1. Trang Chủ
  2. Công nghệ - Môi trường
  3. Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa gỗ (Tràm bông vàng) thành Bioethanol bằng phương pháp SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation)

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa gỗ (Tràm bông vàng) thành Bioethanol bằng phương pháp SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation)

Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện với mục tiêu nhằm nghiên cứu khảo sát thực nghiệm hướng đến xây dựng công nghệ chuyển hóa gỗ (tràm bông vàng) thành bioethanol bằng phương pháp thủy phân và lên men không đồng thời (SHF) sử dụng Acremomium cellulase và Saccharomyces cerevisiae ở quy mô phòng thí nghiệm. Mời các bạn cùng tham khảo. New Text Document.txt NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN HÓA GỖ (TRÀM BÔNG VÀNG) THÀNH BIOETHANOL BẰNG PHƯƠNG PHÁP SHF(SEPARATE HYDROLYSIS AND FERMENTATION) VĂN BẢO HUY NGU

Thể loại Tài liệu miễn phí Công nghệ - Môi trường

Số trang 85

Ngày tạo 10/11/2021 12:30:38 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.64 M

Tên tệp

Tải Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. New Text Document.txt NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN HÓA GỖ (TRÀM BÔNG VÀNG) THÀNH BIOETHANOL BẰNG PHƯƠNG PHÁP SHF(SEPARATE HYDROLYSIS AND FERMENTATION) VĂN BẢO HUY NGUYỄN ĐÌNH QUÂN (giảng viên hướng dẫn) TRẦN THỊ TƯỞNG AN (giảng viên hướng dẫn) Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017 Page 1
  2. Đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do bản thân thực hiện và không sao chép dưới bất kỳ hình thức nào. Nghiên cứu do tôi tiến hành tại phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass, ĐH Bách Khoa, ĐH Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh. Các số liệu trong đề tài có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúng nguyên tắc. Kết quả trình bày trong đề tài được thu thập trong quá trình nghiên cứu là trung thực và chưa từng được công bố trước đây. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nội dung khoa học đề tài nghiên cứu này. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017 Sinh viên thực hiện Văn Bảo Huy
  3. Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi đến TS. Nguyễn Đình Quân, ThS. Trần Thị Tưởng An cùng anh Nguyễn Anh Duy và các bạn Nguyễn Minh Thiện, Võ Thị Thảo Trang, Trần Thị Ánh Nguyệt đang nghiên cứu và làm đồ án tại phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass, ĐH Bách Khoa, ĐH Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh lời cảm tạ sâu sắc vì đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt trong suốt thời gian qua. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô của trường Đại học Công Nghệ Tp. HCM nói chung, quý thầy cô khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường nói riêng đã tận tình dạy dỗ, giúp em hoàn thiện kiến thức, các kỹ năng chuyên môn và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập. Đặc biệt, con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ đã nuôi dạy con nên người. Ba mẹ luôn là chỗ dựa vững chắc nhất để con bước đi trên con đường đời khi vấp ngã luôn có ba mẹ động viên tinh thần cho con. Vì chưa có nhiều kinh nghiệm, chỉ dựa vào kiến thức hạn hẹp cùng với thời gian ngắn ngủi nên chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô để kiến thức của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn, rút ra được những kinh nghiệm bổ ích cho quá trình học tập, làm việc sau này. Cuối cùng, xin kính chúc quý thầy cô của trường Đại học Công Nghệ Tp. HCM dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý của mình. Đồng kính chúc quý thầy cô, anh chị và các bạn của phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass, ĐH Bách Khoa, ĐH Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh luôn dồi dào sức khỏe và đạt được nhiều thành công tốt đẹp trong cuộc sống. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017 Sinh viên thực hiện Văn Bảo Huy
  4. Đồ án tốt nghiệp
  5. Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................iv DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... v DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vi MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................... 4 1.1. Sơ lược về cồn sinh học .................................................................................. 4 1.1.1. Khái niệm ..................................................................................................... 4 1.1.2. Các thế hệ bioethanol................................................................................... 4 1.1.3. Tình hình sản xuất bioethanol thế giới và trong nước ................................. 5 1.1.4. Quy trình sản xuất bioethanol ...................................................................... 7 1.2. Nguyên liệu lignocellulose.............................................................................. 8 1.2.1. Khái niệm ..................................................................................................... 8 1.2.2. Thành phần cấu trúc lignocellulose ............................................................. 9 1.3. Cây tràm bông vàng ở Việt Nam (Acacia auriculiformis) ........................... 11 1.3.1. Sơ lượt về cây tràm bông vàng................................................................... 11 1.3.2. Phương pháp sản xuất bioethanol từ gỗ tràm bông vàng ........................ 13 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................... 23 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 27 2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................. 27 2.2. Nguyên vật liệu ............................................................................................. 27 2.2.1 Mùn cưa từ gỗ cây tràm bông vàng ............................................................ 27 2.2.2. Acremonium cellulase ................................................................................ 27 2.2.3. Saccharomyces cerevisiae.......................................................................... 28 2.2.4. Hóa chất sử dụng........................................................................................ 28 2.3. Các thiết bị sử dụng....................................................................................... 29 2.4. Bố trí thí nghiệm ........................................................................................... 31 i
  6. Đồ án tốt nghiệp 2.4.1. Sơ đồ quy trình ........................................................................................... 32 2.4.2. Trình tự và Bố trí thí nghiệm ..................................................................... 33 2.5. Các phương pháp phân tích ........................................................................... 41 2.5.1. Phương pháp phân tích hàm lượng ẩm...................................................... 41 2.5.2. Phương pháp phân tích thành phần cellulose, lignocellulose, lignin và hàm lượng tro trong nguyên liệu biomass ........................................................... 42 2.5.3. Phương pháp cấy và giữ giống nấm men................................................... 46 2.5.4. Phương pháp nhân giống và hoạt hóa giống nấm men ............................. 46 2.5.5. Định lượng mật độ tế bào bằng phương pháp đếm khuẩn lạc .................. 47 2.5.6. Phương pháp xác định hai loại đường và ethanol bằng máy HPLC......... 47 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................. 48 3.1. Khảo sát chủng nấm men S.cerevisiae sử dụng trong đề tài......................... 48 3.1.1. Đặc điểm hình thái của nấm men............................................................... 48 3.1.2. Đường cong sinh trưởng của S.cerevisiae ................................................. 48 3.2. Phân tích mẫu nguyên liệu ban đầu .............................................................. 50 3.3. Tiền xử lý ...................................................................................................... 50 3.3.1. Khảo sát kích thước nguyên liệu ................................................................ 50 3.3.2. Chọn tác chất tiền xử lý ............................................................................. 51 3.3.3. Thành phần mẫu sau tiền xử lý với NaOH................................................. 53 3.3.4. Thời gian tiền xử lý và tỉ lệ khối lượng mẫu/ khối lượng dung dịch.......... 54 3.4. Quá trình thủy phân ....................................................................................... 55 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân ..................... 55 3.4.2. Khảo sát tác động của tỷ lệ enzyme bổ sung đến quá trình thủy phân ...... 56 3.4.3. Khảo sát pH ảnh hưởng đến quá trình thủy phân...................................... 58 3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân....................... 59 3.5. Khảo sát lên men ........................................................................................... 60 3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men ........................ 60 3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường ban đầu đối với hiệu quả của quá trình lên men......................................................................................................... 61 ii
  7. Đồ án tốt nghiệp 3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men .......................... 63 3.5.4. Khảo sát tỷ lệ nấm men bổ sung trong quá trình lên men ......................... 63 3.5.5. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần chất dinh dưỡng bổ sung ................ 64 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ................................................................... 66 4.1. Kết luận ......................................................................................................... 66 4.2. Đề nghị .......................................................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 68 PHỤ LỤC iii
  8. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - CSL: Corn steep liquor - HPLC: High Performance Liquid Chromatography - KHV: Kính hiển vi - STT: Số thứ tự - SHF: Separate Hydrolysis and Fermentation - SSF: Simultaneous Saccharification Fermentation - SSCF: Simultaneous Saccharification and Cofermentation - UV-VIS: Ultraviolet–visible spectroscopy - VSV: Vi sinh vật iv
  9. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tình hình một số nhà máy bioethanol tại Việt Nam…………………..6 Bảng 1.2. Thành phần của vài loại lignocellulose……………………………….9 Bảng 1.3. Ưu, nhược điểm của một số phương pháp lên men………………….14 Bảng 1.4. Các phương pháp tiền xử lý hiện nay………………………………..17 Bảng 2.1. Các hóa chất sử dụng……………………………………………...…28 Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định kích thước hạt thích hợp………...………33 Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm lựa chọn tác nhân tiền xử lý………….……………35 Bảng 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian tiền xử lý………………………36 Bảng 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ bã/dung dịch………..………………37 Bảng 3.1. thành phần phần trăm các chất có trong mẫu mùn cưa gỗ ban đầu….50 Bảng 3.2. Thành phần phần trăm các chất có trong mẫu mùn cưa gỗ tràm bông vàng sau khi tiền xử lý với NaOH 4%.................................................................53 v
  10. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quy trình sản xuất bioethanol………………………………………….8 Hình 1.2. Công thức hóa học của cellulose………………………………………9 Hình 1.3. Các dạng cấu trúc của hemicellulose …….………………………….10 Hình 1.4. Các đơn vị cơ bản của lignin…………………………………………11 Hình 1.5. Gỗ và cây tràm bông vàng…………..……………………………….12 Hình 1.6. Nguồn cung dăm gỗ của Việt Nam và các nước trên thế giới…...….13 Hình 1.7. Sơ đồ quy trình sản xuất bioethanol………………...………………..16 Hình 1.8. Sơ đồ đường phân……………………………...…………………….22 Hình 1.9. Sự tạo thành ethanol từ glucose…………………………...…………23 Hình 2.1. Mùn cưa gỗ tràm bông vàng…………………………………………27 Hình 2.2. Hệ thống sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)…………………………30 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm……………………….………………………32 Hình 3.1. Đặc điểm đại thể (a) và vi thể (b) của S.cerevisiae…………………..48 Hình 3.2. Đường cong sinh trưởng của S.cerevisiae theo thời gian trên môi trường SDB………………………………………………………………..……49 Hình 3.3. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất tách lignin.…..51 Hình 3.4. Ảnh hưởng của các tác chất tiền xử lý đối với hiệu suất lignin tách ra. ……………………………………………………………………...….………..52 Hình 3.5. Sự thay đổi của hiệu suất tách lignin theo thời gian…………………54 Hình 3.6. Sự phụ thuộc của lượng lignin tách ra vào tỉ lệ khối lượng mẫu/ khối lượng dung dịch……...………………………………………………………….54 Hình 3.7. Nồng độ glucose và xylose được khảo sát theo thời gian……………56 Hình 3.8. Hàm lượng glucose và xylose thay đổi khi khảo sát các tỷ lệ enzyme khác nhau từ 1% đến 9%......................................................................................57 vi
  11. Đồ án tốt nghiệp Hình 3.9. Hàm lượng đường thay đổi khi khảo sát các giá trị của pH….………58 Hình 3.10. Hàm lượng glucose, xylose theo nhiệt độ thủy phân……...………..59 Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men…...……………….60 Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH môi trường ban đầu với quá trình lên men….…62 Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ với quá trình lên men…………….……….63 Hình 3.14. Ảnh hưởng của tỉ lệ bổ sung nấm men đến quá trình SHF…………64 Hình 3.15. Hàm lượng glucose, xylose và ethanol theo chất dinh dưỡng bổ sung………………………………………………………………………..……65 vii
  12. Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, thế giới đang đứng trước nguy cơ khủng hoảng năng lượng trầm trọng, Theo dự báo của các nhà khoa học trên thế giới, nguồn năng lượng từ các sản phẩm hoá thạch dầu mỏ sẽ bị cạn kiệt trong vòng 40 - 50 năm nữa. Để ổn định và đảm bảo an ninh năng lượng đáp ứng cho nhu cầu con người cũng như các ngành công nghiệp, các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu tìm ra những nguồn nhiên liệu mới. Trong đó, nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ sinh khối động, thực vật là một hướng đi có thể tạo ra nguồn nhiên liệu thay thế phần nào nguồn nhiên liệu hoá thạch đang cạn kiệt; đảm bảo an ninh năng lượng cho từng quốc gia. Theo báo cáo của tổ chức Forest Trends, mỗi năm Việt Nam xuất khẩu dăm gỗ sang Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan để làm bột giấy lên đến gần 10 triệu tấn khô, trong đó chiếm 70 % là dăm gỗ tràm bông vàng. Từ năm 2011 đến nay, Việt Nam là quốc gia xuất khẩu dăm gỗ lớn trên thế giới và có diện tích trồng tăng từ 150.000 đến 200.000 hecta/năm. Dăm gỗ và đặc biệt là mùn cưa tràm thải ra trong quá trình sản xuất là rất lớn gần 1 triệu tấn khô tập trung dễ thu gom hơn rơm rạ và các nguyên liệu tinh bột. Vùng nguyên liệu dăm gỗ cụ thể là tràm bông vàng và keo lai (một loài tương tự như tràm bông vàng) lớn nhất tập trung tại miền Trung. Đây cũng là nơi có các nhà máy sản xuất cồn sinh học có quy mô lớn nhất cả nước như Dung Quất (Quảng Ngãi), nhưng các nhà máy này chỉ sử dụng nguồn nguyên liệu tinh bột khó thu mua. Dựa vào thành phần chủ yếu của tràm bông vàng là cellulose và hemicellulose, qua quá trình thủy phân và lên men, chuyển hoá cellulose trong gỗ thành Bioethanol. Với những ưu điểm như rẻ tiền, phổ biến, mùn cưa gỗ tràm sẽ là một nguồn nguyên liệu tiềm năng trong quá trình nghiên cứu sản xuất Bioethanol. Vậy nên chúng ta có thể kết hợp nguyên liệu ở các vùng có cơ sở sản xuất để phát triển bioethanol thế hệ thứ 2 sẽ mang đến các ý nghĩa thiết thực sau: 1
  13. Đồ án tốt nghiệp - Phù hợp với xu hướng phát triển của sản xuất bioethanol nói riêng và ngành năng lượng nói chung. - Nếu thành công thì sẽ tận dụng được nguồn mùn cưa, phế phụ phẩm lâm nghiệp khổng lồ hiện nay. - Phù hợp với an ninh lương thực thế giới thay thế nguyên liệu tinh bột và đường bằng lignocellulose trong công nghiệp sản xuất bioethanol. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài là nghiên cứu khảo sát thực nghiệm hướng đến xây dựng công nghệ chuyển hóa gỗ (tràm bông vàng) thành bioethanol bằng phương pháp thủy phân và lên men không đồng thời (SHF) sử dụng Acremomium cellulase và Saccharomyces cerevisiae ở quy mô phòng thí nghiệm. 3. Nội dung nghiên cứu Để tối ưu khả năng chuyển hóa bioethanol từ mùn cưa tràm cần nghiên cứu:  Đối với quá trình tiền xử lý: - Khảo sát ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu. - Khảo sát thành phần mùn cưa gỗ ban đầu và sau tiền xử lý. - Khảo sát quá trình tiền xử lý bằng NaOH và H2SO4. - Khảo sát thời gian tiền xử lý và tỉ lệ khối lượng mẫu/ khối lượng dung dịch  Đối với quá trình thủy phân và lên men không đồng thời (SHF): - Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến từng giai đoạn thủy phân và lên men. - Khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hai giai đoạn thủy phân và lên men. - Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme bổ sung vào giai đoạn thủy phân. - Khảo sát ảnh hưởng của mật độ nấm men đến giai đoạn lên men. - Khảo sát ảnh hưởng của chất dinh dưỡng bổ sung đến giai đoạn lên men. 2
  14. Đồ án tốt nghiệp 4. Thời gian và địa điểm nghiên cứu Đồ án được thực hiện tại phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass, ĐH Bách Khoa, ĐH Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh trong thời gian từ tháng 03/04/2017 đến tháng 16/07/2017. 5. Hạn chế của đề tài Do quỹ thời gian không cho phép đồ án chỉ tiến hành các thí nghiệm tiền xử lý với NaOH và H2SO4 nhằm thu nhận được cellulose, chưa đa dạng được các phương pháp tiền xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình sau. 3
  15. Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Sơ lƣợc về cồn sinh học 1.1.1. Khái niệm Bioethanol (ethanol sinh học) là một loại nhiên liệu sinh học dạng cồn, được sản xuất bằng con đường sinh học, chủ yếu bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn, thường được sản xuất từ các loại cây nông nghiệp hàm lượng đường cao như bắp, lúa mì, lúa mạch, mía. Ngoài ra, bioethanol còn được sản xuất từ các loại cây có chứa hợp chất cellulose. Hiện nay, các nguồn nguyên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, ước tính trữ lượng dầu mỏ của thế giới đến năm 2050 sẽ cạn. Trong khi đó, hoạt động sống của con người rất cần năng lượng. Mặt khác, nguồn năng lượng hóa thạch khi sử dụng đã gây ra các vấn đề nghiêm trọng về ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính. Chính vì vậy, nhu cầu về nguồn nguyên liệu thay thế cho xăng dầu đang là vấn đề cấp thiết cho toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Việc đầu tư nghiên cứu “nhiên liệu sạch”- nhiên liệu sinh học bioethanol đang trở thành đề tài được quan tâm hàng đầu trên thế giới [26]. 1.1.2. Các thế hệ bioethanol Dựa vào nguyên liệu sản xuất, bioethanol được chia làm 3 thế hệ:  Bioethanol thế hệ thứ nhất Bioethanol thế hệ thứ nhất là nguồn nguyên liệu chứa nhiều tinh bột và đường. Nói chung bioethanol có thể được tạo thành từ những nguyên liệu carbonhydrate có công thức chung là (CH2O)N và nó có thể được chia thành 3 nhóm : đường, tinh bột và sinh khối lignocellulosic.Bioethanol thế hệ thứ nhất là khái niệm đề cập tới nguồn cây trồng, đây cũng chính là nguồn dinh dưỡng cho con người và động vật như: các loại cây ngũ cốc, cây lấy đường [17].  Bioethanol thế hệ thứ hai Nguyên liệu thô sử dụng để sản xuất bioethanol thế hệ thứ 2 được đề cập ở đây là các sản phẩm không phải là nguồn thực phẩm, thường là sinh khối lignocellulosic. 4
  16. Đồ án tốt nghiệp Các nguyên liệu này đại diện cho các hình thể chứa nhiều cacbon trên trái đất như các loại phế phẩm nông nghiệp ( rơm, bã bắp (vỏ bắp, râu bắp, cùi bắp), gỗ thải, mùn cưa, phế phẩm lâm nghiệp, bã mía, các loại cỏ… )[17].  Bioethanol thế hệ thứ ba Tảo biển là nguyên liệu tốt nhất trong nhóm này đòi hỏi ít đất đai canh tác và nguồn nước sạch cho trồng trọt, tiêu biểu cho nguồn sinh khối rất đáng quan tâm để sản xuất ra bioethanol [17]. 1.1.3. Tình hình sản xuất bioethanol thế giới và trong nước  Thế giới Brazil là nước đi đầu trong việc sản xuất và ứng dụng bioethanol trên thế giới. Brazil đã thành công trong việc sản xuất bioethanol theo quy mô công nghiệp từ những năm 1970 khi nước này phụ thuộc nặng nề vào dầu nhập khẩu. Ngày nay, toàn bộ xe hơi ở Brazil sử dụng xăng có pha ít nhất 25% ethanol, và 60% số xe có khả năng “linh động về nhiên liệu” (có thể sử dụng 100% ethanol làm nhiên liệu). Brazil sản xuất bioethanol hầu như chỉ từ cây mía. Trong mô hình này, mỗi tấn mía cho năng suất 72 lít ethanol. Loại ethanol này có thể được tinh lọc thêm để pha vào xăng, hoặc dùng làm ethanol nhiên liệu tinh. Rõ ràng con số này cho thấy có rất nhiều thành phần không được sử dụng trong quá trình chuyển hóa biomass thành ethanol. Hầu hết những thành phần này là hemicellulose và cellulose. Nước Mỹ đang bám theo Brazil và đầu tư mạnh vào sản xuất nhiên liệu sinh học. Hiện tại Mỹ đang sử dụng toàn bộ xăng có pha 10% ethanol, với những cải tiến nhằm tăng tỉ số này. Trong tương lai, Colombia bắt buộc những thành phố có dân số trên 500.000 dân phải bán xăng có pha 10% ethanol. Ở Venezuela, công ty dầu Quốc gia đang hỗ trợ dự án xây dựng 15 nhà máy chế cồn từ mía trong 5 năm tới khi chính phủ sắp ban hành đạo luật bắt buộc sử dụng xăng E10 (pha 10% ethanol). Ở Đông Nam Á, Thái Lan đã ban hành luật cho sử dụng xăng pha 10% ethanol bắt đầu từ 2007 [20]. 5
  17. Đồ án tốt nghiệp  Việt Nam Ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất ethanol đã được hình thành. Phần đông các nhà máy ethanol sản xuất từ rỉ đường mía, tinh bột dùng làm ethanol cho thực phẩm và công nghiệp (bảng 1.1). Tổng cộng năng suất là 25 triệu lít/năm, trong đó có 3 nhà máy sản xuất 15000 – 30000 lít/ngày là nhà máy đường Lam Sơn, nhà máy đường Hiệp Hoà và nhà máy rượu Bình Tây và hàng trăm cơ sở sản xuất 3000 – 5000 lít/ngày. Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam (PetroVietNam) đã giao cho Tổng công ty Dầu Khí Việt Nam (Petrosetco), đơn vị thành viên của PetroVietnam việc phát triển năng lượng sinh học. Ngày 09/03/2007, Petrosetco ký kết với tập đoàn Itochu Nhật Bản hợp tác thành lập liên doanh xây dựng nhà máy sản xuất bioethanol đầu tiên tại Việt Nam phục vụ cho hoạt động công nghiệp và giao thông vận tải với công suất 100 triệu lít/năm. Xăng sinh học E5 do PetroVietnam pha chế chính thức có mặt trên thị trường từ ngày 01/08/2010 và được bán tại hơn 153 điểm kinh doanh xăng dầu của PetroVietnam cũng như các đại lý tại một số tỉnh, thành phố lớn trên cả nước. Bảng 1.1. Tình hình một số nhà máy bioethanol tại Việt Nam STT Tên nhà máy Công suất Địa điểm Tình trạng 1 Nhà máy ethanol nhiên 130 triệu Đại Lộc, Quảng Đang sản xuất liệu - Cty Đồng Xanh lít/năm Ngãi 2 Nhà máy sản xuất ethanol 70 triệu Đồng Nai Dừng hoạt nhiên liệu Cty Tùng Lâm lít/ năm động 3 Nhà máy sản xuất ethanol 70 triệu Lô CN5 khu CN Đang sản xuất nhiên liệu – Cty TNHH lít/ năm Tâm Thắng, Đắc Đại Việt Nông 4 Nhà máy sản xuất ethanol 100 triệu Khu CN Dung Dừng hoạt sinh học Dung Quốc (Cty lít/ năm Quốc, Quảng Ngãi động Nhiên liệu miền Trung ) Nguồn: Khoa học và công nghệ, số 9 -08/2012. 6
  18. Đồ án tốt nghiệp Ngày 20/11/2007, "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" đã được Thủ tướng Chính phủ ký quyết định số177/2007/QĐ- TTG với mục tiêu phát triển năng lượng, một dạng năng lượng mới, tái tạo được thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Nhà máy Ethanol Đại Tân có công suất 125 triệu lít/năm.. Ngày 05/08/2010, công ty Đồng Xanh tổ chức lễ công bố xăng sinh học sản xuất ở Việt Nam với tỷ lệ cồn lên tới 99.8%. Sản phẩm đã bán ra trên thị trường Việt Nam và sử dụng cho động cơ với tên thương mại xăng E5. Hiện nay nhà máy ethanol Đại Tân đã tạm dừng hoạt động kể từ tháng 6/2012, đến quý I/2013 nhà máy sản xuất ethanol Bình Phước có công suất 100 triệu lít/năm cũng đã phải tạm ngừng sản xuất do giá nguyên liệu đầu vào cao trong khi nhu cầu tiêu thụ ethanol nhiên liệu nội địa không đáng kể. 1.1.4. Quy trình sản xuất bioethanol Bioethanol có thể được sản xuất từ ba loại nguyên liệu: đường (từ mía đường, củ cải đường, mật đường và trái cây), tinh bột ( từ ngô, sắn, khoai tây) và cellulose (từ gỗ, phế thải nông nghiệp, chất thải từ bột giấy và giấy nhà máy) (hình 1.1). Trong số ba loại nguyên liệu chính, cellulose chứa trong sinh khối lignocellulosic là nguồn sinh khối toàn cầu phổ biến nhất có thể sử dụng cho sản xuất ethanol sinh học. Quá trình lên men sản xuất ethanol gồm các khâu: tiền xử lý nguyên liệu và 2 giai đoạn: Thủy phân nguyên liệu (đường hóa) và lên men. Thủy phân (đường hóa) là quá trình chuyển hoá nguyên liệu thành các đường đơn chủ yếu như glucose, xylose. Lên men là quá trình chuyển hoá các phân tử đường thành ethanol. Sản xuất ethanol từ mùn cưa tràm có thể thực hiện bằng phương pháp “Thủy phân và Lên men riêng biệt” (separate hydrolysis and fermentation – SHF) hoặc bằng phương pháp “Đường hóa và Lên men đồng thời” (simultaneous saccharification and fermentation - SSF) hay phương pháp đồng đường hóa và đồng lên men (SSCF) 7
  19. Đồ án tốt nghiệp đường hóa và lên men đồng thời bởi nhiều giống vi sinh vật khác nhau. Phương pháp này có nhiều đặc điểm giống SSF. Đường Lên men Tinh bột Bioethanol Thủy phân Lên men Chưng và đồng cất Cellulose sản phẩm Tiền xử lý Thủy phân Lên men Hình 1.1 Quy trình sản xuất bioethanol [4]. 1.2. Nguyên liệu lignocellulose 1.2.1. Khái niệm Lignocellulose là nguyên liệu biomass phổ biến nhất trên trái đất. Lignocellulose dùng trong sản xuất bioethanol có trong phế phẩm nông nghiệp, trong sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy; có trong rác thải rắn của thành phố... Với thành phần chính là cellulose, lignocellulose là một nguồn nguyên liệu to lớn cho việc sản xuất bioethanol (bảng 1.2). Về cơ bản, trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được bao bọc bởi những chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính như lignin. Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau bằng liên kết cộng hóa trị [8]. Gỗ tràm bông vàng là một dạng vật liệu lignocellulose. 8
  20. Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.2. Thành phần của vài loại lignocellulose. Chất Nguồn Cellulose Xylose Mannose Galactose Arabinose Lignin trích ly Gỗ vân 41.9 6.1 14.3 - 1.2 27.1 9.6 sam Gỗ thông 37.7 4.6 7.0 - - 27.5 10.8 Gỗ bu lô 38.2 18.5 1.2 - - 22.8 4.8 Gỗ 49.9 17.4 4.7 1.2 1.8 18.1 - dương cây bắp 36.4 18.0 0.6 1.0 3.0 16.6 7.3 lúa mì 38.2 21.2 0.3 0.7 2.5 23.4 13 Theo Hetti Palonen [8]. 1.2.2. Thành phần cấu trúc lignocellulose 1.2.2.1 Cellulose Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này được gắn lại với nhau nhờ hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các vi sợi này được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công của ezyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân. Cellulose là một polymer mạch thẳng của D-glucose ( hình 1.2 ), các D-glucose được liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 glucoside [5]. Cellulose là loại polymer phổ biến nhất trên trái đất,độ trùng hợp đạt được 3.500 – 10.000 DP [3] . Hình 1.2. Công thức hóa học của cellulose 9
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược