SẢN XUẤT BIODIESEL từ tảo CHLORELLA VULGARIS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO CÁC BẠN
GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn A
SVTH: Trần Quỳnh Bê
MSSV: 19001020

TP. HCM, Tháng ….


Báo cáo Seminar

MỤC LỤC

Trang 2


Báo cáo Seminar

DANH MỤC HÌNH

Trang 3


Báo cáo Seminar

DANH MỤC BẢNG

Trang 4


Báo cáo Seminar

CHƯƠNG 1:

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển vượt bậc không ngừng của khoa học kỹ thu ật, không
những các nước tiên tiến mà các nước đang phát triển và chậm phát tri ển cũng
rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm không khí và sự cạn ki ệt ngu ồn nhiên li ệu
truyền thống. Nguồn nhiên liệu dầu mỏ đang cạn kiệt dần. Bên cạnh đó, đ ốt
nhiên liệu dầu mỏ sinh ra khí CO 2 gây nên vấn đề môi trường. Do vậy, dùng
nhiên liệu sinh học để thay thế nhiên liệu dầu mỏ là vấn đề cấp thi ết. Đây là
vấn đề đòi hỏi nhân loại ra sức tìm hiểu nghiên cứu để đưa ra gi ải pháp t ốt
nhất.
Những nghiên cứu về nhiên liệu thay thế trên th ế gi ới bắt đ ầu t ừ
những năm cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX. Ngày nay, một s ố dạng năng lượng
và nhiên liệu thay thế đã được sử dụng thực tế tại một số nước trên th ế gi ới.
Việc tìm kiếm các loại nhiên liệu, năng lượng sạch không những gi ải quy ết
được vần đề ô nhiễm không khí mà còn có th ể ch ủ đ ộng đ ược các ngu ồn
nhiên liệu, hạn chế sự phụ thuộc vào các biến động trên thế giới.
Những năm gần đây, các loài tảo đã thu hút sự chú ý ngày càng cao c ủa
các nhà khoa học, công nghệ và thương mại do những ưu thế của c ơ th ể này so
với thực vật bậc cao như: sự phát tri ển đơn giản, vòng đời ngắn, năng su ất cao,
hệ số sử dụng năng lượng ánh sang cao, thành phần sinh hóa dễ được đi ều
khiển tùy điều kiện nuôi cấy và nhờ kỹ thuật di truyền, nuôi tr ồng đơn gi ản,
thích hợp với quy mô sản xuất công nghiệp. Ứng dụng tốt trong vi ệc nghiên cứu

sản xuất biodiesel. Biodiesel đã được nghiên cứu và sử dụng như là một lo ại
nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel truyền th ống. Do đó ti ềm năng v ề vi ệc
sản xuất biodiesel nhằm thay thế cho nhiên li ệu truy ền th ống trong tương lai là
rất lớn nhằm tạo ra nguồn năng lượng sạch đối với môi trường.
Biodiesel từ tảo trên thế giới đã được nghiên cứu trong những năm gần
đây. Tảo Chlorella sp là một trong những giống được quan tâm. Ở Vi ệt Nam
nguồn nguyên liệu tảo khá đa dạng và phong phú. Đây là nguôn nguyên li ệu d ồi
dào để sản xuất biodiesel.

Trang 5


Báo cáo Seminar

CHƯƠNG 2:
I.

TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

Tổng quan về biodiesel
I.1.

Biodiesel
Biodiesel còn được gọi là diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính

chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từu dầu mỏ mà từu
dầu thực vật hay mỡ động vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là
một loại năng lượng sạch. Mặt khác chugs không độc và dễ phân gi ải trong t ự
nhiên.

Hình 2.1: Mẫu biodiesel
Bản chất của biodiesel là sản phẩm ester hóa giữa methanol ho ặc
ethanol và acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật.
Theo tiêu chuẩn ASTM thì biodiesel được định nghĩa là các mono alkyl
ester của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có th ể tái t ạo l ại nh ư: d ầu
thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho đông cơ diesel.
Biodiesel có thể sử dụng trực tiếp hoặc phối trộn với nhiên liệu diesel
truyền thống. Người ta ký hiệu B100 với nhiện liệu chứa 100% biodiesel, n ếu
phối trộn 20% thể tích biodiesel với 80% diesel truyền thống thì nhiên li ệu này
được ký hiệu là B20. Tương tự ta cũng có các loại nhiên liệu B5, B10…
I.2.

Các tính chất của biodiesel
Biodiesel là một chất lỏng, có màu vàng hay nâu tối còn phụ thu ộc vào

nguyên liệu để chế biến. Methyl ester điển hình có đi ểm bốc cháy kho ảng 150 0C

Trang 6


Báo cáo Seminar

(3000F), tỷ trọng thấp hơn nước (d= 0,88g/cm3), có độ nhớt tương tự diesel từ
dầu mỏ.
I.3.
-

Một số ưu điểm, nhược điểm của nhiên liệu biodiesel
Ưu điểm:
Phụ gia tăng khả năng bôi trơn: chỉ cần phối trộn 0,4-5% biodiesel v ới

nhiên liệu diesel sẽ làm tăng khả năng bôi trơn của nhiên li ệu. Đ ể tăng kh ả
ngăng này của nhiên liệu diesel người ta cho thêm lưu huỳnh. Tuy nhiên khi
nhiên khi nhiên liệu chứa lưu huỳnh bị đ ốt sẽ tạo SO 2, một thành phần của mưa
acid, gây ô nhễm môi trường. Nhiên liệu biodiesel có ưu đi ểm là có hàm l ượng
lưu huỳnh rất thấp (khoảng 0,001%). Vì vậy khi cháy nó sẽ h ạn ch ế được nhược
điểm tạo ra khí SO2 của nhiên liệu truyền thống.
Trị số cetan cao: trị số cetan là một trong những yêu cầu rất quan tr ọng
cho nhiên liệu động cơ diesel. Nó đặc trưng cho khả năng bắt cháy c ủa nhiên
liệu cũng như tính ổn định của động cơ. Nhiên li ệu động cơ thông th ường có tr ị
số cetan từ 50 đến 54, trong khi đó nhiên liệu biodiesel có tr ị s ố cetsn t ừ 56 đ ến
58. Sở dĩ biodiesel có trị số cetan cao là do biodiesel có các alkyl ester m ạch
thẳng có khả năng tự bắt cháy cao. Đó là ưu điểm lớn nhất của nhiên li ệu
biodiesel, khẳng định vai trò thay thế của nhiên liệu này cho nhiên li ệu truy ền
thống đối với động cơ diesel.
Khả năng phân hủy sinh học: biodiesel có khả năng phân hủy sinh h ọc
và không độc hại, so với nhiên liệu diesel dầu khoáng thì biodiesel có kh ả năng
phân hủy sinh học gấp 4 lần. Do tính thân thi ện v ới môi tr ường nh ư v ậy mà
biodiesel rát hợp làm nhiên liệu cho các máy móc ở các khu vực nh ạy c ảm nh ư
khu vực đông dân cư, hay khu vực sông hồ,…
An toàn trong vận chuyển và tồn trữ: trong điều ki ện thường biodiesel
không có khả năng tự bắt cháy hay nổ do có nhi ệt độ ch ớp cháy cao kho ảng
1300C, trong khi nhiên liệu biosel có nhiệt độ chớp cháy chỉ tên 50 0C. Vì lý do này
mà việc tồn trữ và vận chuyển biodiesel an toàn hơn nhiều.
Giảm đáng kể lượng khí thải gây hại với con người và gây ô nhiễm môi
trường: so với nhiên liệu diesel truyền thống thì biodiesel có lượng khí th ải th ấp
Trang 7


Báo cáo Seminar

hơn nhiều. Biodiesel không thải khí SO 2, CO2 và giảm đến 20% khí CO và có
nhiều oxy tự do.
Dễ dàng sản xuất: nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel là nguồn dàu
thực vật và mỡ động vật là những nguồn nguyên liệu có khả năng tái sinh và
không làm ảnh hưởng đến nguồn năng lượng tự nhiên. Vì vậy ngu ồn gnuyeen
liệu để sản xuất biodiesel có thể được cung cấp chủ động và dẽ dàng.
-

Nhược điểm:
Bên cạnh rất nhiều ưu điểm kể trên của biodiesel thì nhiên liệu này

cũng có một số nhược điểm sau:
Giá thành cao: biodiesel thu được từ dầu thực vật tinh khi ết có giá
thành đắt hơn so với nhiên liệu thông thường. Tuy nhiên nhược đi ểm này cos
thể khắc phục được bằng cách đi từ những nguồn nguyên liệu rẻ ti ền hơn như
dầu sơ chế hoặc dầu thu hồi. Đồng thời quá trình sản xuất biodiesel có s ản
phẩm phụ là glycerin, hóa chất có nhiều ứng dụng trong công nghi ệp nh ư s ản
xuất mực viết, kem đánh răng, thuốc lá và các loại mu ối dùng đ ể ch ế bi ến phân
bón, nên có thể bù lại giá thành của quá trình sản xuất biodiesel.
Thải nhiều khí NOx: khi sử dụng biodiesel với những động cơ đã quá cũ
thì lượng khí thải NOx sẽ tăng lê. Tuy nhiên cũng có thể giảm lượng khí th ải này
bằng cách là giảm nhiệt độ đốt cháy và lắp hộp xúc tác ở ống xả của động cơ.
Làm hỏng các bộ phận bằng cao su của động cơ: nhiên liệu biodiesel có
xu hướng làm hỏng các bộ phận cao su bên trong động cơ vì có rượu trong nhiên
liệu làm hỏng cao su. Nếu một động cơ sử dụng 100% nhiên li ệu biodiesel tong
vòng 160.000km thì các phần trong động cơ sẽ phải thay thế. Đẻ hạn ch ế nh ược
điểm nàycác nhà sản xuất động cơ đã thay thế các bộ ph ận này b ằng v ật li ệu
tổng hợp, ví dụ fluroelatomer. Ngoài ra những vật liệu tổng h ợp bền v ới nhiên
liệu oxy hóa, methanol và ethanol đều phù hợp khi sử dụng với biodiesel.

Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất
nhưng nói chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm. Đi ều này ảnh
hưởng rất lớn đến việc sử dụng biodiesel ở những vùng có thời tiết lạnh.

Trang 8


Báo cáo Seminar

Ngoài ra, biodiesel rất háo nước nên cần những biện pháp bảo quản
đặc biệt để tránh tiếp xúc với nước. Biodiesel không bền và rất dễ bị oxy hóa
nên gây nhiều khó khan trong việc bảo quản.
II.

Tổng quan về tảo Chlorella
II.1. Giới thiệu về tảo Chlorella
Tảo lục (Chlorella) là một loại rong đặc biệt, có tên khoa học

Pyrenoidosa, thuộc họ Oocystaceae, thường sống ở vùng nước ngọt và có hàm
lượng Chlorophyll cao nhất (28.9g/kg) so với bất kỳ thực vật quang h ợp khác
được biết trên trái đất.
Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll - a và b
trong lục lạp. Thông qua quang hợp nó phát tri ển nhanh chóng ch ỉ c ần l ượng khí
carbon dioxide, nước, ánh sáng mặt trời, và một lượng nhỏ các khoáng chất để
tái sản xuất.
Thành phần hóa học: Chlorella rất giàu protein, vitamin và các khoáng
chất. Các protein của loài rong này có chứa tất cả các amino acid c ần thi ết cho
nhu cầu dinh dưỡng của người và động vật. Rất nhiều vitamin có trong thành
của Chlorella pyrenoidosa như: Vitamin C, tiền vitamin A (β - caroten), riboflavin
(B2), pyridoxine (B6), niacin (vitamin PP), axit panthothenic (vitamin B3), axit

folic (vitamin B9), vitamin B12, biotin (vitamin H), choline, vitamin K, axit lipoic
và inositol. Các nguyên tố khoáng ở Chlorella pyrenoidosa gồm có: Photpho, canxi,
Kẽm, iod, Magie, sắt và đồng.
II.2. Hình thái và các đặc điểm sinh học của ngành tảo lục
Tảo lục đơn bào có chứa Chlorophyll a và b, Xanthophyll, hình thái r ất
đa dạng: có loại đơn bào, có loại thành nhóm, có loại dạng s ợi, có lo ại d ạng
màng, có loại dạng ống…phần lớn có màu lục như cỏ. Sắc lạp có th ể có hình
phiến, hình lưới, hình trụ, hình sao… Thường có 2 – 6 Thylakoid xếp ch ồng lên
nhau. Phần lớn có 1 hay nhiều Pyrenoid nằm trong sắc lạp. Nhi ệm v ụ chủ y ếu
của Pyrenoid là tổng hợp tinh bột. Trên sắc lạp của tảo l ục đơn bào hay tế bào
sinh sản di động của tảo lục có sợi lông roi (tiêm mao) dài b ằng nhau và tr ơn
nhẵn. Có loại trên bề mặt lông roi có 1 hay vài tầng vẫy nh ỏ. Lông roi của t ế bào
Trang 9


Báo cáo Seminar

di động ở tảo lục thường có 2 sợi, một số ít có 4 sợi, 8 sợi hay nhiều hơn. Cũng có
khi chỉ có 1 sợi lông roi. Phần lớn tế bào tảo l ục có 1 nhân, m ột s ố ít có nhi ều
nhân. Thành tế bào của tảo lục chủ yếu chứa Cellulose.
Với những tế bào bình thường, một tế bào Chlorella sẽ phân chia thành
4 tế bào con trong thời gian chưa đầy 24 giờ, kích thước tảo từ 2 đến 10 µm. tu ổi
thọ của một vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sang mặt
trời, nhiệt độ và nguồn dinh dưỡng.

Hình 2.2: Đặc điểm cấu tạo của tảo Chlorella
Trong đó:
-

Nucleus: Nhân

-

Nuclear envelope: Màng nhân

-

Starch: Tinh bột

-

Cell walls: Vách tế bào

-

Chloroplast: Thể sắc tố

-

Mitochondria: Ty thể

Tảo lục có 3 phương thức sinh sản :
-

Sinh sản sinh dưỡng: Phân cắt tế bào,phân cắt từng đoạn tảo .

-

Sinh sản vô tính: Hình thành các loại bào tử vô tính như bào t ử tĩnh,
bào tử động, bào tử tự than,bào tử màng dày.

-

Sinh sản hữu tính: Đẳng giao, dị giao và noãn giao.

Trang 10


Báo cáo Seminar

II.3. Thành phần hoá học của tảo Chlorella
Thành phần hoá học của tế bào Chlorella tuỳ thuộc vào tốc độ sử dụng
môi trường dinh dưỡng trong quá trình phát tri ển. Tảo có thể phát tri ển t ốt
trong môi trường nước có hàm lượng Nitrate và Photphat cao. Thành ph ần hoá
học của các loài tảo lục phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của Nitơ trong môi
trường.Khi lượng Nitơ trong môi trường thấp thì hàm lượng Protein của
Chlorella giảm xuống rõ rệt trong khi lượng Carbonhydrat và Lipid lại tăng lên.
Bảng 2.1: Thành phần hóa học chứa trong tảo Chlorella
Thành phần

Hàm lượng

Protein tổng số

40 – 60 %

Gluxit

25 – 35 %

Lipid

10 – 15 %

Sterol

0.1– 0.2 %

Sterin

0.1– 0.5 %

β-Caroten

0.16 %

Xanthophyll

3.6 – 6.6 %

Chlorophyll a

2.2 %

Chlorophyll b

0.58 %

Tro

10 – 34 %

Vitamin B1

18.0 mg/gr

C

0.3 – 0.6 mg/gr

K

6 mg/gr

B6

2.3 mg/100gr

B2

3.5 mg/100gr

B12

7 – 9 mg/100gr

Niacin

25 mg/100gr

Acid Nicotinic
145 mg/100gr
Bảng 2.2: Thành phần hóa học có trong một số loại tảo (Becker, 1994).
Một số loại tảo
Scenedesmus

Protein
50-56

Carbohydrates
10-17

Lipids
12-14

Nucleic acid
3-6
Trang 11


Báo cáo Seminar

obliquus
Scenedesmus
quadricauda
Scenedesmus
dimorphus
Chlamydomonas

47

-

1,9

8-18

21-52

16-40

reinhardtii
Chlorella vulgaris
Chlorella

48

17

21

51-58

12-17

14-22

4-5

pyrenoidosa

Spirogyra sp.
Dunaliella

57

26

2

-

6-20

33-64

11-21

-

bioculata
Dunaliella salina
Euglena gracilis
Prymnesium

49

4

8

57
39-61

32
14-18

6
14-20

28-45

25-33

22-38

52

15

3

28-39

40-57

9-14

46-63

8-14

4-9

2-5

60-71
63

13-16
15

6-7
11

3-4.5
5

parvum
Tetraselmis
maculata
Porphyridium
cruentum
Spirulina
platensis
Spirulina maxima
Synechoccus sp.
Anabaena

1-2

43-56
25-30
4-7
cylindrica
II.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo
II.4.1. Các yếu tố hóa học
-

pH:
Một thông số quan trọng của môi trường là pH vì pH xác định đ ộ hòa

tan của CO2 và muối khoáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất ở tảo. Thông
số này lại phụ thuộc vào thành phần khả năng đệm của môi trường, nhi ệt đ ộ
cũng như hoạt tính trao đổi chất của tế bào tảo.

Trang 12


Báo cáo Seminar

Hầu hết các giống tảo được nuôi trong môi trường đều có giá trị pH
nhất định. Thông thường khoảng pH cho phép là 7 - 9 và theo nhi ều tài li ệu pH
tối ưu là 8,2 - 8,7. Bên cạnh đó khi thay đổi pH đột ngột có thể làm cho tảo nhanh
chóng bị tàn lụi. Trong trường hợp nuôi tảo với mật độ cao thì vi ệc bổ sung CO 2
sẽ giúp điều chỉnh pH thích hợp trong quá trình tảo phát tri ển, đ ộ pH có th ể đ ạt
đến giá trị tới hạn là 9. Nhiều trường hợp việc nuôi tr ồng tảo thất bại có th ể do
pH không thích hợp. Điều này có thể khắc phục bằng cách s ục khí môi tr ường
nuôi.
-

Các chất dinh dưỡng/môi trường nuôi:
Các môi trường dinh dưỡng dùng cho nuôi trồng tảo phải dựa theo nhu

cầu dinh dưỡng của từng loài tảo. Việc xác định chính xác n ồng đ ộ c ủa từng y ếu
tố dinh dưỡng cho một loài nào đó là vô cùng khó khăn. Vì môi tr ường dinh
dưỡng tối ưu phụ thuộc rất nhiều vào mật độ quần thể, ánh sáng và pH môi
trường. Các chất dinh dưỡng đa lượng bao gồm: nitrat, phosphat…Các nguyên t ố
vi lượng được coi là không thể thay thế đối với sinh trưởng và phát tri ển của t ảo
là Fe, Mn, Cu, Zn và Cl. Những vi l ượng khác có vai trò quan tr ọng đ ối v ới m ột s ố
nhóm tảo là Co, B, Si,…
II.4.2. Các yếu tố vật lí
-

Nhiệt độ
Mỗi loài tảo thích hợp với nhiệt độ tối ưu và biên độ nhiệt khác nhau

tùy theo loài. Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng. Chính vì vậy, vi ệc ch ọn các chủng
loại tảo chịu nhiệt có ý nghĩa lớn đến năng suất tảo. Mặt khác, nhi ệt đ ộ th ấp
cũng ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng của tảo.
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nuôi tảo trong khoảng từ 18 – 25 0C mặc
dù chúng có thể thay đổi tùy theo thành phần môi trường nuôi, loài nuôi và dòng
nuôi. Nhìn chung các loài tảo nuôi thường chịu đựơc nhi ệt độ trong khoảng 16 –
270C. Nhiệt độ thấp hơn 160C sẽ làm chậm sự tăng trưởng, trong khi đó nhiệt độ
tăng cao hơn 350C sẽ gây thiệt hại cho một số loài.
Trong điều kiện tự nhiên nên nuôi cấy Chlorella vào mùa có nhiệt độ ít
thay đổi (khoảng từ tháng 4 - 10, thời gian này nhi ệt độ trung bình 25 – 30 0C) và
Trang 13


Báo cáo Seminar

chú ý đến nhiệt độ dao động hằng ngày, tạo mọi điều kiện thuận l ợi đ ể nhi ệt độ
không chênh lệch quá nhiều giữa các buổi trong ngày. Nếu cần thi ết ta có th ể
làm mát môi trường nuôi bằng cách cho dòng nước lạnh chảy trên bề mặt của
bình nuôi hoặc kiểm soát nhiệt độ không khí bằng các thiết bị đi ều hòa nhi ệt độ.
-

Khuấy sục môi trường nuôi:
Trong quá trình nuôi tảo việc khuấy sục có tác dụng: giúp ngăn ng ừa

hiện tượng phân tầng nhiệt độ trong dịch nuôi, giúp tế bào t ảo ti ếp xúc đ ều v ới
ánh sáng, ngăn ngừa tảo lắng xuống bể, cải thiện trao đổi khí giữa môi tr ường
nuôi và không khí, quan trọng hơn là cung cấp CO 2 cho quá trình quang hợp.
Trong trường hợp nuôi với mật độ cao, CO 2 từ không khí (chỉ chứa 0,03 % CO 2) sẽ
làm hạn chế sinh trưởng của tảo. Vì vậy việc bổ sung CO 2 tinh khiết với tỉ lệ 1 %
thể tích không khí. Việc bổ sung CO2 có tác dụng giúp ổn định pH do cân bằng
giữa CO2 và H2CO3. Tùy thuộc vào quy mô của hệ thống nuôi mà ta có thể sục
khuấy hằng ngày bằng tay (ống nghiệm, các bình tam giác), s ục khí (các túi, các
bể) hoặc các guồng hay bơm chạy bằng điện. Tuy nhiên không phải tất c ả các
loài tảo đều có thể chịu đựng được với chế độ sục khuấy mạnh.
Như vậy, kỹ thuật khuấy sục là vấn đề rất cần được quan tâm nh ằm
mục tiêu tăng năng suất tảo mà không làm ảnh hưởng tới tr ạng thái t ế bào. V ề
mặt kinh tế, chọn giải pháp khuấy sục sao cho chi phí th ấp nh ất là yêu c ầu đ ầu
tiên.
-

Ánh sáng:
Việc cung cấp ánh sáng cho nuôi tảo là vấn đề thi ết y ếu và c ần thi ết

không thể thiếu. Bởi vì giống như tất cả các loài thực vật, h ệ s ố sử dụng năng

lượng ánh sáng ở tảo cao hơn ở thực vật bậc cao, đi ều này có nghĩa là chúng h ấp
thụ cacbon vô cơ để chuyển hóa thành cacbon hữu cơ. Nhiều loại vi tảo có quang
hợp bão hòa ở khoảng 33% tổng lượng cường độ chiếu sáng. Vì v ậy, trong đi ều
kiện ánh sáng có cường độ cao và thời gian chi ếu sáng dài, người ta th ấy xu ất
hiện hiện tượng quang ức chế có thể làm tảo chết hoặc làm gi ảm đáng k ể năng
suất nuôi trồng.

Trang 14


Báo cáo Seminar

Cường độ ánh sáng đóng vai trò quan trọng nhưng yêu cầu về cường độ
ánh sáng thay đổi rất lớn theo độ sâu của môi trường nuôi và mật độ tảo nuôi.
Khi nuôi ở độ sâu lớn và mật độ cao thì cường độ ánh sáng thay đổi từ 1000 10000 lux, tối ưu 2500 - 5000 lux tùy vào thể tích. Có thể là ánh sáng t ự nhiên
hoặc ánh sáng của đèn huỳnh quang, chu kỳ chi ếu sáng tối thi ểu là 18 h/ngày, t ối
đa là 24 h/ngày tùy vào thể tích. Tuy nhiên không ph ải t ất c ả các phiêu sinh v ật
đều chịu được ánh sáng liên tục nhưng phần lớn các gi ống tảo làm th ức ăn đ ều
chịu được ánh sáng liên tục. Điều này không có nghĩa là cứ cung cấp thêm năng
lượng ánh sáng cho một dịch nuôi là sinh khối sẽ tăng.
II.4.3. Các yếu tố sinh học
-

Các nguồn gây nhiễm và xử lí nước:
Lây nhiễm vi khuẩn, nguyên sinh động vật hoặc của các loài tảo khác là

vấn đề khó khắc phục đối với việc nuôi cấy tảo thuần chủng cũng như nuôi c ấy
vô trùng. Các nguồn gây nhiễm phổ biến nhất gồm có môi trường nuôi (nước và
các chất dinh dưỡng), không khí, bình nuôi và tình trạng giống nuôi cấy ban đầu.
Tảo bị nhiễm tạp sẽ ức chế về nhiều mặt trong quá trình phát tri ển

dẫn đến sinh khối đạt được không cao và chất lượng tảo giảm đi rất nhi ều,
thậm chí không thể sử dụng được. Sự cạnh tranh về dinh dưỡng, ánh sáng, CO 2
và ảnh hưởng của một số chất độc gây ức chế từ các tác nhân gây nhiễm đối v ới
tảo nuôi là những tác hại chính của sự tạp nhiễm
-

Việc chuẩn bị các bình nuôi có dung tích nhỏ là khâu quyết định trong
việc tăng môi trường nuôi cấy tảo:
+ Rửa bằng xà phòng
+ Tráng rửa bằng nước nóng
+ Làm sạch với 30% acid muriatic
+ Tráng sạch lại bằng nước nóng
+ Sấy khô trước khi sử dụng
Theo cách khác, các ống, bình và bình lớn bằng th ủy tinh có th ể đ ược

khử trùng bằng nồi hấp, có thể sử dụng các bình nuôi dùng một l ần r ồi v ứt b ỏ
như túi polyetylen.
Trang 15


Báo cáo Seminar

III. Tổng quan về dầu tảo
Nguồn nguyên liệu từ dầu thực vật đều có hạn chế về di ện tích đất
trồng và ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. Để không cạnh tranh v ới
nguồn nguyên liệu dầu thực phẩm, biodiesel nên được sản xuất từ những
nguyên liệu giá rẻ như là các nguồn dầu phi thực phẩm, sử dụng dầu rán, m ỡ
động vật, dầu cặn và dầu nhờn.
Vi tảo hiện nay có thể được xem là giải pháp cho v ấn đề này, góp ph ần
giảm bớt những đòi hỏi bức thiết về mặt bằng nhờ hiệu suất năng l ượng cao

hơn trên mỗi đơn vị diện tích đất cũng như không cạnh tranh với đất tr ồng nông
nghiệp.
Thực tế vi tảo có hiệu suất dầu cao nhất trong s ố các cây tr ồng l ấy d ầu
đa dạng khác.
Bảng 2.3: Hàm lượng dầu và năng suất dầu của vi tảo và m ột s ố lo ại
cây khác
Hàm lượng dầu
Nguồn

(% khối lượng sinh

Năng suất lipid

(ldầu/ha.năm)
khối)
Bắp
44
172
Gai dầu
33
363
Đậu nành
18
636
Jatropha
28
741
Canola
41
974

Hướng dương
40
1070
Hải ly
48
1307
Cọ dầu
36
5366
Vi tảo (lượng dầu thấp)
30
58700
Vi tảo (lượng dầu trung bình)
50
97800
Vi tảo (lượng dầu cao)
70
136900
Các vi sinh vật được kỳ vọng nhiều nhờ có chu kỳ sinh tr ưởng ngắn,
hàm lượng lipid cao và dễ dàng được cải tạo giống bởi các ph ương ti ện sinh h ọc.
Các loài vi tảo được xem là đối tượng tiềm năng để sản xuất nhiên li ệu b ởi r ất
nhiều ưu điểm như là hiệu suất quang hợp cao, sinh khối l ớn và mức đ ộ tăng
trưởng cao hơn khi so sánh với các loài cây trồng sản xuất năng lượng khác.
Trang 16


Báo cáo Seminar

Trong tự nhiên có rất nhiều loài vi tảo có lượng dầu cao như:
Nannochloropsis sp. có từ 31 - 68%, Chlorella sp. có từ 28 - 32% nên rất thích hợp

để sản xuất năng lượng sinh học.
Thành phần dầu trong tế bào vi tảo cũng khác nhau tùy theo chủng loại.
Thành phần dầu trong vi tảo gồm có các acid béo bão hòa và ch ưa bão hòa, ch ứa
12 - 20 nguyên tử carbon, và một số thuộc họ ω3 và ω6.

Trang 17


Báo cáo Seminar

Bảng 2.4: Thành phần các loại acid béo trong dầu tảo
Công thức

Khối lượng

% Khối

phân tử

phân tử

lượng

Acid Myristic (C14:0)

C14H28O2

228

0.7

Acid Palmitic (C16:0)

C16H32O2

256

46.08

Acid Palmitoleic (C16:1)

C16H30O2

254

2.62

Acid Stearic (C18:0)

C18H36O2

284

0.79

Acid Oleic (C18:1)

C18H34O2

282

11.33

Acid Linoleic (C18:2)

C18H32O2

280

30.81

Acid Linolenic (C18:3)

C18H30O2

278

4.33

Acid Arachidic (C20:0)

C20H40O2

312

3.35

Tên acid

Trang 18

Báo cáo Seminar

CHƯƠNG 3:
I.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Nguồn tảo giống Chlorella
Tảo giống gốc Chlorella sp & Chlorella vulgaris được cung cấp từ:
- Trung tâm Quốc gia giống hải sản Nam bộ.
- Khoa Thủy sản Trường Đại học Cần Thơ.
- Khoa Thủy sản Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM.
- Viện Công nghệ sinh học Việt Nam.
- Các giống tảo này được tuyển chọn và cải thiện nhiều l ần tại Bộ

môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM.
II.

Quy trình chung sản xuất biodiesel
Trích ly: bột tảo khô được trích ly bằng phương pháp Soxhlet dung môi

hexan.
Tách dầu: dùng cô đặc chân không để tách dầu và thu hồi hexan.
Tách tạp chất: Sử dụng acid khoáng và rửa bằng phương pháp Folch.
Phản ứng biodiesel: dùng methanol với lượng dư, xúc tác KOH tại nhiệt
độ 50-600C trong 2-4 giờ.
Lắng: hỗn hợp sau phản ứng được lắng 12 giờ để tách lớp trên và dưới
Biodiesel thô được rửa nước và sấy để có biodiesel.

Trang 19


Báo cáo Seminar

CHƯƠNG 4:
I.

QUY TRÌNH SẢN XUẤT

Sơ đồ quy trình

Hình 4.1: Quy trình công nghệ sản xuất biodiesel

Trang 20


Báo cáo Seminar

Thuyết minh quy trình

II.

II.1. Nuôi tảo

Hình 4.2: Quy trình công nghệ nuôi tảo
Mục đích: Tăng sinh khối tảo (Sinh khối tảo trong môi trường là tổng
lượng tảo tươi hay khô có trong một đơn vị thể tích nước đó)


Các phương pháp nuôi tảo:
Tảo có thể được sản xuất bằng cách áp dụng một loạt các phương pháp

khác nhau, từ các phương pháp được áp dụng trong phòng thí nghi ệm đ ến các
phương pháp ít đoán trước trong các bể nuôi ngoài trời.
Thuật ngữ dùng để mô tả các điều kiện nuôi gồm có:
-

Hệ thống nuôi tảo trong nhà hoặc ngoài trời.
Nuôi trong nhà cho phép kiểm soát cường độ chi ếu sáng, nhi ệt đ ộ, hàm

lượng chất dinh dưỡng, tạp nhiễm các sinh vật ăn mồi s ống và các tảo c ạnh
tranh. Ngược lại, các hệ thống nuôi ngoài trời làm cho việc nuôi trồng duy trì
một loài tảo thuần trong thời
Hình 4.3: Thiết bị nuôi sản xuất
-

Hệ thống nuôi tảo hở

gian dài là rất khó khăn.
sinh khối tảo trong ống xoắn ở Úc.
hoặc kín.

Trang 21


Báo cáo Seminar

Hệ thống nuôi hở như nuôi ở các ao, hồ, bể nuôi không có mái che

sẽ dễ bị nhiễm tạp bẩn hơn so với các dụng cụ nuôi kín như nuôi trong ống
nghiệm, bình tam giác, túi nhựa …
-

Nuôi sạch (vô trùng) hoặc không vô trùng.
Nuôi vô trùng là nuôi không có bất kỳ sinh v ật ngoại lai nào và đòi h ỏi

khử trùng rất cẩn thận tất cả các dụng cụ thủy tinh, môi trường và các bình nuôi
để tránh nhiễm tạp. Tuy nhiên, phương pháp này còn hạn chế đối v ới quy mô
công nghiệp do yêu cầu cao về điều kiện vô trùng, đòi hỏi sự đầu tư cao v ề trang
thiết bị, quy trình kĩ thuật hiện đại khép kín.
-

Nuôi từng mẻ, nuôi liên tục và bán liên tục.
Dưới đây là ba kiểu nuôi thực vật phù du cơ bản, trong đó có tảo:
a. Nuôi từng mẻ
Nuôi từng mẻ gồm có việc cấy đơn các tế bào trong một thùng chứa

môi trường, tiếp theo là một thời kì phát triển vài ngày và ti ến hành thu ho ạch
khi quần thể đạt tối đa hoặc gần tối đa. Trong thực hành, tảo đ ược chuy ển sang
các thùng nuôi có dung tích lớn hơn trước khi đạt tới pha ổn đ ịnh và sau đó kh ối
lượng nuôi lớn được tăng lên với mật độ tối đa và thu hoạch. Có th ể áp d ụng các
giai đoạn liên tiếp sau đây: các ống nghiệm, các bình tam giác 2 lít, các bình l ớn 5
lít và 10 lít, các bình hình trụ 160 lít, các bể nuôi trong nhà 500 lít, các b ể nuôi
ngoài trời dung tích 5000 lít tới 25000 lít.

Trang 22


Báo cáo Seminar

Hình 4.4: Sơ đồ sản xuất dùng cho nuôi tảo theo từng mẻ.
Tùy theo nồng độ tảo, dung tích nguyên liệu cấy th ường tương ứng v ới
dung tích của giai đoạn trước trong quá trình tăng khối l ượng tảo, bằng 2 – 10 %
khối lượng nuôi cuối cùng.
Hệ thống nuôi mẻ ngày càng được áp dụng phổ biến do tính đơn giản
và linh hoạt của chúng cho phép thay đổi các loài tảo nuôi và kh ắc ph ục các s ự c ố
trong hệ thống nhanh chóng. Tuy nhiên, nuôi mẻ có hạn chế là chất lượng của
các tế bào tảo thu hoạch có thể ít đoán trước được so với chất lượng ở các hệ
thống nuôi liên tục và biến động theo lịch thời gian thu ho ạch (th ời gian c ủa
ngày, pha sinh trưởng chính xác). Một hạn chế khác của nuôi từng mẻ là ph ải
ngăn ngừa sự nhiễm bẩn trong lần cấy ban đầu và th ời kỳ sinh tr ưởng lúc đ ầu.
Do mật độ của thực vật phù du mong muốn thấp và nồng độ các chất dinh
dưỡng cao nên các chất gây ô nhiễm có tốc độ sinh trưởng nhanh sẽ có kh ả năng
phát triển vượt đối tượng nuôi.
b. Nuôi liên tục

Trang 23


Báo cáo Seminar

Phương pháp nuôi liên tục cho phép duy trì gi ống nuôi cấy có tốc đ ộ r ất
gần tốc độ sinh trưởng tối đa. Người ta phân biệt một số dạng nuôi liên tục như
sau:
Turbidostat (nuôi cho lên men liên tục): Trong đó mật độ tảo đ ược duy
trì ở mức độ xác định trước bằng cách pha loãng tảo nuôi v ới môi trường. Có th ể
nói đây là hệ thống tự động. Trong trường hợp này, dinh dưỡng là không hạn chế
nhưng ánh sáng là yếu tố hạn chế trừ khi mật độ tảo quá thấp.
Chemostat (nuôi ở trạng thái hóa tính): Ở đây môi trường nước được

đưa vào hệ thống nuôi với tốc độ chính xác. Tuy nhiên một phần dịch mới liên
tục được bổ sung để thay đổi dịch môi trường đã dùng. Hệ thống này thường
đơn giản và ít tốn kém so với turbidostat.
Các nhược điểm của hệ thống nuôi liên tục là chi phí tương đối cao và
phức tạp. Do yêu cầu phải chiếu sáng liên tục, duy trì nhiệt đ ộ nên đòi h ỏi ph ải
bố trí trong nhà và điều này chỉ có tính khả thi đối v ới các c ơ s ở có quy mô s ản
xuất tương đối nhỏ. Tuy nhiên nuôi liên tục có ưu đi ểm là mật độ tảo thu đ ược
từ môi trường luôn ổn định. Mặt khác, hệ thống này có thể ki ểm soát và d ễ dàng
điều khiển về mặt công nghệ và có thể tự động hóa, điều này làm tăng đ ộ tin
cậy của hệ thống với người sản xuất và giảm nhu cầu về lao động.
c. Nuôi bán liên tục
Kỹ thuật nuôi bán liên tục kéo dài thời gian nuôi tảo, th ực ch ất là m ột
dạng nuôi theo mẻ nhưng sinh khối được ki ểm tra định kỳ và giữ ổn định b ằng
phương pháp pha loãng môi trường. Nuôi bán liên tục có th ể thực hiện trong nhà
hoặc ở ngoài trời, nhưng thời gian nuôi thường không đoán trước được. Do tảo
nuôi không được thu hoạch toàn bộ mà thu hoạch từng phần nên ph ương pháp
nuôi bán liên tục cho khối lượng tảo nhiều hơn so với phương pháp nuôi từng
mẻ với cùng một kích thước bể nuôi.

Trang 24


Báo cáo Seminar

Bảng 4.1: Tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp nuôi
tảo
Ưu điểm
1. Nuôi trong nhà
2. Nuôi ngoài trời

Độ kiểm soát cao (có
thể dự đoán trước)
Rẻ hơn

Nhược điểm
Tốn kém
Ít kiểm soát (ít đoán trước
được)

3. Nuôi kín

Ít bị nhiễm bẩn

Đắt tiền

4. Nuôi hở

Rẻ hơn

Dễ bị nhiễm bẩn

5. Nuôi vô trùng

Có thể dự đoán trước,
ít có khả năng sụp đổ

6. Nuôi không vô

Rẻ và dễ thực hiện

trùng

hơn
Hiệu quả, cung cấp
tảo chất lượng cao và ổn

7. Nuôi liên tục

8. Nuôi bán liên tục
9. Nuôi theo mẻ

Tốn kém, khó thực hiện
Dễ thất bại

Khó thực hiện, chỉ có thể

định, vận hành tự động,

nuôi với số lượng nhỏ, phức

khả năng sản xuất trong

tạp, trang thiết bị tốn kém.

thời gian dài.
Dễ hơn, tương đối
hiệu quả.
Dễ nhất, chắc chắn
nhất.

Chất lượng không ổn định,
ít chắc chắn.
Hiệu quả thấp nhất, chất
lượng có thể thay đổi nhiều.

II.2. Ly tâm
Mục đích: Tách sinh khối tảo
Phương pháp ly tâm có ưu điểm chính là đơn giản và không ph ải s ử
dụng hóa chất bổ sung. Trong quá trình ly tâm thì các t ế bào sẽ đ ọng l ại ở thành
của đầu máy ly tâm ở dạng bột nhão lắng. Sau đó b ột này được treo l ơ l ửng tr ở
lại trong một dung dịch nước hạn chế. Tuy vậy, chi phí năng l ượng cho phương
pháp thu hoạch này là khá lớn (khoảng 1 KWh/m 3) khiến việc sử dụng nó chỉ
khả thi trong những cơ sở sản xuất cho ra các sản phẩm chất lượng cao.
Trang 25