ĐÁNH GIÁ VÒNG ĐỜI SẢN XUẤT TỪ VI TẢO

ĐÁNH GIÁ VÒNG ĐỜI
SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ VI TẢO
GVHD: Th.s ĐINH SỸ KHANG
Nhóm: 1
Lớp: 02_ĐH QTTB&ĐK


Our Team

Hồng Phương

Thành Trung

Thanh Tuyền

0250020118

02500201

02500201

Tài liệu tham khảo

Thuyết trình viên

Nội dung chính

PowerPoint


TÀI LIỆU

01

ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY / VOL 43, NO.17, 2009

02

Tạp chí Thông Tin Khoa Học và Công Nghệ (STINFO) số 4 - 2014

PGS.TS Trương Vĩnh, 2008. Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất biodiesel từ vi tảo của Việt Nam. Báo cáo tổng

03

kết đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ.

3


Mục Lục
01

Giới thiệu.

02

Tổng quan hệ thống sản xuất.

03

Phân tích kết quả.

04

Đánh giá.

05

Kết luận

4


1. GIỚI THIỆU

Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp trên thế giới
hiện nay đang làm cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu hóa thạch là
dầu mỏ.

Vi tảo có khả năng quang hợp mạnh, khoảng 3 -8% năng lượng
mặt trời có thể chuyển đổi sang sinh khối. Đặc biệt khả năng thu
hoạch rất nhanh chỉ 7 – 10 ngày và lượng chất béo tích lũy khá
cao.

Vì vậy, Biodiesel là nhiên liệu thay thế tiềm năng cho diesel hóa
thạch vì nó có thể phân hủy sinh học, không độc, có thể tái chế,
thân thiện với môi trường.

Vì thế, sử dụng vi tảo như một nguồn nhiên liệu thay thế dầu thực
vật cho sản xuất diesel sinh học là cần thiết.
Tuy nhiên, giá thành sản xuất biodiesel còn rất cao chưa thể

cạnh tranh với diesel hóa thạch do hai yếu tố nguồn nguyên liệu
và công nghệ sản xuất.

5


Các nghiên cứu thực hiện về đề tài

Mục đích của nghiên cứu này để đánh

này bị hạn chế trong phòng thí

giá tác động môi trường của nuôi cấy

nghiệm và quy mô thí điểm. Do đó,

trong phòng thí nghiệm. Bằng việc

không đánh giá toàn diện dây

quan sát thí nghiệm kết hợp với các

chuyền sản xuất nuôi cấy vi tảo từ

quá trình được biết đến để phát triển

thực tế.

nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên từ
đó thiết kế mô hình thực tế.

6


Ngoài tổng năng lượng của dây chuyền sản xuất, tác động của đốt cháy nhiên liệu sinh học từ tảo được so sánh với việc sản xuất bằng nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên và nhiên liệu
diesel (sự đốt cháy của 1 MJ của nhiên liệu trong động cơ diesel).

Giới hạn nghiên cứu bao gồm khai thác và sản xuất nguyên liệu, xây dựng cơ sở và tháo dỡ, qui trình sản xuất nhiên liệu sinh học, và sử dụng trong động cơ.

Mục tiêu chính của nghiên cứu không cung cấp một LCA cho công nghệ nhiên liệu sinh học tảo hiện nay, mà nhằm xác định những trở ngại và hạn chế từ đó phát triển một quy trình
thân thiện với môi trường.

7


1. GIỚI THIỆU

Tảo là những thực vật bậc thấp gồm một hay
nhiều tế bào có cấu tạo đơn giản, có màu khác
nhau, luôn luôn có chất diệp lục và sống trong môi

Tảo là thực vật vách ngăn chứa xenluloz, tự

 Vi tảo là tất cả các tảo có kích thước hiển vi (từ

dưỡng, quang tổng hợp nhờ ánh sáng và CO2.

vài đến vài trăm ).Trong số 50.000 loài tảo trên
thế giới thì vi tảo chiếm khoảng 2/3.

trường nước.

8


1. GIỚI THIỆU
Kiểm kê LCA dựa trên:

Các số liệu từ nguồn học thuật.

Liên hệ với các nhà sản xuất công nghiệp.

Hàng tồn kho được thực hiện trên các đơn vị và quy trình chuyển đổi tương tự
được mô tả trong cơ sở dữ liệu Ecoinvent.

9


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

Khác với các loài vi tảo khác, Chlorella có thể thích ứng với sự thiếu hụt
nitơ bằng cách tích tụ lipid và carbohydrate. Cả hai lựa chọn: nuôi cấy
bình thường và thấp Nitơ sẽ được đánh giá.

Nước thu được từ chất làm đặc và nước thải được chuyển đến ao để xữ
lý.

biodiesel

glycerol

Phần dầu mỏ sau đó được vận chuyển đến một cơ sở chuyển đổi công
nghiệp, nơi nó được biến đổi thành dầu diesel sinh học.

Hình 1:Tổng quan về chuỗi quá trình, từ nuôi cấy tảo Chlorella đến việc sử dụng diesel sinh học trong động cơ
diesel.

10


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

Bảng 2. Các thông số cấu tạo và nuôi cấy của C. vulgaris

Tham số

Bình thường

Thấp Nitơ

-1
protein (g.kg )

282

67

-1
lipid (g.kg )

175

385

-1
carbohydrates (g.kg )

495

529

-1
Giá trị gia nhiệt thấp hơn (MJ.kg )

17.5

22.6

lưu trữ. Hàm lượng của chúng trong tảo được giả

-1
C (g.kg )

480

538

định là tỷ lệ thuận với hàm lượng protein.

-1

N (g.kg )

46

10.9

-1
P (g.kg )

9.9

2.4

-1
K (g.kg )

8.2

2

-1
Mg (g.kg )

3.8

0.9

-1
S (g.kg )

2.2

0.5

-1
CO2 (kg.kg )

1.8

2.0

-1
Tỉ lệ tăng trưởng (day )

0.99

0.77

-1
Năng suất (day )

24.75

19.25

Các chất dinh dưỡng kali, magiê, phốt pho và lưu
huỳnh có liên quan chặt chẽ hơn với chức năng
trao đổi chất (ví dụ, quang hợp) hơn là chức năng

11

2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

Thiết bị nuôi cấy bao gồm các mương mở, hoạt
-1
động với nồng độ tảo là 0,5 g.L .

Tốc độ tăng trưởng ở mương mở thường thấp hơn
so với các lò phản ứng sinh học trong phòng thí
nghiệm vì khó có thể duy trì điều kiện tăng trưởng
tối ưu và ổn định.

Các lò phản ứng sinh học khác đòi hỏi nhiều năng
lượng hơn cho việc xây dựng.

12


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

Tiềm năng quang hợp của ao tương đương với một lò phản ứng sinh học chiều sâu
-1
5cm, tỷ lệ tăng trưởng (thể hiện trong ngày ) cho lò phản ứng sinh học với năng suất
2
-1
từ 20 đến 30 g.m .ngày , nằm trong phạm vi hoạt động bình thường của mương mở.

Tổng lượng chất dinh dưỡng được sử dụng hết hoàn toàn. Lựa chọn cách phân trộn
phân bón để giảm thiểu gánh nặng môi trường do sản xuất hoặc trong quá trình sử dụng

(ví dụ, sự bay hơi nitơ).

Khoảng cách từ các địa điểm sản xuất đến khu vực lưu trữ là 100 km.

03
Giả định
13


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

Giả định thiết kế mương phù hợp với các tiêu

Nước của ao được xối rửa 2 tháng một lần để

chuẩn công nghiệp: rộng 10m, dài 100m, và

kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn và để

khung hình bằng bê tông dày 30 cm, trên một

tránh sự tích tụ các hợp chất độc hại hoặc chất

đế dày 10 cm.

ức chế. Nước xả được xử lý tại chỗ tại nhà
máy xử lý nước thải.

Một lớp lót nhựa PVC bao phủ bề mặt bê tông

Nhu cầu nước tổng cộng khoảng 4 lít/ kg tảo

để giảm độ gồ ghề và để tránh sự bám dính

khô, sử dụng Một máy bơm 750 W lưu lượng

sinh khối. Vận tốc trung bình của nuôi cấy được

3
-1
15m / giờ . CO2 được bơm áp lực và bơm

giữ ở 25cm/s với một bánh quạt.

dọc theo mương qua đường ống PVC, cần 22,2
Wh/ kg CO2.

14


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

02

Việc thu hoạch tảo là một trong những khó khăn chính trong nuôi cấy tảo
do đường kính thấp (nghĩa là từ 2 đến 20 μm). Ly tâm thường hiệu quả

Có thể sử dụng keo tụ tạo bông tảo bằng cách điều chỉnh pH

nhưng quá đắt cho mục đích sản xuất năng lượng.

và bổ sung chất keo tụ tổng hợp hoặc sinh học.

Giả thiết ở đây là bổ sung 0.5 g.m

01

-3

chất keo tụ tổng hợp và

-3
thêm vôi lên đến pH 11 (tức là 300 g.m ), tốc độ lắng đọng 2
m.h

-1

-3
và nồng độ 20 kg.m .

Dòng tảo được xử lý thông qua một máy ép quay tạo ra một chiếc bánh tảo có trọng
-3
lượng khô là 200 kg.m .

15


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

Khai thác dầu tảo rất giống với việc chiết xuất đậu

nành. Tuy nhiên, đậu nành có hàm lượng chất rắn
khoảng 90%. Do đó để bảo vệ tính nhất quán của

Các nhà máy dầu đã mô phỏng theo dữ liệu của

nghiên cứu, bột tảo phải được làm khô đến 90%

các nhà máy đậu nành (được cung cấp trong dữ

trước khi được chế biến trong máy nghiền dầu.

liệu Ecoinvent). Dầu được tách ra khỏi sinh khối

Để đạt được hàm lượng rắn 90% với mức tiêu thụ

bằng cách lưu thông ngược dòng dung môi,

năng lượng 400 Wh điện và 13.8 MJ nhiệt / kg

thông thường là hexane: 2g hexane bị mất cho

chất khô Chế biến.

mỗi kg tảo khô.

16


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

Các nhà máy lọc dầu cho ra hai sản phẩm, dầu thô và bánh dầu.

BIẾN

Tiếp theo, Dầu được este hóa bằng cồn để trở thành dầu diesel sinh học.

ĐỔI

Sự chuyển đổi này được thực hiện tại các nhà máy công nghiệp chuyển đổi dầu từ các nguồn nhiên liệu khác

DẦU

nhau.

TẢO

Chúng tôi giả định rằng năng suất chế biến tương tự như các loại dầu biodiesel khác (như đậu
nành).

17


2. Tổng quan hệ thống sản xuất.

ĐỐT
Đánh giá tác động chỉ bao gồm phát thải do quá trình đốt cháy chứ không phải vận chuyển từ kho tới
mạng lưới phân phối. Hiện tại không có dữ liệu về lượng khí thải của một động cơ xăng hoạt động với
vi tảo biodiesel.

Tuy nhiên, một nghiên cứu liên quan (*) và đặc tính nhiên liệu sinh học tảo cho phép chúng ta giả định rằng

biodiesel từ tảo khi đốt cháy trong động cơ diesel cũng tương tự như nhiên liệu sinh học khác.

(*): scragg, A. H.; Morrison, J.; Shales, S. W. The use of a fuel containing Chlorella vulgaris in a
diesel engine. Enzyme Microb. Technol. 2003, 33, 884–889
18


3.
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

19


Bảng 3: Tóm tắt các nguồn phát thải ảnh hưởng nhiều nhất đến sản lượng 1kg dầu
sinh học tảo.

Bảng số liệu cho thấy tổng năng lượng đều có mức cao
hơn so với năng lượng chứa trong nhiên liệu sinh học
(37,8 MJ / kg).

Tuy nhiên, mức phân bón và nhu cầu năng lượng cho
điều kiện nuôi cấy Nitơ ở mức thấp đều thấp hơn. Khai
thác dầu ướt làm giảm đáng kể yêu cầu về nhiệt nhưng
sản lượng khai thác thấp hơn khai thác khô.

20


Hình 2. Nhu cầu năng lượng tích lũy và năng
lượng sản xuất liên quan đến việc sản xuất 1 MJ

diesel sinh học.

Nhu cầu năng lượng tích lũy (CED) bao gồm năng lượng
được sử dụng trong quá trình sản xuất, năng lượng cần

Cũng có thể nhận thấy rằng khai thác thấp nitơ cải thiện CED 60% trong

thiết để sản xuất các đầu vào cần thiết (phân bón) và xây

khi CED chỉ tăng 25% với việc khai thác ướt.

dựng các tòa nhà cơ sở hạ tầng.

21


Tác động tiềm ẩn được đánh giá bằng cách sử dụng phương pháp CML, bao gồm:

abiotic depletion - AbD

01

Các tác động được lựa chọn là sự cạn kiệt sinh học, tương ứng với việc khai thác khoáng sản và nhiên
liệu hoá thạch.

Ac

02

axit hóa tiềm năng do sự phát tán các chất axit hóa

Eu

03

Quá trình phú dưỡng hóa, bao gồm tác động của việc giải phóng lượng chất dinh
dưỡng quá mức

GWP

04

Tiềm năng nóng lên toàn cầu, được xác định cho một khoảng thời gian 100 năm

22


Tác động tiềm ẩn được đánh giá bằng cách sử dụng phương pháp CML, bao gồm:

Ozone

05

sự suy giảm tầng ôzôn, xác định trên khoảng thời gian 40 năm.

06
07

HumTox, MarTox
con người và độc tính biển: đánh giá tác động của việc phát thải vào con người và hệ sinh thái biển trong

khoảng thời gian 100 năm, tính toán sử dụng bề mặt trái đất.

08

Rad
phát xạ bức xạ ion hoá.

Photo

09

quá trình quang hóa đề cập đến phát thải các chất phản ứng có hại cho sức khoẻ con người và hệ
sinh thái.

23


Để phân tích chuỗi quy trình với các tác động khác nhau, các bước sản xuất đã được phân thành 7 nhóm

Sản xuất bao gồm phát thải và tiêu thụ liên quan đến sản xuất tảo, bao

Năng lượng đề cập đến các tác động tạo ra bởi việc nuôi cấy tảo và este

gồm thu hoạch và chuẩn bị sinh khối không bao gồm phân bón và

hóa dầu.

01

năng lượng

02
Xử lý chất thải là xử lý nước thải sản xuất trong quá trình nuôi và xử lý tảo.

Phân bón đề cập đến việc khai thác và sản xuất phân bón

Chuyển đổi bao gồm khai thác và chuyển đổi dầu.

07

03

06

04

Cơ sở hạ tầng bao gồm xây dựng và tái xây dựng.

05
Sử dụng nhiên liệu đốt trong động cơ đốt trong.

24


Hầu hết các tác động chủ yếu là do
tiêu thụ năng lượng, đốt nhiên liệu,
và sử dụng phân bón. Chuyển từ
bình thường sang Nitơ thấp luôn
luôn cải tiến tất cả các tác động.

Hình 3. Phân bố các ảnh hưởng
liên quan đến sự đốt cháy 1 MJ
nhiên liệu tảo trong động cơ
diesel. Đối với mỗi hạng mục, 4
thanh tương ứng với, bình thường
khô, bình thường ướt, Nitơ thấp
khô và Nitơ thấp ướt

25