버섯 폐배지의 수열전처리 과정 중 중간산물 생성이 바이오가스 수율에 미치는 영향

Byproducts formation during hydrothermal pretreatment of spent mushroom substrate and effects onto biogas production efficiency

본 연구에서는 버섯 폐배지의 혐기성소화 효율 향상을 위해 수열전처리를 실시하고, 리그노셀룰로오스계 물질의고온 가수분해 과정에서 생성될 수 있는 중간산물이 기질의 생분해도와 바이오가스 전환 효율에 미치는 영향을 함께판단하였다. 수열전처리 온도의 범위를 150, 180, 210℃로 설정하였으며, 모든 수열전처리 온도에서 기질의 가용화율이향상되는 결과를 확인할 수 있었다. 추가적으로, 150℃로 버섯 폐배지를 전처리한 경우에는 혐기성소화 효율에 영향을미칠 수 있는 C/N 비가 개선되는 효과를 함께 확인하였다. 다만 전처리 온도가 180, 210℃인 경우에는 오히려 150℃로전처리를 수행한 경우에 비해 메탄 생성량이 저하되는 경향을 보였는데, 이는 리그노셀룰로오스 물질의 중간분해산물인 퓨란유도체의 형성으로 인해 메탄생성균이 영향을 받은 것으로 판단된다. 결국, 수열전처리를 통해 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 가용화율 향상을 통한 메탄 생성 향상을 기대할 수 있으나, 혐기성소화 효율을 저해할 수있는 중간산물이 생성되지 않는 적정 전처리 온도의 확인과 적용이 중요할 것으로 판단된다.

In this study, spent mushroom substrate (SMS), which consits of lignocellulosic material, was pretreated by hydrothermal method; the changes of biodegradability and methane production yield of pretreated SMS were determined according to formation of lignocellulosic biomass degrading byproducts formation during thermal pretreatment. Based on the results, all hydrothermal pretreatment temperatures showed improved solubilization performance for biomass, and the optimum pretreatment effect was observed at an pretreatment temperature of 150℃ with the highest methane production yield. However, the induced formation of furan derivatives (i.e., 5-hydroxymethylfurfural and furfural) as byproducts during hydrolysis of hemicellulose and cellulose at severe condition lowered biodegradability and methane yield when the hydrothermal pretreatment temperature was higher than 180℃. Thus, this study revealed that hydrothermal pretreatment could promote anaerobic digestion efficiency of lignocellulosic biomass and is of great importance for preventing byproducts formation through pretreatment condition control.