최근 화석연료를 대체할 재생 가능한 바이오에너지 생산의 필요성이 대두되고 있고, 다양한 셀룰로오스계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하려는 시도가 증가하고 있다. 셀룰로오스계 바이오매스는 발효미생물을 이용한 바이오에탄올 발효공정을 위하여 미생물이 대사할 수 있도록 전처리 공정이 필요하고 발효력을 유지하기 위해 냉각과정이 필요하다.
<h1>서 론</h1> <p>최근 화석연료의 고갈과 원유의 가격상승 등으로 인하여 이를 대체할 재생 가능한 바이오에너지 생산의 필요성이 전세계적으로 대두되고 있으며, 이미 국내에서도 친환경 바이오에너지 생산기술을 다양하게 연구하고 있는 추세이다. 대표적인 바이오에너지로서 사탕수수나 옥수수 등의 당질계와 전분질계의 바이오매스로부터 생산하는 바이오에탄올을 들 수 있다. 바이오에탄올은 생산성과 생산수율이 높아 경제적인 생산이 가능하며, 인화성이 우수하다고 알려져 있어 석유의 대체 연료로도 인정받고 있다. 그러나 바이오에탄올 생산으로 인한 식량자원의 가격 상승과 개발도상국들의 식량문제로 인하여 생산이 제한되고 있는 실정이다. 이러한 문제들로 인하여 현재 볏짚이나 목재등의 목질계 원료등의 다양한 셀룰로오스계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하려는 시도가 증가하고 있다. 셀룰로오스계 바이오매스는 탄수화물이 기반인 자원으로서 비교적 단시간에 재생산이 가능하며, 육탄당인 포도당, 갈락토즈, 오탄당인 자일로즈등으로 구성되어 있다.</p> <p>일반적으로 셀룰로오스계 바이오매스의 경우 효모를 비롯한 발효미생물을 이용한 바이오에탄올 발효공정을 위하여 미생물이 대사할 수 있도록 전처리 공정이 필요하다. 전처리공정으로는 주로 산이나 알카리 처리법, 효소 가수분해법이 사용되며, 동시당화발효와 같은 공정도 사용된다. 전처리 공정의 경우, \( 160 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 이상의 고온에서 산이나 알카리를 첨가하여 바이오매스를 구성하는 다당류를 가수분해 하는 과정을 거친다. 이때, 고온으로 처리한 반응물을 미생물을 이용한 발효를 진행하기 위해서는 냉각과정을 거쳐야 하는데, 냉각수 사용 등 대량생산 공정에는 경제적으로 불리할 수 있다. 동시당화발효 공정의 경우 효소를 첨가하여 당화를 진행시키는 것으로서 주로 \( 45-50 ^ {\circ } \mathrm { C } \)에서 진행된다. 그러나, 이 온도에서는 미생물을 사용한 발효가 어렵고, 미생물 생육 온도인 \( 30-35 ^ {\circ } \mathrm { C } \)에서는 효소를 사용한 당화효율이 낮아 고가의 당화 효소의 사용량이 증가하게 된다.</p> <p>효모는 발효 및 양조에 있어서 오래 전부터 사용해온 미생물로 알려져 있으며, 바이오에탄올을 생산하는 공정에도 사용되고 있다. 에탄올 발효에 사용되는 효모로는 주로 Saccharomyces 속이 사용되며, 일반적인 효모 균주는 배양온도 \( 30 ^ {\circ } \mathrm { C } \)에서 가장 활발하게 성장한다. 효모를 사용하는 에탄올 발효는 대부분 \( 30-33 ^ {\circ } \mathrm { C } \)에서 진행되며 \( 35 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 이상에서는 발효력이 급속도로 감소되므로 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 냉각과정이 필요하다. 따라서, 높은 온도와 낮은 \( \mathrm { pH } \)에서도 성장이 우수하며 발효능이 우수한 균주는 전처리 및 발효과정에 사용되는 냉각 비용의 절감과 다른 균주로부터의 오염 방지 등의 이점을 가지게 되며, \( \mathrm { pH } \)가 낮은 전처리물에서도 지속적인 에탄올 생산을 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.</p>