Nghiên cứu khả năng chuyển đổi cenlulose từ phụ phẩm nông nghiệp thành etanol tt

Nghiên cứu khả năng chuyển đổi cenlulose từ
phụ phẩm nông nghiệp thành etanol


Nguyễn Quang Vinh



Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường;
Mã số: 60 85 02
Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải
Năm bảo vệ: 2013



Abstract. Tổng quan về thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lượng trong tương lai, phế
phẩm nông nghiệp và tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học, công nghệ sản xuât etanol
sinh học. Nghiên cứu quá trình thủy phân rơm đã qua tiền xử lý bằng enzyme cellulase,
tạo ra dịch đường. Nghiên cứu quá trình thủy phân và lên men đồng thời để chuyển hóa
cellulose trong nguồn rơm rạ ban đầu thành ethanol.




Keywords. Cenlulose; Phụ phẩm nông nghiệp; Chất thải tái chế; Etanol; Ô nhiễm môi
trường


Content:

Môc lôc
Trang
LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2. Mục tiêu của đề tài:
2
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài……
2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lƣợng trong tƣơng lai………….
3

1.1.1. Thực trạng các nguồn năng lượng
3
1.1.2. Thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lượng trên thế giới trong tương lai
4
1.1.3. Thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lượng của Việt Nam
7
1.2. Tổng quan về phế phẩm nông nghiệp và tiềm năng sản xuất nhiên
liệu sinh học

9
1.2.1. Phế phụ phẩm nông nghiệp và hiện trạng sử dụng
9
1.2.2. Nhiên liệu sinh học và tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học
11
1.2.3. Tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học từ phế phẩm nông nghiệp
15
1.3. Công nghệ sản xuât etanol sinh học
19
1.3.1. Giới thiệu về nguyên liệu Lignocellulose
19
1.3.2. Công nghệ sản xuất etanol từ nguyên liệu Lignocellulose
22
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
32
2.1.1. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu
32

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
33
2.2.1. Nghiên cứu tổng quan …………………
33
2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm.……………………
33
2.2.3. Phân tích trong phòng thí nghiệm
38
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả quá trình thủy phân
40
3.1.1. Thành phần dịch thủy phân
40
3.1.2. Ảnh hưởng của phần trăm bã rắn
41
3.1.3. Ảnh hưởng của lượng enzyme cho vào
43
3.1.4. Ảnh hưởng của pH
48
3.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
51
3.1.6. Hiệu suất thủy phân và nồng độ đường tạo thành theo thời gian
56
3.2. Quá trình thủy phân và lên men đồng thời
58
3.2.1. Thành phần dịch thủy phân và lên men đồng thời
58
3.2.2. Ảnh hưởng của lượng emzyme cho vào
59

3.2.3. Ảnh hưởng của mật độ nấm men ban đầu
62
3.3.4. Hiệu suất toàn quá trình theo thời gian
65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN
68
2. ĐỀ NGHỊ
68
PHỤ LỤC
70

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Môi Trường
Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sỹ Khoa học
74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Thị Ngọc Bích (2003), Kỹ thuật cellulose và giấy, Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Nguyễn Thế Bảo, Bùi Tuyên (2001), Điều tra quy hoạch các dạng năng lượng
mới trên địa bàn Tp Hồ Chí Minh, Sở Khoa học và Công Nghệ Tp Hồ Chí
Minh.
3. Bộ Công Thương (2006). Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn
2006-2015, Hà Nội.
4. Trần Hưng (2013), Hiện trạng và giải pháp cho phát triển năng lượng tái tạo
Việt Nam, Trung tâm tiết kiệm năng lượng và sản xuất sạch hơn Hải Phòng.
5. Nguyễn Đức Lượng (2001), Công nghệ sinh học, Nhà xuất bản Đại học Quốc
Gia Thành phố Hồ Chí Minh.
6. Nguyễn Đức Lượng (2001), Công nghệ enzyme, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

Thành phố Hồ Chí Minh.
7. Hoàng Minh Nam (2009): Nghiên cứu công nghệ và thiết bị liên tục xử lý rơm
rạ bằng hơi nước để lên men etanol. ĐH Bách Khoa- Đại học Quốc gia Thành
phố Hồ Chí Minh.
8. Niên giám thống kê 2004 (2005), NXB Thống Kê Hà Nội.
9. Nguyễn Văn Tặng (2012): Tổng quan về sản xuất etanol sinh học từ rơm rạ.
Khoa CN Thực phẩm – ĐH Nha Trang.
10. Trịnh Hoài Thanh (2007), Nghiên cứu quá trình xử lý rơm rạ để chế biến cồn
nhiên liệu, Luận văn Thạc sĩ, Bộ môn Máy Thiết bị - Khoa Công nghệ Hóa học.
Đại học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM.
11. Vũ Nguyên Thành (2010), Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất
cồn nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp. Đề tài nghiên cứu cấp nhà nước.
Viện Công nghiệp Thực phẩm.
12. Cao Đình Khánh Thảo (2007), Nghiên cứu thử nghiệm khả năng xử lý rơm rạ để
lên men ethanol, Luận văn Đại học, Bộ môn Công Nghệ Sinh Học – Khoa Công
Nghệ Hóa Học.
13. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hoá học gỗ và cellulose, Nhà xuất bản Khoa học và
Kỹ thuật Hà Nội, trang 30-81.
14. Trung tâm Thông tin KH&CN Quôc gia (2013), Tổng luận “Năng lượng thế giới
đến năm 2013”.
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Môi Trường
Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sỹ Khoa học
75
Tiếng Anh
15. Hetti Palonen (2004), Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of
lignocellulose, VTT Biotechnology, pp 11-39.
16. Charles E.Wyman (1996), Handbook on Bioethanol: Product and Utilization,
Taylor & Francis, pp 119-285
17. Scott PT. Rood JI (1989). Electroporation- medical transformation of
lysostaphin-treated Clostridium perfringens. Gene. 82: pp 327-333

18. Keikhosro Karimi, Giti Emtiazi, Mohammad J. Taharzadeh (2006), Ethanol
production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous
saccharification and fermentation with Mucor indicus, Rhizopus oryzae,
Saccharomyces cerevisiae, Science Direct, Enzyme and microbial Technology
40, pp 138-144
19. M.Roehr (2001), The Biotechnology of ethanol classical and future application,
Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH.
20. Ilona Sárvári Horváth, Carl Johan Franzén, Mohammad J. Taherzadeh, Claes
Niklasson, Gunna Lidén (2004), Effect of Fufural on the Respiratory
Metabolism of Saccharomyces Cerevisiae in Glucose-Limited Chemostats,
American Scociety for Microbiology vol.69, pp.4076-4086.
21. Lonnie O. Ingram, Joy B.Doran (1995), Conversion of cellulosic materials to
ethanol, FEMS Microbiology Reviews.
22. Carlo N Hamelinck, Greertje van Hooijdonk, André PC Faaij (2005), Ethanol
from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle-
and long-term, Science Direct, Biomass and bioenergy 28, pp.384-410 .
23. M. Clark Dale và Mark Moelhman (2001), Enzymatic Simultaneous
saccharification and fermentation of biomass to ethanol in a pilot 130 liter
multistage continuous reaction separator.
24. Haagensen F., Ahring B.K.(2005), Enzymatic hydrolysis and glucose
fermentation of wet oxidized sugarcane bagasse and rice straw for bioethanol
production, Environment Microbiology & Biotechnology Research Group,
Technical University of Denmark.
25. Seungdo Kim, Bruce E. Dale (2004), Global potential bioethanol production
from wasted crops, Science Direct, Biomass and Bioenergy 26, pp.361-375.
26. Jeibing li, Gunnar Henriksson, Goran Gellerstedt (2007), Lignin
depolymerization/ repolymerization and its critical role for deligninfication of
aspen wood by steam exposion, Science Direct, Bioresource Technology 98, pp.
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Môi Trường
Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sỹ Khoa học

76
3061-3068 .
27. Muhammad Ibrahim Rajoka (2008), The enzymatic hydrolysis and fermentation
of pretreated wheat straw and bagasse to ethanol, ATDF Journal Volume 2.
28. Ghasem Najafpour, Habibollah Younesi, Ku Syahidah Ku Ismail (2004),
Ethanol fermentation in an immobilized cell reactor, Science Direct,
Bioresource Technology 92, pp.251-260.
29. Luiz Pereira Ramous (2003), The chemistry involved in the steam treatment of
lignocellulosic materials, Quin. Nova.
30. Karin Ohgren, Oskar Bengtsson, Marie F.Gorwa-Grauslund (2008),
Simultaneous saccharification and co-fermentation of glucose and xylose in
steam-pretreated corn stover at high fiber content with Saccharomyces
cerevisiae TMB3400, Science Direct.
Jesper Norgard (2009), Ethanol production from biomass – optimization of
simultaneous saccharification and fermentation with respect to stirring and
heating, Department of Chemical engineering, Lund Institute of Technology