전처리는 실질적인 셀룰로스 전환공정을 위해 중요한 도구이며, 효율적인 당화(바이오매스의 탄수화물을 단당으로 분해)를 위해 필수적인 단계로, 셀룰로스와 헤미셀룰로스에 대한 접근을 제한하는 탄수화물과 리그닌의 결합을 파괴하는 것을 의미합니다. Arkenol 공정은 농축황산을 이용하여 효과적이고 비용효율적인 방법으로 바이오매스의 셀룰로스와 헤미셀룰로스 조직을 분리하는 전처리와 발효 가능한 복합당으로 전환하는 당화공정 등 일련의 프로세스를 one-step으로 수행할 수 있는 전환기술입니다. 석유 붐이 일었던 것처럼, 이제 바야흐로 무한정 재생 가능한 바이오매스가 향후 산업과 경제의 대안이 될 바이오케미칼 산업의 기반이 될 것입니다.

목질계 바이오매스는 광합성을 통하여 생합성되는 식물류와 폐목재류, 볏짚류 등을 포함하는 개념으로써 해부학적 구성상 셀룰로스(cellulose) 40~60%, 헤미셀룰로스(hemicelluloses) 20~40%, 리그닌(lignin) 10~25%으로 이루어진 복합고분자인 리그노셀룰로스가 그 주성분입니다.
셀룰로스는 다당류 중에서 분자량이 가장 큰 물질로 셀로비오스(cellobiose)가 주 구성체인 다당류를 일컬으며, 직선 구조의 안정된 사슬을 이루고 이 사슬들이 모여 미세섬유를 형성합니다. 이렇게 밀접하게 배열되고 서로 결합된 복합구조는 물리적, 화학적으로 안정하여 가수분해(hydrolysis)에 제약을 줍니다.
셀룰로스와는 달리 헤미셀룰로스는 다양한 단당체 단위로 구성되고, 셀룰로스보다 중합도가 낮은 다당체로써, 자일로스 중합체인 자일란이 헤미셀룰로스의 주를 이룹니다.
셀룰로스에 비해 중합도가 낮고 약한 결합으로 이루어져 있어 헤미셀룰로스 자체는 비교적 쉽게 분해되지만, 전통적인 미생물에 의해 발효되지 않는 특성이 있습니다. 한편 헤미셀룰로스는 식물세포벽에서 리그닌과 공유결합을 형성함으로써 리그노셀룰로스의 가수분해 과정에 어려움을 줍니다.
리그닌은 미세섬유를 둘러싸고 있는 방향족 중합체로 헤미셀룰로스와 공유결합을 이루고 있습니다. 리그닌은 세포벽 사이에서 섬유들을 접착시킴으로써 식물체 조직을 기계적으로 견고하게 만들고 외부로부터의 다양한 공격에 대하여 식물체를 보호하는 목적을 가집니다. 이러한 리그닌은 셀룰로스의 결정도와 함께 세포벽을 분해하는 데 있어 큰 제약을 줍니다.
이렇게 다당류를 단당류로 만들기위해 ‘산 당화’ 또는 ‘효소 당화’ 과정을 거치고, 이로써 셀룰로스 사슬은 글루코스라는 6탄당(C6)으로 분해되고, 헤미셀룰로스는 자일로스라는 5탄당(C5)으로 분해시킵니다. 보통은 식물구성에 있어서 셀룰로스가 헤미셀룰로스 보다 큰 구성을 차지하지만, 헤미셀룰로스도 리그노셀룰로스의 약 20%를 구성합니다. 현존하는 여타 상용발효방식 상당수가 이 가치있는 헤미셀룰로스를 활용하지 못하고 셀룰로스만 활용하는 경향이 있습니다.

그 이유는, 전술한 바와 같이 셀룰로스와 헤미셀룰로스의 중합도가 다르므로 서로 다른 반응속도와 반응 종료점을 갖게 되면서, 가수분해 반응속도도 서로 다릅니다. 따라서 수율을 극대화하고 원소탄소(elemental carbon)로 저해작용(degradation)이 이뤄지기 전에 당을 회수하는 작업은 기술적 노하우를 요하며, Arkenol 기술의 핵심입니다.

바이오매스의 헤미셀룰로스도 활용하려면, 생성된 5탄당을 대사시킬 수 있는 효과적인 방법이 필요합니다. 헤미셀룰로스도 활용하기위해 효모와 박테리아에 대한 유전자조작을 통해 균주를 개발하는 등 여러 가지 기법이 존재합니다. 에탄올생산을 위해 Arkenol사가 개발한 효모(Yeast)는 자연적 선택방식을 통해 5탄당을 우선적으로 대사하도록 배양되었습니다. 따라서 5탄당이 모두 소모된 다음에는 효모가 남은 6탄당을 대사합니다. 이로써 경쟁공정들 대비 생산수율이 증가하게 됩니다.

Arkenol 공정은 애초부터 “폐기물 ZERO”를 목표로 설계되었습니다. 다시 말해서, Arkenol 공정은 가능한 모든 범위에서 셀룰로스 가수분해를 촉진시키기 위해 사용되는 모든 시약들을 회수해서 재활용하는 구조입니다. 사실상, 피드스탁(feedstock)으로 공장에 투입된 모든 물질이 가치를 지닌 생산품으로 재탄생합니다. 그러나 바이오매스를 다루는 모든 공정이 그렇듯, 일부 “이탈하는” 미립자 배출물이 존재합니다. Arkenol 공정에서는 이러한 이탈이 극도로 낮아서 무시할 수 있는 수준이며, 오직 경제적 가치를 가지는 부산물만 생산됩니다.

없습니다. 공정에서 사용되는 시약들은 특이한 케미칼이 아니므로 별도의 특별한 취급법을 요하지 않습니다. 공정에 사용되는 모든 케미칼은 수많은 산업공정에서 일반적으로 사용되는 케미칼로 표준화된 사용법 및 보관법이 정립돼있습니다. 또한 모든 케미칼을 안전하게 관리하는 예방조치들이 프로젝트의 초기 설계단계부터 반영되어 운영전반에 걸쳐 실행되며, 케미칼이 저장되는 장비와 지역은 안전시스템과 모든 관련규정을 준수하거나 더 엄격한 수준으로 설계됩니다. 가급적 불활성 케미칼이 사용되며, 부주의로 인해 유출가능성이 있는 곳에는 불침투성 용기설비가 설치됩니다. 그 외 사고에 대비한 각종 안전장비들이 배치되며, 공장건설 및 운영과정에서 안전에 만전을 기하는 시스템입니다.