Nhiên liệu sinh học-Bioethanol từ tảo

Tiểu luận nhiên liệu sinh học
MỞ ĐẦU
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
MỞ ĐẦU
Năng lượng đóng vai trò thiết yếu đối với phát triển kinh tế xã hội và nâng
cao chất lượng cuộc sống. Hiện nay và đến gần cuối thế kỷ 21, năng lượng hóa
thạch đặc biệt là dầu mỏ vẫn là nguồn năng lượng quan trọng nhất chưa có dạng
năng lượng nào có thể thay thế được. Nhưng đây là dạng năng lượng không tái tạo,
dù trữ lượng có lớn đến đâu rồi thì cũng sẽ đến lúc cạn kiệt, giá thành cao và sử
dụng gây ra ô nhiễm.
Việc sử dụng các loại nhiên liệu hoá thạch trong nhiều thập kỷ qua đã gây ra
những hậu quả về biến đổi khí hậu ngày nay. Đây thực sự là mối đe dọa với nhiều
nước, trong đó có Việt Nam. Năng lượng sạch sẽ là một trong các giải pháp tích
cực giảm thiểu nguy cơ này. Việt Nam là nước có rất nhiều ưu thế về thuỷ điện, về
năng lượng gió, có một nền nông nghiệp phong phú với rất nhiều phụ phẩm có thể
sử dụng để làm ra năng lượng sạch. Phát triển năng lượng sạch thành công hay
không, vấn đề còn lại phụ thuộc chủ yếu vào cơ chế, chính sách, quyết tâm của
chính phủ và nhận thức của cộng đồng về tính cấp thiết trong bảo vệ môi trường,
đồng thời giảm dần sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu nhằm đem lại lợi ích
tổng thể trong chiến lược phát triển bền vững quốc gia.
Trong các thế hệ nhiên liệu sinh học đang được nghiên cứu và phát triển,
thế hệ nhiện liệu sinh học thứ 3 đi từ tạo và một xu thế mới đầy tiềm năng. Việc
phát triển nuôi trồng tạo như 1 mũi tên trúng 2 đích: vừa xử lý môi trường vừa
cân bằng nhiên liệu. Vì vậy trong tiểu luận này tôi đi tìm hiểu về nguồn nhiên
liệu này: “Bioethanol từ tảo: chủng, kỹ thuật nuôi, thiết bị nuôi, thu hồi từ
canh trường, thủy phân, lên men và xu hướng phát triển “

2
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
I. TỔNG QUAN
I.1. Định nghĩa về các dạng năng lượng và bioethanol
I.1.1. Năng lượng không tái sinh
Năng lượng không tái sinh là những nguồn năng lượng thiên nhiên mà con
người không có khả năng can thiệp vào sự hình thành cũng như quá trình tích lũy.
Đó là dạng năng lượng không thể phục hồi, không thể tái tạo, hay không thể tái sử
dụng. Tuy nhiên dạng năng lượng này đang được sử dụng trên phạm vi rộng lớn
khắp toàn cầu, và cho thấy rằng không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con
người trong tương lai.
Năng lượng không tái sinh được chia thành hai nhóm: năng lượng hóa thạch
và năng lượng hạt nhân.
- Năng lượng hóa thạch: là dạng năng lượng được hình thành dựa trên các
quá trình địa chất dài hàng triệu năm xảy ra đối với xác động thực vật, như
một dạng hóa thạch. Bao gồm than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. Do quá
trình hình thành lâu dài như vậy, nên khi bị con người khai thác hết sẽ
không có khả năng phục hồi được.
Hình 1. : Sự hình thành các lớp nhiên liệu hóa thạch
3
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
- Năng lượng hạt nhân: là dạng năng lượng được hình thành do khả năng
phóng xạ của một vài nguyên tố. Có hai kiểu phản ứng hình thành nên
năng lượng hạt nhân, đó là phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch.
I.1.2. Năng lượng tái sinh
Năng lượng tái sinh là dạng năng lượng thu được từ các nguồn mà con người

xem là vô hạn. Sự vô hạn ở đây ngoài ý nghĩa nhiều đến mức không thể cạn kiệt,
nên được hiểu theo nghĩa rộng hơn đó là có khả năng tái tạo trong một thời gian
ngắn và liên tục.
Dạng năng lượng này bao gồm:
- Năng lượng mặt trời
- Năng lượng gió
- Năng lượng sóng
- Năng lượng thủy triều
- Năng lượng địa nhiệt
- Năng lượng sinh khối
4
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Hình 1. : Các dạng năng lượng tái sinh
a. Năng lượng gió
Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong
phú và có ở mọi nơi. Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện.
Theo Hội đồng Năng lượng Gió Thế giới, đến năm 2010, sản lượng điện từ gió toàn
thế giới dự kiến sẽ đạt 149,5 gigawatts (GW), tăng gấp đôi so với sản lượng hiện
nay. Riêng trong năm 2006, các nhà máy điện bằng sức gió trên thế giới đã sản xuất
được 74 GW, tăng 25% so với năm trước. Châu Âu vẫn đứng đầu thế giới về sản
lượng điện bằng sức gió với công suất lắp đặt là 40.500 MW, chiếm tới 2/3 sản
lượng điện gió toàn thế giới. Lượng điện tạo ra bằng sức gió đủ để đáp ứng nhu cầu
của 40 triệu người dân.
Ðan Mạch hiện có công suất điện chạy bằng sức gió lớn nhất thế giới, chiếm
20% tổng sản lượng điện trong nước. Ðan Mạch cũng là nước đi đầu về lắp đặt các
nhà máy phát điện gió ở ngoài khơi. Ðức là nước có công suất phát điện gió chiếm
6% sản lượng điện, còn ở Tây Ban Nha, tỷ lệ này là 8%.
5

HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Hiệp hội Năng lượng Gió châu Âu (EWEA) đặt ra mục tiêu, vào khoảng
2020, 195 triệu người, tức một nửa số dân châu lục này, có thể sử dụng điện từ gió.
Điện gió sẽ thỏa mãn tới 23% nhu cầu điện của châu Âu vào năm 2030. Bắc Mỹ là
khu vực đứng thứ hai sau châu Âu về sản lượng điện từ gió.
Tuy nhiên, trong giai đoạn 2006-2010, năng lượng bằng sức gió sẽ phát triển
mạnh ở châu Á, đặc biệt là ở các nước Trung Quốc và Ấn Ðộ. Châu Phi là châu lục
phát triển chậm nhất về sản xuất năng lượng bằng sức gió. Hiện nay, việc sản xuất
điện bằng sức gió chủ yếu mới được tiến hành ở Ai Cập và Ma-rốc. Dự kiến đến
2010, sản lượng điện bằng sức gió ở châu lục này sẽ đạt 900 MG/năm.
Về mặt công nghệ, các công nghệ tuabin mới nhất đã tạo ra nguồn năng
lượng từ gió với chi phí hiệu quả hơn và hiệu suất cao hơn. Các phát triển mới về
năng lượng gió thường cạnh tranh với các công nghệ năng lượng truyền thống
khác. Các tuabin gió nhỏ thường gây rủi ro đối với các loài chim, còn các loại
tuabin mới có cánh rộng hơn và tốc độ quay chậm hơn, được đặt tránh xa đường
chim di cư.
b. Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời xét về lâu dài là một giải pháp cho tương lai. Một trong
các nguyên nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là do tính sạch của
về mặt môi trường. Trong quá trình sử dụng, nguồn năng lượng này không sinh ra
khí nhà kính hay gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu.
Có 2 cách chính sử dụng năng lượng mặt trời:
- Sử dụng dưới dạng nhiệt năng: lò hấp thụ mặt trời, nhà kính
- Sử dụng thông qua sự chuyển hoá thành điện năng: hệ thống pin quang điện
(hay pin mặt trời).
6
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012

Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn
( thường gọi là hiệu ứng quang điện trong - quang dẫn) để tạo ra dòng điện một
chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin quang điện thông dụng nhất hiện nay là loại sử
dụng Silic tinh thể. Ngày này, các nhà khoa học đã phát minh ra loại pin quang điện
bằng chất dẻo, pin quang điện bằng vật liệu nanô và dùng chất nhuộm có hiệu suất
chuyển đổi điện năng hiệu quả hơn nhiều so với các loại pin hiện nay.
Nhật Bản, Hoa Kỳ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc
sử dụng nguồn năng lượng mặt trời rất sớm, từ những năm 50 của thế kỷ trước.
Ứng dụng năng lượng mặt trời có thể thấy ở mọi nơi, từ những chiếc máy tính bỏ
túi, hệ thống chiếu sáng hay trên đội tàu bảo vệ bờ biển. Các tấm pin mặt trời còn
được lắp đặt trên các mái nhà và các trung tâm thương mại. Chi phí pin mặt trời
đang giảm xuống, còn hiệu suất thì tăng cao. Hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời làm
từ silic đã tăng từ 4% năm 1982 lên hơn 20% nhờ các công nghệ mới nhất. Loại pin
này không gây ô nhiễn trong quá trình sản xuất điện. Pin mặt trời không phù hợp
trong sản xuất điện mang tính công nghiệp bởi sẽ phải cần diện tích rất lớn. Các
lĩnh vực thực tiễn sử dụng pin mặt trời đang ngày càng tăng.
c. Năng lượng từ đại dương
Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích
biển lớn. Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện. Nguồn điện
sản xuất ra có thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải
đăng, phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v…
Sự chuyển động của sóng, các dòng nước, thuỷ triều và sự khác biệt về nhiệt
độ sẽ trở thành một dạng năng lượng sạch mới và đáng chú ý. Rất nhiều thử
nghiệm nguồn năng lượng này đang được tiến hành ở Pháp, Anh, Xcốtlen và Hoa
Kỳ. Trước đây, vấn đề thường gặp phải là sự ăn mòn kim loại trong nước biển, các
7
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học

dạng đời sống ký sinh ở biển như hàu…và ảnh hưởng của bão, nhưng ngày nay các
vấn đề này đã được khắc phục bằng cách sử dụng các loại vật liệu khác.
d. Thuỷ điện
Đây là một nguồn năng lượng sạch, nhưng lại bị hạn chế về đặc điểm địa lý.
Thuỷ điện được tạo ra nhờ biến đổi thế năng của dòng nước thông qua các tuabin
làm chạy máy phát điện.
Thuỷ điện là một nguồn điện tái tạo quan trọng. Tất cả các đập nước lớn
được xây dựng trước đây đều gây ra các vấn đề đối với các dạng đời sống thuỷ
sinh. Tuy nhiên đã có nhiều cải thiện về xây dựng đập mà không gây ảnh hưởng
đến đời sống thuỷ sinh. Vấn đề thu hút sự chú ý là giảm bớt tác động và khai thác
nguồn nước từ các con sông để làm thuỷ điện nếu không muốn gây ra các vấn đề về
sinh thái.
e. Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt được tạo ra từ việc sử dụng nhiệt từ các nguồn dưới
lòng đất. Tính đến cuối năm 2005, công suất điện địa nhiệt là 8.932 MW ở 24 nước
và tạo ra 57 tỷ MWh/năm. Tại Nhật Bản hiện nay có tới 17 nhà máy điện địa nhiệt,
lớn nhất là nhà máy địa nhiệt Hatchobaru ở Oita Kyushu, công suất 110.000 kW đủ
cung cấp cho 3.700 hộ gia đình.
Một nghiên cứu mới đây của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Hoa
Kỳ cho rằng nếu nước này tăng cường khai thác địa nhiệt thì có thể sản xuất nguồn
điện đáp ứng 10% nhu cầu điện vào năm 2050. Từ những năm 1970, công nghệ hệ
thống địa nhiệt cấp tiến (EGS) đã được thử nghiệm tại một số nơi tại Hoa Kỳ và
hiện nay đang được phát triển tại Pháp và Ôxtrâylia.
f. Năng lượng sinh khối
8
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Đây là nguồn năng lượng cổ xưa nhất được con người sử dụng trong đun nấu
và được sản xuất từ rất nhiều nguồn sinh học. Lợi thế to lớn của sinh khối so với

các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió và mặt trời là có thể dự trữ
và sử dụng khi cần.
Nguồn năng lượng tái sinh đang được sử dụng nhiều nhất là thủy năng. Song,
nguồn năng lượng sinh khối cũng là một trong những nguồn được con người khai
thác và sử dụng hiệu quả. Sinh khối được xem là nguồn năng lượng lớn thứ tư, ước
tính chiếm khoảng 14-15% tổng lượng năng lượng tiêu thụ trên thế giới. Ở các
nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình
đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng. Vì vậy, trong chiến lược sử
dụng các nguồn năng lượng cách hiệu quả thì năng lượng sinh khối luôn được xem
là ưu tiên hàng đầu và mang tính quyết định trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng
của thế giới trong tương lai .
Hiện nay, theo thuật ngữ về nhiên liệu, thì sinh khối (biomass) được xem là
nhiên liệu ở dạng rắn, nhiên liệu sinh học (biofuel) là những nhiên liệu dưới dạng
lỏng thu nhận từ sinh khối và cuối cùng khí sinh học (biogas) là sản phẩm của quá
trình phân giải yếm khí các chất hữu cơ .
Hai dạng nhiên liệu sinh học phổ biến nhất đó là biodiesel và bio-ethanol, là
hai dạng nhiên liệu tương ứng có thể thay thế được cho diesel và gasoline mà
không cần cải tiến nhiều hoặc không cần cải tiến động cơ các phương tiện giao
thông cũng như máy móc sản xuất. Chúng được sản xuất chủ yếu từ sinh khối hay
các nguồn năng lượng tái sinh khác và góp phần giảm thiểu khí thải từ việc đốt
cháy nhiên liệu so với nhiên liệu hóa thạch tính trên cùng một đơn vị hiệu suất [80].
9
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Hình 1. : Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lượng
I.1.3. Bioethanol
Bioethanol (ethyl alcohol, CH
3
-CH

2
-OH, EtOH) là một loại nhiên liệu sinh
học được sản xuất từ nhiều dạng nguyên liệu sinh khối khác nhau, được nghiên
cứu và sử dụng phổ biến trên các loại động cơ đốt trong với mục đích thay thế
nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng khí thải gây ô nhiễm – nhiên liệu thân thiện
với môi trường. Đặc tính nhiên liệu của bioethanol:
 Chỉ số octane, độ bén lửa và nhiệt hóa hơi cao hơn xăng
 Độ nén cao, thời gian cháy ngắn… làm tốc độ đốt của động cơ được
đẩy nhanh.
 Giàu oxy (35% ôxy), không chứa lưu huỳnh
 Có nhiệt trị thấp hơn xăng (sản sinh 66% năng lượng so với xăng)
 Được sử dụng ở dạng tinh khiết hoặc thường phối trộn với xăng làm
nhiên liệu cho động cơ đốt trong
10
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Bảng 1.1 : Thông số lý hóa của xăng và bioethanol
I.2. Tầm quan trọng của bioethanol và khả năng thay thế cho nguồn nhiên
liệu hiện nay
Gần đây, con người đang quan tâm đến hai vấn đề quan trọng, đó là môi trường
và sự khủng hoảng năng lượng. Đối với môi trường, sự nóng dần lên của trái đất
chính là tâm điểm. Mọi người đều biết rằng sử dụng nhiên liệu hóa thạch chính là
nguyên nhân gây ra sự nóng dần lên của toàn cầu, vì vậy nguồn năng lượng sạch và
có khả năng tái sinh sản xuất từ sinh khối nhằm thay thế cho nhiên liệu hóa thạch là
rất cấp thiết để giảm thải CO
2
. Ngoài ra, sự khủng hoảng năng lượng khiến cho giá
dầu thô trên thế giới ngày càng tăng, ảnh hưởng đến tình hình năng lượng sử dụng
trong gia đình cũng như trong khu vực [6].

Giảm bớt sự hình thành CO
2
trong khí quyển, nhiệm vụ hàng đầu của việc làm
giảm hiệu ứng nhà kính, có thể thực hiện bởi ba phương pháp sau [6]:
- Giảm bớt sử dụng nhiên liệu hóa thạch
- Loại bỏ CO
2
trong khí quyển
11
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
- Thu hồi và cô lập hoặc tận dụng CO
2
từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch trước
khi nó được thải ra môi trường.
Vì vậy sản xuất nhiên liệu sinh học có thể đem lại những cơ hội mới góp
phần gia tăng sự đa dạng về các nguồn thu nhập cũng như các nguồn cung cấp
năng lượng, cụ thể là đẩy mạnh việc làm ở các vùng nông thôn, phát triển sự
thay thế dài hạn đối với nguồn nhiên liệu hóa thạch, và giảm bớt lượng khí thải
nhà kính, đẩy mạnh việc loại bỏ Carbon từ các nhiên liệu vận tải và nâng cao sự
an toàn trong việc cung cấp nhiên liệu.
Những lợi ích khi sử dụng NLSH
 Tham gia cân đối nhiên liệu, giảm lượng xăng dầu nhập ngoại bằng
nguồn nhiên liệu có sẵn trong nước, cải thiện cán cân thương mại
 Sử dụng NLSH sẽ giảm thiểu ô nhiễm và khí nhà kính. Hiện nay, hàng
năm toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và khí nhà
kính. Nhiệt độ trái đất tăng 0,2 – 0,4
o
C. Sử dụng NLSH so với xăng

dầu khoáng giảm được khoảng 70% khí CO
2
và 30% khí độc hại.
 Sử dụng NLSH sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp.
Cung cấp lượng thực thực phẩm và cung cấp nguồn nguyên liệu sản
xuất năng lượng sạch cho xã hội
I.3. Các nguồn nguyên liệu phục vụ cho sản xuất ethanol
1.1.1. Nhiên liệu sinh học thế hệ 1
1.1.2. Nhiên liệu sinh học thế hệ 2
1.1.3. Nhiên liệu sinh học thế hệ 3
1.1.4. Nhiên liệu sinh học thế hệ 4
12
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Hình 1.5: Các thế hệ nguyên liệu sản xuất bioethanol
Trong đó sản xuất bioethanol từ tảo là một xu thế mới với những điểm nổi
bật và khắc phục được những nhược điểm của các thế hệ bioethanol trước đó:
- Tránh khủng hoảng lương thực và mất cẩn bằng lương thực ở nhiên liệu
sinh học thế hệ 1.
- Với nguyên liệu của nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2, lignocellulose thường
chứa lignin là một chất khó phân hủy gây cản trở quá trình sản xuất
ethanol. Nhưng hầu hết các loại tảo hay rong biển – nguồn nguyên liệu
chính của nhiên liệu sinh học thế hệ 3 không chứa lignin.
- Không tốn đất canh tác: việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo không đòi
hỏi đất canh tác. Nó chỉ cần ánh nắng mặt trời, nước biển, khí thải gây hiệu
ứng nhà kính CO2 và một chút phân bón là đủ. Do các loài tảo tiêu thụ một
lượng lớn khí CO2 và sau này cũng chỉ thải ra một khối lượng tương tự,
13
HVTH: Phạm Khánh Dung

Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
nên nó không tạo thêm khí thải gây hiệu ứng nhà kính trong chu trình sản
xuất và đốt cháy nhiên liệu.
- Năng suất cao: sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo cho năng suất rất cao:
một hécta đất sa mạc đầy ánh nắng có thể cung cấp một lượng nhiên liệu
sinh học cao gấp 40 lần số nhiên liệu sinh học mà một hécta đất canh tác
màu mỡ trồng ngô mang lại.
- Hàm lượng carbohydrate cao (> 50%).
 Là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất ethanol.
Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế nguồn nhiên liệu hiện
nay giống như một mũi tên bắn trúng hai đích: vừa tạo ra năng lượng vừa làm sạch
môi trường. Mỗi cá thể tảo là một nhà máy sinh học nhỏ xíu sử dụng quá trình
quang hợp để chuyển hóa CO2 và ánh nắng thành năng lượng. Hoạt động chuyển
đổi của chúng hiệu quả đến nỗi trọng lượng của chúng có thể tăng gấp nhiều lần
trong một ngày.
14
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
II.CHỦNG, KỸ THUẬT NUÔI, KỸ THUẬT THU HỒI
II.1. Chọn chủng
Sinh khối tảo gồm 3 thành phần chính carbonhydrate, protein và lipid. Trong
đó thành phần carbohydrate là thành phần được sử dụng để sản xuất ethanol ( lipid
được sử dụng để sản xuất biodiesel). Vì vậy các chủng tảo có hàm lượng
carbohydate cao là nguồn nguyên liệu đầy hứa hẹn cho sản xuất ethanol:
Botryococcus braunii, Sargassum, Glacilaria, Prymesim parvum, Euglena gracilis,
Spirogyra, …
• Tảo (Algae): là nguồn thực vật đầy hứa hẹn để sản xuất bioethanol. Tảo là
thực vật có khả năng lục hoá, lấy năng lượng mặt trời biến CO

2
thành đường.
Tảo mọc trong nước ngọt hay nước mặn, từ trong vủng nước nhỏ, ao hồ hay
biển. Tuỳ theo loại, tảo giàu protein (như Spirulina maxima chứa 60-70%;
Chlorella vulgaris chứa 51-58% protein trọng lượng chất khô), chất bột
(carbohydrates) (như Botryococcus braunii chứa 86%, Spirogyra sp. chứa
33-64%; Porphyridium cruentum chứa 40-57% trọng lượng chất khô), và
lipids (như Scenedesmus dimorphus, chứa 16-40%; Prymnesium parvum
chứa 22-40%).
15
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Bảng 2.1: Thành phần các chất chính tròng một số loại nguyên liệu và loài tảo
Tảo có thể canh tác trong thùng (tank), trong ao, hồ, biển. Quan trọng là phải
đầy đủ ánh sáng (mặt trời hay đèn), đầy đủ CO
2
hoà tan trong nước (bằng cách bơm
không khí vào nước như nuôi cá, hay bơm khí CO
2
), chất dinh dưởng như phân bón
hoá học, chất hữu cơ như nước thải từ cống rảnh. Nếu canh tác tảo ngoài biển, cần
16
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
phải bón thêm phân chứa sắt (iron). Loại tảo xanh Chlorophyceae (green algae) cho
nhiều carbohydrates hơn lipids, tăng trưởng mạnh ở 30°C, cần nhiều ánh sáng và
nước có độ dẫn điện 55 mmho/cm.
Vi tảo (Microalgae): Là những vi sinh vật nhỏ bé không thể nhìn thấy hoặc

khó nhìn thấy bằng mắt thường. Muốn quan sát chúng phải sử dụng tới kính hiển
vi. Trong số khoảng 50 000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm đến khoảng 2/3.
Phân loại: Năm 1969 R.H. Whitake đưa ra hệ thống phân loại 5 giới, trong
đó toàn bộ tảo được xếp trong giới nguyên sinh. Sau khi đề xuất việc phân chia
sinh giới thành 3 lĩnh giới (domain) Carl R. Woese đề xuất hệ thống phân loại 6
giới ( Vi khuẩn, Cổ khuẩn, Nguyên sinh, Nấm, Thực vật, Động vật) thì toàn bộ tảo
vẫn được xếp trong giới nguyên sinh.
Gần đây , theo P.H. Raven và G.B. Johnson (2002) còn có hệ thống phân loại
chia lĩnh giới sinh vật nhân thật (Eukarya hay Eukaryotic Kingdoms) ra thành 6
giới, gồm có:
-Giới Archezoa: gồm các nguyên sinh chưa có ty thể, bao gồm Pelomyxa, Giardia.
-Giới Protozoa (động vật nguyên sinh): bao gồm 14 ngành nguyên sinh- trong đó
có Hypermastigotes, Euglenoides, Slime molds (Nấm nhầy), Choanoflagellates,
Dinoglagellates, Ciliates, Apicomplexans, Rhizopods, Heliozoans, Foraminiferans,
và Radiolarians.
-Giới Chromista: gồm 10 ngành nguyên sinh, trong đó có tảo nâu (Phaeophyta) và
Tảo silic (Diatoms )
-Giới Fungi (Nấm): Bao gồm nấm và 1 ngành nguyên sinh sống hoại sinh là ngành
Chytridiomycota.
-Giới Plantae (Thực vật): bao gồm thực vật và 5 ngành nguyên sinh (nhiều Tảo lục
như Volvox, Ulva, Spirogyra và Tảo đỏ (Rhodophyta).
-Giới Animalia (Động vật).
17
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
Hiện nay một số nghiên cứu từ tảo để sản xuất ethanol tập trung vào các loại
tảo sau: Spirogyra, Cladophora, Cyanobacterium ( tảo xanh)…
- Spirogyra tảo lục dạng sợi, chiều dài 10-100µm đến cm. thành tế bào 2 lớp.
- Loại tảo xanh Chlorophyceae (green algae) cho nhiều carbohydrates hơn

lipids, tăng trưởng mạnh ở 30°C, cần nhiều ánh sáng.
II.2. Kỹ thuật nuôi
Nhìn chung có 2 phương pháp chính trong nuôi tảo:
- Hệ thống kín: tảo được nuôi trong các ống hoặc các đường ống. Trong các
hệ thống kín, các điều kiện về dinh dưỡng, CO
2
, và ánh sáng được điều
khiển. Dinh dưỡng được bổ sung trong dịch nuôi, thường là nước thải hữu
cơ sinh hoạt. CO
2
được cung cấp đủ bằng cách hòa tan trong nước hoặc
bơm hay sục khí vào các bể nuôi. Tảo được phát triển trong điều kiện lý
tưởng cho năng suất thu hoặc cao.
- Hệ thống hở: tảo được nuôi tại các ao hồ tự nhiên, ngoài biển hay các ao hồ
nhân tạo. Trong các hệ thống hở, ánh sáng là tự nhiên. CO
2
cung cấp qua
hệ thống sục khí. Nếu canh tác ngoài biển cần bón thêm phân chứa sắt,
nuôi trong các bể bổ sung các chất dinh dưỡng như phân bón hóa học, chất
hưu cơ như nước thải từ cống rãnh.
Yếu tố quan trọng là phải đủ ánh sáng, cả trong hệ thống kín hay hệ thống
hở.
Tảo giống thường nuôi trong phòng thí nghiệm, về sau có thể chuyển qua
các hệ thống nuôi.
18
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
II.3. Các thiết bị nuôi
II.3.1.Hệ thống kín

II.3.1.1. Các ống:
II.3.1.2. Các
đường ống:
19
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
II.3.2.Hệ thống hở
II.3.2.1. Các ao hồ tự nhiên
II.3.2.2. Hồ nhân tạo
20
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
II.3.2.3. Biển:
II.4. Thu hồi tảo từ canh trường
Vi tảo vô cùng nhỏ nên cần có các kỹ thuất đặc biệt để thu sinh khối tảo trước
khi được vào quá trình sản xuất ethanol. Hiện nay các kỹ thuật thu hồi vi tảo còn
đang được nghiên cứu và có 1 số phương pháp đang được sử dụng hiện nay:
- Dịch tảo từ canh trường -> lọc -> ép đùn -> phơi khô (1).
- Dịch tảo từ canh trường -> qua thiết bị có hệ thống lọc và sấy trên băng tải
(2).
21
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
QT (1):
QT (2) :
22
HVTH: Phạm Khánh Dung

Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
23
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
III.QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ TẢO
Sơ đồ quá trình sản xuất ethanol từ tảo
Tảo thu hoạch -> loại nước -> sấy khô -> loại dầu -> tách các hợp
chất sinh học ( nếu cần) -> Phân hủy sơ bộ ( phá vỡ thành tế bào) ->
thủy phân -> lên men -> chưng cất -> ethanol.
24
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012
Tiểu luận nhiên liệu sinh học
IV. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
IV.1.Trên thế giới
Hiện đã biết có 65.000 giống và còn vô vàn giống tảo khác chưa được biết
đến. Trong một năm, một mẫu Anh (400m2) tảo có thể cho 100.000 gallon (1
gallon xấp xỉ 3,8 lít) dầu tảo. Trong khi cùng diện tích, thời gian nuôi trồng này chỉ
có thể thu được 30 gallon dầu từ bắp và 50 gallon dầu từ đậu nành.
Từ 1978, Bộ Năng lượng Mỹ đã nghiên cứu vấn đề này nhưng vào thời đó
giá dầu mỡ còn thấp, quy trình nuôi trồng còn nhiều bất tiện nên đến năm 1996,
Phòng nghiên cứu thí nghiệm năng lượng NREL (thuộc Bộ Năng lượng Mỹ) kết
luận là năng lượng tạo ra từ tảo không thể cạnh tranh với năng lượng từ dầu mỏ.
Tuy nhiên, có nhiều nhà nghiên cứu khoa học vẫn đeo đuổi mục đích biến tảo thành
năng lượng, mà điển hình là Glen Kertz, Chủ tịch kiêm Tổng giám đốc điều hành
Công ty Valcent Product.
Theo nghiên cứu của ông, việc nuôi tảo trên mặt ao hồ sẽ tốn diện tích, gây
bẩn mặt thoáng, bị các loại sinh vật khác cạnh tranh, nên không phát triển được.

Thay vì cách nuôi trồng ấy, Glen Kertz đã nuôi tảo trong các túi plastic xếp thành
giàn thẳng đứng. Cách nuôi này đã khắc phục được tất cả các nhược điểm trên,
thêm vào đó do tảo hấp thu được nhiều năng lượng mặt trời hơn, nên phát triển tốt
hơn, cho năng suất dầu cao hơn. Như ta biết tảo rất cần khí carbonic để quang hợp,
Glen Kertz tìm giống tảo thích hợp, đem nuôi gần những nơi thải ra nhiều khí này
(như các nhà máy nhiệt điện) thì tảo phát triển tốt hơn nữa và nhờ tảo mà môi
trường sẽ trong lành hơn. Mỹ là nước sử dụng năng lượng nhiều nhất thế giới, và
hầu hết đều nhờ nguồn cung bên ngoài nhiều bất ổn. Mỹ tìm nhiều cách, kể cả
chiến tranh, để khơi nguồn dầu chảy về nước này nhưng không thành công. Trong
những phát biểu gần đây, Tổng thống Mỹ Bush kêu gọi dân chúng “cai nghiện” dầu
mỏ. Ông đặt vấn đề nghiên cứu tìm nguyên liệu thay thế để bớt lệ thuộc nước
25
HVTH: Phạm Khánh Dung
Lớp : Cao học CNSH 2011B 2012