산가수분해한 유채대로부터 유리당의 분리 및 이의 잔사로부터 펠릿의 제조

Separation of Reducing Sugars from Rape Stalk by Acid Hydrolysis and Fabrication of Fuel Pellets from its Residues

본 연구는 유채의 바이오리파이너리 원료화 가능성을 확인하기 위하여 유채대를 DW, AA, OA, SA 및 SH 용액에 침지하였다. 먼저 침지 유채대의 원소를 분석한 결과, 침지를 통하여 질소, 황, 염소의 함량이 효과적으로 감소되는 것을 확인하였다. 이 외에 침지액의 농도와 침지시간을 실험인자로 침지액 내에 존재하는 glucose, xylose, arabinose와 같은 유리당의 양을 조사하였는데, DW- 및 SH-침지액에서는 각각 xylose와 sucrose만 그리고 SA- 및 OA-침지액에서는 소량의 glucose만 검출되었다. 그러나 AA-침지액에서는 많은 양의 glucose와 소량의 arabinose까지 분석되었다. 한편, 유채대 침지에 사용된 산용액의 종류와 농도(1%, 2%)에 따른 glucose 양을 분석한 결과, AA를 침지액의 조제를 위한 산으로 사용하고 AA의 농도를 1%로 조절하는 것이 유채대로부터 효과적으로 glucose를 가수분해할 수 있는 조건인 것으로 조사되었다. 침지시간의 영향을 보면, 72 hr-침지에서 가장 많은 양의 glucose가 검출되었으며, 120 hr까지의 침지시간 연장은 유리되는 glucose 양에 부정적인 영향을 미쳤다. 다음으로, DW, AA, OA 용액에 침지시킨 유채대를 이용하여 펠릿을 제조하였는데, 이 때 산의 농도 그리고 침지시간(24, 72, 120 hr)을 실험 인자로 사용하였으며, 이렇게 제조된 펠릿의 함수율, 겉보기밀도, 회분량, 발열량, 내구성을 측정하였다. 침지 유채대 펠릿의 겉보기 밀도와 발열량은 무침지 유채대 펠릿과 비교하여 크게 높았으며, 실험 인자와 상관없이 EN 규격의 A등급 기준(≧600 ㎏/㎥, ≧14.1 MJ/㎏)을 각각 상회하였다. 유채대의 침지는 무침지 유채대의 회분량(8.9%)과 비교하여 회분량을 크게 감소시켰으며, 특히 AA-와 DW-침지가 유채대의 회분량 감소에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 침지 유채대의 회분량은 EN 규격의 A등급 기준(≦ 5.0%)을 만족하였다. 침지 유채대로 제조한 펠릿의 내구성은 전반적으로 무침지 유채대 펠릿(97.40%)보다 낮았으며, 특히 OA-2%에 120 hr 침지시킨 유채대 펠릿을 제외하고 나머지 조건은 EN 규격의 B등급(≧96.00%) 기준에 만족하지 않는 것으로 조사되었다. 침지 유채대의 원소 및 유리당 분석 그리고 펠릿의 품질 시험 결과를 종합하면, 1% 농도의 AA 용액에 유채대를 72 hr동안 침지시키는 것이 유채대의 바이오에탄올 및 펠릿 원료화를 위한 최적 조건이라는 결론을 얻었다. 따라서 이 조건에서 1 ㎏의 유채대를 침지시켰을 경우, 산술적으로 바이오에탄올 생산용 원료인 50 g의 glucose를 얻을 수 있으며, 나머지 950 g의 잔사는 아그로펠릿의 원료로 사용이 가능할 것으로 생각한다. 그러나 AA-침지 유채대로 제조한 펠릿의 낮은 내구성 문제를 해결하기 위하여 세분화된 범위의 침지 조건 탐색, 목분과의 혼합 펠릿 제조, 바인더의 첨가 등과 같은 추가 연구가 수행되어야 할 것으로 생각한다.

This study was conducted to identify the potential of rape stalk as a raw material for biorefinery process of rape flower. At first, rape stalk (RS)　was immersed in distilled water (DW), acetic acid (AA), oxalic acid (OA), sulfuric acid (SA) and sodium hydroxide (SH) solutions, and the content of reducing sugars liberated from immersed RS was analyzed. Glucose, xylose, arabinose and sucrose were detected varying with the immersion type. In particular, 1% AA-immersion of RS for 72 hr was the most effective conditions to liberate glucose from RS. Secondly, the RS residues were used for elementary analysis and fabrication of fuel pellets. In addition to the solution type, concentration of immersion solutions (0%, 1%, 2%) and immersion time (24, 72, 120 hr) were used as experimental factors. The contents of nitrogen, sulfur and chlorine reduced effectively through the immersion of RS in DW, AA and OA solutions. For properties of RS-based pellets, bulk density and higher heating value of RS-based pellets greatly increased with the immersion of RS, and the qualities were much higher than those of the A-grade pellet of the EN standards. Ash content decreased remarkably through the immersion of RS, and was satisfied with the A-grade pellet standard. Durability was negatively affected by the immersion of RS, and did not reached to B-grade of the EN standard. In conclusion, acid immersion of RS can be a pretreatment method for the production of fuel pellet and bioethanol, but use of the immersed RS for the production of high-quality pellets might be restricted due to low durability of immersed-RS pellets. Therefore, further studies, such as investigation of detailed immersion conditions, fabrication of mixed pellets with wooden materials and addition of binders, are needed to resolve the problems.