화석 연료 사용량 증가로 야기되는 지구 온난화를 비롯한 여러 환경문제와 자원 고갈로 인해 화석 연료를 대체 할 수 있는 연료원이 요구되고 있다. 이에 동식물성 기름으로부터 추출한 바이오디젤은 재생 가능한 연료로 주목을 받았으나 여러 한계를 보였고, 단위면적당 높은 에너지 수율과 빠른 성장속도 및 친환경적 특징을 겸비한 미세조류가 3세대 바이오디젤의 원료로 주목받고 있다. 본 연구는 독립영양과 혼합영양을 가능하게 하는 광 조건이 바이오매스 축적 지질의 지방산 특성 변화와 상관관계를 도출하여 바이오디젤 생산성 향상 방안을 고찰하였다. 본 실험에서 배양한 미세조류는 지질 축적능력이 우수한 Botryococcus braunii 종을 명암주기를 조절하여 광영양 및 혼합영양 조건으로 배양하였고, 회수한 바이오매스를 fatty acid methyl ester (FAME)형태로 지질을 추출하여 FAME 구성 성분과 FAME 수율을 비교 평가하였다. 실험결과는 독립영양과 혼합영양에 상관없이 C16, C18, C20 지방산이 주요 FAME의 구성 성분으로 밝혀져 바이오디젤로써 이용 가능성이 충분함을 확인하였다. 광영양 조건에서 전체 지질의 61.1%가 FAME 형태로 추출되었고 구성성분 중 C16, C18, C20 지방산의 함량이 각각 52.3%를 차지하였으며, FAME 수율(g FAME/g biomass)은 2.4%로 도출되었다. 혼합영양 조건에서 74.3%의 FAME이 추출되었고 C16, C18, C20 지방산의 함량은 73.9%를 차지하였으며, FAME yield는 3.1%로 도출되었다. 이 결과는 폐수로부터 수확한 미세조류 바이오매스가 대체 연료원으로 이용가치가 높음을 보여준다.

산업혁명 이후 화석연료를 통한 에너지의 소비는 이산화탄소의 형태로 전례 없는 대기 중 탄소의 유입을 증가시켰다. 인류에 의해 발생된 이산화탄소 형태의 탄소 유입은 지구온난화와 같은 전 지구적 환경 문제를 유발하였다. 따라서 다양한 분야에서 탄소유입을 줄이기 위한 노력은 진행되어 왔다. 대표적으로 화석 연료의 대체가 가능한 바이오 연료는 비교적 쉬운 생산 공정과 기반시설에 대한 뛰어난 적응력으로 인해 상업화 되었다. 그러나 상업화 된 바이오 연료는 식용작물의 사용으로 인해 원료의 가격상승과 윤리 도덕적 문제를 초래하였다. 이를 극복하기 위해 폐유와 미세조류와 같은 비식용 작물의 바이오 연료 전환이 연구 되었다. 값싼 원료의 이점에도 불구하고, 원료의 불순물(유리 지방산, 수분 등)의 제거를 위한 전처리 공정의 추가와 다양한 공정 설비 및 운영비용은 새로운 바이오 연료의 생산기술 향상에 대한 요구로 나타났다. 특히, 전이에스테르화 반응을 통해 비교적으로 기술적인 연구가 활발히 진행된 바이오 디젤의 경우 초임계 조건, 효소, 초음파를 활용한 반응이 활발히 연구되어져왔다. 또한 다공성 물질을 활용한 촉매 모사 전이에스테르화 반응은 유리 지방산, 수분같은 불순물 하에서도 높은 전환율을 유지하는 것으로 확인 되었다. 촉매모사 전이에스테르화 반응은 수많은 공극이 존재하는 다공성 물질을 이용하여, 반응물의 충돌 빈도를 상승시킴으로써 촉매 사용으로 발생하는 단점을 최소화하였다. 이전까지 촉매모사반응의 다공성 물질로써 상업화된 실리카겔을 사용하였으나 바이오매스를 활용한 바이오 차의 다공성 물질로써 활용이 연구됨에 따라, 바이오매스 유래 바이오 차의 촉매모사 전이에스테르화 반응에 대한 적용 연구를 제시하고자 한다. 다양한 바이오차 중에 다양한 물리적 화학적 성질을 가지고 있는 계분은 촉망받는 다공성 물질로 여겨진다. 또한 폐식용유는 촉매모사 반응의 높은 유리 지방산 저항력을 증명하기 위해 원료로써 선택되었다.

Due to the increasing sewage sludge generation from wastewater treatment facilities, sewage sludge has been reconsidered as a renewable energy source in various ways. Lipid extraction from sewage sludge is an applicable method for biodiesel production. Higher biodiesel production yields can be achieved through the improvement of lipid recovery efficiency. Although sewage sludge has different features due to its types and steps in treatment plants, lipid content of sewage sludge generally ranges from 10 to 15%. Among solvent extraction methods, the highest lipid recovery efficiencies were observed for chloroform-methanol extraction: 13.6-14.6% for primary sludge, 10.6-12.1% for waste-activated sludge, and 2.9-4.2% for digested sludge. The extraction residue of sludge can be used as biosolid refuse fuel (bio-SRF). After lipid extraction, the residue had decreased volatile matter and carbon content. Consequently, the calorific value of the residue decreased by 3,000 kcal/kg. The level of calorific value can be available to use bio-SRF.

최근 국가 온실가스 저감 목표인 BAU 대비 37%의 이행과 및 에너지원 다양화 측면에서 신재생에너지 보급활성화를 위한 다양한 정책이 발표되고 있으며, 이중 수송부문 신재생에너지연료의 보급 활성화를 위한 혼합의 무화제도(RFS)가 2015년 7월 31일부터 시행되었다. 본 제도의 유일한 이행 수단으로서 바이오디젤이 경유에 혼합의무화 되어 확대보급 될 전망이다. 하지만 대부분의 바이오디젤의 원료가 수입 팜유에 의존하고 있고, 유일한 국산원료인 폐식용유는 수거한계에 달한 상황이며, 바이오디젤 가격 또한 경유 가격에 비해 고가로 가격 경쟁력이 열악한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 저가의 안정적 원료수급이 가능한 국내외 잠재원료에 대해 조사･선별하고 확보 가능량에 대해서 추정해 보았다. 또한 각 원료물질에 대한 유통구조 및 활용기술에 대해서도 조사하였다. 그 결과 국산 원료로서는 기존 폐식용유와 동물성유지 외에 식당폐유, 음식물 처리과정에서 추출된 유분 등이 추가로 조사 되었으며, 국외 원료로서는 팜유 추출 폐유인 팜 슬러지오일 등이 잠재 바이오디젤 원료로 선별 되었다. 또한 국내 유채유 및 미세조류 등도 중장기 원료로서 조사 하였다. 각 원료의 유통경로는 대부분 국산의 경유 기존 폐식용유와 동물성유지의 유통경로에 의존하고 있었고, 저급의 원료이다 보니 전처리 및 바이오디젤 전환기술개발이 필요한 실정이었다.

바이오디젤은 석유기반의 디젤을 대체할 수 있는 유망한 대체에너지원으로 각광받고 있으나 그 생산 공정의 경제성을 확보하는 것이 관건이다. 따라서 사회성, 경제성, 환경성을 동시에 고려할 수 있는 값싼 원료를 찾는 다면 지속가능성 측면에서 매우 유용할 것이다. 이에 따라 본 연구는 다양한 육류(소, 돼지, 오리)를 이용하여 판매하는 음식점에서 버려지는 폐지방을 대상으로 전이에스테르화 반응을 수행하여 바이오디젤을 생산하였으며 fatty acids methy ester (FAME)을 추출하여 그 구성특성을 규명하였다. J시 음식점 중 소, 돼지, 오리를 찌거나 훈제하는 음식점으로부터 발생된 폐지방을 수집하여 KOH와 메탄올을 이용한 전이에스테르화 반응을 통해 바이오디젤을 생산하였고, 간단한 n-hexane을 통해 FAME만을 추출한 뒤 GC-FID를 이용하여 정량하여 그 구성특성을 분석하였다. 실험결과에서 FAME의 프로파일 분석결과는 폐지방성분이 유용한 바이오디젤원료가 될 수 있는 것으로 나타났다. 37도에서 한 시간 동안의 전이에스테르화에 있어 KOH는 폐지방을 FAME으로 우수한 효율로 전환가능하게 하는 촉매로 판단된다. 소, 돼지, 오리의 폐지방에 대하여 각각 48%, 45%, 55%의 질량이 총 FAME으로 전환되는 것으로 나타났다. 총 지방의 2%이상의 질량비율을 갖는 주요 FAME은 소의 경우 C16:0 (13.1%), C18:1 (22.4%), C18:0 (8.6%) 이었고, 돼지의 경우 C16:0 (12.3%), C18:1 (26.5%), C18:2(8.0%), C18:0 (5.3%)이었으며, 오리는 C16:0 (9.4%), C18:1 (23.0%), C18:2 (7.2%), C18:2 (2.7%)로 나타났다. 이러한 높은 FAME 수율과 C16:0과 C18:1 의 우점화는 일반적인 바이오디젤의 특성과 유사한 것으로 살료된다. 종합하면, 본 연구결과는 동물성폐지방 성분의 바이오디젤화의 가능성을 열어주며 최적반응조건 도출을 통해 실현가능한 대체에너지생산 및 페자원 에너지화 방법임을 보였다.

유채(Brassica napus L.)는 오래 전부터 기름을 이용하기 위해 재배되어 왔으나, 최근에는 지역자치단체의 축제와 홍보를 목적으로 경관용 유채 재배가 증가하고 있다. 유채는 월동이 가능한 전남북, 경남, 제주도 등의 남부지방에 서 주로 재배되었으나 최근에는 구리, 삼척 등의 중부지방 지방자치단체에서도 하천의 고수부지와 공원 및 동계 유휴농지에 경관을 목적으로 유채를 재배하여 유채를 주제로 한 축제를 개최하여 관광객 유치, 지역사회홍보 및 농가소득증대를 유도하고 있다. 경관용 내도복성 유채 ‘중모 7002’은 농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지 작물센터에서 [(RS10 × Erra)×Tower]를 모본으로, ‘RS10’을 부본으로 인공교배하여 육성하였다. 1984년에 교배하 여 F1을 양성한 후 1985년과 1986년에 F1와 F2를 전개하여 집단으로 선발하였고, 1987년 F3 부터 1990년에 F6 까지 4년 동안 계통선발 과정을 거쳐 우량계통인 ‘목포116호’(84013-B-6-3-3-6)을 선발하였다. 선발한 ‘목포116호’를 2009년과 2010년에 전남 무안의 바이오에너지작물센터 포장에서 생산력검정시험을 실시한 후, 2011-2013년에 3 년 동안 무안(전남), 익산(전북), 진주(경남) 및 애월(제주) 등 4개 지역에서 유채 고정 품종인 ‘한라유채’와 비교하 여 지역적응시험을 실시한 결과, 이형주가 발견되지 않아 품종으로서 균일성 요건을 충족하여 안정성을 갖춘 것 으로 판단되어 ‘중모7002’ (Jungmo7002)으로 명명하였고, 국립종자관리원에 품종보호출원(출원 2014-221)을 마 쳤다. ‘중모7002’ 기존 유채 고정품종인 ‘한라’에 비해 개화균일성이 우수하고 내도복성과 내병성(균핵병)에 강하 여 바이오디젤 및 경관용으로 적합하다.

에너지 수요의 증가와 환경문제에 대한 중요성을 인식하면서 신재생에너지에 대한 연구가 주목받고 있다. 정부의 지원 정책과 원유 가격 불안정성 등의 이유로 국내에서도 활발한 연구가 진행 중이다. 신재생에너지의 종류에는 태양광, 풍력, 수력, 연료전지 등의 다양한 분야가 있지만 우리가 사용하고 있는 수송용 연료를 대체할 에너지는 바이오 오일이다. 미국과 브라질, 중국 등의 식량 부국에서는 옥수수, 사탕수수 등의 식량을 화학적 처리과정을 거쳐 바이오 연료로 생산하고 있다. 하지만 식량자원 빈국에 대한 도덕적 문제를 야기하였고 폐셀룰로오스를 이용한 바이오연료 생산이 각광받고 활발하게 연구가 진행 중이다. 바이오오일을 만드는 방법은 여러 가지가 있으나 열분해를 통한 바이오오일 생산이 간단한 과정이고 시간이 오래 걸리지 않으며 많은 양을 만들어 낼 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 주변에서 쉽게 볼 수 있는 폐셀룰로오스의 하나인 톱밥을 이용하여 열분해를 진행하였고 수분의 제거를 위해 톱밥은 오븐에서 75℃로 하루 이상 건조하였다. 화학적 처리가 되지 않은 톱밥을 이용하였고 반응 온도를 400, 450, 500, 550℃로 달리하여 실험을 진행하였다. Carrier gas는 N₂를 사용하였고 150cc/min의 유량으로 흘려주어 가스가 컨덴서로 이동하게 하였다. 열분해하여 나오는 생성물을 성상별로 분류하여 액체 물질이 어느 온도 조건에서 많이 나오는지 비교하였다. 분석방법은 바이오오일을 GC(Gas Chromatography)와 Elemental analyzer로 분석하였고 어느 온도 조건에서 탄화수소와 유가물질들이 많이 나오는 지 분석하였다.

국내에 자생하는 기름생산이 가능한 목본식물의 바이오디젤 원료로서의 이용가능성을 구명하기 위해 기름함량, 지방산 조성 및 전이에스테르화를 통해 생산된 바이오디젤의 특성분석을 실시하였다. 목본 기름식물의 종자 내 기름함량은 15.1 ~ 70.3%로 다양하였으며, 지방산조성은 주로 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 팔미트산 및 스테아르산 등 이였으며 올레산의 함량이 가장 높았고 모든 식물에서 불포화지방산이 포화지방산보다 많았다. 지방산메틸에스테르의 산화안정성은 2.25 ~ 8.62 hours/110℃로 나타났고, 요오드가는 때죽나무 기름이 가장 높았으며 이는 불포화지방산의 함량이 다른 식물 종보다 높기 때문이다. 저온 필터막힘점은 0℃ to -13℃로 다양하게 나타났으며 이팝나무 지방산메틸에스테르가 저온유동성이 가장 우수하였다. 기름함량, 지방산조성, 바이오디젤 특성 등을 종합하였을 때 동백나무, 이팝나무 및 때죽나무의 종자에서 추출한 기름이 바이오디젤로의 이용 가능성이 비교적 높은 것으로 생각된다.

Enzymatic biodiesel using lipase Novozyme-435 instead of using chemical catalyst was studied in this paper for cost reduction, increase of production efficiency and environment friendly product in this paper. In this paper the standard of biodiesel quality was met by using enzyme. The optimal reaction condition of methanol/waste oil molar ratio was 3, which 1 mol of methanol was injected at initial reaction. Then, each of 1 mol of methanol was injected at 4 hours of interval. Other reaction condition was like as follows : Reaction temperature, reaction time, agitation speed and amount of lipase were 55oC, 24 hours, 400 rpm, and 6wt%, respectively.

Since biodiesel as bioenergy is defined as ester compounds formed by esterification of animal/vegetable oils, in this study three vegetable cooking oils (market, waste and refined waste ones) were esterified by reactions of alkali catalyst and immobilized enzyme. The fatty acid composition of the formed ester compounds was analyzed to investigate the feasibility of biodiesel production. By lipolysis (i.e, hydrolysis of Triglyceride (TG)), all three vegetable oils used in this study were found to produce Diglyceride (DG), Monoglyceride (MD) and Fatty acid ethylester (FAEE). However, the amount of produced FAEE (which can be used as an energy source) was in the increasing order of market cooking oil, waste one and refined waste one. With NaOH catalyst, FAEE was produced about 24.92, 17.63 and 11.31 % for the respective oils while adding Lipozyme TL produced FAEE about 43.54, 38.16 and 24.47 %, respectively. This indicates that enzyme catalyst is more effective than alkali one for transesterification. In addition, it was found that the composition of fatty acids produced by hydrolysis of TG was unchanged with alkali and immobilized enzyme reactions. Thus it can be expected that stable conditions remain in the course of mixing with gasoline whose composition is similar to that of the fatty acids.

지금까지 양구슬냉이의 유전정보는 거의 연구되지 않았으므로 우리는 양구슬냉이의 잎으로부터 cDNA library를 제작하고 발현유전자의 종류와 기능별 분류를 조사하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. cDNA library에서 1334개 의 클론들을 얻었고 삽입된 단편들의 염기서열의 평균길이는 736bp였다. 우리는 1269개의 high-quality expressed sequence tags (ESTs) 서열을 얻었다. 이러한 EST의 클러스터 분석결과 고유 염기서열(unigene)을 가진 유전자의 수는 851개를 나타냈다. 2. Unigene 476개는 GeneBank에 기능이 알려진 유전자들과 고도의 상동성을 나타내었다. 다른 375개의 unigene들은 기능이 알려지지 않은 것들이었다. 나머지 63개는 NCBI데이터베이스에 어떤 유전자와도 상동성을 보이지 않았고 이러한 유전자들은 아마도 양구슬냉이의 잎에서 발현되는 새로운 유전자일 것으로 보인다. 3. 데이터베이스에서 상동성을 나타낸 EST들을 기능별 주석에 따라서 17개의 카테고리로 분류하였다. 대표적으로 가장 분포도가 높은 카테고리는 결합 기능 또는 보조인자 요구의 단백질(27%), 대사(11%), 세포 소기관 위치(11%), 세포수송과 수송기관 그리고 수송 경로(7%), 에너지(6%), 대사와 단백질 기능의 조절(6%) 등이 있다. 이러한 우리의 연구 결과는 양구슬냉이의 유용한 유전적 자원과 전반적인 mRNA 발현 정보를 제공해 줌으로써 대체 에너지 작물로 떠오르는 양구슬냉이의 다양한 분자적 연구에 기여할 것으로 사료된다.