Finding alternative and renewable energy sources has become an important goal for plant scientists, especially with the demand for energy increasing worldwide and the supply of fossil fuel being depleted. The most important biofuel to date is bioethanol which is produced from sugars (sucrose and starch) found in corn and sugarcane. Second generation bioethanol is targeting studies that would allow the use of the cell wall (lignocellulose) as a source of carbon by non-food plants. Plant scientists, including breeders, agronomists, physiologists and molecular biologists, are working towards the development of new and improved energy crops especially, how to design crops for bioenergy production and increased biomass generation for biofuel purposes. This review focuses on: i) the current status of first generation bioenergy production, ii) the limitations of first and second generation bioenergy, and iii) ongoing research to overcome challenging issues in second generation bioenergy.
Demand for alternatives to petroleum is increasing the production of biofuels from food crops such as corn, soybeans, sorghum and sugarcane, etc. At least for the next 5 years, ethanol demand will be increased greatly in the United States and in the world. Presently, most ethanol produced in the United States is corn (Zea mays) ethanol. As a result, especially in the Americas and Southeast Asia, agricultural land is diverted to biofuel production. Even though biofuel industry has many advantage including national security, economical, energetical and sustainable impacts, it is driving grain prices up and creating considerable concern about the potential negative impacts on a wide range of food products that depend on gain : chicken, pork, beef, and dairy products such as milk, cheese, yoghurt, cream and ice cream. Feedstock crops are crops such as switchgrass(Panicum virgatum, L.), corn stover and grasses that can be used in industrial processes such as fermentation into alcohol fuels. Feedstock is no compete with food. Furthermore it is friendly environmental bioenergy crops. In Korea, with increasing demand for fossil fuels the exploration of alternative sources of liquid fuel is inevitable. I suggest Korea need to research and to develop actively on feedstock for biofuel production through this review.
Biofuel based on available biomass in rural area could contribute to increase the vitality and income of rural residents. This study estimates the potential production and environmental benefits of biofuel production from surplus rice, rice straw, cow manure, and food waste in South Korea. We could produce about 2.4 billion liters of ethanol using surplus rice and rice straw and 841 million $m^3$ of methane from cow manure and food waste. 1.7 billion liters of gasoline and 800 million liters of diesel could be replaced with these potential biofuel productions, which can annually reduce 4.9 million ton $CO_2$ eq. GHGs.
대체에너지로써의 바이오 연료 작물과 그 경제성에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 하지만 이러한 새로운 작물의 생산에 따른 수질변화에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 바이오 연료 작물은 그 경제적 효율성 때문에 많은 양의 비료를 필요로 하므로 농경지 부근과 하류지역의 수질 오염이 예측된다. 이 논문에서는 바이오 연료 작물이 수질에 미치는 영향을 검정된 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델을 이용하여 작물의 전과 후의 시나리오로 예측하였다. 그리고 수질 악화를 줄이는 방안으로 30미터 넓이의 필터 스트립을 모델에서 시뮬레이션 하였다. 바이오 연료 작물 생산에 필요한 농경 일정은 이 전의 연구를 참고하였다. 모델 예측 결과, 농경지 주변에서는 연간 250-1,150%의 총질소가, 그리고 100-1, 100%의 총인이 각각 증가하였다. 유역의 유출구 (호수)에서는 연간 40-50%의 총질소와 총인이 증가하였다. 필터 스트립을 설치한 후 농경지 주변에서는 연간 58.0-67.9%의 총질소와 57.7-68.2%의 총인이 각각 감소하였으며 유출구에서는 연간 28.5%의 총질소와 29.4%의 총인이 각각 감소하였다.
Biofuels produced from biomass can be substituted for petroleum fuels due to GHG reduction, sustainability and environmental friendly. The process technologies that convert biomass into biofuels are varied and depend on the feedstocks. Microalgae are considered to be one of the most promising alternative source to the conventional feedstocks for biofuel. Microalgae can be converted to biodiesel, bioethanol, biogas and biojet fuel via thermolchemical and biochemical production technologies. This reviews discusses recent advance in understanding the effects of the characteristics of various processes on the production of biofuels using microalgae. The performances of microalgae based biofuel are compared.
Macroalgae has been strongly touted as an alternative biomass for biofuel production due to its higher photosynthetic efficiency, carbon fixation rate, and growth rate compared to conventional cellulosic plants. However, its unique carbohydrate composition and structure limits the utilization efficiency by conventional microorganisms, resulting in reduced growth rates and lower productivity. Nevertheless, recent studies have shown that it is possible to enable microorganisms to utilize various sugars from seaweeds and to produce some energy chemicals such as methane, ethanol, etc. This paper introduces the basic information on macroalgae and the overall conversion process from harvest to production of biofuels. Especially, we will review the successful efforts on microbial engineering through metabolic engineering and synthetic biology to utilize carbon sources from red and brown seaweed.
Park Doohyun;Park Yongkeun;Kim Sikyun;Lee Daesik;Shin Inho
한국미생물학회:학술대회논문집
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한국미생물학회 2000년도 추계학술발표대회
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pp.92-99
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2000
In this study biofuel cell is classified into 5 generation fuel cell system based on structural and structural difference. I optionally named the biofuel cell with electron mediators prototype, that with electrochemical active bacterium 2nd generation, that with modified electrode with NR 3rd generation, that with catalytic active electrode 4th generation, and that using air as a catholyte instead of ion selective membrane and cathode, respectively. The electricity production was compared among 5 types biofuel cell and was confirmed to be $50-100\%$ higher in 4th and 5th generation than in 1st to 3rd generation.
The objective of this paper is to provide a review on the latest development on the main initiative and approaches for the sustainability criteria for biofuels. A large number of national and international initiative lately experienced rapid development in the review of the biofuels targets announced in the European Union (EU), United States (US) and other countries worldwide. The global biofuel targets are likely to have a strong impact on land use and agricultural markets. Although biofuels production provides new options for using agricultural crops, there are environmental, social and economic concerns associated with biofuel production. The diversity of feedstock, large number of biofuels pathway an their complexity lead to a high uncertainty over the greenhouse gas (GHG) performances of biofuels, in terms of GHG emission reductions compared to the fossil fuels, expecially if land use change is involved. This paper describes an overview of current status of ongoing certification initiative in Europe and worldwide for biofuels sustainability. It also provides mandatory requirements as part of an sustainability scheme in EU, United Kingdom, US and international approaches and should be reviewed to introduce based on global trends in Korea.
Potential feasibility of nutrients removal and biofuel production with microalgae was evaluated in batch culture. Distribution of microalgae in fresh water including reservoir and river was investigated to search for the species with high content of lipid that could converted into biofuel. Green algae, Chlorella and Scenedesmus sp., these are known as species containing high lipid content for biodiesel production, were observed in both summer and autumn season. However another highly lipid-containing species, botryococcus sp. was not observed in this study. In mixed culture of microalgae using synthesized wastewater medium, green algae were found to be dominant, comparing to other species of diatoms and blue-green algae. And microalgae were also capable of removing nitrogen and phosphorus in batch experiments. During the culture period of 14 days, removal efficiencies of nitrate and phosphorus were 30% and 82%, respectively. Furthermore, content of the intracellular lipid extracted from algae cell was as favorable as 12-30% in the mixed culture where Scenedesmus and Chlorella sp. were dominant. Therefore the mixed culture of microalgae could be applied to biofuel production and tertiary wastewater treatment, even though there are economic barriers to overcome.
The situation of the global food markets has been being rapidly restructured and entering on a new phase by new dynamic and driving forces. The factors such as economic growth and income increase, high energy price, globalization, urbanization, and global climate change are transforming patterns of food consumption, production, and markets. The prices and markets of world food and energy are getting increasingly linked each other. Food and fuel are the global dilemma issues associated with the risk of diverting farmland or of consuming cereals for biofuel production in detriment of the cereals supply to the global food markets. An estimated 100 million tons of grain per year are being redirected from food to fuel. Therefore, the objectives of this study are as follows: Firstly, the study examines situations of the world food and energy resources, analyzes the trends of prices of the crude oil and biofuel, and formulates the food-energy links mechanism. Secondly, the study builds a simulation model, based on system dynamics approach, for not only analyzing the global cereals market and energy market but also forecasting the global production, consumption, and stock of those markets by 2030 in the future. The model of this study consists of four sectors, i.e., world population dynamics sector, global food market dynamics sector, global energy market dynamics sector, scenario sector of world economic growth and oil price.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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