Nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ vi tảo biển nannochloropsis oculata ở quy mô phòng thí nghiệm

Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN *** Đinh Thị Ngọc Mai NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DIESEL SINH HỌC TỪ VI TẢO BIỂN NANNOCHLOROPSIS OCULATA Ở QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, tháng tháng 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai MỞ ĐẦU Các nguồn lượng sử dụng bao gồm dầu mỏ, khí tự nhiên, than đá, lượng nước lượng hạt nhân Nhu cầu lượng ngày tăng cao gia tăng dân số q trình cơng nghiệp hóa Do vậy, để giảm thiểu tác động tiêu cực việc lệ thuộc vào nguồn lượng truyền thống vốn bắt đầu cạn kiệt khơng có khả tái sinh, người bắt tay vào tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay Trong đó, diesel sinh học thu hút nhiều quan tâm cần diện tích đất nơng nghiệp lớn nên đe dọa đến vấn đề an ninh lương thực Nhiều nước giới nghiên cứu nhiên liệu sinh học khẳng định vi tảo lựa chọn hàng đầu Ý tưởng việc sử dụng vi tảo làm nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học Địa điểm để ni trồng vi tảo chủ động lựa chọn, bố trí bể hở hay hệ thống kín tập trung nhằm tận dụng điều kiện tự nhiên sẵn có để hạ giá thành sản phẩm Ngồi ra, vi tảo có khả sử dụng nguồn CO2 khí hấp thụ nguồn CO2 thải từ nhà máy thơng qua q trình quang hợp, góp phần làm giảm thiểu phác thải khí nhà kính gây tượng ấm lên trái đất, giảm biến đối khí hậu tồn cầu Trong xu chung giới coi nhiên liệu sinh học (NLSH) (trong có diesel sinh học) giải pháp lượng an toàn cho giảm thiểu ô nhiễm, vấn đề nhiên liệu sinh học Việt Nam ngày Nhà nước Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai nhà khoa học quan tâm đầu tư nghiên cứu Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu công bố Việt Nam việc sử dụng vi tảo làm nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học dừng lại việc lựa chọn nuôi trồng loài vi tảo tiềm Đề tài “Nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ vi tảo biển Nannochloropsis oculata quy mơ phịng thí nghiệm” mà chúng tơi thực bước tiếp nối nghiên cứu Phịng Cơng nghệ Tảo, Viện Cơng nghệ sinh học sàng lọc loài/chủng vi tảo tiềm cho sản xuất diesel sinh học, chuyển hóa diesel sinh học từ số chủng lựa chọn Chlorella sp., Tetraselmis sp., Schizochytrium sp … Mục tiêu đề tài có quy trình chuyển hóa diesel sinh học chất lượng cao từ sinh khối vi tảo biển Nannochloropsis oculata, làm sở cho cho cải tiến quy trình cơng nghệ để sản xuất thương mại diesel sinh học từ vi tảo biển quy mô lớn Công việc thực phịng Cơng nghệ tảo, Viện Cơng nghệ sinh học, Viện Khoa học cơng nghệ Việt Nam Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nhiên liệu sinh học Thuật ngữ NLSH (biofuel) đưa vào cuối năm 1980 để loại nhiên liệu có khả tái tạo Chúng khơng có nguồn gốc từ dầu mỏ, chúng coi loại nhiên liệu thay dầu mỏ NLSH thường sản xuất từ sinh khối (biomass) chủ yếu sản phẩm nông nghiệp NLSH coi nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường có tiềm thay cho nguồn nhiên liệu hóa thạch tương lai (Sudarsan and Anupama, 2006) NLSH bao gồm nhiên liệu dạng khí dạng lỏng NLSH dạng lỏng bao gồm ethanol sinh học (bioethanol), methanol sinh học (biomethanol), diesel sinh học (diesel sinh học); dạng khí gồm hydro sinh học (biohydro) methane sinh học (biomethane) (Đoàn Thị Thái Yên cs., 2010) * Nhiên liệu sinh học hệ thứ Nhiên liệu sinh học hệ thứ sản xuất chủ yếu từ loại lương thực, thực phẩm đậu tương, hạt cải dầu, dầu cọ … Nhược điểm việc sử dụng nguồn nguyên liệu làm giảm tính đa dạng sinh học, tiêu tốn nhiều nước tăng khí thải nhà kính Nhiều báo cáo khoa học công bố rằng, đốt cháy nhiên liệu hệ thứ làm phát thải khí nitơ oxít gây nhiễm khơng khí Ngồi ra, kỹ thuật canh tác áp dụng để trồng nguyên liệu gây nhiều tác động xấu đến mơi trường sói mịn đất dư lượng thuốc trừ sâu, phân bón Một vấn đề lớn khác mà việc sản xuất nhiên liệu sinh học hệ thứ cịn phải đối mặt an ninh lương thực Các loại lương thực trồng với mục đích sản xuất nhiên liệu thay sản xuất thực phẩm cho người Kết dẫn đến cạnh tranh sản lượng, giá nguồn nhiên liệu lương thực Chính vậy, với nhược điểm nêu trên, việc sản xuất nhiên liệu hệ thứ quy mô lớn chưa khả thi (Lang cs., 2001) Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai * Nhiên liệu sinh học hệ thứ NLSH hệ thứ sử dụng nguồn nguyên liệu phế thải nông nghiệp gốc, vỏ khô lương thực hay nguyên liệu trồng đất bạc màu, bỏ hoang (NLSH sản xuất từ cellulose), ví dụ cỏ (sweetgrass), cọc rào (jatropha)… (Naik cs., 2010) Một số sản phẩm NLSH hệ thứ gồm bio-hydrogen, biomethanol, butanol isobutanol, Fischer Tropsch … Mặc dù nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH hệ phong phú không đe dọa đến vấn đề an ninh lương thực nay, việc sản xuất NLSH hệ thứ chưa thương mại hóa q trình chuyển hóa nhiên liệu có giá thành cao phải đối mặt với nhiều thách thức mặt kỹ thuật * Nhiên liệu sinh học hệ thứ (Rittmann (Naik anh năm (Dismuskes (Schenk cs., 2008) (Chisti (Sheehan cs., 1998).Tuy nhiên, trở ngại lớn NLSH hệ thứ ba công nghệ sản xuất sinh khối tảo có hàm lượng dầu cao với giá thành rẻ, cạnh tranh với nguồn nguyên liệu truyền thống khác giá thành việc chuyển hóa dầu tảo thành diesel sinh học Hiện nay, sản xuất NLSH từ tảo có chi phí cao nhiều so với sản xuất từ dầu mỏ (Wen and Johnoson, 2009) 1.2 Tình hình sử dụng sản xuất nhiên liệu sinh học Việt Nam giới Hiện nhiều quốc gia giới khai thác sử dụng NLSH mức độ khác Năm 2006, toàn giới sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 38 tỷ lít, dự kiến năm 2012 khoảng 80 tỷ lít Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Brasil quốc gia sử dụng ethanol làm nhiên liệu quy mô công nghiệp từ năm 1970, với loại xăng E25 (pha khoảng 25% ethanol), năm tiết kiệm tỷ USD Mỹ quốc gia sản xuất ethanol lớn giới (năm 2006 đạt gần 19 tỷ lít, 15 tỷ lít dùng làm nhiên liệu-chiếm khoảng 3% thị trường xăng) Năm 2012 cung cấp 28 tỷ lít ethanol diesel sinh học, chiếm 3,5% lượng xăng dầu sử dụng Để đối phó với thiếu hụt lượng, Trung Quốc mặt đầu tư lớn lãnh thổ để khai thác dầu mỏ, mặt khác tập trung khai thác, sử dụng lượng tái tạo, đầu tư nghiên cứu NLSH Đầu năm 2003, xăng E10 (10% ethanol 90% xăng) thức sử dụng thành phố lớn tới mở rộng thêm tỉnh đông dân cư khác Dự kiến, ethanol nhiên liệu tăng tỷ lít vào năm 2010, khoảng 10 tỷ lít vào năm 2020 (năm 2005 1,2 tỷ lít) Ở Malaysia, đến năm 2015 có nhà máy sản xuất diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng công suất gần triệu để sử dụng nước xuất sang Châu Âu (Kansedo cs., 2009) Inđônêxia phấn đấu đến năm 2015 sử dụng B5 đại trà nước Ngoài dầu cọ, đầu tư trồng 10 triệu cọc rào (Jatropha curcas) lấy dầu làm diesel sinh học Côlômbia ban hành đạo luật bắt buộc đô thị 500.000 dân phải sử dụng E10 Achentina phê duyệt Luật NLSH (tháng 4/2006) quy định năm 2010 nhà máy lọc dầu pha 5% ethanol 5% diesel sinh học xăng, dầu để bán thị trường Costa Rica, Philipin quốc gia thuộc châu Âu có lộ trình sử dụng diesel sinh học Trong xu chung giới coi NLSH giải pháp lượng an tồn cho giảm thiểu nhiễm, vấn đề NLSH Việt Nam ngày Nhà nước nhà khoa học quan tâm đầu tư nghiên cứu Ví dụ như, Chính phủ ban hành định hướng phát triển sử dụng lượng giai đoạn 20062015 tầm nhìn đến 2025, bao gồm phát triển điện, than, dầu khí, lượng nguyên tử, lượng tái tạo, NLSH… Ngày 20.11.2007, Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định số 177/2007/QĐ- TTg phê duyệt “Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn 2025” ”, đưa mục tiêu đến năm 2010 sản xuất 100.000 xăng E5/năm (pha khoảng 5% ethanol) 50.000 B5/năm (pha khoảng 5% diesel sinh học), bảo Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai đảm 0,4% nhu cầu nhiên liệu nước đến năm 2025 có sản lượng hai loại sản phẩm đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị trường nội địa Tháng 6/2010, Quốc hội thông qua Luật Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả, đề cập nhiều đến vấn đề sử dụng lượng tái tạo Sự đời đề án đặc biệt việc ban hành Luật Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu pháp luật quan trọng để Việt Nam bước vào hành trình sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học (http: //daibieunhandan.vn/default.aspx?tabid=148&NewsId=201888) 1.3 Diesel sinh học, ƣu nhƣợc điểm Theo tiêu chuẩn ASTM diesel sinh học định nghĩa: “là mono alkyl ester axit mạch dài có nguồn gốc từ lipid tái tạo như: dầu thực vật, mỡ động vật, sử dụng làm nhiên liệu cho động diesel” Diesel sinh học xem nguồn nhiên liệu sạch, hồn tồn thay nhiên liệu dầu đốt hóa thạch diesel thơng thường Tính chất vật lý diesel sinh học tương tự diesel tốt diesel mặt chất thải Diesel sinh học khắc phục nhược điểm dầu thực vật độ nhớt lớn (cao gấp 6–14 lần diesel), số xetan thấp Các loại diesel sinh học có tỷ lệ % trọng lượng oxy lớn, điều mà dầu diesel khơng có Diesel sinh học có điểm sơi cao (thơng thường khoảng 150 °C hay 302 °F), áp suất thấp, trọng lượng riêng khoảng 0,86–0,9 g/cm³ hồn tồn khơng phải hóa chất độc hại Bản chất diesel sinh học sản phẩm ester hóa methanol ethanol axit béo tự dầu thực vật mỡ động vật Diesel sinh học có nhiệt trị (3941MJ/kg) thấp xăng (46 MJ/kg), diesel dầu mỏ (43 MJ/kg) dầu thô (42 MJ/kg) cao than (32–37 MJ/kg) (Demirbas, 2009) Sự phát triển diesel sinh học giúp thay phần nhiên liệu từ dầu mỏ cạn kiệt giảm đáng kể lượng CO2; SOx chất hữu đa vòng thơm phát thải so với đốt dầu diesel Diesel sinh học dùng hồn toàn loại động diesel phối trộn với dầu diesel hóa thạch thơng thường tỷ lệ thiết bị đại chạy dầu diesel Sử dụng diesel sinh học có nhiều thuận lợi cho môi trường so với diesel, cụ thể như: giảm thành phần CO khí thải đến 50% CO2 đến Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai 78% Diesel sinh học chứa hydrocarbon thơm so với diesel thông thường, cụ thể hàm lượng benzofluoranthene giảm 56% benzopyrenes giảm 71% Diesel sinh học làm giảm đến 20% khí thải trực tiếp dạng hạt nhỏ, sản phẩm cháy chất rắn so với dầu diesel có hàm lượng sulfur thấp (< 50ppm) Khí thải dạng hạt tạo đốt diesel sinh học giảm khoảng 50% so với sử dụng diesel có nguồn gốc hóa thạch Đặc biệt, diesel sinh học bị phân hủy sinh học dễ dàng nên thân thiện với môi trường (Kansedo cs., 2009; Thái Doãn Tĩnh,1999; Nguyễn Văn Thanh, 2009) Bên cạnh ưu điểm nêu trên, diesel sinh học có số nhược điểm làm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Việc sử dụng nhiên liệu chứa 5% diesel sinh học gây vấn đề như: ăn mòn chi tiết động tạo cặn bình nhiên liệu tính dễ bị oxi hóa diesel sinh học Nhiệt độ đơng đặc diesel sinh học phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất nói chung cao nhiều so với dầu diesel thành phẩm Điều ảnh hưởng đến việc sử dụng diesel sinh học vùng có thời tiết lạnh Ngoài ra, diesel sinh học háo nước nên cần biện pháp bảo quản đặc biệt để tránh tiếp xúc với nước Diesel sinh học không bền, dễ bị oxi hóa nên gây nhiều khó khăn việc bảo quản 1.4 Các phƣơng pháp sản xuất diesel sinh học Một số phương pháp sản xuất diesel sinh học nhiệt phân, microemulsion (vi nhũ hóa), chuyển vị ester, phản ứng chuyển vị ester phương pháp phổ biến Phương trình chuyển hóa diesel sinh học sau (Fukuda cs., 2001) Xúc tác to Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Ví dụ phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác NaOH sau: + Phản ứng 1: Tạo Alkoxide: CH3 + NaOH CH3-Na + H2 O Trong mơi trường có nước, alkoxide phân ly tạo CH3O- Na+, CH3O- tiếp tục thực phản ứng + Phản ứng 2: Tạo Triglyceride amion + Phản ứng 3: Tạo diglyceride CH3O- tiếp tục cho phản ứng dây chuyền để tạo monoglyceride cuối methyl ester Như vậy: trình 01 phân tử triglyceride tác dụng với 03 phân tử CH3OH tạo 01 phân tử glycerol 03 phân tử methyl ester Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Chất xúc tác phản ứng chuyển vị ester kiềm, axit enzym Các chất xúc tác kiềm phổ biến NaOH, KOH Một số chất xúc tác kiềm khác bao gồm cacbonate, methoxide, sodium ethoxide, sodium propoxide sodium butoxide Phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác kiềm có ưu điểm tốc độ chuyển hóa cao điều kiện nhiệt độ thấp, thời gian phản ứng ngắn Tuy nhiên nhược điểm phương pháp tạo thành xà phòng từ phản ứng xà phịng hóa, đặc biệt ngun liệu có hàm lượng axit béo tự cao hàm lượng nước cao ảnh hưởng phản ứng xà phịng hóa đến q trình chuyển hóa diesel sinh học lớn Các chất xúc tác axit sử dụng phổ biến axit sulphuric, HCl, axit sulfonic Phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác axit có hiệu suất cao khắc phục nhược điểm tạo thành xà phòng, nhiên tốc độ phản ứng lại chậm đòi hỏi nhiệt độ phản ứng cao Phản ứng ester hóa sử dụng chất xúc tác enzym (như lipase) có ưu điểm hiệu suất cao, khơng tạo thành xà phịng xúc tác kiềm, phản ứng không bị ức chế nước xúc tác axit, ester hóa triglyceride axit béo tự bước, không cần bước rửa, tỷ lệ rượu/dầu thấp so với sử dụng chất xúc hóa học Tuy nhiên, phản ứng ester hóa sử dụng chất xúc tác enzym địi hỏi thời gian phản ứng lâu hơn, hàm lượng chất xúc tác, giá thành sản xuất cao Phản ứng chuyển vị ester xảy điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao (trên 2400C, Mpa) không cần chất xúc tác Phản ứng đạt cân nhanh (120-240s) đạt hiệu suất cao so với phương pháp truyền thống Tuy nhiên phương pháp khơng có hiệu mặt kinh tế khơng an tồn (Ehimen cs., 2010) 1.5 Tiêu chuẩn chất lƣợng diesel sinh học Diesel sinh học có số tính chất độc, đốt cháy tốt dầu thơ khơng gây hiệu ứng nhà kính, sử dụng trực tiếp cho động diesel mà khơng cần sửa đổi chúng cịn pha trộn diesel sinh học với diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ với tỷ lệ khác Để thương mại hóa diesel sinh học cần phải đáp ứng tiêu chuẩn áp dụng giới Ở Mỹ Số hóa Trung tâm Học liệu 10 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Nhìn chung, độ ẩm sinh khối cao hiệu chuyển hóa diesel sinh học giảm Sự chuyển hóa diesel sinh học bị ức chế hoàn toàn độ ẩm sinh khối tảo vượt 55% Hiệu chuyển hóa diesel sinh học độ ẩm % 70% so với độ ẩm 0% Do vậy, việc sấy khơ hồn tồn sinh khối tảo khơng thể thiếu q trình chuyển vị ester chỗ 3.3.4 , 27, 700 đư Hiệu suất chuyển hóa FAME (%-tính theo trọng lƣợng dầu) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Không khuấy trộn Khuấy trộn giờ Khuấy trộn gián Khuấy trợn liên đoạn tục khối tảo N oculata Số hóa Trung tâm Học liệu 38 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai -axit-chloroform 3.4 Chuyển hóa diesel sinh học từ sinh khối tảo Nannochloropsis oculata 27,2 ml methanol, 4, 700 Nannochloropsis occulata Hỗn hợp trước phản ứng Sản phẩm FAME cuối Phản ứng máy khuấy từ gia nhiệt Hỗn hợp sau phản ứng Hỗn hợp phân lớp phễu chiết Loại bỏ cặn Sản phẩm thu Loại bỏ cặn lớp cách rửa với hexan chứa nhiều cặn Hì Số hóa Trung tâm Học liệu N occulata 39 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai N oculata khối d diesel sinh học thơ tảo N oculata Số hóa Trung tâm Học liệu 40 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Bảng Thành phần axít béo sản phẩm FAME chuyển hóa từ sinh khối tảo N oculata STT Tên axit 10 11 14:0 15:0 15:1n-5 16:0 16:1n-7 17:0 17:1n-7 18:0 18:1n-7 18:2n-6-t 18:4n-3 12 13 14 18:3n-6 20:1n-9 24:0 Tên khoa học Tên thường axít tetradecanoic myristic axít pentadecanoic axít 10 pentadecenoic axít hexadecanoic palmitic axít 9-hexadecenoic palmitoleic axít heptadecanoic margnic axít 10 heptadecenoic axít octadecanoic stearic axít 11 octadecenoic oleic axít 9,12-octadecadienoic linoleic axít 9,12,15,17Octadecatetraenoic axít gamma-linolenic GLA axít 11 eicosenoic axít ligloceric Mức độ khơng bão hịa sản phẩm FAME Hàm lượng (% so với tổng số axit béo) 1,18 0,73 0,42 31,27 4,92 4,32 7,49 1,63 11,98 13,04 1,83 18,62 0,18 0,40 1,14 Ghi chú: Mức độ khơng bão hịa = [1 x (% monene) + x (% diene) + x (% triene) ]/100 (Chen and Johns, 1991) (C16:0) (chiếm 31,27% so với tổng số axit béo), axit palmitoleic (C16:1n-7) (chiếm 4,92% so với tổng số axit béo), axit margnic (C17:0) (chiếm 4,32% so với tổng số axit béo), axit oleic (C18:1n-7) (chiếm 11,98% so với tổng số axit béo), axit linoleic (C18:2n-6-t) (chiếm 13,04% so với - - Mức độ khơng bão hịa sản phẩm diesel sinh học thu 1,14 Một số nghiên cứu chuyển hóa diesel sinh học từ vi tảo Nannochloropsis công bố Li cộng (2011) chứng minh phương pháp chuyển hóa bước sử dụng xúc tác Mg-Zr hiệu so với phương pháp chuyển hóa hai bước thơng thường Umdu cộng (2009) tổng hợp diesel sinh học từ dầu Số hóa Trung tâm Học liệu 41 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai tảo N oculata với xúc tác dị thể CaO, MgO, CaO/Al2O3 MgO/Al2O3 Kết cho thấy MgO CaO có hoạt tính xúc tác thấp CaO/Al2O3 MgO/Al2O3, xúc tác 80% CaO/Al2O3 có hoạt tính lớn Hiệu suất diesel sinh học đạt 97,5 % 500C, 2% xúc tác CaO/Al2O3 (80% CaO), tỷ lệ 30/1 MeOH/dầu, phản ứng tốc độ khuấy 1100 rpm Như vậy, so với nghiên cứu khác, hiệu suất chuyển hóa (tính theo khối lượng dầu) mà đạt tương đối cao Tuy nhiên, hàm lượng lipid sinh khối tảo thấp nên lượng diesel sinh học thu chưa nhiều Do vậy, nghiên cứu nhằm nâng cao suất sinh khối hàm lượng dầu chứa sinh khối tảo cần thiết 3.5 Một số tính chất sản phẩm diesel sinh học đƣợc chuyển hoá từ sinh khối tảo N oculata đƣợc tính tốn dựa vào mức độ khơng bão hịa FAME thu đƣợc 400 150 , khối Số hóa Trung tâm Học liệu 42 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai sinh khối vi tảo biển N oculata Hoekman cs., (2011) sinh học N (2011) công bố Khối 150C 400C oculata ) (TCVN 7717: 2007) Y = 0,0055X + 0,8726 R2 = 0,6644 0,879 0,860 – 0,900 Y = -0,631X + 5,2065 R2 = 0,6704 4,5 1,9 – 6,0 Y = 31,598X + 118,71 R2 = 0,6364 155 Min 130 Y= 74,373X + 12,71 R2 = 0,9484 97 Max 120 Y = -6,6684X + 62,876 R2 = 0,8049 55 Min 47 cho thấy khối 150 400 N oculata N oculata Số hóa Trung tâm Học liệu 43 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trình bày phần trên, chúng tơi rút số kết luận sau: N oculata 6,7% (tính theo khối ), axit - 17, ), axit linoleic (chiếm 8,3% so với axit béo tổng số), axit archidic (chiếm 6,9% so với axit béo tổng số), axit Palmitoleic (chiếm 4,32% so với axit béo tổng số) N oculata 27,2 ml methanol, 700 0,48 ml N oculata khối quy mô ph - , axit palmitoleic, axit margnic, axit oleic, axit linoleic, axit gamma linolenic khối k 150 400 N oculata tính tốn theo phương trình lý thuyết Số hóa Trung tâm Học liệu 44 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai công bố KIẾN NGHỊ ủ sinh khối tảo có N oculata giá thành rẻ, hàm lượng lipid cao thành phần axít béo phù hợp cho sản xuất diesel sinh học 2/ Hồn thiện quy trình cơng nghệ sử dụng sinh khối tảo nuôi trồng để tách chiết thu dầu tảo tiến hành chuyển hóa tạo diesel sinh học có hiệu suất cao cạnh trạnh với nguồn nguyên liệu truyền thống khác 3/ Phân tích đầy đủ tiêu cần đáp ứng diesel sinh học để đánh giá xác chất lượng sản phẩm thu được, từ làm sở cho việc sử dụng diesel sinh học làm nhiên liệu Số hóa Trung tâm Học liệu 45 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Nguyễn Tiến Cư, Đặng Đình Kim, Đặng Diễm Hồng, Hồng Thị Bảo, Dương Thu Thuỷ (1997) Nghiên cứu số đặc điểm sinh học chủng tảo Chlorella spp PD97 Kỷ yếu Viện Công nghệ Sinh học: 413-420 Đặng Diễm Hồng cộng (2011) Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu xây dựng tập đoàn giống vi tảo biển quang tự dưỡng, dị dưỡng Việt Nam ni sinh khối số lồi tảo dị dưỡng làm thức ăn nuôi trồng thuỷ sản” thuộc Đề án Công nghệ sinh học nuôi trồng thủy sản thuộc Bộ NN PTNT Đặng Diễm Hồng, Hoàng Minh Hiền, Phạm Hồng Sơn (2006) Sử dụng rong biển Việt Nam nguồn thực phẩm chức năng, thuốc phân bón Kỷ yếu 2006-Viện Cơng nghệ Sinh học-Viện khoa học Công nghệ Việt Nam NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Trang: 241-243 Đặng Diễm Hồng, Ngơ Hồi Thu, Hồng Sỹ Nam, Hồng Lan Anh, Kawata Y (2007) Bước đầu ứng dụng vi khuẩn vi tảo Spirulina đột biến để làm nước thải định hướng sản xuất nguồn nguyên liệu chất dẻo sinh học dùng cho công nghiệp làng nghề bún Phú Đô Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học Công nghệ môi trườngngiên cứu ứng dụng, Kỷ niệm năm thành lập Viện CNMT (30/10/200230/10/2007), Hà Nội, 29-30/10/2007: 279-286 Đặng Đình Kim, Đặng Hồng Phước Hiền (1999) Công nghệ sinh học vi tảo, NXB Nông nghiệp Hà Nội Đặng Đình Kim, Đặng Hồng Phước Hiền Nguyễn Tiến Cư (1994) Một số vấn đề công nghệ sản xuất tảo Spirulina Việt Nam Tạp chí sinh học16 (3): 4-7 Số hóa Trung tâm Học liệu 46 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Nguyễn Văn Thanh (2009) Nghiên cứu tổng hợp biodiesel thân thiện môi trường từ dầu thực vật xúc tác dị thể Luận án tiến sĩ hoá học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Thái Dỗn Tĩnh (1999) Giáo trình cở sở lý thuyết hoá hữu NXB Khoa Học Kỹ Thuật 10 Đoàn Thị Thái Yên, Đặng Diễm Hồng, Nguyễn Thị Hoài Hà (2010) Nhiên liệu sinh học- Nhiên liệu bền vững kỷ nguyên Kỷ yếu Hội nghị Môi trường Toàn Quốc lần thứ III Tài liệu trang web 11 http: //daibieunhandan.vn/default.aspx?tabid=148&NewsId=201888 TÀI LIỆU TIẾNG ANH 12 Athalye SK, Garcia RA, Wen Z (2009) Use of biodiesel derived crude glycerol for producing eicosapentaenoic acid (EPA) by the fungus Pythium irregulare J Agricultural and Food Chemistry 57(7): 2739-2744 13 Benemann J (1997) CO2 mitigation with microalgae systems Energy Conversion and Management 38: 475-479 14 Bligh EG and Dyer WJ (1959) A rapid method of total lipid extraction and purification Can J Biochem Physiol, 37: 911-917 15 Brown L and Zeiler K (1993) Aquatic biomass and carbon-dioxide trapping Energy conversion and management 34: 1005-1013 16 Cerrate S, Yan F, Wang Z, Coto C, Sacakli P, Waldroupand PW (2006) Evaluation of glycerine from biodiesel production as a feed ingredient for broilers Int J Poultry Sci 5: 1001–1007 17 Chen F, Johns MR (1991) Effect of C/N ratio and aeration on the fatty acid composition of heterotrophic Chlorella sorokiniana Journal of Applied Phycology 3: 203-209 Số hóa Trung tâm Học liệu 47 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai 18 Chen CY, Yeh KL, Aisyah R, Lee DJ and Chang JS (2010) Cultivation, photobioreactor design and harvesting of microalgae for biodiesel production Trends in Biotechnology 102: 71-81 19 Chi Z, Pyle D, Wen Z, Frear C and Chen S (2007) A laboratory study of producing docosahexaenoic axit from biodiesel-waste glycerol by microbial fermentation Process Biochem 42: 1537-1545 20 Chisti Y (2007) Biodiesel from microalgae Biotechnol Adv 25: 294-306 21 Chiu CW, Dasari MA, Sutterlin WR, Suppes GJ (2006) Removal of residual catalyst from simulated biodiesel’s crude glycerol for glycerol hydrogenolysis to propylene glycol Ind Eng Chem Res 45: 791–795 22 Crooks A (2007) Evolving technology may generate profit from biodiesel glycerin glut Rural Cooperatives 10(4): 30-37 23 Dasari MA, Kiatsimkul PP, Sutterlin WR, Suppes GJ (2005) Low- pressure hydrogenolysis of glycerol to propylene glycerol Appl Cata A- Gen 281: 225-231 24 Demirbas A (2009) Progress and recent trends in biodiesel fuels Energy conversion and management 50:14-34 25 Dismuskes GC, Carrieri D, Bennette N, Ananyev DM and Posewitz MC (2008) Aquatic phototrophs: Efficient alternatives to land-based crops for biofuels Current Opinion in Biotechnology 19(3): 235-240 26 Doan TTY, Obbard JP (2010) Improved Nile Red staining of Nannochloropsis sp., J Appl Phycol (in press) DOI: 10.1007/s 10811-010-9608-5 27 Ehimen EA, Sun ZF, Carrington CG (2010) Variables affecting the in situ transesterification of microalgae lipids Fuel 89: 677-684 28 Fukuda H, Kondo A, and Noda H (2001) Biodiesel Fuel Production by transesterification of oils Journal of Bioscience and Bioengineering, 92(5): 405-416 29 Grobbelaar JU (2004) Algal nutrition In: Richmond A, editor Handbook of Số hóa Trung tâm Học liệu 48 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai microalgal culture: biotechnology and applied phycology Blackwell: 97–115 30 Haas MJ, Scott KM Foglia TA, Marmer WN (2007) The general applicability of in situ transesterification for the production of fatty acid esters from a variety of feedstocks J Am Oil Chem Soc 84: 963-970 31 Hoekman K, Broch A, Robbins C, Cenicero E (2011) Investigation of biodiesel chemistry, carbon footprint and regional fuel quality Coordinating Research Council Report No AVFL-17a 32 Huntley ME and Redalje DG (2007) CO2 Mitigation and Renewable Oil from Photosynthetic Microbes: A New Appraisal Mitigation and adaptation strategies for global change Trends in Biotechnology 12: 573-608 33 Johnson DT, Taconi KA (2007) The glycerin glut: options for the value-added conversion of crude glycerol resulting from biodiesel production Environ Prog 26: 338–348 34 Johnson MB and Wen Z (2009) Production of biodiesel fuel from the microalga Schizochytrium limacinum by direct transesterification of algal biomass Energy Fuels 23 (10): 5179 – 5183 35 Kansedo J, Lee KT, Bhatia S (2009) Biodiesel production from palm oils via heterogeneous transesterification Biomass and Bioenergy 33: 271 – 276 36 Knothe G (2006) Analyzing biodiesel: standards and other methods J Am Oil Chem Soc 83: 823–833 37 Lang X, Dalai AK, Bakshi NN, Reaney MJ and Hertz PB (2001) Preparation and characterization of biodiesels from various bio-oils Bioresourc Technol 80: 53-62 38 Lammers PJ, Kerr BJ, Weber TE, Dozier WA, Kidd MT, Bregendahl K, Honeyman MS (2008) Digestible and metabolizable energy of crude glycerol for growing pigs J Anim Sci 86: 602–608 Số hóa Trung tâm Học liệu 49 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai 39 Lee JS and Lee JP (2003) Review of advances in biological CO2 mitigation technology Biotechnology and Bioprocess Engineering 8: 354-359 40 Lewis LA and McCourt RM (2004) Green algae and the origin of land plants American Journal of Botany 91: 1535–1556 41 Lewis T and Nichols PD (2000) Evaluation of extraction methods for recovery of fatty acids from lipid-producing microheterotrophs Journal of Microbiological Methods 43(2): 107-116 42 Li Y, Horsman M, Wu N, Lan CQ, Dubois-Calero N (2008) Biofuels from microalgae Biotechnol Prog 24: 815-820 43 Li Y, Lian S, Tong D, Song R, Yang W, Fan Y, Qing R, Hu C (2011) One-step production of biodiesel from Nannochloropsis sp on solid base Mg–Zr catalyst Applied Energy 88 (10): 3313-3317 44 Ma F, Hanna MA (1999) Biodiesel production: a review Bioresour Technol 70(1): 1-15 45 Mata TM, Martins AA, Caetano NS (2010) Microalgae for biodiesel production and other applications: A review Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(1): 217-232 46 Metting FB (1996) Biodiversity and application of microalgae J Ind Microbiol 17: 477–489 47 Miyake J, Wakayama T, Schnackenberg J, Arai T, Asada Y (1999) Simulation of the daily sunlight illumination pattern for bacterial photo-hydrogen production Trends in Biotechnology 88: 659-663 48 Molina Grima E, Acién Fernández FG, García Camacho F, Chisti Y (1999) Photobioreactors: light regime, mass transfer, and scaleup J Biotechnol 70: 231–247 49 Naik SN, Meher LC, Sagar DV (2006) Technical aspects of biodiesel production by transesterification – a review Renew Sust Energy Rev 10: 248-268 Số hóa Trung tâm Học liệu 50 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai 50 Naik SN, Vaibhav VG, Prasant KR and Ajay KD (2010) Production of first and second generation biofuels: A comprehensive review Science Direct 14 (2): 578 - 597 51 Patil V, Reitan KI, Knudsen G, Mortensen L, Kallqvist T, Olsen E, Vogt G, Gislerod HR (2005) Microalgae as Source of Polyunsaturated Fatty Acids for Aquaculture Curr Topics Plant Biol 6: 57-65 52 Patil V, Tran KQ, Giselrod HR (2008) Towards sustainable production of biofuels from microalgae International Journal of Molecular Sciences 9(7): 1188-1195 53 Pyle DJ, Garcia RA, Wen Z (2008) Producing docosahexaenoic acid (DHA)-rich algae from biodiesel-derived crude glycerol: effects of impurities on DHA production and algal biomass composition J Agric Food Chem 56: 3933–3939 54 Qiang H, Sommerfeld M, Jarvis E, Ghiradi M, Posewitz M, Siebert M, Darzins A (2008) Microalgal triacylglycerols as feedstock for biofuel production; perspectives and advances Plant J 54: 621- 639 55 Ramadhas AS, Jayaraj S, Muraleedharan C (2005) Biodiesel production from high FFA rubber seed oil Fuel 84: 335-340 56 Richmond A (2004) Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology Blackwell Publishing 57 Rittmann BE (2008) Opportunities for renewable bioenergy using microoganisms Biotechnol Bioeng 100: 203-212 58 Sánchez Mirón A, Cerón García M-C, Contreras Gómez A, García Camacho F, Molina Grima E, Chisti Y (2003) Shear stress tolerance and biochemical characterization of Phaeodactylum tricornutum in quasi steady-state continuous culture in outdoor photobioreactors Biochem Eng J 16:287–97 59 Schenk PM, Thomas-Hall SR, Stephens E, Marx UC, Mussgnug JH, Posten C, Kruse O, Hankamer B (2008) Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production Bioenergy Res 1: 20-43 Số hóa Trung tâm Học liệu 51 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai 60 Sharif Hossain ABM, and Aishah Salleh (2008) Biodiesel fuel production from algae as renewable energy American Journal of Biochemistry and Biotechnology 4(3): 250-254 61 Sheehan JT, Dunahay T, Benemann J, Roessler P (1998) A look back at the U.S Department of Energy’s aquatic species program: biodiesel from algae NREL/TP-50824190 62 Sudarsan KG and Anupama PM (2006) The relevance of biofuels Current Science 90 (6): 748-749 63 Taconi KA, Venkataramanan KP, Johnson DT (2009) Growth and solvent production by Clostridium paterianum ATCC 6013TM utilizing biodiesel derived crude glycerol as the sole carbon source Environmental progress and Sustainable Energy 28 (1): 100-110 64 Thompson JC and He BB (2006) Characterization of crude glycerol from biodiesel production from multiple feedstocks Applied Engineering in Agriculture 22(2): 261265 65 Tridici M (1999) Encyclopedia of Bioprocess Technology, Fermentation, Biocatalysis and Bioseparation Flickinger, M.C., Drew, S.W., Eds.; Wiley: New York, USA, 1: 395 66 Umdu ES, Tuncer M, Seker E (2009) Transesterification of Nannochloropsis oculata microalga’s lipid to biodiesel on Al2O3 supported CaO and MgO catalysts Bioresource Technology 100: 2828–2831 67 Weisz PB (2004) Basic choices and constraints on long-term energy supplies Physics Today 57: 47- 52 68 Wen Z and Johnoson MB (2009) Microalgae as a feedstock for biodiesel production Virginia cooperative extension, Publication: 442-886 69 Yokochi T, Honda D, Higashihara T, Nakahara T (1998) Optimization of docosahexaenoic acid production by Schizochytrium limacinum SR21 Appl Microbiol Biotechnol, 49: 72 – 79 Số hóa Trung tâm Học liệu 52 http://lrc.tnu.edu.vn ... Đề tài ? ?Nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ vi tảo biển Nannochloropsis oculata quy mơ phịng thí nghiệm? ?? mà thực bước tiếp nối nghiên cứu Phịng Cơng nghệ Tảo, Vi? ??n Cơng nghệ sinh học sàng... sinh học chất lượng cao từ sinh khối vi tảo biển Nannochloropsis oculata, làm sở cho cho cải tiến quy trình cơng nghệ để sản xuất thương mại diesel sinh học từ vi tảo biển quy mô lớn Công vi? ??c... tách chiết cao 1.6.4 Chuyển hóa diesel sinh học từ dầu tảo Quá trình sản xuất diesel sinh học từ tảo bao gồm số bước Về bản, công nghệ sản xuất diesel sinh học từ tảo tương tự nguồn nguyên liệu