CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Tình hình nghiên cứu bioethanol trong và ngoài nước
1.4.2. Tình hình nghiên cứu bioethanol trong nước
Ở Việt Nam, do nhu cầu về nguồn nhiên liệu nền công nghiệp sản xuất bioethanol
thế hệ I đã được hình thành từ rất lâu. Phần lớn bioethanol được sản xuất từ cây thực phẩm
như: cây bắp, sắn và rỉ đường mía dùng làm bioethanol cho thực phẩm và công nghiệp.
Hiện nay, do các chính sách từ chính phủ bioethanol bắt đầu được tiêu thụ mạnh trên thị trường. Do vậy, các nhà khoa học cũng đã và đang bắt đầu có những nghiên cứu sản xuất bioethanol thế hệ thứ II từ sinh khối nông nghiệp. Tuy nhiên, một số cơng trình nghiên cứu cịn đang gặp nhiều khó khăn. Dưới đây là một số nghiên cứu của một số tác giả trên
đối tượng là sinh khối từ nguồn phế thải nông nghiệp để sản xuất bioethanol [78]:
- “Sản xuất ethanol sinh học từ phế thải nông nghiệp”, Chủ nhiệm đề tài PGS. TS Vũ Nguyên Thành, Viện Công nghiệp thực phẩm, Bộ Công thương (2009-2011).
- “Nghiên cứu công nghệ hiện đại để sản xuất ethanol nhiên liệu từ gỗ phế liệu”, Thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 của Bộ Công thương. Chủ nhiệm đề tài PGS.TS. Doãn Thái Hòa, Đại học Bách khoa Hà Nội (2009 - 2010).
Theo PGS.TS. Phan Đình Tuấn, nghiên cứu sản xuất bioethanol từ rơm rạ nếu tiến
hành quá trình thủy phân và lên men đồng thời 1 kg rơm thô sẽ thu được 113,72 g bioethanol tương đương 144 ml. Thí nghiệm được tiến hành với rơm đã qua tiền xử lý bằng axít yếu [79]. Cũng theo Karimi và cộng sự (2008), 1 kg rơm sẽ cho 127 g bioethanol tương đương 160 ml [31].
Nghiên cứu của Yến và cộng sự sử dụng enzyme thô từ dịch nuôi cấy nấm dùng
chưa đi sâu vào các enzyme tinh sạch từ nấm mà sử dụng dịch enzyme thơ từ q trình
lên men nên hiệu quả thu được không cao [99].
Nhóm nghiên cứu của Lê Quang Diễn, Viện Kỹ thuật hóa học và PGS.TS. Tơ Kim Anh, Viện Công nghệ sinh học và thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội (2015) với đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tiền xử lý bã mía thân thiện mơi trường ứng dụng trong sản xuất ethanol”, Bộ công thương trong giai đoạn 2013-2015. Trong nghiên cứu này, bã mía
được tiền xử lý qua 2 giai đoạn bằng hỗn hợp axít axetic kết hợp axit clohidric (99:1; v:v) ở 800C trong 90 phút và dung dịch natri hydroxit (0,75-1,0% w/w) ở 80-900C, sau phản
ứng dịch chuyển hóa tiếp tục được thủy phân bằng enzyme thương mại Novozymes Cellic®CTec2 với hoạt độ 45 FPU/g. Kết quả thu được, hàm lượng đường tăng trung
bình từ 36,2 lên 38,0% so với bã mía thơ khơng qua tiền xử lý [18].
Theo Nguyễn Văn Vinh (2014), nghiên cứu “Đánh giá chất lượng một số loại sinh khối thải từ bã mía, sắn và ảnh hưởng của kỹ thuật tiền xử lý nhằm chuyển hóa thành cồn sinh học”. Nghiên cứu chỉ ra, kỹ thuật tiền xử lý popping đã làm tăng hiệu quả của quá trình thủy phân bằng cellulase và hiệu quả nhất đối với nguyên liệu mía cứng, mía mềm và bã sắn. Tuy nhiên, thân sắn tỏ ra chưa hiệu quả và hàm lượng các đường đơn tạo thành bị mất khá nhiều đi do kỹ thuật xử lý poping được thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao [100].
Trong khoảng thời gian tháng 04/2007 - 12/2009, PGS.TS Vũ Nguyên Thành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp (biomass)” với mục tiêu thiết kế được quy trình cơng nghệ sản xuất bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, lõi ngơ, thân gỗ, bã mía…) và mơ hình hệ thống thiết bị sản xuất bioethanol nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp nhằm triển khai áp dụng tại các cơ sở sản xuất [101].
Từ những phân tích trên nhận thấy, hầu hết nghiên cứu của các nhà khoa học trong
nước trên đối tượng là sinh khối từ nguồn phế phụ phẩm công-nông nghiệp giàu lignocellulose thường sử dụng một số phương pháp truyền thống, mà thiếu đi những nghiên cứu về các enzyme CE (feruloyl esterase, acetyl esterase) liên quan đến quá trình chuyển hóa lignocellulose, đặc biệt là sử dụng hỗn hợp enzyme thủy phân có tác dụng
hiệp đồng hay “enzyme cocktail” tham gia vào q trình chuyển hóa vật liệu giàu
lignocellulose thành các đường lên men. Hiện nay, ở nước ta chưa có nhiều tác giả
nghiên cứu sản xuất bioethanol từ bã mía sử dụng enzyme thủy phân CE. Năm 2015, có duy nhất nhóm nghiên cứu của TS. Đỗ Hữu Nghị và cộng sự đề cập đến vai trò của acetyl esterase và feruloyl esterase từ một số loài nấm đến hiệu quả phân hủy lignocellulose từ nguồn phụ phẩm công-nông nghiệp [102.].
Liên quan đến sự phối hợp xúc tác sinh học với sự tham gia của nhiều enzyme
thủy phân khác nhau cho q trình chuyển hóa sinh khối giàu lignocellulose thành đường, trong nghiên cứu trước tác giả mới chỉ tập trung sử dụng phối hợp enzyme CE với các
enzyme oxy hóa để giải phóng các đường đơn [103]. Do vậy, cần có nghiên cứu thử
nghiệm kết hợp giữa thủy phân hóa học và “enzyme cocktail” phù hợp, trong đó sử dụng
các enzyme CE để chuyển hóa bã mía giải phóng các đường có khả năng lên men
bioethanol.
Một hướng nghiên cứu mới nhiều tiềm năng để khắc phục những tồn tại trên là việc phối hợp giữa thủy phân hóa học kết hợp xúc tác sinh học bằng hỗn hợp enzyme thủy phân hay “enzyme cocktail” để chuyển hóa bã mía thành các đường đơn có khả
năng lên men bioethanol đang là hướng đi mới, nhiều triển vọng. Hướng nghiên cứu này
sẽ giúp giảm lượng axít sử dụng, do vậy sẽ giảm những tác động tiêu cực đến môi trường
đồng thời làm tăng hiệu suất chuyển hóa. Đây cũng chính là một trong những khâu then