[화학공학] 바이오부탄올 생산공정의 발전과정 및 미래전망

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목차: Contents
1. Introduction

2. 부탄올 기존 합성공정 역사

3. 근래에 각광받는 이유와 바이오 부탄올의 장점

4. 최신 기술 동향
- 생성능력이 증가된 재조합 미생물을 이용한 부탄올 제조 방법
- 재조합 변이 미생물을 이용한 부탄올 또는 혼합 알코올의 제조 방법

5. 현재 공정의 한계 Problems with the microbial production of butanol
-
6. 결론

본문내용: 2. 부탄올 기존 합성공정 역사

바이오부탄올의 산업적 생산은 1916년에 시작되었다. 그 당시 ABE(acetone, butanol, ethanol)의 발효 방법은 bacteria Clostridia acetobutylicum을 이용하였는데 이 acetone-producing oranism은 Haim Weizmann (미국 특허 # 1 315 585)에 의해 발견되었다. 1차 세계대전 동안 영국은 미생물학자에게 cordite이라는 smokeless gunpower를 만들기 위해 사용된 아세톤(acetone)에 대한 권리를 포기하도록 요청하였고 그로 인해 이 과정은 1920년대까지 아세톤(acetone) 생산을 위해서 이용되었다. 그 후 machine building industry는 전체 market을 급격하게 변화시켰으며 192년까지 부탄올은 ABE의 생산에 중요한 key products가 되었다. 그리고 ABE 발효는 hydrogen, isopropanol, acetic, lactic, propionic and butyric acids, carbon dioxide, 그리고 lipids의 많은 부산물들을 만들어냈다. 따라서 주요한 발효산물들은 분리될 필요가 있었는데 이러한 부산물들을 제거함에 따라 butanol을 얻는데 필요한 비용의 증가를 초래하였다. 뿐만 아니라 1960년대 석유화학의 발전으로 생물학적으로 생산되는 바이오부탄올은 거의 사라지게 되었다. 그러나 최근 원유가의 급격한 상승과 더불어 부탄올은 레진(resins)과 합성섬유(plastifibers)의 생산과 페인트와 니스,광택제산업에서의 용매로서 사용될 뿐만 아니라 multiple organic compounds의 합성에도 사용되고 있으며 특히, 수송기관의 연료로써 사용될 수 있다는 사실을 발견하고 나서 바이오부탄올이 다시 각광을 받고 있다. 최근에는 오일로부터 부탄올을 생성하기 위한 가장 효과적인 방법으로 halogenalkane hydrolysis와 alkene hydrolysis with hydration을 이용하고 있다.
- ABE fermentation

Clostridium acetobutylicum에 의한 ABE(acetone, butanol, ethanol) 발효는 발효산업에서 가장 오래된 방법중의 하나로 이는 yeast에 의한 ethanol 발효에 이어 생산규모가 두 번째로 크며 가장 큰 biotechnological 과정들 중 하나이다. 그러나 사실 발효는 꽤 복잡하고 조절하는데 어렵다. 따라서 ABE 발효는 1950년대 이후로 계속적인 쇠퇴를 해왔으며 지금은 거의 모든 부탄올은 석유화학적 루트를 통하여 생성된다. 바이오테크놀로지로써 ABE 발효는 C. acetobutylicum에 의해 butyric, propionic, lactic and acetic acids가 먼저 생성되며 pH가 감소되어 대사적 “butterfly” shift 겪으면서 부탄올, 아세톤, 이소프로판올 그리고 에탄올이 생성된다. 전형적인 ABE 발효에서는 글루코즈로부터 부탄올의 생성량이 매우 낮은데 보통 약 15%정도이며, 드물게 25%정도까지 생성된다. 부탄올의 생성은 엄격한 생산물저해(production inhibition)에 제한되어 있다. 왜냐하면 부탄올의 1% 농도만으로 세포 성장과 발효 과정을 상당히 억제할 수 있기 때문이다. 따라서 부탄올 농도는 보통 1.3%보다 낮다.
20년 전, ABE 발효를 하는데 있어, 부탄올의 생산을 증가시키기 위해 세포 재순환, 세포의 밀도를 증가시키기 위한 부동화(immobilization), reactor productivity와 product inhibition을 최소화하기 위한 추출(extractive)발효를 사용하는 등의 많은 기술적인 시도들이 있었다. 그런 많은 노력들에도 불구하고 결과는 좋지 않았다. 따라서 ABE 발효과정을 최적화하는 것이 이 산업의 오랜 목표라고 할 수 있다. 때문에 Clostridium tyrobutyricum 그리고 Clostridium acetobutylicum의 배양균을 통한 새로운 과정의 개발이 계속적으로 이루어지고 있다. 기존의 ABE 발효와 비교하여 새로운 과정은 아세트산, 젖산, 프로피온산, 아세톤, 이소프로판올 그리고 에탄올 생산을 제거하며 오직 수소, 이산화탄소, 부틸산 그리고 부탄올을 생산한다. 또한

참고문헌: Reference

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KR 2009-0089829 20090922 P. 이상엽 장유신 이진영 이종민 박진환. 부탄올 생성능력이 증가된 재조합 미생물 및 이를 이용한 부탄올의 제조 방법
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김덕한. Auto Journal_ 2010. 08. 바이오부탄올 기술의 현황 및 전망
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부탄올 역사
History, Technologies, Producers
http://www.abercade.ru/en/materials/analytics/339.html
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http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/843183.pdf

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