Thời gian nuôi cấy (giờ)
3.9. Đánh giá khả năng sử dụng nguyên liệu đầu vào đối với quá trình sản sinh hydro của chủng vi khuẩn nghiên cứu
hydro của chủng vi khuẩn nghiên cứu
Trên quy mô nhỏ, chúng tôi tiến hành thí nghiệm sử dụng bình với thể tích 120mL. Với pH tối ưu ban đầu được đưa vào là 7.5 và nhiệt độ luôn duy trì ở mức 70°C được phát triển và sản xuất hydro trong điểu kiện kị khí và đã ra bảng số liệu tổng kết dưới đây về khả năng sử dụng cơ chất của chủng vi khuẩn Thermotoga neapolitana
Bảng 3.16. Bảng số liệu đánh giá khả năng sử dụng cơ chất của Thermotoga neapolitana
Nghiên cứu trên 40 mL môi trường với bình serum 120 mL
Cơ chất đƣa vào (5 g/L) Lƣợng hydro sinh ra (mL H2/L)
Glucose 806.2 ± 41.4
Xylose 625.8 ± 30.9
Cellulose 39.8 ± 2.3
Glycerol tinh khiết 440.05 ± 22.35
Glycerol thô 477.85 ± 23.85
Qua bảng 3.16, có thể thấy được sự tác động khác nhau của các cơ chất khác nhau lên sản lượng hydro của chủng vi sinh vật. Chúng ta thấy ở đây là với nguồn glycerol thô (lẫn tạp chất ) cho tỷ lệ hydro cao hơn là glycerol tinh khiết và có thể lý
66
giải điều này là do với hợp chất thô còn chứa một số các cơ chất khác phục vụ cho việc sản xuất hydro mà glycerol chỉ là một trong số đó.
Ảnh hưởng của cơ chất tới sự phát triển và sinh trưởng của chủng vi sinh vật
Thermotoga neapolitana là một trong những yếu tố đóng vai trò quan trọng góp phần thúc đẩy sản xuất năng lượng hydro. Các nghiên cứu đã được tiến hành và đưa ra các kết quả số liệu thống kê cũng như các so sánh và nhận định khách quan nhất trên quy mô nhỏ được thực hiện tại phòng thí ngiệm nhằm phục vụ cho công nghệ sản xuất hydro trên quy mô lớn hơn là nồi lên men kị khí đã và đang được thiết kế. Hy vọng rằng với những nỗ lực, cố gắng đang được thực hiện thì nguồn năng lượng hydro trong tương lai sẽ được khai thác và tận dụng triệt để không chỉ nhằm thay thế nguồn nguyên liệu dầu hỏa đang dần cạn kiệt ngày nay mà hơn nữa còn góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do hiệu ứng nhà kính.
67
KẾT LUẬN
1. Đã hoạt hóa và nuôi cấy được chủng Thermotoga neapolitana DSM 4359 - chủng vi khuẩn kí khí ưa nhiệt dùng để nghiên cứu sản xuất hydro sinh học. Đã xác định được nồng độ cơ chất ban đầu phù hợp là 5g/L glucose và 5g/L xylose cho sản lượng hydro lần lượt là 19.68 mmol/L và 20.01 mmol/L, và khẳng định được chủng
Thermotoga neapolitana DSM 4359 có thể sử dụng cả đường xylose và hexose để sản xuất hydro sinh học.
2. Đã nghiên cứu khảo sát được nguồn nitơ phù hợp là 2g/L cao nấm men, cho sản lượng hydro đạt 20.01 mmol/L. Đã xác định được điều kiện nuôi cấy tối ưu cho chủng Thermotoga neapolitana DSM 4359 là nhiệt độ 75°C, pH7.5, tốc độ lắc 100rmp.
3. Đã nghiên cứu được các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình lên men tạo hydro của chủng vi khuẩn kị khí và đưa ra một số kết luận sau: việc sục khí nitơ và kiểm soát pH sau hai chu kỳ sẽ làm giảm áp suất riêng phần của hydro, và tạo ra sản lượng hydro đạt ở mức cao 37.57 ± 1.88 mmol/L. Ngoài ra, acid lactic và acid acetic sinh ra trong quá trình lên men làm giảm pH môi trường xuống dưới 6.5 sau 30h nuôi cấy và ảnh hưởng xấu tới hiệu suất tạo hydro. Bên cạnh đó, nồng độ các chất vô cơ thích hợp cho quá trình lên men tạo hydro là: KH2PO4 150mg/L; MgCl2.6H2O 20mg/L; Na2HPO4.12H2O 400mg/L; NaCl 20g/L.
4. Đã bước đầu tìm hiểu một số nguồn cơ chất tái tạo, sẵn có như bã đậu, phụ phẩm glycerol từ quá trình sản xuất dầu diezel sinh học, từ rơm, rạ. Hàm lượng hydro đạt được lần lượt là: 15mmol/L; 20mmol/L; 11.5mmol/L, từ các nguồn tương ứng.
5. Đã nghiên cứu sản xuất hydro trên quy mô 5L trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu quá trình sản xuất hydro bằng phương pháp nuôi cấy theo mẻ có bổ sung (fed-batch), hiệu suất thu được trung bình 3.15 mmol hydro/mol cơ chất.
68
KIẾN NGHỊ
Tiếp tục đi sâu tìm hiểu về các điều kiện nuôi cấy chủng Thermotoga neapolitana DSM 4359 để tối ưu hóa môi trường nuôi cấy nhằm thu được nguồn hydro lớn nhất.
Phát triển quy mô nuôi cấy từ nuôi cấy mẻ sang nuôi cấy liên tục trong thời gian dài để tìm hiểu khả năng sản sinh hydro và có những ứng dụng thiết thực trên quy mô công nghiệp
Tìm hiểu, nghiên cứu thêm những nguồn cơ chất là phụ phẩm mới (ví dụ: bã mía, lõi ngô hay rơm rạ…) để có thêm nhiều lợi ích về mặt kinh tế.
Hoàn thiện quy trình sản xuất hydro sinh học từ nhiều nguồn nhiên liệu tái tạo, đặc biệt từ rơm, rạ, cellulose…cũng như nâng cao hiệu suất tạo hydro để sản xuất nguồn nhiên liệu hydro sinh học ở quy mô lớn hơn đến quy mô công nghiệp.
- Đánh giá được hiệu suất cũng như hiệu quả về mọi mặt (kinh tế, xã hội, tác động môi trường…) khi sử dụng nguồn nguyên liệu tái tạo dồi dào ở Việt Nam để sản xuất nhiên liệu hydro.
- Nghiên cứu các phương thức thu hồi hydro từ hỗn hợp khí tạo ra sau quá trình lên men…
69