Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 2015; 30(6): 332-338
Published online December 31, 2015 https://doi.org/10.7841/ksbbj.2015.30.6.332
Copyright © Korean Society for Biotechnology and Bioengineering.
Yang-Rae Kang1, Jin-Sik Hwang1, Ki-Han Bae1, Hoon-Ho Cho1, Eun-Jeong Lee2, Young-Son Cho2, and Ki-Du Nam1,*
1Il San Institute, Chilseo Ethanol Factory, Il San Trading Co., Ltd., Haman 52001, Korea, 2Department of Plant Resources, Gyeongnam National University of Science & Technology, Jinju 52725, Korea
Correspondence to:* Il San Institute, Chilseo Ethanol Factory, Il San Trading Co., Ltd., Haman 52001, Korea Tel:
The objective of this study was designed to determine the possibility of bioethanol production from wasted medium density fiberboard (wMDF). We were investigated the enzymatic saccharification characteristics using the enzyme (Cellic CTec3) after pretreatment with sodium chlorite. According to the component analysis results, the lignin contents before and after the pretreatment of wMDF (milling using sieve size of 1,000 μm) was significantly reduced from 31.13% to 4.11%. Therefore, delignification ratio of pretreated wMDF was found to be up to about 87-89% depending on the sieve size. And we were tested to compare the saccharification ratio according to the sieve size of wMDF (1,000 μm, 200 μm), but it was no significance depending on the sieve size. When enzyme dosage was 5% based on the substrate concentration, enzymatic saccharification ratio was obtained up to 70% by maintaining at 50°C for 72 hours. We could made the substrate concentration of pretreated wMDF (1,000 μm) up to 12% and then enzymatic saccharification ratio was 76.8%, also contents of glucose and xylose were analyzed to 77,750 and 14,637 mg/L, respectively.
Keywords: MDF, Pretreatment, Saccharification, Bioethanol
지금까지 바이오에탄올 생산에는 옥수수, 카사바 등 전분질 원료와 사탕수수, 사탕무와 같은 당질 원료를 주로 이용하였다. 하지만 곡물 자원을 바이오에탄올 생산에 사용함으로써 곡물 가격 상승이라는 부작용이 발생하여 식용 자원이 아닌 셀룰로오스계 바이오매스와 같은 비식용 자원을 확보하는 것이 이슈가 되었다.
셀룰로오스계 자원을 이용하기 위해 많은 연구가 이루어져 이를 활용한 바이오에탄올 생산 기술은 지속적으로 향상되었지만 바이오매스 자원의 안정적, 경제적 수급이 어렵다는 문제가 대두되었다. 원료 수급 문제를 해결하기 위해 생산 부산물 또는 생산 활동으로 발생하는 폐기물 등을 활용하는 것에 관심이 고조되었고, 이들 부산물 및 폐기물을 활용하여 바이오에탄올을 생산하는데 많은 상용기술이 개발되고 있는 추세이다. 이와 같은 시도는 안정적인 원료 수급과 더불어 폐자원을 재활용한다는 자원순환형 산업으로서도 긍정적인 효과가 부각되고 있다 [1,2].
그런 측면에서 우리나라에서만 매년 약 200만 m3 발생되는 MDF (medium density fiberboard)는 바이오에탄올 자원으로써 검토가 절실히 필요하다. MDF는 목재를 fiber로 분해한 후 수지를 도포하여 제조한 밀도 0.4~0.8 g/cm3의 목질 판상으로 목질 판상재 중에서 가장 가공성이 뛰어나 가구, 인테리어 내장용 등으로 많이 활용되고 있다. 그리고 다른 목질 판상재 (합판, particle board 등)는 재활용이 가능하지만 MDF는 해리하면 길이가 10 mm 이하로 짧아져 MDF 원재료로써 재활용이 불가능하여 전량 폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 이와 같이 폐기되는 MDF를 재활용하여 바이오에탄올을 생산한다면 긍정적인 효과는 클 것이다 [3,4].
셀룰로오스계 바이오매스를 바이오에탄올로 전환하기 위해서는 다음의 주요 과정을 거쳐야 한다. 먼저 셀룰로오스와 같은 다당류의 순도를 높이면서 불필요한 리그닌 등을 제거하는 전처리 (pretreatment) 과정이다. 그리고 셀룰로오스와 같은 다당류를 발효가 가능한 당으로 전환하는 당화 (saccharification), 당을 에탄올로 전환하는 발효 (fermentation), 발효된 발효액으로부터 에탄올을 회수 및 농축하는 증류 (distillation) 과정 등을 거쳐야 비로소 산업용 바이오에탄올을 얻을 수 있다. 특히, 셀룰로오스계 바이오매스를 이용하여 바이오 에탄올을 생산하기 위해서 가장 중요한 과정이 전처리이며, 원재료 특성에 따른 효과적인 전처리가 반드시 선행되어야하기 때문에 다양한 전처리 방법이 연구되어 왔다. 그리고 전처리한 다음 원재료 사용 농도를 최대한 높여 발효 기질인 당화액의 당 농도를 높이는 과정도 중요하다 [5-11].
지금까지 다양한 셀룰로오스계 바이오매스를 활용하는 연구가 진행되어 많은 성과도 있으나 항상 안정적인 대량 원료 수급의 문제로 상용화 또는 산업화 단계로 성장하는데 한계가 있었다. 그런 관점에서 원료 수급이 안정적인 폐MDF는 앞으로 RFS (신재생에너지 연료 혼합의무화제도) 시행 확대로 인한 바이오에탄올 보급 증가에 대비하여 좋은 자원으로써 부각될 수 있을 것으로 사료된다.
따라서 본 연구에서는 폐MDF를 에탄올 발효 기질로써의 활용 가능성을 검토하기 위해 폐MDF의 화학조성을 분석하고, 전처리 및 효소 당화를 실시하여 발효 기질인 폐MDF 당화액을 제조하였다.
본 연구의 재료인 폐MDF는 2013년에 동화기업에서 생산한 MDF로써 이를 분쇄하여 실험에 사용하였으며, 분체 크기에 따른 결과를 비교하기 위해 cutting mill (Fritsch, Germany)로 분쇄하여 sieve 크기 1,000 μm를 통과한 분체와 pin mill (TOP-06L-P, Korea)로 분쇄한 후 sieve 크기 200 μm를 통과한 분체를 동시에 실험하였다.
폐MDF의 전처리를 위해서는 아염소산나트륨 (Daejung, Korea)을 사용하였고, 당화에 사용한 효소는 상업용 당화 효소인 Cellic CTec3 (Novozymes, Denmark)를 사용하였다.
목질 섬유소의 효과적인 전처리 방법을 연구하기 위해 아염소산나트륨으로 전처리를 하였다. 분쇄한 폐MDF를 증류수에 침지하여 121°C에서 25분 동안 열수 처리하여 합성수지를 제거한 다음 건조 후 시료로 사용하였다. 시료 300 g과 0.5 Macetic acid buffer 3,000 mL를 가한 다음 아염소산나트륨 120 g과 아세트산 수용액 24 mL을 첨가하였다 [12]. 반응조에 교반기를 장착하고 1시간 동안 70°C에서 150 rpm으로 교반하며 반응하면서 1시간 간격으로 같은 양의 아염소산나트륨과 아세트산 수용액을 첨가하였으며, 1시간에서 최대 5시간 동안 탈리그닌 처리하였다. 이를 글라스필터로 여과한 다음 증류수로 중성이 될 때까지 세척한 후 건조하였다.
폐MDF의 전처리 전과 후의 성분 조성을 비교하기 위해 목질 섬유소 주요 성분분석을 실시하였다. 분석 항목은 glucan, hemicellulose, lignin, extractives 및 ash 등이며, 모든 분석은 NREL (National Renewable Energy Laboratory)의 laboratory analytical procedures 방법으로 분석하였으며, 전처리 전과 후의 lignin 제거율 등을 비교하여 전처리 특성을 확인하였다 [13].
폐MDF를 cutting mill과 pin mill로 각각 분쇄한 다음 전처리하여 분체 크기에 따른 전처리 전과 후의 구조 변화를 확인하기 위해 전계방사형 주사전자현미경 (FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope, TESCAN, USA)으로 촬영하여 관찰하였다.
전처리한 폐MDF를 효소 당화하기 위해 Cellic CTec3 당화 효소로 효소 사용량, 당화시간, 기질농도 비교 등의 실험을 하였다. 전처리한 폐MDF에 0.1N acetate buffer (pH 5.0)와 증류수를 가하여 기질농도에 맞게 제조한 다음 효소 당화를 위해 당화 효소를 첨가한 후 진탕 배양기에서 50°C, 140 rpm 조건으로 당화하였다. 당화가 끝난 당화액은 HPLC를 이용하여 당을 분석하였고, 당화 정도를 비교하기 위해 당화율 (saccharification ratio, SR)을 다음과 같이 계산하여 평가하였다.
당화 효소 Cellic CTec3의 적정 사용량과 당화 작용 시간을 확인하기 위해 실험하였다. 먼저 전처리한 폐MDF에 0.1N acetate buffer (pH 5.0)와 증류수를 가하여 전처리 폐MDF 기질 농도를 4%로 제조하였다. 여기에 Cellic CTec3를 전처리한 폐MDF 대비 1, 3, 5, 7 및 10% (w/w)로 첨가하여 진탕 배양기에서 50°C, 140 rpm 조건으로 144시간 동안 효소 당화를 진행하였다. 효소 당화 과정에서 당화 정도를 확인하기 위해 24시간 간격으로 HPLC로 당을 분석하여 당화율을 비교하였다.
효소 사용량과 당화시간 결과를 바탕으로 전처리 폐MDF의 적합한 기질 농도를 설정하기 위해 실험하였다. 전처리한 폐MDF에 0.1N acetate buffer (pH 5.0)와 증류수를 가하여 기질 농도를 각각 4, 8, 10 및 12%로 제조하였다. 여기에 Cellic CTec3를 기질 농도 대비 10% 첨가하였으며, 이를 진탕 배양기에서 50°C, 140 rpm 조건으로 120시간 당화한 다음 HPLC로 당을 분석하였다. 그리고 실험과정에서 초기부터 기질 농도를 10% 이상으로 높이는 것에 한계가 있어 최고 기질 농도 12%로 높이는 방법을 fed batch (미생물 회분배양의 한 방법으로 영양성분을 배양 중에 첨가하여 미생물의 생산성을 높이는 배양법)로 추가하는 실험을 병행하였다. 초기에는 8%로 제조하여 24시간 당화한 다음 전체량 대비 4%의 폐MDF를 추가하여 최종 12%로 만들어 120시간 동안 당화하였다. 또한, 전처리 폐MDF 기질 농도 증가에 따른 점도를 확인하기 위해 점도계 (DV2T, Brookfield, USA)로 측정하였다.
당 분석을 위해서 당 표준물질은 Sigma-Aldrich (St. Louis, USA) 제품을 사용하였고, 시료는 syringe filter (0.2 μm)로 여과한 후 HPLC (High Performance Liquid Chromatography, Agilent 1260 series, USA)를 이용하여 분석하였다. Column은 ZORBAX Carbohydrate Analysis (Agilent Technologies, 4.6 × 150 mm, 5 μm), 검출기는 RID (Refractive index detector)를 사용하였다. 이동상은 초순수와 acetonitrile을 혼합한 75% acetonitrile 용액을 사용하였으며, column 온도는 30°C, 샘플의 주입량은 10 μL, 이동상의 유속은 0.8 mL/min 조건으로 분석하였다.
폐MDF 성분분석 결과는 Q-test (Dixon's test)를 활용하여 25회 반복 분석한 데이터의 평균 및 표준편차를 산출하여 유의적인 차이를 비교하였으며, 그 외의 분석 결과는 5회 반복 측정한 분석치를 평균값으로 계산하여 나타내었다.
일반적인 목질계 바이오매스의 3대 구성 성분은 glucan, hemicellulose 및 lignin으로서 목재의 종류, 재배 지역 및 기후 등에 따라 상이하지만 일반적으로 glucan 40~45%, hemicellulose 20~30% 및 lignin 25~35%로 구성되어 있다 [14].
폐MDF의 화학조성을 확인하기 위해 Table 1과 같이 전처리 전과 후의 구성 성분을 분석하였다. NREL procedure에 따라 분석한 결과 폐MDF의 주요 성분은 glucan 38.00%, hemicellulose 15.46% 및 lignin은 31.13%로 나타났다. 대부분의 성분이 일반적인 분석 결과와 비슷하였으나 hemicellulose의 함량이 조금 낮은 것이 특징이었다. MDF를 만드는데 사용하는 원재료가 합판공장에서 발생하는 부산물과 소경목 등 주로 침엽수인 것을 감안한다면 다른 성분은 비슷하였다.
Table 1 . Composition of wMDF
Components | Composition (wt.%) | ||
---|---|---|---|
Untreated wMDF (1,000 μm) | Treated3) wMDF (1,000 μm) | Treated wMDF (200 μm) | |
Glucan | 38.00±0.532) | 63.25±0.96 | 62.98±1.01 |
Hemicellulose | 15.46±0.16 | 16.24±0.25 | 15.84±0.44 |
Lignin (AlL) | 31.13±0.80 | 4.11±0.07 | 3.31±0.17 |
Extractives (Water) | 11.61±0.39 | 8.88±0.46 | 7.60±0.54 |
Extractives (EtOH) | 1.52±0.05 | 1.16±0.21 | 1.16±0.07 |
Ash | 0.09±0.01 | 0.03±0.00 | 0.03±0.00 |
Others1) | 2.19 | 6.33 | 9.08 |
Delignification ratio (%) | 86.80 | 89.37 |
1)Not calculation
2)Mean±SD (n=25)
3)Treated using the sodium chlorite
그리고 전처리한 폐MDF의 화학조성 결과는 먼저 1,000 μm 분체를 사용한 실험은 glucan 63.25%, hemicellulose 16.24% 및 lignin은 4.11%로 확인되었고, 200 μm 분체의 경우는 glucan 62.98%, hemicellulose 15.84% 및 lignin은 3.31%로 분석되었다. 분체 크기가 작을수록 glucan과 hemicellulose 함량은 소폭 감소하였고, 반면 lignin 제거는 잘 되는 경향이었으나 큰 차이는 없었다. Holocellulose (glucan과 hemicellulose의 합계)로 비교하면 전처리 전에는 53.46%에서 전처리 후에는 분체 크기에 따라 각각 79.49%, 78.82%로 분석되었다. 그리고 lignin은 31.13%에서 분체 크기에 따라 각각 4.11%, 3.31%로 월등히 감소한 것이 가장 중요한 특징이며, lignin 제거율은 분체 크기별로 86.8%, 89.4%에 이르는 것으로 나타났다. 목질 섬유소의 전처리 과정에서 가장 중요한 특징은 당 성분의 회수율은 최대화하면서 lignin 함량은 최소화하는 것인데, 그런 측면에서 본 연구의 전처리 효율은 뛰어난 것으로 평가된다.
폐MDF의 전처리 전과 후의 표면 구조 변화를 확인하기 위해 FE-SEM으로 촬영하여 비교하였으며, 그 결과는 Fig. 1과 같다.
FE-SEM 분석 결과, 전처리한 폐MDF 표면을 관찰하면 깨끗하고 정돈된 모양으로 변하였으며, 표면에 주름이 많이 있는 것이 특징이었다. 이는 전처리 과정에서 lignin 등이 제거되면서 깨끗한 표면구조로 바뀐 것으로 사료되며, 전처리 과정에서 목질 섬유소의 조직이 연화되어 주름이 생긴 것으로 판단된다. 전처리 전과 후의 표면 구조가 확실히 달라진 것이 관찰되었으나 폐MDF의 분체 크기에 따른 뚜렷한 차이는 확인하기 어려웠다.
본 연구에서는 목질계 바이오매스를 활용하여 바이오에탄올을 생산하는 과정에서 가장 중요한 전처리와 당화 공정을 확립하여 발효 기질이 되는 당화액을 제조하는 것이다. 전 과정에서 폐MDF를 아염소산나트륨으로 전처리를 한 다음 성분 분석과 FE-SEM 촬영을 통하여 전처리가 원만하게 진행된 것을 확인하였다. 전처리한 폐MDF를 사용하여 목질계 바이오매스에 효과적인 Cellic CTec3 당화 효소를 이용하여 최적의 효소 당화 조건을 확인하기 위해 실험하였다.
당화 효소 Cellic CTec3의 적절한 사용량과 당화 작용 시간을 확인하기 위해 전처리한 폐MDF 기질 농도를 4%로 제조하였다. 기질 농도 대비 당화 효소를 1, 3, 5, 7 및 10%로 각각 사용하여 당화 시간에 따른 당화 정도를 비교하였으며, 그 결과는 Fig. 2와 같다.
당화 효소 사용량 1% 및 3% 실험은 144시간까지 당화가 계속 진행되는 경향을 보였으나 낮은 당화율을 나타내었다. 특히, 1%를 사용한 실험은 144시간까지 당화를 하여도 최종 당화율이 약 40%인 것으로 확인되었고, 3%를 사용한 실험은 48시간까지는 당화율이 50% 정도였으나 144시간에는 73%로 분석되었다. 반면 효소를 5% 이상으로 사용할 경우 72시간에 당화율이 70%를 상회하였으며, 그리고 10%를 사용한 실험은 72시간에 당화율이 80%에 근접하였으며, 144시간까지 진행한 결과 당화율 82%로 확인되었다. 이와 같이 사용량 10%의 실험은 72시간 이상으로 당화할 경우 증가가 미미하여 72시간 내에 당화를 끝낼 수 있을 것으로 판단된다. 이는 섬유질계 바이오매스를 암모니아수로 전처리한 다음 72시간 동안 효소 당화한 결과 90.5%의 당화율을 나타내는 결과와 비슷한 패턴을 보였다 [15].
그리고 분체 크기에 따른 실험 결과는 200 μm 분체를 사용한 실험에서 초기 24시간 경에는 당화율이 조금 높았으나 72시간 이상으로 당화하면 당화율 차이를 확인하기 어려워 분체 크기에 따른 최종 당화 결과에서의 뚜렷한 비교는 어려웠다.
또한, 기질 농도 대비 당화 효소를 1, 3, 5, 7 및 10% 첨가하여 144시간 효소 당화하여 당을 분석한 결과는 Fig. 3과 같다. 실험결과, 효소 사용량 1%일 때는 glucose와 xylose 함량은 각각 약 13,000 mg/L, 3,500 mg/L로 낮았으나 3% 이상일 때는 glucose는 약 25,000 mg/L, xylose는 약 5,000 mg/L로 분석되었다. 특히, 효소 사용량 5%부터는 그 이상을 사용하여도 120시간 이상 효소 당화하면 최종 결과는 큰 차이가 없었다.
따라서 전처리 폐MDF 기질 농도 4%에서는 당화 효소를 5% 이상 사용하면 72시간에 당화율 70%를 이른다는 결과를 확인하였으며, 분체 크기 비교 실험은 초기 24시간에는 분체 크기가 작을수록 당화가 빨랐으나 72시간 이상 효소 당화하면 당화율 차이가 없는 것으로 분석되었으므로 1,000 μm 분체로 당화 및 발효가 충분하다고 판단된다.
목질계 바이오매스를 활용하여 바이오에탄올을 생산하기 위해서는 전처리 과정도 중요하지만 당화 과정에서 바이오매스 사용량을 높여 발효 기질인 당화액의 초기 당 농도를 최대한 높이는 것이 중요하다. 발효 기질의 당 농도를 높이는 것은 최종 발효액의 에탄올 함량을 높이는 결과가 되기 때문에 바이오에탄올 산업에서는 중요한 부분이다. 왜냐하면 발효액 중의 에탄올을 회수 및 농축하는데 전체 에너지 소비량의 약 80~85%가 소비되기 때문이다. 현재 주정산업에서는 발효액의 에탄올 함량이 약 9~11%로 증류 공정으로 공급되는 반면 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올 생산을 위한 대부분의 연구결과는 에탄올 함량이 2~5%로 낮은 것이 현실이다. 이는 목질계의 hollocellulose 함량이 다른 곡물, 서류나 당질원료보다 낮고 구조상 기질농도를 높이는데 한계가 있기 때문이다 [15-21].
당화액의 기질 농도를 높이기 위해 전처리 폐MDF 기질농도를 4, 8, 10 및 12%로 제조하였고, 밀도가 낮아 그 이상으로 높이는 것은 한계가 있었다. 그리고 고형분 증가에 따른 당화율 감소를 감안하여 당화 효소 사용량은 기질 농도 대비 10%를 사용하였다.
실험결과는 Table 2와 같으며, 전처리 폐MDF 기질 농도를 4, 8, 10 및 12%로 제조하여 120시간 동안 당화한 결과 기질농도를 높일수록 당화율이 감소하였다. 기질농도 12%에서는분체 크기별 당화율이 200 μm 분체는 63.4%, 1,000 μm 분체는 76.8%로 확인되며, 이 때 glucose 함량은 각각 62,713 mg/L, 77,550 mg/L로 분석되었다. 그 이상으로 높이는 방법은 어려울 것으로 판단되며, 기질 농도 10% 이상을 사용한 실험에서는 분체 크기가 작을수록 오히려 당화율이 감소하는 것이 특징이었다. 이는 미분쇄에 의해 표면적은 증가한 반면 급격한 점도 상승으로 효소의 작용이 어려워졌기 때문에 나타난 결과로 사료된다. 그리고 기질 농도를 최대한 높이기 위해 fed batch 방식으로 어느 정도 당화가 진행되면 추가로 기질을 첨가하는 방법을 비교하였으나 뚜렷한 차이는 없었다. 기질 농도 증가에 따라 점도가 높아지면 효소 당화, 발효 및 증류 공정에서 여러 가지 문제가 발생한다. 특히, 증류 공정 중 mash column에서 열교환 효율이 떨어지고 증류탑에 편류현상이 발생하는 등 에너지 소비가 증가하게 된다. 기질농도 증가에 따른 점도를 측정한 결과 12% 기질 농도를 사용한 실험의 점도는 1,000 μm 분체는 19.7 cP로 분석되어 양호하였고, 반면 200 μm 분체는 52.5 cP로 상당히 높았다.
따라서 분체 크기 1,000 μm로 분쇄한 폐MDF를 사용하여 기질 농도 12%로 제조하여 효소 당화하면 당화율 76.8%, glucose 함량 77,550 mg/L의 양호한 결과를 확인하였다. 반면 분체 크기가 작은 200 μm를 사용한 실험은 기질 농도를 10% 이상으로 높일 경우 당화율도 급격히 감소하고 점도도 증가하는 등의 문제가 있었다.
Table 2 . Degree of enzymatic saccharification according to the contents of wMDF
Stain | Data | Contents of treated wMDF | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
4% | 8% | 10% | 12% | 12%-FB1) | ||
1,000 μm | SR (%) | 81.7 | 79.7 | 78.7 | 76.8 | 75.8 |
Glucose (mg/L) | 27,783 | 55,711 | 68,089 | 77,550 | 76,556 | |
Xylose (mg/L) | 4,892 | 8,066 | 10,594 | 14,637 | 14,405 | |
Viscocity (cP/19°C) | 2.3 | 6.2 | 13.2 | 19.7 | 18.6 | |
200 μm | SR (%) | 82.2 | 79.7 | 75.0 | 63.4 | 67.2 |
Glucose (mg/L) | 27,790 | 54,747 | 62,761 | 62,713 | 66,868 | |
Xylose (mg/L) | 5,099 | 9,009 | 12,236 | 13,415 | 13,745 | |
Viscocity (cP/19°C) | 2.4 | 8.4 | 17.4 | 52.5 | 42.2 |
1)Fed batch : Initial content 8% + add 4% (after 24 h).
본 연구에서는 해마다 폐기물로 처리되는 200만 m3 정도의 MDF를 활용하여 바이오에탄올 생산 가능성을 검토하기 위해 폐MDF의 성분분석을 하고, 전처리 및 효소 당화를 하여 폐MDF 당화액을 제조하였다. 폐MDF의 분체 크기에 따른 결과 비교를 위해 sieve 크기 1,000 μm와 200 μm를 통과한 분체로 실험하였으나 결과는 유사하였다. 폐MDF와 전처리한 폐MDF의 화학조성은 폐MDF의 경우는 glucan 38.00%, hemicellulose 15.46% 및 lignin은 31.13%로 나타났으며, 전처리한 폐MDF의 구성성분은 glucan 63.25%, hemicellulose 16.24% 및 lignin은 4.11%로 분석되어 전처리 전과 후의 holocellulose 함량은 각각 53.46%, 79.49%로 분석되었고, 전처리 후의 lignin 제거율은 분체 크기에 따라 약 87~89%에 이르는 것으로 나타났다. 전처리 폐MDF를 4% 농도로 제조한 다음 당화 효소를 기질 농도 대비 1, 3, 5, 7 및 10%를 사용하여 효소 당화한 결과 1, 3% 사용한 것은 당화율이 많이 낮았으나 5% 이상 사용한 실험은 당화시간 72시간 경에 당화율이 70%에 이르렀고, 최종적으로는 80%에 육박하였다. 그리고 기질 농도를 높이기 위해 4, 8, 10 및 12% 농도로 제조하여 당화를 비교한 결과 8%까지는 최종 당화율이 약 80%에 이르렀으며, 기질 농도 10% 이상에서는 당화율이 조금씩 감소하였다. 기질 최고 농도 12%에서는 200 μm 분체를 사용한 실험의 경우 glucose 함량은 62,713 mg/L, xylose 13,415 mg/L로 분석되어 당화율은 63.4% 였으며, 1,000 μm 분체는 glucose 77,550 mg/L, xylose 14,637 mg/L로 분석되어 당화율이 76.8%에 이르는 것으로 확인되었다. 당화액의 기질 농도를 최대한 높이기 위해 10% 이상으로 높일 경우 분체 크기가 작은 실험에서 급격한 점도 상승으로 당화율이 감소하는 역효과가 발생하여 미분쇄의 장점을 확인하기 어려웠다. 따라서 1,000 μm 크기 분체의 12% 고농도 바이오매스를 효소 당화하면 당화율 76.8%에 이르는 양호한 결과를 확인하였으며, 더 이상 높이는 것은 한계가 있었다. 향후 폐MDF를 활용하여 바이오에탄올 생산 상용화를 위해서는 고형분 함량을 12% 이상으로 높이면서 경제성을 개선하는 연구가 필요할 것으로 사료되며, 이들 문제가 해결된다면 폐MDF를 이용한 바이오에탄올 생산 가능성이 높을 것으로 판단된다.
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