Như chúng ta đã biết, hạn chế lớn nhất hiện nay của biodiesel được sản xuất từ tảo là vấn đề giá thành sản xuất. Do đó, để có thể giảm chi phí sản xuất sinh khối vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất NLSH, vấn đề cần được quan tâm hàng đầu là phải giảm chi phí sản xuất ở tất cả các khâu của quy trình công nghệ nuôi từ khâu giống sơ cấp, thứ cấp, đến hệ thống nuôi trồng trên qui mô lớn, thu hoạch sinh khối tảo, lưu giữ bảo quản sinh khối tảo... Chính vì vậy, để góp phần làm giảm chi phí sản xuất sinh khối tảo, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng thu hoạch sinh khối tảo bằng phương pháp hoá học để từng bước thay thế cho phương pháp ly tâm, hay lọc qua lưới vải (đối với loài tảo có kích thước tế bào lớn)... thường đòi hỏi nhiều thời gian và rất tốn năng lượng, bởi vì thu hoạch sinh khối tảo là một trong các khâu quan trọng quyết định đến chất lượng và giá thành của sản phẩm NLSH thu được.
Dịch huyền phù của 5 loài tảo Dunaliella tertiolecta, Tetraselmis sp., N. oculata, Chaetoceros muelleri và Chlorella sp. được sử dụng cho thí nghiệm kết tủa sinh khối tảo bằng phương pháp hóa học. Thí nghiệm được tiến hành với các thể tích dịch tảo là 25 mL và 100 mL. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 4.
Kết quả được trình bày ở bảng 4 cho thấy: nhìn chung đối với đa số các trường hợp, muối kali nhôm sulfate (KAl(SO4)2.12H2O) có tác dụng làm kết tủa sinh khối tảo tốt hơn so với muối nhôm sulfate (Al2(SO4)3.18H2O) ở cả 3 nồng độ 0,04%; 0,2% và 2%. Muối nhôm sulfate nồng độ 2% chỉ có tác dụng kết tủa sinh khối đối với tảo D. tertiolecta và Chlorella sp. ở thể tích 25 mL còn hầu như không có tác dụng đối với các trường hợp còn lại. Trong khi đó, muối kali nhôm sulfate cũng ở nồng độ 2% lại có tác dụng tốt hơn (tạo kết tủa tốt đối với D. tertiolecta và ở mức trung bình đối với đa số các trường hợp còn lại).
Trong số các loài vi tảo được nghiên cứu thì sinh khối tảo D. tertiolecta sau khi tác dụng với hóa chất tạo kết tủa có khả năng lắng tốt nhất. Điều này có lẽ là có
liên quan tới kích thước của tế bào tảo (tế bào của D. tertiolecta có kích thước lớn hơn so với các loài tảo còn lại).
Bảng 4. Kết tủa sinh khối tảo bằng hóa chất ở các nồng độ khác nhau Thể tích (mL) Hóa chất Loài Al2(SO4)3.18H2O (%) KAl(SO4)2.12H2O (%) 0,04 0,2 2 0,04 0,2 2 25 D. tertiolecta +++ ++ + ++++ ++++ +++ Tetraselmis sp. +++ ++ 0 ++++ +++ + C. muelleri +++ + 0 +++ ++ 0 Chlorella sp. ++++ + + ++++ ++ + N. oculata ++ + 0 +++ ++ 0 100 D. tertiolecta +++ + 0 ++++ +++ + Tetraselmis sp. +++ ++ 0 ++++ +++ 0 C. muelleri ++ ++ 0 ++ +++ + Chlorella sp. +++ ++ 0 ++++ ++ + N. oculata ++ + 0 +++ ++ 0
Ghi chú: số lượng dấu “+” chỉ mức độ kết tủa sinh khối tảo, “0”: không tạo kết tủa
Kết quả ở bảng 4 cũng chỉ ra rằng ở nồng độ 0,04%, cả hai loại hóa chất được sử dụng đều có tác dụng tạo kết tủa sinh khối tảo tốt nhất. Tác dụng này giảm dần khi nồng độ hóa chất tăng dần. Điều này có lẽ là do khi tăng nồng độ muối nhôm thì đồng thời cũng làm tăng tỷ trọng của dung dịch, ngoài ra có thể còn do tương tác hóa học nào đó đã xảy ra trong dung dịch khi tăng lượng muối nhôm, do đó đã ngăn cản sự kết lắng của sinh khối tảo. Hình 21 minh họa một số trường hợp của thí nghiệm.
Hình 21. Kết tủa sinh khối tảo bằng phƣơng pháp hóa học
100 mL
100 mL
KAl(SO4)2.12H2O
KAl(SO4)2.12H2O KAl(SO4)2.12H2O
Tetraselmis sp. Al2(SO4)3.18H2OChaetoceros muelleri
KAl(SO4)2.12H2
Theo đánh giá của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới thì hiện nay, việc sản xuất NLSH từ tảo vẫn chưa được thương mại hóa do giá thành sản xuất cao. Nguyên nhân chính là do các phương pháp nuôi trồng và thu hoạch sinh khối tảo hiện đang được áp dụng đều rất tốn kém về nhiều mặt (thời gian, trang thiết bị, nhân công...). Ở quy mô nhỏ, phương pháp thu hoạch sinh khối tảo phổ biến hiện nay là ly tâm. Ưu điểm của phương pháp này là loại bỏ được triệt để môi trường nuôi khỏi sinh khối tảo. Tuy nhiên, phương pháp này mất khá nhiều thời gian, tốn kém tiền đầu tư trang thiết bị và khó ứng dụng trên quy mô lớn. Để khắc phục nhược điểm này, Michael (2009) đã đưa ra một mô hình mới để nuôi thu sinh khối tảo quang tự dưỡng, trong đó các tế bào tảo được gắn trên một bề mặt rắn trong quá trình sinh trưởng, nhờ đó việc thu sinh khối tảo được thực hiện khá dễ dàng. Không những thế, sau khi tảo đã được thu hoạch, các tế bào tảo còn bám lại trên bề mặt rắn lại được sử dụng làm giống cho chu kỳ sinh trưởng tiếp theo.
Ở quy mô lớn hơn (như các bể nuôi hở và các hệ thống photobioreactor...), để thu hoạch sinh khối tảo từ dịch huyền phù, các tế bào tảo thường được cô đặc bằng cách làm lắng trong các bể lắng hoặc được kết bông, sau đó mới tiến hành ly tâm để loại nước (Michael, 2009). Phương pháp này có thể giúp giảm bớt được phần nào chi phí do không phải ly tâm một thể tích dịch tảo quá lớn.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm của chúng tôi, phương pháp tạo bông hay kết tủa sinh khối tảo có thể được xem là một phương pháp hữu ích trong việc góp phần làm giảm giá thành của công đoạn thu hoạch sinh khối tảo để sử dụng làm nguyên liệu sản xuất NLSH.
Từ các kết quả thu được trong thí nghiệm trên, chúng tôi đã chọn ra được hóa chất potassium aluminum sulfate (KAl (SO4)2.12H2O) với nồng độ thích hợp là 0,04% để ứng dụng cho bước thu hoạch sinh khối tảo ở các thể tích lớn hơn.