석유가격 상승 및 온난화로 인해 화석연료 대체를 위한 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중에서도 바이오매스 자원으로부터 에탄올 생산이 부각되고 있으나 이는 식량자원을 사용하기 때문에 식량문제를 야기하는 문제가 있다. 따라서 리그닌을 기질로 사용하는 기술개발에 연구가 진행되고 있으며 셀룰로오스 당화공정 역시 필요하다. 전처리공정은 물리화학적인 처리방법과 N-methylmorpholinc-N-oxide, 글리세롤, 전자빔, 마이크로파 등 다양한 방법이 사용되고 있으며, 묽은 황산을 사용한 전처리 방법이 가장 유망한 것으로 평가되고 있다.
<h1>서 론</h1> <p>석유자원의 고갈로 인한 미래 원유가격의 상승과 지구 온난화로 인한 이산화탄소 배출량감소 요구 둥으로 화석연료를 대체할 수 있는 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 바이오매스 자원으로부터 에탄올 생산이 그 중 한 분야인데 현재 상업적으로 생산되는 대부분의 에탄올은 사탕수수 추출액과 옥수수 전분을 기질로 사용하고 있다. 이들 기질은 기존방법으로도 기술적인 어려음 없이 에탄올로 전환되지만 식량자원으로도 사용되기 때문에 전세계 식량문제를 야기하고 있다. 그래서 차세대 기질로 리그닌이 포핞된 섬유질 기질로부-터 에탄올을 생산하는 기술개발에 많은 연구가 진행되고 있다. 이 공정이 상업화되기 위해서는 값싼 기질을 찾아야 하고 그 다음에는 경제적인 전처리공정과 셀룰로오스 당화공정을 개발해야 한다. 전처리공정은 그 다음 공정인 셀룰로오스 당화공정과 직접 관련이 있고 에너지 집약적인 공정이기 때문에 전체 에탄올 생산공정의 경제성을 좌우하는 공정이어서 경제성있는 전처리공정 개발에 대한 연구가 시급하다.</p> <p>섬유질 기질은 헤미셀룰로오스, 셀룰로으스, 그리고 리그닌으로 구성되어 있으며 이들 성분이 따로 존재하지 않고 복잡하게 결합된 구조를 가지고 있어 한 성분을 다른 성분으로부터 분리하는 것이 쉽지 않다. 경제적인 관점에서는 이들 세 성분을 모두 이용하는 것이 필수적이기 때문에 기질의 전처리공정이 필요하다. 전처리공정의 목적은 견고한 구조에 갇혀있는 셀룰로오스가 효소에 의해 쉅게 가수분해 되도록 해주는 것이다. 이 복적을 위해서는 셀룰로오스를 감싸고 있는 혜미셀룰로오스와 리그넌을 동시에 제거해 주는 방법이 가장 좋은데 기술적으로는 쉽지 않다[3]. 일반적인 전처리공정은 먼저 기질을 분쇄한 다음 고온에서 물리화학적인 처리방법에 의해 진행되므로 효소 가수분해 공정과 함께 비용이 가장 많이 소요되는 공정 중의 하나이다. 전처리공정에 사용되는 방법은 일반적으로 묽은 산, 염기용액, 증기폭쇄 등이 사용되었으나 최근에는 N-methylmorpholinc-N-oxide, 글리세롤, 전자빔, 마이크로파[등 다양한 방법이 사용되고 있다. 전처리공정은 전처리전 공정인 기질분쇄와 전처리후 공정인 효소 분해와 발효공정의 비용에 많은 영향을 미치므로 어떤 방법의 전처리공정을 선택해야 하는지 기술적, 경제적으로 검토가 필요하다. 이 같은 검토가 최근에도 많이 이루어지고 있으나 기술적인 면과 경제적인 면을 고려하면 단기적으로는 묽은 황산을 사용한 전처리 방법이 가장 유망한 것으로 평가되고 있다.</p> <p>볏짚은 우리나라에서만 일년에 약 500만톤 생산되는 가장 풍부한 농산 부산물이고 볏짚외 밀짚 등이 전세계적으로 많은 양이 생산되고 있다. 그래서 최근에 볏짚을 묽은 황산으로 전처리하는 방법이외 볏짚을 전자빔과 마이크로파, 밀짚을 글리세롤, 콩짚을 암모니아 수용액으로 다양한 전처리방법에 대한 연구가 발표되었다. 그러나 이들 연구에서 발표한 전처리 효과나 비용을 고려하면 아직 효율적이고 경제적이라고 할 수 없다. 그래서 본 연구에서는 가장 경제적인 전처리공정으로 평가되는 묽은 황산을 사용하여 볏짚으로부터 반응조건에 따른 헤미셀룰로오스 회수율 변화를 조사하였다. 그리고 볏짚을 구성하는 셀룰로오스와 헤미셀룰로으스의 구성성분들이 어떻게 가수분해되고 생긴 당이 어떻게 분해되는지 조사하였다.</p>