Nghiên cứu sàng lọc các loài vi tảo biển quang tự dưỡng có hàm lượng lipid cao, thành phần acid béo phù hợp sử dụng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT ---***--- NGUYỄN THỊ MINH THANH NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC LOÀI VI TẢO BIỂN QUANG TỰ DƯỠNG

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

-*** -

NGUYỄN THỊ MINH THANH

NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC LOÀI VI TẢO BIỂN QUANG TỰ DƯỠNG CÓ HÀM LƯỢNG LIPID CAO, THÀNH PHẦN ACID BÉO PHÙ HỢP

SỬ DỤNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

DIESEL SINH HỌC

Chuyên ngành: Hoá sinh Thực nghiệm

Mã số: 60 42 30

LUẬN VĂN THẠC SỸ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS Đặng Diễm Hồng

Hà Nội, tháng 12 năm 2010

1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 2

TFA Total fatty acid (acid béo tổng số)

Trang 3

5

Luận văn Thạc sĩ năm 2010 Nguyễn Thị Minh Thanh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1 Năng suất dầu của một số nguồn nguyên liệu dùng cho sản xuất biodiesel 17

Bảng 2 Hàm lượng dầu ở một số loài vi tảo 20

Bảng 3 Địa điểm phân lập 7 loài vi tảo biển được sử dụng cho sàng lọc 43

Bảng 4 Tác dụng kết tủa sinh khối tảo bằng hóa chất ở các nồng độ khác nhau 67

Bảng 5 Thành phần hóa học có chứa trong sinh khối của 7 loài VTB nghiên cứu 71

Bảng 6 Lipid tổng số và thành phần acid béo có trong sinh khối của 7 loài vi tảo biển nghiên cứu 74

Bảng 7 Một số đặc điểm của sản phẩm biodiesel 81

Bảng 8 Thành phần FAME của sản phẩm biodiesel 82

Trang 4

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1 Cây cải dầu (canola) 11

Hình 2 Phản ứng chuyển vị ester tạo methyl-ester (biodiesel) 15

Hình 3 Tảo lớn (a) và vi tảo (b) 18

Hình 4 Cấu trúc phân tử triglycerol 19

Hình 5 Hệ thống bể hở (A) và Photobioreactor (B) 27

Hình 6 Sản phẩm biodiesel của Công ty Minh Tú 34

Hình 7 Cây Jatropha curcas 35

Hình 8 Tháp chưng cất cồn tinh khiết từ cồn công nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu công nghệ lọc hóa dầu Đại học Bách khoa TP.HCM 36

Hình 9 Một số điểm bán xăng E5: A-tại Hà Nội và B-tại Thành phố Hồ Chí Minh 36 Hình 10 Sơ đồ quy trình chuyển hóa tạo biodiesel từ sinh khối tảo 51

Hình 11 Sinh trưởng của tảo N oculata trong các thể tích bình khác nhau 54

Hình 12 Sinh trưởng của tảo Tetraselmis sp trong các thể tích bình khác nhau 55

Hình 13 Sinh trưởng của tảo Chlorella sp trong các thể tích bình khác nhau 56

Hình 14 Sinh trưởng của tảo I galbana trong các thể tích bình khác nhau 57

Hình 15 Sinh trưởng của tảo C.muelleri trong các thể tích bình khác nhau 58

Hình 16 Sinh trưởng của tảo C salina trong các thể tích bình khác nhau 59

Hình 17 Sinh trưởng của tảo D tertiolecta trong các thể tích bình khác nhau 60

Hình 18 7 loài vi tảo biển nghiên cứu 61

Hình 19 Đồ thị tương quan giữa mật độ tế bào và OD của 7 loài vi tảo biển 64

Trang 5

7

Hình 20 Hệ thống nuôi trồng các loài vi tảo biển quang tự dưỡng ở các quy mô

bình từ 250 mL đến bình 10 lít 65

Hình 21 Kết tủa sinh khối tảo bằng phương pháp hóa học 68

Hình 22 Nhân nuôi sinh khối Chlorella sp ở quy mô pilot 76 Hình 23 A-Thu sinh khối Chlorella sp bằng phương pháp kết tủa ở quy mô 10 lít

B- Sinh khối Chlorella sp sau khi đã loại muối 77

Hình 24 Các bước thu hồi sản phẩm biodiesel 79 Hình 25 Sắc ký đồ thành phần FAME của sản phẩm biodiesel 83

Trang 6

MỤC LỤC

Trang

CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

1.1 Khái quát chung về nhiên liệu sinh học, hiện trạng và xu thế phát triển 10

1.2 Diesel sinh học - Bản chất hóa học và cơ chế phản ứng 13

1.3 Diesel sinh học từ tảo - NLSH thế hệ thứ ba 16

1.3.1 Khái quát về các loại nguyên liệu truyền thống dùng để sản xuất biodiesel 16

1.3.2 Vai trò và tiềm năng của vi tảo trong lĩnh vực NLSH 18

1.3.3 Sản xuất biodiesel từ sinh khối vi tảo 23

1.4 Sản xuất sinh khối vi tảo làm nguyên liệu cho NLSH 25

1.5 Tình hình sản xuất và sử dụng NLSH trên thế giới 28

1.5.1.Tình hình sản xuất và sử dụng NLSH nói chung 28

1.5.2 Tình hình sản xuất và sử dụng NLSH từ tảo 30

1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng NLSH ở Việt Nam 32

1.6.1 Tiềm năng sản xuất NLSH ở Việt Nam 32

1.6.2 Những nghiên cứu và thử nghiệm về NLSH ở Việt Nam 34

1.6.3 Chính sách phát triển NLSH ở Việt Nam 38

1.6.4 Tình hình nghiên cứu, nuôi trồng và ứng dụng vi tảo biển ở Việt Nam 39

Trang 7

3

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

2.1 VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 43

2.1.1 Các chủng vi tảo biển được sử dụng cho quá trình nghiên cứu sàng lọc 43

2.1.2 Môi trường nuôi cấy 43

2.1.3 Hóa chất và thiết bị 44

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

2.2.1 Phương pháp nuôi trồng vi tảo biển quang tự dưỡng 45

2.2.2 Phương pháp xác định sinh trưởng của tảo 46

2.2.2.1 Phương pháp xác định mật độ tế bào bằng buồng đếm Burker – Turk 46

2.2.2.2 Phương pháp đo mật độ quang học (OD) 46

2.2.3 Phương pháp thu hoạch sinh khối tảo bằng hóa chất tạo kết tủa 47

2.2.4 Phương pháp phân tích thành phần hóa học của sinh khối tảo 48

2.2.5 Phương pháp phân tích lipid tổng số và thành phần acid béo 48

2.2.5.1 Phân tích lipid tổng số 48

2.2.5.2 Phân tích thành phần acid béo 49

2.2.6 Phương pháp chuyển hóa tạo biodiesel từ sinh khối tảo 49

2.2.6.1 Chuẩn bị nguyên liệu 49

2.2.6.2 Tạo biodiesel bằng phương pháp chuyển hóa trực tiếp (in situ transesterification) 50

2.2.7 Xác định hiệu suất của quá trình chuyển hóa và thành phần FAME của sản phẩm biodiesel 51

2.2.8 Phương pháp xác định chỉ số iod 52

2.2.9 Phương pháp xác định trọng lượng riêng bằng tỷ trọng kế 53

Trang 8

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54

3.1 Nghiên cứu sinh trưởng của vi tảo biển quang tự dưỡng 54

3.2 Xác định mối tương quan giữa MĐTB và OD 62

3.3 Kết tủa sinh khối tảo bằng phương pháp hóa học 66

3.4 Thành phần hóa học của sinh khối vi tảo 69

3.5 Hàm lượng lipid tổng số và thành phần acid béo 72

3.6 Nuôi thu sinh khối tảo làm nguyên liệu sản xuất biodiesel 76

3.7 Chuyển hóa sinh khối tảo thành biodiesel bằng phương pháp trực tiếp 77

3.8 Đánh giá hiệu suất của quá trình chuyển hóa và chất lượng của sản phẩm biodiesel 79

3.8.1 Hiệu suất của quá trình chuyển hóa 79

3.8.2 Chất lượng của sản phẩm biodiesel 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

KẾT LUẬN 84

KIẾN NGHỊ 85

CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

PHỤ LỤC 101

Trang 9

8

MỞ ĐẦU

Hầu hết mọi hoạt động của xã hội chúng ta ngày nay - trực tiếp hay gián tiếp

- đều dựa vào nguồn năng lượng dầu mỏ Việc phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn năng lượng này có thể dẫn đến sự khủng hoảng về năng lượng và kéo theo nó là các vấn

đề về kinh tế, chính trị, xã hội … khác, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm môi trường

Để giảm thiểu những tác động tiêu cực của việc lệ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống vốn đã bắt đầu cạn kiệt và không có khả năng tái sinh, con người đã và đang bắt tay vào tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế Việc tìm kiếm đủ nguồn năng lượng sạch cho tương lai là một trong những thách thức lớn nhất đối với xã hội loài người và nó liên quan mật thiết tới sự ổn định của các quốc gia, sự phát triển kinh tế và chất lượng cuộc sống của con người trên phạm vi toàn thế giới

Để giải quyết vấn đề này, nhiều quốc gia đã khai thác các nguồn năng lượng

từ thủy điện, điện hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng mặt trời… Tuy nhiên, các nguồn năng lượng này không thể đáp ứng đủ nhu cầu của thế giới Một nguồn năng lượng khác đang được đặc biệt quan tâm, đó là nhiên liệu sinh học (NLSH) Trong

số các loại NLSH thì diesel sinh học (biodiesel) được nghiên cứu nhiều hơn cả vì nó được cho là nguồn nhiên liệu chính và duy nhất có thể thay thế hoàn toàn diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ Trong số các nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất NLSH nói chung và biodiesel nói riêng thì tảo được coi là đối tượng tiềm năng nhất

vì tảo có rất nhiều lợi thế mà các nguồn nguyên liệu khác không có được Tảo nói chung và vi tảo nói riêng đã được biết đến là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel vì chứa hàm lượng dầu cao và sức sản xuất sinh khối lớn Việc sản xuất đủ sinh khối tảo giàu lipid làm nguyên liệu cho sản xuất biodiesel là vấn đề mấu chốt trong hướng nghiên cứu sử dụng tảo để sản xuất NLSH

Tuy nhiên, không phải tất cả các loài tảo đều có thể nuôi trồng thu sinh khối sản xuất biodiesel cho hiệu quả cao Vì vậy, để góp phần sàng lọc các loài tảo của Việt Nam có tiềm năng làm nguyên liệu cho sản xuất NLSH, chúng tôi đã tiến hành

thực hiện đề tài “Nghiên cứu sàng lọc các loài vi tảo biển quang tự dưỡng có hàm

Trang 10

lượng lipid cao, thành phần acid béo phù hợp sử dụng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học” với hy vọng những kết quả thu được sẽ là nền tảng, cơ sở để ứng

dụng nuôi trồng tảo ở quy mô lớn hơn phục vụ mục tiêu nuôi tảo thu sinh khối sản xuất biodiesel

Công việc được thực hiện tại phòng Công nghệ tảo, Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam với các nội dung nghiên cứu như sau:

1 Nuôi trồng 7 loài vi tảo biển (VTB) quang tự dưỡng của Việt Nam ở quy

mô phòng thí nghiệm, so sánh sinh trưởng của các loài này để chọn ra một

số loài có khả năng sinh trưởng tốt nhất và có tiềm năng nuôi trồng trên qui

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	1,55 MB