CÔNG NGHỆ SINH học THỰC vật và NĂNG LƯỢNG

Các thế hệ nhiên liệu sinh học:2.1 Thế hệ thứ 1: Nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên được làm từ các loại cây trồng có hàm lượng đường và tinh bột cao sản xuất gasohol, dầu thực vật hoặ

Chào mừng cô và các bạn đến với bài thuyết trình của nhóm 5

CHỦ ĐỀ:CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT VÀ NĂNG

2 Các thế hệ nhiên liệu sinh học

3 Ứng dụng CNSHTV vào sản xuất năng lượng

4 Ưu điểm

5 Nhược điểm

6 Ứng dụng CNSHTV vào tương lai

C TÀI LIỆU THAM KHẢO

A KHÁI QUÁT THỰC TRẠNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG

Hiện tại:

- Hiện nay nguồn năng lượng

sử dụng chủ yếu từ than, dầu

khí, hạt nhân, còn năng lượng

tái tạo (NLTT) chỉ chiếm

khoảng 20%.

BĐ 1: Nhu cầu năng lượng trên thế giới

Hiện tại:

- NLTT còn gọi năng lượng thay thế hay năng lượng sạch

BĐ 2: Tiêu thụ các loại năng lượng trên thế giới, năm 2011

Hiện tại:

BĐ 3: Tăng trưởng NLTT và nhiên liệu sinh học trên thế giới, năm 2011

(Tính bình quân hàng năm từ năm 2007-2012)

Hiện tại:

- Năm 2012, điện từ NLTT trên thế giới đạt 1,470 gigawatt (GW)

Bảng 1: Công suất điện từ nguồn NLTT trên thế giới, năm 2012

Hiện tại:

Bảng 2: Phát triển NLTT trên thế giới

- Phân bố tổng tiêu thụ các dạng năng lượng toàn cầu (2010):

• Nhiên liệu khoáng : 0,06 %

• Năng lượng tái sinh : 16,7 %

• Năng lượng hạt nhân : 2,7 %

Hiện tại:

- Tăng trưởng các dạng NLTT, Việt Nam là quốc gia xuất khẩu chủ yếu năng lượng (dầu thô, than), nhưng nếu

so sánh với các quốc gia giàu các nguồn năng lượng hóa thạch thì trữ lượng các dạng năng lượng đó của

chúng ta chỉ đứng ở vị trí rất khiêm tốn

- Vấn đề phát thải dioxide carbon của nước ta cũng chưa phải nghiêm trọng, tuy nhiên lượng khí phát thải đang ngày càng tăng và chúng ta cũng phải có trách nhiệm cùng với toàn thế giới tìm cách giảm tỉ lệ lượng khí phát thải so với tăng trưởng năng lượng trong tiến trình phát triển kinh tế - xã hội

Chính vì vậy, song song với việc sử dụng tiết kiệm và ít gây ô nhiễm hơn các dạng năng lượng hóa thạch, Việt Nam cũng đã bước vào nhóm các nước tìm kiếm và sử dụng các dạng NLTT.

B NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

1 Khái niệm: Năng lượng sinh học là năng lượng tái tạo sinh ra từ các vật liệu có nguồn gốc sinh học.

2 Các thế hệ nhiên liệu sinh học:

2.1 Thế hệ thứ 1: Nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên được làm từ các loại cây trồng có hàm lượng đường và tinh bột cao (sản xuất gasohol), dầu thực vật

hoặc mỡ động vật (sản xuất Biodiesel)

2.2 Thế hệ thứ 2 : Loại NLSH này được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy rồi lên men thành nhiên liệu sinh học.

2.3 Thế hệ thứ 3 : Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba được chế tạo từ các loài vi tảo trong nước, trên đất ẩm, sinh ra nhiều năng lượng (7-30 lần) hơn nhiên

liệu sinh học thế hệ trước trên cùng diện tích trồng

3 Ứng dụng CNSH thực vật vào sản xuất năng lượng:

ban đầu sạch bệnh có tính đồng nhất về mặt di truyền đáp ứng yêu cầu cây giống với số lượng lớn phục vụ cho nhu cầu sản xuất

Ứng dụng CNSH thực vật vào nuôi cấy mô cây dầu mè (Jatropha curcas.L) để sản xuất dầu diesel sinh học

- Cây dầu mè có thể phát triển trong các điều kiện khí hậu khô cằn Điều kiện thích hợp nhất cho cây phát triển là mưa ít (200mm) nhưng cây vẫn

có thể sống được ở nơi có lượng mưa cao lên đến 1200mm.

- Khi gặp hạn hán, cây thích ứng bằng cách rụng hầu hết lá để làm giảm

sự thoát hơi nước

- Nhiệt độ thích hợp cho cây là 18 – 28,5ºC Điều kiện để hạt nẩy mầm là khí hậu nóng ẩm Hoa nở trong mùa mưa và tạo quả trong mùa đông và Việt Nam có đủ các điều kiện đó.

3.2 Lý do chọn cây dầu mè:

3.2 Lý do chọn cây dầu mè:

- Tính về phương diện sản xuất dầu sinh học thì cây dầu mè cho hiệu quả kinh tế lớn hơn rất nhiều các cây có hoạt tính sinh dầu diesel khác ,bởi cây dầu mè là cây lâu năm có thể tạo quả trong nhiều thập niên.

- Cây có thể phát triển mà không cần phải chăm sóc nhiều trên những vùng đất khô cằn.

3.3 Giới thiệu cây dầu mè (Jatropha crcasu.L) .

3.3 Giới thiệu cây dầu mè (Jatropha curcas.L).

- Đặc điểm sinh học: Cây dầu mè là cây bụi gỗ mềm, thân thẳng, chiều cao trung

- Đặc điểm sinh học:

+ Quả: Hình dạng: Có dạng nang, kích thước: 2.5 – 4cm về chiều ngang và đường kính Chia thành 3 ngăn, hạt nằm trong các ngăn này Hạt: Hạt cây

thuôn màu đen kích thước 2x1cm

+ Hoa: Thường nở vào tháng 4 và tháng 5 tạo thành nhiều chùm có màu vàng nhạt, hình chuông

• Hoa đực có 10 nhị trong đó :5 nhị dính vào phần chân đế và 5 nhị kết lại thành bó

• Hoa cái rời rạc với bầu nhụy hình elip, chia làm 3 ô, với 3 núm nhụy phân nhánh

+ Nhựa cây dầu mè có chứa các alkaloid như jatrophine, jatropham, jatrophone và curcain.

Đây là những chất có tính kháng bệnh ung thư

+ Vỏ cây có tác dụng tẩy giun sán, chữa rắn cắn

+ Nước sắc của vỏ và rễ cây dùng điều trị thấp khớp, bệnh hủi, chứng khó tiêu và tiêu chảy (NIIR Board of Consultants and

3.5 Dầu mè và nguyên liệu sinh học

+ Dầu cây dầu mè có tính tẩy rửa

+ Cây dầu mè được chú ý đặc biệt bởi nó là nguồn nguyên liệu sinh học (biofuel) Hạt của cây có: Độ ẩm : 6,62%; Protein: 18,2%; Chất béo: 38%; Carrbohydrate: 17,3%; Sợi: 15,5%; Tro: 4,5% Dầu chiếm: 35 – 40% hạt và 50 – 60% nhân hạt Trong dầu chứa 21% các acid béo không bão hòa

+ Hạt được xay và ép lấy dầu hoặc dầu được tách bằng các dung môi

+ Tên thương mại của loại dầu này là: Jatropha.

3.5 Dầu mè và nhiên liệu sinh học

+ Dầu sau khi lọc được sử dụng ngay như là nguồn nguyên liệu sinh học ở dạng bổ sung, dầu Jatropha có thể trộn với dầu thường với tỷ lệ đến 20%

Đây là nguồn năng lượng mới an toàn, chi phí thấp và là nguồn năng lượng tái sinh được hứa hẹn sẽ là nguồn năng lượng hỗ trợ thay thế cho thủy điện, dầu diesel, dầu lửa, khí hóa lỏng (lPG), than, củi…

+ Dầu Jatropha có thể hoàn toàn thay thế cho dầu lửa để sưởi ấm và nấu ăn

3.6 Phương pháp nghiên cứu:

3.6.1 Đối tượng thí nghiệm:

- Cây dầu mè (Jatropha curcas.L) được trồng tại vườn giống viện sinh

học nhiệt đới thuộc viện khoa học và công nghệ Việt Nam tại thành phố

- Các môi trường được sử dụng gồm: Môi trường MS, ½ MS, WPM, ½ WPM Trong đó môi trường ½ MS và ½ WPM là môi trường MS và WPM mà thành phần đa lượng được giảm đi một nửa.

- Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật được sử dụng là BA, IBA (mg/l)

3.6.3 Môi trường nuôi cấy.

3.6.4 Điều kiện nuôi cấy in vitro.

- Thời gian chiếu sáng: 8 giờ/ngày

3.6.5 Cách tiến hành.

- Khử trùng mẫu ngoài tủ cấy

+ Chồi được cắt dài khoảng 3cm từ đỉnh chồi Hạt được lấy từ những quả chín, hạt phải có màu đen , chắc, mẩy

+ Chồi được cắt bỏ lá non, rửa sạch nhiều lần dưới vòi nươc máy, sau đó rửa trong dung dịch nước xà phòng 0,1% trong 15 phút và được rửa lại bằng nước máy bình thường

+ Hạt được rửa sạch bằng nước, dùng dao cạo bỏ lớp vỏ lụa mềm màu đen bên ngoài hạt, sau đó được rửa bằng xà phòng 0,1% trong 30 phút

và được rửa lại bằng nước máy nhiều lần

- Khử trùng mẫu trong tủ cấy vô trùng

+ Vật liệu thí nghiệm : chồi và hạt

3.6.6 Cấy mẫu:

+ mẫu cấy sau khi khử trùng trong tủ cấy đã được cắt theo từng đốt dài khoảng 0,5 – 1 cm ,loại bỏ những phần bị ngấm chất khử trùng rồi cấy vào các bình tam giác chứa 50ml môi trường

+ Hạt được tách bỏ lớp vỏ cứng bằng kềm, pince và dao sau đó cấy vào bình tam giác chứa 50ml môi trường

+ Thời gian thực hiện : 7 – 10 ngày

+ Môi trường thí nghiệm : MS

+ Hóa chất sử dụng : Natri hypochlorit (10 -30%)

- Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ chất khử trùng và thời gian khử mẫu đến tỉ lệ sống của mẫu cây dầu mè

+ Vô trùng mẫu hạt:

- Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ chất khử trùng và thời gian khử mẫu đến tỉ lệ sống của mẫu cây dầu mè

+ Vô trùng mẫu chồi:

- Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ chất khử trùng và thời gian khử mẫu đến tỉ lệ sống của mẫu cây dầu mè

Kết quả thí nghiệm 1:

- Thí nghiệm 2: Khảo sát môi trường khoáng cơ bản cho môi trường in vitro.

+ Thí nghiệm được tiến hành với 4 loại môi trường : MS, ½ MS ,WPM và

½ WPM

+ Đối tượng nghiên cứu : chồi non in vitro mọc lên từ hạt đã được khử

trùng và nuôi cấy trong môi trường MS trong thí nghiệm sau 7 – 10 ngày

Sau khi hạt này chồi, cắt mẫu dài khoàng 1cm từ ngọn và cấy vào các

môi trường thí nghiệm

+ Mẫu khi cấy vào môi trường MS và WPM sau khoảng 1 tuần đều nẩy chồi (100%), trên các môi trường ½ MS và ½ WPM thì chậm hơn 5-6 ngày và tỉ lệ này chồi cũng thấp hơn: ½ MS là 50%; ½ WPM là 67%.

- Thí nghiệm 2: Khảo sát môi trường khoáng cơ bản cho môi trường in vitro.

Kết quả thí nghiệm 2:

- Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của BA đến sự hình thành của cây dầu mè

+ Đối tượng nghiên cứu : chồi non in vitro mọc lên từ mẫu cấy chồi hoặc hạt đã được nuôi cấy trong môi trường MS trong thí nghiệm 1 sau 7- 10 ngày

+ Sau khi xác định môi trường khoáng cơ bản ở thí nghiệm 2, bổ sung BA nồng độ từ 0 – 0,5 mg/l

+ Thực hiện 4 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, mỗi nghiệm thức cấy 3 bình tam giác, mỗi bình chứa 50ml môi trường nuôi cấy, mỗi bình cấy 3 mẫu

+ Thời gian thực hiện : 1 tháng

- Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của BA đến sự hình thành của cây dầu mè

Xác định nồng độ BA thích hợp cho nuôi cấy tạo chồi cây dầu mè in vitro

- Kết quả thí nghiệm 3:

- Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của BA và IBA đến sự tạo chồi của cây dầu mè.

+ Thí nghiệm IBA được bổ sung ở 1 mức thấp 0,01 mg/l, BA được bổ sung ở các mức độ khác nhau 0 mg/l ; 0,1 mg/l ; 0,3 mg/l ; 0,5 mg/l

+ Mục đích của thí nghiệm là khảo sát sự tác động đồng thời của BA và IBA đến khả năng phát sinh chồi của cây dầu mè

+ Thí nghiệm gồm 6 nghiệm thức ,mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, mỗi nghiệm thức cấy vào 3 bình tam giác, mỗi bình tam giác cấy 3 mẫu

+ Thời gian lấy số liệu : 6 tuần

- Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của BA và IBA đến sự tạo chồi của cây dầu mè.

- Kết quả thí nghiệm 4 :

- Thí nghiệm 5: Nuôi cấy tạo rễ cây dầu mè in vitro

+ Thời gian lấy số liệu : 6 tuần

+ Đối tượng nghiên cứu : các chồi phát sinh sau khi thực hiện các thí nghiệm 3 và 4 có kích thước 2 -3 cm

+ Mục đích thí nghiệm : xác định nồng độ IBA thích hợp cho quá trình tạo rễ của cây dầu mè in vitro nhằm chuẩn

bị cây con khỏe mạnh để đưa ra vườn ươm

+ Thí nghiệm có 4 nghiệm thức ,mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, cấy trong các bình tam giác chứa 50 ml môi trường khoáng cơ bản bổ sung IBA ở những nồng độ khác nhau

- Thí nghiệm 5: Nuôi cấy tạo rễ cây dầu mè in vitro

- Kết quả thí nghiệm 5:

3.6.7 Kết luận:

Cấy mẫu

Nhân chồi

Bổ sung IBA 0,5 mg/l

Quy trình chiết xuất dầu diesel

Tiến sĩ: Thái Xuân Du, trưởng phòng công nghệ tế bào thực vật, viện sinh học nhiệt đới,

chiết xuất thành công dầu diesel từ hạt dầu mè (tỷ lệ dầu tới 32-37%) đã mở ra hướng đầu

tư mới cho các doanh nghiệp Việt Nam.

Một công ty của Malaysia tham quan khu trồng Jatropha nghiên cứu

ở Đồng Nai.

Ưu điểm

- Nhân nhanh giống cây in vitro nhằm tạo nguồn giống cây ban đầu sạch bệnh có tính đồng nhất về mặt di truyền đáp ứng yêu cầu cây giống với số lượng lớn phục vụ cho nhu cầu sản xuất.

- Nguồn nguyên liệu sản xuất thân thiện với môi trường

- Phục vụ nhiên liêu lớn cho sản xuất năng lượng.

- Tác động giống cây trồng theo mong muốn (in vitro).

 

- Phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường và khí hậu.

- Những rủi ro khác: Việt Nam đang chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu sâu sắc, vì vậy hạn hán lũ lụt thường xuyên làm ảnh hưởng cũng như gây thiệt hại đến các loài cây sản xuất năng lượng.

 

Tương lai:

Ứng dụng của CNSH TV để tạo ra năng lượng sống:

- Dựa trên các phỏng đoán của các nhà khoa học về thời gian tồn tại của Trái Đất (có thể kéo dài được vài triệu năm nữa); cộng hưởng với thực trạng hiện nay như: Ô nhiễm môi trường ngày một nghiêm trọng, sự nóng dần lên của Trái Đất khiến băng ở hai cực dần tan,… kéo theo hàng loạt các vấn đề khác đã dẫn đến sự ảnh hưởng của sự sống nói chung

- Điều đó đặt ra câu hỏi liệu sự sống trên Trái Đất có thể kéo dài đến bao giờ khi mà con người đang dần dần phá hủy đi những gì vốn có và ngoài Trái Đất ra thì liệu còn có hành tinh nào khác có thể có sự sống hay có điều kiện cho sự sống có thể phát triển.

C TÀI LIỆU THAM KHẢO:

+ Luận văn tốt nghiệp nuôi cấy mô cây dầu mè: Nguyễn Văn Hạnh, Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh, Tháng 8/2007, giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Minh, đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm phía nam về công nghệ tế bào thực vật, viện sinh học nhiệt đới tại thành phố Hồ Chí Minh.

Million Tadege, and Hao Lin Overexpression of the WOX gene STENOFOLIA improves biomass yield and sugar release in transgenic grasses and

display altered cytokinin homeostasis Journal List > PLoS Genet > v.13(3); 2017 Mar > PMC5358894

+ Chiết xuất thành công dầu diesel từ hạt dầu mè tiến sĩ Thái Xuân Du, Trưởng phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Sinh học nhiệt đới, chiết xuất thành công dầu diesel từ hạt dầu mè (tỷ lệ dầu tới 32-37%) đã có thể mở ra một hướng đầu tư mới cho các doanh nghiệp Việt Nam.