책 소개
지구의 나이는 45억 년이 넘는 것으로 알려져 있다. 우리 인류의 조상이 지구를 터전으로 삼아 생활해 온 것은 약 20만 년 전부터라고 한다. 그러니 지구의 나이에 비하면 인류는 마치 나이가 많은 할아버지 옆에 누운 갓 태어난 손주처럼 아주 짧은 기간 동안 이 지구에서 살아온 셈이다. 우리 인류가 살아가는 데 있어 의식주와 함께 빼놓을 수 없는 것이 에너지다. 에너지 자원으로 주목받는 대표적 화석자원인 석탄과 원유는 원래 생명을 다한 식물과 동물들이 땅속에 묻혀 오랜 기간 열과 압력의 영향을 받아 생성된 탄소함량이 높은 화합물이다. 18세기 중반 영국에서 시작된 산업혁명 이후 기술 혁신과 함께 새로운 산업이 등장하면서 이들 화석자원의 소비가 급증하였고, 아울러 인류의 삶의 질도 눈에 띄게 좋아졌다. 하지만 이러한 인류 발전의 이면에는 화석자원의 무분별한 소비로 인한 자연과 환경 문제가 자리하고 있다. 지난 100년 전부터 서서히 높아진 온실가스 농도로 인해 야기된 지구온난화 및 이상기후 현상에서부터, 대규모 공업화와 도시화에 따른 동식물 서식지의 파괴와 오염, 한때 ‘기적의 신소재’로 불리며 인류 생활의 편리함을 책임졌지만 이제는 미세플라스틱 형태로 토양, 대기, 해양 등에서 심각한 생태계 교란을 일으키는 플라스틱 폐기물에 이르기까지 많은 과학자들이 오래 전부터 경고해왔던 지구환경 위기는 오늘날 돌이킬 수 없는 현실의 문제가 되었다. 이러한 현상의 심각성을 고려하여 일부 지구역사가들은 산업혁명 이후부터 현재까지를 인류가 지구환경에 큰 영향을 미쳤다는 의미에서 ‘인류세(Anthropocene)’라는 새로운 지질시대로 구분하자는 주장을 하기도 한다. 이러한 위기의 시대를 살아가는 우리는 환경오염을 유발하는 주범인 석탄과 원유를 대체하는 동시에 환경 문제로부터 자유로울 수 있는 새로운 패러다임의 자원을 찾아내고 개발해야 할 의무가 있다. 그렇다면, 이런 자원을 어디서 발견할 수 있을까? 화석자원이 동식물 자원으로부터 유래했듯이, 새로운 대체 자원 개발 역시 자연 속에 그 답이 있다. 지표면의 많은 부분을 덮고 있는 나무와 숲이 그것이다. 목재는 대기의 이산화탄소를 흡입하고 저장할 수 있는 천연자원으로서, 양적인 측면과 화학적 특성에서 화석자원을 대신할 수 있는 선순환적 자원으로 주목받고 있다. 목재는 이미 세계 여러 나라에서 목질펠릿, 바이오에탄올, 바이오오일 등 미래 바이오연료의 제조 원료로 사용되고 있으며, 목재의 주요 구성성분들은 향후 합성플라스틱을 대신할 수 있는 생분해성 신소재로 활용될 가능성이 충분하다. 목재화학은 이처럼 친환경 신소재 및 바이오연료로서 목재의 활용에 관한 첨단 지식과 더불어 이러한 기술을 뒷받침하기 위해 목재의 주요 성분에 대한 기본적인 화학 지식을 다루는 학문 분야다. 위에서 언급했듯이 목재는 탄소를 배출하는 것이 아니라 탄소를 저장하고 있는, 친환경적이면서 선순환적인 자원이라는 점에서 앞으로 다가올 ‘2050 탄소중립시대의 실현’을 선도할 대표적인 미래 자원으로서 그 가치가 무궁무진하다. 한국목재공학회에서는 학문 분야로서 목재화학이 지니는 중요성과 함께, 우리 후속세대가 앞으로 다가올 탄소중립시대를 선도적으로 이끌 리더로 자리매김하는 데 도움을 줄 수 있는 길잡이의 필요성을 인지하여 2018년 목재화학 교재 편찬위원회를 구성하였다. 위원회에서는 여러 차례 논의를 거쳐 목재 화학의 기초 영역과 새롭게 발굴된 첨단 연구 영역을 융합적으로 아우르는 교재를 제작할 것을 집필의 기본 방향으로 설정하였다. 이후 2021년 새롭게 구성된 편찬위원회에서는 기존의 교재 집필 원칙을 따르면서 다소 미비했던 점을 수정 보완하여 마침내 ‘목재화학’ 교재를 출간하게 되었다. 본서는 목재공학/목재과학 분야를 선택한 대학교 저학년 학생들이 목재화학이라는 처음 접하는 전공학문 영역에 대한 접근성을 높일 수 있도록 가능한 한 쉽게 풀어가며 서술하고자 하였고, 새로운 학술 전문용어에 친근감을 가질 수 있도록 용어의 통일성과 영어 용어의 규격화된 국문화를 위해 노력하였다. 마지막으로 본서를 기획하고 준비하는 단계에서부터 감수를 거쳐 최종 발간되기까지 아낌없는 지원과 노력을 경주해주신 모든 분들께 감사의 인사를 전하며, 본서가 목재화학 분야의 발전에 작은 밑거름이 되기를 기대한다.
목차펼치기접기
제 1 장 목재화학의 이해 1 1.1 목재화학의 필요성 3 1.2 나무의 기원 4 1.3 광합성 작용 5 1.4 목재의 형성 7 1.5 목재조직의 특성 8 1.6 목재의 화학적 조성 9 1.7 목재의 화학적 활용 10 제 2 장 탄수화물 화학 13 2.1 탄수화물 15 2.2 단당류의 구조 15 2.3 단당류의 고리구조 18 2.4 이당류, 올리고당류 및 다당류 19 제 3 장 수목 세포벽의 구성 23 3.1 셀룰로오스 25 3.1.1 셀룰로오스 생합성 25 3.1.2 셀룰로오스 화학구조 26 3.1.3 셀룰로오스 결정구조 27 3.1.4 셀룰로오스 미세구조 29 3.1.5 셀룰로오스의 화학적 성질 30 3.1.5.1 셀룰로오스 팽윤 30 3.1.5.2 셀룰로오스 용해 31 3.1.5.3 셀룰로오스 분해 33 3.1.6 셀룰로오스 유도체 37 3.1.6.1 셀룰로오스 에스테르화 37 3.1.6.2 셀룰로오스 에테르화 39 3.1.7 셀룰로오스 특성 40 3.2 헤미셀룰로오스 42 3.2.1 헤미셀룰로오스의 구조와 특성 42 3.2.2 자일란 43 3.2.3 글루코만난 44 3.2.4 갈락탄 45 3.2.5 헤미셀룰로오스의 화학적 성질 46 3.2.5.1 산에 대한 반응 46 3.2.5.2 알칼리에 대한 반응 47 3.2.6 세포벽에서 헤미셀룰로오스 분포 48 3.2.7 펙틴의 구조와 특성 49 3.3 리그닌 51 3.3.1 리그닌의 발생 51 3.3.2 리그닌의 기본 구조 51 3.3.3 리그닌 분포 53 3.3.4 리그닌의 생합성 53 3.3.4.1 리그닌 전구체의 생합성 54 3.3.4.2 모노리그놀-글리코시드 생합성 56 3.3.4.3 리그닌의 고분자화 58 3.3.4.4 리그닌-탄수화물 복합체 61 3.3.5 리그닌에 존재하는 작용기 종류 61 3.3.5.1 메톡실기 62 3.3.5.2 수산기 62 3.3.5.3 카르보닐기 63 3.3.5.4 카르복실기 63 3.3.6 리그닌 단리법 63 3.3.6.1 천연 리그닌 추출 64 3.3.6.2 테크니컬 리그닌 추출 64 3.3.7 리그닌 부산물의 활용 67 3.3.7.1 리그닌 기반 바이오연료 68 3.3.7.2 리그닌 기반 바이오신소재 68 3.3.7.3 리그닌 기반 단량체 화학약품 69 제 4 장 목재 추출물 73 4.1 목재 추출성분과 추출물 75 4.2 목재 추출물의 분류 75 4.2.1 일차대사산물 76 4.2.2 이차대사산물 77 4.2.2.1 메발론산 경로에 의한 추출성분 77 4.2.2.2 시키미산 경로에 의한 추출성분 79 4.2.2.3 말론산 경로에 의한 추출성분 80 4.2.2.4 아세트산-말론산-시키미산 복합경로에 의한 추출성분 80 4.2.2.5 아미노산 경로에 의한 추출성분 82 4.3 목재 추출성분의 이용 82 4.3.1 터펜틴 83 4.3.2 톨유 83 4.3.3 수지 83 4.3.4 로진 83 4.3.5 탄닌 84 4.3.6 기타 84 제 5 장 수피화학 87 5.1 나무의 외형적 수피구조 89 5.2 수피의 현미경적 구조 90 5.3 수피의 화학적 조성 91 5.3.1 추출성분 91 5.3.2 무기성분 92 5.3.3 수베린과 탄닌 92 제 6 장 목재 세포벽 구성성분의 분석 95 6.1 목재 세포벽 구성성분 분석의 이해 97 6.2 목재 세포벽 구성성분의 정량적 분석 97 6.2.1 홀로셀룰로오스 97 6.2.2 알파셀룰로오스 98 6.2.3 단당류 분석 98 6.2.4 리그닌 99 6.2.5 추출물 99 6.2.6 회분 100 6.3 목재 세포벽 구성성분의 정성적 분석 100 6.3.1 열중량 분석 100 6.3.2 원소 분석 101 6.3.3 결정화도 분석 102 6.3.4 분석형 열분해 102 6.3.5 분자량 측정 104 6.4. 리그닌의 구조적 특성 분석 106 6.4.1 리그닌 구조의 분광학적 분석 106 6.4.1.1 핵자기공명 분석법 106 6.4.1.2 적외선 분광법 108 6.4.2 리그닌 작용기 분석 109 6.4.2.1 수산기 109 6.4.2.2 메톡실기 110 6.4.3 습식화학적 분석법 111 6.3.4.1 니트로벤젠 산화법 111 6.3.4.2 티오산 분해법 112 6.3.4.3 치환-환원 분해법 112 제 7 장 목질계 바이오매스의 바이오연료 및 바이오소재화 기술 115 7.1 바이오매스 자원 117 7.2 바이오연료 및 소재 분류 117 7.3 고형 바이오연료 118 7.3.1 펠릿 118 7.3.2 탄화/반탄화 120 7.4 액상 바이오연료 121 7.4.1 생화학적 전환공정 122 7.4.1.1 전처리 122 7.4.1.2 당화 124 7.4.1.3 발효 125 7.4.2 열화학적 전환공정 126 7.4.2.1 급속열분해 127 7.4.2.2 바이오오일 개질 129 7.4.2.3 바이오디젤 130 7.5 기상 바이오연료 131 7.5.1 바이오매스 가스화 131 7.5.2 Fischer-Tropsch 합성 131 7.5.3 바이오가스화 132 7.6 바이오소재 133 7.6.1 셀룰로오스 기반 소재 133 7.6.1.1 나노셀룰로오스 133 7.6.1.2 셀룰로오스 유도체 활용 135 7.6.1.3 헤미셀룰로오스 유래 식이섬유 136 7.6.2 리그닌 기반 소재 137 7.7 플랫폼 화합물 138 7.7.1 바이오플라스틱 단량체 138 7.7.2 바이오화학물질 140
출처: 국립중앙도서관 서지정보
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