Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGƠ ĐÌNH MINH HIỆP NGHIÊN CỨU HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN LIỆU TỪ RƠM RẠ Chun ngành : Cơng nghệ hóa học Mã ngành : 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: PGS.TS PHAN ĐÌNH TUẤN GS.TS K.L NGUYỄN TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Phan Đình Tuấn TS K.L.Nguyễn (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGƠ ĐÌNH MINH HIỆP .Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 22/06/1983 Nơi sinh : Đăklăk Chuyên ngành : Cơng Nghệ Hóa học Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ………………… 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu hồn thiện quy trình nổ hơi, tính tốn chi phí nổ Khảo sát q trình thủy phân riêng lẻ Nghiên cứu trình thủy phân lên men đồng thời …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 30/12/2007 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/06/2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị): PGS TS Phan Đình Tuấn TS K.L.Nguyễn Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Luận văn thạc sỹ đánh giá quan trọng trình làm việc học tập học viên cao học Để vượt qua năm học tập như q trình làm luận văn tơi nhận giúp đỡ động viên nhiều từ gia đình, thầy cô, bạn bè… Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình tơi động viên tạo điều kiện cho học tập Xin cám ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Phan Đình Tuấn thầy GS.TS K.L.Nguyễn tạo điều kiện, động viên hướng dẫn tận tình cho tơi q trình học tập làm luận văn Xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến thầy tận tình dậy dỗ, bạn lớp bạn sinh viên giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn Và cuối xin trân trọng cám ơn ý kiến đóng góp từ phía bạn đọc để đề tài nghiên cứu ngày hồn thiện TpHCM 7/2008 Ngơ Đình Minh Hiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ ĐÌNH MINH HIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN LIỆU TỪ RƠM Chuyên nghành: Cơng nghệ hóa học Mã ngành: 2.10.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP HỒ CHÍ MINH tháng năm 2008 MỤC LỤC I LỜI MỞ ĐẦU Trang II GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI, TÌNH HÌNH NGUN LIỆU, SẢN PHẨM II.1 Tình hình nguyên liệu rơm rạ nước đồng Sông Cửu Long II.1.1 Nguồn tài nguyên rơm rạ nước đồng Sơng Cửu Long II.1.2 Lợi ích ethanol sử dụng cho nhiên liệu động đốt II.2 Tình hình sản xuất ethanol từ rơm rạ giới II.3 mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ luận văn 3 III TỔNG QUAN TÀI LIỆU III.1 Giới thiệu ethanol rơm rạ III.1.1 Giới thiệu ethanol III.1.2 Ethanol sử dụng nhiên liệu động đốt 7 III.2 Tính chất thành phần rơm rạ III.2.1 Rơm rạ III.2.2 Thành phần hóa học rơm rạ III.2.3 Cấu trúc tế bào thực vật III.2.4 Gluco III.2.5 Cấu trúc cellulo vai trò tế bào thực vật III.2.6 Cellulo kết tinh cellulo vơ định hình III.2.7 Hemicellulo III.2.8 Lignin 10 10 11 12 15 16 18 20 21 III.3 Tiền xử lý rơm rạ III.3.1 Tiền xử lý nổ III.3.2 Cơ chế nổ III.3.3 Hệ số mức độ (severity factor SF) III.3.4 Những biến đổi trình nổ biomass 22 24 25 26 27 III.4 Thủy phân III.4.1 Quá trình hủy phân enzyme cellulas III.4.2 Ảnh hưởng nổ đến trình thủy phân ezyme 28 28 29 III.5 Lên men III.5.1 Cơ sở lý thuyết III.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men III.5.3 Thủy phân lên men đồng thời III.5.4 Diễn biến trình SSF 30 30 32 37 39 IV NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV.1 Nguyên liệu IV.1.1 Rơm rạ IV.1.2 Enzyme 41 41 41 41 IV.1.3 Giống nấm men 41 IV.2 Các thiết bị sử dụng 42 IV.3 Các phương pháp phân tích nguyên liệu sản phẩm IV.3.1 phân tích nguyên liệu sản phẩm nổ IV.3.1.1 Phân tích hàm ẩm IV.3.1.2 Phân tích thành phần béo IV.3.1.3 Phân tích thành phần NDS (thành phần trích ly) IV.3.1.4 Phân tích thành phần ADS (hemicellulo) IV.3.1.5 Phân tích thành phần ADL (lignin) IV.3.1.6 Phân tích tro IV.3.1.7 tính tốn thành phần phân tích sợi IV.3.2 Phân tích thành phần glucan IV.3.3 Phân tích nồng độ dung dịch đường IV.3.4 Phân tích nồng độ ethanol IV.3.5 Phân tích dịch thủy phân IV.3.6 Phân tích dịch lên men IV.3.7 Nhân giống đếm nấm men IV.3.7.1 Phương pháp tiến hành nhân giống IV.3.7.2 Phương pháp đếm mấm men 45 45 45 45 46 46 47 48 48 48 49 49 49 50 50 51 51 IV.4 Các phương pháp tiến hành thực nghiệm IV.4.1 Thí nghiệm nổ IV.4.2 Các chế độ thí nghiệm nổ nhanh IV.4.2 Khảo sát thủy phân IV.4.2.1 Ảnh hưởng % bã rắn IV.4.2.2 Ảnh hưởng % enzyme IV.4.3 Khảo sát hoạt tính enzyme 53 53 54 55 55 55 55 V KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN V.1 Phân tích thành phần nguyên liệu 57 57 V.2 Nghiên cứu trình nổ V.2.1 Nổ chậm V.2.2 Quá trình nổ nhanh V.2.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả xé tơi rơm rạ V.2.2.2 Mối quan hệ chi phí lượng nhiệt độ nổ V.2.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ thu hồi rơm sau nổ V.2.3 Quá trình thủy phân V.2.3.1 Ảnh hưởng chế độ nổ đến hiệu suất thủy phân V.2.3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nổ đến hiệu suất thủy phân V.2.3.1.2 Ảnh hưởng Ro đến hiệu suất thủy phân rơm rạ V.2.3.2 Ảnh hưởng lượng ẩm nhập liệu V.2.4 Tính tốn chi phí lượng suất thiết bị nổ V.2.5 Kết luận trình nổ 58 58 60 60 63 65 67 67 67 69 70 73 74 V.3 Quá trình thủy phân V.3.1 đường cong tốc độ thủy phân V.3.2 ảnh hưởng nồng độ enzyme tới tốc độ thủy phân bã nổ V.3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ bã rắn đến hiệu suất trình V.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thủy phân 75 75 76 77 78 V.4 Quá trình thủy phân lên men đồng thời (SSF) V.4.1 Ảnh hưởng nồng độ enzyme V.4.2 Ảnh hưởng mật độ nấm men V.4.3 Khảo sát tốc độ theo thời gian 79 80 81 82 VI KẾT LUẬN VII KIẾN NGHỊ Tài liệu tham khảo 83 84 86 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Sản lượng nông nghiệp nước ta năm 2003 (FAO 2004) Bảng 3.1 Tính chất hố lý ethanol Bảng 3.2 Thành phần hóa học rơm rạ Bảng 3.3 Thành phần loại đường rơm rạ Thái lan Bảng 3.4 Thành phần rơm rạ vùng Củ chi Bảng 3.5 Thàn phần lignocellulo nguồn phụ phẩm nông nghiệp khác Bảng 3.6 Khả lên men chủng nấm men khác Bảng 3.7 Mức độ ức chế enzym sản phẩm Bảng V.1 thành phần nguyên liệu Bảng V.2 thành phần nguyên liệu tham khảo Bảng V Thành phần rơm rạ sau tiến hành nổ Bảng V.4 So sánh thành phần rơm rạ trước sau tiến hành nổ chậm Bảng V.5 Mức đánh giá rời rạc rơm rạ Bảng V.6 đánh giá rơm rạ sau nổ nhanh Bảng V.7 So sánh chi phí lượng thay đổi nhiệt độ nổ BảngV.8 Tỉ lệ nước hóa sau nổ nhiệt độ khác DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Sản lượng lúa gạo nước từ 1997- 2007 Hình 3.1 Rơm rạ phần lúa Hình 3.2 Cấu trúc tế bào thành tế bào thảo mộc Hình 3.3 Hình dáng tế bào mặt cắt ngang tuyết tùng Hình 3.4 Tổng thể cấu trúc thành tế bào thực vật Hình 3.5 Cấu trúc lớp S1 (trên thành tế bào) Hình 3.6 Thành phần hóa học lớp khác thành tế bào Hình 3.7 Đồng phân α-gluco β-gluco Hình 3.8 Phân bố bó sợi cellulo thành tế bào thực vật Hình 3.9 liên kết 1,4β cellulo Hình 3.10 Liên kết hydro cellulo Hình 3.11 Cellulo kết tinh Hình 3.12 Vùng kết tinh vùng vơ định hình cellulo Hinhg 3.13 Cấu trúc hemicellulo Hình 3.14 Vị trí hemicellulo quanh bó sợi cellulo Hinhg 3.15 Các monome lignin Hình 3.16 Hình ảnh minh họa tác động tiền xử lý đến cấu trúc sợi Hình 3.17 Ảnh hưởng nhiệt độ đến phát triển nấm men Hình 3.18 Ảnh SEM nấm men Saccharomyces cerevisiae Hình 3.19 Ảnh SEM nấm men Pichia stipitis Hình 3.20 Thay đổi nồng độ gluco, cellobio ethanol trình SSF Hình 4.1 Nấm men saccharomyces cerevisiae chủng Turbo yeast extra Hình 4.2 Thiết bị nổ rơm rạ Hình 4.3 Thiết bị cung cấp nước nóng áp suất cao Hình 4.4 Bể lắc điều nhiệt Hình 4.5 HPLC shimadzu Hình 4.6 Thiết bị soxhlet dùng tách béo khỏi rơm rạ HÌnh 4.7 Thiết bị phân tích ADS NDF (đun hồn lưu) Hinhg 4.8 Gooch Crucible Hình 4.9 Buồng đếm (trên) đếm (dưới) dùng để đếm nấm men Hình 4.10 Quy trình tiến hành thực nghiệm Hình V.1 So sánh thành phần khối lượng rơm rạ trước sau nổ Hình V.2 Rơm rạ trước sau nổ chậm nhiệt độ 220oC Hình V.3 Rơm rạ nổ nhiệt độ khác Hình V.4 Bã nổ nhiệt độ 230oC, 87% ẩm Hình V.5 Đồ thị biễu diễn mối quan hệ nhiệt độ nổ tỉ lệ hóa nước Hình V.6 giản đồ nhiệt độ-áp suất-enthapy nước bão hịa Hình V.7 Đồ thị quan hệ nhiệt độ hiệu suất thu hồi rơm Hình V.8 Ảnh hưởng Ro đến hiệu suất thu hồi rơm rạ sau nổ VI KẾT LUẬN Qua q trình thí nghiệm kết luận rút sau: Quá trình nổ nhanh giúp tiết kiệm lượng nâng cao suất thiết bị so với nổ chậm Nhiệt độ tốt cho trình nổ nhanh 230oC, thời gian lưu phút với 70% ẩm Chi phí nổ vào khoảng 2826kJ/kg rơm rạ nổ Nếu sử dụng rơm rạ làm chất đốt tiêu tốn khoảng 28.3% lượng rơm rạ đem nổ Năng suất làm việc thiết bị nổ vào khoảng 1.6kg rơm cho lít dung tích thiết bị Q trình thủy phân rơm rạ sau nổ với enzym cellusoftL có khả chuyển hóa 79.2% cellulo rơm nguyên liệu ban đầu thành gluco (tính cho q trình nổ thủy phân) Gluco cellobio có khả gây ức chế mạnh enzym cellulas Nâng cao nồng độ gluco dung dịch, hoạt tính enzyme dẫn tới làm tăng chi phí enzyme Nồng độ gluco thấp gây khó khăn tốn cho trình lên men chưng cất sau Đối với q trình thủy phân, nồng độ gluco tích lũy khó vượt mức 5% Trên 5% gluco, lượng enzyme tiêu tốn lớn hiệu suất thủy phân Quá trình thủy phân lên men đồng thời (SSF) làm cho nồng độ gluco dung dịch giữ mức thấp làm giảm ức chế enzyme gluco cellobio Tuy nhiên khó khăn lớn SSF chênh lệch nhiệt độ làm việc trình lên men (35oC) thủy phân (50oC) Trong tương lai cần nghiên cứu giống nấm men có khả chịu nhiệt độ cao enzyme cellulas có nhiệt độ làm việc thấp Theo lý thuyết với trình SSF, nồng độ ethanol đạt phụ thuộc vào khả chịu đựng ethanol nấm men (trên 15%) ethnaol không gây ức chế enzym cellulas - Trang 84 - - - VII KIẾN NGHỊ Cần nghiên cứu trình thủy phân với loại enzyme cellulas khác cho hiệu cao Quá trình SSF cần tiếp tục nghiên cứu nhằm khắc phục bất lợi khác biệt nhiệt độ trình lên men thủy phân gây Quá trình SSF thiết bị khác đề nghị để khắc phục ảnh hưởng nhiệt độ Mơ hình quy trình sản suất bán liên tục ethanol từ rơm rạ đề nghị tiếp tục tiến hành sơ đồ sau: Hình VII.1 quy trình nổ rửa bã liên tục đề nghị - Trang 85 - - - Hình VII.2 mơ hình quy trình SSF liên tục đề nghị - Trang 86 - - - VII Tài liệu tham khảo [1] http://faostat.fao.org/ [2] http://www.vietnamships.com/news/?id=2066 [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Vietnam [4] Báo cáo thường niên ngành hàng gạo Việt Nam 2007 Và triển vọng 2008, http://www.agro.gov.vn/news/newsdetail.asp?targetID=5700 [5] ethanol fuel, http://journeytoforever.org/ethanol.html#E [6] Calculated from heats of formation Does not correspond exactly to the figure for MJ/l divided by density [7] George Overview of Storage Development DOE Hydrogen Program [pdf Livermore, CA Sandia National Laboratories 2000.] [8] www.eia.doe.gov Alternative Fuel Efficiencies in Miles per Gallon [9] D.R Cohn, L Bromberg, J.B Heywood Efficiency Improvements Associated with Ethanol-Fueled Spark-Ignition Engines [10] Smith, William D “Price Quadruples for Iranian Crude Oil at Auction”, New York Times 12 Dec 1973 [11] Lovins A.B (2005) Winning the Oil Endgame, p 105 [12] Yukihiko Matsumuraa, Tomoaki Minowab, Hiromi Yamamoto, Amount, availability, and potential use of rice straw (agricultural residue) biomass as an energy resource in Japan, 2005 [13] Keikhosro Karimi a,b, Giti Emtiazi c, Mohammad J Taherzadeh d, Ethanol production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus,Rhizopus oryzae, and Saccharomyces cerevisiae, 2006 [14] Keikhosro Karimia, Shauker Kheradmandiniaa, Mohammad J Taherzadehb, Conversion of rice straw to sugars by dilute-acid hydrolysis, 2004 [15] Yoshitoshi Nakamura, Tatsuro Sawada1, Eiichi Inoue, Enhanced ethanol production from enzymatically treated steam-exploded rice straw using extractive fermentation , 2001 [16] Mohammet Moniuzaman, Effect of Steam Explosion on the Physicochemical Properties and Enzymatic Saccharification of Rice Straw, 1996 [17] http://www.energy.ca.gov/ethanol/biofuel_cec_history.html [18] http://www.freepatentsonline.com/5693296 [19] Hiroyuki Inoue, Sutipa Tanapongpipat, Akira Kosugi, Shinichi Yano, biomass-asiaworkshop, 2005 [20] Cao Đinh Khánh Thảo, luận văn tốt nghiệp Đại học “nghiên cứu khả xủa lý rơm rạ để lên men ethanol” 2007 [21] http://genomicsgtl.energy.gov/biofuels/placemat2.shtml - Trang 87 - - - [22] Tina Jeoh, Steam Explosion Pretreatment of Cotton Gin Waste for Fuel Ethanol Production, 1999 [23] Lin, Yan, and Tanaka, Shuya "Ethanol fermentation from biomass resources: current state and prospects." Applied Microbiology and Biotechnology 69.6 (2006): 627-642 [24] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mcb.figgrp.6595 [25] Shigeru Deguchi, Kaoru Tsujiib and Koki Horikoshia; Cooking cellulose in hot and compressed water [26] PH Hermans, A Weidinger; On the Recrystallization of Amorphous Cellulose; 1946 [27] HJ Philipp, ML Nelson, HM Ziifle; Crystallinity of Cellulose Fibers as Determined by Acid Hydrolysis; 1947 [28] hetti palonen; Role of lignin in the enzymatic hydrolisis of lignocellulose, 2004 [29] Foody; Method for increasing the accessibility of cellulose in lignocellulosic materials, particularly hardwoods agricultural residues and the like; 1980 [30] Shultz, T P., M C Templeton, C J Biermann, and G D Mc Ginnis 1984 Steam Explosion of Mixed Hardwood Chips, Rice Hulls, Corn Stalks, and Sugar Cane Bagasse Journal of Agricultural and Food Chemistry 32:1166-1172 [31] Mason, W H 1926 U.S Patent #1,578,609 [32] Goldstein, I S 1983 Acid Processes for Cellulose Hydrolysis and Their mechanisms In E J Soltes (Ed.) Wood and Agricultural Residues (pp 315-328) New York, NY: Academic Press, Inc [33] Weimer, P J., J M Hackney, A D French 1995 Effects of Chemical Treatments and Heating on the Crystallinity of Celluloses and their Implications for Evaluating the Effect of Crystallinity on Cellulose Biodegradation Biotechnology and Bioengineering 48:169-178 [34] Tanahashi, M., K Tamabuchi, T Goto, T Aoki, M Karina, T Higuchi 1988 Characterization of Steam-Exploded Wood II Chemical Changes of Wood Components by Steam Explosion Wood Research 75:1-12 [35] Marchessault, R H., J M St-Pierre 1980 A New Understanding of the Carbohydrate System In I, Chemrawn, L E St-Pierre, and G R Brown (Eds.), Future Sources of Organic Raw Materials: 613-625 Pergamon Press, Oxford [36] Nunes, A P., J Pourquie 1996 Steam Explosion Pretreatment And Enzymatic Hydrolysis of Eucalyptus Wood Bioresource Technology 57: 107-110 [37] Martín, R S., C Perez, and R Briones 1995 Simultaneous Production of Ethanol And Kraft Pulp From Pine (Pinus Radiata) Using Steam Explosion Bioresource Technology 53: 217-223 [38] Overend, R P., and E Chornet 1987 Fractionation of Lignocellulosics by SteamAqueous Pretreatments Philosophical Transactions of the Royal Society of London 321: 523536 [39] Heitz, M., E Chornet, E Capek, P Koeberle, J Gagne, R P Overend, J D Taylor, E.Yu 1988 Fractionation of Populus Tremuloides at the Pilot Plant Level: Optimization of - Trang 88 - - - Pretreatment Conditions Via Steam Explosion Using the STAKE II Technology Proceedings of the Canadian 7th Bioenergy R&D Seminar, Ottawa, Canada [40] Belkacemi, K 1989 Valorisation des déchets agricoles: tiges de mais et Stipa Tenacissima par voies d’hydrolyse acide et enzymatique Ph D Thesis, Dept Chem Eng., University of Sherbrooke [41] Kaar, W E., C V Gutierrez, C M Kinoshita 1998 Steam Explosion of Sugarcane Bagasse as a Pretreatment for Conversion to Ethanol Biomass and Bioenergy 14(3): 277287 [42] Tanahashi, M., S Takada, T Aoki, T Goto, T Higuchi, S Hanai 1983 Characterization of Explosion Wood Structure and Physical Properties Wood Research 69:36-51 [43] Ladisch, M R 1989 2.4.5 Hydrolysis In O Kitani and C W Hall (Eds.) Biomass Handbook: 434-451 New York, NY: Gordon and Breach Science Publishers [44] Nidetzky, B., W Steiner, M Claeyssens 1995 Synergistic Interaction of Cellulases from Trichoderma reesei During Cellulose Degradation In J N Saddler, M H Penner (Eds.), Enzymatic Degradation of Insoluble Carbohydrates: 90-112 American Chemical Society, Washington, D.C [45] Caulfield, D F., W E Moore 1974 Wood Science 6: 375 [46] Grous, W R., A O Converse, H E Grethlein 1986 Effect of Steam Explosion Pretreatment on Pore Size and Enzymatic Hydrolysis of Poplar Enzyme Microb Tech [47] Dekker, R F H., A F A Wallis 1983 Enzymic Saccharification of Sugarcane Bagasse Pretreated by Autohydrolysis-Steam Explosion Biotechnology and Bioengineering 25:30273048 [48] Saddler, J N., C Hogan, M K –H Chan, G Louis-Seize 1982 Ethanol Fermentation of Enzymatically Hydrolysed Pretreated Wood Fractions Using Trichoderma cellulases, Zymomonas mobilis, and Saccharomyces cerevisiae Canadian Journal of Microbiology 28: 1311-1319 [49] Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội, trang 244 – 255, 2005 [50] Charles E.Wyman, Handbook on Bioethanol: Product and Utilization, Taylor&Francis, 1996 p 119-285 [51] PO Pettersson, R Eklund, G Zacchi; Modeling simultaneous saccharification and fermentation of softwood; Applied Biochemistry and Biotechnology, 2002 – Springer [52] Lương Đức Phẩm, Nấm men công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật, 2006 [53] Trịnh Hoài Thanh, nghiên cứu trình xử lý rơm rạ để chế biến cồn nhiên liệu, luận văn thạc sỹ ĐH Bách khoa HCM, 2007 [54] McMillan, J D 1994 Pretreatment of Lignocellulosic Biomass In M.E Himmel, J.O Baker, R P Overend (Eds.), Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production: 292 324 American Chemical Society, Washington, D.C - Trang 89 - - - [55] George P Philippidis , Tammy K Smith, Charles E Wyman; Study of the enzymatic hydrolysis of cellulose for production of fuel ethanol by the simultaneous saccharification and fermentation process; Alternative Fuels Division, National Renewable Energy Laboratory (NREL),1617 Cole Boulevard, Golden, Colorado 8http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=46489130401, 1992 [56] McKendry P 2002 Energy production from biomass (part I): overview of biomass Bioresour Technol 83:37–46 [57] Prasad S., Singh A., Joshi HC 2007 Ethanol as an alternative fuel from agricultural, industrial and urban residues Resources, Conservation and Recycling 50: – 39 [58] Hsu TA, Ladisch MR, Tsao GT, 1980 Alcohol from cellulose Chemical Technology 10: 315–319 [59] Hans P Blaschek and Thaddeus C Ezeji; Chapter Science of Alternative Feedstocks - Trang 90 - - - VIII Phụ lục: 1/ Thành phần dung dịch NDS Hóa chất Nước cất EDTA Natri tetraborat decahydrate Natri dodecyl Sulfate 30 g – ethoxyethanol 10 ml Dinatri hydrophosphate 4,56 g Khối lượng 1Lít 18,61 g 6.81 g 30 g 10 ml 4,56 g Trước tiên hòa tan vào 1; sau hịa tan vào dung dịch vừa pha, cuối hòa tan vào dung dịch Dung dịch thu có pH trung tính (6.9-7.1) 2/ Thành phần dung dịch ADS Hóa chất Acid sulfuric (96∼98%) CTAB (cetyl trimethylammonium bromide) Nước cất vừa đủ Khối lượng 49,04g 20g 1Lít Hịa tan hai chất vào nước, sau định mức đến 1L, sử dụng bình định mức 3/ Bảng số liệu cho đồ thị V.9, V.10 % thủy phân thí Nhiệt độ % bã thu hồi nguyên liệu sau %hiệu suất chuyển hóa nghiệm nổ sau nổ nổ tính nguyên liệu thô 190 86.67 17.47 15.14 200 72.22 26.10 18.85 210 63.67 29.40 18.72 220 59.20 42.09 24.92 225 58.82 39.15 23.03 225 59.76 38.93 27.55 225 60.64 46.77 26.41 230 56.51 47.67 24.40 230 51.97 40.19 26.56 10 235 56.30 50.51 30.87 - Trang 91 - - - 11 235 59.55 48.86 29.10 12 235 59.38 45.90 29.83 13 235 49.14 46.03 31.44 14 235 51.51 48.13 24.80 15 240 49.95 46.53 23.24 16 240 54.76 36.21 19.83 17 240 49.95 46.53 23.24 18 240 42.82 40.65 22.53 4/ Bảng số liệu cho đồ thị V.11 loRo Ro t/g lưu Nhiệt % Thủy (Phút) độ phân 4.73 53593.69 190 17.47 5.02 105572.45 200 26.10 5.02 105572.45 200 28.75 5.02 105572.45 200 33.92 5.32 207963.71 210 41.28 5.32 207963.71 210 29.40 4.86 72970.28 0.5 215 29.49 4.86 72970.28 0.5 215 27.60 4.86 72970.28 0.5 215 20.58 5.77 583762.26 215 48.11 5.79 614491.31 220 38.68 5.61 409660.88 220 42.09 5.31 204830.44 220 39.52 6.21 1638643.50 220 46.15 5.91 819321.75 220 43.63 5.61 409660.88 220 37.04 - Trang 92 - - - 6.15 1407450.50 222 43.36 6.46 2874835.25 10 225 48.95 6.31 2048304.38 10 220 47.91 5.76 574967.05 225 46.77 5.76 574967.05 225 39.15 5.76 574967.05 225 38.93 5.76 574967.05 225 48.74 5.46 287483.53 225 39.02 6.24 1724901.15 225 48.35 6.21 1613955.00 230 46.71 5.91 806977.50 230 47.67 6.38 2420932.50 230 46.73 6.51 3227910.00 230 46.82 5.91 806977.50 230 47.20 5.91 806977.50 230 42.24 5.30 201744.37 0.5 230 31.91 5.91 806977.50 230 50.01 5.91 806977.50 230 40.19 6.05 1132608.70 235 54.76 6.05 1132608.70 235 52.49 6.05 1132608.70 235 50.51 6.05 1132608.70 235 48.86 6.05 1132608.70 235 45.90 6.05 1132608.70 235 52.75 6.05 1132608.70 235 46.03 6.05 1132608.70 235 48.13 5.75 566304.35 235 44.07 6.36 2265217.40 235 44.41 - Trang 93 - - - 5/ Bảng số liệu cho đồ thị V.12 % bã thủy % ẩm nổ Nhiệt độ % thu hồi phân 92.41 235 49.14 61.47 89.50 235 56.30 54.76 87.01 235 59.38 52.49 84.86 235 61.13 50.51 82.98 235 60.16 49.03 79.86 235 59.92 52.75 77.36 235 59.55 48.86 75.33 235 61.98 45.90 72.22 235 63.13 44.95 90.51 230 50.62 59.38 88.85 230 53.57 54.82 88.07 230 55.79 50.01 81.03 230 62.98 49.90 77.73 230 61.05 49.14 70.24 230 66.71 47.20 63.08 230 64.70 42.24 89.58 225 54.08 39.83 86.23 225 58.82 39.15 84.82 225 60.64 35.94 83.28 225 59.44 38.93 81.53 225 60.93 35.85 80.18 225 58.46 36.47 75.14 225 59.76 32.46 6/ Bảng số liệu cho đồ thị V.16 % ẩm nổ mẫu Nhiệt độ - Trang 94 - % thu %thủy hồi phân - - G1 90.51 230 50.62 59.38 G2 88.85 230 53.57 54.82 G3 88.07 230 55.79 50.01 G4 81.03 230 62.98 49.90 G5 77.73 230 61.05 49.14 G6 70.24 230 66.71 47.20 G7 63.08 230 64.70 42.24 7/ Bảng số liệu cho đồ thị V.17 V.18 thời gian (h) lượng enzym 3.5 16 23.5 45.25 67 91 0.5ml 0.43 0.76 1.19 1.55 3.41 4.46 6.00 7.06 7.47 1ml 0.86 1.24 2.50 3.10 6.22 7.79 10.76 11.80 12.47 2ml 1.62 2.37 4.26 5.47 10.46 12.37 15.88 16.28 16.52 3ml 2.32 3.20 5.72 6.94 12.10 13.79 16.37 16.91 16.86 4ml 2.68 3.55 6.04 7.80 12.45 14.54 16.55 17.08 17.46 5ml 3.30 4.61 7.57 9.17 14.27 15.61 17.40 17.32 17.84 0.5ml 1.09 1.56 2.11 2.32 2.64 2.54 2.34 1.93 1.98 1ml 2.02 2.23 3.20 3.32 3.01 2.58 1.87 1.44 1.25 2ml 3.18 3.36 4.09 4.09 3.29 2.58 1.44 0.92 0.79 3ml 3.10 2.96 3.54 3.21 1.85 1.33 0.76 0.54 0.54 4ml 2.57 2.27 2.46 2.35 1.33 1.07 0.62 0.45 0.44 5ml 2.54 3.11 3.00 2.46 1.20 0.85 0.51 0.46 0.46 gluco cellobio 8/ Bảng số liệu cho đồ thị V.22 Mẫu 1% rơm nổ % enzy Nhiệt độ time(min) gluco FIU cellobio celobio tổng 1 29.6 60 0.13 1.17 0.19 0.25 40 60 0.17 1.54 0.33 0.41 45 60 0.24 2.21 0.43 0.55 - Trang 95 - - - 50 60 0.33 3.03 0.55 0.72 55 60 0.41 3.80 0.60 0.80 60 60 0.47 4.34 0.56 0.79 70 60 0.17 1.58 0.12 0.20 80 60 0.00 0.00 0.00 0.00 9/ Đường chuẩn gluco nồng độ gluco 0.0557 0.135 0.233 0.429 0.712 1.03 1.45 3.18 6.39 9.48 11.3 chiều cao pic 2831 7035 12371 22618 36702 53220 76945 166295 335774 495207 580687 diện tích 35925 95002 165912 301117 494938 712128 1030614 2229527 4523075 6703311 7889199 y = 0.0000014233x - 0.0019697380 R = 0.9999290268 12 nong g/l 10 0 2000000 4000000 6000000 8000000 10000000 dien tich 10/ Đường chuẩn gluco nồng độ xylose 1.629341 0.504945 1.742627 0.775297 0.340772 1.042701 0.121332 diện tích píc 1155528 359733 1232912 551026 241180 739164 83837 - Trang 96 - chiều cao 81216 25624 86777 42818 17247 52318 6138 - - đường chuẩn xylose nong g/l y = 0.0000014112x - 0.0000848920 R2 = 0.9999866301 1.5 0.5 0 500000 1000000 1500000 dien tich 11/ Đường chuẩn cellobio Nồng độ diện tích chiều cellobio g/l pic cao 0.148 113225 8981 0.248 205399 15174 0.457 349449 27472 0.711 558603 43370 0.982 760433 59880 đường chuẩn cellubio y = 0.0000012945x - 0.0052479266 R = 0.9992323851 1.2 nong g/l 0.8 0.6 0.4 0.2 0 200000 400000 600000 800000 dien tich 11/ Đường chuẩn ethanol nồng độ g/l 9.65 4.78 4.3 3.83 3.33 2.99 2.48 1.99 1.46 0.99 diện tich pic 2890448 1387166 1245487 1092224 927311 823560 656040 498059 326814 186844 - Trang 97 - - - đường chuẩn ethanol 12 y = 0.00000319x + 0.37509502 R2 = 0.99982606 nồng độ g/l 10 0 1000000 2000000 3000000 4000000 diện tích pic - Trang 98 - - - ... ethanol nhiên liệu từ rơm rạ? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài nhằm nghiên cứu thông số công nghệ sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ Nội dung nghiên cứu gồm phần chính: nghiên cứu trình nổ hơi, thủy... hình sản xuất ethanol từ rơm rạ giới II.3 mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ luận văn 3 III TỔNG QUAN TÀI LIỆU III.1 Giới thiệu ethanol rơm rạ III.1.1 Giới thiệu ethanol III.1.2 Ethanol sử dụng nhiên liệu. .. rõ vấn đề xung quanh việc ? ?nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ sản xuất ethanol làm nhiên liệu từ rơm rạ? ?? với quy mơ phịng thí nghiệm Đề tài có tham khảo nghiên cứu nghiên cứu trước ngồi nước, có hỗ