sản xuất biodiesel từ vi tảo

LOGO
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Sản xuất
biodiesel từ vi
tảo:
KỸ THUẬT NUÔI
KỸ THUẬT NUÔI
CẤY VI TẢO THU
CẤY VI TẢO THU
LIPID
LIPID
SVTH: BÙI NGỌC ĐOAN CHIÊU_60604048
GVHD: KS. HUỲNH NGUYỄN ANH KHOA
Tp HCM, 6/2010
Năng lượng

Môi trường

Sự sống
2
2
GIẢI PHÁP: BIODIESEL LÀ
NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ
GIẢI PHÁP: BIODIESEL LÀ
NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ
NANNOCHLOROPSIS OCULATA LÀ LOÀI VI TẢO
TIỀM NĂNG ĐỂ TRỞ THÀNH NGUỒN NGUYÊN
LIỆU SẢN XUẤT BIODIESEL
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
1. Tổng quan biodiesel
2. Năng suất lipid và ảnh hưởng của

môi trường lên sự tích lũy lipid ở
một số loài vi tảo
3. Nuôi vi tảo Nannochloropsis
oculata thu lipid nhằm sản xuất
biodiesel
3
3
TổNG QUAN BIODIESEL
Năng lượng là sự sống
Phần 1
4
4
CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG
NĂNG LƯỢNG
Năng lượng
không tái
sinh
Năng lượng
tái sinh
5
5
•
Năng lượng không tái sinh
CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG
6
6
Năng lượng hạt nhân
Dầu mỏ, than đá và khí thiên nhiên
Năng lượng hóa thạch
được hình thành qua

hàng triệu năm
CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG
• Năng lượng tái sinh
Có thể xem là vô
hạn
Hạn chế ô nhiễm
môi trường
GIÓ
THỦY ĐiỆN
ĐỊA
NHIỆT
MẶT
TRỜI
SINH
KHỐI
7
7
CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG
• Năng lượng tái sinh
-
Sinh khối (Biomass): nhiên liệu rắn
-
Nhiên liệu sinh học (Biofuel): nhiên
liệu lỏng thu nhận từ sinh khối
-
Khí sinh học (Biogas): sản phẩm phân
giải yếm khi chất hữu cơ
Định nghĩa Biodiesel
Biodiesel là hỗn hợp các alkyl monoesters thu
nhận được từ quá trình chuyển vị ester dầu

thực vật và mỡ động vật, có khả năng thay thế
cho diesel từ dầu mỏ.
8
8
TẦM QUAN TRỌNG CỦA BIODIESEL
• Những điểm nổi bật của
biodiesel:
-
Có thể đáp ứng cung và cầu
-
Thân thiện môi trường: khí sulfur giảm
30% và carbon monoxide giảm 10%
Giảm 90% khí độc hại trong không khí và
95% nguy cơ bị ung thư so với diesel
-
Khả năng phân hủy sinh học tốt
9
9
ĐIỀU CHẾ BIODIESEL
Các acid béo thường có trong các nguồn
nguyên liệu dùng sản xuất biodiesel
(Nguồn: Canakci M, Sanli H, 2008. Biodiesel production from various feedstocks and their
effects on the fuel properties. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnolog, 35: 431–
441)
10
10
1.4 NGUỒN NGUYÊN LIỆU LIPID
C
Ả
I

D
Ầ
U
H
Ư
Ớ
N
G

D
Ư
Ơ
N
G
ĐẬU NÀNH
DẦU VÀNG & NÂU
CỌ
CAMELINA HẢI CẨU
DẦU
THỰC
VẬT
JATROPHA
MỠ
ĐỘNG
VẬT
DẦU QUA
SỬ DỤNG
11
11

NGUỒN NGUYÊN LIỆU LIPID
Lipid từ sinh
khối vi tảo
12
12
NGUỒN NGUYÊN LIỆU LIPID
(Nguồn: Teresa M.Mata, António A.Martins, Nidia. S., 2009. Caetano, Microalgae for biodiesel production
and other application: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 757)
Nguồn
Hàm lượng dầu
(% w/w 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 44 172 66 152
Gai dầu 33 363 31 321
Đậu nành 18 636 18 562
Jatropha 28 741 15 656
Camelina 42 915 12 809
Canola/Cải dầu 41 974 12 862
Hướng dương 40 1070 11 946

Hải ly 48 1307 9 1156
Cọ dầu 36 5366 2 4747
Vi tảo I 30 58700 0.2 51927
Vi tảo II 50 97800 0.1 86515
Vi tảo III 70 136900 0.1 121104
13
13
TIỀM NĂNG VI TẢO
•
Những ưu điểm khi nuôi cấy vi tảo như
nguồn tài nguyên sinh khối
-
Vi tảo sinh trưởng rất nhanh
-
Nhiều loài vi tảo có hàm lượng lipid cao
-
Nuôi cấy chiếm ít diện tích và không phụ
thuộc vào thời tiết, điều kiện môi trường
-
Hệ thống sản xuất phù hợp ở nhiều quy mô
và kỹ thuật khác nhau
14
14
NĂNG SUấT LIPID VÀ ảNH
HƯởNG CủA MÔI TRƯờNG
LÊN Sự TÍCH LŨY LIPID ở
MộT Số LOÀI VI TảO
Năng lượng là sự sống
Phần 2
15

15
CÁC LOÀI VI TẢO NHIỀU LIPID
Loài
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
(Nguồn: Teresa M. M., António A. M., Nidia S. Caetano, 2009. Microalgae for biodiesel production
and other applications: A review. Renewabel and Sustainable Energy Reviews, 14:217-232)
16
16
ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG LÊN SỰ TÍCH
LŨY LIPID Ở VI TẢO
• Chế độ nuôi cấy
-
Mức độ chiếu sáng
-
Nhiệt độ môi trường
•
Thành phần môi trường
-
Yếu tố carbon

-
Yếu tố nitrogen
-
Yếu tố phosphorus
17
17
NUÔI VI TảO
NANNOCHLOROPSIS
OCULATA
THU LIPID NHằM SảN
XUấT BIODIESEL
Năng lượng là sự sống
Phần 3
18
18
NANNOCHLOROPSIS OCULATA
• Phân loại
-
Lớp tảo Eustigmatophyceae
-
Bộ Eustigmatales
-
Họ Monodopsidaceae
-
Chi
Nannochloropsis
19
19
NANNOCHLOROPSIS OCULATA
• Hình thái

-
Tảo

đơn bào, tự nổi trên môi trường lỏng.
-
Tế bào hình cầu (2-4µm) hoặc hình trụ (3-
4x1.5µm)
-
Màng ngoài mỏng, thành tế bào trong suốt
-
Lớp đơn các sắc tố diệp lục màu vàng
xanh, không có lớp màng nhầy bên ngoài
20
20
NANNOCHLOROPSIS OCULATA
• Đặc điểm sinh lý
-
Phiêu sinh vật tự dưỡng, đơn bội, phân đôi
theo chiều ngang, có hợp chất chlorophylls
-
Sống trong nước mặn, nước ngọt, nước lợ
-
Chịu được dải nhiệt độ rộng
-
Sinh trưởng tối ưu: 21
0
C, ánh sáng
52µmol/m
2
s, pH 8.4, sục khí 14.7 vvh

21
21
NANNOCHLOROPSIS OCULATA
• Đặc điểm sinh hóa
-
Dinh dưỡng đầy đủ: ưu tiên chuyển hóa
carbon thành protein
-
Điều kiện thay đổi: nhiều carbon được
chuyển hóa thành lipid và carbohydrate
-
Yếu tố môi trường ảnh hưởng thành phần
lipid và các acid béo có trong tế bào
22
22
NANNOCHLOROPSIS OCULATA
•
Đặc điểm sinh hóa
Thành phần acid béo của
Nannochloropsis
sp.
23
23
(Nguồn: Sukenik A., Carmeli Y., 1989. Regulation of fatty acid composition by irradiance level in the
Eutigmatophyte Nannochloropsis sp. J. Phycol, 25: 686-692)
Nhiệt
độ (
0
C)
µ - Tốc độ sinh trưởng

đặc trưng (1/ngày)
Sản lượng lipid
(g
lipid
/100g
sinh khối khô
)
Năng suất lipid
(mg
lipid
/L.ngày)
15 0.06 ± 0.00 14.92 ± 0.82 9.11 ± 0.30
20 0.13 ± 0.00 7.90 ± 0.21 10.01 ± 0.22
25 0.07 ± 0.01 13.89 ± 0.61 10.10 ± 2.09
ĐỀ XUẤT NUÔI N. OCULATA
•
Yếu tố nhiệt độ
-
Thí nghiệm của Attilio, 2009
Sự sinh trưởng và sản xuất lipid của
N. oculata
tại các
nhiệt độ khác nhau
(Nguồn: Attilio Converti, Alessandro A. Casazza, Erika Y. Ortiz, Patrizia Perego, Marco Del Borghi,
2009. Effect of temperature and nitrogen concentration on the growth and lipid content of
Nannochloropsis oculata and Chlorella vulgaris for biodiesel production. Chemical Engineering and
Processing: Process Intensification, 48: 1146-1151.)
24
24
ĐỀ XUẤT NUÔI N. OCULATA

•
Yếu tố nhiệt độ
-
Thí nghiệm của Attilio, 2009
Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng acid béo
methyl ester (g/100g
FAME
) của
N. oculata
tại các nhiệt
độ khác nhau
(Nguồn: Attilio Converti, Alessandro A. Casazza, Erika Y. Ortiz, Patrizia Perego, Marco Del Borghi,
2009. Effect of temperature and nitrogen concentration on the growth and lipid content of
Nannochloropsis oculata and Chlorella vulgaris for biodiesel production. Chemical Engineering and
Processing: Process Intensification, 48: 1146-1151.)
25
25