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알코올에서 연료로: 하지만 알코올이 미래 바이오연료에 가장 좋은 선택인 이유는 무엇일까?
지속 가능한 에너지 솔루션을 모색하는 오늘날, 바이오연료에 대한 연구가 점점 더 주목을 받고 있습니다. 특히 부탄올은 재생 에너지 옵션으로 폭넓은 주목을 받고 있습니다. 미생물 발효를 기반으로 한 이 과정을 통해 인간은 탄수화물을 귀중한 에너지로 전환할 수 있으며, 이는 미래의 연료 솔루션 중 하나가 될 수 있습니다.
알코올 연료는 재생 가능한 자원에서 추출할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 밀도도 높습니다.
에탄올, 아세톤 및 부탄올: ABE 발효 과정
에탄올-아세톤-부탄올(ABE) 발효는 위스만 공정이라고도 하며, 혐기성 박테리아를 이용하여 탄수화물을 아세톤, 부탄올, 에탄올로 전환합니다. 이 기술은 화학자 차임 바이츠만에 의해 처음 개발되었으며, 1차 세계대전 중에 필요한 군수품을 생산하는 데 사용되었습니다.
효모가 당을 발효시켜 에탄올을 생산하는 것과 유사하게 ABE 발효는 엄격히 혐기성 미생물에 의해 수행됩니다. 가장 흔한 Clostridium acetobutylicum을 포함한 이러한 미생물은 산소가 없는 환경에서 자라고 발효를 수행하여 이러한 유용한 용매를 생산합니다. 이 과정에서 생성되는 용매 비율은 아세톤 3부, 부탄올 6부, 에탄올 1부입니다. 역사적 배경그러나 알코올의 생물학적 생산은 1861년 루이 파스퇴르에 의해 처음 이루어졌습니다. 이후, 오스트리아의 생화학자 프란츠 자르딩거가 1905년에 아세톤을 생산하는 방법을 발견하였고, 1910년에는 감자 전분을 이용한 부탄올 발효 공정을 더욱 발전시켰습니다. 제1차 세계대전이 발발하면서 ABE 발효 공정은 1916년에 산업화되었고 빠르게 미국과 영국으로 확대되었습니다.
이 기술의 발전은 국제 정세와 밀접한 관련이 있으며, 알코올에 대한 수요가 급격히 증가했습니다.
개선 시도
시간이 지나면서 ABE 발효는 석유화학제품과의 경쟁으로 인해 경제적으로 실행 불가능해졌습니다. 과학자들은 이 기술을 되살리기 위해 생산성을 높이고 비용을 절감하는 데 주력하고 있습니다. 이러한 전략에는 목질셀룰로오스 폐기물이나 조류와 같은 저렴한 원료를 사용하고, 알코올 독성이 있지만 내성이 있는 새로운 균주를 조사하고, 발효 반응기의 설계를 최적화하는 것이 포함됩니다.
제품 순도를 높여야 할 필요성으로 인해 가스 제거, 막 분리, 역삼투를 비롯한 여러 새로운 기술이 등장했습니다.
현재 전망
현재 ABE 발효는 특히 미래의 대체 에너지원으로 기대되는 재생 가능한 부탄올을 생산하는 바이오연료로서의 잠재력 때문에 주목을 받고 있습니다. 국제 에너지 기구에 따르면, 바이오연료는 2060년까지 교통 에너지 소비량의 30%를 차지할 것으로 예상됩니다.
부탄올은 가솔린 엔진에서 직접 사용할 수 있고 기존의 파이프라인과 주유소를 통해 유통할 수 있어 전통적인 에탄올보다 더 매력적인 옵션입니다. 또한 부탄올의 응용 범위가 확대되고 있으며, 연료 첨가제부터 코팅 용제까지 수요가 늘어나고 있습니다.
재생 가능한 자원인 부탄올은 높은 에너지 밀도와 낮은 휘발성으로 인해 에너지 시스템을 혁신할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
그렇다면 세계가 재생 에너지에 더욱 집중함에 따라 부탄올이 에너지 전환을 주도하는 중요한 힘이 될까요?
