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바이오 에탄올 - 바이오 연료란? - 바이오 에탄올이란? - 바이오 에탄올의 장,단점과 전망 - 바이오 에탄올의 제조공정 바이오 에탄올의 현황, 이용 - 요약 및 결론

바이오 에탄올이란? 생물환경학과 20101330 김보영

바이오 연료란? - 바이오매스에서 얻은 연료로 살아있는 유기체뿐 아니라 동물의 배설물등 대사활동에서 나오는 부산물을 모두 포함한다. - 화석연료와는 다른 신재생 에너지로 바이오에탄올과 바이오디젤 등이 포함된다.

바이오 연료의 두 얼굴

바이오 연료의 종류

바이오 에탄올이란? 바이오 에탄올은 대표적으로 녹말(전분) 작물에서 포도당을 얻은 뒤 이를 발효시켜 만듬 - 대표적인 원료 사탕수수, 밀, 옥수수, 감자, 보리, 고구마등의 녹말 작물

- 에너지 자원으로 쓰이기 위해 곡물을 발효 시켜 얻는 에탄올 - 연소 시 석유와 달리 이산화황이나 금속산 화물 등의 다른 부산물이 나오지 않음. - 알코올 발효 생산과정과 같다.

바이오 에탄올의 특성 - 에탄올은 35%의 산소를 함유하고 있다. - 일산화탄소 배출을 줄일 수 있다. - 에탄올은 친수성으로 수분 혼입시 상분리로 부식성 및 고무 팽윤성의 문제가 있다.

바이오 에탄올의 특성 석유 대체 연료(농작물, 천연가스, 석탄) 생분해성 이산화탄소 배출 저감 원료 식물 재배 산업 활성화 낮은 효율 넓은 경작지 필요

바이오 에탄올의 필요성 이산화탄소 배출량이 높아짐에 따라 온실가스의 증가가 환경에 큰 영향을 미친다. 온실 가스 배출량이 감소된다. 재생 가능한 생물자원으로부터 생산 가능하다. 산유국 의존도를 낮출 수 있다.

바이오에탄올 원료 1세대 곡물류 원료 : 식물의 전분과 탄수화물을 이용하여 에탄올 생산 2세대 목질계 원료 : 식물의 대부분을 차지하며 식용이 아닌 목질부나 셀룰로오스를 원료로 에탄올을 생산 3세대 해조류 원료 : 육상 식물에 비해 빠른 성장 속도를 가진 해조류를 원료로 이용하는 방법

바이오 에탄올의 이용

바이오 에탄올의 전망 미국과 브라질에서 바이오 에탄올의 대부분을 생산하고 있다.

세계 바이오에탄올 시장 규모는 점차 늘어날 전망이다.

바이오 에탄올의 장•단점과 전망 생물환경학과 20111306 이재필

바이오 에탄올 산업의 발전 배경 고유가 지속 가능성 에너지 안보의 필요성 환경오염에 대한 국제적 규제 강화 농업 활성화 필요성

바이오 에탄올의 장점 농업 및 농촌경제 활성화 (경제) 연료 안보 확보 - 원료 식물 재배의 활성화가 - 농촌인구 일자리 증가 - 탄소배출권 •기후변화협약 관련 바이오매스 에너지 이용시 CDM사업을 통해 탄소배출권 획득 가능 • 교토의정서 발효 후 탄소배출권 가격 두배 상승 연료 안보 확보 - 에너지원 다변화 - 화석 연료 대체가능

바이오 에탄올의 장점 환경 오염 방지 지구온난화 저감화 - 이산화황, 질소산화물 등 배기가스 적음 - 생분해성 - 재생가능 자원 지구온난화 저감화 - 화석연료 사용시 발생되는 이산화탄소(CO2),메탄(CH4), 아산화 질소 (N2O) 등 온실가스(greenhouse gas) 배출량 감소 - 식물의 이산화탄소 흡수

바이오 에탄올의 단점 -어렵고 까다로운 생산 과정 -수송용 연료의 높은 순도 2. 원료의 형태 다양 -가공기술 다양화 1. 높은 생산 단가 -어렵고 까다로운 생산 과정 -수송용 연료의 높은 순도 2. 원료의 형태 다양 -가공기술 다양화 3. 원료의 산재와 계절적 변동성 -수집, 관리 문제 -안정적 공급 힘듬

문제점 극복을 위한 노력 일본 : 폐기물에 의한 에탄올 생산 - 임업폐기물 : 침엽수, 활엽수, 갈대, 대나무 등 - 농업폐기물 : 볏짚, 왕겨, 수수대 등 - 폐식용유의 이용 한국 : 해초류를 이용한 바이오 연료 생산 - 비료나 별도의 농업용수를 필요로 하지 않음 - 연간 5회의 수확 가능 ⇒연료 작물들에 비해 생산성 높고 친환경적

바이오 에탄올 추진 방향 현재 전분질계 바이오 에탄올의 생산 및 상용화 될 예정 정부의 목질계 바이오 에탄올 추진 방향 -연구개발 및 정책적 지원 -국가 프로젝트 시행 및 세제 혜택 등과 같은 정책 실시 -수집, 관리, 수송 체계 확립 기업 및 연구기관 -목질계 바이오 에탄올 생산 및 상용화를 위한 연구 및 지원 -전처리 공정 및 당화 효소 개발,공급 시설 구축 인프라 산업에 대한 투자 및 연구

SWOT 분석 S(강점) 농촌 활성화 재료의 무한성 W(약점) 인프라 부족 높은 생산 단가 O(기회) 환경 보존의 좋은 이미지 다른 값싼 연료의 등장

바이오 에탄올의 제조공정 생물환경학과 20111287 백승철

바이오 에탄올의 원료 1세대 원료 당질계 작물 에탄올 제조공정이 제일 간단 수율이 높고, 생산 원가 저렴

바이오 에탄올의 원료 전분질계 작물 당질계 작물에 비해 당화 공정이 추가되어 복잡해졌으나, 당질계에 비해 쉽게 공급이 가능하다는 장점이 있음.

바이오 에탄올의 원료 2세대 원료 목질섬유계 원료 -Lignin, Cellulose, Hemicellulose 등으로 구성 -전처리 및 당화기술 등 효율적인 에탄올의 변환에 기술적인 문제점이 남아있음 -원료 수급면에서 안정적인 대안으로써 개발 중

바이오 에탄올의 원료 3세대 원료 해조류 성장이 빠르고 다모작이 가능함. 경작지에 제한 을 받지 않음. 이산화탄소 저감효과가 뛰어남 자연계에 수천여 종이 존재하여 비식용 자원으로써 개발 가능 구 분 녹조류 (Green algae) 갈조류 (Brown algae) 홍조류 (Red algae) 분류 군수 8,000여종 2,000여종 5,500여종 생 육 지 해안가 중간 바다 심해 주요 구성성분 셀룰로즈 (29~46%) 펙틴 (7~26%) 라미나란 (1.2~30%) 알지네이트 (25%) 만니톨 (7~25%) 글루칸 (20~30%) 한천(agar) (60~70%) 대 표 종 파래, 청각 미역, 다시마 우뭇가사리, 김

바이오 에탄올의 제조 공정 당질계 (사탕수수, 사탕무) 바이오 에탄올 (5~10%) 전분질계 (감자, 고구마) 셀룰로스 발효 당질계 (사탕수수, 사탕무) 바이오 에탄올 (5~10%) 발효 당화 농축 당 연료용에탄올 전분질계 (감자, 고구마) 바이오 에탄올 전처리 목질계 (볏집, 나무) 셀룰로스 당화 당 발효 바이오 에탄올

목질계 에탄올 생산 과정

<전처리> 전처리 주 성분  셀룰로스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 - 셀룰로스, 헤미셀룰로스  당의 고분자 어떤 조작을 하기 전에 그 조작에 맞게 알맞은 상태로 준비하는 것 주 성분  셀룰로스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 - 셀룰로스, 헤미셀룰로스  당의 고분자 - 리그닌  고온 전처리

<당화> 효소 또는 산의 작용으로 녹말 등 무미한 다당류를 당화 가수분해하여 감미가 있는 당으로 바꾸는 반응 및 조작 당화 영향을 미치는 주요인자  표면적, 효소 활성억제물질 농도 - 소수성 효소  리그닌

<당 발효> 당 발효 - 중요 인자  수율 (가능한 모두 에탄올로 전환) - 목질계 원료  글루코스, 자일로스 유기물이 미생물작용에 의해 분해 및 변화하는 현상 - 중요 인자  수율 (가능한 모두 에탄올로 전환) - 목질계 원료  글루코스, 자일로스

Saccharomyces cerevisiae 바이오 에탄올 제조 공정시 사용되는 미생물 장점 - 전통적으로 에탄올 발효 및 알콜함유 식품의 제조에 오랜기간 이용되어 옴 - 이미 전분 및 당류 유래자원을 이용한 바이오 에탄올 생산에이용되어 상업적인 가능성을 검증받은 균주 단점 - 자일로스를 발효하지 못함 Saccharomyces cerevisiae

바이오 에탄올 제조 공정시 사용되는 미생물 장점 단점 - 대장균은 이용할 수 있는 당류의 범위가 매우 넓음 - 대장균은 이용할 수 있는 당류의 범위가 매우 넓음 - 재조합단백질 생산을 위한 대형발효 성공 - 포도당, 자일로스, 등 대부분의 목질계 자원 유래의 당류를 발효할 수 있을뿐더러 에탄올 발효 속도가 매우 월등 단점 소량의 에탄올을 생산하고 다량의 유기산을 생성 대장균의 특성상 발효조 내에 생산되는 에탄올에 저항성을 가지지 못하기 때문에, 고농도 에탄올 생산 공정의 구현이 어려움 재조합 대장균의 생육이 전처리 후에 생성되는 알데히드 및 유기산과 같은 반응억제물질에 매우 민감 Escherichia coli

바이오 에탄올 제조 공정시 사용되는 미생물 장점 단점 - 그램 양성세균으로써 고농도의 에탄올을 빠른 시간내에 생성 - Zymomonas 균주는 EMP 대사경로를 사용하는 다른 에탄올 생성 균주와는 달리 ED(Enter Doudoroff) 대사경로를 이용하여 당을 대사 - 혐기적 조건에서 포도당 1분자당 1분자의 ATP를 (EMP 경로의 경우 2분자의 ATP 생성) 생성 - 세포의 생육은 감소하고 에탄올의 생성은 촉진되는 대사능을 보이는 우수한 에탄올 생성 균주 단점 - 대장균과 같이 다양한 당류를 발효하지 못함 Zymomonas mobilis

바이오 에탄올의 현황 및 이용 생물환경학과 20131466 김이정

국내 바이오 에탄올 현황 국내 바이오 에탄올 기술 개발은 미미한 실정 국내에서 대체 에너지원으로 상업화가 가장 활발히 이루어지고 있는 것은 바이오 연료, 특히 바이오 에탄올 에탄올 탈수에 사용되는 막 이용 탈수 공정은 국내 기술 기반이 매우 취약하여 이 분야에 대한 기술 개발이 요구되고 있는 상태

국내 바이오 에탄올 현황 바이오 에탄올 혼합연료 이용 차량에 대한 실증 연구 완료 후, 이를 기반으로 바이오에탄올 혼합연료 이용 차량에 대한 지원 방안을 검토 중 우리나라는 아직까지 자동차 연료용 에탄올의 이용 실적은 전무한 실정 수송용 바이오 연료 (바이오 디젤, 에탄올 등)의 의무 사용 법안(RFS) 전면시행 바이오 에탄올의 경우 2014년부터 시범 보급을 거쳐 2017년부터 전국 보급 시작

국내 바이오 에탄올 시장규모 국내 바이오 에탄올 총 생산량 중 93%가 주류용, 나머지 산업용 국내 수송용 바이오 에탄올 보급률 0% - 주류용: 국내맥주는 전분질 원재료인 쌀보리 사용, 국내 10개 주정회사에서 제조 - 산업용: 솔벤트로 가장 많이 사용, 식 음료용은 발효 에탄올을 사용, 화학공업용사용, 기타 시험분석 등으로 사용

세계 바이오 에탄올 시장규모 바이오 에탄올은 전 세계 여러 나라에서 신 재생 에너지로 각광받고 있음 연료혼합 의무제도 하에 휘발유에 혼합 후 사용되고 있음 전 세계 바이오 에탄올 생산량은 2001년부터 2011년까지 꾸준히 증가 각국의 재생 에너지 관련 목표치 설정 및 정책 등의 영향으로 세계 에탄올 생산량은 향후 10년간 빠르게 증가할 것으로 예상

세계 바이오 에탄올 시장규모 OECD에 따르면 브라질의 바이오 에탄올 생산량은 매년 7.5%의 증가율을 보여 전 세계 생산량의 35%를 차지할 것으로 전망 최근 바이오 에탄올과 바이오 디젤의 사용량이 증가하는 추세 세계 바이오 에탄올 시장 규모 2017년 972억 달러 수준 예측

세계 바이오 에탄올의 시장 전망 세계 바이오 에탄올산업 시장규모는 전년에 비해 50%이상 성장 바이오 에탄올 및 바이오 디젤 또한 전년에 비해 30%이상 성장 18년까지 시장이 크게 확대 예상되며 약 30% 성장 전망 바이오 에탄올 소비량 : 미국, 브라질이 소비량의 86% 차지

바이오 에탄올의 시장 전망

나라별 바이오 에탄올 생산량 국가별 바이오 에탄올 생산량

미국의 바이오 에탄올 현황 2002년 미국에서 본격적으로 에탄올이 생산되기 시작 자국 내 생산된 옥수수 중 대부분이 사료용이나 수출용으로 쓰이고 있음 에탄올 생산용으로는 단지 15%만 사용되고 있음 미국에서 생산된 옥수수 모두를 에탄올로 바꾸더라도 휘발유의 20%만을 대체할 수 있는 수준 빠르게 증가하는 에탄올 수요를 수입 확대로 해결하는 수밖에 없음 장기적 관점에서 다른 에탄올 원료를 찾지 않으면 안 되는 상황임 곡물의 전분이 아닌 목재 부산물이나 잡초, 풀 등에 풍부한 셀룰로오스로부터 에탄올을 생산하는 방식에 주목

브라질 바이오 에탄올 현황 에탄올 세계 2위 생산국 브라질은 자국 내에 풍부한 사탕수수에서 에탄올을 생산 에탄올을 비롯한 재생에너지 사용비중 세계 최대 오일쇼크 이후 “에너지독립”을 위한 바이오 에너지 개발에 착수 가솔린 차량은 20~25%의 바이오 에탄올 혼합사용 의무화

유럽의 바이오 에탄올 현황 2020년까지 수송용 연료의 10%를 바이오 연료로 사용하는 것이 목표 -독일 : 재생에너지 시장 점유율 20% -영국: 바이오 매스를 이용하여 온실가스 80% 감축 하는 계획 -덴마크: 농작물 찌꺼기(밀짚) 이용 생산

일본의 바이오 에탄올 현황 신 국가 에너지 전략 및 바이오 매스 종합 전략을 통해 수송용 바이오 연로 도입 촉진을 위해 목표 설정 중 2020년까지 가솔린 소비의 3% 이상을 바이오 연료로 대체할 계획 총 에너지 소비량의 5%를 바이오 매스 에너지로 대체 지구온난화 대응, 순환형 사회 건설, 신 산업 창출, 농어촌 활성화를 목표로 바이오 매스 이용 촉진을 위한 방안

바이오 에탄올의 사용 현황 Drink 14.8% 바이오 에탄올의 사용 용도로 가장 많이 사용되는 것은 바이오 연료이며 다음으로 산업적으로 많이 사용되고, 그 다음이 음료로 사용되었다는 것을 볼 수 있다.

<표–1> 바이오 에탄올 혼합 가솔린 도입 현황 국 명 내 용 미국 옥수수를 원료로 한 바이오 에탄올을 10% 혼합한 연료가 시판, 전미에서 약 10%의 시장 점유. 1998년도의 소비량은 약 530만KL 브라질 바이오 에탄올을 20~25% 혼합한 연료가 전국에서 시판. 2000년의 소비량은 약 959KL 캐나다 옥수수/밀을 원료로 하는 바이오 에탄올 10% 혼합한 연료가 시판 프랑스 바이오 에탄올을 가솔린에 15%첨가한 연료가 일반차량 대상으로 이용. 1999년에는 바이오 에탄올 9만t으로부터 ETBA를 제조하여 가솔린에 혼합. 스웨덴 밀을 원료로 하는 바이오 에탄올을 가솔린에 5%혼합 이용 폴란드 중국 바이오 에탄올 10%혼합 가솔린을 시험적으로 시판 EU 바이오 연료 도입 목표를 2005년에 2%, 2010년에 5.75로 하는 방향으로 검토

종이류, 나무류, 고무피혁류, 플라스틱류, 기타(섬유)등 바이오 에탄올 이용 주요자원 종류 전환이용기술 최종에너지 형태 임산자원 활엽수, 침염수, 초목류 연소, 가스화 열병합발전 연소보일러 목질계 에탄올, 바이오 디젤 등 -열, 가스, 전기 -열 -바이오 연료 농산자원 논 벼(볏짚, 왕겨) 맥류, 두류, 고구마, 사과 등 축산폐기물 소, 닭, 돼지, 오리 분뇨 바이오 가스(메탄발효) 발전 바이오 가스 열 공급 -열, 가스, 전기 -가스, 열 도시폐기물 종이류, 나무류, 고무피혁류, 플라스틱류, 기타(섬유)등 소각발전, 연소보일러(RDF 연료), 목질계 에탄올, 바이오 디젤 등 -열, 전기 -열 -바이오 연료

요약 및 결론 식물체를 에너지 자원으로 쓰이기 위해 발효시켜 얻는 에탄올 바이오 에탄올은 원료를 당화 후 발효시킨 후 정제하여 유통 대부분 바이오 연로로써 사용되고, 그 외 산업적 또는 식용으로써 사용. 화석연료의 사용으로 환경오염과 자원의 한정성 등에 의해 전 세계적으로 사용량이 증가되는 추세. 정부와 기업에서 정책적 지원과 투자 및 개발이 필요.

감 사 합 니 다!