ứng dụng sản xuấtbioethanol từ phế thải nông nghiệp

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ỨNG DỤNG SẢN XUẤTBIOETHANOL TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP GVHD: PHẠM THỊ THANH HÒA LOGO Nội dung Giới thiệu tổng quan Các yếu tố ảnh hưởng Nội dung Quy trình sản xuất bioethanol LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Bioethanol gì?  Bioethanol (Ethanol sinh học) loại nhiên liệu sử dụng loại nhiên liệu động cơ, chủ yếu nhiên liệu sinh học phụ gia cho xăng Ethanol sinh học hình thức lượng tái tạo sản xuất từ ngun liệu nơng nghiệp LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Ngun liệu Lignocellulose:  Lignocellulose vật liệu biomass phổ biến trái đất, nguồn nguyên liệu to lớn cho việc sản xuất bioethanol  Lignocellulose có phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu dạng phế phẩm vụ mùa rơm lúa, ngơ, cỏ, bã mía,…với thành phần cellulosse LOGO www.themegallery.com Cấu trúc lignocellulose:  Thành phần vật liệu lignocellulose cellulose, hemicellulose, lignin, chất trích ly tro Cấu trúc lignocellulose LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Cấu trúc lignocellulose: Bảng: Thành phần vài loại lignocellulose Nguồn Cellulose Hemicellulose Lignin Rơm lúa 34 – 38% 32 – 40% 12% Rơm lúa mì 38,2% 47,4% 13% Phế phẩm ngơ 36,4% 22,6% 16,6% Chất trích ly 7,3% (Trích: Hồ Sĩ Tráng, Cơ sở hóa học gỗ cellulose, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội) LOGO www.themegallery.com Thực trạng nguồn nguyên liệu biomass Việt Nam (Trích “Nguyễn Thế Bảo, Bùi Tuyên, 2001, Điều tra quy hoạch dạng lượng địa bàn Tp.HCM, Sở Khoa học cơng nghệ Tp.HCM”) LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Quy trình sản xuất bioethanol từ rơm rạ: LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Rơm rạ   Cắt rơm Tiền xử lý Nước Cellulase Nấm men Nổ Thủy phân Thủy phân lên men đồng thời Lên men Chưng cất Ethanol LOGO Quy trình sản xuất bioethanol từ rơm rạ Giải thích quy trình Tiền xử lý:  Mục đích:  Phá vỡ bao bọc lignin hemicellulose cellulose để trình thủy phân dễ dàng  Giảm kết tinh cellulose, tăng diện tích bề mặt sinh khối, loại bỏ hemicellulose, phá vỡ lignin LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Lên men: Mục đích: chuyển hóa đường thành rượu nhờ tác dụng nấm men Phương trình tổng quát: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Lên men:  Yêu cầu giống nấm men:  Hiệu suất lên men cao  Chịu ethanol, pH thấp  Chịu sản phẩm phụ trình thủy phân LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Lên men: Hình 3: Giống nấm men Pichia stiptis Saccharomyces cerevisiae LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Lên men:  Các yếu tố ảnh hưởng:  Nhiệt độ  Nhiệt độ phải nằm khoảng nhiệt độ tối ưu cho phát triển nấm men  Nhiệt độ cao tạo nhiều sản phẩm phụ este, aldehyd tổn thất ethanol theo CO2 tăng LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Lên men:  Các yếu tố ảnh hưởng:  Độ pH:  pH tối ưu 4.5 –  Nếu pH thấp pH tối ưu: nấm men bị ức chế  Nếu pH cao pH tối ưu: sản phẩm tạo có độ chua thấp, dễ bị nhiễm khuẩn, tạo nhiều sản phẩm phụ => hiệu suất lên men thấp LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Lên men:  Các yếu tố ảnh hưởng:  Nồng độ dịch lên men:  Nồng độ dịch đường cao tạo lượng ethanol nhiều làm ức chế hoạt động nấm men   Đường nhiều dẫn đến tổn hao nguồn nguyên liệu, kéo dài thời gian lên men Nồng độ dịch đường thấp: không đủ chất giảm suất lên men LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Lên men:  Các yếu tố ảnh hưởng:  Thời gian lên men:  Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm  Tùy thuộc vào môi trường lên men cụ thể mục đích lên men mà ta dừng q trình lên men LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Thủy phân lên men đồng thời:  Là trình tiến hành thủy phân lên men bước  Nhiệt độ tối ưu cho trình 37-380C, nhiệt độ kết hợp nhiệt độ tốt cho trình thủy phân (45-50 C) nhiệt độ tốt cho hoạt động nấm men (30 C) LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Thủy phân lên men đồng thời:  Ưu điểm:  Glucose tạo thành trình thủy phân nấm men sử dụng => giảm lượng cellobiose glucose tích tụ =>giải vấn đề ức chế enzyme => tốc độ tạo glucose cao =>lượng enzyme cần dùng giảm    Hiệu suất tạo thành ethanol đạt lớn khoảng 24h đầu Giảm số thiết bị cần sử dụng => giảm vốn đầu tư Giảm khả phát triển vi sinh vật tạp chất LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Chưng cất thu hồi ethanol:  Là trình dùng nhiệt để tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp nhiệt độ  Mục đích: tách ethanol khỏi dịch dấm chín tạp chất khác để thu sản phẩm phụ LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Giải thích quy trình Chưng cất thu hồi ethanol:  Cơ chế:  Dịch dấm chín đưa vào tháp chưng cất  Phần ethanol tạp chất thoát khỏi tháp chưng cất để vào phận ngưng tụ  Dịch ngưng tụ đưa tiếp vào tháp aldehyde, để tách nhóm tạp chất đầu, sau vào tháp tinh luyện => ethanol sản phẩm phụ LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Kết luận  Ethanol sinh khối trở nên ngày phổ biến thay cho xăng. Sự phát triển nhu cầu nhiên liệu sinh học hệ thứ hai, rơm xuất ứng cử viên đầy hứa hẹn tiềm để sản xuất ethanol sinh học có sẵn tính chất phong phú dồi thành phần cấu tạo hấp dẫn  Việc sử dụng sinh khối lignocellulosic cho sản xuất ethanol sinh học đòi hỏi cơng nghệ sản xuất phải có chi phí hiệu bền vững với môi trường LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Tài liệu tham khảo:   Hồ Sĩ Tráng, Cơ sở hóa học gỗ cellulose, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Thế Bảo, Bùi Tuyên, 2001, Điều tra quy hoạch dạng lượng địa bàn Tp.HCM, Sở Khoa học cơng nghệ Tp.HCM  Cao Đình Khánh Thảo, 01/2007, Nghiên cứu thử nghiệm khả xử lý rơm rạ để lên men ethanol, Luận văn Đại học, Bộ môn Công Nghệ Sinh Học – Khoa Cơng Nghệ Hóa Học LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Tài liệu tham khảo  Th.S Trịnh Hồi Thanh, Nghiên cứu q trình xử lý rơm rạ để chế biến cồn nhiên liệu, Luận văn Thạc sĩ, Bộ môn Máy Thiết bị - Khoa Cơng nghệ Hóa học  M.Roehr, 2001, The Biotechnology of ethanol classical and future application, Weinheim, Wiley – VCH Verlag GmbH LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Thank You ! LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: ... tạo sản xuất từ ngun liệu nơng nghiệp LOGO GVHD: PHẠM THỊ THANH HỊA NHĨM: Ngun liệu Lignocellulose:  Lignocellulose vật liệu biomass phổ biến trái đất, nguồn nguyên liệu to lớn cho việc sản. .. đất, nguồn nguyên liệu to lớn cho việc sản xuất bioethanol  Lignocellulose có phế phẩm nơng nghiệp, chủ yếu dạng phế phẩm vụ mùa rơm lúa, ngơ, cỏ, bã mía,…với thành phần cellulosse LOGO www.themegallery.com...  Nhiệt độ tối ưu cellulase 500C  Ở 00C: Enzyme bị hạn chế hoạt động mạnh  Từ - 500C: Khi nhiệt độ tăng lên từ từ hoạt tính enzyme tăng dần đến mức tối ưu  > 50 C: Hoạt tính enzyme bị giảm