Nghiên cứu sàng lọc các loài vi tảo biển quang tự dưỡng có hàm lượng lipid cao, thành phần acid béo phù hợp sử dụng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
-----------***----------

NGUYỄN THỊ MINH THANH

NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC LOÀI VI TẢO
BIỂN QUANG TỰ DƯỠNG CÓ HÀM LƯỢNG
LIPID CAO, THÀNH PHẦN ACID BÉO PHÙ HỢP
SỬ DỤNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
DIESEL SINH HỌC
Chuyên ngành: Hoá sinh Thực nghiệm
Mã số: 60. 42. 30

LUẬN VĂN THẠC SỸ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Đặng Diễm Hồng

Hà Nội, tháng 12 năm 2010
1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




1

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NLSH

Nhiên liệu sinh học

NTTS

Nuôi trồng thủy sản

MĐTB

Mật độ tế bào

VTB

Vi tảo biển

OD

Optical Density (Mật độ quang học)

Cs.

Cộng sự

FAME

Fatty acid methyl ester

GC

Gas chromatography

FFA

Free Fatty Acid

ASTM

American Standard Test Method

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TLK

Trọng lượng khô

DHA

Docosahexaenoic Acid

DPA

Docosapentaenoic Acid

EPA

Eicosapentaenoic Acid

Mha

Million ha (triệu hecta)

TFA

Total fatty acid (acid béo tổng số)

vănTrung
Thạctâm
sỹ Học
nămliệu
2010
2SốLuận
hóa bởi
– Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang

Bảng 1. Năng suất dầu của một số nguồn nguyên liệu dùng cho sản xuất biodiesel ............. 17
Bảng 2. Hàm lượng dầu ở một số loài vi tảo............................................................ 20
Bảng 3. Địa điểm phân lập 7 loài vi tảo biển được sử dụng cho sàng lọc ................. 43
Bảng 4. Tác dụng kết tủa sinh khối tảo bằng hóa chất ở các nồng độ khác nhau ...... 67
Bảng 5. Thành phần hóa học có chứa trong sinh khối của 7 loài VTB nghiên cứu ... 71
Bảng 6. Lipid tổng số và thành phần acid béo có trong sinh khối của 7 loài vi tảo

biển nghiên cứu ........................................................................................ 74
Bảng 7. Một số đặc điểm của sản phẩm biodiesel .................................................... 81
Bảng 8. Thành phần FAME của sản phẩm biodiesel................................................ 82

Luận văn Thạc sĩ năm 2010
3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



6

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 1. Cây cải dầu (canola) ................................................................................... 11
Hình 2. Phản ứng chuyển vị ester tạo methyl-ester (biodiesel) ................................ 15
Hình 3. Tảo lớn (a) và vi tảo (b) .............................................................................. 18
Hình 4. Cấu trúc phân tử triglycerol ........................................................................ 19
Hình 5. Hệ thống bể hở (A) và Photobioreactor (B) ................................................ 27
Hình 6. Sản phẩm biodiesel của Công ty Minh Tú .................................................. 34
Hình 7. Cây Jatropha curcas .................................................................................. 35
Hình 8. Tháp chưng cất cồn tinh khiết từ cồn công nghiệp tại Trung tâm Nghiên
cứu công nghệ lọc hóa dầu Đại học Bách khoa TP.HCM ............................ 36
Hình 9. Một số điểm bán xăng E5: A-tại Hà Nội và B-tại Thành phố Hồ Chí Minh .36
Hình 10. Sơ đồ quy trình chuyển hóa tạo biodiesel từ sinh khối tảo ........................ 51
Hình 11. Sinh trưởng của tảo N. oculata trong các thể tích bình khác nhau ......................54
Hình 12. Sinh trưởng của tảo Tetraselmis sp. trong các thể tích bình khác nhau ...... 55
Hình 13. Sinh trưởng của tảo Chlorella sp. trong các thể tích bình khác nhau ......... 56

Hình 14. Sinh trưởng của tảo I. galbana trong các thể tích bình khác nhau ............. 57
Hình 15. Sinh trưởng của tảo C.muelleri trong các thể tích bình khác nhau ............. 58
Hình 16. Sinh trưởng của tảo C. salina trong các thể tích bình khác nhau ............... 59
Hình 17. Sinh trưởng của tảo D. tertiolecta trong các thể tích bình khác nhau ........ 60
Hình 18 . 7 loài vi tảo biển nghiên cứu .................................................................... 61
Hình 19. Đồ thị tương quan giữa mật độ tế bào và OD của 7 loài vi tảo biển .......... 64

Luận văn Thạc sĩ năm 2010
4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



7

Hình 20. Hệ thống nuôi trồng các loài vi tảo biển quang tự dưỡng ở các quy mô
bình từ 250 mL đến bình 10 lít ................................................................. 65
Hình 21. Kết tủa sinh khối tảo bằng phương pháp hóa học...................................... 68
Hình 22. Nhân nuôi sinh khối Chlorella sp. ở quy mô pilot .................................... 76
Hình 23. A-Thu sinh khối Chlorella sp. bằng phương pháp kết tủa ở quy mô 10 lít
B- Sinh khối Chlorella sp. sau khi đã loại muối ...................................... 77
Hình 24. Các bước thu hồi sản phẩm biodiesel ........................................................ 79
Hình 25. Sắc ký đồ thành phần FAME của sản phẩm biodiesel ............................... 83

Luận văn Thạc sĩ năm 2010
5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh

2

MỤC LỤC
Trang
CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 5
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... 6

MỞ ĐẦU ................................................................................................. 8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................. 10
1.1. Khái quát chung về nhiên liệu sinh học, hiện trạng và xu thế phát triển ..... 10
1.2. Diesel sinh học - Bản chất hóa học và cơ chế phản ứng ................................ 13
1.3. Diesel sinh học từ tảo - NLSH thế hệ thứ ba.................................................. 16
1.3.1. Khái quát về các loại nguyên liệu truyền thống dùng để sản xuất biodiesel ... 16
1.3.2. Vai trò và tiềm năng của vi tảo trong lĩnh vực NLSH ..................................... 18
1.3.3. Sản xuất biodiesel từ sinh khối vi tảo ............................................................ 23
1.4. Sản xuất sinh khối vi tảo làm nguyên liệu cho NLSH ................................... 25
1.5. Tình hình sản xuất và sử dụng NLSH trên thế giới ...................................... 28

1.5.1.Tình hình sản xuất và sử dụng NLSH nói chung .................................... 28
1.5.2. Tình hình sản xuất và sử dụng NLSH từ tảo............................................... 30
1.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng NLSH ở Việt Nam................................. 32
1.6.1. Tiềm năng sản xuất NLSH ở Việt Nam .......................................................... 32
1.6.2. Những nghiên cứu và thử nghiệm về NLSH ở Việt Nam ................................. 34
1.6.3. Chính sách phát triển NLSH ở Việt Nam ........................................................ 38
1.6.4. Tình hình nghiên cứu, nuôi trồng và ứng dụng vi tảo biển ở Việt Nam ........... 39

Luận văn Thạc sĩ năm 2010

6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



3

CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....... 43
2.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ............................................. 43
2.1.1. Các chủng vi tảo biển đƣợc sử dụng cho quá trình nghiên cứu sàng lọc .. 43
2.1.2. Môi trƣờng nuôi cấy .................................................................................... 43
2.1.3. Hóa chất và thiết bị ...................................................................................... 44

2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................ 45
2.2.1. Phƣơng pháp nuôi trồng vi tảo biển quang tự dƣỡng ................................ 45
2.2.2. Phƣơng pháp xác định sinh trƣởng của tảo................................................ 46
2.2.2.1. Phương pháp xác định mật độ tế bào bằng buồng đếm Burker – Turk ........ 46
2.2.2.2. Phương pháp đo mật độ quang học (OD).................................................... 46
2.2.3. Phƣơng pháp thu hoạch sinh khối tảo bằng hóa chất tạo kết tủa ............. 47
2.2.4. Phƣơng pháp phân tích thành phần hóa học của sinh khối tảo................. 48
2.2.5. Phƣơng pháp phân tích lipid tổng số và thành phần acid béo ................... 48
2.2.5.1. Phân tích lipid tổng số ................................................................................ 48
2.2.5.2. Phân tích thành phần acid béo .................................................................... 49
2.2.6. Phƣơng pháp chuyển hóa tạo biodiesel từ sinh khối tảo ............................ 49
2.2.6.1. Chuẩn bị nguyên liệu .................................................................................. 49
2.2.6.2. Tạo biodiesel bằng phương pháp chuyển hóa trực tiếp (in situ
transesterification) ................................................................................................ 50
2.2.7. Xác định hiệu suất của quá trình chuyển hóa và thành phần FAME
của sản phẩm biodiesel .......................................................................................... 51

2.2.8. Phƣơng pháp xác định chỉ số iod ................................................................ 52
2.2.9. Phƣơng pháp xác định trọng lƣợng riêng bằng tỷ trọng kế....................... 53

Luận văn Thạc sĩ năm 2010
7Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



4

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................ 54
3.1. Nghiên cứu sinh trƣởng của vi tảo biển quang tự dƣỡng ............................. 54
3.2. Xác định mối tƣơng quan giữa MĐTB và OD .............................................. 62
3.3. Kết tủa sinh khối tảo bằng phƣơng pháp hóa học ........................................ 66
3.4. Thành phần hóa học của sinh khối vi tảo ...................................................... 69
3.5. Hàm lƣợng lipid tổng số và thành phần acid béo .......................................... 72
3.6. Nuôi thu sinh khối tảo làm nguyên liệu sản xuất biodiesel ........................... 76
3.7. Chuyển hóa sinh khối tảo thành biodiesel bằng phƣơng pháp trực tiếp...... 77
3.8. Đánh giá hiệu suất của quá trình chuyển hóa và chất lƣợng của sản phẩm
biodiesel.................................................................................................................. 79
3.8.1. Hiệu suất của quá trình chuyển hóa ............................................................... 79
3.8.2. Chất lượng của sản phẩm biodiesel ............................................................... 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 84
KẾT LUẬN ................................................................................................... 84
KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 85

CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 89
PHỤ LỤC ............................................................................................ 101

Luận văn Thạc sĩ năm 2010
8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



8

MỞ ĐẦU
Hầu hết mọi hoạt động của xã hội chúng ta ngày nay - trực tiếp hay gián tiếp
- đều dựa vào nguồn năng lượng dầu mỏ. Việc phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn năng
lượng này có thể dẫn đến sự khủng hoảng về năng lượng và kéo theo nó là các vấn
đề về kinh tế, chính trị, xã hội … khác, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm môi trường.
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 và
đang bắt tay vào tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế. Việc tìm kiếm đủ nguồn
năng lượng sạch cho tương lai là một trong những thách thức lớn nhất đối với xã
hội loài người và nó liên quan mật thiết tới sự ổn định của các quốc gia, sự phát
triển kinh tế và chất lượng cuộc sống của con người trên phạm vi toàn thế giới.
Để giải quyết vấn đề này, nhiều quốc gia đã khai thác các nguồn năng lượng
từ thủy điện, điện hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng mặt trời… Tuy nhiên, các
nguồn năng lượng này không thể đáp ứng đủ nhu cầu của thế giới. Một nguồn năng
lượng khác đang được đặc biệt quan tâm, đó là nhiên liệu sinh học (NLSH). Trong
số các loại NLSH thì diesel sinh học (biodiesel) được nghiên cứu nhiều hơn cả vì nó
được cho là nguồn nhiên liệu chính và duy nhất có thể thay thế hoàn toàn diesel có
nguồn gốc từ dầu mỏ. Trong số các nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất

NLSH nói chung và biodiesel nói riêng thì tảo được coi là đối tượng tiềm năng nhất
vì tảo có rất nhiều lợi thế mà các nguồn nguyên liệu khác không có được. Tảo nói
chung và vi tảo nói riêng đã được biết đến là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất
biodiesel vì chứa hàm lượng dầu cao và sức sản xuất sinh khối lớn. Việc sản xuất đủ
sinh khối tảo giàu lipid làm nguyên liệu cho sản xuất biodiesel là vấn đề mấu chốt
trong hướng nghiên cứu sử dụng tảo để sản xuất NLSH.
Tuy nhiên, không phải tất cả các loài tảo đều có thể nuôi trồng thu sinh khối
sản xuất biodiesel cho hiệu quả cao. Vì vậy, để góp phần sàng lọc các loài tảo của
Việt Nam có tiềm năng làm nguyên liệu cho sản xuất NLSH, chúng tôi đã tiến hành
thực hiện đề tài “Nghiên cứu sàng lọc các loài vi tảo biển quang tự dưỡng có hàm
Luận văn Thạc sĩ năm 2010
9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



9

lượng lipid cao, thành phần acid béo phù hợp sử dụng làm nguyên liệu sản xuất
diesel sinh học” với hy vọng những kết quả thu được sẽ là nền tảng, cơ sở để ứng
dụng nuôi trồng tảo ở quy mô lớn hơn phục vụ mục tiêu nuôi tảo thu sinh khối sản
xuất biodiesel.
Công việc được thực hiện tại phòng Công nghệ tảo, Viện Công nghệ sinh học,
Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam với các nội dung nghiên cứu như sau:
1. Nuôi trồng 7 loài vi tảo biển (VTB) quang tự dưỡng của Việt Nam ở quy
mô phòng thí nghiệm, so sánh sinh trưởng của các loài này để chọn ra một
số loài có khả năng sinh trưởng tốt nhất và có tiềm năng nuôi trồng trên qui
mô lớn;
2. Phân tích lipid tổng số và thành phần acid béo của sinh khối 7 loài VTB để

lựa chọn loài có tiềm năng nhất làm nguyên liệu sản xuất biodiesel;
3. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thu hoạch sinh khối VTB đơn giản,
hiệu quả và rẻ tiền so với các phương pháp truyền thống;
4. Nghiên cứu quy trình công nghệ chuyển hóa sinh khối VTB đã được lựa
chọn thành biodiesel và xác định một số đặc điểm của diesel sản xuất
được.

Luận văn Thạc sĩ năm 2010
10Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nguyễn Thị Minh Thanh



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....