DSpace at VNU: Nghiên cứu khả năng chuyển đổi cenlulose từ phụ phẩm nông nghiệp thành etanol

Nghiên cứu khả chuyển đổi cenlulose từ phụ phẩm nông nghiệp thành etanol Nguyễn Quang Vinh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Khoa học Môi trường; Mã số 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Năm bảo vệ: 2013 Abstract Tổng quan thực trạng sử dụng nhu cầu lượng tương lai, phế phẩm nông nghiệp tiềm sản xuất nhiên liệu sinh học, công nghệ sản xuât etanol sinh học Nghiên cứu trình thủy phân rơm qua tiền xử lý enzyme cellulase, tạo dịch đường Nghiên cứu trình thủy phân lên men đồng thời để chuyển hóa cellulose nguồn rơm rạ ban đầu thành ethanol Keywords Cenlulose; Phụ phẩm nơng nghiệp; Chất thải tái chế; Etanol; Ơ nhiễm mơi trường Content MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong bối cảnh nay, với phát triển mạnh mẽ q trình cơng nghiệp hóa khai thác mức nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, điều khiến cho nguồn lượng truyền thống (dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên) ngày cạn kiệt Theo báo cáo “Triển vọng lượng giới 2013” Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ (EIA) lượng tiêu thụ lượng giới tăng từ 534.1024 năm 2010 lên 820.1024 Btu (trong 1024 Btu tương đương 172 triệu thùng dầu thô) Dự báo lượng tái tạo lượng hạt nhân nguồn lượng tăng trưởng nhanh với tốc độ tăng dự kiến lên tới 2,5% năm Trước tình hình đó, nhiên liệu sinh học xem dạng lượng đầy tiềm khả tái tạo hết nguồn lượng “sạch”, không độc hại dễ dàng phân hủy tự nhiên Hiện có dạng lượng sinh học chủ yếu ethanol sinh học diesel sinh học Ethanol coi nhiên liệu có khả tái tạo tương lai thay phần cho nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt than đá dầu mỏ Nguồn nguyên liệu cellulose thực dồi dào, vấn đề nghiên cứu sản xuất ethanol từ cellulose khai thác Với tổng sản lượng sinh khối thực vật toàn cầu hàng năm vào khoảng 200 tỷ 90% số lignocellulose có khoảng – 20 tỷ thực tế sử dụng để sản xuất ethanol Ethanol sinh học sản xuất phương pháp lên men chưng cất từ loại ngũ cốc chứa tinh bột (bắp) đường (mía) Ngồi ra, ethanol sản xuất từ lignocellulose, từ phụ phẩm có chứa hợp chất cellulose cao Lignocellulose loại biomass phổ biến giới Chính vậy, sản xuất ethanol từ biomass cụ thể lignocellulose từ phế phẩm nơng nghiệp giải pháp thích hợp bối cảnh giá nhiên liệu tăng cao, ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng vấn đề an ninh lượng thực… lại ý tiếp tục nghiên cứu hoàn thiên giới [7] Việt Nam quốc gia mà nơng nghiệp có vị trí quan trọng ln ưu tiên chiến lược phát triển kinh tế - xã hội đất nước Hàng năm, sản xuất nông nghiệp Việt Nam tạo lượng lớn phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu lignocellulose từ mùa vụ Phế phụ phẩm nơng nghiệp có tiềm năng lượng lớn, việc sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp dạng nhiên liệu sinh học hạn chế coi hướng nghiên cứu cần thiết Việt Nam Trên giới có cơng trình nghiên cứu ứng dụng khả sử dụng phụ phẩm từ nông nghiệp (nguồn nguyên liệu có chứa hàm lượng Cellulose lớn) làm nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học Đây loại nguyên liệu rẻ tiền, phổ biến có khả phát triển nhanh Đẩy mạnh việc nghiên cứu, tiến tới sản xuất nguồn nhiên liệu sinh học nói chung entanol sinh học nói riêng từ phế phụ phẩm nơng nghiệp Việt Nam xem hướng nghiên cứu bắt đầu hình thành, nhiều nhà khoa học quan tâm có triển vọng, góp phần việc hạn chế sử dụng nhiên liệu hoá thạch, đảm bảo an ninh lượng cho quốc gia hướng tới phát triển bền vững Với ý nghĩa thiết thực đó, đề tài luận văn “Nghiên cứu khả chuyển đổi cenlulose từ phụ phẩm nông nghiệp thành etanol” lựa chọn góp phần nghiên cứu vấn đề 2 Mục tiêu đề tài: Đánh giá khả hiệu chuyển đổi cellulose thành ethanol từ phụ phẩm nông nghiệp Nội dung nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu trình thủy phân rơm qua tiền xử lý enzyme cellulase, tạo dịch đường - Nghiên cứu trình thủy phân lên men đồng thời để chuyển hóa cellulose nguồn rơm rạ ban đầu thành ethanol Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thị Ngọc Bích (2003), Kỹ thuật cellulose giấy, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Thế Bảo, Bùi Tuyên (2001), Điều tra quy hoạch dạng lượng địa bàn Tp Hồ Chí Minh, Sở Khoa học Cơng Nghệ Tp Hồ Chí Minh Bộ Công Thương (2006) Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006-2015, Hà Nội Trần Hưng (2013), Hiện trạng giải pháp cho phát triển lượng tái tạo Việt Nam, Trung tâm tiết kiệm lượng sản xuất Hải Phòng Nguyễn Đức Lượng (2001), Công nghệ sinh học, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đức Lượng (2001), Công nghệ enzyme, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Hồng Minh Nam (2009): Nghiên cứu cơng nghệ thiết bị liên tục xử lý rơm rạ nước để lên men etanol ĐH Bách Khoa- Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Niên giám thống kê 2004 (2005), NXB Thống Kê Hà Nội Nguyễn Văn Tặng (2012): Tổng quan sản xuất etanol sinh học từ rơm rạ Khoa CN Thực phẩm – ĐH Nha Trang 10 Trịnh Hoài Thanh (2007), Nghiên cứu 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 Đại học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM 11 Vũ Nguyên Thành (2010), Nghiên cứu công nghệ hệ thống thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp Đề tài nghiên cứu cấp nhà nước Viện Công nghiệp Thực phẩm 12 Cao Đình Khánh Thảo (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 13 Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hoá học gỗ cellulose, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, trang 30-81 14 Trung tâm Thông tin KH&CN Quôc gia (2013), Tổng luận “Năng lượng giới đến năm 2013” Tiếng Anh 15 Hetti Palonen (2004), Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of lignocellulose, VTT Biotechnology, pp 11-39 16 Charles E.Wyman (1996), Handbook on Bioethanol: Product and Utilization, Taylor & Francis, pp 119-285 17 Scott PT Rood JI (1989) Electroporation- medical transformation of lysostaphin-treated Clostridium perfringens Gene 82: pp 327-333 18 Keikhosro Karimi, Giti Emtiazi, Mohammad J Taharzadeh (2006), Ethanol production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus, Rhizopus oryzae, Saccharomyces cerevisiae, Science Direct, Enzyme and microbial Technology 40, pp 138-144 19 M.Roehr (2001), The Biotechnology of ethanol classical and future application, Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH 20 Ilona Sárvári Horváth, Carl Johan Franzén, Mohammad J Taherzadeh, Claes Niklasson, Gunna Lidén (2004), Effect of Fufural on the Respiratory Metabolism of Saccharomyces Cerevisiae in Glucose-Limited Chemostats, American Scociety for Microbiology vol.69, pp.4076-4086 21 Lonnie O Ingram, Joy B.Doran (1995), Conversion of cellulosic materials to ethanol, FEMS Microbiology Reviews 22 Carlo N Hamelinck, Greertje van Hooijdonk, André PC Faaij (2005), Ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle- and long-term, Science Direct, Biomass and bioenergy 28, pp.384-410 23 M Clark Dale Mark Moelhman (2001), Enzymatic Simultaneous saccharification and fermentation of biomass to ethanol in a pilot 130 liter multistage continuous reaction separator 24 Haagensen F., Ahring B.K.(2005), Enzymatic hydrolysis and glucose fermentation of wet oxidized sugarcane bagasse and rice straw for bioethanol production, Environment Microbiology & Biotechnology Research Group, Technical University of Denmark 25 Seungdo Kim, Bruce E Dale (2004), Global potential bioethanol production from wasted crops, Science Direct, Biomass and Bioenergy 26, pp.361-375 26 Jeibing li, Gunnar Henriksson, Goran Gellerstedt (2007), Lignin depolymerization/ repolymerization and its critical role for deligninfication of aspen wood by steam exposion, Science Direct, Bioresource Technology 98, pp 3061-3068 27 Muhammad Ibrahim Rajoka (2008), The enzymatic hydrolysis and fermentation of pretreated wheat straw and bagasse to ethanol, ATDF Journal Volume 28 Ghasem Najafpour, Habibollah Younesi, Ku Syahidah Ku Ismail (2004), Ethanol fermentation in an immobilized cell reactor, Science Direct, Bioresource Technology 92, pp.251-260 29 Luiz Pereira Ramous (2003), The chemistry involved in the steam treatment of lignocellulosic materials, Quin Nova 30 Karin Ohgren, Oskar Bengtsson, Marie F.Gorwa-Grauslund (2008), Simultaneous saccharification and co-fermentation of glucose and xylose in steam-pretreated corn stover at high fiber content with Saccharomyces cerevisiae TMB3400, Science Direct Jesper Norgard (2009), Ethanol production from biomass – optimization of simultaneous saccharification and fermentation with respect to stirring and heating, Department of Chemical engineering, Lund Institute of Technology ... Nghiên cứu khả chuyển đổi cenlulose từ phụ phẩm nông nghiệp thành etanol lựa chọn góp phần nghiên cứu vấn đề 2 Mục tiêu đề tài: Đánh giá khả hiệu chuyển đổi cellulose thành ethanol từ phụ phẩm. .. phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu lignocellulose từ mùa vụ Phế phụ phẩm nơng nghiệp có tiềm năng lượng lớn, việc sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp dạng nhiên liệu sinh học hạn chế coi hướng nghiên cứu. .. TPHCM 11 Vũ Nguyên Thành (2010), Nghiên cứu công nghệ hệ thống thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp Đề tài nghiên cứu cấp nhà nước Viện Công nghiệp Thực phẩm 12 Cao Đình