• 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.

• Plant Biotechnology Reports
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• 제5권1호
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• pp.1-7
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• 2011

Secondary walls have recently drawn research interest as a primary source of sugars for liquid biofuel production. Secondary walls are composed of a complex mixture of the structural polymers cellulose, hemicellulose, and lignin. A matrix of hemicellulose and lignin surrounds the cellulose component of the plant's cell wall in order to protect the cell from enzymatic attacks. Such resistance, along with the variability seen in the proportions of the major components of the mixture, presents process design and operating challenges to the bioconversion of lignocellulosic biomass to fuel. Expanding bioenergy production to the commercial scale will require a significant improvement in the growth of feedstock as well as in its quality. Plant biotechnology offers an efficient means to create "targeted" changes in the chemical and physical properties of the resulting biomass through pathway-specific manipulation of metabolisms. The successful use of the genetic engineering approach largely depends on the development of two enabling tools: (1) the discovery of regulatory genes involved in key pathways that determine the quantity and quality of the biomass, and (2) utility promoters that can drive the expression of the introduced genes in a highly controlled manner spatially and/or temporally. In this review, we summarize the current understanding of the transcriptional regulatory network that controls secondary wall biosynthesis and discuss experimental approaches to developing-xylem-specific utility promoters.

• 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.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제45권5호
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• pp.588-598
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• 2017

현재 수송용 연료 첨가제로 유통되고 있는 바이오에탄올은 주로 옥수수와 사탕수수와 같은 식용(1세대) 바이오매스를 활용하여 생산된 것으로 농산물 가격상승 및 윤리적인 차원에서 다양한 문제점을 유발할 수 있다. 이를 해결하기 위해 비식용 자원인 목질계 바이오매스를 활용할 수 있는데, 그 예로 짚과 Bagasse (사탕수수 찌꺼기)와 같은 농업부산물과 목재가공 산업에서 발생하는 톱밥 등의 임업 부산물 등이 있다. 따라서 목질계 바이오에탄올 생산은 2세대 바이오매스의 효과적인 활용 경로가 될 수 있으며, 그 원료는 1세대 자원보다 풍부하며 저렴한 원료의 확보가 가능하다. 이러한 바이오연료를 사용함으로써 얻게 되는 가장 큰 장점으로는 화석연료와 달리 환경에 미치는 영향을 최소화하여 온실가스 감축에 기여하는 것을 들 수 있다. 본 연구에서는 목질계 바이오에탄올 활용을 통해 이루어질 수 있는 온실가스 감축효과와 ASEAN 국가(인도네시아, 말레이시아, 태국, 필리핀)에서 현재 시행되고 있는 재생에너지에 대한 정부 정책을 연구하였다. 이러한 네 국가에서는 바이오연료에 관한 많은 정책과 인센티브 등이 발전되어 왔으며, 이산화탄소 배출 감축 목표와 바이오연료 의무 혼합률을 점차 증가시킬 것으로 조사되었다.

• 한국미생물생명공학회:학술대회논문집
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• 한국미생물생명공학회 1979년도 춘계학술대회
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• pp.113.1-113
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• 1979

Each year, vast amount of agricultural crop residues are produced (about 60 percent of the total crop production), which have not been effectively utilized because they are bulky and lignocellulosic, thus having little fuel energy per unit volume. Using treated plant residues as animal feeds could result in an ultimate saving of fossil fuel energy and a more effective utilizat ion of products created by the photosynthetic process. Feeding the residues to animals would decrease the pollution potential, but these residues are difficult for even a ruminant animal to digest. If cellulosic wastes produced from cereal grain straw and wood could be digested, land now used for producing forage add grain cnuld be shifted to food crops for humans. During the past decade, considerable efforts were made to utilize crop residues. These utilization methods can be broadly grouped into for categories: (1) direct uses, (2) mechanical conversions, (3) chemical conversions and (4) biological conversions. Agricultural crop residues consist mainly of cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, andother plant carbohydrates. The nature of the constituents of these residues can be best utilized as one of the five FS: Fuel, Fiber, Fertilizer, Feed and Food. Many processes have teen proposed and some are in industrial production stage. However, economics of the process depend on the location where availability of other competitive products are different.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제19권5호
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• pp.45-52
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• 2014

Torrefaction and hydrothermal carbonization (HTC) are productive methods to reclaim energy from lignocellulosic biomass. The hydrophobic, homogenized, energy dense and carbon rich solid fuel can be obtain from torrefaction and hydrothermal carbonization. Dead leaves were carbonized in a stainless steel reactor of volume 200 ml with torrefaction ($250-270^{\circ}C$) for 120 minutes and hydrothermal carbonization ($200-250^{\circ}C$) for 30 minutes, with mass yield solid fuel ranging from 57-70% and energy content from 16.81MJ/kg to 22.01 MJ/kg compare to the biomass. The char produced from torrefaction process possess high energy content than hydrothermal carbonization. The highest energy yield of 89.96% was obtained by torrefaction at $250^{\circ}C$. The energy densification ratio fluctuated in between 1.15 to 1.30. On the basis of pore size distribution of the chars, the definition of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) was used as a classification standard. The pore diameter was ranging within 11.09-19 nm which play important role in water holding capacity in soil. Larger pores can hold water and provide passage for small pores. Therefore, it can be concluded that high pore size char can be obtained my HTC process and high energy content char of 22.01 MJ/Kg with 34.04% increase in energy can be obtain by torrefaction process.

• 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.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제35권1호
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• pp.1-10
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• 2007

최근 미국 에너지 시장에서 수송용 바이오연료 생산과 바이오매스자원으로부터의 원료공급 가능성 등에 대하여 조사 연구되었다. 미국의 국가에너지정책의 1차 목표는 수입원유에 대한 의존을 줄이고 다양한 국내자원으로 에너지생산을 증가시키는 것으로 2030년에는 현재 수송용 에너지의 20%를 바이오연료로 대체할 목표이다. 정책적으로 청정공기법령(Clean Air Act), 연방청정연료(Federal Clean Fuel) 프로그램 및 American Jobs Creation Act를 통하여 바이오연료 사용을 증가시키는 노력을 하고 있다. 에너지 원료로서 산림바이오매스는 년간 3억 6800만 dry tons, 농업에서 얻어지는 원료는 현재의 BT기술을 이용한 작물품종 및 경작기술 개발, 농지사용 변화를 기반으로 했을 때 년 간 총 9억 9800만 dry tons이고 이중에서 목질계 바이오매스는 8억 1800만 dry tons이다 현재의 농업상황에서 생산되는 량의 5배에 해당하는 바이오매스 공급가능성이 예측되었다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제34권2호
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• pp.111-118
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• 2007

가속도가 붙은 지구온난화 문제와 수 십년 이내로 예상되는 화석연료의 고갈은 지속가능하면서도 환경친화적인 새로운 형태의 에너지 출현을 필요로 하고 있다. 이러한 추세에 맞추어 태양광, 조력, 지열, 풍력, 수소 에너지와 더불어 바이오에너지가 대체에너지로서 주목받고 있다. 바이오에너지는 태양에너지를 유기물로 변환하는 식물을 재료로 하여 바이오 에탄올이나 바이오디젤 등을 생산하여 사용하는 것으로 대체 에너지가 갖춰야 할 조건을 두루 갖춘 최적의 신재생에너지로 고려되고 있다. 하지만 바이오에너지가 진정한 의미에서의 환경친화적이면서 지속가능성을 갖추기 위해서는 아직 기술적으로 해결해야할 문제점들이 많다. 최근 미국에서 바이오에탄올 생산을 위한 옥수수 소비량이 늘어 곡물 및 사료 가격의 급등 현상으로 이어지고 있다. 또한 이러한 현상은 개발도상국 식량자원의 선진국 유입 등으로 빈곤의 심화 등이 새로운 문제점으로 지적되고 있다. 따라서 곡물이 아닌 비식용 부위를 이용한 에탄올 생산이 대안으로 여겨지고 있는 바 셀룰로스 에탄올은 이러한 문제점을 극복할 수 있는 대체에너지로서 자리매김하고 있다. 셀룰로스 바이오에탄올은 사람 등의 동물이 소화하지 못하는 바이오매스의 대부분을 차지하는 식물 세포벽을 곰팡이 등에서 분리한 효소로 분해한 후 여기서 생성되는 당을 발효과정을 통해 생산되는 에탄올로서 전술한 바와 같은 문제점을 해결할 수 있는 유망한 대안 에너지로 고려되고 있다.

• 공업화학
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• 제27권1호
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• pp.10-15
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• 2016

에너지 수요의 증가와 화석연료 고갈에 대비해 재생가능한 자원에 대한 관심이 높다. 목질계 바이오매스는 지속 및 재생 가능하며, 원유로부터 생산되는 화학물질을 대체할 수 있고, 바이오 기반의 화학물질과 바이오연료를 생산하는 원료물질로 인식되고 있다. 푸르푸랄은 푸란을 기반으로 하는 메틸퓨란, 터트라하이드로퓨판, 메틸테트라하이드로퓨란, 에틸테트라하이드로퓨릴 이써, 에틸 레부리네이트, 레불루닉산과 알칸 등 화학물질 및 용매 생산을 위한 천연 전구체이며, 바이오 화학물질과 바이오연료를 위한 재생 가능한 화학 플랫폼으로 잠재력을 가지고 있다. 본 논문에서는 바이오리파이너리 개념, 푸르푸랄의 생산과 응용분야에 대해 고찰을 하였다.