소개글
"쌀을 이용한 바이오 에탄올 제조 실험 과정"에 대한 내용입니다.
목차
1. 쌀을 이용한 바이오 에탄올 제조
1.1. 서론
1.2. 실험(재료 및 방법)
1.2.1. 재료
1.2.2. 방법
1.2.2.1. 원료 전처리
1.2.2.2. 산 가수분해
1.2.2.3. 당화 및 발효
1.2.2.4. 분별 증류
1.3. 분석 및 고찰
1.3.1. pH에 따른 에탄올 추출량
1.3.2. 효소량에 따른 에탄올 추출량
1.3.3. 분별증류 횟수에 따른 에탄올 추출량
1.4. 오류 개선 방법
1.5. 결론
2. 냉각수 적용 증류장치를 이용한 바이오에탄올 증류 공정
2.1. 서론
2.2. 실험 구성 및 원리
2.2.1. 증류장치
2.2.2. 냉각수
2.2.3. 에탄올 농도 측정
2.3. 실험 방법
2.4. 결과 및 토의
2.4.1. 증류 결과
2.4.2. 에탄올 수율 비교
2.4.3. 재증류 농도 측정 결과
2.5. 결론
3. 참고 문헌
본문내용
1. 쌀을 이용한 바이오 에탄올 제조
1.1. 서론
19세기 이후 본격화된 "산업혁명"으로 인해 석탄과 석유 및 천연가스 등의 화석연료가 중요한 에너지 자원으로 사용되기 시작하였다. 그러나 화석연료는 지구상에 매장된 지역과 양이 균일하지 않아 공급과 가격이 불안정하며, 화석연료 사용에 따른 환경오염 등의 문제가 대두되고 있다. 따라서 친환경에너지로 각광받는 바이오매스(Bio-mass)를 활용한 바이오 에탄올(Bio-ethanol)에 주목할 필요가 있다.
바이오 에탄올의 주요 원료는 매우 다양하지만, 그중 가장 많이 활용되고 있는 것은 당질계 및 전분계의 1세대 바이오매스이다. 그러나 이러한 1세대 바이오매스는 직접 섭취되거나 동물사료로 이용되기 때문에 식량 문제와 곡물 가격 상승의 우려가 있다. 이에 따라 쌀과 같은 식용 작물을 이용한 바이오에탄올 제조에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 쌀을 이용한 바이오 에탄올 제조 공정을 개선하여 보다 경제적이고 생산적인 방안을 모색하고자 한다. 특히 원료 전처리, 산 가수분해, 당화 및 발효, 분별 증류 등 각 공정 단계에서의 최적 조건을 탐색하고자 한다. 이를 통해 쌀을 이용한 바이오에탄올 생산의 효율성과 실용성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
1.2. 실험(재료 및 방법)
1.2.1. 재료
본 실험에 사용된 재료는 다음과 같다.
원료가 되는 쌀은 공덕농업협동조합에서 구입한 국산 쌀 50g을 건조 상태로 사용하였다. 효소로는 단국대학교에서 구입한 국산 셀룰라아제 10ml를 사용하였다. 발효를 위한 분말형태의 이스트는 단국대학교에서 구입한 국산 효모 이스트 0.1g을 사용하였다. 가수분해와 당화 과정에는 단국대학교에서 구입한 10wt%의 액체 HCl을 0, 1, 3, 5ml를 사용하였다. pH 측정을 위해 단국대학교에서 구입한 국산 리트머스 종이를 추가적으로 사용하였다.
1.2.2. 방법
1.2.2.1. 원료 전처리
원료 전처리는 바이오에탄올 생산 공정의 중요한 단계이다. 본 실험에서는 원료인 쌀을 물리적으로 분쇄하여 가수분해와 당화 과정의 효율을 높이고자 하였다.
구체적으로, 원료 쌀에 DI water 10ml를 가하여 30분간 침지한 후 막자사발을 이용해 물리적으로 분쇄하였다. 이는 쌀의 수분 함량을 높여 분쇄 과정을 용이하게 하기 위함이다. 수분 함량이 높을수록 에탄올 추출 능력이 떨어지므로, 분쇄 후 별도의 건조 과정을 거쳤다.
이와 같은 원료 전처리 과정을 통해 물리적 분쇄를 통해 쌀의 표면적을 증가시켰다. 이는 후속 산 가수분해와 당화 과정에서 효소의 접근성과 반응성을 높여 에탄올 추출 효율을 향상시키는데 기여할 것으로 기대된다.
1.2.2.2. 산 가수분해
산 가수분해 과정은 원료인 쌀을 DI water에 투입한 후, HCl(10wt%)를 각(0,1,3,5)ml 첨가하여 진행하였다. 효소의 활성화와 추출 에탄올 농도 차별화를 위해 HCl을 첨가하였으며, 160도의 오븐에서 5분간 열처리를 진행하였다.
효소량 차이 조건의 실험에서는 HCl을 사용하지 않고 진행하였는데, 이는 PH에 따른 조건 설정을 위함이었다. 산 가수분해 과정 후에는 리트머스 종이를 통해 PH를 측정하여 PH에 따른 에탄올 추출량을 확인하고자 하였다.
이러한 산 가수분해 과정은 원료인 쌀의 전분질을 가수분해하여 단당류로 전환시켜 당화 및 발효 과정에서 효율적으로 에탄올을 생산하기 위한 선행 공정이라고 볼 수 있다.
1.2.2.3. 당화 및 발효
당화 및 발효는 바이오에탄올 제조 공정에서 매우 중요한 단계이다. 산 가수분해 과정을 통해 전분이 포도당으로 분해된 후, 당화와 발효 과정을 거치면서 포도당이 에탄올로 전환되기 때문이다.
우선 산 가수분해 과정 진행 후 HCl의 영향을 알아보기 위해 각 시료들의 pH를 리트머스 종이를 통해 측정하였다. 이를 토대로 pH에 따른 최적 조건을 설정하였다. 효소 셀룰라아제 1ml를 사용하여 당화 과정을 90분간 진행하였다. 이어서 효모인 이스트 0.1g을 첨가하여 35도 환경조건에서 120시간 동안 발효를 진행하였다.
발효 과정에서 전분이 포도당으로 분해되고, 다시 효모에 의해 포도당이 에탄올로 전환된다. 발효가 진행되면서 ...
참고 자료
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