• 대한환경공학회지
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• 제35권10호
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• pp.710-716
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• 2013

대기 오염, 기후 변화 등 환경 문제와 자원 고갈로 인해 화석 연료를 대체할 에너지에 많은 관심이 집중되고 있다. 폐바이오매스의 에너지화 분야에서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 폐목질계 바이오매스의 급속열분해는 바이오매스 에너지화 기술 중 하나로 액상 연료를 생산할 수 있다. 바이오매스의 급속열분해에는 주로 기포유동층 반응기가 쓰이고 있으며, 기포유동층 급속열분해 반응기에서는 반응물에 열을 효과적으로 전달하기 위하여 고체입자의 유동매체를 이용한다. 이러한 기포유동층 반응기에서 유동층 내 고체 입자의 움직임과 혼합은 기포의 거동에 영향을 받는다. 이로 인해 열전달 현상이 달라지고 결과적으로는 폐목질계 바이오매스의 급속열분해 반응 속도가 변한다. 따라서 본 연구에서는 기포유동층 반응기 내부의 수력학적 특성과 폐목질계 바이오매스 급속열분해 반응에 관한 연구를 수행하였다. 반응기내의 기체-고체 유동에 대해 Eulerian-Granular 방법을 사용하여 반응기를 시뮬레이션 하였으며, two-stage semi-global reaction model로 폐바이오매스의 급속 열분해반응을 모사하였다. 결과를 살펴보면, 유동층 내에서 기포들이 생성되고 상승하면서 크기가 증가한다. 이러한 기포의 거동에 의해 기포 주위의 고체 입자는 여러 방향으로 움직이게 된다. 고체 입자상의 활발한 움직임으로 바이오매스 입자가 유동층에 골고루 퍼져 일차 반응이 유동층 전반에서 일어난다. 그리고 일차 반응 중 타르가 생성되는 반응 속도가 가장 높게 나타난다. 그 결과 기체상 생성물 중 타르가 약 66 wt.%로 가장 많이 발생한다. 반면 이차 반응은 유동층에서보다 freeboard에서 더 많이 일어난다. 따라서 기포의 거동이나 입자의 움직임에 의한 영향은 일차 반응보다 상대적으로 적을 것으로 판단된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.702-711
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• 2016

The authors reviewed information about biorefining of biomass by using academic information databases. Feedstocks were classified into triglycerides biomass, sugar biomass, starchy biomass, lignocellulosic biomass, and organic waste biomass. Biorefinery is an integrated system converting biomass into biofuels and biochemicals by various physical, chemical, biological, and thermochemical technologies. This paper presented a comprehensive summaries of opportunities, recent trends and challenges of biorefinery. A brief overview of promising building blocks, their sources from biomass, and their derivatives were also provided. In conclusion, this paper demonstrated the feasibility of biorefinery producing biofuels and biochemicals from biomass.

• 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.

• 유기물자원화
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• 제16권1호
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• pp.79-88
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• 2008

지구온난화에 따른 대체연료의 하나로 바이오에탄올의 생산이 증대되면서 곡물가격 상승과 같은 문제를 야기하고 있다. 차세대 바이오에탄올의 원료로서 목질계 바이오매스는 큰 잠재성에도 불구하고 높은 생산단가로 인하여 상업화 되지는 않고 있다. 생산단가의 절감을 위해 필요한 핵심기술은 가수분해율을 높이고 단당의 회수율을 높이는 것으로 전체 바이오에탄올 생산공정에서 열화학적 전처리이다. 본 연구에서는 목질계 바이오에탄올 제조공정에서의 열화학적 전처리에 대하여 소개하고 극복해야 할 문제들에 대하여 제시하고자 한다. 산, 알칼리, 열수, 용매, 암모니아, 산소 등을 첨가하는 전처리는 리그닌과 헤미셀룰로오스를 제거하고 셀룰로오스의 결정성을 감소시킨다. 이러한 전처리 방식들은 침엽수, 활엽수, 곡식의 줄기 등 목질계 원료에 따라 최적의 처리 조건들이 확립되어져야 한다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제38권5호
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• pp.429-438
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• 2010

In this study, effect of carbon source on the hydrolytic ability of the enzyme from Fomitopsis pinicola, a brown rot fungi, for lignocellulosic biomass were examined on two lignocellulosic biomasses (rice straw and wood) without any pretreatment. Cellulase activities of crude enzyme from F. pinicola, which was cultured on softwood mixture as a carbon source, were 19.10 U/$m{\ell}$ for endo-${\beta}$-1,4-gulcanase (EG), 36.1 U/$m{\ell}$ for ${\beta}$-glucosidase (BGL), 7.27 U/$m{\ell}$ for cellobiohydrolase (CBH), and 7.12 U/$m{\ell}$ for ${\beta}$-1,4 xylosidase (BXL). Softwood mixture as a carbon source in F. pinicola comparatively enhanced cellulase activities than rice straw. The optimal pH and temperature of the cellulase was identified to pH 5 and $50^{\circ}C$for the hydrolysis of rice straw. Under these condition rice straw was hydrolyzed to glucose by the cellulase up to $32.0{\pm}3.1%$ based on the glucan amount of the rice straw for 72 h, while the hydrolytic capability of commercial enzyme (Celluclast 1.5${\ell}$) from rice straw to glucose was estimated to $53.7{\pm}4.7%$ at the same experimental condition. In case of addition of Tween 20 (0.1% w/w, substrate) to the cellulase the hydrolysis of rice straw to glucose was enhanced to $38.1{\pm}2.0%$.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제43권1호
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• pp.76-85
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• 2015

본 연구에서는 2단계 산 처리 방법을 이용하여 목질계 바이오매스로부터 푸르푸랄(furfural) 생산 조건을 탐색하고 생성된 푸르푸랄은 XAD-4 resin을 이용하여 회수하였다. 1차 산 처리 촉매로는 옥살산(oxalic acid)과 황산(sulfuric acid)을 사용하였다. 1차 산 처리로부터 얻어진 액상가수분해산물에 포함된 자일로스 농도는 옥살산과 황산 촉매에서 각각 $18.86g/{\ell}$, $19.35g/{\ell}$로 유사한 값을 나타냈다. 반면 올리고머 함량은 황산 촉매에서 높은 값을 나타냈다. 옥살산 전처리와 2차 황산 처리(황산 $0.1m{\ell}$, 90분)의 연속과정에서 최대 55.10%의 푸르푸랄 생산 수율을 나타냈다. 2차 산처리 과정에서 반응시간이 증가할수록 푸르푸랄 생산 수율은 증가하였다. 생성된 푸르푸랄은 XAD-4 resin을 이용하여 대부분 회수하였다.

• 유기물자원화
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• 제31권1호
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• pp.27-34
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• 2023

본 연구에서는 버섯 폐배지의 혐기성소화 효율 향상을 위해 수열전처리를 실시하고, 리그노셀룰로오스계 물질의 고온 가수분해 과정에서 생성될 수 있는 중간산물이 기질의 생분해도와 바이오가스 전환 효율에 미치는 영향을 함께 판단하였다. 수열전처리 온도의 범위를 150, 180, 210℃로 설정하였으며, 모든 수열전처리 온도에서 기질의 가용화율이 향상되는 결과를 확인할 수 있었다. 추가적으로, 150℃로 버섯 폐배지를 전처리한 경우에는 혐기성소화 효율에 영향을 미칠 수 있는 C/N 비가 개선되는 효과를 함께 확인하였다. 다만 전처리 온도가 180, 210℃인 경우에는 오히려 150℃로 전처리를 수행한 경우에 비해 메탄 생성량이 저하되는 경향을 보였는데, 이는 리그노셀룰로오스 물질의 중간분해 산물인 퓨란유도체의 형성으로 인해 메탄생성균이 영향을 받은 것으로 판단된다. 결국, 수열전처리를 통해 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 가용화율 향상을 통한 메탄 생성 향상을 기대할 수 있으나, 혐기성소화 효율을 저해할 수 있는 중간산물이 생성되지 않는 적정 전처리 온도의 확인과 적용이 중요할 것으로 판단된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제30권11호
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• pp.1670-1679
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• 2020

The substantial use of fungal enzymes to degrade lignocellulosic plant biomass has widely been attributed to the extensive requirement of powerful enzyme-producing fungal strains. In this study, a two-step screening procedure for finding cellulolytic fungi, involving a miniaturized culture method with shake-flask fermentation, was proposed and demonstrated. We isolated 297 fungal strains from several cellulose-containing samples found in two different locations in Thailand. By using this screening strategy, we then selected 9 fungal strains based on their potential for cellulase production. Through sequence-based identification of these fungal isolates, 4 species in 4 genera were identified: Aspergillus terreus (3 strains: AG466, AG438 and AG499), Penicillium oxalicum (4 strains: AG452, AG496, AG498 and AG559), Talaromyces siamensis (1 strain: AG548) and Trichoderma afroharzianum (1 strain: AG500). After examining their lignocellulose degradation capacity, our data showed that P. oxalicum AG452 exhibited the highest glucose yield after saccharification of pretreated sugarcane trash, cassava pulp and coffee silverskin. In addition, Ta. siamensis AG548 produced the highest glucose yield after hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse. Our study demonstrated that the proposed two-step screening strategy can be further applied for discovering potential cellulolytic fungi isolated from various environmental samples. Meanwhile, the fungal strains isolated in this study will prove useful in the bioconversion of agricultural lignocellulosic residues into valuable biotechnological products.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제46권1호
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• pp.59-67
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• 2018

A xylanolytic and cellulolytic anaerobic bacterium strain CtC72 was isolated from cattle rumen liquor. Phylogenetic analysis of 16S rRNA gene sequences revealed that strain CtC72 shared only 97.78% homology with its nearest phylogenetic affiliate Actinomyces ruminicola, showing its novelty. The strain could grow on medium containing xylan, carboxymethyl cellulose and avicel producing $CO_2$, acetate, and ethanol as major fermentation products. The whole genome analysis of the strain CtC72 exhibited a broad range of carbohydrate-active enzymes required for the breakdown and utilization of lignocellulosic biomass. Genes related to the production of ethanol and stress tolerance were also detected. Further there were several unique genes in CtC72 for chitin degradation, pectin utilization, sugar utilization, and stress response in comparison with Actinomyces ruminicola. The results show that the strain CtC72, a putative novel bacterium can be used for lignocellulosic biomass based biotechnological applications.

• KSBB Journal
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• 제31권1호
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• pp.79-84
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• 2016

Biofuel has been considered as promising renewable energy to solve various problems that result from increasing usage of fossil fuels since the early 20th century. In terms of chemical and physical properties as fuel, biobutanol has more merits than bioethanol. It could replace gasoline for transportation and industrial demand is increasing significantly. Production of butanol can be achieved by chemical synthesis or by microbial fermentation. The water hyacinth, an aquatic macrophyte, originated from tropical South America but is currently distributed all over the world. Water hyacinth has excellent water purification capacity and it can be utilized as animal feed, organic fertilizer, and biomass feedstock. However, it can cause problems in the rivers and lakes due to its rapid growth and dense mats formation. In this study, the potential of water hyacinth was evaluated as a lignocellulosic biomass feedstock in biobutanol fermentation by using Clostridium beijerinckii. Water hyacinth was converted to water hyacinth hydrolysate medium through pretreatment and saccharification. It was found that productivity of water hyacinth hydrolysate medium on biobutanol production was comparable to general medium.