기술동향
바이오 리파이너리 : 생물 자원을 이용한 연료, 화학연료 및 고분자의 생산
- 등록일2008-03-03
- 조회수12242
- 분류기술동향 > 화이트바이오 > 바이오화학･에너지기술
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자료발간일
2008-02-03
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출처
화학공학소재연구정보센터(CHERIC)
- 원문링크
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키워드
#바이오 리파이너리
- 첨부파일
11122.pdf
바이오 리파이너리 : 생물 자원을 이용한 연료, 화학연료 및 고분자의 생산
박성훈 / 부산대학교 화학생명공학과
산업생물공학(Industrial Biotechnology)과 바이오 리파이너리(Bio-refinery)
20세기 초 원유가 본격적으로 사용되기 전 대부분의 화학산업은 석탄이나 바이오매스에 의존하여 왔다. 20세기 중반부터 석유를 중심으로 한 화학산업은 크게 발달하게 되었는데 정밀 화학제품(fine chemicals), 의약품(pharmaceutical chemicals), 소재형 화학제품(bulk chemicals), 플라스틱 및 연료에 이르는 다양한 제품들이 석유로부터 생산되게 되었다. 그러나 화석원료로 대표되는 석유, 가스 및 석탄은 그 자원의 한정성으로 인하여 가격이 지속적으로 상승하고 있으며, 이의 원활한 확보를 위한 국가 간 경쟁이 가열되고 있다. 더욱이 화석원료로부터 생산되는 화학제품들은 제조공정에서 부산물로 지구온난화 가스와 폐기물을 대량 발생시켜 인류에게 심각한 환경 위기를 초래하고 있으며, 이는 기존의 화학 산업을 급격히 위축시키는 요인이 되고 있다. 따라서 화석원료에 기반을 둔 화학공정을 대체할 수 있는, 즉 화석원료의 소비와 인류에게 유해한 폐기물의 생산을 최소화할 수 있는 바이오매스를 원료로 사용하는 환경친화적인 새로운 생물화학공정의 개발이 필요하다.
산업 BT(white biotechnology 또는 industrial biotechnology)는 생물공학적 기술을 산업생산에 이용하는 기술로서, 정밀화학, 의약품 뿐 아니라 고분자, 신소재, 범용 화학제품, 그리고 에너지의 생산에까지 이용되고 있다. 생물공학 기술을 이용하는 산업 BT는 원료로써 재생 가능한 바이오매스인 각종 동식물, 농업에서 나온 부산물 및 폐기물, 음식물쓰레기, 생체에 기초한 산업 폐기물, 바이오 연료 생산을 목적으로 재배된 작물 등을 이용한다. 또한 생산공정에서 생촉매를 사용하므로 오염과 에너지 소모가 적은 청정기술이다. 뿐만 아니라 생화학, 미생물학, 유전체학, 단백체학, 생물정보학, 공정공학 등의 학문들의 발전에 힘입어 의약관련 BT(red BT), 농업관련 BT(green BT)에 이어 BT의 제3의 물결을 주도할 것으로 기대되고 있다. 이에 따라 미국, 유럽, 일본 등 세계 각국은 장기적이고 종합적인 대체에너지 및 바이오매스 유래 화학제품 생산을 위한 정책을 수립하고 있으며 산업 BT 관련 연구개발 및 상업화를 적극 지원하고 있다.
산업 BT 기술의 핵심은 소위 말하는 바이오 리파이너리(Bio-refinery)이다. 바이오 리파이너리는 석유화학 산업에서 잘 알려진 오일 리파이너리(Oilrefinery)와 비슷한 개념으로, 식물체 등 바이오매스를 원료로 BT(biotechnology)를 이용하여 바이오 연료(에탄올, 부탄올, 아세톤 등)와 화학원료(젖산, 숙신산) 등을 만드는 기술과 이를 구현하기 위한 종합적인 플랜트 시스템을 의미한다. 즉, 원유를 원료로 연료와 각종 화학제품을 생산하는 오일 리파이너리가 종합적인 일관 공정(integrated process)으로 개발된 것처럼, 바이오매스를 원료로 이용하여 오일리파이너리와 같은 개념으로 구축되는 통합공정을 의미한다[그림 1]. 그러나 이러한 개념 상의 공통점에도 불구하고 바이오 리파이너리와 오일 리파이너리는 여러가지 차이점을 갖는다. 가장 큰 차이점은 원료인데 오일 리파이너리는 비교적 균질한 원유를 원료로 사용하는데 비해 바이오 리파이너리는 주로 목재나 폐기물 등 비균질한 원료를 사용한다. 따라서 바이오 리파이너리에서는 원료의 전처리 공정이 매우 복잡하고 비용이 많이 든다. 그러나 바이오매스는 재생가능 원료이고 대기 중 이산화탄소의 농도를 증가시키지 않으므로 환경친화적이다. 리파이너리를 통해 생산하는 연료나 화학제품도 많은 차이가 있다. 오일 리파이너리는 휘발유, 경유, 제트유 등 탄화수소(hydrocarbon)계 연료를 생산하지만 바이오 리파이너리는 에탄올, 부탄올 등 알코올계 연료를 생산한다. 또한 오일 리파이너리는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, BTX 등을 기본 원료(feedstock)로 생산하지만 바이오 리파이너리는 에탄올, 젖산, 숙신산, 아미노산 등 미생물 대사산물을 기본 원료로 생산하게 된다.
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