Biodiesel nói chung và biodiesel từ tảo nói riêng sau khi sản xuất ra muốn trở thành nhiên liệu phải đáp ứng được một số tiêu chuẩn nhất định. Chẳng hạn như ở Mỹ có tiêu chuẩn ASTM Biodiesel Standard D6751. Ở Châu Âu có hai loại tiêu chuẩn: Standard EN 14214 đối với biodiesel dùng cho vận tải và Standard EN 14213 đối với dầu đốt (Knothe, 2006). Ở Việt Nam tiêu chuẩn TCVN 7717: 2007 đối với diesel sinh học gốc (B100) cũng đã được công bố. Nói chung, để có thể được sử dụng làm nhiên liệu, biodiesel phải đáp ứng được hơn 20 chỉ tiêu như hàm lượng ester, khối lượng riêng, điểm chớp cháy, độ nhớt, hàm lượng lưu huỳnh, trị số cetane, chỉ số iod, độ ổn định oxy hóa v.v… đều phải nằm trong ngưỡng cho phép. Tuy nhiên, trong giới hạn của luận văn này, chúng tôi chỉ có thể tiến hành xác định được một số chỉ tiêu đơn giản để bước đầu đánh giá chất lượng của sản phẩm biodiesel được tạo ra trong điều kiện phòng thí nghiệm của chúng tôi, bao gồm: chỉ số iod, khối lượng riêng và ngoại quan. Các chỉ tiêu này được đánh giá dựa trên TCVN 7717: 2007. Kết quả nghiên cứu được chỉ ra trong bảng 7.
Bảng 7. Một số đặc điểm của sản phẩm biodiesel
Chỉ tiêu Sản phẩm biodiesel Mức cho phép Theo TCVN 7717
Khối lượng riêng tại 15oC,
(kg/m3) 874 860 - 900
Chỉ số iod
(gam oid/100g) 20 ≤ 120
Ngoại quan Không có nước tự do, cặn và tạp chất lơ lửng
Không có nước tự do, cặn và tạp chất lơ lửng
Kết quả chỉ ra ở bảng 7 cho thấy về chỉ tiêu cảm quan, sản phẩm biodiesel của chúng tôi đáp ứng được tiêu chuẩn TCVN 7717. Khối lượng riêng của sản phẩm biodiesel trong nghiên cứu của chúng tôi là 874, nằm trong khoảng cho phép theo TCVN 7717. Khối lượng riêng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của nhiên liệu, đặc biệt là nhiên liệu dùng cho hàng hải, hàng không và ô tô. Việc xác định chính xác khối lượng riêng của nhiên liệu rất cần thiết cho việc chuyển đổi thể tích đã đo ở nhiệt độ thực tế về thể tích hoặc khối lượng ở nhiệt độ đối chứng tiêu chuẩn trong quá trình bảo quản, vận chuyển và đốt cháy. Tuy nhiên, tính chất này không phải là một chỉ dẫn chắc chắn về chất lượng của nhiên liệu nếu không kết hợp với các tính chất khác (TCVN 6594, 2007)
Chỉ số iod là 20 nằm trong phạm vi cho phép. Chỉ số iod là một trong những chỉ tiêu quan trọng nói lên mức độ không bão hòa của sản phẩm biodiesel (trong đó bao gồm cả các acid béo tạo nên FAME, các acid béo có chứa trong thành phần glyceride chưa phản ứng hết và cả các acid béo tự do). Do đó giá trị này sẽ sai khác và thường cao hơn so với giá trị biểu thị mức độ không bão hòa dưới đây (chỉ tính mức độ không bão hòa của các thành phần FAME). Chỉ số iod càng cao chứng tỏ thành phần acid béo càng chứa nhiều liên kết đôi. Điều này có liên quan đến khả năng ổn định oxy hóa của sản phẩm NLSH. Chính vì vậy mà một số tiêu chuẩn như tiêu chuẩn châu Âu EN14214 giới hạn thành phần methyl ester của acid linolenic (có 3 liên kết đôi) chứa trong biodiesel dùng cho vận tải là 12% (mol). Cả 2 tiêu
chuẩn về diesel của châu Âu đều hạn chế thành phần của FAME có chứa từ 4 liên kết đôi trở lên không vượt quá 1% (mol) (Chisti, 2007).
Để có được đánh giá chính xác hơn về chất lượng của sản phẩm biodiesel, chúng tôi đã tiến hành phân tích thành phần của FAME có chứa trong sản phẩm biodiesel thô bằng phương pháp sắc ký khí (GC). Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 8 và sắc ký đồ hình 25.
Bảng 8. Thành phần FAME của sản phẩm biodiesel Thành phần FAME Hàm lƣợng
(% FAME tổng số)
Mức độ không bão hòa
C10:0 2,83 0 C12:0 9,50 0 C14:0 0,97 0 C16:0 9,12 0 C16:1n-9 1,58 0,0158 C17:0 2,41 0 C17:1n-7 1,37 0,0137 C18:2n-6-t 6,19 0,1238 C18:1n-7 41,40 0,414 Thành phần khác 24,63
Tổng mức độ không bão hòa của sản phẩm biodiesel 0,57
Ghi chú: Mức độ không bão hòa = [1 x (% monene) + 2 x (% diene) + 3 x (% triene) ...]/100 (Chen, 1991).
Kết quả được chỉ ra ở bảng 9 cho thấy các methyl ester chủ yếu có chứa trong biodiesel là sản phẩm của quá trình chuyển vị ester từ các acid béo capric (C10:0), lauric (C12:0), myristic (C14:0), palmitic (C16:0), hexadecanoic (C16:1n- 9), heptadecanoic (C17:0), 10-Heptadecenoic (C17:1n-7), Linoleic (C18:2(n-6-t), 7- Octadecenoic (c18:1N-7). 8 trong số 9 acid béo này đều có chứa trong thành phần
acid béo của sinh khối tảo Chlorella sp. (bảng 7), chỉ xuất hiện thêm C17:1n-7, có thể là do quá trình chuyển hóa đã làm cho thành phần acid béo của nguyên liệu có sự thay đổi. Thành phần FAME chủ yếu chứa các mạch carbon có 1 liên kết đôi và dài không quá 18 carbon, trong đó có nhiều loại acid béo có mạch carbon ngắn, bão hòa (từ C10 đến C16). Yếu tố này cùng với mức độ không bão hòa chỉ khoảng 0,57 là những đặc điểm rất có lợi đối với biodiesel được dùng làm nhiên liệu trong quá trình sử dụng, bảo quản và vận chuyển.
Tuy nhiên, nếu chỉ căn cứ vào một số chỉ tiêu trên đây thì chưa thể khẳng định được sản phẩm biodiesel có đạt tiêu chuẩn là nhiên liệu hay không. Các chỉ tiêu quan trọng như lưu huỳnh, trị số cetane… chúng tôi vẫn chưa xác định được. Do đó cần thiết phải có những nghiên cứu tiếp theo để có cơ sở đầy đủ hơn trong việc đánh giá chất lượng của biodiesel.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Hoàng Lan Anh, Hoàng Sỹ Nam, Nguyễn Đình Hưng, Đặng Diễm Hồng
(2005) “Labyrinthula - vi tảo biển mới giàu acid béo không bão hoà n-6 DPA và DHA, ở vùng biển Đồ Sơn - Hải Phòng và Hải Hậu - Nam Định”. Tạp chí Công nghệ Sinh học 3(3): 373-379.
2. Hoàng Lan Anh, Lưu Thị Tâm, Nguyễn Minh Thanh, Đinh Thị Ngọc Mai, Đặng Diễm Hồng (2008) “Nuôi cấy chủng Schizochytrium sp. PQ6 trong các hệ thống lên men khác nhau”. Tạp chí Công nghệ Sinh học 6(4A):705- 711.
3. Đặng Tố Vân Cầm (2007) “Vi tảo trong nuôi trồng thuỷ sản”. Viện Nghiên cứu Nuôi trồng thuỷ Sản II, Báo cáo tại Nha Trang 29-31/5/2007.
4. Phạm Thị Trân Châu, Nguyễn Thị Hiên, Phùng Gia Tường (1998) “Thực hành Hóa sinh học”. NXB Giáo dục.
5. Nguyễn Tiến Cư, Đặng Đình Kim, Đặng Diễm Hồng, Hoàng Thị Bảo, Dương Thu Thuỷ (1997) “Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng tảo
Chlorella spp. PD97”. Kỷ yếu của Viện Công nghệ Sinh học: 413-420. 6. Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 (Quyết định
177/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 20/11/2007).
7. Đặng Diễm Hồng, Venediktov PS, Chemeris YuK (1996a) Bản chất sự mất hoạt tính của quang hệ II (PS II) của tế bào Chlorella ở trong tối và nhiệt độ cao. Tạp chí Sinh học 18(2): 21- 28
8. Đặng Diễm Hồng, Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1996b) “Ảnh hưởng của sốc muối NaCl lên sing trưởng, hoạt tính quang hợp và hàm lượng sắc tố của vi tảo Dunaliella salina”. Kỷ yếu của Viện Công nghệ Sinh học, Trung tâm KHTN & CNQG, Nhà xuất bản KH và KT: 182-189.
9. Đặng Diễm Hồng, Lê Thu Thuỷ, Choon - Hwan Lee (1998) “Tác động của cường độ ánh sáng cao lên hoạt động của chu trình xanthophyll và sự tích luỹ -carotene của vi tảo Dunaliella salina”. Tuyển tập báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học Công nghệ biển toàn quốc lần thứ IV, Hà Nội 12- 12/11/1998, Tập II: 896-902.
10. Đặng Diễm Hồng, Ngô Hoài Thu, Hoàng Sỹ Nam, Hoàng Lan Anh, Kawata Y (2007a) “Bước đầu ứng dụng vi khuẩn và vi tảo Spirulina đột biến để làm sạch nước thải và định hướng sản xuất nguồn nguyên liệu chất dẻo sinh học dùng cho công nghiệp ở làng nghề bún Phú Đô”. Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học Công nghệ môi trường - ngiên cứu và ứng dụng, Kỷ niệm 5 năm thành lập Viện CNMT (30/10/2002-30/10/2007), Hà Nội, 29- 30/10/2007: 279-286.
11. Đặng Diễm Hồng, Hoàng Minh Hiền, Nguyễn Đình Hưng, Hoàng Sỹ Nam, Hoàng Lan Anh, Ngô Hoài Thu, Đinh Khánh Chi (2007b) “Nghiên cứu về quá trình sinh tổng hợp DHA từ các loại vi tảo biển dị dưỡng mới
Labyrinthula, Schizochytrium và ứng dụng”. Tạp chí Khoa học và công nghệ 45(1B): 144-154.
12. Đặng Diễm Hồng, Hoàng Lan Anh, Ngô Thị Hoài Thu (2008) “Phân lập thành công vi tảo biển dị dưỡng Schizochytrium giàu DHA ở vùng biến huyện đảo Phú Quốc”. Tạp chí Sinh học 30(2): 12-19.
13. Dương Trọng Hiền (1999) “Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý, hoá sinh của tảo Spirulina platensis dưới tác động của NaCl”. Luận án tiến sĩ sinh học, Viện Công nghệ sinh học - Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia, Hà Nội.
14. Hoàng Minh Hiền, Hoàng Sỹ Nam, Đặng Diễm Hồng (2006) “Các điều kiện nuôi cấy tối ưu chủng vi tảo biển Labyrinthula sp. HL78 trên môi trường rắn”. Tạp chí sinh học 28(3): 54-60.
15. Nguyễn Đình Hưng, Hoàng Sỹ Nam, Hoàng Lan Anh, Đặng Diễm Hồng (2007) “Một số đặc điểm sinh học của Labyrinthula ở vùng biến phía bắc Việt Nam”. Tạp chí Sinh học 29 (2): 17-25.
16. Đặng Đình Kim, Nguyễn Tiến Cư, Nguyễn Thị Ninh, Đặng Diễm Hồng, Trần Văn Tựa, Phan Phương Lan, Nguyễn Văn Hoà (1994a) “Thực nghiệm nuôi trồng Spirulina trong nước khoáng Đắc Min”. Tạp chí sinh học 16 (3): 95-98.
17. Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền và Nguyễn Tiến Cư (1994b)
“Một số vấn đề về công nghệ sản xuất tảo Spirulina ở Việt Nam”. Tạp chí sinh học16 (3): 4-7.
18. Đặng Đình Kim, Đặng Diễm Hồng (1995) “Nghiên cứu một số đặc điểm sinh trưởng và quang hợp của hai loài tảo Dunaliella salina và Dunaliella bardawil”. Kỷ yếu của Viện Công nghệ Sinh học, Trung tâm KHTN & CNQG, Nhà xuất bản KH và KT: 280-286.
19. Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền (1999) “Công nghệ sinh học vi tảo”. NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
20. Đặng Đình Kim (2002) “Giáo trình kỹ thuật nhân giống và nuôi sinh khối sinh vật phù du”. Nhà xuất bản nông nghiệp, Hà Nội.
21. Hoàng Sỹ Nam, Đặng Diễm Hồng (2008) “Nuôitrồng thử nghiệm 2 chủng tảo lam Spirulina platensis CNT và Spirulina platensis C1 trong các loại nước khoáng Thạch Thành - Thạch Hoá, Thanh Tân - Thừa Thiên -Huế và Thanh Liêm - Hà Nam”. Tạp chí Sinh học 30(1): 70-78.
22. TCVN 6594 (2007) “Dầu thô và sản phẩm dầu mỏ dạng lỏng - xác định khối lượng riêng, khối lượng riêng tương đối, hoặc khối lượng API - Phương pháp tỷ trọng kế”. Tiêu chuẩn Quốc gia, xuấtbản lần 2, Hà Nội, 2007.
23. Ngô Hoài Thu, Đặng Diễm Hồng, Aiba S, Kawata Y (2007) “Ứng dụng phương pháp thể mỡ để chuyển nạp gen vào tế bào của các loài vi tảo lam
Spirulina platensis”.Tạp chí Sinh học 29(1): 70-75.
24. Nguyễn Hữu Thước (1988) “Tảo Spirulina - Nguồn dinh dưỡng và dược liệu quý”. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội: 111.
25. Đoàn Thị Thái Yên, Đặng Diễm Hồng, Nguyễn Thị Hoài Hà, Đặng Kim Chi (2010) “Nhiên liệu sinh học - Nhiên liệu bền vững của kỉ nguyên mới”.
Tham luận tại Hội nghị Môi trường toàn quốc lần thứ 3, tháng 11/2010.
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
26. Ahlgren, G.A.U., L.M. (1991) “Lipid analysis of freshwater microalgae: A method study”. Arch Hydrobiol 121: 295-306.
27. Belarbi E.H., Molina Grima E., Chisti Y. (2000) “A process for high yield and scaleable recovery of high purity eicosapentaenoic axit esters from microalgae and fish oil”. Enzyme and Microbiol Technology 26: 516-229.
28. Bligh, E.G. and Dyer W.J. (1959) “A rapid method of total lipid extraction and purification”. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology 37: 911-917.
29. Bo Liu, Z.Z. (2007) “Biodiesel production by direct methanolysis of oleaginous microbial biomass”. Journal of Chemical Technology & Biotechnology
82(8): 775-780.
30. Canakci, M., and Van Gerpen, J. (1999) “Biodiesel production via acid catalysis”. Transactions of the ASAE 42: 1203-10.
31. Canakci, M., and Van Gerpen, J. (2001) “Biodiesel production from oil and fats with high free fatty acids”. Transactions of the ASAE 44:1429-36.
32. Chen, F.J., M.R. (1991) “Effect of C/N ratio and aeration on the fatty acid composition of heterotrophic Chlorella sorokiniana”. Journal of Applied Phycology 3: 203-209.
33. Chisti, Y. (2007) “Biodiesel from microalgae”. Biotechnology Advances 25(3): 294-306.
34. Chisti, Y. (2008) “Biodiesel from microalgae beats bioethanol”. Trends in Biotechnology 26(3):126-131.
35. Demirbas, A. (2007) “Recent developments in biodiesel fuels”. International Journal of Green Energy 4:15-26.
36. Demirbas, A. (2009) “Production of Biodiesel from Algae Oils”. Energy Sources Part a- Recovery Utilization and Environmental Effects 31(2): 163- 168.
37. Demirbas, M.F. (2010) “Microalgae as a feedstock for biodiesel”. Energy Education Science and Technology, Part A: Energy Science and Research
25:31- 43.
38. Dijkstra, A.J. (2006) “Revisiting the formation of trans isomers during partial hydrogenation of triacylglycerol oils”. European Journal of Lipid Science and Technology 108 (3):249-64.
39. Dube, M.A., Tremblay, A.Y., Liu, J. (2007) “Biodiesel production using a membrane reactor”. Bioresource Technology 98: 639-647.
40. Ehimen, E.A., Sun, Z.F., Carrington, C.G. (2010) “Variables affecting the in situ transesterification of microalgae lipids”. Fuel 89: 677-684.
41. Gouveia, L. and Oliveira, A.C. (2009) “Microalgae as a raw material for biofuels production”. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology
42. Grobbelaar, J.U. (2004) “Algal nutrition”. In Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology. ed. A. Richmond, 97-115. Ames, Iowa: BlackwellPublishing.
43. Han, X., Miao, X.L., Wu, Q.Y. (2006) “High quality biodiesel production from heterotrophic growth of Chlorella protocoides in fermenter by using starch hydrolase as organic carbon”. Journal of Biotechnology 126(4): 499-507.
44. Hammouda, O., Gaber, A., Abdel-Raouf, N. (1995) “Microalgae and wastewater treatment”. Ecotoxicology and Environmental Safety 31: 205- 210.
45. Hideki Fukuda, Akihiko Kondo, Hideo Noda (2001) “Biodiesel Fuel Production by transesterification of oils”. Journal of Bioscience and Bioengineering, 92(5): 405-416.
46. Huntley, M.E., Redalje, D.G. (2007) “CO2 mitigation and renewable oil from photosynthetic microbes: a new appraisal”. Mitigation Adapt Strat Global Change 12: 573-608.
47. Hoydonex, H.E., De Vos, D.E., Chavan, S.A., Jacobs, P.A. (2004) “Esterification and transesterification of renewable chemicals”. Topics in Catalysis 27(1-4): 83-96.
48. Jang, E.S., Jung, M.Y., Min, D.B. (2005) “Hydrogenation for low trans and high conjugated fatty acids”. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 4: 22-30.
49. John Day, G., and Alexander Tsavalos, J. (1996) “An investigation of the heterotrophic culture of the green algaTetraselmis”. Journal of Applied Phycology 8:73-77.
50. John Nowatzki, Andrew Swenson, Dennis Wiesenborn, P. (2007) “Small-
Scale Biodiesel Production”.
51. Klass, D.L. (1998) “Biomass for Renewable Energy”. Fuels and Chemicals, Academic press: San Diego, USA: 651.
52. Knothe, G. (2006) “Analyzing biodiesel: standards and others methods”.
Journal of the American Oil Chemists' Society 83: 823-33.
53. Kondili, E.M., and Kaldellis, J.K. (2007) “Biofuel implementation in East Europe: current status and future prospects”. Renewable Sustainable Energy Review 11: 2137-2151.
54. Kong, Q., Yu, F., Chen, P., and Ruan, R. (2007) “High Oil Content Microalgae Selection for Biodiesel Production”. Proceedings of 2007 ASABE Annual International Meeting, Minneapolis, Minnesota, USA, June 17-20; American Society of Agricultural and Biological Engineers: St. Joseph, Michigan, USA, 077034.
55. Kulkarni, M.G., and A.K. Dalai (2006) “Waste cooking oil - an economical source for biodiesel: A review”. Industrial & Engineering Chemistry Research 45: 2901-2913.
56. Ladygina, N., and Dedyukhina, E.G. (2006) “A review on microbial synthesis of hydrocarbons”. Process Biochemistry 41(5): 1001-1014.
57. Li, Q., and Du, W. (2008) “Perspectives of microbial oils for biodiesel production”. Applied Microbiology and Biotechnology 80(5): 749-756.
58. Liu, B. and Zhao, Z. (2007) “Biodiesel production by direct methanolysis of oleaginous microbial biomass”. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 82(8): 775-780.
59. Liu, X., He, H., Wang, Y., Zhu, S., and Piao, X. (2008) “Transesterificatiion of soybean oil to biodiesel using CaO as a solid base catalyst”. Fuel 87(2): 216-221.
60. Lewis, T., and Nichols, P.D. (2000) “Evaluation of extraction methods for recovery of fatty acids from lipid-producing microheterotrophs”. Journal of Microbiological Methods 43(2): 107-116.
61. Luisa Gouveia, and Ana Cristina Oliveira (2009) “Microalgae as a raw material for biodiesel production”. Journal of Industrial Microbial Biotechnology 36(2): 269-274.
62. Mallick, N. (2002) “Biotechonological potential of immobilized algae for wastewater N, P and metal removal: a review”. Biometals 15: 377-390.
63. Marchetti, J.M., Miguel, V.U., Errazu, A.F. (2007) “Possible methods for biodiesel production”. Renewable Sustainable Energy Review 11: 1300- 1311.
64. Macedo Caio, C.S. (2006) “New heterogeneous metal-oxides based catalyst for vegetable oil transesterification”. Journal of the Brazilian Chemical Society
17(7): 1291-1296.
65. Meher, L.C., Vidya Sagar, D., Naik, S.N. (2006) “Technical aspects of biodiesel production by transesterification - A review”. Renewable and Sustainable Energy Review 10: 248-268.
66. Metting, F.B. (1996) “Biodiversity and application of microalgae”. Journal of