Sản xuất Biodiesel từ vi tảo: Kỹ thuật nuôi cấy vi tảo thu Lipid

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
oOo






ĐỒ ÁN MÔN HỌC

SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ VI TẢO:
KỸ THUẬT NUÔI CẤY VI TẢO THU LIPID

SVTH: BÙI NGỌC ĐOAN CHIÊU
MSSV: 60604048
GVHD: KS. HUỲNH NGUYỄN ANH KHOA






Tp HCM, Tháng 6/2010
ii

LỜI CÁM ƠN

Đồ án môn học Sản xuất biodiesel từ vi tảo: Kỹ thuật nuôi cấy vi tảo thu lipid
được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 7/2010. Trong suốt quá trình đó, để hoàn tất tốt
các nội dung nghiên cứu, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình và cởi mở.
Em xin được gửi đến:
KS. HUỲNH NGUYỄN ANH KHOA, là cán bộ trực tiếp hướng dẫn em làm đồ án
này, lờ
i cảm ơn sâu sắc và chân thành. Chính nhờ sự hướng dẫn tận tình về mặt kiến
thức và giúp đỡ về mặt tài liệu học thuật của thầy, em đã hoàn thành tốt các nội dung
đề ra.
TS. NGUYỄN THỊ HUYỀN, là cán bộ làm việc tại phòng 117B2, lòng biết ơn tri
ân. Cô đã luôn tạo không khí thoải mái khi em vào phòng trao đổi học tập, điều đó có
tác dụng động viên em rất nhiều.
Tập thể quý th
ầy cô thuộc bộ môn Công nghệ sinh học nói riêng và khoa Kỹ
thuật hóa học nói chung lòng biết ơn thật nhiều. Thầy cô là những người đã cung cấp
các kiến thức cơ sở cũng như chuyên ngành cho em trong suốt quá trình lâu dài làm
nền tảng cho những nghiên cứu về sau.

iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Thực trạng ô nhiễm môi trường và sự thiếu hụt nguồn năng lượng trong tương lai
chính là mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia hiện nay, và biodiesel được xem là
một giải pháp khả thi nhằm thay thế cho nguồn nhiên liệu diesel dầu hỏa sử dụng cho
các phương tiện giao thông vận tải lẫn trong công nghiệp.
Trong khi các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel thông thường: dầu thực vật,
mỡ động v
ật và nguồn dầu mỡ phế thải đều tỏ ra không thể đáp ứng nhu cầu biodiesel
trên toàn thế giới, vi tảo lại thể hiện là một đối tượng rất tiềm năng cho lĩnh vực này
nhờ vào khả năng sản xuất sinh khối lớn và nguồn lipid thu nhận từ các loài vi tảo

cũng khá phù hợp để điều chế biodiesel.
Tình hình nghiên cứu và áp dụng nuôi cấy vi tảo trên quy mô lớn ngày càng phổ

biến trong nhiều lĩnh vực như: sản xuất thực phẩm chức năng và xử lý môi trường, do
đó việc ứng dụng nuôi cấy vi tảo trên các môi trường sửa đổi để nâng cao năng suất
lipid phục vụ sản xuất biodiesel là hoàn toàn có khả thi.
Nghiên cứu các đặc điểm sinh lý và sinh hóa của loài vi tảo Nannochloropsis
oculata có thể dự đoán được đây là một loài vi tảo rất phù hợp với mục tiêu s
ản xuất
biodiesel: năng suất sinh khối cao trong môi trường quang tự dưỡng, hàm lượng lipid
nhiều và thành phần lipid dễ điều chỉnh theo điều kiện nuôi cấy. Từ đó đề xuất khảo
sát các yếu tố môi trường nhằm nuôi cấy Nannochloropsis oculata thu lipid với năng
suất cao: môi trường f/2, độ mặn trong khoảng 22-49g NaCl/L, nhiệt độ môi trường
25-27
0
C, chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang ít tỏa nhiệt 400-500µmol/m
2
s, hạn chế
nồng độ nitrogen và phosphorus.


iv

ABSTRACT
Pollution and limitation of energy are the most important concerns of nations,
and biodiesel is considered such as a possible solution to replace petroleum diesel,
which is used for transportation and industry.
While plant oil, animal fat and waste oil which are common for biodiesel
production cannot satisfy biodiesel demand all over the world, microalgae express to
be an essential candidate for this task due to high yield of biomass and compatible

lipid component for biodiesel production.
Researchs and applications in microalgae culturing on large scale become more
and more common in many fields: functional food production and environment
treatment, so using modified medium culture to improve lipid content in microalgae
cells is really feasible.
Studying in physiological and biochemical characteristics of Nannochloropsis
oculata gives suggestion that N. oculata should be a suitable source for biodiesel
production: produces high yield of biomass in autotrophic culture, accumulates high
lipid content and easily be controlled lipid composition under different conditions.
Hence some nutriments factors, temperature and light regimes are proposed to grow N.
oculata with high lipid productivity: f/2 medium, salinity at 22-49g NaCl/L,
temperature at 25-27
0
C, irradiance at 400-500µmol/m
2
s with cool white fluorescent
tubes, limited nitrogen and phosphorus concentrations.

v

MỤC LỤC
Đề mục Trang
LỜI CÁM ƠN ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii
MỤC LỤC v
DANH SÁCH BẢNG vii
DANH SÁCH HÌNH ix
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT x

1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL 1

1.1. Định nghĩa các dạng năng lượng và biodiesel 1
1.1.1. Năng lượng không tái sinh 1
1.1.2. Năng lượng tái sinh 2
1.2. Tầm quan trọng của biodiesel và khả năng thay thế cho nguồn nhiên liệu
hóa thạch 4

1.3. Nguyên tắc điều chế và nhu cầu về lipid trong sản xuất biodiesel 7
1.4. Các nguồn nguyên liệu giàu lipid phục vụ cho việc sản xuất biodiesel và
tiềm năng của vi tảo 9

2. NĂNG SUẤT LIPID VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG LÊN SỰ
TÍCH LŨY LIPID CỦA MỘT SỐ LOÀI VI TẢO 15

2.1. Các loại vi tảo có chứa nhiều lipid 15
2.2. Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên sự tích
lũy lipid ở vi tảo 16

2.2.1. Yếu tố nhiệt độ 16
2.2.2. Yếu tố thành phần môi trường 19
3. NUÔI VI TẢO NANNOCHLOROPSIS OCULATA THU LIPID NHẰM
SẢN XUẤT BIODIESEL 25

3.1. Nannochloropsis oculata 25
3.1.1. Phân loại 25
3.1.2. Đặc điểm hình thái 25
vi

3.1.3.
Đặc điểm sinh lý 26
3.1.4. Đặc điểm sinh hóa 26

3.2. Đề xuất mô hình thí nghiệm nghiên cứu sự tích lũy lipid theo điều kiện
môi trường ở Nannochloropsis oculata 27

3.2.1. Yếu tố nhiệt độ 27
3.2.2. Yếu tố ánh sáng 32
3.2.3. Yếu tố độ mặn 36
3.2.4. Yếu tố thành phần môi trường 38
4. KẾT LUẬN 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51




vii

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. 1: Các acid béo thường có trong các nguồn nguyên liệu dùng sản xuất
biodiesel 9

Bảng 1. 2: So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel 11
Bảng 1. 3: So sánh các thuộc tính giữa dầu từ vi tảo, diesel thông thường và tiêu
chuẩn ASTM biodiesel [28] 12

Bảng 2. 1: Hàm lượng và năng suất lipid của các loài tảo khác nhau 15
Bảng 2. 2: Sự sinh trưởng và sản xuất lipid của C. vulgaris tại các nhiệt độ khác
nhau [5] 17

Bảng 2. 3: Năng suất sinh khối và năng suất lipid của Botryococcus braunii,
Chlorella vulgaris và Scenedesmus sp. khi nuôi ở 10% CO
2

trong 14 ngày 20
Bảng 2. 4: Thành phần các acid béo của Botryococcus braunii, Chlorella
vulgaris và Scenedesmus sp. khi nuôi cấy ở 10% CO
2
trong 14 ngày 21
Bảng 2. 5: Tham số sinh trưởng và sự sản xuất lipid của C. vulgaris ở các nồng
độ NaNO
3
khác nhau 23
Bảng 3. 1: Sự sinh trưởng và sản xuất lipid của N. oculata tại các nhiệt độ khác
nhau 28
Bảng 3. 2: Thành phần acid béo (%w/w acid béo tổng) của Nannochloropsis sp.
vào ngày thứ 10 tại các nhiệt độ khác nhau 30

Bảng 3. 3: Sản lượng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của
Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nhiệt độ khác nhau 31

Bảng 3. 4: Sản lượng sinh khối và hàm lượng lipid của Nannochloropsis sp. vào
ngày thứ 10 tại các độ mặn khác nhau 36

Bảng 3. 5: Thành phần acid béo (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp. vào ngày
thứ 10 tại các độ mặn khác nhau 37

Bảng 3. 6: Năng suất sinh khối và lipid của N. oculata trong hệ thống nuôi cấy
bán liên tục với các hàm lượng CO
2
khác nhau 41
Bảng 3. 7: Tham số sinh trưởng và sự sản xuất lipid của N. oculata ở các nồng độ
NaNO
3

khác nhau 42
Bảng 3. 8: Sản lượng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của
Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau 44
viii

Bảng 3. 9: Thành phần acid béo (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp. vào ngày
thứ 10 tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau 44
Bảng 3. 10: Sản lượng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của
Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nồng độ NaH
2
PO
4
khác nhau 46
Bảng 3. 11: Thành phần acid béo (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp. vào
ngày thứ 10 tại các nồng độ NaH
2
PO
4
khác nhau 47

ix

DANH SÁCH HÌNH
Hình 1. 1: Sự hình thành các lớp nhiên liệu hóa thạch 1
Hình 1. 2: Các dạng năng lượng tái sinh 2
Hình 1. 3: Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lượng 3

Hình 1. 4: Phản ứng chuyển vị ester 7
Hình 2. 1: Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng FAME (g/100g
FAME
) của C.
vulgaris tại các nhiệt độ sinh trưởng khác nhau 17
Hình 2. 2: Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng FAME (g/100g
FAME
) của C.
vulgaris tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau 23
Hình 3. 1: Thành phần acid béo các lipid chính trong Nannochloropsis sp. 27
Hình 3. 2: Phần trăm các loại acid béo methyl ester trên tổng lượng acid béo
methyl ester (g/100g
FAME
) của N. oculata tại các nhiệt độ khác nhau 29
Hình 3. 3: Ảnh hưởng của mức độ chiếu sáng trên sự sinh trưởng của tế bào và
hàm lượng chlorophyll a đối với Nannochloropsis sp. 33

Hình 3. 4: Sự phân phối các acid béo chính trong Nannochloropsis sp. được nuôi
cấy theo mẻ dưới ảnh hưởng của mức độ chiếu sáng 33

Hình 3. 5: Thành phần acid béo của Nannochloropsis sp. khi nuôi cấy trong điều
kiện ổn định liên tục tại ba mức độ chiếu sáng 35

Hình 3. 6: Ảnh hưởng nồng độ khí CO
2
lên sự sinh trưởng của N. oculata 39
Hình 3. 7: Sự sinh trưởng của N. oculata khi nuôi cấy bán liên tục trong môi
trường sục khí có chứa 2%, 5%, 10%, 15% CO

2
40
Hình 3. 8: Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng FAME (g/100g
FAME
) của N.
oculata tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau 43


x

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
DW: dry weight khối lượng khô
FAME: fatty acid methyl ester ester của acid béo và methyl
f/2AW: f/2 artificial seawater môi trường f/2 nước biển nhân tạo
EPA: eicosapentaenoic acid acid ω3 (C20:5)
PUFA: polyunsatured fatty acid acid béo chưa no mang nhiều nối đôi
TFA: total fatty acid hàm lượng acid béo tổng
v/v: volume/volume thể tích/thể tích
vvh: volume/ volume/hour thể tích/thể tích/giờ
vvm: volume/ volume/minute thể tích/thể tích/phút
w/w: weight/weight khối lượng/khối lượng
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

1

1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL
1.1. Định nghĩa các dạng năng lượng và biodiesel
1.1.1. Năng lượng không tái sinh

Nguồn năng lượng không tái sinh là những nguồn năng lượng thiên nhiên
mà con người không có khả năng can thiệp vào sự hình thành cũng như quá trình
tích lũy. Đó là dạng năng lượng không thể phục hồi, không thể tái tạo, hay không
thể tái sử dụng. Tuy nhiên dạng năng lượng này đang được sử dụng trên phạm vi
rộng lớn khắp toàn cầu, và cho thấy rằng không thể đáp ứng đượ
c nhu cầu sử
dụng của con người trong tương lai.
Năng lượng không tái sinh được chia thành hai nhóm: năng lượng hóa thạch
và năng lượng hạt nhân.
- Năng lượng hóa thạch: là dạng năng lượng được hình thành dựa trên các quá
trình địa chất dài hàng triệu năm xảy ra đối với xác động thực vật, như một
dạng hóa thạch. Bao gồm than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. Do quá trình
hình thành lâu dài như vậy, nên khi bị con người khai thác h
ết sẽ không có
khả năng phục hồi được.
Một trong số các nhiên liệu hóa thạch ngày càng được sử dụng rộng rãi là
diesel.
Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm thuộc phân đoạn nhẹ của quá
trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ với khoảng nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển từ
250 đến 350
0
C (cao hơn dầu hỏa và xăng) bao gồm các hydrocarbon khác nhau
từ C14 đến C20. Nhiên liệu diesel được sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel và
một phần được sử dụng trong các tuabin cơ khí.

Hình 1. 1: Sự hình thành các lớp nhiên liệu hóa thạch
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

2

- Năng lượng hạt nhân: là dạng năng lượng được hình thành do khả năng
phóng xạ của một vài nguyên tố. Có hai kiểu phản ứng hình thành nên năng
lượng hạt nhân, đó là phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch.
1.1.2. Năng lượng tái sinh
Năng lượng tái sinh là dạng năng lượng thu được từ các nguồn mà con
người xem là vô hạn. Sự vô hạn ở đây ngoài ý nghĩa nhiề
u đến mức không thể
cạn kiệt, nên được hiểu theo nghĩa rộng hơn đó là có khả năng tái tạo trong một
thời gian ngắn và liên tục.
Dạng năng lượng này bao gồm:
- Năng lượng mặt trời
- Năng lượng gió
- Năng lượng sóng
- Năng lượng thủy triều
- Năng lượng địa nhiệt
- Năng lượ
ng sinh khối

Hình 1. 2: Các dạng năng lượng tái sinh
Nguồn năng lượng tái sinh đang được sử dụng nhiều nhất là thủy năng.
Song, nguồn năng lượng sinh khối cũng là một trong những nguồn được con
người khai thác và sử dụng hiệu quả. Sinh khối được xem là nguồn năng lượng
lớn thứ tư, ước tính chiếm khoảng 14-15% tổng lượng năng lượng tiêu thụ trên
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

3

thế giới. Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn
nhất, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng. Vì vậy,
trong chiến lược sử dụng các nguồn năng lượng cách hiệu quả thì năng lượng

sinh khối luôn được xem là ưu tiên hàng đầu và mang tính quyết định trong việc
đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai [1].
Hiện nay, theo thuật ngữ về nhiên liệu, thì sinh khối (biomass) được xem là
nhiên liệu ở dạng rắn, nhiên liệu sinh học (biofuel) là những nhiên liệu dưới dạng
lỏng thu nhận từ sinh khối và cuối cùng khí sinh học (biogas) là sản phẩm của
quá trình phân giải yếm khí các chất hữu cơ [1].
Hai dạng nhiên liệu sinh học phổ biến nhất đó là biodiesel và bio-ethanol, là
hai dạng nhiên liệu tương ứng có thể thay thế được cho diesel và gasoline mà
không cần cải tiến nhi
ều hoặc không cần cải tiến động cơ các phương tiện giao
thông cũng như máy móc sản xuất. Chúng được sản xuất chủ yếu từ sinh khối
hay các nguồn năng lượng tái sinh khác và góp phần giảm thiểu khí thải từ việc
đốt cháy nhiên liệu so với nhiên liệu hóa thạch tính trên cùng một đơn vị hiệu
suất [80].
- Định nghĩa Biodiesel
Biodiesel là hỗn hợp các alkyl monoesters thu nhận được từ quá trình
chuyển v
ị ester dầu thực vật và mỡ động vật [80], có khả năng thay thế cho diesel
từ dầu mỏ.

Hình 1. 3: Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lượng
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

4

1.2. Tầm quan trọng của biodiesel và khả năng thay thế cho nguồn nhiên
liệu hóa thạch
Gần đây, con người đang quan tâm đến hai vấn đề quan trọng, đó là môi
trường và sự khủng hoảng năng lượng. Đối với môi trường, sự nóng dần lên của trái
đất chính là tâm điểm. Mọi người đều biết rằng sử dụng nhiên liệu hóa thạch chính

là nguyên nhân gây ra sự nóng dần lên của toàn cầu, vì vậy nguồn năng lượng sạch
và có khả năng tái sinh sản xuất từ sinh khối nhằ
m thay thế cho nhiên liệu hóa thạch
là rất cấp thiết để giảm thải CO
2
. Ngoài ra, sự khủng hoảng năng lượng khiến cho
giá dầu thô trên thế giới ngày càng tăng, ảnh hưởng đến tình hình năng lượng sử
dụng trong gia đình cũng như trong khu vực [67].
Xét trên lĩnh vực môi trường, giao thông vận tải và sản xuất công nghiệp là
những nguồn thải chủ yếu của con người. Khảo sát tại liên minh Châu Âu, người ta
nhận thấy có đến 20% khí thải nhà kính là do giao thông vận tải và 60% khí thải nhà
kính xuất phát t
ừ các khu công nghiệp [20]. Nông nghiệp là nguồn thải lớn thứ ba,
tương ứng khoảng 9% khí thải nhà kính, trong đó quan trọng nhất là các khí nitrous
oxide N
2
O và khí methane CH
4
[21]. Theo dự đoán, sự phát triển của các nền kinh
tế mới đang tăng trưởng như Ấn Độ và Trung Quốc sẽ làm gia tăng sự tiêu thụ năng
lượng trên toàn cầu, dẫn đến thêm nhiều mối nguy hại cho môi trường [35].
Khí nhà kính không chỉ góp phần gây ra hiện tượng nóng dần lên của trái đất
mà còn gây ra nhiều ảnh hướng khác tới môi trường và đời sống nhân loại. Các đại
dương hấp thụ khoả
ng một phần ba lượng CO
2
thải ra mỗi năm do các hoạt động
của con người. Khi nồng độ CO
2
tăng lên trong không khí, lượng hòa tan trong

nước biển cũng tăng, dẫn đến giảm pH và nước biển có tính acid hơn. Sự giảm pH
là một điều kiện bất lợi có thể gây ra những hủy hoại nhanh chóng đối với các rặng
san hô cũng như sự đa dạng sinh thái đại dương, vốn có quan hệ to lớn trong đời
sống các sinh vật đại dương và trên cạn [55].
Chính sự nóng dần lên của trái đất đ
ã, đang và sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến nhiều
khía cạnh khác nhau của đời sống nhân loại và môi trường trên toàn cầu, chúng ta
cần không phải chỉ riêng lẻ một mà là một loạt các giải pháp để có thể cải thiện và
khắc phục vấn đề bức bách này [40].
Xét trên lĩnh vực khủng hoảng năng lượng, sự sụt giảm nguồn nguyên liệu dầu
thô dự trữ và những khó khă
n trong việc trích ly và tinh luyện chúng dẫn đến sự gia
tăng về giá thành [40]. Đây thực sự là những trở ngại lớn đối với vấn đề giao thông
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

5

vận tải, vì cho tới hiện nay vẫn chưa tìm ra được nguồn nguyên liệu nào có thể thay
thế cho nguồn nguyên liệu hóa thạch với giá thành tương đương [80].
Tìm kiếm những nguồn nguyên liệu sạch và có khả năng tái sinh là một trong
những vấn đề thách thức nhất mà con người đang phải đối mặt trong hiện tại lẫn về
lâu dài. Đây là vấn đề liên quan mật thiết với sự phát triển kinh tế
và sự thịnh vượng
cũng như chất lượng cuộc sống, sự bền vững toàn cầu do đó đòi hỏi các nhà đầu tư
phải có những quyết định lâu bền và những giải pháp dài hạn [80].
Hiện nay, nhiều lựa chọn đang được nghiên cứu và đưa vào thực nghiệm, đã
đạt được những mức độ thành công khác nhau trong các giai đoạn nghiên cứu và
thực nghiệm khác nhau, bao gồm các ngu
ồn năng lượng như năng lượng mặt trời,
bao gồm cả nhiệt năng và quang năng, thủy điện, địa nhiệt, gió, nhiên liệu sinh học,

và sự cô lập carbon, cùng những loại khác [19, 27]. Mỗi loại đều có những ưu điểm
cũng như những vấn đề vướng mắc, tùy thuộc vào khu vực áp dụng, những điều
kiện khác nhau sẽ có mức độ phù hợ
p tốt hơn đối với từng loại phương pháp. Mục
tiêu quan trọng đó là giảm thiểu các khí thải từ các phương tiện chuyên chở, như là
thay thế dần từng bước một nguồn nguyên liệu hóa thạch bằng những nguồn nguyên
liệu tái sinh, trong đó nhiên liệu sinh học được xem là một cộng tác viên thực sự để
đạt được những mục tiêu đó, đặc biệt trong tương lai gần [80].
Trái
đất nóng dần lên, do sự gia tăng nồng độ của khí nhà kính trong không
khí, đã và đang là mối lo ngại quan trọng nhất về môi trường [85]. Giảm bớt sự hình
thành CO
2
trong khí quyển, nhiệm vụ hàng đầu của việc làm giảm hiệu ứng nhà
kính, có thể thực hiện bởi ba phương pháp sau [6]:
- Giảm bớt sử dụng nhiên liệu hóa thạch
- Loại bỏ CO
2
trong khí quyển
- Thu hồi và cô lập hoặc tận dụng CO
2
từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch trước
khi nó được thải ra môi trường.
Sản xuất nhiên liệu sinh học có thể đem lại những cơ hội mới góp phần gia
tăng sự đa dạng về các nguồn thu nhập cũng như các nguồn cung cấp năng lượng,
cụ thể là đẩy mạnh việc làm ở các vùng nông thôn, phát triển sự thay thế dài hạn đối
với nguồn nhiên li
ệu hóa thạch, và giảm bớt lượng khí thải nhà kính, đẩy mạnh việc
loại bỏ Carbon từ các nhiên liệu vận tải và nâng cao sự an toàn trong việc cung cấp
nhiên liệu [80].

1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

6

Tìm kiếm những nguồn nguyên liệu thay thế đang là vấn đề nóng bỏng đối với
nhiều nước, đặc biệt là những nước thiếu các nguồn tài nguyên năng lượng thông
thường. Vào những thập niên 1930 và 1940, dầu thực vật đã được sử dụng như là
nhiên liệu diesel trong những trường hợp khẩn cấp. Trong những năm gần đây, khi
nền công nghiệp hiện đại phát triển ngày mộ
t rộng rãi và quy mô, nhu cầu về năng
lượng đã gia tăng đột biến, vì vậy những nguồn năng lượng thay thế đang được
thăm dò và nghiên cứu ráo riết. Trong tổng số các động cơ phương tiện hiện nay, tỷ
lệ phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel ngày càng phổ biến và được sử dụng nhiều
hơn. Thêm vào đó, động cơ diesel cũng được sử dụng r
ộng rãi trong công nghiệp
[75]. Vì vậy, nhiên liệu diesel là nguồn sử dụng lớn nhất trong số các nhiên liệu dầu
mỏ sử dụng cho động cơ, và tỷ lệ này tăng lên liên tục ngày qua ngày [11]. Từ đó,
nhu cầu đối với biodiesel càng trở nên cấp thiết, và thuật ngữ “biodiesel” xuất hiện
một cách thường xuyên trong các bài báo cáo gần đây [24].
Biodiesel được sản xuất từ sinh khối dầu (biomass oils), chủ yếu là từ dầu thực
vật. Biodiesel trở thành nguồn năng lượng đáng được chú ý vì những lý do như sau.
- Thứ nhất, biodiesel là nguồn năng lượng tái sinh có thể đáp ứng cung và cầu.
Người ta đã ước tính được rằng lượng dầu mỏ dự trữ sẽ hoàn toàn cạn kiệt
trong vòng 50 năm trở lại tính theo mức tiêu thụ hiện nay [70].
- Thứ hai, biodiesel cho thấy thân thiện với môi trường hơn các loại nhiên liệu
hóa thạ
ch. Sử dụng biodiesel không làm gia tăng lượng khí thải carbon
dioxide nhưng lại có hàm lượng các khí sulfur thấp hơn hẳn [4, 82]. Thành
phần khí thải sulfur và carbon monoxide giảm thiểu lần lượt là 30% và 10%
khi sử dụng biodiesel. Lượng khí tạo thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu

có thể ít lại, và sự giảm bớt carbon monoxide là nhờ vào hàm lượng oxygen
cao có trong biodiesel. Hơn nữa, biodiesel không chứa các hợp chất dễ bay
hơi và các hợp chất hóa học khác gây hại cho môi trường. Gần đây, các cuộc
điều tra cho th
ấy rằng sử dụng biodiesel giảm thiểu được 90% chất độc hại
trong không khí và 95% các bệnh ung thư khi so sánh với diesel thông thường
[69].
- Thứ ba, biodiesel đem lại tiềm năng kinh tế đáng kể bởi vì trong tương lai,
các dạng năng lượng không tái sinh như nhiên liệu hóa thạch sẽ ngày một gia
tăng giá thành là một điều không thể tránh khỏi [10].
- Cuối cùng, biodiesel tốt hơn diesel thông thường ở nhiệt độ phát cháy và khả

năng phân hủy sinh học [45].
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

7

Nguồn sinh khối không những sẽ trở thành nguồn cung cấp năng lượng bền
vững mà còn góp phần vào cuộc sống xã hội trong khu vực nhờ giúp gia tăng các
hoạt động thương mại và tạo nhiều cơ hội việc làm cho nông dân.
Vi tảo, thu nhận dưới dạng sinh khối, là một nguồn năng lượng tái sinh rất
tiềm năng, và chúng có thể được chuyển hóa thành năng lượng dưới dạng nhiên liệu
sinh học bao gồm dầu và gas. Vì vi tảo có hàm lượng nước nhiều, do đó không phải
toàn bộ lượng sinh khối có thể áp dụng thành năng lượng. Sử dụng phương pháp
nhiệt hóa học có thể sản xuất ra dầu và gas, và bằng các phương pháp hóa sinh để
sản xuất ra ethanol và biodiesel. Sản phẩm từ vi tảo có các đặc tính tương tự như
các sản phẩm từ dầu thực vật và dầu cá, vì vậy, nó có thể thay thế đượ
c cho dầu mỏ
[67].
1.3. Nguyên tắc điều chế và nhu cầu về lipid trong sản xuất biodiesel

Biodiesel là hỗn hợp các ester giữa acid béo và alkyl thu được thông qua quá
trình chuyển vị ester của dầu thực vật hay mỡ động vật. Nguồn nguyên liệu lipid
dầu thực vật hay mỡ động vật bao gồm 90-98% khối lượng là các triglyceride và
một lượng nhỏ các mono và diglyceride, acid béo tự do chiếm khoảng 1-5%, phần
còn lại là các phospholipid, phosphatide, carotene, tocopherol, hợp chất sulphur, và
một ít nước [7].
Chuyển vị ester là một phản ứng phức tạp, bao gồm ba bước chuyển đổ
i liên
tiếp: triglyceride được chuyển hóa thành diglyceride, sau diglyceride chuyển hóa
thành monoglyceride,và monoglyceride sẽ chuyển hóa thành các ester (biodiesel) và
glycerol (phụ phẩm). Phản ứng chuyển vị ester tổng quát được mô tả trong hình sau,
trong đó R1, R2, R3 tượng trưng cho các hydrocarbon mạch dài, chính là các acid
béo [80].


Hình 1. 4: Phản ứng chuyển vị ester
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

8

Trong phản ứng chuyển vị ester, tác nhân phản ứng là dầu hay mỡ cùng các
alcohol có mạch carbon ngắn (thường là methanol), có sự hiện diện của chất xúc tác
(thường là NaOH). Mặc dù tỷ lệ phân tử gam giữa alcohol : dầu theo lý thuyết là 3:1
nhưng thông thường người ta áp dụng theo tỷ lệ 6:1 để phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Mối quan hệ giữa nguyên liệu đầu vào và sản phẩm biodiesel đầu ra đạt tỷ lệ
khoảng 1:1, nghĩa là theo lý thuy
ết, 1kg dầu sẽ tạo ra được 1 kg biodiesel [80].
Có thể sử dụng chất xúc tác đồng thể hay dị thể, acid, base hoặc enzyme lipase
để tăng mức độ phản ứng chuyển vị ester, mặc dù đối với vài quá trình sử dụng các
chất lỏng siêu tới hạn (methanol hoặc ethanol) có thể không cần dùng đến các chất

xúc tác [84]. Trong công nghiệp, thường sử dụng nhất là các chất xúc tác đồng thể
có tính kiềm (ví dụ như NaOH hay KOH) trong các bình phản ứ
ng có khuấy đảo,
thực hiện theo mẻ [80]. Các phản ứng chuyển vị ester được xúc tác bởi các chất có
tính kiềm có tốc độ phản ứng nhanh hơn 4000 lần so với xúc tác bởi acid [25].
Trong phân tử triglyceride, khối lượng glycerol là khoảng 41 g/mol, trong khi
khối lượng các gốc acid béo dao động từ 650-790 g/mol. Chính thành phần các gốc
acid béo tạo ra các nhóm hoạt động trong phân tử glyceride, và chúng có tầm ảnh
hưởng đáng kể đến tính chất của dầu thực vật và m
ỡ động vật [11].
Trong quá trình sản xuất biodiesel, người ta có thể sử dụng nguồn lipid từ dầu
thực vật, mỡ động vật hoặc các loại dầu thải. Tuy nhiên, để sản xuất biodiesel đạt
chuẩn nhiên liệu, tính chất của nguồn nguyên liệu rất quan trọng, ngay từ quá trình
nghiên cứu ban đầu cho tới giai đoạn sản xuất, vì chất lượng của biodiesel phụ
thuộc vào chất lượng ngu
ồn nguyên liệu [11].
Những nguồn nguyên liệu giàu các acid béo chưa bão hòa chứa nhiều nối đôi
(polyunsaturated) thì dễ mắc phải quá trình oxy hóa hơn các nguồn lipid có nhiều
acid béo bão hòa hay chỉ có một nối đôi trong mạch (monounsaturated) [11].
Tuy nhiên, biodiesel từ nguồn nguyên liệu chứa một lượng lớn các acid béo
bão hòa sẽ có nhiệt độ điểm sương (nhiệt độ biodiesel bắt đầu xuất hiện tinh thể) và
nhiệt độ dòng chảy (nhiệt độ thấp nhấ
t mà biodiesel vẫn có thể bơm và chảy được
trong ống dẫn) cao. Thực tế cho thấy, biodiesel từ dầu thực vật có nhiệt độ điểm
sương và nhiệt độ dòng chảy thấp hơn biodiesel từ mỡ động vật [11].
Nếu nguồn nguyên liệu lipid chứa một lượng lớn các acid béo tự do và nước
thì quá trình chuyển vị ester sẽ gặp nhiều khó khăn vì chúng không thể chuyển hóa
được thành biodiesel thông qua phản ứng xúc tác v
ới kiềm. Đây là vấn đề vướng
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

9

mắc khi sử dụng dầu đã qua chế biến, dầu thải nhà hàng, dầu cặn, mỡ động vật làm
nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel dù đây là những nguồn nguyên liệu có giá
thành rẻ [11].
Thành phần ester phổ biến nhất trong biodiesel là ester của các acid palmitic,
acid stearic, acid oleic, acid linoleic và acid linolenic. Các loại nguyên liệu như đậu
nành, hoa hướng dương, hạt cải dầu (canola), cọ và lạc có thành phần lipid khá phù
hợp như trên [26]. Trong số đó, methyl oleate được xem là thành phần chính lý
t
ưởng để sản xuất biodiesel. Một số ester khác như methyl palmitoleic cũng có
những ưu điểm, khi so với methyl oleate thì trội hơn về nhiệt độ đông đặc thấp [26].
Bảng 1. 1: Các acid béo thường có trong các nguồn nguyên liệu dùng sản
xuất biodiesel [26]

1.4. Các nguồn nguyên liệu giàu lipid phục vụ cho việc sản xuất biodiesel
và tiềm năng của vi tảo
Thông thường, biodiesel chủ yếu được sản xuất từ dầu của đậu nành và các
loại rau quả [9], cọ [2], hoa hướng dương [4], hạt cây cải dầu [58] cũng như dầu phế
thải từ các nhà hàng [8]. Số lượng nguyên tử carbon trong chuỗi mạch carbon của
phân tử dầu diesel vào khoảng 15C, và điều này gần như tương ứng với dầu thực
vật với chuỗi carbon vào khoảng 14-18C. Các đặc đi
ểm về cấu trúc của biodiesel
cho thấy rằng biodiesel có thể ứng dụng để thay thế được cho năng lượng thông
thường. Hiện tại, giá thành của biodiesel thì cao gấp 2 lần so với diesel thường. Chi
phí sản xuất biodiesel bao gồm 2 phần chính, đó là chi phí cho nguồn nguyên liệu
thô (dầu thực vật và mỡ động vật) và chi phí quá trình. Chi phí cho nguồn nguyên
liệu thô chiếm khoảng 60-75% tổng chi phí nhiên liệu biodiesel [39]. Dù vậy, vẫn
có thể tìm được một lượng l

ớn dầu mỡ giá thành thấp từ các chế phẩm phế thải nhà
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

10

hàng và từ động vật [30], vấn đề chính khi sử dụng những nguồn dầu mỡ này đó là
chúng thường chứa nhiều acid béo tự do gây khó khăn cho quá trình sản xuất
biodiesel thông qua quá trình chuyển vị ester [17]. Nguồn nguyên liệu thô có tỷ lệ
triglyceride cao thì phù hợp hơn. Ví dụ như dầu thực vật là loại nguyên liệu có tỷ lệ
triglyceride rất cao, do đó nó đươc sử dụng để sản xuất biodiesel trong vài năm qua
[18].
Tuy nhiên, dầu thự
c vật còn là nguồn tiêu thụ của con người. Vì vậy sử dụng
dầu thực vật sản xuất biodiesel có thể làm cho giá thành dầu thực vật dùng trong
thực phẩm tăng cao, từ đó dẫn đến giá thành biodiesel cao và người tiêu dùng hạn
chế sử dụng dù rằng biodiesel có nhiều ưu điểm hơn so với diesel [80].
Dầu thực vật được sử dụng trong nhiều mục đích thương mại và khả n
ăng
cung ứng dầu thực vật cho việc sản xuất biodiesel thì không thể đáp ứng nổi tiềm
năng thương mại của biodiesel trên một khu vực. Một ví dụ cụ thể đó là để đáp ứng
được 10% chỉ tiêu tại EU từ việc sản xuất quy mô hộ gia đình, thì nguồn nguyên
liệu thực sự cung cấp không đủ cho nhu cầu hiện tại, và sự đòi hỏi về di
ện tích canh
tác thì vượt xa tiềm năng phát triển đất trồng đối với các loại cây trồng sản xuất
năng lượng sinh học [68]. Mở rộng trồng trọt, áp lực trong sự thay đổi sử dụng đất
trồng và sự gia tăng các cánh đồng canh tác có thể dẫn tới cạnh tranh đất đai và làm
mất đi sự đa dạng sinh học do sự lấn chiếm rừng và các vùng sinh thái quan trọng
[64]. Biodiesel sẽ
không còn được xem là một giải pháp ưu việt khi nó chiếm dụng
nguồn cây trồng phục vụ cho những lợi ích khác của con người hay nguồn nguyên

liệu của nó xâm lấn vào diện tích rừng và các môi trường trọng yếu khác có liên
quan mật thiết đến sự đa dạng sinh học [80].
Giá thành và những khó khăn trong việc thu nhận và tinh chế các nhiên liệu
hóa thạch cùng những chính sách ở cấp độ khu vực cho tới quốc gia sẽ ngày càng
thúc đẩy gia t
ăng sản xuất biodiesel hoặc các loại nhiên liệu tái sinh khác. Và để
biodiesel có thể trở thành quen thuộc đối với người tiêu dùng thì giá cả của nó phải
cạnh tranh được với diesel thông thường. Do đó mục tiêu đặt ra là phải giảm bớt
được chi phí cho nguồn nguyên liệu thô vốn chiếm 60-70% tổng chi phí nhiên liệu
biodiesel [11].
Để không phải cạnh tranh với nguồn dầu thực phẩm, biodiesel nên được sản
xuất từ các nguồn nguyên liệu giá thành rẻ như
là các nguồn dầu phi thực phẩm, sử
dụng dầu rán, mỡ động vật, dầu cặn, và dầu nhờn. Tuy nhiên, khối lượng dầu thải
và mỡ động vật sẵn có thì không đủ để đáp ứng nhu cầu biodiesel hiện nay. Vì vậy,
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

11

công nghệ sản xuất biodiesel chuyển tiếp qua một thế hệ mới, thế hệ thứ hai, lấy
nguồn nguyên liệu là sinh khối vi tảo, có thể góp phần giảm bớt được những đòi hỏi
bức thiết về mặt bằng nhờ có hiệu suất năng lượng cao hơn trên mỗi đơn vị diện
tích đất cũng như không cạnh tranh ảnh hưởng tới đất nông nghi
ệp. Hơn nữa,
biodiesel cần phải có mức tác động môi trường thấp hơn và bảo đảm có cùng chất
lượng so với các nguồn nhiên liệu hiện nay [61].
Thực tế, vi tảo có hiệu suất dầu cao nhất trong số các cây trồng lấy dầu đa
dạng khác. Có thể so sánh hiệu suất nuôi trồng vi tảo với việc khai thác các nguồn
sinh khối khác qua bảng số liệu sau:

Bảng 1. 2: So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel khác [80]
Nguồn
Hàm lượng
dầu (% khối
lượng sinh
khối)
Năng suất
lipid (L
dầu/ha.năm)
Đất sử
dụng
(m
2
.năm/kg
biodiesel)
Năng suất
biodiesel (kg
biodiesel/
ha.năm)
Bắp/Ngô (Zea mays L.)
44 172 66 152
Gai dầu (Cannabis
sativa L.)
33 363 31 321
Đậu nành (Glycine
max L.)
18 636 18 562
Jatropha (Jatropha
curcas L.)
28 741 15 656

Camelina (Camelina
sativa L.)
42 915 12 809
Canola/Cải dầu
(Brassica napus L.)
41 974 12 862
Hướng dương
(Helianthus annuus L.)
40 1070 11 946
Hải ly (Ricinus
communis)
48 1307 9 1156
Cọ dầu (Elaeis
guineensis)
36 5366 2 4747
Vi tảo (lượng dầu thấp)
30 58700 0.2 51927
Vi tảo (lượng dầu
trung bình)
50 97800 0.1 86515
Vi tảo (lượng dầu cao)
70 136900 0.1 121104
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

12

Để giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng toàn cầu, tìm kiếm các nguồn
nguyên liệu sinh học giàu lipid để sản xuất biodiesel đạt hiệu quả cao đang thu hút
rất nhiều sự quan tâm. Các vi sinh vật có chất dầu được kỳ vọng nhờ có chu kỳ sinh
trưởng ngắn, hàm lượng lipid cao và dễ dàng được cải tạo giống bởi các phương

tiện công nghệ sinh học. Vài loài vi tảo được liệt vào nhóm vi sinh v
ật giàu chất dầu
phù hợp với nhu cầu sản xuất lipid [15]. Vi tảo được xem là đối tượng tiềm năng để
sản xuất nhiên liệu bởi rất nhiều ưu điểm như là hiệu suất quang hợp cao, sinh khối
lớn và mức độ sinh trưởng cao hơn khi so sánh với các loại cây trồng sản xuất năng
lượng [50].
Trong số các nguồn sinh khối, vi tảo được xem là một nguồn sinh kh
ối hiện
đại và có nhiều tiềm năng nhất hiện nay bởi vì vi tảo có khả năng quang hợp hiệu
quả hơn bất kỳ loại sinh khối thực vật nào khác, mà theo Hall in Ref, quá trình
quang hợp của vi sinh vật là quá trình tái sinh sử dụng năng lượng mặt trời để
chuyển hóa thành một dạng năng lượng dự trữ mới dưới dạng các liên kết hóa học,
ngoài ra con người hoàn toàn có thể chủ động sả
n xuất sinh khối vi tảo với số lượng
lớn. Vì vậy nếu có thể thu hồi năng lượng với năng suất cao từ chúng thì sinh khối
vi tảo được xem là một nguồn tài nguyên đầy hứa hẹn để sản xuất nhiên liệu [67],
và vi tảo có thể được xem như một nguồn năng lượng thay thế cho nguồn năng
lượng hóa thạch đang cạn kiệt dần [48]. Hơn nữa, theo tiêu chu
ẩn biodiesel của
American Society for Testing Materials (ASTM), biodiesel từ dầu vi tảo có các
thuộc tính tương tự với biodiesel tiêu chuẩn, và nó cũng an toàn hơn vì có nhiệt độ
phát cháy cao.
Bảng 1. 3: So sánh các thuộc tính giữa dầu từ vi tảo, diesel thông thường và
tiêu chuẩn ASTM biodiesel [28]
Thuộc tính Biodiesel từ vi tảo Diesel
Tiêu chuẩn
biodiesel ASTM
Khối lượng riêng
(kg/L)
0.864 0.838 0.84-0.90

Độ nhớt (mm
2
/s,
cSt tại 40
0
C)
5.2 1.9-4.1 3.5-5.0
Điểm phát cháy
(
0
C)
115 75 Tối thiểu 100
Điểm đông đặc
(
0
C)
-12 -50-10 -
Chỉ số acid (mg
KOH/g)
0.374 Tối đa 0.5 Tối đa 0.5
Giá trị nhiệt năng
41 40-45 -
Tỷ lệ H/C
1.81 1.81 -
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

13

Những ưu điểm khi nuôi cấy vi tảo như nguồn tài nguyên sinh khối:
- Tảo được xem là các cơ thể sống có khả năng thu nhận năng lượng mặt trời

để tạo ra các hợp chất hữu cơ rất hiệu quả [83].
- Tảo được xếp vào loài thực vật không có hệ mạch dẫn, đa phần đều thiếu cơ
quan sinh sản phức tạp [83].
- Vi tảo dễ dàng nuôi cấy để sản xuất một số hợp chất đặc thù chọn lọc, có giá
trị kinh tế với nồng độ cao như protein, carbohydrate, lipid và các sắc tố dựa
vào các điều kiện sinh trưởng đa dạng [83]. Từ đó có thể tối ưu hóa môi
trường để thu được sinh khối với hàm lượng lipid cao.
- Vi tảo thuộc vào nhóm vi sinh vật sinh sản theo chu kỳ phân đôi tế bào [83].
- Vi tảo có thể sống được ở môi trường nước biển, nước lợ hoặc nước ngọt.
Mặc dù vi tảo sống trong môi trường nước, nhưng không đòi hỏi cần nhiều
nước như các loại cây trồng khác [43]. Mặt khác, vi tảo cũng có thể thích nghi
với môi trường nước thải, do đó không cần thiết phải tốn chi phí sử dụng
nước sạch [80].
- Hệ thố
ng sản xuất sinh khối tảo dễ dàng thích nghi ở các quy mô và kỹ thuật
khác nhau [83].
- Việc nuôi thu sinh khối vi tảo không đòi hỏi nhiều diện tích như khi trồng các
loại cây lấy dầu khác [15], và năng suất sinh khối vi tảo cũng không phụ
thuộc vào thời tiết hay ảnh hưởng của môi trường [43]. Biodiesel sản xuất từ
vi tảo không làm ảnh hưởng đến việc sản xuất thực phẩm và các sản phẩ
m
khác từ thực vật [28].
- Vi tảo có mức độ sinh trưởng rất nhanh, chu kỳ sinh trưởng hoàn tất chỉ trong
vài ngày [71], và có rất nhiều loài tảo chứa nhiều dầu [28], năng suất dầu trên
mỗi đơn vị nuôi cấy vi tảo có thể cao vượt trội hơn so với năng suất dầu của
cây có hạt chứa hàm lượng dầu nhiều nhất [43]. Thông thường các loài vi tảo
có hàm lượng dầu vào khoảng 20-50% [15].
Ví dụ như loài tảo Chlorella protothecoides khi nuôi theo phương thức dị
dưỡng có thể tích lũy lipid đạt 55% khối lượng khô của tế bào sau 144h nuôi
cấy trong môi trường có bổ sung bột cao ngô trong fermenter [87].

- Sản xuất sinh khối vi tảo có thể được xem là một phương pháp cố định trực
tiếp khí thải CO
2
vì vi tảo sử dụng CO
2
như nguồn Carbon nhờ khả năng
quang hợp (1kg sinh khối khô đòi hỏi cần có 1.8kg CO
2
) [43].
- Nuôi cấy vi tảo không cần dùng các loại thuốc xịt cỏ hay thuốc trừ sâu [43].
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

14

- Các phần sinh khối vi tảo còn dư lại sau quá trình trích ly dầu có thể được
dùng như nguồn thức ăn cho gia súc, hoặc làm phân bón, hoặc qua quá trình
lên men tạo các sản phẩm ethanol hay methane [43].
- Toàn bộ quá trình từ việc nuôi thu sinh khối có hàm lượng lipid cao đến sản
xuất biodiesel từ dầu vi tảo đều đã được nghiên cứu.
Ở điều kiện phòng thí nghiệm, hàm lượng lipid lý tưởng có thể đạt tới 56-
60% trên tổng sinh khối khô nhờ vào k
ỹ thuật di truyền hoặc kỹ thuật nuôi dị
dưỡng. Những tiến bộ kỹ thuật cho thấy rằng trong tương lai việc sản xuất
biodiesel từ vi tảo có thể được thực hiện trên quy mô công nghiệp [28].

2. NUÔI VI TẢO SẢN XUẤT BIODIESEL

15

2. NĂNG SUẤT LIPID VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG

LÊN SỰ TÍCH LŨY LIPID CỦA MỘT SỐ LOÀI VI TẢO
2.1. Các loại vi tảo có chứa nhiều lipid
Một số loài vi tảo có thể tích lũy lipid đạt đến 75% (w/w) sinh khối khô nhưng
năng suất thấp, như là Botryococcus braunii. Một số loài vi tảo khác rất phổ biến
cho việc sản xuất lipid đó là Chlorella, Crypthecodinium, Cylindrotheca,
Dunaliella, Isochrysis, Nannnochloris, Nannochloropsis, Neochloris, Nitzschia,
Phaeodactylum, Porphyridum, Schizochytrium, Tetraselmis vì có năng suất sinh
khối cao nên năng suất lipid cao hơn nhiều mặc dù hàm lượng lipid chỉ đạt từ 20-
50% sinh khối khô [80].
Ngoài ra, thành phần lipid trong tế bào vi tảo cũng khác nhau tùy theo chủng
loại. Đ
ây thực sự cũng là một điểm đáng lưu ý khi lựa chọn các loài vi tảo vì sẽ ảnh
hưởng đáng kể đến đặc tính của biodiesel được sản xuất từ lipid của chúng. Thành
phần lipid trong vi tảo gồm có các acid béo bão hòa và chưa bão hòa, chứa 12-22
nguyên tử carbon, và một số thuộc họ ω3 và ω6 [80].

Bảng 2. 1: Hàm lượng và năng suất lipid của các loài tảo khác nhau [80]
Các loài vi tảo nước
mặn và nước ngọt
Hàm lượng lipid
(% sinh khối khô)
Sinh khối khô
(g/L/ngày)
Năng suất lipid
(mg/L/ngày)
Chlorella emersonii
25.0-63.0 0.036-0.041 10.3-50.0
Chlorella sorokiniana
19.0-22.0 0.23-1.47 44.7
Chlorella sp. 10.0-48.0 0.02-2.5 42.1

Chlorococcum sp. 19.3 0.28 53.7
Nannochloris sp. 20.0-56.0 0.17-0.51 60.9-76.5
Nannochloropsis
oculata
22.7-29.7 0.37-0.48 84.0-142.0
Nannochloropsis sp. 12.0-53.0 0.17-1.43 37.6-90.0
Neochloris
oleoabundans
29.0-65.0 - 90-134.0
Scenedesmus sp. 19.6-21.1 0.03-0.26 40.8-53.9
Spirulina maxima
4.0-9.0 0.21-0.25 -
Tetraselmis suecica
8.5-23.0 0.12-0.32 27.0-36.4
Tetraselmis sp. 12.6-14.7 0.30 43.4