Những hiểu biết về tính chất, tổng hợp và ứng dụng ethanol sinh học và dầu diesel sinh học (BIOETHANOL BIODIESEL).

BIOETHANOL
Giới thiệu
Cùng với sự gia tăng của các nguồn năng lượng thay thế khác
nhau như: năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng
lượng gió… năng lượng sinh học cũng đang được ưu tiên phát
triển ở nhiều quốc gia, nhất là các nước công nghiệp.
Nhiên liệu sinh học được sử dụng dưới các dạng khác nhau
như:
- dạng khí: biogas, hydro …
- dạng rắn: cũi, gỗ, rơm, trấu, mùn cưa, than bùn …
- dạng lỏng: ethanol sinh học, desiel sinh học …
Quy trình sản xuất chung
Bioethanol từ tinh bột
ên
men
Quá trình nấu
Mục đích

Tiệt trùng: hạn chế thấp nhất lượng vi khuẩn có hại
bằng cách nấu.

Giải phóng các đường liên kết và dextrin

Giảm nhớt: trong quá trình hồ hóa, độ nhớt giảm
xuống để dịch đi tiếp sang các quá trình tiếp theo.
Quá trình đường hóa
Mục đích: cắt nhỏ dextrin, giảm bớt công việc của glucoamylase
Sử dụng: Enzyme α-amylase
Cơ chế:

Dextrin có chiều dài mạch thay đổi nhiều.
Tuy nhiên, mạch càng ngắn công việc còn lại càng ít cho enzyme
glucoamylase.
Glucoamylase có thể thủy phân α-1,6 mạch nhánh nhưng ở tốc độ
chậm hơn nhiều.
Công việc của glucoamylase là chuyển hóa trực tiếp mạch dextrin
thành glucose.
Quá trình lên men
Mục đích: chuyển đường thành ethanol nhờ sự hoạt động
của tác nhân vi sinh vật là nấm men
C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2
Điều kiện
- Nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 28-320C
- pH tối ưu để tạo ethanol là 4.5-5.0
- Nồng độ dịch đường được giới hạn ở 22% khối lượng
Quá trình làm khan
1. Chưng cất chân không
Dưới áp suất chân không, hỗn hợp nước-ethanol sẽ có
những điểm đẳng phí như sau:
2. Sử dụng chất hút nước
Có thể dùng các chất hút nước như Clorua Canxi khan, vôi.
(hiệu suất và năng suất thấp)
3. Thẩm thấu qua màng
Dựa trên nguyên tắc sử dụng
màng có khả năng hút nước
cao, có khả năng thẩm thấu
ngược để tách nước ra khỏi hỗn
hợp các cấu tử.
Sau khi qua màng ta sẽ được 2
dòng: dòng ethanol khan và

dòng ethanol có nồng độ thấp.
Dòng ethanol có nồng độ thấp
được đưa tới tháp chưng cất để
thu hồi ethanol.
Quá trình làm khan
4. Chưng cất đẳng phí
Nguyên tắc của phương pháp là cho thêm cấu tử thứ ba vào nhằm thay
đổi độ bay hơi tương đối của hai cấu tử trong hệ ban đầu.
Cấu tử thứ ba thường dùng là Benzen, Cloroform hoặc Toluene…
5. Phương pháp rây phân tử
Dựa trên khả năng hấp phụ chọn lọc của rây
Cấu tử có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng sẽ được hấp phụ vào
bên trong, còn các cấu tử có kích thước lớn hơn sẽ đi qua bề mặt của
nó.

Kích thước động học của nước là 2,75 Ao < 3A0

Kích thước động học của ethanol là 3,95 Ao > 3Ao
Quá trình làm khan
Bioethanol từ Cellulose
Tiền xử lý
Lignin Cùng với
hemicellulose tạo thành cấu
trúc mô vững chắc. Những
mô được bền hóa với lignin
tương tự như nhựa được gia
cố bằng sợi, trong đó lignin
đóng vai trò kết dính những
sợi cellulose.
Hemicellulose Cũng như

lignin, hemicellulose tạo
thành lớp bảo vệ xung quanh
cellulose
“ Nghiên cỨu công nghỆ và thiẾt bỊ liên tỤc
xỬ lý rơm rẠ bẰng hơi nưỚc đỂ lên men ethanol”
Quy trình
Cellulase
Tiền xử lý
Đường hóa
Lên men
Chưng cất
Bioethanol
Cellulose
Làm khan
Phương pháp tiền xử lý

Phương pháp hóa học:
Dùng tác chất acid
Dùng tác chất base
Dùng tác chất dung môi

Phương pháp cơ học
Phương pháp nổ hơi
Dùng tác nhân acid: g  ồ ươ
- X  ử ớ
- B     ơ ơ ướ ổ ơ .
(tthường được sử dụng)
Dùng tác nhân base: chủ yếu là dùng NaOH
Dùng tác nhân khác
D ư … ể

Phương pháp tiền xử lý
Phương pháp cơ học
      !! "ổ ơ ướ ộ ơ ệ
→ ph  #    #     ỡ ấ ợ ầ ớ ự ỡ ủ ệ ở ạ
 $ %      $ % &'ơ ệ ự ắ ự ở ủ ẩ ơ ủ
() &$%"ế
Mục đích
T &' ủ ả thành glucose.
Sử dụng: hệ enzyme cellulase.
Quá trình đường hóa
Lên men ethanol
C6H12O6  2 C2 H5OH + 2CO2 + Q
Xúc tác: Men Saccharomyces cerevisiae hoặc vi khuẩn
Zymomonas.
Quá trình lên men
Ưu điểm
- Khả năng  ợ
- Đ   ạ ọ ớ
- S * ) ả ấ ố ( ậ )
Các loại vi tảo đã được nghiên cứu:
Chlorella, Dunaliella, Chlamydomonas, Scenedesmus,
Arthrospira, Spirulina
Các loài này chứa một lượng lớn tinh bột và glycogen
Bioethanol từ Tảo
Bioethanol từ Tảo
Bioethanol từ Tảo
Bioethanol là nhiên liệu sinh học phổ biến nhất, chiếm trên 90%
tổng các loại nhiên liệu sinh học đã được sử dụng, với ưu điểm:
-
nồng độ cồn trên 99,5%

-
có trị số octan cao
-
không gây ô nhiễm môi trường
-
được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dồi dào là sản phẩm, phụ
phẩm của nông nghiệp.
Ethanol là một nhiên liệu tiềm năng, có thể được sử dụng như năng
lượng thay thế hoặc thay thế 1 phần (pha trộn với xăng thành hỗn
hợp E5, E10…) để giảm sự phát thải khí nhà kính, đang được
nhiều quốc gia quan tâm, nghiên cứu sản xuất và khuyến khích sử
dụng.
Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh
Nhiên liệu sinh học nói chung, nhiên liệu bioethanol nói riêng sẽ có
một vị trí quan trọng trong bức tranh toàn cảnh về năng lượng của
thế giới, trong tình hình giá dầu mỏ ngày càng tăng và bất ổn, đặc
biệt là hiện tượng hiệu ứng nhà kính, sự biến đổi khí hậu nghiêm
trọng do khí thải của quá trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Công nghệ sinh học cho nhiên liệu xanh