액체 이산화탄소 조건에서의 캐놀라 오일 유래의 효소적 바이오디젤 생산 (Enzymatic Biodiesel Synthesis from Canola Oil in Liquid Carbon Dioxide)

서지정보

· 발행기관 : 한국생물공학회
· 수록지 정보 : KSBB Journal / 25권 / 4호 / 337 ~ 343페이지
· 저자명 : 이명구, 박철환, 조재훈, 이준학, 이도훈, 김상용

초록

오일가격이 지속적으로 상승하고 연료유 배출가스에 의한지구 온난화에 대한 관심이 증가하여 화석연료의 대체물질에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 화석연료 대체물질 중하나인 바이오디젤은 지속가능한 바이오매스 즉, 식물유지나폐 동 ․ 식물 유지를 이용하여 만들 수 있으며, 경유와 유사한특성을 지니고 있다. 그래서 경유 사용 장치에 특별한 개조없이 사용이 가능하고, 기존 인프라를 사용할 수 있으며, 화석연료인 경유 사용시 발생되는 대기오염물질과 온실가스 감소효과 등의 장점을 가지고 있어 최근 각광을 받고 있다 [1-3].
바이오디젤을 생산하기 위해 주로 산 또는 알칼리 촉매가사용되어 왔으나, 이러한 화학적 촉매는 반응 후에도 잔류하여 반응 부생성물인 글리세롤의 분리정제가 어렵다. 또한엔진을 부식시킬 수 있어, 잔류된 촉매를 제거하기 위한 세척및 건조 공정이 추가적으로 요구되며, 알칼리 촉매를 사용하였을 경우 유지에 함유된 유리 지방산과 반응하여 비누화생성물과 물을 생성하므로 촉매의 소모량이 크고 수율도 낮다는 단점이 있다 [4-6]. 따라서 화학적 촉매 사용의 단점을 보완하고자 효소를 이용하는 바이오디젤의 제조방법이연구되고 있다 [3,5]. 그러나 이 방법은 메탄올과 부생성물인글리세롤이 효소의 저해 요소로 작용하여 반응시 메탄올을반응계에 단계적으로 투입하거나 t-butanol이나 hexane과같은 유기용매를 반응용매로 사용하는 방법이 연구되었다.
또한 메탄올의 단계적 투입방법은 대용량 반응기에 적합하지 않으며, 유기용매의 사용은 환경적 측면에서 부적합하다는 단점을 가지고 있다 [7-9].
최근에는 메탄올과 부생성물인 글리세롤에 의해 효소의활성이 저해되는 것을 방지하기 위하여, 친환경적 유기용매로써 초임계 이산화탄소를 적용한 효소적 바이오디젤 생산방법이 제시되었다. 그러나 초임계 이산화탄소는 유기용매를대체할 수 있는 친환경 용매이지만 효소를 이용한 바이오디젤 생산시 초임계 이산화탄소 상태에서 오일의 용해도가 높지않으며 [10], 오일：메탄올 (1：3) 정량적 몰비량으로 단일투입시 효소의 활성을 억제하는 단점이 있다. 그래서 기존제시된 초임계 이산화탄소를 이용한 바이오디젤 생산시 효소의 활성을 높이기 위해 메탄올을 단계적으로 첨가하여야 되며, 효소의 활성을 유지하기 위해 짧은 반응시간이 요구된다고 보고하였다 [11].
본 연구에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 효소적바이오 디젤을 생산하는 방법에서 액체 이산화탄소를 반응용매로 사용하여 메탄올에 의한 효소 활성이 저해되는 것을 방지하고 친환경적이며 에너지 절감효과가 우수한 효소적바이오디젤 생산 방법을 제시하고자 하였다.

영어초록

It has been well known that organic solvents like t-butanol and n-hexane can protect lipases from the inhibition by short-chain alcohols in the enzymatic transesterification. However, use of the organic solvents should be minimized considering their negative effects on environment and human health. Therefore, use of the greener solvents has been pursued in various are as including the enzymatic biotranformation. In this study, the liquid carbon dioxide (LCO2) was employed as an alternative media for the enzymatic transesterification of canola oil. The conversion in the LCO2 was comparable with those in organic solvents and the supercritical carbon dioxide, and under optimum conditions, the value reached 99.7%. It is expected that this method can provide a new type of biodiesel production process with higher energy efficiency and lower environmental impact.

참고자료

· 없음