Nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ

TIỂU LUẬN NHIÊN LIỆU SINH HỌC
GVHD : Ts. Trương Hương Lan
Viện đại học Mở Hà Nội
Khoa sau Đại học
“Nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ”
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TỔNG QUAN
QUY TRÌNH SẢN XUẤT
NỘI DUNG

TỔNG QUAN
Thực trạng hiện nay…
-
Dầu mỏ và khí đốt chiếm khoảng 60% -
80% nguồn năng lượng thế giới
-
Cạn kiệt trong vòng 40 – 50 năm nữa
- Ô nhiễm không khí gia tăng. Diễn biến
phức tạp của giá xăng, dầu thô. Bất ổn
chính trị giữa các nước xuất khẩu dầu mỏ,
…
Cần phát triển các nguồn năng lượng thay thế
như : năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng
lượng hạt nhân, năng lượng sinh học…
Nhiên liệu sinh học….
NLSH đang là xu thế phát triển tất yếu , nhất là ở các nước nông
nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu với những ưu điểm như :
Thân thiện với
môi trường .
Công nghệ
không quá phức

tạp.
Sử dụng nguồn
nguyên liệu tái
sinh.
NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ hợp chất có
nguồn gốc từ động thực vật. NLSH được chia làm ba
nhóm chính :
Diesel sinh học Xăng sinh học
Khí sinh học
-
Xăng sinh học là một loại
nhiên liệu lỏng , trong đó
có sử dụng ethanol như là
một loại phụ gia nguyên
liệu vào xăng thay phụ gia
chì.
- Ethanol được chế biến
thông qua quá trình lên men
các sản phẩm hữu cơ như
tinh bột, cellulose,
lignocellulosic ….
- Rơm là một trong các tàn dư thực vật
phong phú lignocellulosic trên thế giới.
Sản lượng hàng năm của nó là khoảng
731 triệu tấn được phân phối ở châu
Phi, châu Á, châu Âu và Mỹ
- Trong rơm có một số đặc điểm mà làm
cho nó có tiềm năng để trở thành
nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu
ethanol. Nó có cellulose cao và

hemicelluloses có thể được dễ dàng
thủy phân để lên men đường.

QUY TRÌNH SẢN X UẤT
ETHANOL TỪ RƠM RẠ
Chuẩn bị
Tiền xử lý
Thủy phân
Lên men
Chưng cất
Ethanol
Nấm men
Nhân giống
Nguyên
liệu
Sơ đồ tổng quát quy trình sản xuất ethanol nguyên liệu từ rơm rạ

Bước 1 : Chuẩn bị nguyên liệu
* Mục đích
Rửa sạch nguyên liệu đồng thời băm, nghiền nhỏ
nguyên liệu nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực
vật, tạo điều kiện thuận lợi để quá trình thủy phân
diễn ra tốt hơn, tăng hiệu suất quá trình.
Bước 2 : Tiền xử lý
Bước 3 : Quá trình đường hóa và lên men đồng thời
Đây là công đoạn chính của quá trình, mục đích của công
đoạn này là đường hoá cellulose thành glucose nhờ enzyme
và lên men glucose và các đường khác (sinh ra từ quá trình
tiền xử lí bằng acide loãng) thành ethanol nhờ vi sinh vật
-

Sau khi tiền thủy phân, nguyên
liệu được sát trùng để loại bỏ tạp
khuẩn rồi pha loãng
-
- Quá trình đường hóa diễn ra
trong nhiều thùng (thường là 5
thùng) có cánh khuấy với thời
gian lưu tổng cộng là 36h. Nhiệt
độ của thùng đường hóa được giữ
ổn định bằng cách sử dụng bơm
ly tâm và thiết bị trao đổi nhiệt
-
Sau khi đường hóa, cặn đường
chứa khoảng 12,6% đường bao
gồm 7% glucose và 4% xylose
với chất khác. Quá trình đường
hóa diễn ra cho đến khi tập trung
đủ điều kiện cho quá trình lên
men
Nhiệt độ
65°C
Phần rắn trong dịch đường 20%
Thời gian lưu
1.5 ngày
Lưu lượng dòng cellulas
12 FPU/g
cellulose
Điều kiện công nghệ của giai đoạn đường hóa
Phản ứng Độ
chuyển

hóa
(Glucan)n → n Glucose Oligomer
0.04
(Glucan)n + ½n H2O → ½n
Cellobiose
0.012
(Glucan)n + n H2O → n Glucose
0.90
Cellobiose + H2O → 2 Glucose 1.0
Các phản ứng xảy ra và độ chuyển hóa trong
quá trình đường hóa.
•
Quá trình nhân giống nấm
men
-
Chọn men có tên là Zymomonas
mobils
- Zymomonas mobils được phát
triển trong bình sản xuất men
giống. Ở đó, cặn đường, chất dinh
dưỡng cùng với men giống được
cho vào bình nhỏ và quá trình này
cứ tiếp tục diễn ra cho đến khi đạt
được số lượng men giống cần thiết
cho quá trình lên men. Cuối cùng
men giống, dinh dưỡng và cặn
đường được cho liên tục vào thùng
lên men.
- Hỗn hợp sau khi lên men gọi là giấm
chín

Zymomonas mobils
Nấm men Zymomonas mobilis
Nhiệt độ
41°C
Phần rắn 20%
Thời gian lưu
1.5 ngày
Hàm lượng men 10% tổng dịch đường đi lên men
Corn Steep Liquor (CSL)
0.25%
Diammonium Phosphate (DAP)
Level 0.33 g/L giấm chín
Điều kiện của quá trình
lên men.
-
Quá trình lên men được thực hiện trong 1 thùng lớn với thời
gian dự đoán để lên men đường thành ethanol khoảng 36h.
-
Men giống từ thùng sản xuất men giống (khoảng 10% tổng
dịch đường) được cho vào thùng lên men. Trong quá trình
này người ta cũng bổ sung 0,33g DAP/lít giấm chín để cung
cấp dinh dưỡng cho nấm men hoạt động.
Bước 4 : Chưng cất
Giấm chín thu được sau quá trình lên men có nồng độ
ethanol rất thấp (khoảng 5,7% ethanol). Vì vậy ta cần tinh chế
sản phẩm để nâng nồng độ ethanol lên 99,5%.
Chưng cất
Tách nước
Bốc hơi
Phân tách lỏng rắn


KẾT LUẬN
-
Mặc dù có một vài khó khăn trên con đường phát triển công nghệ nhưng
khả thi về mặt kinh tế do tính chất phức tạp của nó, lignin cao và hàm
lượng tro, một số kế hoạch đang đi vào phát triển phương pháp tiền xử lý
hiệu quả để loại bỏ các phần không mong muốn để có được đường sẵn có
-
Phương pháp tiếp cận trong cả quy trình công nghệ và chủng công nghệ
vẫn phải được thực hiện để vượt qua những khó khăn của việc phân hóa
xylose và glucose và nâng cao hiệu quả hệ thống.
-
Với sự ra đời của nấm men biến đổi gen, các enzym thủy phân tổng hợp,
công nghệ tinh vi khác và sự kết hợp có hiệu quả của chúng, quá trình sản
xuất ethanol sinh học từ rơm lúa sử dụng sẽ chứng minh là một công nghệ
khả thi trong tương lai rất gần.

Cảm ơn quý thầy cô và các bạn
đã lắng nghe !