Trong những thập niên gần đây, có rất nhiều nghiên cứu về quá trình sản xuất bioethanol từ biomass ở rất nhiều nơi trên thế giới và đã thu được những thành công nhất định, tạo cơ sở khoa học cần thiết cho việc chuyển giao công nghệ sản xuất bioethanol vào quy mô công nghiệp, để phục vụ nhu cầu năng lượng cho thế giới.
Năm 2008, B.C. Akin-Osanaiye, H.C. Nzelibe and A.S. Agbaji, đã báo cáo đề tài “Sản xuất ethanol từ phụ phẩm của trái đu đủ”. Sau quá trình trích ly enzyme papain để sản xuất các loại thuốc hỗ trợ tiêu hóa thức ăn giàu protein ở người thì những phần còn lại sẽ được lên men bằng Saccharomyces cerevisiae trong thời gian 72 giờ, nhiệt độ 300C. Kết quả đạt độ cồn từ 2.82 – 6.60% theo thể tích.
Năm 2009, Simone Brethauer, Charles E. Wyman đã báo cáo nghiên cứu “Tổng quan: Phương pháp thủy phân và lên men liên tục cho sản xuất ethanol từ nguyên liệu cellulose”.
Năm 2011, Hossain, A. B. M. S.1, Ahmed, S. A, Ahmed M. Alshammari, Faris M. A. Adnan, Annuar, M. S. M., Hadeel Mustafa1 and Norah Hammad, đã báo cáo nghiên cứu “ Sản xuất nhiên liệu bioethanol từ phụ phẩm vỏ chuối để quản lý chất thải và phát triển nguồn năng lượng bền vững”. Đề tài đã tiến hành thủy phân nguyên liệu bằng sự kết hợp giữa cellulase và pectinase. Kết quả lên men bằng Saccharomyces cerevisiae cho độ cồn từ 4.1 tới 7.1% bioethanol.[22]
16
Năm 2011, Kulanthaivel Senthilguru, Tanya Susan George, Narasinganallur Sankaranarayanan Vasanthi và Kilavan Packiam Kannan, đã báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài “ Sản xuất bioethanol từ nguồn lignocellulose phụ phẩm”. Đề tài tiến hành tiền xử lý nguyên liệu để tăng hiệu quả thủy phân của enzyme trong giai đoạn thủy phân cellulose tạo ra đường. Đồng thời kết hợp với sử dụng loài nấm Phoma Sp. Kết quả thu được 2.4% (v/w) cho 100 gram nguyên liệu lignocellulose.
Năm 2011, Razif Harun, Michael K. Danquah đã báo cáo nghiên cứu “Ảnh hưởng của acid trong giai đoạn tiền xử lý sinh khối từ vi tảo cho sản xuất ethanol sinh học”. Kết quả cho thấy nồng độ ethanol sinh học thu được cao nhất là 7.2 g/L khi bước tiền xử lý được thực hiện với 15 g/L vi tảo ở 140 oC sử dụng 1 % (v/v) acid sulfuric trong 30 phút. Về sản lượng ethanol, tối đa khoảng 52% khối lượng (g ethanol/ g tảo) thu được bằng cách sử dụng 10 g/L vi tảo và 3 % (v/v) acid sulfuric ở 160 oC trong 15 phút. Phân tích thống kê cho thấy trong số các thông số khảo sát thì nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình sử dụng acid trong tiền xử lý vi tảo để sản xuất ethanol sinh học.
Năm 2012, Aloia Romaní, Gil Garrote, Juan Carlos Parajó đã báo cáo nghiên cứu “Sản xuất ethanol sinh học từ gỗ bạch đàn globulus tự phân bằng phương pháp đường hóa và lên men đồng thời”. Kết quả tạo ra được 291 L ethanol/1000 kg gỗ khô từ cellulose trong đó chủ yếu chứa phần lớn là lignin.
Năm 2012, María Boluda-Aguilar, Antonio López-Gómez, đã báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài “Quá trình sản xuất bioethanol từ quá trình lên men vỏ cam chanh được tiền xử lý bằng phương pháp nổ hơi nước”. Trong vỏ cam chanh có chứa nhiều D – limonene (0.8 – 1.6%) là chất ức chế hoạt động của nấm men. Nên đề tài áp dụng phương pháp nổ hơi nước vỏ cam chanh để giảm hàm lượng D – limonene xuống còn 0.05%. Sau quá trình lên men, lượng cồn thu được 60 lít/1000 kg vỏ cam chanh tươi.
Tại Rio de Janeriro (Brazil), Elba P.S Bon và Maria Antoniete Ferrara đã tiến hành nghiên cứu quá trình sản xuất bioethanol từ sinh khối bằng cách thủy phân bởi enzyme. Đặc biệt gần đây tại Sao Paulo ( Brazil), nhóm nghiên cứu gồm Marcia A.
Ribeiro, Vanessa M. Cardoso, Manoel N. Mori, Jaime Finguerut, Celia M. A. Galvao
17
và Celina L. Duarte đã tiến hành nghiên cứu tận dụng nguồn bã mía để sản xuất bioethanol dùng phương pháp tiền xử lí bằng chiếu xạ điện tử.
- Tối ưu hoá các thông số của quá trình lên men để sản xuất ethanol từ chất thải Kinnow và vỏ chuối bằng đường hoá đồng thời và quá trình lên men của Naresh Sharma, K.L. Kalra, Harinder Singh Oberoi và Sunil Bansal thuộc trường Đại học Punjab Agricultural, Ludhiana, Ấn Độ. Nghiên cứu được thực hiện để đánh giá vai trò của các thông số trong quá trình lên men như nồng độ nấm men, nhiệt độ, thời gian ủ và thời gian khuấy trong việc sản xuất bioethanol từ vỏ chuối và bã Kinnow. Nghiên cứu cho kết quả tối ưu trong việc lên men sản xuất bioethanol ở 300C, nồng độ nấm men 6%, ủ trong 48 giờ kết hợp khuấy trong 24 giờ cho kết quả tốt nhất.
- Nghiên cứu tối ưu hoá sản xuất ethanol từ vỏ chuối bằng thuỷ phân và lên men đồng thời của trường Đại học Kansas, Manhattan, Hoa Kỳ. Nghiên cứu cho kết quả tối ưu về thời gian và nhiệt độ của quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời là 370C trong vòng 35 giờ cho nồng độ ethanol 28.2g/l và lượng ethanol sản xuất được là 2.3g/l/h là kết quả tối ưu nhất từ vỏ chuối.[18]
- Công trình nghiên cứu của bà Kadambini Gaur thuộc trường Đại học Deemed về “tối ưu hoá sản xuất ethanol bằng lên men” vào tháng 6 năm 2006. Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu mía đường. Kết quả thu được ở 300C, pH 6.0 và nồng độ đường 20%
là tối ưu cho quá trình lên men.
1.1.6.2.Ở Việt Nam
Năm 2008, với đề tài “Nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ” của tác giả Trần Diệu Lý bằng cách sử dụng rơm rạ cắt nhỏ và được tiền xử lý bằng phương pháp nổ hơi để phá vỡ cấu trúc. Sau đó được tiến hành thủy phân bằng enzyme cellulase hoặc thủy phân và lên men đồng thời bằng enzyme cellulase và Saccharomyces cerevisiae chủng turbo yeast extra. Kết quả cho thấy rằng, quá trình thủy phân diễn ra tốt nhất trong điều kiện: 11 % bã rắn, 5 % enzyme, 50 0C và pH 4.8, tương ứng nồng độ glucose thu được là 55.08 g/l và hiệu suất đạt 81 %. Quá trình thủy phân và lên men đồng thời đạt được kết quả tốt ở 11 % bã rắn, 5 % enzyme, 23.6 triệu tế bào nấm men/ml, 500C và pH 4.8. Quá trình này thu được 30.86 g/l ethanol
18
tương ứng hiệu suất là 86.61 %. Kết quả này cho thấy quá trình thủy phân và lên men đồng thời rất thích hợp cho việc sản xuất ethanol từ rơm rạ.
Năm 2011, Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, Nguyễn Thanh Hằng, đã báo cáo kết quả đề tài “ Nghiên cứu điều kiện thủy phân rong lông cứng (Cladophora Socialis Kutzing) ứng dụng trong sản xuất cồn”. Với hàm lượng carbohydrate cao nên rất thuận lợi để thủy phân tạo ra một lượng đường lớn cung cấp cho nấm men sinh ra lượng cồn cao. Khi lên men 200 ml dịch đường sau quá trình thủy bằng Saccharomyces cerevisiae trong điều kiện 300C trong 72 giờ, thu được 50 ml dịch bay hơi đầu tiên từ quá trình chưng cất đạt độ cồn 5%. Cladophora Socialis Kutzing dễ dàng bị thủy phân và lên men tạo ethanol hứa hẹn là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất bioethanol..
Tháng 6, 2010, KS.Phạm Hải Triều thuộc Đại học Cần Thơ báo cáo đề tài :”
Nghiên cứu quá trình sản xuất bioethanol từ bã mía” cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố: thời gian, tỉ lệ cơ chất, tỉ lệ enzyme, nhiệt độ, pH lên quá trình tổng hợp bioethanol.
Nguyên liệu được cắt nhỏ và tiền xử lý bằng NaOH để phá vỡ cấu trúc lignin và một phần hemicellulose. Sau đó tiến hành thủy phân bằng enzyme cellulose, lên men bằng Saccharomyces cerevisiae. Kết quả thu được cho thấy quá trình thủy phân diễn ra tốt nhất ở điều kiện:10% bã rắn, 8% enzyme, 55oC và pH 4,8, tương ứng thu được nồng độ glucose là 7,76% thời gian thủy phân là 21 giờ. Sau khi tiếp tục lên men trong 21 giờ thu được 3,93% ethanol với hiệu suất là 88,8%. Quá trình lên men tạo ethanol diễn ra tốt nhất ở điều kiện: 11% bã rắn, 9% enzyme, 2,5% nấm men, 40oC , pH là 4,8, tương ứng với nồng độ ethanol thu được là 3,63% và hiệu suất chuyển hóa là 82,77%.
Năm 2010, Tiến sĩ Lê Như Hậu, trưởng phòng Vật liệu hữu cơ từ tài nguyên biển, thuộc viện nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang giới thiệu kết quả nghiên cứu về đề tài :” Tiềm năng rong biển cho sản xuất cồn sinh học ở Việt Nam”.
Thống kê cho thấy số liệu đo đạt khảo sát thực tế về diện tích phân bố rong biển của Viet Nam có thể đạt diện tích 79126,32 ha và sản lượng thu hoạch được là 69703,26 tấn khô. Rong biển có hàm lượng carbonhydrat cao, phù hợp với quá trình lên men để sản xuất ethanol. Vì vậy. có thể sản xuất ethanol nhiên liệu sinh học từ rong biển. Kết quả nghiên cứu cho thấy bức tranh toàn cảnh về tiềm năng rong biển làm nguyên liệu
19
sản xuất bioethanol, góp phần vào chiến lược cho sự phát triển năng lượng bền vững tại Việt Nam.
Năm 2009, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM phối hợp với trường Đại học Tokyo( Nhật Bản) thực hiện dự án” Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến biomass”(Dự án JICA-JST Biomass). Dự án JICA-JST do cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) và Bộ Khoa học Công nghệ Nhật Bản (JST) tài trợ với tổng chi phí gần 150 đồng thực hiện trong thời gian 5 năm (2009 – 2014). Dự án hướng đến việc sản xuất xăng sinh học, biogas sạch có nhiệt trị cao từ các phế phẩm công nghiệp như: Rơm, rạ, trấu, phân bò,… nhằm bảo vệ môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính và góp phần đảm bảo năng lượng.
Năm 2009, dự án đã xây dựng một mô hình thiết bị tại Trường Đại học Bách Khoa TPHCM để nghiên cứu sản xuất bioethanol. Sau gần 5 năm thực hiện, các nhà khoa học đã nghiên cứu, sản xuất thành công xăng sinh học từ rơm rạ và các chất thải có nguồn gốc cellulose. Tuy nhiên, một trong những khó khan cua dự án là giá thành xăng sinh học sản xuất từ rơm rạ là khá cao, chi phí phân hủy cellulose là khá lớn.
TS. Lê Thị Kim Phụng – Điều phối viên của dự án cho biết, biogas từ nguồn phân bò rất khó thực hiện nhưng dự án đã triển khai thành công ở xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, TPHCM. Kỹ thuật làm sạch và làm giàu khí metan trong biogas đã được phát triển và ứng dụng trên quy mô nhỏ. Cụ thể, dự án đã xây dựng được một xưởng thực nghiệm sử dụng dây chuyền khép kín sản xuất thành công biogas sạch có nhiệt trị cao, dung làm nhiên liệu cho động cơ và sản xuất công nghiệp. Qua dây chuyền này, những phế phẩm nông nghiệp như: Rơm rạ, trấu, phân bò… sẽ được tạo thành nhiên liệu khí có thể sử dụng như để chạy máy phát điện, máy kéo, máy cày,… Như vậy sản xuất nông nghiệp tạo thành một vòng khép kín: Sauk hi thu hoạch, chất thải nông nghiệp lại biến thành năng lượng và năng lượng này quay trở lại phụ vụ đời sống và sản xuất.