그리고 효소당 화율 등을 측정하였다. 여러 실험 조건에서 공통적으로 관찰된 것은 전처리 조건이 더 가혹해 지면 Lignin의 제거율이 가장 큰 영향을 받았으며, 47.6~70.6% 범위로 나타났다. 반면 다른 당(Glucan, Xylan)은 손실이 비교적 작게 나타났다. 모든 실험 조건에서, 전처리된 고형물의 Glucan 손실율은 4.7~15.2% 범위로 변화가 크지 않았으며 Xylan 손실율은 여러 조건의 변화에 따라 7.4~25.8% 정도 범위로 나타났다. 암모니아 순환 전처리로 8~12 hour 동안 처리된 옥수수대는 90.1~94.5%의 높은 72-h Glucan 당화율을 (15 FPU-GC220+30 CBU)/g-glucan의 효소 투입으로 나타냈으며 순수 Cellulose인 Avicel의 당화율(92.7%)과 비슷하거나 높았다. 또한 8~12 hour 처리된 옥수수대의 초기 24-h Glucan 당화속도는 73.0~79.4%로 Avicel의 같은 시간 당화율인 69.5% 보다 높게 나타났다. 반응시간을 증가는 보다 많은 Lignin을 제거하였으며 따라서 효소 당화율 증가에 기인한 것으로 보인다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.179.1-179.1
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• 2011

Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. The objective of this study was to evaluate the effect of combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment on cellulosic biomass. Miscanthus was pretreated using aqueous ammonia and dilute sulfuric acid solution under high temperature and pressure conditions to be converted into bioethanol. Aqueous ammonia treatment was performed with 15 %(w/w) ammonia solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 20 minutes of reaction time. And then, dilute sulfuric acid treatment was performed with 1.0 %(w/w) sulfuric acid solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 10 minutes of reaction time. The compositional variations of this combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment resulted in 68.0 % of cellulose recovery and 95.7 % of hemicellulose, 81.3 % of lignin, 89.1 % of ash removal respectively. The enzymatic digestibility of 90.5 % was recorded in the combined pretreated Miscanthus sample and it was 14.7 times higher than the untreated sample. The ethanol yield in the Simultaneous Saccharification and Fermentation was 90.4 % of maximum theoretical yield based on cellulose content of the combined pretreated sample and it was about 98 % compared to the ${\alpha}$-cellulose ethanol yield.

• Food Science and Biotechnology
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• 제14권5호
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• pp.645-650
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• 2005

To reduce ammonia-like odor in chondroitin sulfate, longnose skate (Rasa rhina) cartilage was processed by washing, autoclaving, and alkali pretreatments. Content of total volatile basic nitrogen (TVB-N), index of ammonia-like odor, of raw skate cartilage without pretreatment was 254 mg/100 g, whereas those of skate cartilage pretreated with washing and autoclaving increased to 630 and 636 mg/100 g, respectively. TVB-N of skate cartilage pretreated with sodium hydroxide sharply decreased to 15 mg/l00 g at optimal condition of 0.12 M and 3.6 volume of NaOH, as determined by surface response methodology of central composite design for optimization. Alkali pretreatment resulted in 97.6% deodorizing. Washing and autoclaving pretreatments had almost no effect on the yield of chondroitin sulfate (approximately 30%), whereas decreased to 16.0% after alkali pretreatment, showing chondroitin sulfate of skate cartilage as chondroitin sulfate C.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권3호
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• pp.292-296
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• 2011

섬유소계 바이오매스의 전처리를 위한 암모니아수에 의한 침지공정(SAA; Soaking in Aqueous Ammonia)은 낮은 온도와 낮은 압력의 조건에서 수행하는 전처리 공정으로 고온고압이 필요로 하는 다른 전처리방법에 비해 그에 대한 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다양한 바이오매스를 SAA공정에 적용시켜 그 특성을 보고자 한다. 실험을 행한 전처리 공정의 온도, 반응시간 그리고 암모니아수의 농도는 각각 $50{^{\circ}C}$, 72시간 그리고 15 wt%이다. 전처리 공정에 의해 초본계열은 탈리그닌이 초기 성분에 대해 60%로 되었고 전처리 전의 10-20%에 불과하던 당전환율이 전처리 후에 60-90%의 당전환율로 약 80%가 향상된 것으로 나타났지만 목본계열의 리그닌 성분은 10%정도만 제거되었고 당전환율은 전처리하지 않는 것과 별다른 차이를 보이지 않았다.

• 한국토양비료학회지
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• 제39권2호
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• pp.73-79
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• 2006

돈분뇨 중의 악취 성분을 제거하는 동시에 퇴비의 C/N 비를 적정 수준으로 유지하기 위한 방안으로서 축산농가에 보급을 목적으로 pilot 장치를 제작하여 돈분뇨를 호기성 액비화 처리하기 이전에 암모니아 탈기공정 실험을 수행하였다. 암모니아 탈기를 위한 pH 조정을 $Ca(OH)_2$를 이용하였으며, NaOH에 비해 훨씬 현장 적용성이 용이한 것으로 파악되었다. 암모니아 탈기공정의 적정 pH를 도출하기 위해 각각 pH를 9.3, 10.9, 12.3 으로 조절하여 탈기실험을 수행한 결과 pH가 가장 높은 12.3에서 가장 우수한 것으로 나타났고, 이때 반응온도는 $35^{\circ}C$이었다. 암모니아 탈기공정이 진행되는 동안 유리암모니아 질소의 가스상 암모니아로의 전환을 통해 발생되는 방출속도는 탈기공정 초기에는 $0.5355mole\;s^{-1}$ 이었고 탈기공정 후기에는 $0.0253mole\;s^{-1}$ 로 나타나, 주로 탈기공정 초기에 많은 양의 암모니아 가스가 방출되는 것을 알 수 있었다. 탈기공정중 C/N비 변화는 초기 돈분뇨 원수가 4.5이었고 탈기공정 초기에 6.3으로 증가한 이후에 점진적으로 증가하였다. 적정한 탈기를 위한 최적의 탈기시간은 TN과 TC의 회귀 곡선을 통해 C/N비가 6.5 부근인 약 48시간이 적합한 것으로 결론지었다. 탈기를 통해 돈분뇨 중의 암모니아성 질소성분은 79.6% 저감되었으며, 흡수액을 통해 배출된 암모니아가스의 81.3%를 제거하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권1호
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• pp.89-95
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• 2009

볏짚은 섬유소와 헤미셀루로우스의 함유량이 높아, 바이오에탄올 생산을 위한 잠재적 가치가 매우 높은 목질계 바이오매스 원료이다. 본 연구에서는 볏짚으로부터 바이오 에탄올 생산하기 위한 전처리 공정으로써 암모니아 재순환 침출 공정을 적용하였다. 특히 생성된 고형물의 조성과 효소 가수분해도에 전처리 공정의 온도와 반응시간 그리고 암모니아의 농도가 미치는 영향을 조사하였다. 실험을 행한 전처리 공정의 온도, 반응시간, 그리고 암모니아의 범위는 차례로 $150{\sim}190^{\circ}C$, 10~90 min 그리고 0~20 wt%이다. 전처리 공정을 통하여 약 84%의 리그닌과 20~80%의 헤미셀루로우스가 용해되었다. 또, 15 wt%의 암모니아 수용액을 이용하여 $170^{\circ}C$에서 90 min 동안 전처리한 고형 잔재물의 경우 15 FPU/g of glucan의 셀루라제 효소를 첨가하여 약 90%의 효소 가수분해도를 얻을 수 있었다. 셀루라제와 자일란나아제를 함께 사용하면 가수분해도가 현저하게 향상되였으며, 이는 헤미셀루로우스가 가수분해 과정에서 중요한 방해제 역할을 하고 있음을 보여주는 것이다. $150^{\circ}C$에서 20 min 동안 15%의 암모니아수로 전처리된 시료를 이용한 동시당화발효 실험과 동시당화공동발효 실험에서는 각각 13.8 g/L(초기 glucan을 기준으로 81%)와 15.2 g/L(초기 glucan과 xylan의 합을 기준으로 89%)의 에탄올이 생성되었다.