바이오 에탄올은 어떻게 만드나요?

Question

바이오 에탄올은 일반 에탄올과 어떻게 다른가요?

바이오 에탄올을 만드는 방법과 재료는 무엇이머

과학적인 원리는 무엇인지 궁금합니다

Answer 1

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

흔히 사탕수수와같은 식물들을 정제하여 설탕을 얻고 남은곳에서 에탄올을 얻어냅니다.
이렇게 자연으로부터 직접 추출할 수 있는 에탄올들을 바이오에탄올 이라고 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.

바이오에탄올을 만드는 과정은 크게 생물학적 원료의 준비, 당화, 발효, 그리고 정제의 네 단계로 나눌 수 있습니다. 이 과정에서 과학적 원리가 다양하게 적용되며, 주로 사용되는 재료는 설탕, 전분, 또는 셀룰로오스가 풍부한 생물학적 원료입니다.

1. 원료 준비

바이오에탄올을 생산하기 위한 원료는 대개 설탕수수, 옥수수, 밀, 감자, 카사바, 또는 농업 부산물 등이 사용됩니다. 이 원료들은 설탕, 전분, 또는 셀룰로오스 형태의 탄수화물을 포함하고 있어 에탄올 생산의 기본 물질이 됩니다.

2. 당화

전분이나 셀룰로오스를 포함하는 원료는 당화 과정을 통해 단순한 설탕으로 분해됩니다. 전분 기반 원료의 경우, 효소(아밀라아제)를 사용하여 전분을 당분으로 전환합니다. 셀룰로오스 기반 원료의 경우, 셀룰라아제와 같은 효소가 필요하며, 이 과정이 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

3. 발효

당분이 준비되면, 효모 또는 특정 박테리아를 사용하여 당분을 에탄올로 발효시킵니다. 이 과정은 저산소 환경에서 이루어지며, 당분이 알코올과 이산화탄소로 전환됩니다.

4. 정제

발효가 끝난 후, 혼합물은 정제 과정을 거쳐 순수한 에탄올을 추출합니다. 이 과정에는 증류와 탈수가 포함되며, 최종적으로 바이오에탄올이 생산됩니다. 증류 과정에서 에탄올은 다른 성분들보다 낮은 끓는점을 이용하여 분리됩니다. 탈수 과정은 에탄올에서 물을 제거하여 더 높은 순도의 에탄올을 얻기 위해 필요합니다.

참고가 되셨으면 합니다!

Answer 3

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

바이오 에탄올은 주로 식물성 원료를 사용하여 생산됩니다. 일반적으로는 곡물, 사탕수수, 과일, 나무 등의 탄수화물이 효모나 세균을 이용하여 발효되어 생산됩니다.

1. 발효: 곡물이나 과일 등의 탄수화물을 물과 섞어 발효 탱크에서 발효시킵니다. 이때 효모나 세균이 탄수화물을 분해하여 알코올과 이산화탄소를 생성합니다.

2. 정제: 발효과정을 통해 얻은 알코올 혼합물을 정제하여 순수한 에탄올을 얻습니다. 이 과정에서 증류나 여과 등의 방법을 사용하여 불순물을 제거합니다.

3. 수송 및 저장: 정제된 바이오 에탄올을 수송 및 저장하여 필요한 곳으로 공급합니다.

Answer 4

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

생산공정은 사용하는 바이오매스의 종류에 따라 다르나 일반적으로 바이오매스의 전처리 후 당화과정과 발효 과정을 거쳐 생산된다. 1세대로 분류되기도 하는 당질계 식물(사탕수수, 사탕무)을 사용할 경우 전처리 과정과 당화 과정이 필요하지 않아 미생물을 이용한 당 발효과정을 통해 에탄올을 생산할 수 있으나, 2세대로 분류되는 감자와 고구마 같은 녹말질계를 사용할 경우 미생물에 의한 발효 유효물질인 당 생산을 위한 당화 과정이 필요하며, 2, 3세대로 분류되는 나무와 같은 목질계 원료나 해조류의 경우 전처리를 통한 셀룰로스(섬유소) 분해와 당화과정이 발효과정 이전에 추가가되어야 한다.

바이오에탄올 생산과정 (출처:이상원)

전처리 과정

목질계를 이용한 바이오매스 생산시 진행되는 첫단계 과정으로, 기계적인 전처리, 열적 전처리, 화학적 전처리 기술이 일반적으로 이용되며 다음단계에서 진행될 당화 증진이 목적이다.

기계적인 전처리 : 입자 크기와 결정화를 감소시키는 과정으로 물리적 파쇄를 통해 표면적을 증가시켜, 당화에 이용되는 식물의 고분자 물질인 섬유소, 헤미섬유소를 생산한다.

열적 전처리 : 뜨거운 증기나 물을 이용하여 효소에 의한 섬유소 가수분해를 용이하게 하고, 가수분해 저항성 물질의 형성을 저해하거나 제거 한다.

화학적인 전처리 : 산이나 알카리 화학물질을 이용한 전처리 방법으로 헤미섬유소의 가용화와 리그닌 제거 등을 통한 가용 섬유소의 양적 확보와 당화를 위한 효소의 접근성을 높인다.

당화 공정(분해과정)

식물의 바이오매스가 가진 다당류 고분자 물질을 분해하여 알코올 생산에 용이한 단당류로의 전환과정에 사용되는 기술로 섬유소나 헤미섬유소를 분해하는 다양한 효소들이 주로 사용되고 있다. 식물의 세포벽은 1, 2차로 구분되며 2차세포벽의 경우 헤미섬유소보다 많은 비중(20~30%)를 차지하는 리그닌의 경우 알려진 분해효소가 많지 않으며, 전처리 과정을 통해 분해 제거하는 방식을 주로 사용하고 있다.

발효 공정

당화 과정을 통해 만들어진 단당류를 이용, 미생물의 알코올 발효 대사과정을 통해 에탄올을 포함한 다양한 알코올을 생산한다. Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli, Zymomonas mobilis와 같은 미생물이 주로 사용된다.

정제 공정

발효 공정에서 생산된 에탄올은 여전히 ​​상당량의 물을 함유하고 있어, 정제과정을 필요로 한다. 일반적으로 물과 알코올이 가지는 비등점의 차이에 의한 분별 증류 방법을 통해 분리한다.

Answer 5

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
바이오 에탄올은 주로 식물성 원료를 사용하여 생산되는 에탄올을 말합니다. 일반 에탄올은 주로 석유 기반 원료를 사용하여 생산됩니다. 바이오 에탄올은 주로 옥수수, 밀, 사탕수수 등의 식물을 발효시켜 얻을 수 있습니다. 이러한 식물성 원료를 발효시켜 얻은 바이오 에탄올은 친환경적이고 재생 가능한 에너지원으로 인정받고 있습니다

Answer 6

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

바이오 에탄올과 일반 에탄올의 주요 차이점은 원료와 생산 방식입니다. 바이오 에탄올은 사탕수수, 옥수수, 감자, 볏짚 등 바이오매스를 발효하여 생산합니다. 반면, 일반 에탄올은 석유나 천연가스를 분해하여 생산합니다. 과학적인 원리는 두 에탄올 모두 동일합니다. 효모균을 이용하여 당을 에탄올로 전환시키는 발효 과정을 거치죠. 바이오 에탄올은 재생 가능한 에너지로서 탄소 순환 과정을 통해 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 또한, 일반 에탄올에 비해 높은 옥탄가를 가지고 있어 엔진 효율을 높일 수 있습니다. 결론적으로, 바이오 에탄올은 친환경적이고 효율적인 차세대 에너지원으로 주목받고 있습니다.