Năng lượng sinh học môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

TIỂU LUẬN MÔN HỌC:

CÔNG NGHỆ XANH VÀ NĂNG LƯỢNG SẠCH

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
GVHD:

PGS.TS Lê Thanh Hải

HVTH:

Nhóm 2
1.

Phan Thị Ngọc Ánh

2.

Lê Thị Kiều Hoanh

3.

Nguyễn Văn Huy

4.

Tôn Thất Hưng

5.

Nguyễn Thị Mỹ Ngọc

6.

Nguyễn Trần Ngọc Phương


TỔNG QUAN

NỘI
DUNG

NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA CÁC NGUỒN NLSH

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CHẾ TẠO NLSH Ở VIỆT NAM


Mục tiêu
 Tìm hiểu, cung cấp những kiến thức cơ bản về các

nguồn năng lượng sinh học và các nguyên lý chuyển
hóa.
 Đánh giá ưu, nhược điểm của các loại năng lượng
sinh học hiện có
 Tìm hiểu mức độ quan tâm của Thế giới và Việt
Nam đến vấn đề Năng lượng sinh học

TỔNG QUAN

Định nghĩa năng lượng sinh học (NLSH)
NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có
nguồn gốc động thực vật (sinh học) như nhiên liệu chế xuất từ
chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ...), ngũ cốc
(lúa mỳ, ngô, đậu tương...), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ,
phân, ...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm
gỗ thải...),...


PHÂN LOẠI NLSH

 Dạng lỏng

+ Dầu sinh học Bio-Oil: Thủy phân Cellulose thu được các
hợp chất thơm, parafin, a.carboxylic, Hydrate carbons và
Levuglucosan (Trang 175, NLS và Các QTXL trong Hóa dầu)
Cellulose +nước  Glocose  Sản phẩm
+ Bio-Diesel:
Tri-Glicerite (Dầu TV) + Methanol  Glicerine + Bio-Diesel

+ Xăng ethanol, dung môi sinh học…


PHÂN LOẠI NLSH

 Dạng khí: Biogas

PHÂN LOẠI NGUỒN
NGUYÊN LIỆU

Rơm rạ,..

Chất thải
của gia
súc

Whey có thành phần là
đường đôi và protein

Từ CN chế
biến sữa

Trồng lúa,
sx dầu cọ,
olive

Từ chăn
ni gia
súc

Từ CN mía
đường

NGUỒN
NGUN
LIỆU SX
NLSH

Mật rỉ
đường, bã
mía

Từ CN
giấy và chế
biến gỗ
Mùn gỗ,
bùn thải

- Bột thịt,
bột xương

Từ giết mỗ

Từ CN chế
biến thủy
sản

Mỡ cá


Các loại biomass ở Việt Nam, năm 2000


TỔNG QUAN
NLSH TRÊN THẾ GIỚI
Hàn Quốc
• NLSH đang được nghiên cứu, phát triển

• Chế tạo Biogas từ sinh khối, chất thải chăn ni
• Phát triển nghiên cứu sản xuất biogas từ bùn thải từ HTXL nước
thải
Nhật Bản

• Ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối (Nippon Biomas
Strategy) từ năm 2003
• Hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển các đơ thị sinh
khối (biomass town)
Đức
• Sản xuất điện từ biogas từ sinh khối hiện nay đang rất phát triển


TỔNG QUAN
NLSH TRÊN THẾ GIỚI
Trung Quốc
• Đã có Luật năng lượng tái tạo
• Hiện nay đã có hơn 80 nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến
50MW/nhà máy.
• Đang thúc đẩy hợp tác nghiên cứu phát triển sx biogas từ bùn thải từ các
trạm xử lý nước thải
Canada
• Trường đại học Lakehead hiện đang nghiên cứu chế tạo dầu sinh học thơng
qua việc hố lỏng các loại sinh khối, chất thải trong nông nghiệp như phần
thải từ cây lúa mì, ngơ,...
• Nghiên cứu thay thế ethanol bằng butanol sinh học
Thái Lan và Philipin
• Sử dụng nhiên liệu sinh học chủ yếu là B2 và B5
• Tại Thái Lan: Sản xuất Biodiesel từ dầu cọ

Các dự án nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu cellulose trên thế giới đến đến tháng
7 năm 2008


TỔNG QUAN

NLSH Ở VIỆT NAM

Biogas

• Được phát triển từ lâu;
• Được áp dụng rộng rãi ở các
vùng nông thôn trên cả nước

Ethanol

• Có 2 nhà máy sản xuất ethanol


NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA CÁC NGUỒN NLSH

NGUYÊN LÝ CHUNG


NGUYÊN LIỆU BIOMASS
BẢNG: Thành phần theo khối lượng của các nguồn sinh khối
Thành phần
Nguồn sinh
khối

Lõi bắp

·
·

Cellulose
[wt.-%]
·

Rơm bắp

·

·

Hemicellulose [wt.-%]

42 - 45

·

33 - 35

35

·

25 - 38

·

·

Lignin
[wt.-%]
·

10 - 15
·

35

Rơm lúa mì

·

33 - 47

·

22 - 30

·

13 - 19

Rơm cây gai

·

44 - 45

·

19 - 21

·

20 - 22

Rơm lúa

·

39

·

36

·

10

Bã mía

·

40

·

29

·

13

Gỗ sồi

·

46

·

31

·

23

Gỗ thơng, linh sam

·

43

·

27

·

29

Gỗ dương

·

50

·

31

·

17


NGUYÊN LIỆU BIOMASS
Thành phần của Nguyên liệu Lignocellulose
Carbohydrates

Cellulose fraction

Monomer: Glucose
(Hexose)

+

Lignin (Methoxyphenylpropane)

Hemicellulose fraction

Monomers: Xylose, Arabinose
(Pentoses)


TỔNG QUAN
CẤU TRÚC CỦA LIGNOCELLULOSE
• Trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung

chính và được bao bọc bởi những chất có chức
năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết
dính như lignin. Cellulose, hemicellulose và
lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trị
với nhau. Các đường nằm ở mạch nhánh như
arabinose,
galactose,
và
acid
4-Omethylglucuronic là các nhóm thường liên kết
với lignin.
• Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản.
Các sợi này được gắn lại với nhau nhờ
hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với
chiều rộng khoảng 25nm. Các vi sợi này được
bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ
cellulose khỏi sự tấn cơng của ezyme cũng như

các hóa chất trong q trình thủy phân

Cấu trúc lignocellulose

Mối quan hệ của cellulose và
hemicellulose trong cấu trúc
lignocellulose

16


TỔNG QUAN
TẬN DỤNG NGUỒN LIGNOCELLULOSE

 Lignocellulose tạo nên thành tế bào, giữ cho cây vững

chắc, các bó sợi được liên kết chặt chẽ với nhau bằng
các liên kết cộng hóa trị
Muốn tận dụng nguồn cellulose bước đầu tiên phải
phá hủy cấu trúc của nó

17


NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA
NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA LIGNOCELLULOSE THÀNH SẢN PHẨM SINH HỌC

Plant Biomass

High energy input

needed!

Steam Explosion

Development of
efficient
hydrolysis
methods
required!!

Hemicellulose
Hydrolysis
(enzymatic or chemical)

Pentoses (Xylose, Arabinose)

Alternatives have
to be developed!
e.g.: Solid State
Fermentation!

Extraction with water

Fermentation to Bioethanol
Biotechnological
Production

Lignin
Alkaline extraction

Adhesives

of Biopolyesters

Energy

Hydrolysis
(enzymatic or chemical)

Cellulose
Petschacher Barbara, Diploma Thesis, Graz University of Technology, 2001

Glucose
18


NGUN LÝ CHUYỂN HĨA
Sơ đồ q trình sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu khác nhau
Nguyên liệu
chứa cellulose

Tiền xử lý

Nguyên liệu
chứa tinh bột

Thủy phân sơ bộ

Tiền xử lý

Đường hóa

Đường hóa

Lên men

Enzyme phân hủy

Qua membrane*

Qua membrane*

Lên men

Nấm men
Chưng cất
Tách nước lần 2
Nước thải
Ethanol

Ngun liệu
chứa đường

Tiền xử lý

Qua membrane *

Quy
trình
cơng

nghệ sản
xuất
ethanol
từ các
nguồn
chứa
cellulose


NGUN LÝ CHUYỂN HĨA
Sơ đồ cơng nghệ sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu chứa cellulose

Cellulose

Enzym

Dinh
dưỡng
tiệt
trùng

Khử nước

Dòng

Phân
phối
nước

Bể điều

hòa
Lên men

Cột chưng cất

Bã thải


NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA
NGUYÊN LÝ CHUYỂN HÓA ETHANOL TỪ NGUỒN CHỨA CELLULOSE 4

Quy
trình
cơng
nghệ sản
xuất
ethanol
từ các
nguồn
chứa
cellulose


Ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý đến quy trình biến đổi
Lignocellulose thành ethanol 4


NC quy trình cụ thể về thủy phân bã mía thu dịch đường và
quá trình sản xuất butanol từ nguyên liệu mật rỉ đường.
Mật rỉ đường

(25%Saccharose, 7% glucose)

Bã mía
(45-50% cellulose)

Tiền xử lý
Tiền xử lý
Glucose

Enzyme
Điều chỉnh pH

Điều chỉnh pH
Thủy phân
C. Beijerinckii

Hấp tiệt trùng
Glucose
Lên men

Butanol
(7-10g/l)

(30-50g/l)


Bột thịt , bột xương (MBM) từ ngành công nghiệp giết mổ
– nguồn Nito quý cho công nghệ sinh học

 Sản phẩm truyền thống: thức ăn gia súc

 Vấn đề: xuất hiện bệnh xốp não ở bò (Bovine

Spongiform Encephalopathy -BSE- bệnh bò điên)
 Lây nhiễm trên diện rộng ở Anh, phát hiện năm
1986
 Đem đốt  không tạo nên giá trị
 2001: Graz University of Technology đặt ra mục
tiêu sử dụng MBM một cách an toàn để tạo nên các
sản phẩm giá trị gia tăng


Thủy phân MBM
 Điều kiện đầu tiên để sử dụng an toàn MBM: thủy phân

MBM để phá hủy prions

Structure of a Prion
Causing BSE

Hydrolysis time [h]

SDS-Gel-Electrophoresis of alkaline Hydrolysis of MBM
(PhD thesis José Neto, Graz University of Technology, 2006)