sản xuất biodiesel từ vi tảo

bài tập lớn thu sản xuất biodiesel và kỹ thuật nuôi cấu vi tảo thu lipid

Trang 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sản xuất biodiesel từ vi

tảo:

KỸ THUẬT NUÔI CẤY VI TẢO THU

LIPID

SVTH: BÙI NGỌC ĐOAN CHIÊU_60604048

GVHD: KS HUỲNH NGUYỄN ANH KHOA

Tp HCM, 6/2010

Trang 2

NANNOCHLOROPSIS OCULATA LÀ LOÀI VI TẢO

TIỀM NĂNG ĐỂ TRỞ THÀNH NGUỒN NGUYÊN

LIỆU SẢN XUẤT BIODIESEL

Trang 3

NỘI DUNG ĐỒ ÁN

1 Tổng quan biodiesel

2 Năng suất lipid và ảnh hưởng của

môi trường lên sự tích lũy lipid ở một số loài vi tảo

3 Nuôi vi tảo Nannochloropsis

oculata thu lipid nhằm sản xuất

biodiesel

3

Trang 4

TổNG QUAN BIODIESEL

Năng lượng là sự sống

Phần 1

Trang 5

5

Trang 6

• Năng lượng không tái sinh

CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG

Năng lượng hạt nhân

Dầu mỏ, than đá và khí thiên nhiên

Năng lượng hóa thạch

được hình thành qua

hàng triệu năm

Trang 7

• Năng lượng tái sinh

Có thể xem là vô hạn

Hạn chế ô nhiễm môi trường

GIÓ

THỦY ĐiỆN

ĐỊA NHIỆT

MẶT TRỜI

SINH KHỐI

7

Trang 8

• Năng lượng tái sinh

- Sinh khối (Biomass): nhiên liệu rắn

- Nhiên liệu sinh học (Biofuel): nhiên

liệu lỏng thu nhận từ sinh khối

- Khí sinh học (Biogas): sản phẩm phân

giải yếm khi chất hữu cơ

Định nghĩa Biodiesel

Biodiesel là hỗn hợp các alkyl monoesters thu nhận được từ quá trình chuyển vị ester dầu

thực vật và mỡ động vật, có khả năng thay thế cho diesel từ dầu mỏ.

Trang 9

TẦM QUAN TRỌNG CỦA BIODIESEL

• Những điểm nổi bật của

biodiesel:

- Có thể đáp ứng cung và cầu

- Thân thiện môi trường: khí sulfur giảm

30% và carbon monoxide giảm 10%

Giảm 90% khí độc hại trong không khí và 95% nguy cơ bị ung thư so với diesel

- Khả năng phân hủy sinh học tốt

9

Trang 10

ĐIỀU CHẾ BIODIESEL

Các acid béo thường có trong các nguồn nguyên liệu dùng sản xuất biodiesel

(Nguồn: Canakci M, Sanli H, 2008 Biodiesel production from various feedstocks and their

effects on the fuel properties Journal of Industrial Microbiology and Biotechnolog, 35: 431–

441)

Trang 11

1.4 NGUỒN NGUYÊN LIỆU LIPID

MỠ ĐỘNG VẬT

DẦU QUA

SỬ DỤNG

11

Trang 12

NGUỒN NGUYÊN LIỆU LIPID

Lipid từ sinh khối vi tảo

Trang 13

NGUỒN NGUYÊN LIỆU LIPID

(Nguồn: Teresa M.Mata, António A.Martins, Nidia S., 2009 Caetano, Microalgae for biodiesel production

and other application: A review Renewable and Sustainable Energy Reviews, 757)

Nguồn

Hàm lượng dầu (% w/w sinh khối)

Năng suất lipid (L dầu/ha.năm)

Đất sử dụng(m2.năm/kg biodiesel)

Năng suất biodiesel (kg biodiesel/ ha.năm)Bắp/Ngô 44 172 66 152

Trang 14

TIỀM NĂNG VI TẢO

như nguồn tài nguyên sinh khối

- Vi tảo sinh trưởng rất nhanh

- Nhiều loài vi tảo có hàm lượng lipid cao

- Nuôi cấy chiếm ít diện tích và không phụ

thuộc vào thời tiết, điều kiện môi trường

- Hệ thống sản xuất phù hợp ở nhiều quy mô

và kỹ thuật khác nhau

Trang 15

NĂNG SUấT LIPID VÀ ảNH HƯởNG CủA MÔI TRƯờNG LÊN Sự TÍCH LŨY LIPID ở

MộT Số LOÀI VI TảO

Phần 2

15

Trang 16

CÁC LOÀI VI TẢO NHIỀU LIPID

Loài Hàm lượng lipid (%

sinh khối khô)

Sinh khối khô (g/L/ngày)

Năng suất lipid (mg/L/ngày)

(Nguồn: Teresa M M., António A M., Nidia S Caetano, 2009 Microalgae for biodiesel production

and other applications: A review Renewabel and Sustainable Energy Reviews, 14:217-232)

Trang 17

ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG LÊN SỰ TÍCH LŨY LIPID Ở VI TẢO

Trang 20

NANNOCHLOROPSIS OCULATA

• Hình thái

- Tế bào hình cầu (2-4µm) hoặc hình trụ

(3-4x1.5µm)

- Màng ngoài mỏng, thành tế bào trong suốt

- Lớp đơn các sắc tố diệp lục màu vàng

xanh, không có lớp màng nhầy bên ngoài

Trang 21

• Đặc điểm sinh lý

- Phiêu sinh vật tự dưỡng, đơn bội, phân đôi

theo chiều ngang, có hợp chất chlorophylls

- Sống trong nước mặn, nước ngọt, nước lợ

- Chịu được dải nhiệt độ rộng

- Sinh trưởng tối ưu: 210C, ánh sáng

52µmol/m2s, pH 8.4, sục khí 14.7 vvh

21

Trang 22

• Đặc điểm sinh hóa

- Dinh dưỡng đầy đủ: ưu tiên chuyển hóa

carbon thành protein

- Điều kiện thay đổi: nhiều carbon được

chuyển hóa thành lipid và carbohydrate

- Yếu tố môi trường ảnh hưởng thành phần

lipid và các acid béo có trong tế bào

Trang 23

Thành phần acid béo của Nannochloropsis sp

23 (Nguồn: Sukenik A., Carmeli Y., 1989 Regulation of fatty acid composition by irradiance level in the

Eutigmatophyte Nannochloropsis sp J Phycol, 25: 686-692)

Trang 24

Nhiệt

độ (0C)

µ - Tốc độ sinh trưởng đặc trưng (1/ngày)

Sản lượng lipid (glipid/100gsinh khối khô)

Năng suất lipid (mglipid/L.ngày)

- Thí nghiệm của Attilio, 2009

Sự sinh trưởng và sản xuất lipid của N oculata tại các

nhiệt độ khác nhau

(Nguồn: Attilio Converti, Alessandro A Casazza, Erika Y Ortiz, Patrizia Perego, Marco Del Borghi,

2009 Effect of temperature and nitrogen concentration on the growth and lipid content of

Nannochloropsis oculata and Chlorella vulgaris for biodiesel production Chemical Engineering and

Processing: Process Intensification, 48: 1146-1151.)

Trang 25

ĐỀ XUẤT NUÔI N OCULATA

- Thí nghiệm của Attilio, 2009

Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng acid béo methyl ester (g/100gFAME) của N oculata tại các

nhiệt độ khác nhau

(Nguồn: Attilio Converti, Alessandro A Casazza, Erika Y Ortiz, Patrizia Perego, Marco Del Borghi,

2009 Effect of temperature and nitrogen concentration on the growth and lipid content of

Nannochloropsis oculata and Chlorella vulgaris for biodiesel production Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 48: 1146-1151.)

25

Trang 26

- Kết quả khảo sát của Assaf Sukenik và

Yael Carmeli, 1989

Ảnh hưởng của mức độ chiếu sáng trên sự sinh trưởng của

tế bào và hàm lượng chlorophyll a trên Nannochloropsis

sp.

(Nguồn: Sukenik A., Carmeli Y., 1989 Regulation of fatty acid composition by irradiance

Trang 27

(Nguồn: Sukenik A., Carmeli Y., 1989 Regulation of fatty acid composition by irradiance

level in the Eutigmatophyte Nannochloropsis sp J Phycol, 25: 686-692.)27

Trang 28

- Thí nghiệm của Hu và Gao, 2006

Sản lượng sinh khối và hàm lượng lipid của

Nannochloropsis sp vào ngày thứ 10 tại các độ

mặn khác nhau

(Nguồn: Hanhua Hu, Kunshan Gao, 2006 Response of growth and fatty acid

compositions of Nannochloropsis sp to invironmental factors under elevated CO2concentration Biotechnol Lett, 28: 987 – 992.)

NaCl (M)/Độ mặn (g/L) Sinh khối khô (mg/L) Lipid (%w/w)

Trang 29

-ĐỀ XUẤT NUÔI N OCULATA

Thành phần FA (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp.

(Nguồn: Hanhua Hu, Kunshan Gao, 2006 Response of growth and fatty acid compositions of Nannochloropsis

sp to invironmental factors under elevated CO2 concentration Biotechnol Lett, 28: 987 – 992.)

29

Trang 30

Ảnh hưởng của nồng độ sục khí CO2 lên sự sinh

trưởng của N oculata

(Nguồn: Sheng – Yi Chiu, Chien – Ya Kao, Ming – Ta Tsai, Seow – Chin Ong, Chiun – Hsun Chen, Chih – Sheng Lin, 2009 Lipid accumulation and CO2 utilization of Nannochloropsis oculata in 30

Trang 31

Năng suất sinh khối và lipid của N oculata trong hệ thống nuôi cấy bán liên tục với các hàm lượng CO2 khác nhau

(Nguồn: Sheng – Yi Chiu, Chien – Ya Kao, Ming – Ta Tsai, Seow – Chin Ong, Chiun – Hsun Chen, Chih – Sheng Lin, 2009 Lipid accumulation and CO2 utilization of Nannochloropsis oculata in response to CO2 aeration Bioresource Technology, 100: 833 – 838)

Phần trăm hàm lượng lipid (%)

Trang 32

Nannochloropsis sp vào ngày thứ 10 tại các nồng

độ NaNO3 khác nhau

NaNO3 (µM) Sinh khối khô (mg/L) Lipid (%w/w)

Trang 33

33

Trang 34

Nannochloropsis sp vào ngày thứ 10 tại các nồng

độ NaH2PO4 khác nhau

NaH2PO4 (µM) Sinh khối khô (mg/L) Lipid (%w/w)

Trang 35

35

Trang 36

KếT LUậN

Trang 37

KẾT LUẬN

- Biodiesel là một giải pháp khả thi

- Vi tảo là nguồn cung cấp lipid tối ưu

- Nannochloropsis oculata là một đối tượng tiềm năng

37

Trang 39

CÁM ƠN SỰ THEO DÕI CỦA QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN

39

Trang 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Quang Khải Những vấn đề phát triển năng lượng sinh khối của Việt

Nam Báo cáo tại Hội thảo Phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam

2 Al-Widyan MI, Al-Shyoukh AO, 2002 Experimental evaluation of the

transesteriﬁcation of waste palm oil into biodiesel Bioresour Technol, 85:

253–256

3 Antia N J., Bisalputra T., Cheng J.Y & Kalley, J.P., 1975 Pigment and

cytological evidence for reclassification of Nannochloris oculata and

Monallantis salina in the Eustigmatophyceae Journal of Phycology, 11:

339-343

4 Antolin G, Tinaut FV, Briceno Y, 2002 Optimisation of biodiesel production by

sunﬂower oil transesteriﬁcation Bioresour Technol, 83: 111–4

5 Attilio Converti, Alessandro A Casazza, Erika Y Ortiz, Patrizia Perego, Marco

Del Borghi, 2009 Effect of temperature and nitrogen concentration on the

growth and lipid content of Nannochloropsis oculata and Chlorella vulgaris for biodiesel production Chemical Engineering and Processing: Process

Intensification, 48: 1146-1151.

6 Benemann JR, 1997 CO2 mitigation with microalgae systems J Energy

Convers Manage, 38: S475–9

Trang 41

7 Bozbas K, 2008 Biodiesel as an alternative motorfuel: production and

policies in the European Union Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12: 542–52

8 Bouaid A, Martinez M, Aracil J, 2007 Long storage stability of biodiesel from

vegetable and used frying oils Fuel, 86: 2596–602

9 Bunyakiat K, Makmee S, Sawangkeaw R, Ngamprasertsith S, 2006

Continuous production of biodiesel via transesteriﬁcation from vegetable oil

supercritical methanol Energy Fuels, 20:812–7

10 Cadenas A, Cabezndo S, 1998 Biofuels as sustainable technologies:

perspectives for less developed countries Technol Forecast Social Change,

58:83–103

11 Canakci M, Sanli H, 2008 Biodiesel production from various feedstocks and

their effects on the fuel properties Journal of Industrial Microbiology and

Biotechnolog, 35: 431–441

12 Chan Yoo, So-Young Jun, Jae-Yon Lee, Chi-Yong Ahn, Hee-Mock Oh, 2009

Selection of microalgae for lipid production under high levels carbon dioxide

Bioresource Technology

13 Cheng-Wu Z, Zmora O, Kopel R, Richmond A, 2001 An industrial-size ﬂat

plate glass reactor for mass production of Nannochloropsis sp

(Eustigmatophyceae) Aquaculture , 195:35–49

41

Trang 42

21 European Environmental Agency (EEA), 2007 Greenhouse gas emission

trends and projections om Europe 2007: tracking progress towards Kyoto targets European Environmental Agency (EEA) Report N05 Copenhagen,

Denmark

22 Fabregas J., Garcia D., Morales E., Dominguez A., Otero A., 1998 Renewal

rate of semi continuous cultures of the microalga Porphyridium cruentum

modiﬁes phycoerythrin, exopolysaccharide and fatty acid productivity J

25 Fukuda H, Kondo A, Noda H, 2001 Biodiesel fuel production by

transesterification of oils J Biosci Bioeng, 92: 405–16

26 Gerhard Knothe, 2008 “Designer” Biodiesel: Optimizing Fatty Ester

Composition To Improve Fuel Properties Energy and Fuels

27 Gilbert R, Perl A, 2008 Transport revolutions: moving people and frieght

without oil Earthscan.

28 Guan Hua Huang, Feng Chen, Dong Wei, XueWu Zhang, Gu Chen, 2009

Biodiesel production by microalgal biotechnology Applied Energy.

Trang 43

29 Guillard R R L., Ryther J.H, 1962 Studies of marine planktonic diatoms, I

Cyclotella nana (Hustedt) and Detonula confervacea (Cleve) Can J

Microbiol, 8: 229-239

30 Haas MJ, 2005 Improving the economics of biodiesel production through the

use of low value lipids as feed stocks: vegetable oil soapstock Fuel Process

Technol,86: 1087–96.

31 Hanhua Hu, Kunshan Gao, 2006 Response of growth and fatty acid

compositions of Nannochloropsis sp to invironmental factors under elevated

CO2 concentration Biotechnol Lett, 28: 987 – 992

32 Hibberd, D.J., 1980 Notes on the taxonomy and nomenclature of the algal

classes Eustigmatophyceae and Tribophyceae (synonym Xanthophyceae)

Botanical Journal of the Linnean Society (1981), 82: 93-119

33 Hu H., Gao K., 2003 Optimization of growth and fatty acid composition of a

unicellular marine picoplankton, Nannochloropsis sp., with enriched carbon

sources Biotechnol Lett, 25: 421–425

34 Illman A.M., Scragg A.H., Shales S.W., 2000 Increase in Chlorella strains

calorific values when grown in low nitrogen medium Enzyme Microb

Technol, 27: 631-635.

35 International Energy Agency (IEA), 2007 World Energy Outlook 2007 China

and India Insights, Paris, France

43

Trang 44

36 Karen P Fawley, Marvin W Fawley, 2007 Observations on the Diversity and

Ecology of Freshwater Nannochloropsis (Eustigmatophyceae), with

Descriptions of New Taxa Protist, 158: 325-336

37 Khotimchenko S.V., Yakovleva I.M, 2005 Lipid composition of the red alga

Tichocarpus crinitus exposed to different levels of photon irradiance

Phytochemistry, 66: 73-79

38 Knothe G., 2006 Analyzing biodiesel: standards and other methods, J.Am

Oil Chem Soc, 8: 823–833

39 Krawczyk T, 1996 Biodiesel–alternative fuel makes inroads but hurdles

remain Inform, 7: 801–29

40 Laherrere J, 2005 Forecasting production from discoverry ASPO

41 Lee J.S, Kim D.K, Lee J.P, Park S.C, Koh J.H, Cho H.S., Kim S.W., 2002

Effect of SO 2 and NO on growth of Chlorella sp KR-1 Biores Technol, 82:

1-4

42 Li Y., Horsman M., Wang B., Wu N., Lan C.Q., 2008 Effects of nitrogen

sources on cell growth and lipid accumulation of green alga Neochloris

oleoabundans Appl Microbiol Biotechnol, 81: 629-636

43 Liliana Rodolﬁ, Graziella Chini Zittelli và các cộng sự, 2008 Microalgae for

Oil: Strain Selection, Induction of Lipid Synthesis and Outdoor Mass

Cultivation in a Low-Cost Photobioreactor Biotechnology and bioengineering.

Trang 45

44 Liu Z.Y., Wang G.C., Zhou B.C., 2008 Effect of iron of growth and lipid

accumulation in Chlorella vulgaris Biores Technol, 99: 4717-4722.

45 Ma F, Hanna MA, 1999 Biodiesel production: a review Bioresour Technol,

70: 1–15

46 Maruyama I., Nakamura T., Matsubayashi T., Ando Y., Naeda T., 1986

Identification of the alga known as “marine chlorella” as a member of

Eustigmatophyceae Jap J Phycol, 34: 319-325

47 Milne TA, Evans RJ, Nagle N, 1990 Catalytic conversion of microalgae and

vegetable oil stop remium gasoline, with shape-selective zeolites Biomass,

21: 219–32

48 Minowa T, Yokoyama S, Kishimoto M, Okakurat T, 1995 Oil production from

algal cells of Dunaliella tertiolecta by direct thermochemicall iquefaction J

Fuel, 74: 1735–8

49 Minowa T, Yokoya SY, Kishimoto M, Okakura T, 1995 Oil production from

algae cells of Dunaliella Tereiolata by direct thermochemical liquefaction

Fuel, 74: 1731–8.

50 Morais M.G.D, Costa J.A.V, 2007 Biofixation of carbon dioxide by Spirulina

sp and Scenedesmus obliquus cultivated in a three-stage serial tubular

photobioreactor J Biotechnol, 129, 439-445.

45

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	1,59 MB