• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제39권6호
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• pp.459-468
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• 2011

SCB액비 처리가 백합나무의 생장에 미치는 영향을 조사하고 수확된 백합나무를 원료로 한 바이오에탄올 생산량 비교를 위하여, 처리량별로 처리구를 설정하고 상대 생장량, 바이오매스 생장량, 엽특성 및 구성당과 에탄올 생산량을 각각 분석하였다. SCB액비 처리를 통해 백합나무의 바이오매스 생장량(64.67 %) 및 Glucose 함량(6.07 %)이 증가하였고 이는 SCB액비에 함유된 양료 성분과 수분 함량이 엽록소 생산에 영향을 끼쳤기 때문으로 사료된다. 바이오에탄올 생산에 앞서 SCB액비 처리되어 생장한 백합나무를 유기용매 전처리 및 약산 전처리를 하였으며 반응 온도($150^{\circ}C$), 승온 시간(40분), 반응 시간(10분)은 모두 동일하게 진행하였다. 전처리 효율은 중 처리구를 유기용매 전처리(w/1% 황산) 하였을 때 잔여율이 44.81%로 가장 높았으며, 치환성 양이온이 전처리 효과를 증진시킨 것으로 보인다. 전처리 된 시료를 동시당화발효하여 바이오에탄올을 생산하였으며 초기 투입량 대비 가장 높은 에탄올 생산 수율은 대 처리구에서 얻을 수 있었으나(16.11%), 바이오매스 생산량을 고려하면 중 처리구의 에탄올 생산량이 가장 많았으며, 대조구 대비 72.93% 증가하였다.

• 에너지공학
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• 제24권3호
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• pp.1-5
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• 2015

본 연구는 바이오에탄올을 생산하고자 목질계 바이오매스의 효소당화에서의 반탄화의 영향을 비교분석하였다. 전처리로서, 목질계 바이오매스의 반탄화는 무산소 조건에서 $250{\sim}350^{\circ}C$의 온도로 시행되었다. 또한 비이온성 계면활성제인 Tween-80을 첨가하여 반탄화로 인한 소수성변환에 대처하여 당화효율을 높이기 위한 실험을 진행하였다. 그 결과, 반탄화 전처리한 바이오매스를 효소당화한 후 글루코즈 생산량이 전처리하지 않은 바이오매스의 글루코즈 생산량보다 높았다. 그리고 Tween-80의 첨가하여 효소당화하였을 때 당 전환율이 더 높았다. 이로 인해 반탄화를 목질계 바이오매스의 전처리로 적용할 수 있으며 Tween-80을 첨가하였을 때 효소당화에 영향이 있다는 것을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.265-272
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• 2023

목질계 바이오매스는 조성분간의 결합이 치밀하고 높은 함량의 리그닌을 포함하여 전처리 공정이 필수적이다. 전처리 용매 중 테트라하이드로퓨란(THF)은 유기용매로 재사용이 가능하다는 장점이 있다. THF는 가격이 저렴하고 다양한 반응 조건에서 선택적으로 리그닌을 제거하고 물 혹은 이온성 액체와 공용매로 사용된다. 수산화 나트륨(Sodium hydroxide)은 바이오매스 내 ether결합을 파괴하여 리그닌을 우선적으로 용해시키며 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스의 표면적을 확장시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 NaOH/THF 공용매 전처리 공정을 적용하여 효과적 리그닌을 제거를 위한 전처리 특성을 파악하고 후속 공정인 산촉매 전환 공정을 통해 최적의 레불린산 전환 수율을 얻었다. 전처리 공정은 NaOH/THF 공용매 비율을 16가지 부피 비율로 수행되었으며 반응조건은 180℃에서 60분으로 고정하였다. 최적의 공용매 조건은 NaOH(5 wt%)/THF 공용매 90:10(v/v%)이였으며 76.8% 글루칸을 수득과 함께 90.1%의 리그닌을 제거하였다. 전처리 후속 공정인 산촉매 전환 공정은 반응시간 30~90분, 반응온도 160~200 ℃로 수행하였을 때, 산촉매 전환 공정의 최적 조건은 180 ℃에서 반응시간 60분이었며, 이 때의 레불린산 전환수율은 84.7%이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.511-511
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• 2009

Lignocellulosic biomass is the most abundant organic material on earth and also promising raw material for bioenergy production. Agricultural residues in the process of bio-oil extraction, is an abundant and low-cost lignocellulosic material. The technology for conversion of lignocellulosic biomass resources to fuels and chemicals, such as ethanol, has been under development for decades. One of the well-studied technologies that are currently being commercialized is to use a dilute acid-catalyzed pretreatment followed by enzymatic hydrolysis and fermentation to produce ethanol. In this work, the dilute-acid hydrolysis of agricultural residues was optimized through the utilization of statistical experimental design. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. The purpose of this study was to gain a more accurate understanding of the quantities of acid required for effective hydrolysis and the reactivity trade-offs with reaction time and temperature that will enable overall process optimization.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.303-307
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• 2013

이 연구는 목질계 바이오매스에 대한 알칼리 용액의 침지와 침출 전처리의 효능을 비교한다. 볏짚과 보리짚과 같은 다양한 바이오매스는 수산화나트륨 용액, 수산화칼륨 용액, 암모니아수 그리고 탄산나트륨 용액에 의해 침지 공정으로 수행되었다. 암모니아수에 의해 전처리된 볏짚과 보리짚의 효소 소화율은 80% 이상으로 나타났다. 전처리된 유칼립투스 부산물, 낙엽송 그리고 리기다 소나무의 효소 소화율은 상대적으로 낮은 범위로 나왔다. 하지만 전처리된 유칼립투스 부산물은 초기 바이오매스에 비해 효소 소화율이 약 5배 증가되었다. 또한 침출 공정으로 전처리된 유칼립투스 부산물의 효소 소화율은 약 12배가 증가되는 것을 확인하였다.

• Journal of Forest and Environmental Science
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• 제26권2호
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• pp.137-148
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• 2010

The high costs for ethanol production with lignocellulosic biomass as a second generation energy materials currently deter commercialization of lignocellulosic biomass, especially wood biomass which is considered as the most recalcitrant material for enzymatic hydrolysis mainly due to the high lignified structure and the nature of the lignin component. Therefore, overcoming recalcitrance of lignocellulosic biomass for converting carbohydrates into sugar that can subsequently be converted into biobased fuels and biobased products is the primary technical and economic challenge for bioconversion process. This study was mainly reviewed on the research trend of the enhancement of enzymatic hydrolysis for lignocellulosic biomass after pretreatment in bioethanol production process.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.806-811
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• 2016

오르가노솔브를 이용한 전처리는 목질계 바이오매스의 주요성분을 분별하고 전처리 바이오매스의 효소당화를 효과적으로 유도할 수 있는 공정이다. 이에 사용되는 오르가노솔브는 증류와 재순환공정으로 쉽게 재사용이 가능하고 고형성분에서 리그닌을 화학적으로 분별시킬 수 있다는 장점이 있다. 경제적인 이유로서 낮은 분자량의 알코올(에탄올, 메탄올 등)이 사용되어 왔으며, 무기산(염산, 황산, 인산 등)이 촉매로 첨가되었을 경우 탈리그닌 효과 및 자일로스 성분의 수율을 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 오르가노솔브로는 에탄올을 사용하였고 소량의 황산 촉매를 첨가해 전처리를 수행하였다. 바이오매스는 침출식반응기에서 40~50 wt%의 에탄올을 이용해 20~60분 동안 $170{\sim}180^{\circ}C$에서 전처리가 되었다. 전처리를 마친 바이오매스에 대해서는 전처리 효과를 알아보기 위하여 72시간 동안 효소당화를 수행하였다. 그 결과 $180^{\circ}C$에서 50 wt% 에탄올을 이용한 리기다의 2단 전처리에서 당화율은 40.6%로 나타났지만 같은 조건에서의 1단 전처리에서는 55.4%로 가장 높게 나타나는 것을 보았을 때, 용매와 촉매를 균일하게 섞는 것이 전처리에 효과적이라는 것을 알 수 있었다.

• 공업화학
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• 제26권4호
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• pp.511-514
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• 2015

차세대 바이오에탄올로 주목받고 있는 목질계 바이오매스를 이용한 셀룰로오스 에탄올 생산과정은 셀룰로오스를 단당류로 분해하는 전처리과정이 가장 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 산가수분해와 효소당화과정을 이용하여 볏짚, 톱밥, 복사지, 신문지 등과 같은 목질계 바이오매스로부터 셀룰로오스에탄올을 제조하였다. 전처리과정으로 10~30 wt% 황산을 이용한 산가수분해($100^{\circ}C$, 1 h), celluclast ($55^{\circ}C$, pH = 5.0), AMG ($60^{\circ}C$, pH = 4.5), spirizyme ($60^{\circ}C$, pH = 4.2)을 이용한 효소당화과정(30 min), 산가수분해 후 효소당화과정을 비교하였다. 전처리과정의 수율은 hybrid 과정 > 산가수분해 > 효소당화 순으로 셀룰로오스 에탄올로의 전환이 잘 이루어지는 것으로 나타났으며, 최적 발효시간은 2일이었다. 또한 20 wt% 황산을 이용한 산가수분해 후 celluclast를 이용하여 효소당화를 수행할 경우 톱밥 > 볏짚 > 복사지 > 신문지 순으로 셀룰로오스 에탄올 전환특성이 높게 나타났다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제37권3호
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• pp.255-264
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• 2009

본 연구는 화학적 전처리 공정이 목질계 바이오매스의 효소 가수분해에 미치는 영향을 구명할 목적으로 이태리포플러 분말을 1% 황산과 수산화나트륨 수용액을 이용하여 각각 $150^{\circ}C$와 $160^{\circ}C$에서 한 시간 동안 전처리를 실시하였다. 전처리된 시료는 건조과정을 거친 시료와 건조과정을 거치치 않은 시료로 각각 구분하여 화학적, 물리적 성상 및 효소 당화 효율에 미치는 영향을 비교, 분석하였다. 황산 전처리에 의한 바이오매스의 분해율은 약 24.5%로 수산화나트륨 전처리에 의한 분해율(18.6%)보다 약 6% 이상 높게 측정되었다. 반면, 탈리그닌화는 수산화나트륨이 우수하여 황산을 이용한 전처리보다 약 2% 가량 높게 나타났다. 결정화도는 미처리 시료와 비교하였을 때 황산과 수산화나트륨으로 전처리한 시료 모두 다소 높은 값을 나타내었는데, 이는 전처리 과정에서 비결정성 셀룰로오스가 결정영역보다 선택적으로 분해됨으로서 나타난 결과로 예측되었다. 주사전자현미경에 의한 표면 미세구조 관찰 결과, 황산, 수산화나트륨 전처리 모두 구성 성분들을 분해함으로써 목질바이오매스의 표면을 미처리 시료보다 거칠게 만들고 부분적인 균열을 발생시키는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 황산 전처리-건조 시료에서는 이러한 표면 거칠음이 대조구와 유사하게 다시 변화하였음을 관찰하였다. 시료 표면의 기공분포는 두가지 전처리 과정 모두를 통해 크게 증가하였음을 확인하였다. 그러나 수산화나트륨에 의해 전처리된 시료는 건조과정을 거친 경우에도 기공분포가 점차적으로 증가하는 경향을 보였지만, 황산으로 전처리한 시료는 건조과정을 거치면서 전처리에 의해 증가한 기공 분포가 다시 급격히 감소하여 미처리 시료와 유사한 기공분포를 나타내었다. 황산 전처리 후 건조과정을 거친 시료와 미건조 시료는 효소가수분해에 의한 소화율이 각각 7.0%와 26.9%로 측정된 반면, 수산화나트륨 전처리 후 건조된 시료와 미건조시료는 각각 39.7%와 45.8%로 나타나 알칼리에 의한 전처리가 산 전처리보다 소화율 향상을 위해 더 우수하였으며, 이러한 높은 소화율은 당화 효율에도 커다란 영향을 미치는 것으로 판명되었다. 아울러 전처리된 바이오매스의 건조는 소화율 및 당화 수율에 지대한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권8호
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• pp.845-850
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• 2009

Bioethanol derived from lignocellulosic biomass has the potential to replace gasoline. Cellulose is naturally recalcitrant to enzymatic attack, and it also surrounded by the matrix of xylan and lignin, which enhances the recalcitrance. Therefore, lignocellulosic materials must be pretreated to make the cellulose easily degraded into sugars and further fermented to ethanol. In this work, hydrothermal pretreatment on corn stover at $195^{\circ}C$ for 15 min with and without lower concentration of formic acid was compared in terms of sugar recoveries and ethanol fermentation. For pretreatment with formic acid, the overall glucan recovery was 89% and pretreatment without formic acid yielded the recovery of 94%. Compared with glucan, xylan was more sensitive to the pretreatment condition. The lowest xylan recovery of 55% was obtained after pretreatment with formic acid and the highest of 75% found following pretreatment without formic acid. Toxicity tests of liquor parts showed that there were no inhibitions found for both pretreatment conditions. After simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of the pretreated corn stover with Baker's yeast, the highest ethanol yield of 76.5% of the theoretical was observed from corn stover pretreated at $195^{\circ}C$ for 15 min with formic acid.