Sản xuất Lipid từ vi tảo

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
------------------oOo-------------------






ĐỒ ÁN MÔN HỌC

SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ VI TẢO:
KỸ THUẬT NUÔI CẤY VI TẢO THU LIPID

SVTH: BÙI NGỌC ĐOAN CHIÊU
MSSV: 60604048
GVHD: KS. HUỲNH NGUYỄN ANH KHOA






Tp HCM, Tháng 6/2010
ii

LỜI CÁM ƠN

Đồ án môn học Sản xuất biodiesel từ vi tảo: Kỹ thuật nuôi cấy vi tảo thu lipid
đƣợc thực hiện từ tháng 2 đến tháng 7/2010. Trong suốt quá trình đó, để hoàn tất tốt
các nội dung nghiên cứu, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình và cởi mở.
Em xin đƣợc gửi đến:
KS. HUỲNH NGUYỄN ANH KHOA, là cán bộ trực tiếp hƣớng dẫn em làm đồ án
này, lời cảm ơn sâu sắc và chân thành. Chính nhờ sự hƣớng dẫn tận tình về mặt kiến
thức và giúp đỡ về mặt tài liệu học thuật của thầy, em đã hoàn thành tốt các nội dung
đề ra.
TS. NGUYỄN THỊ HUYỀN, là cán bộ làm việc tại phòng 117B2, lòng biết ơn tri
ân. Cô đã luôn tạo không khí thoải mái khi em vào phòng trao đổi học tập, điều đó có
tác dụng động viên em rất nhiều.
Tập thể quý thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ sinh học nói riêng và khoa Kỹ
thuật hóa học nói chung lòng biết ơn thật nhiều. Thầy cô là những ngƣời đã cung cấp
các kiến thức cơ sở cũng nhƣ chuyên ngành cho em trong suốt quá trình lâu dài làm
nền tảng cho những nghiên cứu về sau.

iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng và sự thiếu hụt nguồn năng lƣợng trong tƣơng lai
chính là mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia hiện nay, và biodiesel đƣợc xem là
một giải pháp khả thi nhằm thay thế cho nguồn nhiên liệu diesel dầu hỏa sử dụng cho
các phƣơng tiện giao thông vận tải lẫn trong công nghiệp.
Trong khi các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel thông thƣờng: dầu thực vật,
mỡ động vật và nguồn dầu mỡ phế thải đều tỏ ra không thể đáp ứng nhu cầu biodiesel
trên toàn thế giới, vi tảo lại thể hiện là một đối tƣợng rất tiềm năng cho lĩnh vực này
nhờ vào khả năng sản xuất sinh khối lớn và nguồn lipid thu nhận từ các loài vi tảo
cũng khá phù hợp để điều chế biodiesel.
Tình hình nghiên cứu và áp dụng nuôi cấy vi tảo trên quy mô lớn ngày càng phổ
biến trong nhiều lĩnh vực nhƣ: sản xuất thực phẩm chức năng và xử lý môi trƣờng, do

đó việc ứng dụng nuôi cấy vi tảo trên các môi trƣờng sửa đổi để nâng cao năng suất
lipid phục vụ sản xuất biodiesel là hoàn toàn có khả thi.
Nghiên cứu các đặc điểm sinh lý và sinh hóa của loài vi tảo Nannochloropsis
oculata có thể dự đoán đƣợc đây là một loài vi tảo rất phù hợp với mục tiêu sản xuất
biodiesel: năng suất sinh khối cao trong môi trƣờng quang tự dƣỡng, hàm lƣợng lipid
nhiều và thành phần lipid dễ điều chỉnh theo điều kiện nuôi cấy. Từ đó đề xuất khảo
sát các yếu tố môi trƣờng nhằm nuôi cấy Nannochloropsis oculata thu lipid với năng
suất cao: môi trƣờng f/2, độ mặn trong khoảng 22-49g NaCl/L, nhiệt độ môi trƣờng
25-27
0
C, chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang ít tỏa nhiệt 400-500µmol/m
2
s, hạn chế
nồng độ nitrogen và phosphorus.


iv

ABSTRACT
Pollution and limitation of energy are the most important concerns of nations,
and biodiesel is considered such as a possible solution to replace petroleum diesel,
which is used for transportation and industry.
While plant oil, animal fat and waste oil which are common for biodiesel
production cannot satisfy biodiesel demand all over the world, microalgae express to
be an essential candidate for this task due to high yield of biomass and compatible
lipid component for biodiesel production.
Researchs and applications in microalgae culturing on large scale become more
and more common in many fields: functional food production and environment
treatment, so using modified medium culture to improve lipid content in microalgae
cells is really feasible.

Studying in physiological and biochemical characteristics of Nannochloropsis
oculata gives suggestion that N. oculata should be a suitable source for biodiesel
production: produces high yield of biomass in autotrophic culture, accumulates high
lipid content and easily be controlled lipid composition under different conditions.
Hence some nutriments factors, temperature and light regimes are proposed to grow N.
oculata with high lipid productivity: f/2 medium, salinity at 22-49g NaCl/L,
temperature at 25-27
0
C, irradiance at 400-500µmol/m
2
s with cool white fluorescent
tubes, limited nitrogen and phosphorus concentrations.

v

MỤC LỤC
Đề mục Trang
LỜI CÁM ƠN .....................................................................................................ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................................ iii
MỤC LỤC .......................................................................................................... v
DANH SÁCH BẢNG ....................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH .......................................................................................... ix
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. x

1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL ................................................................... 1
1.1. Định nghĩa các dạng năng lƣợng và biodiesel ......................................... 1
1.1.1. Năng lƣợng không tái sinh ............................................................... 1
1.1.2. Năng lƣợng tái sinh ......................................................................... 2
1.2. Tầm quan trọng của biodiesel và khả năng thay thế cho nguồn nhiên liệu
hóa thạch ......................................................................................................... 4

1.3. Nguyên tắc điều chế và nhu cầu về lipid trong sản xuất biodiesel ........... 7
1.4. Các nguồn nguyên liệu giàu lipid phục vụ cho việc sản xuất biodiesel và
tiềm năng của vi tảo ........................................................................................ 9
2. NĂNG SUẤT LIPID VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA MÔI TRƢỜNG LÊN SỰ
TÍCH LŨY LIPID CỦA MỘT SỐ LOÀI VI TẢO ........................................ 15
2.1. Các loại vi tảo có chứa nhiều lipid ........................................................ 15
2.2. Một số nghiên cứu về ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng lên sự tích
lũy lipid ở vi tảo ............................................................................................ 16
2.2.1. Yếu tố nhiệt độ .............................................................................. 16
2.2.2. Yếu tố thành phần môi trƣờng ....................................................... 19
3. NUÔI VI TẢO NANNOCHLOROPSIS OCULATA THU LIPID NHẰM
SẢN XUẤT BIODIESEL ................................................................................ 25
3.1. Nannochloropsis oculata ...................................................................... 25
3.1.1. Phân loại ........................................................................................ 25
3.1.2. Đặc điểm hình thái......................................................................... 25
vi

3.1.3. Đặc điểm sinh lý ............................................................................ 26
3.1.4. Đặc điểm sinh hóa ......................................................................... 26
3.2. Đề xuất mô hình thí nghiệm nghiên cứu sự tích lũy lipid theo điều kiện
môi trƣờng ở Nannochloropsis oculata ......................................................... 27
3.2.1. Yếu tố nhiệt độ .............................................................................. 27
3.2.2. Yếu tố ánh sáng ............................................................................. 32
3.2.3. Yếu tố độ mặn ............................................................................... 36
3.2.4. Yếu tố thành phần môi trƣờng ....................................................... 38
4. KẾT LUẬN.................................................................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 51

vii

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. 1: Các acid béo thƣờng có trong các nguồn nguyên liệu dùng sản xuất
biodiesel .............................................................................................................. 9
Bảng 1. 2: So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel ............ 11
Bảng 1. 3: So sánh các thuộc tính giữa dầu từ vi tảo, diesel thông thƣờng và tiêu
chuẩn ASTM biodiesel [28]............................................................................... 12
Bảng 2. 1: Hàm lƣợng và năng suất lipid của các loài tảo khác nhau ................. 15
Bảng 2. 2: Sự sinh trƣởng và sản xuất lipid của C. vulgaris tại các nhiệt độ khác
nhau [5] ............................................................................................................. 17
Bảng 2. 3: Năng suất sinh khối và năng suất lipid của Botryococcus braunii,
Chlorella vulgaris và Scenedesmus sp. khi nuôi ở 10% CO
2
trong 14 ngày ....... 20
Bảng 2. 4: Thành phần các acid béo của Botryococcus braunii, Chlorella
vulgaris và Scenedesmus sp. khi nuôi cấy ở 10% CO
2
trong 14 ngày................. 21
Bảng 2. 5: Tham số sinh trƣởng và sự sản xuất lipid của C. vulgaris ở các nồng
độ NaNO
3
khác nhau ......................................................................................... 23
Bảng 3. 1: Sự sinh trƣởng và sản xuất lipid của N. oculata tại các nhiệt độ khác
nhau .................................................................................................................. 28
Bảng 3. 2: Thành phần acid béo (%w/w acid béo tổng) của Nannochloropsis sp.
vào ngày thứ 10 tại các nhiệt độ khác nhau ........................................................ 30
Bảng 3. 3: Sản lƣợng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của
Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nhiệt độ khác nhau ....................... 31

Bảng 3. 4: Sản lƣợng sinh khối và hàm lƣợng lipid của Nannochloropsis sp. vào
ngày thứ 10 tại các độ mặn khác nhau ............................................................... 36
Bảng 3. 5: Thành phần acid béo (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp. vào ngày
thứ 10 tại các độ mặn khác nhau ........................................................................ 37
Bảng 3. 6: Năng suất sinh khối và lipid của N. oculata trong hệ thống nuôi cấy
bán liên tục với các hàm lƣợng CO
2
khác nhau .................................................. 41
Bảng 3. 7: Tham số sinh trƣởng và sự sản xuất lipid của N. oculata ở các nồng độ
NaNO
3
khác nhau .............................................................................................. 42
Bảng 3. 8: Sản lƣợng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của
Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau .......... 44
viii

Bảng 3. 9: Thành phần acid béo (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp. vào ngày
thứ 10 tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau .......................................................... 44
Bảng 3. 10: Sản lƣợng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của
Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nồng độ NaH
2
PO
4
khác nhau ....... 46
Bảng 3. 11: Thành phần acid béo (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp. vào
ngày thứ 10 tại các nồng độ NaH

2
PO
4
khác nhau .............................................. 47

ix

DANH SÁCH HÌNH
Hình 1. 1: Sự hình thành các lớp nhiên liệu hóa thạch ......................................... 1
Hình 1. 2: Các dạng năng lƣợng tái sinh .............................................................. 2
Hình 1. 3: Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lƣợng .................................... 3
Hình 1. 4: Phản ứng chuyển vị ester .................................................................... 7
Hình 2. 1: Phần trăm các loại FAME trên tổng lƣợng FAME (g/100g
FAME
) của C.
vulgaris tại các nhiệt độ sinh trƣởng khác nhau ................................................. 17
Hình 2. 2: Phần trăm các loại FAME trên tổng lƣợng FAME (g/100g
FAME
) của C.
vulgaris tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau........................................................ 23
Hình 3. 1: Thành phần acid béo các lipid chính trong Nannochloropsis sp. ....... 27
Hình 3. 2: Phần trăm các loại acid béo methyl ester trên tổng lƣợng acid béo
methyl ester (g/100g
FAME
) của N. oculata tại các nhiệt độ khác nhau ................. 29
Hình 3. 3: Ảnh hƣởng của mức độ chiếu sáng trên sự sinh trƣởng của tế bào và
hàm lƣợng chlorophyll a đối với Nannochloropsis sp. ...................................... 33
Hình 3. 4: Sự phân phối các acid béo chính trong Nannochloropsis sp. đƣợc nuôi

cấy theo mẻ dƣới ảnh hƣởng của mức độ chiếu sáng ......................................... 33
Hình 3. 5: Thành phần acid béo của Nannochloropsis sp. khi nuôi cấy trong điều
kiện ổn định liên tục tại ba mức độ chiếu sáng................................................... 35
Hình 3. 6: Ảnh hƣởng nồng độ khí CO
2
lên sự sinh trƣởng của N. oculata ........ 39
Hình 3. 7: Sự sinh trƣởng của N. oculata khi nuôi cấy bán liên tục trong môi
trƣờng sục khí có chứa 2%, 5%, 10%, 15% CO
2
............................................... 40
Hình 3. 8: Phần trăm các loại FAME trên tổng lƣợng FAME (g/100g
FAME
) của N.
oculata tại các nồng độ NaNO
3
khác nhau ......................................................... 43


x

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
DW: dry weight khối lƣợng khô
FAME: fatty acid methyl ester ester của acid béo và methyl
f/2AW: f/2 artificial seawater môi trƣờng f/2 nƣớc biển nhân tạo
EPA: eicosapentaenoic acid acid ω3 (C20:5)
PUFA: polyunsatured fatty acid acid béo chƣa no mang nhiều nối đôi
TFA: total fatty acid hàm lƣợng acid béo tổng
v/v: volume/volume thể tích/thể tích
vvh: volume/ volume/hour thể tích/thể tích/giờ
vvm: volume/ volume/minute thể tích/thể tích/phút

w/w: weight/weight khối lƣợng/khối lƣợng
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

1

1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL
1.1. Định nghĩa các dạng năng lƣợng và biodiesel
1.1.1. Năng lƣợng không tái sinh
Nguồn năng lƣợng không tái sinh là những nguồn năng lƣợng thiên nhiên
mà con ngƣời không có khả năng can thiệp vào sự hình thành cũng nhƣ quá trình
tích lũy. Đó là dạng năng lƣợng không thể phục hồi, không thể tái tạo, hay không
thể tái sử dụng. Tuy nhiên dạng năng lƣợng này đang đƣợc sử dụng trên phạm vi
rộng lớn khắp toàn cầu, và cho thấy rằng không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu sử
dụng của con ngƣời trong tƣơng lai.
Năng lƣợng không tái sinh đƣợc chia thành hai nhóm: năng lƣợng hóa thạch
và năng lƣợng hạt nhân.
- Năng lượng hóa thạch: là dạng năng lƣợng đƣợc hình thành dựa trên các quá
trình địa chất dài hàng triệu năm xảy ra đối với xác động thực vật, nhƣ một
dạng hóa thạch. Bao gồm than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. Do quá trình
hình thành lâu dài nhƣ vậy, nên khi bị con ngƣời khai thác hết sẽ không có
khả năng phục hồi đƣợc.
Một trong số các nhiên liệu hóa thạch ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi là
diesel.
Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm thuộc phân đoạn nhẹ của quá
trình chƣng cất trực tiếp dầu mỏ với khoảng nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển từ
250 đến 350
0
C (cao hơn dầu hỏa và xăng) bao gồm các hydrocarbon khác nhau
từ C14 đến C20. Nhiên liệu diesel đƣợc sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel và
một phần đƣợc sử dụng trong các tuabin cơ khí.

Hình 1. 1: Sự hình thành các lớp nhiên liệu hóa thạch
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

2

- Năng lượng hạt nhân: là dạng năng lƣợng đƣợc hình thành do khả năng
phóng xạ của một vài nguyên tố. Có hai kiểu phản ứng hình thành nên năng
lƣợng hạt nhân, đó là phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch.
1.1.2. Năng lƣợng tái sinh
Năng lƣợng tái sinh là dạng năng lƣợng thu đƣợc từ các nguồn mà con
ngƣời xem là vô hạn. Sự vô hạn ở đây ngoài ý nghĩa nhiều đến mức không thể
cạn kiệt, nên đƣợc hiểu theo nghĩa rộng hơn đó là có khả năng tái tạo trong một
thời gian ngắn và liên tục.
Dạng năng lƣợng này bao gồm:
- Năng lƣợng mặt trời
- Năng lƣợng gió
- Năng lƣợng sóng
- Năng lƣợng thủy triều
- Năng lƣợng địa nhiệt
- Năng lƣợng sinh khối

Hình 1. 2: Các dạng năng lƣợng tái sinh
Nguồn năng lƣợng tái sinh đang đƣợc sử dụng nhiều nhất là thủy năng.
Song, nguồn năng lƣợng sinh khối cũng là một trong những nguồn đƣợc con
ngƣời khai thác và sử dụng hiệu quả. Sinh khối đƣợc xem là nguồn năng lƣợng
lớn thứ tƣ, ƣớc tính chiếm khoảng 14-15% tổng lƣợng năng lƣợng tiêu thụ trên
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

3

thế giới. Ở các nƣớc đang phát triển, sinh khối thƣờng là nguồn năng lƣợng lớn
nhất, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lƣợng. Vì vậy,
trong chiến lƣợc sử dụng các nguồn năng lƣợng cách hiệu quả thì năng lƣợng
sinh khối luôn đƣợc xem là ƣu tiên hàng đầu và mang tính quyết định trong việc
đáp ứng nhu cầu năng lƣợng của thế giới trong tƣơng lai [1].
Hiện nay, theo thuật ngữ về nhiên liệu, thì sinh khối (biomass) đƣợc xem là
nhiên liệu ở dạng rắn, nhiên liệu sinh học (biofuel) là những nhiên liệu dƣới dạng
lỏng thu nhận từ sinh khối và cuối cùng khí sinh học (biogas) là sản phẩm của
quá trình phân giải yếm khí các chất hữu cơ [1].
Hai dạng nhiên liệu sinh học phổ biến nhất đó là biodiesel và bio-ethanol, là
hai dạng nhiên liệu tƣơng ứng có thể thay thế đƣợc cho diesel và gasoline mà
không cần cải tiến nhiều hoặc không cần cải tiến động cơ các phƣơng tiện giao
thông cũng nhƣ máy móc sản xuất. Chúng đƣợc sản xuất chủ yếu từ sinh khối
hay các nguồn năng lƣợng tái sinh khác và góp phần giảm thiểu khí thải từ việc
đốt cháy nhiên liệu so với nhiên liệu hóa thạch tính trên cùng một đơn vị hiệu
suất [80].
- Định nghĩa Biodiesel
Biodiesel là hỗn hợp các alkyl monoesters thu nhận đƣợc từ quá trình
chuyển vị ester dầu thực vật và mỡ động vật [80], có khả năng thay thế cho diesel
từ dầu mỏ.

Hình 1. 3: Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lƣợng
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

4

1.2. Tầm quan trọng của biodiesel và khả năng thay thế cho nguồn nhiên
liệu hóa thạch
Gần đây, con ngƣời đang quan tâm đến hai vấn đề quan trọng, đó là môi

trƣờng và sự khủng hoảng năng lƣợng. Đối với môi trƣờng, sự nóng dần lên của trái
đất chính là tâm điểm. Mọi ngƣời đều biết rằng sử dụng nhiên liệu hóa thạch chính
là nguyên nhân gây ra sự nóng dần lên của toàn cầu, vì vậy nguồn năng lƣợng sạch
và có khả năng tái sinh sản xuất từ sinh khối nhằm thay thế cho nhiên liệu hóa thạch
là rất cấp thiết để giảm thải CO
2
. Ngoài ra, sự khủng hoảng năng lƣợng khiến cho
giá dầu thô trên thế giới ngày càng tăng, ảnh hƣởng đến tình hình năng lƣợng sử
dụng trong gia đình cũng nhƣ trong khu vực [67].
Xét trên lĩnh vực môi trƣờng, giao thông vận tải và sản xuất công nghiệp là
những nguồn thải chủ yếu của con ngƣời. Khảo sát tại liên minh Châu Âu, ngƣời ta
nhận thấy có đến 20% khí thải nhà kính là do giao thông vận tải và 60% khí thải nhà
kính xuất phát từ các khu công nghiệp [20]. Nông nghiệp là nguồn thải lớn thứ ba,
tƣơng ứng khoảng 9% khí thải nhà kính, trong đó quan trọng nhất là các khí nitrous
oxide N
2
O và khí methane CH
4
[21]. Theo dự đoán, sự phát triển của các nền kinh
tế mới đang tăng trƣởng nhƣ Ấn Độ và Trung Quốc sẽ làm gia tăng sự tiêu thụ năng
lƣợng trên toàn cầu, dẫn đến thêm nhiều mối nguy hại cho môi trƣờng [35].
Khí nhà kính không chỉ góp phần gây ra hiện tƣợng nóng dần lên của trái đất
mà còn gây ra nhiều ảnh hƣớng khác tới môi trƣờng và đời sống nhân loại. Các đại
dƣơng hấp thụ khoảng một phần ba lƣợng CO
2
thải ra mỗi năm do các hoạt động
của con ngƣời. Khi nồng độ CO
2
tăng lên trong không khí, lƣợng hòa tan trong
nƣớc biển cũng tăng, dẫn đến giảm pH và nƣớc biển có tính acid hơn. Sự giảm pH

là một điều kiện bất lợi có thể gây ra những hủy hoại nhanh chóng đối với các rặng
san hô cũng nhƣ sự đa dạng sinh thái đại dƣơng, vốn có quan hệ to lớn trong đời
sống các sinh vật đại dƣơng và trên cạn [55].
Chính sự nóng dần lên của trái đất đã, đang và sẽ tiếp tục ảnh hƣởng đến nhiều
khía cạnh khác nhau của đời sống nhân loại và môi trƣờng trên toàn cầu, chúng ta
cần không phải chỉ riêng lẻ một mà là một loạt các giải pháp để có thể cải thiện và
khắc phục vấn đề bức bách này [40].
Xét trên lĩnh vực khủng hoảng năng lƣợng, sự sụt giảm nguồn nguyên liệu dầu
thô dự trữ và những khó khăn trong việc trích ly và tinh luyện chúng dẫn đến sự gia
tăng về giá thành [40]. Đây thực sự là những trở ngại lớn đối với vấn đề giao thông
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

5

vận tải, vì cho tới hiện nay vẫn chƣa tìm ra đƣợc nguồn nguyên liệu nào có thể thay
thế cho nguồn nguyên liệu hóa thạch với giá thành tƣơng đƣơng [80].
Tìm kiếm những nguồn nguyên liệu sạch và có khả năng tái sinh là một trong
những vấn đề thách thức nhất mà con ngƣời đang phải đối mặt trong hiện tại lẫn về
lâu dài. Đây là vấn đề liên quan mật thiết với sự phát triển kinh tế và sự thịnh vƣợng
cũng nhƣ chất lƣợng cuộc sống, sự bền vững toàn cầu do đó đòi hỏi các nhà đầu tƣ
phải có những quyết định lâu bền và những giải pháp dài hạn [80].
Hiện nay, nhiều lựa chọn đang đƣợc nghiên cứu và đƣa vào thực nghiệm, đã
đạt đƣợc những mức độ thành công khác nhau trong các giai đoạn nghiên cứu và
thực nghiệm khác nhau, bao gồm các nguồn năng lƣợng nhƣ năng lƣợng mặt trời,
bao gồm cả nhiệt năng và quang năng, thủy điện, địa nhiệt, gió, nhiên liệu sinh học,
và sự cô lập carbon, cùng những loại khác [19, 27]. Mỗi loại đều có những ƣu điểm
cũng nhƣ những vấn đề vƣớng mắc, tùy thuộc vào khu vực áp dụng, những điều
kiện khác nhau sẽ có mức độ phù hợp tốt hơn đối với từng loại phƣơng pháp. Mục
tiêu quan trọng đó là giảm thiểu các khí thải từ các phƣơng tiện chuyên chở, nhƣ là
thay thế dần từng bƣớc một nguồn nguyên liệu hóa thạch bằng những nguồn nguyên

liệu tái sinh, trong đó nhiên liệu sinh học đƣợc xem là một cộng tác viên thực sự để
đạt đƣợc những mục tiêu đó, đặc biệt trong tƣơng lai gần [80].
Trái đất nóng dần lên, do sự gia tăng nồng độ của khí nhà kính trong không
khí, đã và đang là mối lo ngại quan trọng nhất về môi trƣờng [85]. Giảm bớt sự hình
thành CO
2
trong khí quyển, nhiệm vụ hàng đầu của việc làm giảm hiệu ứng nhà
kính, có thể thực hiện bởi ba phƣơng pháp sau [6]:
- Giảm bớt sử dụng nhiên liệu hóa thạch
- Loại bỏ CO
2
trong khí quyển
- Thu hồi và cô lập hoặc tận dụng CO
2
từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch trƣớc
khi nó đƣợc thải ra môi trƣờng.
Sản xuất nhiên liệu sinh học có thể đem lại những cơ hội mới góp phần gia
tăng sự đa dạng về các nguồn thu nhập cũng nhƣ các nguồn cung cấp năng lƣợng,
cụ thể là đẩy mạnh việc làm ở các vùng nông thôn, phát triển sự thay thế dài hạn đối
với nguồn nhiên liệu hóa thạch, và giảm bớt lƣợng khí thải nhà kính, đẩy mạnh việc
loại bỏ Carbon từ các nhiên liệu vận tải và nâng cao sự an toàn trong việc cung cấp
nhiên liệu [80].
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

6

Tìm kiếm những nguồn nguyên liệu thay thế đang là vấn đề nóng bỏng đối với
nhiều nƣớc, đặc biệt là những nƣớc thiếu các nguồn tài nguyên năng lƣợng thông
thƣờng. Vào những thập niên 1930 và 1940, dầu thực vật đã đƣợc sử dụng nhƣ là
nhiên liệu diesel trong những trƣờng hợp khẩn cấp. Trong những năm gần đây, khi

nền công nghiệp hiện đại phát triển ngày một rộng rãi và quy mô, nhu cầu về năng
lƣợng đã gia tăng đột biến, vì vậy những nguồn năng lƣợng thay thế đang đƣợc
thăm dò và nghiên cứu ráo riết. Trong tổng số các động cơ phƣơng tiện hiện nay, tỷ
lệ phƣơng tiện sử dụng nhiên liệu diesel ngày càng phổ biến và đƣợc sử dụng nhiều
hơn. Thêm vào đó, động cơ diesel cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
[75]. Vì vậy, nhiên liệu diesel là nguồn sử dụng lớn nhất trong số các nhiên liệu dầu
mỏ sử dụng cho động cơ, và tỷ lệ này tăng lên liên tục ngày qua ngày [11]. Từ đó,
nhu cầu đối với biodiesel càng trở nên cấp thiết, và thuật ngữ “biodiesel” xuất hiện
một cách thƣờng xuyên trong các bài báo cáo gần đây [24].
Biodiesel đƣợc sản xuất từ sinh khối dầu (biomass oils), chủ yếu là từ dầu thực
vật. Biodiesel trở thành nguồn năng lƣợng đáng đƣợc chú ý vì những lý do nhƣ sau.
- Thứ nhất, biodiesel là nguồn năng lƣợng tái sinh có thể đáp ứng cung và cầu.
Ngƣời ta đã ƣớc tính đƣợc rằng lƣợng dầu mỏ dự trữ sẽ hoàn toàn cạn kiệt
trong vòng 50 năm trở lại tính theo mức tiêu thụ hiện nay [70].
- Thứ hai, biodiesel cho thấy thân thiện với môi trƣờng hơn các loại nhiên liệu
hóa thạch. Sử dụng biodiesel không làm gia tăng lƣợng khí thải carbon
dioxide nhƣng lại có hàm lƣợng các khí sulfur thấp hơn hẳn [4, 82]. Thành
phần khí thải sulfur và carbon monoxide giảm thiểu lần lƣợt là 30% và 10%
khi sử dụng biodiesel. Lƣợng khí tạo thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu
có thể ít lại, và sự giảm bớt carbon monoxide là nhờ vào hàm lƣợng oxygen
cao có trong biodiesel. Hơn nữa, biodiesel không chứa các hợp chất dễ bay
hơi và các hợp chất hóa học khác gây hại cho môi trƣờng. Gần đây, các cuộc
điều tra cho thấy rằng sử dụng biodiesel giảm thiểu đƣợc 90% chất độc hại
trong không khí và 95% các bệnh ung thƣ khi so sánh với diesel thông thƣờng
[69].
- Thứ ba, biodiesel đem lại tiềm năng kinh tế đáng kể bởi vì trong tƣơng lai,
các dạng năng lƣợng không tái sinh nhƣ nhiên liệu hóa thạch sẽ ngày một gia
tăng giá thành là một điều không thể tránh khỏi [10].
- Cuối cùng, biodiesel tốt hơn diesel thông thƣờng ở nhiệt độ phát cháy và khả
năng phân hủy sinh học [45].

1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

7

Nguồn sinh khối không những sẽ trở thành nguồn cung cấp năng lƣợng bền
vững mà còn góp phần vào cuộc sống xã hội trong khu vực nhờ giúp gia tăng các
hoạt động thƣơng mại và tạo nhiều cơ hội việc làm cho nông dân.
Vi tảo, thu nhận dƣới dạng sinh khối, là một nguồn năng lƣợng tái sinh rất
tiềm năng, và chúng có thể đƣợc chuyển hóa thành năng lƣợng dƣới dạng nhiên liệu
sinh học bao gồm dầu và gas. Vì vi tảo có hàm lƣợng nƣớc nhiều, do đó không phải
toàn bộ lƣợng sinh khối có thể áp dụng thành năng lƣợng. Sử dụng phƣơng pháp
nhiệt hóa học có thể sản xuất ra dầu và gas, và bằng các phƣơng pháp hóa sinh để
sản xuất ra ethanol và biodiesel. Sản phẩm từ vi tảo có các đặc tính tƣơng tự nhƣ
các sản phẩm từ dầu thực vật và dầu cá, vì vậy, nó có thể thay thế đƣợc cho dầu mỏ
[67].
1.3. Nguyên tắc điều chế và nhu cầu về lipid trong sản xuất biodiesel
Biodiesel là hỗn hợp các ester giữa acid béo và alkyl thu đƣợc thông qua quá
trình chuyển vị ester của dầu thực vật hay mỡ động vật. Nguồn nguyên liệu lipid
dầu thực vật hay mỡ động vật bao gồm 90-98% khối lƣợng là các triglyceride và
một lƣợng nhỏ các mono và diglyceride, acid béo tự do chiếm khoảng 1-5%, phần
còn lại là các phospholipid, phosphatide, carotene, tocopherol, hợp chất sulphur, và
một ít nƣớc [7].
Chuyển vị ester là một phản ứng phức tạp, bao gồm ba bƣớc chuyển đổi liên
tiếp: triglyceride đƣợc chuyển hóa thành diglyceride, sau diglyceride chuyển hóa
thành monoglyceride,và monoglyceride sẽ chuyển hóa thành các ester (biodiesel) và
glycerol (phụ phẩm). Phản ứng chuyển vị ester tổng quát đƣợc mô tả trong hình sau,
trong đó R1, R2, R3 tƣợng trƣng cho các hydrocarbon mạch dài, chính là các acid
béo [80].

Hình 1. 4: Phản ứng chuyển vị ester
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

8

Trong phản ứng chuyển vị ester, tác nhân phản ứng là dầu hay mỡ cùng các
alcohol có mạch carbon ngắn (thƣờng là methanol), có sự hiện diện của chất xúc tác
(thƣờng là NaOH). Mặc dù tỷ lệ phân tử gam giữa alcohol : dầu theo lý thuyết là 3:1
nhƣng thông thƣờng ngƣời ta áp dụng theo tỷ lệ 6:1 để phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Mối quan hệ giữa nguyên liệu đầu vào và sản phẩm biodiesel đầu ra đạt tỷ lệ
khoảng 1:1, nghĩa là theo lý thuyết, 1kg dầu sẽ tạo ra đƣợc 1 kg biodiesel [80].
Có thể sử dụng chất xúc tác đồng thể hay dị thể, acid, base hoặc enzyme lipase
để tăng mức độ phản ứng chuyển vị ester, mặc dù đối với vài quá trình sử dụng các
chất lỏng siêu tới hạn (methanol hoặc ethanol) có thể không cần dùng đến các chất
xúc tác [84]. Trong công nghiệp, thƣờng sử dụng nhất là các chất xúc tác đồng thể
có tính kiềm (ví dụ nhƣ NaOH hay KOH) trong các bình phản ứng có khuấy đảo,
thực hiện theo mẻ [80]. Các phản ứng chuyển vị ester đƣợc xúc tác bởi các chất có
tính kiềm có tốc độ phản ứng nhanh hơn 4000 lần so với xúc tác bởi acid [25].
Trong phân tử triglyceride, khối lƣợng glycerol là khoảng 41 g/mol, trong khi
khối lƣợng các gốc acid béo dao động từ 650-790 g/mol. Chính thành phần các gốc
acid béo tạo ra các nhóm hoạt động trong phân tử glyceride, và chúng có tầm ảnh
hƣởng đáng kể đến tính chất của dầu thực vật và mỡ động vật [11].
Trong quá trình sản xuất biodiesel, ngƣời ta có thể sử dụng nguồn lipid từ dầu
thực vật, mỡ động vật hoặc các loại dầu thải. Tuy nhiên, để sản xuất biodiesel đạt
chuẩn nhiên liệu, tính chất của nguồn nguyên liệu rất quan trọng, ngay từ quá trình
nghiên cứu ban đầu cho tới giai đoạn sản xuất, vì chất lƣợng của biodiesel phụ
thuộc vào chất lƣợng nguồn nguyên liệu [11].
Những nguồn nguyên liệu giàu các acid béo chƣa bão hòa chứa nhiều nối đôi
(polyunsaturated) thì dễ mắc phải quá trình oxy hóa hơn các nguồn lipid có nhiều
acid béo bão hòa hay chỉ có một nối đôi trong mạch (monounsaturated) [11].

Tuy nhiên, biodiesel từ nguồn nguyên liệu chứa một lƣợng lớn các acid béo
bão hòa sẽ có nhiệt độ điểm sƣơng (nhiệt độ biodiesel bắt đầu xuất hiện tinh thể) và
nhiệt độ dòng chảy (nhiệt độ thấp nhất mà biodiesel vẫn có thể bơm và chảy đƣợc
trong ống dẫn) cao. Thực tế cho thấy, biodiesel từ dầu thực vật có nhiệt độ điểm
sƣơng và nhiệt độ dòng chảy thấp hơn biodiesel từ mỡ động vật [11].
Nếu nguồn nguyên liệu lipid chứa một lƣợng lớn các acid béo tự do và nƣớc
thì quá trình chuyển vị ester sẽ gặp nhiều khó khăn vì chúng không thể chuyển hóa
đƣợc thành biodiesel thông qua phản ứng xúc tác với kiềm. Đây là vấn đề vƣớng
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

9

mắc khi sử dụng dầu đã qua chế biến, dầu thải nhà hàng, dầu cặn, mỡ động vật làm
nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel dù đây là những nguồn nguyên liệu có giá
thành rẻ [11].
Thành phần ester phổ biến nhất trong biodiesel là ester của các acid palmitic,
acid stearic, acid oleic, acid linoleic và acid linolenic. Các loại nguyên liệu nhƣ đậu
nành, hoa hƣớng dƣơng, hạt cải dầu (canola), cọ và lạc có thành phần lipid khá phù
hợp nhƣ trên [26]. Trong số đó, methyl oleate đƣợc xem là thành phần chính lý
tƣởng để sản xuất biodiesel. Một số ester khác nhƣ methyl palmitoleic cũng có
những ƣu điểm, khi so với methyl oleate thì trội hơn về nhiệt độ đông đặc thấp [26].
Bảng 1. 1: Các acid béo thƣờng có trong các nguồn nguyên liệu dùng sản
xuất biodiesel [26]

1.4. Các nguồn nguyên liệu giàu lipid phục vụ cho việc sản xuất biodiesel
và tiềm năng của vi tảo
Thông thƣờng, biodiesel chủ yếu đƣợc sản xuất từ dầu của đậu nành và các
loại rau quả [9], cọ [2], hoa hƣớng dƣơng [4], hạt cây cải dầu [58] cũng nhƣ dầu phế
thải từ các nhà hàng [8]. Số lƣợng nguyên tử carbon trong chuỗi mạch carbon của
phân tử dầu diesel vào khoảng 15C, và điều này gần nhƣ tƣơng ứng với dầu thực

vật với chuỗi carbon vào khoảng 14-18C. Các đặc điểm về cấu trúc của biodiesel
cho thấy rằng biodiesel có thể ứng dụng để thay thế đƣợc cho năng lƣợng thông
thƣờng. Hiện tại, giá thành của biodiesel thì cao gấp 2 lần so với diesel thƣờng. Chi
phí sản xuất biodiesel bao gồm 2 phần chính, đó là chi phí cho nguồn nguyên liệu
thô (dầu thực vật và mỡ động vật) và chi phí quá trình. Chi phí cho nguồn nguyên
liệu thô chiếm khoảng 60-75% tổng chi phí nhiên liệu biodiesel [39]. Dù vậy, vẫn
có thể tìm đƣợc một lƣợng lớn dầu mỡ giá thành thấp từ các chế phẩm phế thải nhà
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

10

hàng và từ động vật [30], vấn đề chính khi sử dụng những nguồn dầu mỡ này đó là
chúng thƣờng chứa nhiều acid béo tự do gây khó khăn cho quá trình sản xuất
biodiesel thông qua quá trình chuyển vị ester [17]. Nguồn nguyên liệu thô có tỷ lệ
triglyceride cao thì phù hợp hơn. Ví dụ nhƣ dầu thực vật là loại nguyên liệu có tỷ lệ
triglyceride rất cao, do đó nó đƣơc sử dụng để sản xuất biodiesel trong vài năm qua
[18].
Tuy nhiên, dầu thực vật còn là nguồn tiêu thụ của con ngƣời. Vì vậy sử dụng
dầu thực vật sản xuất biodiesel có thể làm cho giá thành dầu thực vật dùng trong
thực phẩm tăng cao, từ đó dẫn đến giá thành biodiesel cao và ngƣời tiêu dùng hạn
chế sử dụng dù rằng biodiesel có nhiều ƣu điểm hơn so với diesel [80].
Dầu thực vật đƣợc sử dụng trong nhiều mục đích thƣơng mại và khả năng
cung ứng dầu thực vật cho việc sản xuất biodiesel thì không thể đáp ứng nổi tiềm
năng thƣơng mại của biodiesel trên một khu vực. Một ví dụ cụ thể đó là để đáp ứng
đƣợc 10% chỉ tiêu tại EU từ việc sản xuất quy mô hộ gia đình, thì nguồn nguyên
liệu thực sự cung cấp không đủ cho nhu cầu hiện tại, và sự đòi hỏi về diện tích canh
tác thì vƣợt xa tiềm năng phát triển đất trồng đối với các loại cây trồng sản xuất
năng lƣợng sinh học [68]. Mở rộng trồng trọt, áp lực trong sự thay đổi sử dụng đất
trồng và sự gia tăng các cánh đồng canh tác có thể dẫn tới cạnh tranh đất đai và làm
mất đi sự đa dạng sinh học do sự lấn chiếm rừng và các vùng sinh thái quan trọng

[64]. Biodiesel sẽ không còn đƣợc xem là một giải pháp ƣu việt khi nó chiếm dụng
nguồn cây trồng phục vụ cho những lợi ích khác của con ngƣời hay nguồn nguyên
liệu của nó xâm lấn vào diện tích rừng và các môi trƣờng trọng yếu khác có liên
quan mật thiết đến sự đa dạng sinh học [80].
Giá thành và những khó khăn trong việc thu nhận và tinh chế các nhiên liệu
hóa thạch cùng những chính sách ở cấp độ khu vực cho tới quốc gia sẽ ngày càng
thúc đẩy gia tăng sản xuất biodiesel hoặc các loại nhiên liệu tái sinh khác. Và để
biodiesel có thể trở thành quen thuộc đối với ngƣời tiêu dùng thì giá cả của nó phải
cạnh tranh đƣợc với diesel thông thƣờng. Do đó mục tiêu đặt ra là phải giảm bớt
đƣợc chi phí cho nguồn nguyên liệu thô vốn chiếm 60-70% tổng chi phí nhiên liệu
biodiesel [11].
Để không phải cạnh tranh với nguồn dầu thực phẩm, biodiesel nên đƣợc sản
xuất từ các nguồn nguyên liệu giá thành rẻ nhƣ là các nguồn dầu phi thực phẩm, sử
dụng dầu rán, mỡ động vật, dầu cặn, và dầu nhờn. Tuy nhiên, khối lƣợng dầu thải
và mỡ động vật sẵn có thì không đủ để đáp ứng nhu cầu biodiesel hiện nay. Vì vậy,
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

11

công nghệ sản xuất biodiesel chuyển tiếp qua một thế hệ mới, thế hệ thứ hai, lấy
nguồn nguyên liệu là sinh khối vi tảo, có thể góp phần giảm bớt đƣợc những đòi hỏi
bức thiết về mặt bằng nhờ có hiệu suất năng lƣợng cao hơn trên mỗi đơn vị diện
tích đất cũng nhƣ không cạnh tranh ảnh hƣởng tới đất nông nghiệp. Hơn nữa,
biodiesel cần phải có mức tác động môi trƣờng thấp hơn và bảo đảm có cùng chất
lƣợng so với các nguồn nhiên liệu hiện nay [61].
Thực tế, vi tảo có hiệu suất dầu cao nhất trong số các cây trồng lấy dầu đa
dạng khác. Có thể so sánh hiệu suất nuôi trồng vi tảo với việc khai thác các nguồn
sinh khối khác qua bảng số liệu sau:

Bảng 1. 2: So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel khác [80]

Nguồn
Hàm lƣợng
dầu (% khối
lƣợng sinh
khối)
Năng suất
lipid (L
dầu/ha.năm)
Đất sử
dụng
(m
2
.năm/kg
biodiesel)
Năng suất
biodiesel (kg
biodiesel/
ha.năm)
Bắp/Ngô (Zea mays L.)
44 172 66 152
Gai dầu (Cannabis
sativa L.)
33 363 31 321
Đậu nành (Glycine
max L.)
18 636 18 562
Jatropha (Jatropha
curcas L.)
28 741 15 656
Camelina (Camelina

sativa L.)
42 915 12 809
Canola/Cải dầu
(Brassica napus L.)
41 974 12 862
Hƣớng dƣơng
(Helianthus annuus L.)
40 1070 11 946
Hải ly (Ricinus
communis)
48 1307 9 1156
Cọ dầu (Elaeis
guineensis)
36 5366 2 4747
Vi tảo (lượng dầu thấp)
30 58700 0.2 51927
Vi tảo (lượng dầu
trung bình)
50 97800 0.1 86515
Vi tảo (lượng dầu cao)
70 136900 0.1 121104
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

12

Để giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lƣợng toàn cầu, tìm kiếm các nguồn
nguyên liệu sinh học giàu lipid để sản xuất biodiesel đạt hiệu quả cao đang thu hút
rất nhiều sự quan tâm. Các vi sinh vật có chất dầu đƣợc kỳ vọng nhờ có chu kỳ sinh
trƣởng ngắn, hàm lƣợng lipid cao và dễ dàng đƣợc cải tạo giống bởi các phƣơng
tiện công nghệ sinh học. Vài loài vi tảo đƣợc liệt vào nhóm vi sinh vật giàu chất dầu

phù hợp với nhu cầu sản xuất lipid [15]. Vi tảo đƣợc xem là đối tƣợng tiềm năng để
sản xuất nhiên liệu bởi rất nhiều ƣu điểm nhƣ là hiệu suất quang hợp cao, sinh khối
lớn và mức độ sinh trƣởng cao hơn khi so sánh với các loại cây trồng sản xuất năng
lƣợng [50].
Trong số các nguồn sinh khối, vi tảo đƣợc xem là một nguồn sinh khối hiện
đại và có nhiều tiềm năng nhất hiện nay bởi vì vi tảo có khả năng quang hợp hiệu
quả hơn bất kỳ loại sinh khối thực vật nào khác, mà theo Hall in Ref, quá trình
quang hợp của vi sinh vật là quá trình tái sinh sử dụng năng lƣợng mặt trời để
chuyển hóa thành một dạng năng lƣợng dự trữ mới dƣới dạng các liên kết hóa học,
ngoài ra con ngƣời hoàn toàn có thể chủ động sản xuất sinh khối vi tảo với số lƣợng
lớn. Vì vậy nếu có thể thu hồi năng lƣợng với năng suất cao từ chúng thì sinh khối
vi tảo đƣợc xem là một nguồn tài nguyên đầy hứa hẹn để sản xuất nhiên liệu [67],
và vi tảo có thể đƣợc xem nhƣ một nguồn năng lƣợng thay thế cho nguồn năng
lƣợng hóa thạch đang cạn kiệt dần [48]. Hơn nữa, theo tiêu chuẩn biodiesel của
American Society for Testing Materials (ASTM), biodiesel từ dầu vi tảo có các
thuộc tính tƣơng tự với biodiesel tiêu chuẩn, và nó cũng an toàn hơn vì có nhiệt độ
phát cháy cao.
Bảng 1. 3: So sánh các thuộc tính giữa dầu từ vi tảo, diesel thông thƣờng và
tiêu chuẩn ASTM biodiesel [28]
Thuộc tính Biodiesel từ vi tảo Diesel
Tiêu chuẩn
biodiesel ASTM
Khối lƣợng riêng
(kg/L)
0.864 0.838 0.84-0.90
Độ nhớt (mm
2
/s,
cSt tại 40
0

C)
5.2 1.9-4.1 3.5-5.0
Điểm phát cháy
(
0
C)
115 75 Tối thiểu 100
Điểm đông đặc
(
0
C)
-12 -50-10 -
Chỉ số acid (mg
KOH/g)
0.374 Tối đa 0.5 Tối đa 0.5
Giá trị nhiệt năng
41 40-45 -
Tỷ lệ H/C
1.81 1.81 -
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

13

Những ƣu điểm khi nuôi cấy vi tảo nhƣ nguồn tài nguyên sinh khối:
- Tảo đƣợc xem là các cơ thể sống có khả năng thu nhận năng lƣợng mặt trời
để tạo ra các hợp chất hữu cơ rất hiệu quả [83].
- Tảo đƣợc xếp vào loài thực vật không có hệ mạch dẫn, đa phần đều thiếu cơ
quan sinh sản phức tạp [83].
- Vi tảo dễ dàng nuôi cấy để sản xuất một số hợp chất đặc thù chọn lọc, có giá
trị kinh tế với nồng độ cao nhƣ protein, carbohydrate, lipid và các sắc tố dựa

vào các điều kiện sinh trƣởng đa dạng [83]. Từ đó có thể tối ƣu hóa môi
trƣờng để thu đƣợc sinh khối với hàm lƣợng lipid cao.
- Vi tảo thuộc vào nhóm vi sinh vật sinh sản theo chu kỳ phân đôi tế bào [83].
- Vi tảo có thể sống đƣợc ở môi trƣờng nƣớc biển, nƣớc lợ hoặc nƣớc ngọt.
Mặc dù vi tảo sống trong môi trƣờng nƣớc, nhƣng không đòi hỏi cần nhiều
nƣớc nhƣ các loại cây trồng khác [43]. Mặt khác, vi tảo cũng có thể thích nghi
với môi trƣờng nƣớc thải, do đó không cần thiết phải tốn chi phí sử dụng
nƣớc sạch [80].
- Hệ thống sản xuất sinh khối tảo dễ dàng thích nghi ở các quy mô và kỹ thuật
khác nhau [83].
- Việc nuôi thu sinh khối vi tảo không đòi hỏi nhiều diện tích nhƣ khi trồng các
loại cây lấy dầu khác [15], và năng suất sinh khối vi tảo cũng không phụ
thuộc vào thời tiết hay ảnh hƣởng của môi trƣờng [43]. Biodiesel sản xuất từ
vi tảo không làm ảnh hƣởng đến việc sản xuất thực phẩm và các sản phẩm
khác từ thực vật [28].
- Vi tảo có mức độ sinh trƣởng rất nhanh, chu kỳ sinh trƣởng hoàn tất chỉ trong
vài ngày [71], và có rất nhiều loài tảo chứa nhiều dầu [28], năng suất dầu trên
mỗi đơn vị nuôi cấy vi tảo có thể cao vƣợt trội hơn so với năng suất dầu của
cây có hạt chứa hàm lƣợng dầu nhiều nhất [43]. Thông thƣờng các loài vi tảo
có hàm lƣợng dầu vào khoảng 20-50% [15].
Ví dụ nhƣ loài tảo Chlorella protothecoides khi nuôi theo phƣơng thức dị
dƣỡng có thể tích lũy lipid đạt 55% khối lƣợng khô của tế bào sau 144h nuôi
cấy trong môi trƣờng có bổ sung bột cao ngô trong fermenter [87].
- Sản xuất sinh khối vi tảo có thể đƣợc xem là một phƣơng pháp cố định trực
tiếp khí thải CO
2
vì vi tảo sử dụng CO
2
nhƣ nguồn Carbon nhờ khả năng
quang hợp (1kg sinh khối khô đòi hỏi cần có 1.8kg CO

2
) [43].
- Nuôi cấy vi tảo không cần dùng các loại thuốc xịt cỏ hay thuốc trừ sâu [43].
1. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

14

- Các phần sinh khối vi tảo còn dƣ lại sau quá trình trích ly dầu có thể đƣợc
dùng nhƣ nguồn thức ăn cho gia súc, hoặc làm phân bón, hoặc qua quá trình
lên men tạo các sản phẩm ethanol hay methane [43].
- Toàn bộ quá trình từ việc nuôi thu sinh khối có hàm lƣợng lipid cao đến sản
xuất biodiesel từ dầu vi tảo đều đã đƣợc nghiên cứu.
Ở điều kiện phòng thí nghiệm, hàm lƣợng lipid lý tƣởng có thể đạt tới 56-
60% trên tổng sinh khối khô nhờ vào kỹ thuật di truyền hoặc kỹ thuật nuôi dị
dƣỡng. Những tiến bộ kỹ thuật cho thấy rằng trong tƣơng lai việc sản xuất
biodiesel từ vi tảo có thể đƣợc thực hiện trên quy mô công nghiệp [28].

2. NUÔI VI TẢO SẢN XUẤT BIODIESEL

15

2. NĂNG SUẤT LIPID VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA MÔI TRƢỜNG
LÊN SỰ TÍCH LŨY LIPID CỦA MỘT SỐ LOÀI VI TẢO
2.1. Các loại vi tảo có chứa nhiều lipid
Một số loài vi tảo có thể tích lũy lipid đạt đến 75% (w/w) sinh khối khô nhƣng
năng suất thấp, nhƣ là Botryococcus braunii. Một số loài vi tảo khác rất phổ biến
cho việc sản xuất lipid đó là Chlorella, Crypthecodinium, Cylindrotheca,
Dunaliella, Isochrysis, Nannnochloris, Nannochloropsis, Neochloris, Nitzschia,
Phaeodactylum, Porphyridum, Schizochytrium, Tetraselmis vì có năng suất sinh
khối cao nên năng suất lipid cao hơn nhiều mặc dù hàm lƣợng lipid chỉ đạt từ 20-

50% sinh khối khô [80].
Ngoài ra, thành phần lipid trong tế bào vi tảo cũng khác nhau tùy theo chủng
loại. Đây thực sự cũng là một điểm đáng lƣu ý khi lựa chọn các loài vi tảo vì sẽ ảnh
hƣởng đáng kể đến đặc tính của biodiesel đƣợc sản xuất từ lipid của chúng. Thành
phần lipid trong vi tảo gồm có các acid béo bão hòa và chƣa bão hòa, chứa 12-22
nguyên tử carbon, và một số thuộc họ ω3 và ω6 [80].

Bảng 2. 1: Hàm lƣợng và năng suất lipid của các loài tảo khác nhau [80]
Các loài vi tảo nƣớc
mặn và nƣớc ngọt
Hàm lƣợng lipid
(% sinh khối khô)
Sinh khối khô
(g/L/ngày)
Năng suất lipid
(mg/L/ngày)
Chlorella emersonii 25.0-63.0 0.036-0.041 10.3-50.0
Chlorella sorokiniana 19.0-22.0 0.23-1.47 44.7
Chlorella sp. 10.0-48.0 0.02-2.5 42.1
Chlorococcum sp. 19.3 0.28 53.7
Nannochloris sp. 20.0-56.0 0.17-0.51 60.9-76.5
Nannochloropsis
oculata
22.7-29.7 0.37-0.48 84.0-142.0
Nannochloropsis sp. 12.0-53.0 0.17-1.43 37.6-90.0
Neochloris
oleoabundans
29.0-65.0 - 90-134.0
Scenedesmus sp. 19.6-21.1 0.03-0.26 40.8-53.9
Spirulina maxima 4.0-9.0 0.21-0.25 -

Tetraselmis suecica 8.5-23.0 0.12-0.32 27.0-36.4
Tetraselmis sp. 12.6-14.7 0.30 43.4