LUẬN văn tốt NGHIỆP (16)

CHƯƠNG 1: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM 1.1/ Giới thiệu chung: - Đại học Bách Khoa trường Đại học có diện tích lớn Thành phố Hồ Chí Minh, trường có hai sở nội thành ngoại thành  Cơ sở nội thành (Cơ sở chính): -Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, quận 10, TP HCM, giao lộ đường Lý Thường Kiệt đường Tô Hiến Thành, cách trung tâm thành phố khoảng km phía Tây -Diện tích: 14,2 -Có dãy nhà (A: hành chính, B: phịng học, C: xưởng) với 96 phịng thí nghiệm, xưởng thực hành thư viện Hình 1.1.1: Đại Học Bách Khoa TPHCM (Cơ sở 1)  Cơ sở ngoại thành (Cơ sở 2): -Địa chỉ: Làng đại học Thủ Đức, Linh Trung, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh nằm cách sở khoảng 25 km phía Đơng -Hiện sở làm nơi giảng dạy cho gần toàn sinh viên hệ quy năm Hình 1.1.2: Đại học Bách Khoa TPHCM (Cơ sở 2)  Ngoài ra, Trường Đại học Bách Khoa có khu ký túc xá nội thành 497, đường Hòa Hảo, quận 10 với diện tích 1,4 cách trường 1,5 km Hình 1.1.3: Kí túc xá Đại Học Bách Khoa 1.2/ Chương trình đào tạo: Chương trình đại học quy đào tạo theo hệ tín có thời gian học mặc định học kì, tối đa 14 học kỳ gồm 11 khoa chuyên ngành, 10 trung tâm nghiên cứu khoa học chuyển giao công nghệ, trung tâm đào tạo, 10 phòng ban chức công ty trách nhiệm hữu hạn Trường gồm khoa: - Khoa Khoa học kĩ thuật máy tính - Khoa Cơng nghệ Vật liệu - Khoa Điện - Điện tử - Khoa Khoa học Ứng dụng - Khoa Quản lý Cơng nghiệp - Khoa Cơ khí - Khoa Môi trường Tài nguyên - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Giao thơng - Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 1.3/ Lịch sử hình thành phát triển: Hình 1.3.1: 60 năm Bách Khoa-Phú Thọ Tiền thân Trường Đại học Bách Khoa Trung tâm Quốc gia Kỹ thuật (TTQGKT) thành lập ngày 27/10/1957 với nhiệm vụ "… đào tạo niên ngành học Cao đẳng Kỹ thuật cần thiết cho Kinh-Tế Kỹ -Nghệ Quốc-Gia" Tính đến nay, ĐHBK trải qua 60 năm hình thành phát triển, với thành tích tập thể (Huân chương lao động nhiều khen Thủ tướng Chính phủ Bộ, ban ngành, đồn thể) thành tích cá nhân tiêu biểu (Trong 10 năm gần đạt 208 giải Olympic ba lần đạt chức vô địch Robocon châu Á - Thái Bình Dương năm 2002, 2004 2006) CHƯƠNG 2: NĂNG LƯỢNG Ở VIỆT NAMNHU CẦU TÌM KIẾM NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI Các nguồn lượng Việt Nam chia thành loại chính: Năng lượng hóa thạch, thủy điện lượng tái tạo 2.1) Năng lượng hóa thạch: Than đá: Việc khai thác sử dụng than đá hình thành từ lâu có xu hướng ngày gia tăng Bảng 1: Trữ lượng than Việt Nam Dầu mỏ: Việt Nam đánh giá quốc gia thuộc nhóm nước có nhiên liệu dầu khí Tình hình khai thác xuất dầu thô nước ta thể qua bảng đây: Bảng 2: Thống kê khai thác xuất dầu thô Việt Nam 2.2) Thủy điện: Theo đánh giá nghiên cứu gần đây, tiềm kinh tế-kỹ thuật thủy điện nước ta đạt khoảng 75-80 tỷ kWh với công suất tương ứng đạt 18000-20000MW Hình 2.2.1: Nhà máy thủy điện Sơn La với công suất lắp đặt 2400MW Trong kỷ XX thập niên đầu kỷ XXI, nguồn lượng vừa liệt kê đáp ứng nhu cầu sử dụng sản xuất Nhưng, nguồn nguyên liệu hóa thạch dần cạn kiệt, trữ lượng than đá cạn dần Năm 2015, khả khai thác than đá đáp ứng từ 96%-100% nhu cầu sử dụng Năm 2020, khả khai thác đáp ứng 60% đến năm 2035, tỉ lệ cịn 34% Đến năm 2030, Việt Nam khơng cịn tiềm thủy điện lớn khai thác hết Chính điều đưa đến nhu cầu tìm kiếm phát triển nguồn lượng tái tạo 2.3) Năng lượng tái tạo: 2.3.1/ Năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời: Theo Hiệp hội Năng lượng Việt Nam, nước ta quốc gia có ánh nắng mặt trờinhiều biểu đồ xạ mặt trời giới Tuy nhiên việc khai thác sử dụng nguồn lượng hạn chế giá thành cao nhận thức người dân cịn hạn chế Hình 2.3.1: Các panel thu lượng mặt trời sử dụng nhiều hịn đảo 2.3.2/ Năng lượng gió: Năng lượng gió: Theo khảo sát, Việt Nam quốc gia có tiềm lượng gió Những đánh giá sơ đưa số tiềm năng lượng gió Việt Nam dao động khoảng 1.785MW-8.700MW Hình 2.3.2: Các cột phong điện Nhà máy điện gió Phú Lạc 2.3.3/ Năng lượng sinh học: Năng lượng sinh học lượng tái tạo sinh từ vật liệu có nguồn gốc sinh học Hình 2.3.3: Vật liệu có nguồn gốc sinh học Đứng mặt địa dư, Việt Nam quốc gia vùng nhiệt đới, có nhiều điều kiện để phát triển lượng sinh học Mặt khác, hoạt động sản xuất nông nghiệp hay ngư nghiệp Việt Nam hàng năm tạo nhiều chất thải hữu cơ, định tận dụng, chế biến thành nhiên liệu, nguồn lượng đáng kể Theo đánh giá nghiên cứu gần đây, tiềm khả khai thác lượng sinh khối rắn cho lượng phát điện Việt Nam đạt 170 triệu đạt mức sản lượng điện 2000MW Thực tế khai thác nguồn lượng Việt Nam phát triển, nhiên quy mơ nhỏ hộ gia đình => Phát triển lượng tái tạo, đặc biệt lượng sinh học Việt Nam có vai trị quan trọng việc đảm bảo nhu cầu sử dụng lượng, góp phần chống biến đổi khí hậu, tạo tiền đề cho phát triển bền vững CHƯƠNG 3: CÁC PHỊNG THÍ NGHIỆM, NHÀ MÁY SẢN XUẤT XĂNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI 3.1) Xăng sinh học hệ I: Nhiên liệu sinh học hệ sử dụng phận ăn thực phẩm làm nguồn cung cấp carbon Việc sản xuất nhiên liệu từ loại trồng có hiệu tạo vấn đề liên quan đến sản xuất lương thực tồn cầu Hình 3.1.1: ADM Ưlmühle Hamburg, part of Archer Daniels Midland, Germany (Sản phẩm: Biodiesel) Hình 3.1.2: Diester Industrie, part of Bunge Limited; France (Sản phẩm: Biodiesel) 3.2) Xăng sinh học hệ II: Nhiên liệu sinh học hệ thứ hai sử dụng chất thực phẩm làm nguồn cung cấp carbon Ví dụ phi thực phẩm, phận không ăn thực phẩm chất béo nấu ăn Không giống nhiên liệu sinh học hệ thứ nhất, chúng không tạo vấn đề liên quan đến sản xuất lương thực tồn cầu Hình 3.2.1: Biofuel Research Team (BRTeam), Iran BRTeam nhóm nghiên cứu đa quốc gia (Iran, Malaysia, Thụy Điển, Mỹ, Bỉ, Anh), tập trung vào khía cạnh khác nghiên cứu nhiên liệu sinh học, đặc biệt công nghệ lị phản ứng tiên tiến Hình 3.2.2: DuPont Danisco, Vonore, Tennessee, United States Sản phẩm: Ethanol 3.3) Xăng sinh học hệ III: Ở đây, xăng sinh học giống với hệ thứ II có cải tiến Tảo nhiên liệu Cyanbacteria có thêm lợi chúng không chiếm khoảng trống nào, 10 - Quan sát hình 7.2.2 từ trái sang, trình phá hủy sợi xenlulozơ mơ tả sau: + Hỗn hợp nguyên liệu rơm cắt nhỏ đưa vào nồi kín với nhiệt độ áp suất nước cao, phân tử nước xếp xen kẽ vào sợi xenlulozơ + Khi nồng độ nước bão hòa áp suất cao, điều khiển máy cho “nổ” : Áp suất giải phóng cách đột ngột kéo theo sợi xenlulozơ bị rách Từ tạo rơm nghiền vụn - Quá trình nổ áp lực nước chịu ảnh hưởng lớn yếu tố: nhiệt độ thời gian Hình 7.2.3: sơ đồ máy nổ nươc cách thức hoạt động tổng quát Hình 7.2.4: Rơm trước nổ 27 Hình 7.2.5: Rơm sau nổ nhiệt độ khác 28 CHƯƠNG 8: THỦY PHÂN VÀ LÊN MEN 8.1) Sơ đồ khối trình thủy phân lên men: Thủy phân: 8.2.1/ Enzim thủy phân: Nguồn enzyme sử dụng phổ biến từ Trichoderma reesei 8.2) 29 Aspergillus niger 8.2.2/ Quá trình thủy phân: - Bước 1: Endoglucanase thủy phân liên kết β-1,4-glycosidic vùng vơ định hình tạo nhiều đầu khơng khử - Bước 2: Sau exoglucanase cắt đơn vị cellobiose từ đầu không khử - Bước 3: β-glucosidase tiếp tục thủy phân cellobiose tạo glucose - Trung tâm hoạt động enzyme cellulase chứa gốc amino acid đặc hiệu Trong cellulose chứa liên kết glycosidic Bộ electron σ đóng vai trị phân cực liên kết Hiệu ứng cảm ứng nguyên tử oxy trung tâm gây tập trung tích điện nguyên tử oxy làm cho nguyên tử oxy tích điện âm Cịn ngun tử cacbon kết hợp với bị khuyết electron nên tích điện dương Sự khuyết electron liên kết bị thủy phân yếu tố quan trọng định khả thủy phân Tác dụng xúc tác enzyme phân bố electron định Hình 8.2.2: Quá trình thủy phân cellulose enzyme cellulase 8.2.3/ Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ trình thủy phân: Tốc độ trình thủy phân cellulose cellulase chịu tác động số yếu tố Năm 2002, Lyn cộng đưa kết luận 30 sau:  Tỉ lệ kết tinh: yếu tố ảnh hưởng đến q trình thủy phân Các mạch cellulose có tính kết tinh cao, sợi cellulose liên kết chặt chẽ Do cản trở trình tiếp xúc enzyme với mạch cellulose bên làm giảm tốc độ trình thủy phân  Mức độ polymer hóa: mạch cellulose dài, tốc độ thủy phân chậm(Walker cộng , 1990)  Kích thước lỗ xốp: kích thước lỗ xốp phải đủ lớn cho enzyme vào Kích thước lỗ xốp lớn q trình thủy phân nhanh  Bề mặt tiếp xúc: hầu hết chuỗi xenllulose giấu vi sợi- yếu tố ngăn cản cản tác động enzyme giới hạn tốc độ thủy phân Bề mặt thủy phân lớn tốc độ thủy phân nhanh Thực nghiệm cho thấy trình thủy phân tiến hành nhiệt độ 70ºC 1,5 ngày Sản phẩm thu có lượng glucose 75-95% số gốc glucose có nguyên liệu ban đầu 31 Lên men: 8.3.1/ Nấm men: - Để sản xuất lượng cồn lớn, việc lựa chọn chủng nấm men thích hợp cần thiết - Những giống nấm men thường sử dụng công nghiệp sản xuất cồn Saccharomyces spp mà số loài S Cerevisiea hay S.unvarum giống có khả tạo độ cồn cao (12-13%), hay đặc biệt S oviformis có khả tạo độ cồn 18% đặc biệt loài nấm men có khả lên men nhiều đường khác glucose, manose, saccharose, maltose rafinose, nhiên khơng có khả lên men galactose - Ngồi cịn có Zymononas mobilis thường sử dụng q trình rượu hóa Tuy nhiên Saccharomyces Zymononas sp thiếu hồn tồn khả chuyển hóa loại đường pentose Khuynh hướng biến đổi gen giống nhằm giúp biểu khả chuyển hóa loại đường pentose phổ biến D- xylose, L – arabinose phát triển nhiều - Gần đây, người ta phát thấy có số loài nấm men Pichia stipitis, Candida shehatae Pachyhysolen tannophillus chủng có khả chuyển hóa xylose 8.3) mạnh dùng sản xuất ethanol Trong P stipilis lại bật khả sản xuất hàm lượng cồn cao nhu cầu dinh dưỡng chúng không phức tạp so với giống nấm men khác - Thế giới trọng xu hướng sử dụng công nghệ gen để tạo chung nấm men vừa có khả lên men đường đường 8.3.2/ Nguyên lí hoạt động: Sau đó, pyruvate chuyển thành ethanol theo phương trình sau: Bản chất trình lên men q trình oxy hóa khử Q trình oxy hóa lại xảy thể sinh vật tác động hệ thống enzyme, người ta gọi q trình lên men q trình oxy hóa sinh học 8.4) Thuỷ phân lên men đồng thời: Q trình thủy phân lên men đồng thời (cịn gọi q trình đường hóa lên men đồng thời) có nhiều ưu điểm: - Glucose tạo thành trình thủy phân tiêu thụ nấm men vậy, lượng cellobiose glucose tích tụ hệ thống Điều giải vấn đề ức chế enzyme nhờ tốc độ tạo glucose tăng đáng kể, lượng enzyme cần dùng nhỏ - Số thiết bị cần cho trình thủy phân lên men đồng thời số cần cho phương pháp truyền thống trình thủy phân lên men tiến hành thiết bị Điều giúp giảm vốn đầu tư - Việc ethanol tạo thành suốt trình làm giảm khả phát triển vi sinh vật tạp chất, có lợi cho quy trình liên tục 8.5) Chưng cất- khử nước: Quá trình tách nước tinh ethanol để đáp ứng đặc điểm kỹ thuật nhiên liệu CHƯƠNG 9: ỨNG DỤNG BIOETANOL TRONG XĂNG SINH HỌC 9.1) Xăng sinh học ( biogasoline) : 9.1.1/ Khái niệm : - Là loại nhiên liệu lỏng, có sử dụng ethanol loại phụ gia nguyên liệu pha trộn vào xăng để thay nhiên liệu chì - Ethanol chế biến thơng qua q trình lên men sản phẩm hữu tinh bột, xenlulo, lignocellulose Ethanol pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học thay hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống - Nguyên liệu xăng sinh học: Dựa vào kỹ thuật kinh tế, chia làm loại nguyên liệu: 9.1.2/ Xăng sinh học E5: Xăng sinh học E5 : loại nhiên liệu có chứa 5% hàm lượng ethanol (cồn) sinh học 95% thể tích xăng truyền thống (xăng khống: xăng có nguồn gốc từ dầu mỏ) Loại nhiên liệu nhà khoa học nghiên cứu chứng minh hoàn toàn phù hợp sử dụng với loại động Hàm lượng ô xy xăng sinh học E5 cao so với xăng thông thường nên trình đốt cháy động diễn triệt để hơn, tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu, đồng thời làm giảm thiểu phát thải chất độc hại khí thải động (CO HC) 9.1.3/ Ứng dụng xăng sinh học: + Từ năm 1970 Brazil đưa chương trình sản xuất nhiên liệu etathol dựa mía nước sản xuất ethanol thứ hai giới sau Mỹ xuất lớn giới + Hiện xăng sinh học sử dụng rộng rãi nước giới tiêu biểu là: Mỹ, Brazil, Ấn Độ, Thái Lan, Việt Nam vừa có lộ trình bắt buộc sử dụng xăng sinh học + Một số lợi ích xăng sinh học: • Sản xuất từ nguồn nhiên liệu tái tạo • Giúp xe có khả linh động nguồn ngun liệu • Thích hợp cho nhiều loại động 9.2) Xu hướng sử dụng lượng sinh học : Năng lượng hóa thạch ngày cạn dần, yêu cầu xúc vấn đề ô nhiễm môi trường với tác động gây thay đổi khí hậu tồn cầu, lý khiến nước giới từ - 10 năm trở lại riết nghiên cứu để phát triển nguồn lượng thay Nhiên liệu sinh học (biofuel) loại nhiên liệu có nguồn gốc từ sinh khối - từ sinh vật sống sản phẩm phụ từ q trình chuyển hóa chúng (ví dụ phân gia súc) Chúng thuộc loại lượng tái tạo (hoàn nguyên) hoàn toàn khác với loại lượng khác hóa thạch, hạt nhân 9.2.1/ Tình hình sử dụng biofuel giới: - Các nước giới trọng vào nguồn lượng - Hiện hầu hết quốc gia thuộc châu âu có chương trình NLSH Một số nước châu Phi Ghana, Tanjania tiếp cận đến nhiên liệu sinh học Ở khu vực Đông Nam Á, Thái Lan nước xây dựng triển khai chương trình NLSH nước bạn Lào xây dựng nhà máy sản xuất diesel sinh học ngoại ô thủ Viêng Chăn Hình 9.2.1: quốc gia dẫn đầu lượng sinh học (năm 2010 ) Kết luận: Từng quốc gia đưa sách khác để đảm bảo mục tiêu vừa đảm bảo an ninh lương thực, đồng thời phát triển bền vững nguồn lượng sinh học Để giải nguồn nguyên liệu sinh khối sản xuất lượng sinh học, ngồi lương thực, quốc gia có nguy thiếu nhiều lượng tìm kiếm nguồn trồng khác canh tác đất hoang hóa, cạn, nước, đồng thời tích cực tìm kiếm cơng nghệ thu hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên liệu, hạ giá thành 9.2.2/ Tình hình sử dụng biofuel Việt Nam: - khí sinh học (biogas) sử dụng miền quê, cách ủ phân để lấy khí đốt.Từ năm 2012, nước ta có sách sử dụng xăng sinh học E5 làm nguyên liệu thay cho xăng A92 truyền thống -Theo số liệu báo cáo, sản lượng cồn Việt Nam khoảng 50 triệu lít/năm, phân bố chủ yếu vùng: Đông Tây Bắc, Đồng Bắc bộ, Miền Trung Tây nguyên, TP Hồ Chí Minh Nam Bộ, Đồng Bằng Sông Cửu Long Bảng 5: Phân bố sản lượng cồn khu vực KHU VỰC Đông Tây Bắc Đồng Bắc SẢN LƯỢNG (triệu lít/năm) 1,83 triệu lít/ năm 10,2 lít/ năm Miền Trung Tây nguyên 7,7 triệu lít/ năm TP Hồ Chí Minh Nam Bộ 19,5 triệu lít/ năm Đồng Bằng Sơng Cửu Long 12,63 triệu lít/ năm -Ở Việt Nam, từ năm 2009, Chính phủ bắt đầu thực Chương trình quốc gia phát triển NLSH đến 2015 tầm nhìn đến 2025 Chương trình gồm số dự án dự án xây dựng Nhà máy sản xuất ethanol sinh học từ sắn, mía PetroVietNam chủ trì khởi cơng Theo kế hoạch đến năm 2011, có nhà máy sản xuất ethanol từ sắn xây dựng với cơng suất thiết kế 365.000 16 tấn/năm, có khả sản xuất 7.3 x 106 xăng E5 Hình 9.2.2: nhà máy sản suất etanol Bình Phước -Kết luận: Để phát triển biofuel Việt Nam mục tiêu giảm nhiễm mơi trường, đại hóa nơng thôn, đảm bảo an ninh lượng, Việt Nam cần có sách kèm biện pháp hỗ trợ phát triển kinh nghiệm số nước đứng đầu trung lĩnh vực sản xuất sử dụng biofuel TÀI LIỆU THAM KHẢO • Trần Diệu Lý 2008 Nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ Đề tài tốt nghiệp đại học, khoa Kỹ thuật hóa học, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh • Đề tài thạc sĩ “nghiên cứu sản xuất etanol từ phụ phẩm nông nghiệp” Nguyễn Thị Hằng Nga- DH khoa học tự nhiên • Báo cáo tóm tắt đề tài “ Nghiên cứu công nghệ thiết bị liên tục xử lý rơm rạ nước để lên men ethanol” Ths Hồng Minh Nam • Wikipedia ... hoạt động 4.1) 4.1.2/ Mục đích: Dự án hướng đến xây dựng phương pháp luận nhằm kết hợp bền vững nông nghiệp địa phương công nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế phương pháp... nhiên liệu từ rơm rạ Đề tài tốt nghiệp đại học, khoa Kỹ thuật hóa học, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh • Đề tài thạc sĩ “nghiên cứu sản xuất etanol từ phụ phẩm nông nghiệp? ?? Nguyễn Thị Hằng... nghiệm trình chế biến sinh khối” “Mơ hình xưởng thực nghiệm kết hợp bền vững nông nghiệp địa phương chế biến công nghiệp sinh khối” thiết lập Hình 4.1.3: Xưởng thí nghiệm BIOMASS 13 4.2) Giới thiệu