Ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất biodiesel từ vi tảo

Chuyên đề 2. Ứng dụng công nghệ sinh
học trong sản xuất biodiesel từ vi tảo
Một số loại vi tảo được ứng dụng nhiều trong sản
xuất biodiezen.
Botryococcus braunii
Chlorella
Dunaliella tertiolecta
Pleurochrysis carterae
Aphanizomenon Flos-Aquae
Biodiesel là
gì?
Biodiesel là loại nhiên liệu có những tính chất tương
đương với dầu diesel tự nhiên nhưng không phải được sản
xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật, mỡ động vật hay dầu
tảo. Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói
chung đều là loại năng lượng tái tạo và về phương diện hoá
học thì biodiesel là methyl este (hay ethyl ester) của những
axit béo trong dầu hay mỡ khi được ester hoá bởi các ancol
methanol hoặc ethanol.
Tại sao phải
nghiên cứu
về biodiesel?
Nguồn nhiên liệu hóa thạch trên thế giới đang cạn kiệt
Khai thác dầu thô là tác nhân gây ô nhiểm môi trường
rất lớn
Nguồn nguyên liệu nuôi tảo rẻ tiền, dễ kiếm
Góp phần làm giảm hàm lượng CO
2
, xử lý ô nhiễm
Có thể tạo ra việc làm mới cho nhiều người nông dân
2.1. Sản xuất biodiesel từ rong tảo xanh Botryococcus

braunii
Botryococcus braunii
Botryococcus braunii
Mô hình nuôi tảo
Giáo sư Joe Chappel (Trường đại học Tổng hợp
Kentucky) đã phát hiện ra rằng, trong tất cả các mẫu dầu
mỏ tự nhiên trên hành tinh chúng ta đều có các đoạn gen
của một loại rong tảo cực nhỏ có tên khoa học là
Botryococcus braunii. Số lượng các đoạn ADN của loại
sinh vật này chiếm vị trí áp đảo trong thành phần dầu mỏ,
gấp hàng trăm lần so với các “dấu vết” tương tự của các
loại rong tảo và vi khuẩn khác. Nhóm khoa học này còn
xác định được, loại rong tảo trên bắt đầu tham gia vào
quá trình đặc biệt có ích đối với nhân loại này từ khoảng
gần 500 triệu năm trước (vào kỷ Cambri) và vẫn tiếp tục
nhiệm vụ của mình cho đến tận ngày nay.
Botryococcus braunii hiện được xếp vào nhóm rong tảo
xanh (Chlorococcales) và được bắt gặp trên tất cả các biển và
đại dương. Chúng thường tụ thành những tập đoàn lớn bao
gồm hàng triệu các tế bào dạng tròn cực nhỏ (đường kính chỉ
vài chục µm) có lớp vỏ bọc khá dày. Đặc điểm thú vị nhất của
loại rong tảo trên chính là nó có thể tổng hợp ra nhiều loại
hidrocacbon khác nhau gọi chung là “dầu tảo”, khi đun nóng
thật nhanh với áp suất cao sẽ trở thành hợp chất giống hệt
như dầu mỏ tự nhiên.
Ưu điểm: Mỗi 0,4 ha tảo có thể sản xuất dầu gấp 300 lần so
với cây trồng thông thường. Thu hoạch chu kỳ 10 ngày, có khả
sống ở những nới không phù hợp với các cây trồng khác,
chẳng hạn như về khí hậu khô cằn với đất mặn.
Có một vấn đề phức tạp là rong tảo Botryococcus

braunii sinh trưởng rất chậm, không đảm bảo được lợi ích
kinh tế để trở thành nguồn sản xuất dầu hữu cơ. Nên các
nhà nghiên cứu tìm ra đoạn gen thể sản xuất được
hidrocacbon của rong tảo Botryococcus braunii. Và cấy
gen này lên các sinh vật sinh trưởng nhanh hơn nhiều,
chẳng hạn như lên tế bào các loại men. Chỉ qua vài bước
thử nghiệm đầu tiên, người Mỹ đã có được giống men đầu
tiên có thể sản xuất ra dầu hữu cơ.
2.2. Sản xuất biodiesel từ vi tảo biển chlorella

Chlorella Ươm tảo giống
Trên thế giới, tảo Chlorella đã được nhiều tác giả nghiên cứu để sản xuất
nhiên liệu biodiesel sinh học. Ý tưởng sản xuất Biodisel từ vi tảo có từ
lâu (Chisti Y, 1980). Năm 1994, Roessler và cộng tác viên đã nghiên cứu
sản xuất biodiesel từ vi tảo, sau đó nhiều tác giả khác đã nghiên cứu.
Hàm lượng dầu trong tảo tính trung bình trên thế giới, theo Chisti từ 15
- 77% tuỳ loài.
Ở VN theo TS. Trương Vĩnh và các cộng sự ở ĐH Nông
Lâm TP.HCM vừa có những kết quả nghiên cứu cho thấy
tảo biển Chlorella có nhiều triển vọng ứng dụng tại VN, là
nguồn sản xuất biodiesel phong phú mà không xâm hại an
ninh lương thực như những loại cây trồng lấy dầu
biodiesel khác.
Đặc biệt, tảo có thể tồn tại ở bất cứ nơi nào có đủ ánh
sáng, kể cả vùng hoang hoá, nước mặn, nước thải, lại có
khả năng làm sạch môi trường nước thải.
Để nuôi tảo, chỉ cần ánh sáng, CO
2
, nước và dinh dưỡng
có thể là phân hoá học hoặc phân chuồng.

Quy trình thu nhận biodiesel từ vi tảo Chlorella
vulgaris theo TS. Trương Vĩnh
Tảo giống
Nuôi thu sinh khối
Làm khô
Trích ly trong dung môi HC
Tinh chế dầu thô
Biodiesel
Nhóm nghiên cứu đã khảo sát phương pháp chiết
soxhlet và ngâm dầm có thêm sự hỗ trợ của siêu âm và vi
sóng nhằm tìm ra các phương pháp tối ưu và hiệu quả
nhất để ly trích dầu từ tảo.
Kết quả bước đầu cho thấy chiết soxhlet chưa có hỗ trợ
thì hàm lượng dầu thô với các dung môi
chloroform:metanol (2:1) đạt 14.33%, n-hexan: 8.62%,
eter dầu hỏa 7.14%, diclorometane: 5.89%. Phương pháp
ngâm dầm 11.25 giờ bằng cồn/hexan với tỷ lệ cồn/tảo khô
là 5g/0.8g và tỷ lệ nước/cồn 40%, hàm lượng dầu thô đạt
cực đại là 5.75%.
Kết quả tinh chế bước đầu cũng cho thấy việc sử dụng
phương pháp sắc ký cột silicagel làm hàm lượng
chlorophyll và các dẫn xuất của chúng giảm đến 400%
đối với dầu trích soxhlet hexan và 170% đối với dầu trích
ngâm dầm. Hàm lượng chlorophyll trong dầu thô trích

ngâm dầm cao gấp 1.4 trong dầu trích soxhlet hexan.
Hàm lượng dầu tinh thu được khi trích bằng hexan là 3.44
% so với tảo khô ban đầu.
Thí nghiệm cho thấy tảo Chlorella cho dầu có màu vàng
sậm, năng suất chuyển đổi dầu thành biodiesel là 97%
sau 2 giờ phản ứng.
Tóm lại: nghiên cứu sản xuất biodiesel từ tảo đang mở
ra một hướng mới đầy triển vọng vì một số loại rêu tảo
đặc biệt có năng suất sinh dầu rất cao 100-200 m
3
/ha.
Myanmar, một nước trong cộng đồng Đông Nam Á
cũng đang theo đuổi việc nuôi trồng tảo. Theo C H
Hassell, MB CCFP C H Hassell, MB CCFP (2006) một
ngàn năm trước đây người ta biết đến tảo xanh lục
Aphanizomenon Flos-Aquae (Apb. flos-aquae) là loài
tảo từ xưa được dùng để làm thuốc và là một loại thực
phẩm nổi tiếng. Hiện nay, các bộ tộc ở Châu Phi đang sử
dụng rộng rãi loại tảo này. Đây là loại tảo sinh trưởng
trong hồ Chad, một hồ nước ngọt rộng 324km
2
ở Ogeon
cạnh sườn núi Cascade. Tảo sinh trưởng mạnh cho sinh
khối lớn. Theo Bortleson and Fretwell (1993), vào năm
1906, người ta đã lấy tảo này sử dụng và nghiên cứu.
Điểm đáng chú ý là tảo này có gần 50% lipid (tính theo
lượng chất khô),
Từ năm 1978 đến 1996, phòng năng lượng tái sinh quốc
gia Mỹ, đã có chương trình về các loài sinh vật thuỷ sinh
và bắt đầu chú ý đến việc sản xuất biodiesel từ lipid của

tảo và dùng tảo này để sản xuất ethanol mà không làm
“mất phần” lương thực của người. Bên cạnh đó, tảo còn
được dùng để xử lý nước thải (Tchobanoglous,G., Burton,
F.L., and Stensel, H.D, 2003). Ngày 11/5/2006,
Marlborough, New Zealand thông báo họ đã sản xuất
được mẫu biodiesel đầu tiên từ tảo trobf sống trong hồ
nước thải. Đây là một thành công khá thú vị, vì từ đó
không chỉ giải quyết được nhiên liệu mà còn góp phần
làm sạch nước thải, một vấn đề rất được chú ý về môi
trường hiện nay.
Trong tự nhiên có chủng vi sinh vật có enzim
metanooxydase xúc tác cho quá trình biến đổi mêtan
thành methanol, chủng này có thể, lên men rác sinh
mêtan, sau đó từ mêtan cho vi sinh vật xúc tác, chuyển
hoá, sẽ có methanol thoả mãn cho việc sản xuất biodiesel.

Pass: lopdh11h1