MỤC LỤC
Rượu đơn giản hay được sử dụng cho quá trình sản xuất biodiesel là metanol mặc dù các rượu khác như etanol,isopropanol,và butanol đều có thể sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình này. Một lý do khác để người sản xuất lựa chọn sử dụng rượu nào là gía cả của loại rượu đó vì rượu phải sử dụng dư so với dầu mỡ để thu được hiệu suất chuyển hóa cao. Chính vì vậy vấn đề giá thành càng phải được quan tâm và tính toán đến.
Tảo (Algae) là những thực vật bậc thấp gồm một hay nhiều tế bào có cấu tạo đơn giản, có màu khác nhau, luôn luôn có chất diệp lục nhưng chưa có rễ, thân, lá. -Giới Protozoa (Động vật nguyên sinh): bao gồm 14 ngành Nguyên sinh- trong đó có Hypermastigotes, Euglenoides, Slime molds (Nấm nhầy), Choanoflagellates, Dinoglagellates, Ciliates, Apicomplexans, Rhizopods, Heliozoans, Foraminiferans, và Radiolarians. Nhiều tảo đơn bào được nuôi trồng công nghiệp để tạo ra những nguồn thức ăn cho ngành nuôi tôm hay thuốc bổ trợ giàu protein, vitamin và vi khoáng dùng cho người.
Những tảo sống ở lớp nước phía trên được gọi là Tảo phù du (Phytoplankton) còn những tảo sống bám dưới đáy thủy vực, bám trên các vật sống hay thành tàu thuyền được gọi là Tảo đáy (Phytobentos). Dạng tảo cộng sinh với nấm thành Địa y cũng là dạng phân bố rất rộng rãi và nhiều loài đã được khai thác dùng làm dược phẩm, nước hoa, phẩm nhuộm và các mục đích kinh tế khác. Hiện nay, vi tảo còn được dùng để sản xuất ra nhiên liệu diesel sinh học, mở ra triển vọng mới cho ngành công nghệ sinh học bởi khả năng có thể thay thế hoàn toàn cho nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt.
Còn dầu thực vật, như đậu tương và dầu cọ cũng đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất biodiesel; tuy nhiên, lượng dầu sinh ra rất nhỏ so với vi tảo (nhỏ hơn 5% tổng khối lượng sinh khối). Dầu thực vật được sản xuất ra biodiesel có chất lượng rất thấp và được phối trộn với diesel từ dầu mỏ ở mức độ vài phần trăm thôi, vì thế chúng không có khả năng tạo ra được biodiesel có chất lượng cao có thể thay thế cho nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ truyền thống. Để sản xuất biodiesel từ dầu cọ với chất lượng như thế này thì cần đến 111mha để trồng dầu cọ, chiếm khoảng 60% diện tích đất nông nghiệp trên nước Mỹ.
Việc trồng dầu cọ với quy mô như thế sẽ thiếu thực tế, vì sẽ không đủ đất đất sản xuất ra lương thực - thực phẩm, và các sản phẩm nông nghiệp khác. Dựa trờn những tớnh toỏn đú, rừ ràng là ta khụng thể sản xuất biodiesel từ dầu thực vật để thay thế cho nhiên liệu truyền thống trong tương lai được. Với mức sinh khối và hàm lượng dầu trung bình khoảng 30% hàm lượng khô, thì ta có thể dự đoán năng suất dầu thu được khoảng 123m3/ha, đạt khoảng 90%/năm.
Một khám phá quan trọng khác nữa của vi tảo, không như các nguồn dầu thực vật khác, người ta có thể trồng đạt tốc độ trưởng nhanh chóng và chỉ cần sau 24h có thể tăng sinh khối gấp đôi.
Để giảm thiểu chi phí, sinh khối phải được sản xuất bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời tự do có sẵn và do đó bị ảnh hưởng bởi biến động hàng ngày và mùa. Tảo có thể tồn tại ở bất cứ nơi nào có đủ ánh sáng, kể cả vùng hoang hoá, nước mặn, nước thải, lại có khả năng làm sạch môi trường nước thải. Rất nhiều thiết kế khác nhau của phản ứng sinh quang hoá đã được phát triển, nhưng một phản ứng sinh quang hoá hình ống có vẻ hài lòng nhất cho sản xuất sinh khối tảo với quy mô cần thiết cho sản xuất nhiên liệu sinh học.
Các ống thu năng lượng mặt trời đường kính nhỏ hơn 0,1 m cho phép ánh sáng thâm nhập vào một khối lượng đáng kể của các tế bào. Buổi trưa sự bức xạ xảy ra ở hầu hết các vị trí, tốc độ tối đa của sinh oxy trong một phản ứng sinh hóa hình ống điển hình có thể cao tới 10 g O2 m-3 min-1. Để ngăn chặn sự ức chế quang hợp và tổn thương tế bào, tối đa có thể chịu được mức độ oxy hòa tan không nên vượt quá 400% giá trị bão hòa không khí.
Tuy nhiên, chiều dài ống có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả sự tập trung của các sinh khối, cường độ ánh sáng, tốc độ dòng chảy và nồng độ oxy ở lối vào của ống. Ngoài việc loại bỏ các oxy hòa tan tích lũy, vùng khử khí phải khử sạch tất cả các bong bóng khí từ nước dùng để trả về nước ban đầu cho các ống thu năng lượng mặt trời. Sự có mặt của bong bóng khí quá nhiều trong các ống năng lượng mặt trời sẽ cản trở sự hấp thụ ánh sáng và làm giảm lưu lượng nước dùng trong ống.
Một yêu cầu quan trọng cho một khu vực khử khí là khối lượng của nó được giữ tương đối nhỏ so với khối lượng của bộ thu năng lượng mặt trời. Làm sạch và khử trùng được yêu cầu cũng trong trường hợp thất bại của các công nghệ vì ô nhiễm với tảo không mong muốn và ký sinh trùng. — Phòng thí nghiệm nên được trang bị với hệ thống đèn Neon, giá đỡ, máy điều hoà nhiệt độ và một số máy khử trùng (UV, Ozone).
— Các dụng cụ và bể nuôi tảo có thể có nhiều dạng, kích cỡ và vật liệu khác nhau như ống nghiệm, bình tam giác, keo lớn (cho nuôi tảo trong phòng thí nghiệm), thùng hay bể 200 lít-10m3. — Nước nuôi tảo với thể tích nhỏ có thể được khử trùng bằng cách cho vào tủ hấp tiệt trùng (Autoclave) với nhiệt độ 120°C và áp suất 20 psi. — Ngoài ra, việc phân lập tảo còn có thể áp dụng phương pháp như dùng kháng sinh, phương pháp chiếu sáng để tách những loài tảo có tính hướng quang và có khả năng di động.
Công nghệ siêu âm tăng sự chiết xuất dầu từ các tế bào tảo và làm quá trình chuyển biến thành bio diesel nhanh hơn. Chiết xuất với phương pháp siêu âm: Khi áp dụng âm thanh vào trong chất lỏng, các sóng âm thanh sẽ được tạo thành và di chuyển trong nước, thay đổi đều từ tình trạng áp xuất cao qua áp xuất thấp. Tại vùng bị phát nổ sẽ hình thành áp xuất rất cao, các lực ép sẽ làm vỡ tế bào và tạo điều kiện trao đổi chất dễ dàng hơn.
Khi ép tảo, điều kiện cơ bản là kiểm tra được quá trình phá vỡ các tế bào để tránh tình trạng biến dạng các chất nội bào. Rửa chiết với công nghệ siêu âm: Trong giai đoạn áp xuất cao, siêu âm hỗ trợ quá trình phân tán dung dịch như Hexan trong các tế bào. Khi chất béo hòa tan trong Cyclohexan, người ta có thể lọc xác tế bào ra ngoài, tách Hexan ra khỏi chất béo qua quá trình bốc hơi.
Dùng enzyme chiết xuất với công nghệ siêu âm: Nếu áp dụng phương pháp chiết xuất bằng enzyme, thì lực áp siêu âm có thể hỗ trợ enzyme thâm nhập vào tế bào một cách dễ dàng. Qua đó, giải pháp này sẽ cho ra kết quả tốt hơn và nước sẽ đóng vai trò hòa tan như các dung dịch khác trong khi enzyme phân hủy các thành tế bào. Dầu sinh học, bio diesel từ tảo: Ứng dụng siêu âm trong qui trình sản xuất dầu diesel sinh học không chỉ hạn chế trong lãnh vực chiết xuất dầu Bio diesel từ tảo được hình thành qua phản ứng thay đổi ở bình diện hóa học.
Cho dù các yếu thuận tiện như nhiệt độ, tác động cơ như khuấy trộn và các hóa chất xúc tác khác, thì quá trình này cũng cần phải có thời gian phản ứng từ 4 -6 tiếng. Thời gian phản ứng khi áp dụng siêu âm sẽ giảm đến 90% và đây là một ứng dụng có tiềm năng trong lãnh vực sản xuất dầu sinh học. Thay vì phải bơm các thành phần từ bồn này sang bồn kia thì các thành phần được trộn xuyên suốt ngày từ đầu và bơm qua bồn phản ứng liên tục.
Bên cạnh đó, qua hỗ trợ của siêu âm mức độ phản ứng cao hơn và chúng ta cần ít cồn hơn, giá thành qua đó sẽ giảm và mức độ ô nhiễm cũng sẽ giảm theo.
Siêu âm tăng khả năng hòa trộn của các thành phần và tạo điều kiện thuận tiện cho việc phản ứng. Sau khoảng một tiếng là phản ứng hoàn tất và được dẫn đến hệ thống máy ly tâm để tách glycerin. Diglyxerit, % khối lượng, max Triglyxerit, % khối lượng, max Glyxerin tự do, % khối lượng, max Tống lượng glyxerin, % khối lượng, max.