A great deal of efforts for the economical production of bioethanol based on lignocellulosic biomass have been studied for few decades. Lignocellulosic biomass have focused on attractive feedstock due to its large amount and waste resources. In order to produce bioethanol using lignocellulosic biomass efficiently and cost effectively, removal of process inhibitors in their own complex structure is essential. Therefore, studying the pretreatment process that crushes entanglement in the structure have attracted increasing attention.
Hydrodynamic cavitation with alkaline was applied to rice straw as an efficient and cost effective way of pretreatment from rice straw. In order to develop the pretreatment efficiency and operation continuity, modified cavitation zone (MCZ) was designed, and it was evaluated with the critical pretreatment parameters including concentration of NaOH (1-5%) and reaction time (5-15 minute) with 1:8 solid to liquid ratio. Under a pretreatment condition with NaOH 3% for 15 minute, the glucan content, enzymatic digestibility and glucose yield were 40.65 %, 73.73 % and 215.7 g/ kg of biomass, respectively. These results were obtained from enzymatic hydrolysis with 15 FPU of enzymatic dosage. We also examined physical property of pretreated rice straw using X-ray diffractometer. This study demonstrates that the hydrodynamic cavitation with new cavitation zone can be one of promising pretreatment tool for bioethanol production based on lignocellulosic biomass.
지난 몇 십 년간 목질계 바이오매스에 기반한 바이오에탄올의 경제적 생산은 연구되어 왔다. 목질계 바이오매스는 기존의 곡물성 바이오매스와는 다르게 폐자원이라는 점과 높은 연관 생산성으로 인해 떠오르고 있다. 목질계 바이오매스 기반 바이오에탄올을 더 경제적이고 효과적으로 생산하기 위해서는, 바이오매스 자체의 복잡한 구조 내에 있는 공정 저해 물질들을 제거하는 것이 필수적이다. 즉, 이러한 복잡한 구조와 얽힘을 파쇄하기 위한 전처리 과정에 대한 연구 또한 중요하다.
본 학위 논문에서는 수력학적 공동현상을 볏짚을 전처리하기 위한 경제적인 전처리 방법으로써 채택하였다. 목질계의 전처리에 적용하기 위해서 기존에 문제가 되었던 공정의 중단 현상을 해결하고, 전처리 효율을 높이기 위해서 새로운 캐비테이션 존을 제작하였다. 염기에 기반한 전처리 공정의 중요한 변수인 NaOH의 농도 (1-5 %) 와 처리 시간 (5-15 minute)를 조정하고 고액비를 8%로 고정한 상태로, 새로운 캐비테이션 존을 시험하였다. NaOH 3% 에서 15분 전처리하였을 때, 40.65%의 글루칸 함율과 73.73%의 효소 당화율을 보였으며, 해당 조건에서 15 FPU의 적은 효소량으로 215.7 g/kg 의 글루코오스 수율을 얻었다. 추가적으로 X-ray diffractometer를 통하여 전처리된 시료의 결정도를 분석하였다. 이러한 결과들은 새로운 캐비테이션 존을 이용한 수력학적 공동현상을 목질계 기반 바이오에탄올 생산의 경제적이고 효율적인 전처리 도구로써의 가능성을 제시한다.
