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Combined Aqueous Ammonia-Dilute Sulfuric Acid Pretreatment of Miscanthus for Bioethanol Production
박선태(Bark, Surn-Teh),구본철(Koo, Bon-Cheol),최용환(Choi, Yong-Hwan),문윤호(Moon, Youn-Ho),안승현(Ahn, Seung-Hyun),차영록(Cha, Young-Lok),김중곤(Kim, Jung Kon),안기홍(An, Gi Hong),서세정(Suh, Sae-Jung),박돈희(Park, Don-Hee) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05
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?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?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.
박선태(Bark, Surn-Teh),구본철(Koo, Bon-Cheol),최용환(Choi, Yong-Hwan),문윤호(Moon, Youn-Ho),차영록(Cha, Young-Lok),김중곤(Kim, Jung Kon),안기홍(An, Gi Hong),박광근(Park, Kwang-Geun),박돈희(Park, Don-Hee) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
쌀을 주식으로 하는 우리나라의 여건상 연간 추정치로 싸라기 약 12만톤, 미강 약 49만톤, 왕겨 약 79만톤의 벼 도정 부산물이 발생하고 있다. 본 연구에서는 벼 도정 부산물 중 비식량 자원인 왕겨를 대상으로 고효율 효소 당화를 위한 바이오매스 전처리 방법을 탐색하였다. 왕겨 원시료의 초기 조성은 셀룰로스 34.5%, 헤미셀룰로스 20.5%, 리그닌 25.3%, 회분 14.6%로 나타났는데, 억새 등 초본계 바이오매스와 비교하여 특이하게 높은 성분은 회분으로 이는 벼에 대한 규산질 비료의 시용에서 기인한 것이다. 바이오매스 전처리에 많이 사용되는 암모니아, 희황산 용매와 규산염에 침식성을 가지는 가성소다 용매를 이용하여 각 용매별 단독 및 알칼리-산 복합 처리 하였을 때 효소 가수분해 효율, 고상시료 성분변화 등을 상호 비교하였다. 예비실험을 통하여 암모니아 처리조건은 15%(w/w) 150?C 20분, 가성소다 처리조건은 1.5%(w/w) 150?C 20분, 희황산 처리조건은 1.0%(w/w) 150?C 10분으로 설정하였다. 암모니아 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합 처리 시료의 효소 가수분해 효율은 각각 37.8%, 39.1%, 42.8%로 약 40%선에서 큰 차이가 없었다. 반면 가성소다 단독, 가성소다-희황산 복합 처리시료의 효소 가수분해 효율은 각각 62.7%, 82.8%로 나타나 앞선 3가지 처리방법 대비 50%, 100%에 가까운 효소 가수분해 효율 향상을 보였다. 이 때 전처리 고상시료의 성분 변화를 살펴보면 회분 함량에서 큰 차이를 보였는데 암모니아 단독, 가성소다 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합, 가성소다-희황산 복합 처리에서 각각 47.8%, 77.1%, 43.5%, 55.8%, 94.7%의 회분 성분 기각률(rejection rate)을 나타냈다. 이는 왕겨 효소 가수분해 효율의 최대 저해요인이 회분임을 추정할 수 있다. 왕겨 전처리 알칼리 용매는 암모니아보다 가성소다가 더 효과적이었고 희황산 복합 처리시 그 효과가 크게 상승하였다. 따라서 규산염(회분) 함량이 높은 바이오매스는 고온 고압 조건에서 가성소다 용액으로 처리한 후 그 고상분을 희황산 용액으로 복합 처리하는 시스템이 효소 당화 증진에 매우 유리함을 확인하였다.
박선태 ( Sum Teh Bark ),구본철 ( Bon Cheol Koo ),문윤호 ( Youn Ho Moon ),차영록 ( Young Lok Cha ),윤영미 ( Young Mi Yoon ),김중곤 ( Jung Kon Kim ),안기흥 ( Gi Hong An ),박광근 ( Kwang Geun Park ),박돈희 ( Don Hee Park ) 한국공업화학회 2012 공업화학 Vol.23 No.4
비식량 농업부산물인 왕겨로부터 에탄올 생산을 위한 효율적인 바이오매스 전처리 방법을 탐색하였다. 고온·고압 조건의 회분식 반응기에서 알칼리 용매는 암모니아와 가성소다, 산 용매는 희황산을 사용하였다. 가성소다 용액 처리 후 희황산 용액으로 복합처리한 시료의 효소 당화효율이 82.8%로 가장 높게 나타났고 이때 약 94.7%의 회분 성분 제거율을 보였다. 전처리 왕겨 시료의 효소 당화효율과 회분 성분 제거율 추세가 거의 비슷하게 나타나 왕겨의 효소 당화 최대 저해요인이 회분(규산염) 성분임을 알 수 있었다. 따라서 규산염 함량이 높은 바이오매스는 고온·고압 조 건하에서 가성소다-희황산 복합 처리법을 적용하는 것이 효소 당화효율 증진에 매우 유리함을 확인하였다. The objective of this study was to investigate the efficient pretreatment method for bioethanol production from rice hull. Ammonia and sodium hydroxide as an alkaline solution and dilute sulfuric acid as an acidic solution were used in a batch reactor under high-temperature and high-pressure conditions. The highest enzymatic saccharification efficiency of 82.8% and ash removal rate of 94.7% were obtained in the dilute sulfuric acid treated sample after the sodium hydroxide solution treatment. The enzymatic saccharification efficiencies and ash removals of pretreated rice hull samples have very similar variation tendency. This means that the maximum obstructive factor for the enzymatic saccharification of rice hull is the ash (silicate) content in biomass. The findings suggest that the combined sodium hydroxide-dilute sulfuric acid treatment system under high-temperature and high-pressure conditions is a promising pretreatment method to enhance the enzymatic saccharification of the silica-rich biomass.
억새 바이오매스 전처리에서 압출 처리가 액상 암모니아 침지 처리에 미치는 영향
박선태(Bark, Surn-Teh),구본철(Koo, Bon-Cheol),최용환(Choi, Yong-Hwan),문윤호(Moon, Youn-Ho),안승현(Ahn, Seung-Hyun),차영록(Cha, Young-Lok),김중곤(Kim, Jung-Kon),안기홍(An, Gi-Hong),서세정(Suh, Sae-Jung),박돈희(Park, Don-Hee) 한국신재생에너지학회 2010 신재생에너지 Vol.6 No.4
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?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?C of barrel temperature and 175rpm of screw speed. And then aqueous ammonia soaking was performed with 15%(w/w) ammonia solution at 60?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.
쌀겨 이용 잡초관리시 대두박 혼합 및 중경제초기 병용 효과
안승현(Seung-Hyun Ahn),김선(Sun Kim),임일빈(Il-Bin Im),문윤호(Youn-Ho Moon),차영록(Young-Lok Cha),박선태(Surn-Teh Bark),구본철(Bon-Cheol Koo),서세정(Sae-Jung Suh) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.3
기존의 쌀겨농법 기술을 보완하여 잡초방제효과를 증진하기 위해 쌀겨의 분시방법 및 대두박과의 혼용, 중경제초와의 병행을 통한 잡초방제효과 및 쌀 수량의 변화를 조사하였다. 쌀겨 및 대두박 투입시기 조절에 따른 잡초방제효과 시험에서는 쌀겨관행구에서 잡초억제율이 가장 높아 대두박을 쌀겨와 같이 투입하는 것은 부적절하였다. 그러나 이앙 후 5일의 대두 박처리에서 피 발생이 적어 대두박내 초기 피 발생 억제물질 존재 여부에 대한 추후 연구가 필요한 것으로 생각된다. 관행에 비해 잡초발생이 많은 쌀겨 및 대두박 시용의 경우 중경제초 병행 효과가 있었고 이에 대한 정밀한 중경제초 시기 및 방법에 대한 시험 이 필요할 것이다. This study was conducted to improve weeding effect by rice bran farming technique. In the weeding effect experiment by application timing control of rice bran and soybean cake, weeding efficacy was the highest at the treatment of conventional application of rice bran. The treatment of soybean cake with rice bran was unfavorable, but Echinochloa crus-galli occurred little at the treatment of soybean cake at 5 days after transplanting, so it is thought that further study about inhibitor of early E. crus-galli occurrence in soybean cake is necessary. Cultivating weeder was effective at the treatments of rice bran and soybean cake together, of which weed occurrence was more than conventional rice bran, and precise experiments about cultivating weeding time and method will be necessary.