Nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ vi tảo biển nannochloropsis oculata ở quy mô phòng thí nghiệm

Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
***


Đinh Thị Ngọc Mai








NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DIESEL SINH HỌC TỪ VI
TẢO BIỂN NANNOCHLOROPSIS OCULATA Ở QUY
MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM




LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, tháng 8 tháng 2012
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

2

MỞ ĐẦU
Các nguồn năng lượng cơ bản được sử dụng hiện nay bao gồm dầu mỏ, khí tự
nhiên, than đá, năng lượng nước và năng lượng hạt nhân. Nhu cầu năng lượng đang
ngày càng tăng cao do sự gia tăng dân số và quá trình công nghiệp hóa. Do vậy, để
giảm thiểu những tác động tiêu cực của việc lệ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền
thống vốn đã bắt đầu cạn kiệt và không có khả năng tái sinh, con người đã bắt tay vào
tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế. Trong đó, diesel sinh học đang thu hút nhiều
sự quan tâm do
. cần một diện tích đất nông nghiệp rất lớn nên đe
dọa đến vấn đề an ninh lương thực. Nhiều nước trên thế giới nghiên cứu về nhiên liệu
sinh học đã khẳng định rằng vi tảo là một trong những lựa chọn hàng đầu.
Ý tưởng của việc sử dụng vi tảo làm nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học
không phải là mới
. Địa điểm để
nuôi trồng vi tảo có thể chủ động lựa chọn, có thể bố trí các bể hở hay hệ thống kín tập

trung nhằm tận dụng điều kiện tự nhiên sẵn có để hạ giá thành sản phẩm. Ngoài ra, vi
tảo có khả năng sử dụng nguồn CO
2

trong khí quyển cũng như hấp thụ nguồn CO
2

được thải ra từ các nhà máy thông qua quá trình quang hợp, góp phần làm giảm thiểu
phác thải khí nhà kính gây ra hiện tượng ấm lên của trái đất, giảm biến đối khí hậu toàn
cầu.
Trong xu thế chung của thế giới hiện nay coi nhiên liệu sinh học (NLSH) (trong
đó có diesel sinh học) là một giải pháp năng lượng sạch và an toàn cho giảm thiểu ô
nhiễm, vấn đề nhiên liệu sinh học ở Việt Nam cũng đang ngày càng được Nhà nước và
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
các nhà khoa học quan tâm và đầu tư nghiên cứu. Tuy nhiên, nhiều các nghiên cứu và
công bố hiện nay ở Việt Nam về việc sử dụng vi tảo làm nguồn nguyên liệu sản xuất
diesel sinh học mới chỉ dừng lại ở việc lựa chọn và nuôi trồng các loài vi tảo tiềm
năng. Đề tài “Nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ vi tảo biển Nannochloropsis
oculata ở quy mô phòng thí nghiệm” mà chúng tôi thực hiện là bước tiếp nối của
các nghiên cứu của Phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ sinh học về sàng lọc
các loài/chủng vi tảo tiềm năng cho sản xuất diesel sinh học, chuyển hóa diesel
sinh học từ một số chủng lựa chọn như Chlorella sp., Tetraselmis sp.,
Schizochytrium sp. … Mục tiêu của đề tài là có được quy trình chuyển hóa diesel sinh
học chất lượng cao từ sinh khối vi tảo biển Nannochloropsis oculata, làm cơ sở cho
cho những cải tiến quy trình công nghệ tiếp theo để có thể sản xuất thương mại diesel
sinh học từ vi tảo biển này ở quy mô lớn hơn.

Công việc được thực hiện tại phòng Công nghệ tảo, Viện Công nghệ sinh học,
Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam














Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Nhiên liệu sinh học
Thuật ngữ NLSH (biofuel) được đưa ra vào cuối những năm 1980 để chỉ các
loại nhiên liệu có khả năng tái tạo. Chúng không có nguồn gốc từ dầu mỏ, vì vậy chúng
được coi là loại nhiên liệu thay thế dầu mỏ. NLSH thường được sản xuất từ sinh khối
(biomass) chủ yếu là các sản phẩm của nông nghiệp. NLSH được coi là nguồn nhiên
liệu thân thiện với môi trường và có tiềm năng thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch

trong tương lai (Sudarsan and Anupama, 2006).
NLSH bao gồm cả nhiên liệu dạng khí và dạng lỏng. NLSH dạng lỏng bao gồm
ethanol sinh học (bioethanol), methanol sinh học (biomethanol), diesel sinh học (diesel
sinh học); dạng khí gồm hydro sinh học (biohydro) và methane sinh học (biomethane)
(Đoàn Thị Thái Yên và cs., 2010).
* Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất
Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất được sản xuất chủ yếu từ các loại cây lương
thực, thực phẩm như đậu tương, hạt cải dầu, dầu cọ … Nhược điểm của việc sử dụng
các nguồn nguyên liệu này là làm giảm tính đa dạng sinh học, tiêu tốn nhiều nước và
tăng khí thải nhà kính. Nhiều báo cáo khoa học đã công bố rằng, khi đốt cháy nhiên
liệu thế hệ thứ nhất sẽ làm phát thải khí nitơ oxít gây ô nhiễm không khí. Ngoài ra, các
kỹ thuật canh tác được áp dụng để trồng cây nguyên liệu cũng gây ra nhiều tác động
xấu đến môi trường do sự sói mòn đất và dư lượng của thuốc trừ sâu, phân bón. Một
vấn đề lớn khác mà việc sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất còn phải đối mặt
đó là an ninh lương thực. Các loại cây lương thực được trồng với mục đích sản xuất
nhiên liệu thay vì sản xuất thực phẩm cho con người. Kết quả dẫn đến sự cạnh tranh về
sản lượng, giá cả giữa nguồn nhiên liệu và lương thực. Chính vì vậy, với những nhược
điểm nêu trên, việc sản xuất nhiên liệu thế hệ thứ nhất ở quy mô lớn là chưa khả thi
(Lang và cs., 2001).
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
* Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2
NLSH thế hệ thứ 2 sử dụng các nguồn nguyên liệu phế thải của nông nghiệp như
gốc, lá và vỏ khô của các cây lương thực hay các cây nguyên liệu được trồng trên đất bạc
màu, bỏ hoang (NLSH được sản xuất từ cellulose), ví dụ như cây cỏ ngọt (sweetgrass),
cây cọc rào (jatropha)… (Naik và cs., 2010). Một số sản phẩm của NLSH thế hệ thứ 2
gồm bio-hydrogen, biomethanol, butanol và isobutanol, Fischer Tropsch … Mặc dù

nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH thế hệ 2 rất phong phú và không đe dọa đến vấn đề
an ninh lương thực nhưng hiện nay, việc sản xuất NLSH thế hệ thứ 2 vẫn chưa được
thương mại hóa do quá trình chuyển hóa nhiên liệu có giá thành cao và phải đối mặt
với nhiều thách thức về mặt kỹ thuật.
* Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 3
(Rittmann
(Naik
2
(Schenk và cs., 2008) anh năm (Dismuskes
-
(Chisti
(Sheehan và cs., 1998).Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất hiện nay
đối với NLSH thế hệ thứ ba là công nghệ sản xuất sinh khối tảo có hàm lượng dầu cao
với giá thành rẻ, cạnh tranh được với các nguồn nguyên liệu truyền thống khác cũng
như giá thành của việc chuyển hóa dầu tảo thành diesel sinh học. Hiện nay, sản xuất
NLSH từ tảo có chi phí cao hơn nhiều so với sản xuất từ dầu mỏ (Wen and Johnoson,
2009).
1.2. Tình hình sử dụng và sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam và trên thế giới
Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới đang khai thác và sử dụng NLSH ở các mức
độ khác nhau. Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethanol (75% dùng
làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm 2012 là khoảng 80 tỷ lít.
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

6
Brasil là quốc gia đầu tiên sử dụng ethanol làm nhiên liệu ở quy mô công nghiệp
từ năm 1970, với loại xăng E25 (pha khoảng 25% ethanol), mỗi năm tiết kiệm được
trên 2 tỷ USD. Mỹ hiện nay là quốc gia sản xuất ethanol lớn nhất trên thế giới (năm
2006 đạt gần 19 tỷ lít, trong đó 15 tỷ lít dùng làm nhiên liệu-chiếm khoảng 3% thị

trường xăng). Năm 2012 sẽ cung cấp trên 28 tỷ lít ethanol và diesel sinh học, chiếm
3,5% lượng xăng dầu sử dụng.
Để đối phó với sự thiếu hụt năng lượng, Trung Quốc một mặt đầu tư lớn ra ngoài
lãnh thổ để khai thác dầu mỏ, mặt khác tập trung khai thác, sử dụng năng lượng tái tạo,
đầu tư nghiên cứu về NLSH. Đầu năm 2003, xăng E10 (10% ethanol và 90% xăng) đã
chính thức được sử dụng ở 5 thành phố lớn và sắp tới sẽ mở rộng thêm tại 9 tỉnh đông
dân cư khác. Dự kiến, ethanol nhiên liệu sẽ tăng trên 2 tỷ lít vào năm 2010, khoảng 10
tỷ lít vào năm 2020 (năm 2005 là 1,2 tỷ lít). Ở Malaysia, đến năm 2015 sẽ có 5 nhà
máy sản xuất diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng công suất gần 1 triệu tấn để sử dụng
trong nước và xuất khẩu sang Châu Âu (Kansedo và cs., 2009). Inđônêxia phấn đấu
đến năm 2015 sẽ sử dụng B5 đại trà trong cả nước. Ngoài dầu cọ, sẽ đầu tư trồng 10
triệu ha cây cọc rào (Jatropha curcas) lấy dầu làm diesel sinh học. Côlômbia đã ban
hành đạo luật bắt buộc các đô thị trên 500.000 dân phải sử dụng E10. Achentina đã phê
duyệt Luật NLSH (tháng 4/2006) và quy định năm 2010 các nhà máy lọc dầu pha 5%
ethanol và 5% diesel sinh học trong xăng, dầu để bán trên thị trường. Costa Rica,
Philipin và các quốc gia thuộc châu Âu đều có lộ trình sử dụng diesel sinh học.
Trong xu thế chung của thế giới hiện nay coi NLSH là một giải pháp năng lượng
sạch và an toàn cho giảm thiểu ô nhiễm, vấn đề NLSH ở Việt Nam cũng đang ngày
càng được Nhà nước và các nhà khoa học quan tâm và đầu tư nghiên cứu. Ví dụ như,
Chính phủ đã ban hành định hướng phát triển và sử dụng năng lượng giai đoạn 2006-
2015 và tầm nhìn đến 2025, bao gồm phát triển điện, than, dầu khí, năng lượng nguyên
tử, năng lượng tái tạo, NLSH… Ngày 20.11.2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết
định số 177/2007/QĐ- TTg phê duyệt “Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn
2025” ”, trong đó đưa ra mục tiêu đến năm 2010 sản xuất 100.000 tấn xăng E5/năm
(pha khoảng 5% ethanol) và 50.000 tấn B5/năm (pha khoảng 5% diesel sinh học), bảo
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

7

đảm 0,4% nhu cầu nhiên liệu cả nước và đến năm 2025 sẽ có sản lượng hai loại sản
phẩm này đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị trường nội địa. Tháng 6/2010, Quốc hội cũng đã
thông qua Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, trong đó đề cập nhiều đến
vấn đề sử dụng năng lượng tái tạo. Sự ra đời của đề án và đặc biệt việc ban hành Luật
Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là căn cứ pháp luật quan trọng để Việt Nam
bước vào một hành trình mới về sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học (http:
//daibieunhandan.vn/default.aspx?tabid=148&NewsId=201888)
1.3. Diesel sinh học, ƣu và nhƣợc điểm
Theo tiêu chuẩn ASTM thì diesel sinh học được định nghĩa: “là các mono alkyl
ester của các axit mạch dài có nguồn gốc từ các lipid có thể tái tạo như: dầu thực vật,
mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”.
Diesel sinh học được xem là nguồn nhiên liệu sạch, hoàn toàn có thể thay thế
nhiên liệu dầu đốt hóa thạch diesel thông thường. Tính chất vật lý của diesel sinh học
tương tự như diesel nhưng tốt hơn diesel về mặt chất thải. Diesel sinh học khắc phục
được những nhược điểm của dầu thực vật như độ nhớt quá lớn (cao gấp 6–14 lần
diesel), chỉ số xetan thấp. Các loại diesel sinh học đều có tỷ lệ % trọng lượng oxy khá
lớn, đây là điều mà dầu diesel không có. Diesel sinh học có điểm sôi cao (thông thường
khoảng 150 °C hay 302 °F), áp suất hơi thấp, trọng lượng riêng khoảng 0,86–0,9 g/cm³
và hoàn toàn không phải là hóa chất độc hại.
Bản chất của diesel sinh học là sản phẩm ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và
axit béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Diesel sinh học có nhiệt trị (39-
41MJ/kg) thấp hơn xăng (46 MJ/kg), diesel dầu mỏ (43 MJ/kg) hoặc dầu thô (42
MJ/kg) nhưng cao hơn than (32–37 MJ/kg) (Demirbas, 2009). Sự phát triển diesel sinh
học giúp thay thế một phần các nhiên liệu từ dầu mỏ đang cạn kiệt và giảm đáng kể
lượng CO
2
;

SO
x

và các chất hữu cơ đa vòng thơm phát thải so với đốt dầu diesel.
Diesel sinh học có thể được dùng hoàn toàn trong các loại động cơ diesel hoặc
được phối trộn với dầu diesel hóa thạch thông thường ở bất cứ tỷ lệ nào trong các thiết
bị hiện đại chạy dầu diesel. Sử dụng diesel sinh học có nhiều thuận lợi cho môi trường
so với diesel, cụ thể như: giảm thành phần CO trong khí thải đến 50% và CO
2
đến
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

8
78%. Diesel sinh học chứa ít hydrocarbon thơm hơn so với diesel thông thường, cụ thể
là hàm lượng benzofluoranthene giảm 56% và benzopyrenes giảm 71%. Diesel sinh
học có thể làm giảm đến 20% các khí thải trực tiếp dạng hạt nhỏ, các sản phẩm cháy
của các chất rắn so với dầu diesel có hàm lượng sulfur thấp (< 50ppm). Khí thải dạng
hạt được tạo ra khi đốt diesel sinh học giảm khoảng 50% so với khi sử dụng diesel có
nguồn gốc hóa thạch. Đặc biệt, diesel sinh học có thể bị phân hủy sinh học dễ dàng nên
rất thân thiện với môi trường (Kansedo và cs., 2009; Thái Doãn Tĩnh,1999; Nguyễn
Văn Thanh, 2009).
Bên cạnh những ưu điểm nêu trên, diesel sinh học cũng có một số nhược điểm
làm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Việc sử dụng nhiên
liệu chứa trên 5% diesel sinh học có thể gây ra những vấn đề như: ăn mòn các chi tiết
của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị oxi hóa của diesel sinh học.
Nhiệt độ đông đặc của diesel sinh học phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất nhưng nói
chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm. Điều này ảnh hưởng đến việc sử
dụng diesel sinh học ở những vùng có thời tiết lạnh. Ngoài ra, diesel sinh học rất háo
nước nên cần những biện pháp bảo quản đặc biệt để tránh tiếp xúc với nước. Diesel
sinh học không bền, rất dễ bị oxi hóa nên gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản.
1.4. Các phƣơng pháp sản xuất diesel sinh học

Một số phương pháp sản xuất diesel sinh học như nhiệt phân, microemulsion (vi
nhũ hóa), chuyển vị ester, trong đó phản ứng chuyển vị ester là phương pháp phổ biến
nhất. Phương trình chuyển hóa diesel sinh học cơ bản như sau (Fukuda và cs., 2001)








Xúc tác
t
o

Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

9
. Ví dụ
về phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác NaOH như sau:
+ Phản ứng 1: Tạo Alkoxide:


Trong môi trường có nước, alkoxide phân ly tạo CH3O
-
và Na
+
, CH3O

-
tiếp tục
thực hiện phản ứng tiếp theo.
+ Phản ứng 2: Tạo Triglyceride amion


+ Phản ứng 3: Tạo diglyceride và CH3O
-
tiếp tục cho các phản ứng dây chuyền
tiếp theo để tạo ra monoglyceride và cuối cùng là methyl ester.

Như vậy: trong quá trình này cứ 01 phân tử triglyceride tác dụng với 03 phân tử
CH
3
OH tạo ra 01 phân tử glycerol và 03 phân tử methyl ester.
CH
3
+ NaOH

CH
3
-Na + H
2
O
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
Chất xúc tác của phản ứng chuyển vị ester có thể là kiềm, axit hoặc enzym. Các

chất xúc tác kiềm phổ biến nhất là NaOH, KOH. Một số chất xúc tác kiềm khác bao
gồm cacbonate, methoxide, sodium ethoxide, sodium propoxide và sodium butoxide.
Phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác kiềm có ưu điểm là tốc độ chuyển hóa
cao dưới điều kiện nhiệt độ thấp, và thời gian phản ứng ngắn. Tuy nhiên nhược điểm
của phương pháp này là sự tạo thành xà phòng từ phản ứng xà phòng hóa, đặc biệt đối
với các nguyên liệu có hàm lượng axit béo tự do cao và hàm lượng nước cao thì ảnh
hưởng của phản ứng xà phòng hóa đến quá trình chuyển hóa diesel sinh học càng lớn.
Các chất xúc tác axit được sử dụng phổ biến là axit sulphuric, HCl, axit sulfonic. Phản
ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác axit có hiệu suất cao và khắc phục được
nhược điểm tạo thành xà phòng, tuy nhiên tốc độ phản ứng lại chậm và đòi hỏi nhiệt độ
phản ứng cao hơn. Phản ứng ester hóa sử dụng chất xúc tác enzym (như lipase) có ưu
điểm là hiệu suất cao, không tạo thành xà phòng như khi xúc tác bằng kiềm, phản ứng
không bị ức chế bởi nước như khi xúc tác bằng axit, có thể ester hóa cả triglyceride và
axit béo tự do trong một bước, không cần bước rửa, tỷ lệ rượu/dầu thấp hơn so với khi
sử dụng chất xúc hóa học. Tuy nhiên, phản ứng ester hóa sử dụng chất xúc tác enzym
đòi hỏi thời gian phản ứng lâu hơn, hàm lượng chất xúc tác, giá thành sản xuất cao
hơn.
Phản ứng chuyển vị ester cũng có thể xảy ra dưới điều kiện nhiệt độ cao, áp suất
cao (trên 240
0
C, trên 8 Mpa) và không cần chất xúc tác. Phản ứng này đạt cân bằng rất
nhanh (120-240s) và đạt hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Tuy
nhiên phương pháp này không có hiệu quả về mặt kinh tế và không an toàn (Ehimen và
cs., 2010).
1.5. Tiêu chuẩn chất lƣợng của diesel sinh học
Diesel sinh học có một số tính chất như ít độc, sự đốt cháy của nó tốt hơn dầu
thô và không gây hiệu ứng nhà kính, có thể được sử dụng trực tiếp cho những động cơ
diesel hiện nay mà không cần sửa đổi chúng và còn có thể pha trộn diesel sinh học với
diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ với các tỷ lệ khác nhau. Để thương mại hóa được thì
diesel sinh học cần phải đáp ứng được các tiêu chuẩn đang áp dụng trên thế giới. Ở Mỹ

Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

11
đã sử dụng tiêu chuẩn ASTM Diesel sinh học Standard D6751 (Knothe, 2006). Ở châu
Âu (EU) thì đã có các tiêu chuẩn riêng biệt dành cho diesel sinh học dùng cho vận tải
(tiêu chuẩn Standard EN 14214) và được dùng như dầu đốt nóng (tiêu chuẩn Standard
EN 14213) (Knothe, 2006). Ở Việt Nam, tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7717: 2007 Nhiên
liệu diesel sinh học gốc (B100) đã được công bố áp dụng. Một số đặc điểm chính của
diesel sinh học được quy định như sau:
- Điểm chớp cháy: là nhiệt độ thấp nhất đã hiệu chỉnh về áp suất 101,3 kPa (760
mmHg, 1 atmosphere), tại đó ngọn lửa đưa vào làm hơi nhiên liệu bùng cháy dưới điều
kiện xác định của phép thử. Nhiệt độ chớp cháy xác định xu hướng hình thành hỗn hợp
có thể cháy với không khí dưới điều kiện thí nghiệm, nó là một trong các chỉ tiêu để
đánh giá mức độ dễ bắt cháy của nhiên liệu cũng như “thời gian cảm ứng” trong động
cơ. Nhiệt độ chớp cháy có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình vận chuyển và tồn chứa
nhiên liệu. Nhiệt độ chớp cháy quá thấp rất dễ gây cháy nổ. Nó cũng là dấu hiệu cho
thấy nhiên liệu đã bị lẫn với các loại khác có độ bay hơi cao hơn. Nhiệt độ chớp cháy
hầu như không có ý nghĩa đối với chất lượng của nhiên liệu khi đánh giá trên góc độ
tính năng kỹ thuật của các thiết bị sử dụng nó. Đối với các sản phẩm dầu mỏ thì nhiệt
độ chớp cháy khác nhau. Xăng có nhiệt độ chớp cháy khoảng 40
0
C, diesel có nhiệt độ
chớp cháy khoảng 35-80
0
C (trung bình là 60
0
C), nhiệt độ cho động cơ phản lực có
nhiệt độ chớp cháy trong khoảng 28-60

0
C (trung bình là 40
0
C), phân đoạn dầu nhờn có
nhiệt độ chớp cháy 120-325
0
C. Đối với sản phẩm là diesel sinh học, nhiệt độ chớp
cháy theo tiêu chuẩn Viêt Nam ≥ 130
0
C, theo tiêu chuẩn Mỹ và Châu Âu là ≥ 93
0
C.
- Trị số axit: là lượng bazo, tính bằng miligam kali hydroxit trên một gam mẫu
cần để chuẩn độ một mẫu trong dung môi đến điểm cuối xác định (tức là số mg KOH
cần thiết để trung hòa hết lượng axit có trong một gam mẫu). Trị số axit của diesel sinh
học theo tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và Châu Âu đều là max 0,50 mg KOH/g. Trị số axit
là thước đo đánh giá hàm lượng các hợp chất vô cơ và axit tổng của nhiên liệu. Tuy
nhiên do sự đa dạng của các sản phẩm oxi hóa làm ảnh hưởng tới trị số axit và các axit
hữu cơ lại rất khác nhau về tính chất ăn mòn cho nên trị số axit không được dùng để
phán đoán tính ăn mòn của dầu trong điều kiện sử dụng (không có mối liên hệ chung
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

12
nào giữa trị số axit và xu hướng ăn mòn của dầu đối với kim loại). Trị số axit được sử
dụng để kiểm soát chất lượng của nhiên liệu, nó cũng đôi khi được sử dụng như là một
phép đo sự giảm chất lượng của chất bôi trơn sau một thời gian sử dụng.
- Độ ăn mòn đồng: Phép thử ăn mòn mảnh đồng nhằm xác định có tính chất
định tính độ ăn mòn của nhiên liệu đối với các chi tiết chế tạo từ đồng, hợp kim đồng-

thiếc và hợp kim đồng-kẽm. Độ ăn mòn đồng của nhiên liệu diesel sinh học theo tiêu
chuẩn Việt Nam là loại No1, theo tiêu chuẩn Mỹ và Châu Âu cực đại là No3.
- Chỉ số iod: là số gam iot cần thiết để phản ứng với 100 gam mẫu FAME. Chỉ
số iot đặc trưng cho mức chưa no của mẫu diesel sinh học. Mẫu càng nhiều nối đôi thì
chỉ số iot càng lớn và ngược lại. Chỉ số iot cao liên quan đến sự polymer hóa của nhiên
liệu (đông đặc) dẫn đến làm tắc nghẽn ống dẫn. Chỉ số iot của diesel sinh học theo tiêu
chuẩn Việt Nam, Mỹ và Châu Âu đều cực đại là 120.
- Trị số xêtan: là thông số đặc trưng cho khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu
diesel, có được bằng cách so sánh nó với các nhiên liệu chuẩn trong thử nghiệm trên
động cơ tiêu chuẩn. Trị số xetan cung cấp dữ liệu về đặc tính tự cháy của nhiên liệu
diesel trong động cơ nén tự cháy. Trị số xetan cao quá sẽ lãng phí nhiên liệu vì một số
thành phần ở nhiệt độ cao trong xilanh sẽ phân hủy thành cacbon tự do (tạo muội)
trước khi cháy. Trị số xetan thấp quá sẽ xảy ra cháy kích nổ, do có nhiều thành phần
khó bị oxy hóa đòi hỏi phải phun rất nhiều nhiên liệu vào xilanh mới xảy ra quá trình
tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra rất
lớn gây tăng mạnh áp suất, động cơ bị rung giật … Trị số xetan của diesel sinh học
theo tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và Châu Âu tối thiểu là 47.
- Tro sulphat: là lượng cặn còn lại khi mẫu đã được cacbon hóa và được xử lý
tiếp tục với axit sunphuric và nung đến khối lượng không đổi. Hàm lượng tro sunphat
được dùng để biết nồng độ các phụ gia chứa kim loại đã biết trong dầu mới. Khi không
có photpho thì bari, canxi, magie, natri và kali sẽ biến đổi thành các muối sulphat, thiếc
và kẽm biến đổi sang dạng oxit của chúng. Hàm lượng tro của diesel sinh học theo tiêu
chuẩn Việt Nam cực đại là 0,020 % khối lượng (tương đương với các tiêu chuẩn của
Mỹ, Châu Âu).
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

13
- Độ nhớt động học: là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội

tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. Vì vậy độ
nhớt có liên quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng
trong các hệ đường ống, thực hiện các quá trình phun, bay hơi của nhiên liệu trong
buồng cháy, đồng thời có liên quan đến khả năng bôi trơn của các phân đoạn khi sử
dụng làm dầu nhờn. Độ nhớt của nhiên liệu rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả
năng bơm và phun nhiên liệu vào buồng đốt. Độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng đến
kích thước và hình dạng của kim phun. Nhiên liệu có độ nhớt quá cao rất khó nguyên
tử hóa, các tia nhiên liệu không mịn và khó phân tán đều trong buồng đốt. Kết quả là
làm giảm hiệu suất và công suất động cơ. Đối với các động cơ nhỏ, các tia nhiên liệu
có thể chạm vào thành xylanh, cuốn đi lớp dầu bôi trơn và làm tăng độ lẫn nhiên liệu
trong dầu nhờn. Hiện tượng các chi tiết bị ăn mòn nhanh chính là do nguyên nhân này.
Nhiên liệu có độ nhớt quá thấp khi được phun vào xylanh sẽ tạo thành các hạt quá mịn,
không thể tới được các vùng xa kim phun và do đó hỗn hợp nhiên liệu-không khí tạo
thành trong xylanh không đồng nhất, nhiên liệu cháy không đều, công suất giảm.
Nhiên liệu có độ nhớt quá thấp có thể gây ra hiện tượng rò rỉ tại bơm, làm sai lệch kết
quả đong đếm dẫn đến thay đổi tỷ lệ pha trộn không khí-nhiên liệu. Độ nhớt động học
của diesel sinh học ở 40
0
C theo tiêu chuẩn Việt Nam là 1,9 – 6,0 (mm
2
/s) (tương
đương với tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu).
- Lưu huỳnh: Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu dưới nhiều dạng khác nhau,
thông thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng dị vòng. Khi bị
đốt cháy lưu huỳnh sẽ chuyển thành SO
2
, khí này cùng với khói thải sẽ được thoát ra
ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xúc với oxi để chuyển một phần thành khí
SO
3

. Khi nhiệt độ của dòng khí thải xuống thấp thì các khí này sẽ kết hợp với hơi nước
để tạo thành các axit tương ứng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn kim loại rất
lớn. Chính vì vậy, sự có mặt của lưu huỳnh là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất
lượng của các sản phẩm dầu nói chung và diesel sinh học nói riêng. Hàm lượng lưu
huỳnh trong sản phẩm diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam cực đại là 0,05 % khối
lượng (tương đương với tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu).
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

14
- Độ ổn định oxi hóa: Quá trình oxi hóa gây ra những hợp chất không tan trong
nhiên liệu, đó là cặn. Quá trình oxi hóa là một dạng làm hỏng tính chất hóa học của
nhiên liệu. Độ bền của nhiên liệu đối với quá trình oxi hóa là một đặc trưng quan trọng,
nó là cơ sở để đánh giá tuổi thọ tương đối của nhiên liệu. Theo tiêu chuẩn Việt Nam,
độ ổn định oxi hóa tại 110
0
C tối thiểu là 6 giờ, theo tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu là
min 3 giờ.
- Trọng lượng riêng: là khối lượng của chất lỏng trên một đơn vị thể tích chất
lỏng ở 15
0
C và 101,325 kPa, đơn vị đo lường tiêu chuẩn là kg/m
3
. Việc xác định chính
xác trọng lượng riêng của nhiên liệu rất cần thiết cho việc chuyển đổi thể tích đã đo ở
nhiệt độ thực tế về thể tích hoặc khối lượng ở nhiệt độ đối chứng tiêu chuẩn trong quá
trình bảo quản vận chuyển. Trọng lượng riêng của diesel sinh học phụ thuộc vào thành
phần axit béo trong hỗn hợp ester và độ tinh sạch của nhiên liệu. Do đó nó là yếu tố
ảnh hưởng đến chất lượng của diesel sinh học. Tuy nhiên tính chất này không phải là

một chỉ dẫn chắc chắn về chất lượng của dầu nếu không kết hợp các tính chất khác.
Khối lượng riêng tại 15
0
C của diesel được quy định theo tiêu chuẩn Việt Nam là 860 –
900 kg/m
3
(tương đương với các tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu).
- Nước và cặn: Một lượng đáng kể nước và cặn trong nhiên liệu sẽ gây khó khăn
trong việc bảo quản nhiên liệu, gây trục trặc trong hệ thống nhiên liệu của lò hay động
cơ. Việc tích tụ cặn trong các bình chứa và các màng lọc, sẽ làm tắc dòng chảy của
nhiên liệu từ bình chứa tới buồng đốt. Nước trong các nhiên liệu cất trung bình có thể
gây ăn mòn các bình chứa và thiết bị, nếu có mặt chất tẩy rửa có thể làm xuất hiện nhũ
hay vẫn đục. Ngoài ra, nước còn làm cho vi sinh vật phát triển tại bề mặt tiếp xúc nhiên
liệu. Vì vậy, hàm lượng nước và cặn là một trong những chỉ tiêu ảnh hưởng đến chất
lượng của nhiên liệu. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, hàm lượng nước và cặn trong sản
phẩm diesel sinh học cực đại là 0,050% thể tích (tương đương với các tiêu chuẩn của
Mỹ, Châu Âu).
- Hàm lượng ester và methyl ester của axit linoleic: Hàm lượng ester là một chỉ
tiêu quan trọng liên quan trực tiếp đến chất lượng của nhiên liệu diesel sinh học. Hàm
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

15
lượng ester của diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam tối thiểu là 96,5% khối lượng
(phù hợp với tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu).
- Hàm lượng glycerin tổng số và tự do: Hàm lượng glycerin tự do và liên kết
phản ánh chất lượng của diesel sinh học. Hàm lượng glycerin tự do cao có thể gây khó
khăn trong quá trình bảo quản hoặc trong hệ thống nhiên liệu do sự phân tách của
glycerin. Hàm lượng glycerin tổng số cao có thể dẫn đến làm tắc nghẽn vòi phun, tạo

cặn ở vòi phun, piston, van. Hàm lượng glycerin tự do theo tiêu chuẩn Việt Nam là
max 0,020% khối lượng, glycerin tổng cực đại là 0,240% khối lượng (tương đương với
các tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu).
- Điểm vẩn đục: là một chỉ tiêu quan trọng, nó xác định nhiệt độ tại đó các tinh
thể sáp xuất hiện trong nhiên liệu ở điều kiện thử nghiệm xác định, tại nhiệt độ đó tinh
thể sáp bắt đầu kết tủa khỏi nhiên liệu khi sử dụng. Các thiết bị máy móc, xe có thể
phải làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp. Nếu điểm vẩn đục không thích hợp thì thành
phần sáp trong nhiên liệu dễ bị kết tủa, cản trở quá trình phun nhiên liệu vào động cơ
để đốt.
1.6. Tiềm năng sản xuất diesel sinh học từ vi tảo
Hiện nay, sinh khối tảo được khai thác chủ yếu làm thực phẩm chức năng cho
người và động vật nuôi trong nuôi trồng thủy sản … (Đặng Diễm Hồng và cs., 2006).
Ngoài ra, tảo còn được sử dụng để tạo ra năng lượng theo nhiều cách khác nhau. Một
trong những con đường hiệu quả nhất là sử dụng dầu tảo để sản xuất diesel sinh học.
Sinh khối tảo chứa ba thành phần chính: carbohydrate, protein và lipid. Phần lớn lipid
do vi tảo sản xuất ra tồn tại ở dạng tricylglycerol - là dạng thích hợp để sản xuất diesel
sinh học. Vi tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh hơn so với các loại thực vật cạn. Chúng
thường có khả năng nhân đôi trong vòng 24 giờ. Trong suốt pha sinh trưởng, một số
loài vi tảo có thể nhân đôi trong vòng 3,5 giờ (Chisti, 2007). Hàm lượng dầu ở vi tảo
thường dao động trong khoảng 20 đến 50% so với trọng lượng khô (bảng 2). Ngoài ra,
một số chủng vi tảo có thể chứa hàm lượng dầu cao đến khoảng 80% (Metting, 1996).
Thực tế, vi tảo là đối tượng cho năng suất thu hoạch dầu cao nhất dùng làm nguyên
liệu để sản xuất NLSH. Lượng dầu do vi tảo sản xuất ra có thể cao gấp 250 lần so với
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

16
đậu tương trên mỗi mẫu Anh (khoảng 0,4 ha), gấp từ 7 đến 31 lần so với cọ. Mặt khác,
dầu tảo lại dễ dàng tách chiết nếu sử dụng phương pháp phù hợp. Do đó, chỉ có sử

dụng tảo để sản xuất ra NLSH mới tạo ra được nguồn nhiên liệu đủ đáp ứng cho nhu
cầu năng lượng của thế giới trong tương lai và thay thế hoàn toàn nguồn năng lượng từ
dầu mỏ (Sharif and Aishah, 2008).
1.6.1. Nuôi trồng vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất diesel sinh học
Để sản xuất diesel sinh học từ vi tảo đòi hỏi cần phải có một lượng lớn sinh khối
tảo. Hầu hết các loài tảo là sinh vật quang tự dưỡng bắt buộc nên chúng cần phải có
ánh sáng và nguồn carbon để sinh trưởng. Mô hình nuôi trồng này được gọi là quang tự
dưỡng (photoautotrophic). Tuy nhiên, một số loài tảo lại có khả năng sinh trưởng trong
tối và sử dụng các nguồn carbon hữu cơ như glucose, acetate… làm nguồn cacbon và
năng lượng, đây là hình thức sinh trưởng dị dưỡng. Do chi phí để xây dựng và vận
hành hệ thống cao nên nuôi cấy tảo theo phương thức dị dưỡng vẫn chưa được quan
tâm nhiều.
Vi tảo quang tự dưỡng thường đòi hỏi một số yếu tố nhất định cho sinh trưởng
như nguồn năng lượng ánh sáng, CO
2
, nước và các muối vô cơ. Nhiệt độ nước cho sinh
trưởng tối ưu thường dao động trong khoảng 15
0
C đến 30
o
C. Môi trường nuôi cần phải
có các nguyên tố vô cơ như N, P, Fe và đôi khi cần cả silic (Grobbelaar, 2004). Khi
nuôi cấy theo phương pháp này, môi trường nuôi cấy cần phải được bổ sung liên tục
với một tốc độ cố định đồng thời lượng dịch nuôi tảo tương ứng cũng được thu hoạch
(Molina Grima và cs., 1999). Ban đêm có thể ngừng bổ sung môi trường nhưng việc
khuấy đảo môi trường cần phải được tiếp tục để ngăn chặn kết lắng sinh khối tảo
(Molina Grima và cs., 1999). Hiện nay, nuôi cấy trong bể hở hay trong các bể phản
ứng quang sinh khép kín (photobioreactor kín) là hai mô hình nuôi trồng quang tự
dưỡng vi tảo phổ biến nhất để thu sinh khối làm nguyên liệu cho sản xuất diesel sinh
học. Phương pháp nuôi trong bể hở có ưu điểm là chi phí thấp nhưng lại hạn chế ở chỗ

tốn diện tích đất, nước và cần phải có những điều kiện khí hậu nhất định, ngoài ra còn
gặp phải vấn đề về sự tạp nhiễm nấm, vi khuẩn, động vật nguyên sinh và sự cạnh tranh
bởi các loài tảo khác. Trái lại, ưu điểm của hệ thống photobioreactor kín là có thể khép
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

17
kín môi trường nuôi, điều khiển được các yếu tố môi trường, giảm tạp nhiễm. Mặc dù
giá thành lắp đặt hệ thống là đắt nhưng sức sản xuất sinh khối tảo, mật độ tế bào ở hệ
thống kín cao hơn gấp 13 và 30 lần so với hệ thống hở (Chisti, 2007). Sinh khối tảo
được sản xuất ở hệ thống kín hay hở đều không ảnh hưởng đến quá trình thu nhận dầu
và chuyển chúng thành diesel sinh học. Sức sản xuất sinh khối cao nhất ở bể hở đạt đến
khoảng 24 gam sinh khối khô/m
2
/ngày (Weisz, 2004) và cá biệt 100 gam sinh khối
khô/m
2
/ngày đã thu được trong các hệ thống nuôi kín 300 lít đơn giản (Patil và cs.,
2005) trong điều kiện bão hòa ánh sáng. Tridici (1999) đã nghiên cứu sản xuất sinh
khối tảo trong các hệ thống photobioreactor với các kiểu dáng khác nhau đã được thiết
kế trong đó, dạng ống tỏ ra là có hiệu quả cao nhất (Patil và cs., 2008).
1.6.2. Thu hoạch sinh khối tảo
Thu hoạch sinh khối tảo là một trong những quá trình quan trọng quyết định khả
năng sản xuất diesel sinh học từ vi tảo. Hiệu quả thu hoạch thấp không chỉ gây lãng phí
nguồn nguyên liệu mà còn đe dọa đến môi trường do mật độ tảo cao có thể gây ra hiện
tượng phú dưỡng đối với môi trường xung quanh. Các phương pháp thu hoạch tảo phổ
biến được sử dụng là ly tâm, kết tủa bông, vi lọc (microfiltration) …
- Kết tủa bông: Đây là phương pháp thu hoạch sinh khối tảo sử dụng các chất
kết bông có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, trong đó chất kết bông giúp các tế bào

vi tảo riêng lẻ tập hợp lại thành từng cụm, lắng xuống phía dưới và dễ dàng tách khỏi
môi trường nuôi. Một số chất kết bông hóa học được sử dụng như Al
2
(SO
4
)
3
,
KAl(SO
4
)
2
, FeCl
3
…, chất kết bông tự nhiên có thể là chitosan, pestan… Hàm lượng
chất kết bông tối ưu cho thu hoạch sinh khối vi tảo phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như
nhiệt độ, dinh dưỡng và pH của môi trường nuôi.
- Ly tâm: Phương pháp ly tâm có ưu điểm là có thể thu hoạch được triệt để sinh
khối tảo và môi trường nuôi có thể được tái sử dụng mà không cần qua bước xử lý nào
khác. Tuy nhiên, quá trình này lại có chi phí đắt đỏ do tốn kém về mặt năng lượng nên
việc sử dụng phương pháp ly tâm trong thu hoạch sinh khối vi tảo là không khả thi khi
triển khai ở quy mô lớn.
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

18
- Vi lọc: Đây là một phương pháp cơ bản để thu hoạch sinh khối tảo trong đó
các tế bào vi tảo được tách khỏi môi trường nuôi bằng cách lọc qua một màng lọc có
kích thước lỗ nhỏ hơn kích thước tế bào. Tuy nhiên, khó khăn của phương pháp này là

kích thước tế bào vi tảo rất nhỏ (1-30 µm) và trong quá trình lọc, tế bào tảo có thể bịt
kín các lỗ, cản trở quá trình lọc.
1.6.3. Phương pháp tách chiết dầu tảo
Dầu tảo có thể được tách chiết từ sinh khối theo một số phương pháp như tách
chiết cơ học, bằng dung môi, sốc thẩm thấu…, trong đó tách chiết bằng dung môi là
thông dụng nhất. Hầu hết các phương pháp tách chiết hiện nay đều được phát triển dựa
trên phương pháp cơ bản của Bligh và Dyer năm 1959 (Lewis and Nichols, 2000). Sinh
khối tảo được trộn đều, ngâm chiết trong dung môi và sản phẩm dầu tảo được thu hồi
sau bước chưng cất. Các hóa chất thường được sử dụng trong quá trình tách chiết bao
gồm hexan và chloroform. Đây là các hóa chất tương đối rẻ tiền và cho hiệu quả tách
chiết cao.
1.6.4. Chuyển hóa diesel sinh học từ dầu tảo
Quá trình sản xuất diesel sinh học từ tảo bao gồm một số bước. Về cơ bản, công
nghệ sản xuất diesel sinh học từ tảo cũng tương tự như đối với các nguồn nguyên liệu
thực vật khác, tuy nhiên có một số giai đoạn cần lưu ý. Không kể các bước và các giai
đoạn của quá trình nuôi trồng tảo, sau giai đoạn nuôi trồng, các tế bào tảo phải được
làm khô trước khi thực hiện phản ứng chuyển hóa. Hiện nay có rất ít tài liệu công bố về
kết quả sản xuất diesel sinh học từ sinh khối tảo tươi. Hầu như chỉ có các nghiên cứu
đánh giá hiệu suất chuyển hóa khi so sánh hai phương pháp chuyển hóa từ dầu tảo tách
chiết từ sinh khối (phương pháp hai giai đoạn) với phương pháp chuyển hóa trực tiếp
(một giai đoạn). Đối với phương pháp hai giai đoạn, dầu tảo sau khi tách chiết được
cho phản ứng với methanol có mặt chất xúc tác, khi đó quá trình sản xuất diesel sinh
học tương tự như đối với dầu thực vật. Đối với phương pháp một giai đoạn (chuyển vị
ester tại chỗ) thì dung môi có tác dụng chiết lipid (chloroform, hexan, ether…),
methanol để methyl hóa axit béo và chất xúc tác được bổ sung cùng một lúc. Sau đó là
các bước lọc và rửa để loại bỏ cặn tế bào khỏi diesel sinh học. So với phương pháp
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

19
chuyển hóa hai giai đoạn thì
(Haas và cs
(Ehimen và cs., 2010).
Hiệu suất của quá trình ester hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng nước có
trong nguyên liệu thô (sẽ tạo thành xà phòng thay vì methyl ester), lượng axit béo tự do
trong nguyên liệu (giảm hiệu suất tạo thành diesel sinh học), nhiệt độ, áp suất, thời gian
phản ứng, tỷ lệ số mol giữa dầu nguyên liệu và methanol (Ramadhas và cs., 2005).
1.6.5. Khai thác các đồng sản phẩm có giá trị từ quá trình sản xuất diesel sinh học
từ vi tảo
(Ma and Hanna, 1999). Trung bình cứ sản xuất 100 kg diesel sinh học thì sẽ tạo ra
khoảng 10 kg glycerol (Chi và cs., 2007).
,
nư
(Cerrate và cs., 2006;
Lammers và cs
(Dasari và cs., 2005)
hay acetol (Chiu và cs - .
(Yokochi và cs., 1998). Taconi và cs
Clostridium pasteurianum
Schizochytrium hay Spirulina
, 2009).
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

20
Sinh khối của nhiều loài vi tảo có chứa hàm lượng cao các axit béo không bão
hòa đa nối đôi có giá trị kinh tế cao như DHA (Docosahexaenoic acid), DPA
(Docosapentaenoic acid), EPA (Eicosapentaenoic acid). Do vậy, hiệu quả sản xuất

diesel sinh học từ vi tảo sẽ được nâng cao và giá thành diesel sinh học sẽ giảm đi đáng
kể nếu các axit béo này được tách ra khỏi sinh khối tảo để phục vụ cho các ứng dụng y,
dược học và thực phẩm chức năng. Bên cạnh đó, ngoài dầu ra, sinh khối vi tảo còn
chứa nhiều protein, hydratcacbons và các chất dinh dưỡng khác (Sánchez Mirón và cs.,
2003; Chisti, 2007). Do đó, bã sinh khối từ việc sản xuất diesel sinh học có thể được sử
dụng làm thức ăn cho động vật. Một số chất bã sinh khối có thể được dùng để sản xuất
methane bằng phân giải kỵ khí, sản sinh năng lượng điện cần thiết cho chính sự vận
hành để sản xuất sinh khối tảo.
Như vậy, việc tận dụng các đồng sản phẩm có giá trị từ quá trình sản xuất diesel
sinh học sẽ giúp giảm đáng kể giá thành diesel sinh học, nâng cao hiệu quả kinh tế của
quá trình sản xuất và loại bỏ sản phẩm thải, đảm bảo thân thiện với môi trường.
1.6.6. Ứng dụng khác của vi tảo
Vi tảo có mặt khắp nơi trên trái đất, sự phổ biến như vậy cũng nói lên vai trò quan
trọng của tảo đối với hoạt động sống trong tự nhiên. Hàng năm, trong số 200 tỷ tấn
chất hữu cơ được tạo thành trên trái đất, có 170–180 tỷ tấn do tảo tạo ra, còn lại 20–30
tỷ tấn là do các loài thực vật khác. Ý nghĩa vô cùng to lớn mà các loài tảo mang lại là
giải phóng O
2
cung cấp cho các sinh vật sống dưới nước, khép kín chu trình vật chất
trong các thuỷ vực và tăng tốc độ quay vòng của các chu trình đó. Ngoài nguồn thức ăn
truyền thống như thịt, cá, trứng, sữa, rau, quả, củ có nguồn gốc từ động vật và thực vật
thì tảo là một nguồn thức ăn dinh dưỡng cho người và vật nuôi bởi vì nhiều loài vi tảo
không chỉ có hàm lượng protein cao mà còn giàu gluxit, lipid, vitamin. Chẳng hạn tảo
Chlorella có đến 40–60% protein, 25–35% gluxit, 10–15% lipid theo TLK và nhiều
loại vitamin nhóm B (B
1
, B
6
, B
12

), vitamin C, K (Nguyễn Tiến Cư và cs., 1997). Các
chủng Scenedesmus nuôi trồng ở diện tích rộng cũng đạt tới hàm lượng protein 50–
56%, Dunaliella chứa 50% protein, 20% cacbonhydrat, 8% lipid so với TLK. Một số
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

21
vi tảo cũng là mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn của các động vật thủy sinh, các
loài thuỷ hải sản có giá trị (Đặng Đình Kim, 1999).
Nhiều loài vi tảo cũng có thể được sử dụng như nguồn dược liệu quý. Sinh khối
tảo Chlorella đã được đóng viên và sử dụng như một loại thức ăn bổ dưỡng. Tảo
Spirulina chứa các axit amin cần thiết như lysin, threonin rất quan trọng cho trẻ em,
đặc biệt là trẻ thiếu sữa mẹ. Hàm lượng chất khoáng và các nguyên tố vi lượng phong
phú có thể phòng tránh bệnh thiếu máu do thiếu dinh dưỡng một cách hiệu quả và là
nguồn bổ sung dinh dưỡng cho trẻ biếng ăn. Trong tảo Spirulina có chứa nhiều loại
chất chống lão hóa như β-caroten, axit γ-linoleic, Vitamine E Những chất này có khả
năng loại bỏ gốc tự do thông qua tác dụng chống oxy hóa, làm chậm sự lão hóa của tế
bào, đồng thời sắt và canxi có nhiều trong tảo vừa dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng và
hỗ trợ các điều trị các bệnh thường gặp ở người già như thiếu máu, xốp xương.
Spirulina có thể dùng hỗ trợ trong điều trị bệnh viêm gan B, viêm da lan tỏa, bệnh tiểu
đường, loét dạ dày tá tràng, suy yếu và viêm tụy, bệnh đục tinh thể và giảm thị lực,
bệnh rụng tóc (Đặng Đình Kim và cs., 1994). Tảo cũng tiêu diệt được Cadida albicans,
một loại nấm thường ký sinh trong đường ruột bệnh nhân AIDS. Hiện nay Spirulina
còn được nghiên cứu in vitro để ngăn chặn sự tấn công của virut HIV.
Vi tảo cũng được sử dụng làm phân bón sinh học. Chúng có vai trò trong việc sản
xuất các polymer, giữ nước trong đất, cố định nitơ cho đất hay sản xuất các hợp chất có
hoạt tính sinh học. Sự cố định nitơ của vi tảo có vai trò quan trọng trong các vùng sản
xuất lúa nhiệt đới và cận nhiệt đới. Trong xử lý nước thải, vi tảo được sử dụng để loại
bỏ N, P từ nước thải công nghiệp và sinh hoạt (Đặng Diễm Hồng và cs., 2007). Năng

suất sinh khối tảo trong quá trình xử lý nước thải là 9,2-17,8 tấn/ha/năm.
Vi tảo có khả năng giảm thiểu CO
2
và sản xuất dầu với năng xuất cao (Chen và
cs., 2010). Việc sử dụng khí CO
2
thải ra từ các nhà máy của ngành công nghiệp đốt
than…để nuôi trồng vi tảo là kỹ thuật có chi phí thấp nhất. Trong quá trình quang hợp,
vi tảo cần CO
2
làm nguồn carbon để tổng hợp sinh khối. Công nghệ hấp thu CO
2
bằng
vi tảo đã được nhắc đến từ lâu và ngày càng được áp dụng nhiều (Benemann, 1997;
Brown and Zeiler, 1993), đặc biệt khi vi tảo được tận thu sau quá trình hấp thu khí thải
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

22
CO
2
để sản xuất NLSH (Huntley and Redalje, 2007; Lee, 2003). Khi cung cấp CO
2
từ
khí thải của các nhà máy cho nuôi trồng vi tảo, giá thành cho sản xuất sinh khối tảo
cũng giảm đáng kể, bên cạnh đó còn có ý nghĩa to lớn là làm sạch môi trường, đóng
góp quan trọng trong việc làm giảm hàm lượng CO
2
trong khí quyển- một trong những

nguyên nhân gây sự ấm lên của trái đất và biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay.
1.7. Tình hình nghiên cứu vi tảo Nannochloropsis oculata
1.7.1. Đặc điểm sinh học của vi tảo biển Nannochloropsis oculata
* Vị trí phân loại
Ngành Heterokontophyta Hock, Mann và Jahns, 1995
Lớp Eustigmatophyceae Hibberd, 1981
Bộ Eustigmatales Hibberd, 1981
Họ Monopsidaceae Hibberd, 1981
Giống Nannochloropsis Hibberd, 1981
Loài Nannochloropsis oculata ( Droop) Hibberd, 1981
* Đặc điểm hình thái và sinh sản
Nannochloropsis oculata là vi tảo đơn bào có màu xanh, thuộc lớp
Eustigmatophycean. Chúng có hình cầu hay hình ovan với đường kính từ 1,5 - 6 µm.
Tế bào lớn hơn với đường kính trung bình đến 10 µm đôi khi được tìm thấy có chứa
nhiều lục lạp và nhân. Hình thái đặc trưng của N. oculata được phát hiện trong các
chủng Eustigmatophycean được phân lập ở hồ Baikal. Lục lạp với 4 lớp thilacoid kép,
thể hình cầu, lưới nội chất kết nối với màng nhân. Màng tế bào có thể dễ dàng nhìn
thấy cùng với thành tế bào có độ dày biến đổi. Hơn nữa, cấu trúc dạng sợi được tìm
thấy ở thành tế bào ngoài. N. oculata có hai hình thức sinh sản là sinh sản sinh dưỡng
bằng cách nhân đôi và sinh sản bằng bào tử.
1.7.2. Nuôi trồng Nannochloropsis phục vụ cho sản xuất NLSH
Hiện nay N. oculata đang được nuôi thu sinh khối với nhiều hình thức khác nhau
(nuôi và thu hoạch toàn phần, nuôi liên tục, bán liên tục) theo hai phương thức là nuôi
trong nhà và ngoài trời. Vi tảo N. oculata thường được nuôi trong nhà bằng các túi
polyethylene treo trên giàn hoặc các bể polyethylene hình trụ tròn, khung sắt với thể
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

23

tích nuôi từ 50-500L trong các ống composite. Một số hạn chế của hình thức nuôi này
là chi phí sản xuất cao do phải sử dụng nguồn ánh sáng từ điện năng. Vì vậy, các hệ
thống kín để nuôi N. oculata ngoài trời ngày càng được chú ý do có thể tận dụng được
nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời sạch và dồi dào, khoảng 5,7×10
24

J/năm, gấp
khoảng 10.000 lần so với tổng lượng năng lượng mà con người tiêu thụ mỗi năm
(Lewis and McCourt, 2004; Miyake, 1999). Hơn nữa, cường độ chiếu sáng là nhân tố
ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của quang hợp và sự phát triển của vi tảo (Mata và
cs., 2010). Trong số các hệ thống kín nuôi ngoài trời đã được thí nghiệm thì phương
pháp nuôi trong các ống trong suốt thường cho năng suất cao và có thể nuôi với thể
tích lớn (Richmond, 2004). Tuy nhiên hình thức nuôi này cũng có một số hạn chế như:
giá thành lắp đặt hệ thống rất đắt tiền, khó vệ sinh, tảo dễ bị tổn thương do áp lực cao
của lượng oxy được sinh ra trong quá trình quang hợp.

Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

24
CHƢƠNG 2
VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị
2.1.1. Chủng tảo và điều kiện nuôi cấy
Nannochloropsis oculata
, Viện Khoa
học và Công nghệ V , Cát Bà, Hải Phòng vào tháng
3 năm 2008. N. oculata ,
chiếu ánh sáng có cường độ 100 mol/m
2
ở 28 - 30
o
C.







Hình 1: Hình thái tế bào Nannochloropsis oculata dưới kính hiển vi quang học
ở độ phong đại 2000 lần (A) và dưới kính hiển vi điện tử quét với độ phóng đại 15000
lần (B)

2.1.2. Môi trường nuôi cấy
ển N. oculata
.
).
2.1.3. Hóa chất và thiết bị
A
B
Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

25
* Hóa chất
- Hóa chất dùng để khử trùng nước biển nhân tạo gồm: chlorine là hỗn hợp
của KI và HCl (0,5N) và hồ tinh bột, thuốc thử Thiosunfat (Na
2
S
2
O
3
. 5H
2
0) ở dạng tinh
thể không màu, độ hòa tan trong nước là 20,9 gram/100 ml (ở 20
0
C) do Công ty hóa
chất Đức Giang sản xuất.
-
chăn nuôi C.P. Việt Nam.
- Các hóa chất dùng để tách chiết lipid và phân tích thành phần acid béo:

chloroform, methanol, n-hexan, ether, Na
2
SO
4
, CH
3
ONa, HCl (Trung Quốc).
- Hóa chất dùng trong việc thu sinh khối vi tảo là FeCl
3

* Thiết bị
Các thiết bị và dụng cụ được sử dụng trong nghiên cứu gồm: Kính hiển vi
quang học Olympus CX21 (Nhật Bản); buồng đếm tế bào Burker-Turk (Đức); cân kỹ
thuật (Precisa XT2200A, Thụy Điển); cân phân tích AY 120 (Shimadzu, Nhật Bản);
máy li tâm Sorvall RT 1900 W (Đức), máy khử trùng (Nhật Bản); máy ảnh kỹ thuật số
Canon IXY Digital 70 (Nhật Bản); máy đo OD UV 1601 (Nhật Bản); máy đo pH
Melter Toledo (Đức); máy cô quay chân không IKA (Đức); Máy sắc kí khí HP-6890,
ghép nối với Mass Selective Detector Agilent 5973; Cột HP-5MS; Khí mang He; Thư
viện phổ khối: WILEY275.L và NIST 98.L để xác định thành phần axít béo
(NIKON eclipse 80i- ); pipette
Pasteur (Việt Nam); bình tam giác các loại 100 mL, 250 mLm 500ml, 1000 mL, 2000
mL, 5000ml (Trung Quốc); bình nhựa loại 1,5 lít và 10 lít; bình thủy tinh chịu nhiệt
500ml-1000ml; ống đong các loại; bếp điện; bể ổn nhiệt; tủ sấy; phễu chiết; cối-chày
sứ; đĩa pettri; ống nghiệm, giấy lọc… và các dụng cụ thông thường của phòng thí
nghiệm.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp xác định sinh trưởng của tảo