Nhiên liệu sinh học - Biodiesel từ tảo ppt

Võ Thị Thu
Lớp k9 CLC Môi trường
Nội dung chính
Bối cảnh
Tại sao tảo là chìa khóa của vấn đề?
Tại sao tảo là chìa khóa của vấn đề?
Lịch sử
Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
Sản xuất quy mô công nghiệp
2 400 năm trước đây, con người đã biết lấy và sử dụng dầu mỏ, nhưng nền công
nghiệp khai thác dầu hiện đại chỉ mới được khai sinh vào những năm 50 của thế
kỷ 19.Ngày nay, xăng dầu (sản phẩm từ dầu mỏ) cung cấp khoảng 40% nhu cầu
năng lượng thế giới, phần lớn dùng trong phương tiện giao thông vận tải. Riêng
Mỹ đã tiêu thụ tới ¼ tổng số lượng dầu mỏ khai thác
Bối cảnh
Bối cảnh
Giao thông tại Mỹ
Tuy nhiên, với tốc độ khai thác và sử dụng của con người, lượng dầu mỏ
đang cạn kiệt dần và giá dầu thô tăng lên không ngừng. Phần lớn các
chuyên gia đều dự đoán chúng ta sẽ cạn kiệt nguồn dự trữ dầu mỏ dễ
khai thác trong vòng 50 năm tới.
Bối cảnh
Bối cảnh
Hình ảnh quen
thuộc của các
lái xe trong giai
đoạn khủng
hoảng dầu lửa
1973-1974 ở
Anh
Bối cảnh

Bối cảnh
Trước thực trang đó, các nước đã
đẩy mạnh việc tìm ra những
nguồn nhiên liệu mới thay thế
cho dầu mỏ, và nhiên liệu sinh
học được coi là chìa khóa giải
quyết vấn đề. Các nhà KH đã
thành công trong việc sản xuất
trên quy mô CN nhiên liệu từ
nguồn dầu thực vật, từ đường mía
hay củ cải, từ gỗ vụn, thậm chí từ
nguồn rơm, rạ bỏ đi sau thu
hoạch
Đậu nành- nguồn cung cấp
nhiên liệu sinh học
CN mang tính đột phá này đã được áp dụng đại trà tại nhiều QG trên thế
giới. Brazil trở thành ông trùm sản xuất nhiên liệu sinh học,tiếp đó là
Mỹ. Tại những QG này, việc sử dụng xăng có pha nhiên liệu sinh học đã
đưa vào luật.
Bối cảnh
Bối cảnh
Xe chạy băng
biodiesel đã phổ
biến tại nhiều
quốc gia trên thế
giới
Bối cảnh
Bối cảnh
Giá một số thực phẩm tăng cao,có thể dẫn đến nạn đói ở các nước nghèo ngày
càng trầm trọng hơn. Đơn cử tại Mexico hồi tháng 1/2007, hàng chục nghìn

người xuống đường biểu tình do giá bánh bắp (thực phẩm chủ yếu) tăng gấp 3
lần, lên 15 peso (1,36 USD/kg). Nguyên nhân là do nhu cầu nhiên liệu ethanol
trên thế giới tăng cao đẩy giá bắp ở nước này lên mức cao nhất trong vòng 10
năm qua
Bối cảnh
Bối cảnh
Trong khi đó tại Mỹ, giá năng lượng tăng cao cộng thêm chủ trương khuyến
khích trồng cây nhiên liệu của chính phủ khiến cho nông dân nghĩ rằng trồng
những cây nguyên liệu sản xuất ethanol như bắp, mía đường, cây cho hạt có
dầu như đậu phộng sẽ thu lợi cao hơn trồng cây lương thực. Theo các chuyên
gia Ngân hàng Thế giới (WB), một khi giá các loại thực phẩm chính tăng, số
người thiếu ăn trên toàn thế giới năm 2025 ước tính sẽ tăng đến 1,2 tỉ người,
gấp đôi so với dự báo trước đó.Và thực trạng ở đây là, một khi người dân đã
thiếu ăn thì nhiên liệu sinh học cũng chẳng để làm gì!Việc trồng các cây trồng
lấy nhiên liệu sinh học được coi là nguyên nhân chính gay mất rừng nhiệt đới
hiện nay.
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo quang hợp dự trữ cacbon dưới 2 dạng chính: carbonhydrat và
lipit.Bằng việc tăng hàm lượng lipit trong tảo rồi chiết xuất nó,
người ta có thể tạo ra diesel sinh học từ đó.
Bởi vì bản chất của diesel sinh học là sản phẩm của sự ester hóa của
methanol hoặc ethanol và acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc
mỡ động vật, ở đây lả acid béo từ tảo.
Năng suất cao
Cũng giống như thực vật bậc cao, tảo quang hợp có sắc tố quang hợp nên có
khả năng chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành chất hữu cơ, nhưng
khả năng này ở tảo hiệu quả hơn do tảo có cấu trúc tế bào đơn giản hơn, thêm

vào đó, tảo sống trong môi trường nước nên việc tiếp nhận nước, CO
2
, chất dinh
dưỡng rất thuận tiện, chính vì vậy năng suất tổng hợp chất của tảo cao
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Westalla- tảo lục
Người ta đã tính được rằng, cứ 1 mẫu tảo có khả năng cho ra 92 000 lít diezen
sinh học, trong khi đó mỗi mẫu đất trồng cải dầu chỉ sản xuất được 440 lít
biodiesel, đậu cọc rào được 636 lít, dừa được 1 068 lít và cây cọ được 2 392 lít .

Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Cây cải dầu-
nguồn cung
cấp nhiên liệu
sinh học cho
nhiều nước
Tảo không cạnh
tranh với các cây
trồng lương thực về
chỗ ở, nguồn
nước.Do tảo có thể
sống được ở những
nơi mà không một
loại cây trồng nào

sống đươc.
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo hấp thụ một lượng lớn CO
2
, vì vậy người ta thường xây dựng các trang trại
tảo ở những nơi thải ra nguốn CO
2
lớn, đặc biệt là các nhà máy điện,( các nhà
máy nhiệt điện trong quá trình vận hành cho ra 3 loại sản phẩm: điện, khí CO2
và nước thải), và các khu công nghiệp. Bằng những hệ thống ống dẫn, người ta
thu CO
2
phát thải ra,đưa vào cung cấp cho tảo
Không tốn diện tích
đất trồng
Hay là tảo được trồng trên sa mạc. Theo các nhà khoa học Mỹ, chỉ cần trồng tảo
trên 6 triệu ha đất hoang hóa ở Mỹ thì nước này đủ nhiên liệu để dùng mà
không cần nhập dầu mỏ. Theo đánh giá của một nhà nghiên cứu sinh học ở
Trường đại học California (Mỹ), nếu nước này đưa 15 triệu mẫu đất hoang hóa
vào việc nuôi trồng tảo thì có thể sản xuất ra lượng nhiên liệu đủ để không phải
phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu dầu mỏ từ Trung Đông.
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Những vùng
đất khô cằn

cũng là
những nơi lý
tưởng trồng
tảo
Nhiều loài tảo sống trong môi trường nước lợ hoặc nước mặn nên vừa không
phải tiêu tốn lượng nước ngọt dùng để nuôi tảo( các cây trồng trên cạn phải
tiêu tốn lượng nước lớn trong việc tưới tiêu).Đặc biêt, nhiều loài tảo có thể sử
dụng nước ngầm nhiễm mặn để phát triển do chúng có khả năng sống trong môi
trường nước mặn.
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo cũng được
trồng trong
những bể chứa
nước thải
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Tảo là chìa khóa
vấn đề
Khác với việc đốt các nhiên liệu hóa thạch là sinh ra một lượng lớn CO
2
thì việc
đốt diesel sinh học từ tảo chỉ có phụ phẩm duy nhất là nước và nhiệt

Hấp thụ một lượng lớn CO
2
là đặc tính rất quan trọng của vi tảo, do vậy việc
dùng vi tảo có thể giúp giảm hàm lượng lớn CO

2
có mặt trong khí quyển hiện
nay.
Theo báo cáo công bố ngày 30/11của Quỹ Bảo vệ Thiên nhiên Thế giới
(WWF), năng lượng là lĩnh vực gây ô nhiễm môi trường lớn nhất hành tinh (sản
sinh ra 37% khí thải CO2 hiện nay), trong đó sản xuất điện bị đánh giá là gây ô
nhiễm nặng nhất, như vậy việc trồng tảo ben cạnh những nhà máy điện này đã
trực tiếp làm giảm hàm lượng lớn CO
2
trong khí quyển. Các nhà khoa học đã
chứng minh, việc sử dụng vi tảo giúp giảm từ 70 đến 90% ô nhiễm môi trường.
Với những ưu điểm nổi trội trên, vi tảo có thể trở thành một nhiên liệu sinh học
giá rẻ(do năng suất cao), không gây ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng và không
chiếm diện tích đất trồng.
Thân thiện với
môi trường
Lịch sử
Lịch sử
Hiện nay, khi nói về diesel sinh học người ta thường nghĩ ngay đến các cây như
cải dầu, hướng dương, cây đậu nành… còn diesel sinh học từ tảo còn khá xa lạ
với nhiều người.Thậm chí những khái niệm về diesel sinh học trên các trang
web cũng chưa hề đề cập đến vi tảo. Nhưng thực tế thì hướng nghiên cứu này
đã ra đời cách đây từ lâu.
Ý tưởng đầu tiên của việc dùng vi tảo là nguồn nhiên liệu sinh học ra đời đầu
tiên ở Mỹ vào những năm 1950.Các nhà nghiên cứu khi đó đã phát hiện được
khả năng sinh ra một số hợp chất dầu ở vi tảo và việc sử dụng nước thải là môi
trường sống và cung cấp chất dinh dưỡng cho tảo.
Lịch sử
Lịch sử
Ý tưởng đó thật sự có chỗ đứng vào những năm đầu của thập niên 70,

khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ xảy ra, nó đã báo động cho toàn nhân loại
về tình trạng cạn kiệt của nguồn tài nguyên không thể tái tạo được
này.tới năm 1978, tổng thống Mỹ Carter đã ký quyết định triển khai dự
án phát triển các loài thực vật dưới nước phục vụ cho nhu cầu thay thế
dầu mỏ (gọi tắt là APS). Kinh phí dành cho dự án này là 25 triệu đô la.
Nhưng sau gần 20 năm, các nhà nghiên cứu thất bại trong việc nuôi cấy
tảo phát triển trong môi trường nhân tạo và chiết xuất dầu từ tảo biển.
Năm 1996, Tổng thống Clinton quyết định đóng cửa dự án này. Tuy
nhiên những nhà khoa học thuộc dự án vẫn tiếp tục công trình nghiên
cứu của mình, mặc dù họ không nhận được bất cứ sự trả công nào của
chính phủ.
Lịch sử
Lịch sử
Và gần đây, người ta nhận thấy rằng diesel sinh học từ cây trồng không thể đáp
ứng cho toàn bộ nhu cầu xăng dầu đang được sử dụng cho các động cơ ô tô của
Mỹ, do bài toán diện tích. Để cung cấp đủ năng lượng cho tất cả số xe hơi đang
chạy trên toàn nước Mỹ, diện tích đất canh tác phải đạt đến mức gần 2 tỉ hecta,
trong đó 1,2 tỉ hecta đậu tương, 400 triệu hecta cây canola và phần còn lại là
dành cho các loại cây lấy dầu khác. Trong khi đó, diện tích đất canh tác nông
nghiệp của nước Mỹ hiện nay chỉ là hơn 100 triệu hecta.Và diesel sinh học
chiết xuất từ vi tảo lại là cứu cánh cuối cùng. Năm 2004, chính phủ Mỹ đã tái
khởi động lại dự án bị Tổng thống Clinton bỏ rơi từ năm 1996. Những kết quả
thu được trước đây thực sự có tác dụng cho việc nghiên cứu của các nhà khoa
học.
Sự thành công trong nghiên cứu nuôi cấy và chiết xuất dầu từ tảo của Mỹ đã
thu hút rất nhiều sự quan tâm từ phía Liên minh châu Âu EU, họ dự định sẽ học
tập công nghệ này của Mỹ để giải quyết tình trạng thiếu dầu mỏ và ô nhiễm môi
trường của các quốc gia trong EU.
Lịch sử
Lịch sử

Kết quả là, hiện nay, nuôi trồng và chiết xuất dầu từ vi tảo đê sản xuất
diesel sinh học đã được tiến hành trên quy mô công nghiệp. New Zealand
trở thành quốc gia đầu tiên ứng dụng việc trồng tảo để sản xuất diesel sinh
học trên quy mô công nghiệp. Ngày 8-11- 2006, công ty De Beers Fuel
Ltd đã xin được giấy phép và tiến hành xây dưng 90 lò phản ứng để sản
xuất biodiesel trên diện tích 100 000 acres ở Nam Phi, dự kiến trong năm
năm tới diện tích sẽ lên tới 800 000 acres, với kế hoạch sản xuất ra từ 16
đến 24 tỉ lít nhiên liệu sinh học một năm.Và sắp tới, công nghệ này sẽ có
mặt ở Việt nam. Mới đây(7/2007), Công ty E.VO Global Group (Úc) đã
đến Vĩnh Phúc tìm hiểu cơ hội và môi trường đầu tư, để tiến hành xây
dựng nhà máy điện- dầu diesel sinh học từ tảo tại đây
Như vậy, diesel sinh học từ vi tảo thực sự là một hướng mới đầy
triển vọng của ngành năng lượng thế giới. Như một nhà khoa học đã
nói, công nghệ này đáng để con người vắt kiệt chất xám cho sự ứng
dụng hiệu quả của nó.

Lịch sử
Lịch sử
Hình ảnh này
sẽ trở nên quen
thuộc trong một
tương lai không
xa: xe cộ sẽ ghé
các trạm tiếp
nhiên liệu điều
chế từ tảo biển?
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm

Có rất nhiều loại tảo khác nhau nhưng các nhà khoa học tập trung vào vi tảo vì
vi tảo tổng hợp một lượng lớn hợp chất lipit và dự trữ cũng dưới dạng hợp chất
lipit nên có khả năng chiết xuất ra dầu sinh học dễ dàng, bên cạng đó hình thức
sinh sản của chúng là sinh sản vô tính bằng cách phân đôi, vì vậy sự tăng sinh
khối diễn ra rất nhanh.
Trước tiên, người ta thu thập các loại vi tảo từ môi trường tự nhiên, chủ yếu từ
hai môi trường chính:
•
Các chủng tảo trong ổ sinh thái nội địa có độ mặn tương đối, chúng hứa hẹn là
có khả năng thích nghi tốt với những điều kiện khí hậu vùng Tây nam nước
Mỹ- cường độ ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao
•
Các chủng tảo trong ổ sinh thái nước nông ven biển- chúng có khả năng thích
nghi tốt với sự biến động lớn về nhiệt độ và độ muối.
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Sau khi có được các mẫu tảo trong những môi trường thích hợp, người ta
nghiên cứu quá trình trao đổi chất trong tế bào để xem khả năng đồng hóa và dự
trữ lipit phục vụ cho việc sản xuất dầu diesel.

Dùng phương pháp phân tích hóa học, người ta đã phát hiện các thành phần
chính trong đa số loại vi tảo:
•
Các hợp chất chứa vòng benzene: sterols, xanthophylls
•
mono-, di-, triacylglycerols, axit béo tự do, phaeophytin a
•
glycolipids, carotenoids, chlorophyll a và b

•
phospholipids, chlorophyll c.
Tùy mỗi loại vi tảo mà thành phần các chất là không giống nhau
Như vậy, với việc phát hiện ra sự có mặt các loại chất thuộc lipit, các nhà khoa
học đã khẳng định việc sản xuất diesel sinh học từ tảo hoàn toàn có tương lai.

Họ diatom ( tảo silic)- Lớp Bacillariophyceae: sống chủ yếu ở môi trường
nước biển( thống trị phytoplankton ở môi trường nước biển), ngoài ra cũng bắt
gặp ở môi trường nước ngọt và nước lợ. Ước tính có khoảng 100 000 loài thuộc
về lớp này. Các dạng dự trữ cacbon trong tế bào bao gồm dầu tự nhiên hay
polymer của carbonhydrat.Một đặc điểm khác biệt của họ tảo này là có Si trong
thành phần thành tế bào- đây là đặc điểm có thể khai thác được để đẩy mạnh
sản xuất lipit trong tế bào tảo(khi tế bào thiếu hụt Si thì tăng cường tổng hợp
lipit )
Các loại vi tảo thích hợp
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Một loại tảo silic biển
Họ Green Algae (tảo xanh)- Lớp Clrophyceae : số lượng loài khá lớn, chủ
yếu là ở môi trường nước ngọt, chúng có thể thuộc đơn bào hay tập đoàn.Dự trữ
carbon cúa chúng chủ yếu là tinh bột, nhưng trong một số điều kiện chúng có
thể tổng hợp các hợp chất dầu đặc biệt là trong trường hợp thiếu hụt N.
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Họ blue- green Algae(tảo lục)- Lớp Cyanophyceae: có cấu trúc và tổ chức tế
bào gần giống với vi khuẩn, các loài tảo thuộc lớp này có vai trò quan trọng

trong việc cố định nito từ khí quyển. Có khoảng 2 000 loài thuộc lớp này trong
các loại môi trường nước khác nhau.
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm
Cyanophyceae
đóng váng trên
mặt nước