• 청정기술
• /
• 제24권4호
• /
• pp.357-364
• /
• 2018

미세조류 및 거대조류 등 3세대 바이오매스로부터 바이오가스를 생산하는 연구는 다양한 규모의 실험을 통해 수행된 바 있다. 이 논문에서는 3세대 바이오매스 중 거대조류, 즉 해조류 바이오매스로부터 유래된 바이오가스를 이용하는 복합 열병합 발전의 상용화 가능성을 살펴보았다. 이를 위해 고체산화물 연료전지와 가스터빈, 그리고 유기랭킨사이클로 이루어진 산업 스케일의 통합 열병합발전을 상용 공정모사기를 이용하여 설계, 모사하였고, 계산된 열 및 물질수지를 통해 장치의 가격을 추정하고 경제성을 분석하였다. 모사 결과 설계된 열병합발전 공정은 시간당 62.5톤의 건조 갈조류 원료로부터 생산된 36톤의 바이오가스를 이용하여 68.4 MW의 전력을 생산한다. 이 결과를 토대로 다양한 시나리오에 대해 경제적으로 평가하고 균둥화 발전비용(levelized electricity cost, LEC)을 계산하였는데, SOFC의 수명이 5년, 스택 가격이 $$225kW^{-1}$일 때 LEC는 12.26 ¢ $kWh^{-1}$로 기존의 고정 발전과 동등한 수준으로 나타났다.

• 청정기술
• /
• 제23권4호
• /
• pp.435-440
• /
• 2017

바이오 연료 생산을 위한 3세대 바이오매스, 즉 미세조류 및 거대조류의 급속 열분해는 최근 1 세대 및 2 세대 바이오매스와 비교하여 실험적으로 연구된 바 있다. 하지만 거대조류의 경우 스케일업을 위한 공정모사 및 공정설계 연구는 거의 전무한 실정이다. 이 연구에서는 갈조류 급속 열분해의 벤치 스케일 실험 데이터에 근거하여 갈조류로부터 최종적으로 디젤을 생산하는 산업 규모의 공정을 상용 공정모사기를 이용하여 설계하고 모사하였다. 이때 육상 바이오매스 대비 갈조류의 조성 차이를 수용하기 위해 공정 설계에 특별한 주의를 기울였다. 연간 380,000톤의 건조 갈조류 원료를 바이오 디젤로 전환하는 전체 공정을 경제적으로 평가하고 최소 (디젤) 판매 가격 또한 산정하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제51권4호
• /
• pp.438-442
• /
• 2013

현재 1,2세대 바이오매스에 비해 상대적으로 값싸며 대량생산이 가능한 3세대 바이오매스인 해조류를 이용하여 다양한 바이오화합물 생산에 관한 연구들이 주목받고 있다. 이러한 이유는 해조류는 다른 바이오매스에 비해 빨리 자라나고, 큰 장비 없이도 쉽게 수확할 수 있다는 장점뿐만 아니라 다양한 화합물로 전환할 수 있는 당이 풍부하고 공정을 통해 쉽게 전환할 수 있기 때문이다. 이러한 해조류부터 다양한 바이오화합물을 생산하는데 있어서 한 가지로 resins, plasticizers, textiles, animal feed, coatings, antifreeze의 상업화된 공정에 사용할 수 있는 레불린산(levulinic acid)이 있다. 본 연구에서는 해조류로부터 효과적으로 레불린산을 생산하는데 있어서 온도, 시간, 산의 농도의 실험조건과 2단 산 처리 공정(two step acid treatment)을 통해 생산을 최적화 하는 조건을 탐색해 보았다. 첫번째 단계로는 상대적으로 저온에서 침지 공정을 통해 고상으로는 다양한 용도로 사용될 수 있는 셀룰로오스를 회수하고, 액상으로는 갈락토오스를 회수하였다. 2번째 단계로는 고온에서 회분식 공정을 통해 갈락토오스를 레불린산으로 전환하였다. 실험 결과 2단 산 처리 공정을 통해 초기바이오매스 기준 20.6%의 레불린산 수율을 확보하였다.

• 청정기술
• /
• 제28권2호
• /
• pp.163-173
• /
• 2022

지구 온난화를 완화시키고 석유고갈 문제를 피할 수 있는 수단의 하나로서 바이오 연료에 대한 많은 연구 개발이 지금까지 30년 넘게 이루어졌다. 하지만 일부 1세대 및 2세대 바이오 연료의 제한적인 보급이 이루어졌을 뿐, 광범위한 바이오 연료의 보급은 아직도 요원하다. 비교적 최근에 연구가 시작된 해조류 바이오매스 유래 3세대 바이오는 경우 많은 장점을 가지고 있음에도 불구하고 상업 규모의 해조류 바이오 리파이너리의 보급은 아직도 멀기만 하다. 이 총설에서는 광범위한 문헌조사와 10년 넘게 해조류 바이오 리파이너리의 타당성 연구를 수행한 저자의 경험을 토대로 해조류와 해조류의 양식부터 최종 제품인 바이오 연료 생산까지 가치사슬 전반에 걸쳐 해조류 바이오 리파이너리가 가진 장점과 단점을 살펴보고자 한다. 이 관점에서 문헌조사는 (1) 전 세계 해조류 생산 및 연구 개발 현황, (2) 실험실 규모 실험에 기초한 해조류로부터 바이오 연료 생산을 위한 전환 기술, 그리고 (3) 대규모 해조류 바이오 리파이너리 타당성 연구를 포함할 것이다. 그리고 해조류 바이오 연료 상업화에 예상되는 주요 문제점을 확인하고 마지막으로 현재의 해조류 바이오 리파이너리 기술 현황과 유망한 미래 전망에 대한 저자의 견해가 정리될 것이다.

• 한국가스학회지
• /
• 제19권2호
• /
• pp.74-82
• /
• 2015

최근 화석연료의 사용증가에 따라 대량으로 배출되는 이산화탄소는 지구 온난화 현상을 일으키는 온실가스 중 하나로 지정되어 국제협약을 통하여 온실가스의 배출을 저감하도록 규제하고 있다. 본 연구에서는 이산화탄소를 저감하는 방법 중의 하나로, 3세대 바이오매스 생산시스템인 해조류를 활용한, 지속가능한 신 개념의 FPSO로서 해상환경 바이오매스 생산시스템의 최적구조를 설계하였다. 이를 위해 격자로 구조물을 설치한 후 해조류의 주변에 LED 조명을 비추어 성장을 최대화 시키는 시스템을 구상하였다. 그리고 기존 해조류의 성장자료를 통하여 해조류의 성장 모델을 만든 후 풍력발전기와 LED 조명을 포함하는 바이오매스 생산시스템을 모델링하여 최적화 도구인 GAMS 프로그램을 이용하여 본 시스템이 환경적 관점뿐만 아니라 경제성 측면에서도 타당성을 가질 수 있는 최적구조를 설계하였다. 또한 기존의 해상환경 바이오매스 생산시스템과 비교하여 최적구조를 제안하였다.

• 공업화학
• /
• 제30권3호
• /
• pp.280-289
• /
• 2019

5-Hydroxymethylfurfural (HMF) 및 그 유도체들인 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA)와 2,5-diformylfuran (DFF)는 넓은 응용 범위와 중요한 화학 물질 생산을 위한 좋은 대체 자원으로 인해 "잠자는 거인"으로 인식되고 있다. 본 미니-리뷰 논문은 과거부터 최근까지 이러한 바이오매스 유래 케미컬 플랫폼들에 대한 합성, 전환과 적용에 관해 간략히 소개한다. 많은 과학적 노력들이 자연 환경과 새로운 미래 세대를 보호하기 위해서 재생 가능한 재료들의 최대한 활용을 위한 자연친화적-적용가능한 방법들을 찾기 위한 노력이 지속적으로 행해지고 있다. 최선의 해결책 중 하나는 자연바이오매스로부터 플랫폼 케미컬을 개발하고 활용하는 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권5호
• /
• pp.223-229
• /
• 2020

최근 3세대 바이오매스라고 알려진 미세조류를 이용하여 생산되는 바이오디젤은 기존의 교통수단에 사용되는 화석연료를 대체할 수 있는 유일한 재생에너지로 알려져 있다. 미세조류 중에서도 Scenedesmus obliquus는 다른 미세조류 대비 성장이 빠르고 건조세포무게 대비 지질을 40-50 % 축적이 가능하여 바이오디젤 생산에 있어 야외 및 대규모 재배에 적합한 지질생산 우수 종으로 알려져 있다. 미세조류를 이용한 바이오디젤 생산을 위해서는 높은 바이오매스 생산량 확보가 선행되어야 하며 배양공정의 제어를 위해 효과적인 세포 질량 측정 및 분석이 필요하다. 본 연구는 S. obliquus를 75일 동안 배양하며 흡광도, 현미경 이미지, 라만 분광법 등으로 미세조류의 성장 변화를 측정하고, 측정된 값들에 대한 상관관계를 관찰하였다. 배양 60일과 배양 75일 기간에, 흡광도의 변화량이 3 % 미만인 반면, 현미경으로 관찰한 미세조류의 숫자는 3배 이상 증가하였다. 또한, 라만 분광법으로 측정된 결과에서는 β-카로틴에 해당하는 997 cm^-1, 1148 cm^-1, 1515 cm^-1의 강한 피크값이 측정되었으며, 배양 기간 동안 β-카로틴의 피크값은 초기보다 3배 이상 증가하는 것이 관찰되었다. 따라서 라만 분광법을 이용하면 미세조류 배양에서 세포 내 성장 물질과 성장 정도를 알아내어 높은 바이오매스를 생산할 수 있을 것이다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• 제7권4호
• /
• pp.248-255
• /
• 2020

본 연구에서는 국내 음식물쓰레기 (food waste, FW) 분야에 대한 재활용 현황을 분석하고 green house gases (GHG) 배출 관리방안에 대해 고찰하였다. 연구 결과, FW의 자원 활용성을 향상시키고 GHG 배출을 부가적으로 저감시키기 위해서는 적절한 선순환체계가 필요하다는 결론을 얻었다. 효과적인 퇴비화를 위해서 우선 GW의 활용이 고려되었다. 특히 3세대 바이오매스로써의 GW (phytoplankton, periphyton, macrophyte etc.)는 퇴비화 공정에서 FW의 단점을 보완하고 질적 능력을 향상시킬 수 있는 좋은 기능성 첨가제로 판단된다. 또 하나의 접근법은 최종산물 (예: 토양개량제)을 오염물질 완충이 가능한 bio-filter로 가공하여 그린인프라에 적용하는 방안이다. 이러한 생태공학적 접근과 시도는 안정화된 재활용 산물의 기존 활용 이외에도 FW 자원화에 대한 새로운 적용처를 제시할 수 있으므로 향후 효과적인 탄소 넷제로 (Net-Zero) 시스템 구축에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.175.2-175.2
• /
• 2011

바이오디젤의 국가별 의무 사용 정책 확대로 인해 원료유 가격이 상승하고 있으며 원료유가 부족한 상황으로 다양한 원료를 찾는 연구가 진행되고 있다. 육상 유지 작물보다 단위면적당 생산성이 매우 높은 미세조류는 제3세대 바이오매스로 주목받고 있으며 산업체 배출 이산화탄소를 이용해 작은 면적에서 배양할 수 있는 장점이 있다. 미세조류로부터 바이오디젤 생산은 먼저 오일 함량이 높은 미세조류 종의 선정과 배양 및 수확 후 효율적인 방법으로 바이오디젤 원료유를 추출하는 과정이 중요하다. 본 연구는 Microwave로 전처리된 미세조류로 부터 원료유를 추출하여, 인지질, 단백질, 엽록소 등의 반응저해 물질을 일부 감소시키고 추출수율을 높였지만, 산가가 80이상으로 높게 추출되고 추출된 오일이 높은 점성을 가지는 문제가 있다. 이로 인해 전이에스테르화 반응의 진행이 불가하였으며 이러한 문제를 해결하기 위해, 에스테르화 반응에 용매를 혼합하여 반응성을 개선하고자 하였다. 추가된 보조 용매는 오일과 쉽게 혼합되어 반응물의 점성을 낮추고, 반응 완료후, 물에 쉽게 용해되는 불순물, 미 반응물, 촉매 등의 분리 및 제거를 용이하게 하는 장점이 있다. 또한 오일과 비교하여 낮은 끓는점을 갖는 용매는 증류를 통해 쉽게 제거가 가능하다. 반응이 완료된 오일은 초기산가 80에서 10이하의 감소를 나타내 용매 혼합 에스테르화의 효율적인 부분을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제56권4호
• /
• pp.453-460
• /
• 2018

원유 가격의 상승과 지구온난화로 인하여 재생 가능한 바이오매스를 이용하여 산업적으로 중요한 화합물을 생산하는 연구가 주목받고 있다. 특히, 3세대 바이오매스인 해조류는 비식량 자원, 높은 생산 수율, 온실가스 저감 등 장점을 가지고 있기에 연구 되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 고체분석 방법을 이용하여 4종의 해조류 중에 미역이 가장 많은 당류를 함유하는 것을 확인하였다. 미역의 효과적인 전처리를 위해 반응표면분석법을 이용하였으며 이를 통해 고체의 부하 및 촉매의 농도 증가가 총 당의 추출률과 관계 있음을 확인하였다. 4종의 락토바실러스 균주에서 미역의 전처리물을 이용하여 젖산 생산 수행하였으며 L. alimentarius와 L. brevis가 해조류 이용한 젖산생산에 적합한 균주임을 확인하였다.