Đồ Án Sản xuất biodiesel từ vi tảo: Kỹ thuật nuôi cấy vi tảo thu lipid

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Thực trạng ô nhiễm môi trường và sự thiếu hụt nguồn năng lượng trong tương lai

chính là mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia hiện nay, và biodiesel được xem là

một giải pháp khả thi nhằm thay thế cho nguồn nhiên liệu diesel dầu hỏa sử dụng cho

các phương tiện giao thông vận tải lẫn trong công nghiệp.

Trong khi các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel thông thường: 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 tượng 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 như: sản xuất thực phẩm chức năng và xử lý môi trường, do

đó việc ứng dụng nuôi cấy vi tảo trên các môi trường 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 được đây là một loài vi tảo rất phù hợp với mục tiêu sản xuất

biodiesel: năng suất sinh khối cao trong môi trường quang tự dưỡng, hàm lượng lipid

nhiều và thành phần lipid dễ điều chỉnh theo điều kiện nuôi cấy. Từ đó đề xuất khảo

sát các yếu tố môi trường nhằm nuôi cấy Nannochloropsis oculata thu lipid với năng

suất cao: môi trường f/2, độ mặn trong khoảng 22-49g NaCl/L, nhiệt độ môi trường

25-27 oC, chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang ít tỏa nhiệt 400-500µmol/m2s, hạn

chế nồng độ nitrogen và phosphorus.



MỤC LỤC


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 lượng và biodiesel . 1

1.1.1. Năng lượng không tái sinh . 1

1.1.2. Năng lượng 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 HưỞNG CỦA MÔI TRưỜNG 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 hưởng của điều kiện môi trường 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 trường . 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 trường 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 trường . 38

4. KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 51



DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1. 1: Các acid béo thường 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 thường và tiêu

chuẩn ASTM biodiesel [28] . 12

Bảng 2. 1: Hàm lượng và năng suất lipid của các loài tảo khác nhau . 15

Bảng 2. 2: Sự sinh trưởng 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% CO2 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% CO2 trong 14 ngày . 21

Bảng 2. 5: Tham số sinh trưởng và sự sản xuất lipid của C. vulgaris ở các nồng

độ NaNO3 khác nhau . 23

Bảng 3. 1: Sự sinh trưởng 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 lượng 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 lượng sinh khối và hàm lượng 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 lượng CO2 khác nhau 41

Bảng 3. 7: Tham số sinh trưởng và sự sản xuất lipid của N. oculata ở các nồng độ

NaNO3 khác nhau 42

Bảng 3. 8: Sản lượng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của

Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nồng độ NaNO3 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 NaNO3 khác nhau 44

Bảng 3. 10: Sản lượng sinh khối và thành phần hợp chất hóa sinh của

Nannochloropsis sp. vào ngày thứ 10 tại các nồng độ NaH2PO4 khác nhau . 46

Bảng 3. 11: Thành phần acid béo (%w/w TFA) của Nannochloropsis sp. vào

ngày thứ 10 tại các nồng độ NaH2PO4 khác nhau 47





DANH SÁCH HÌNH

Hình 1. 1: Sự hình thành các lớp nhiên liệu hóa thạch . 1

Hình 1. 2: Các dạng năng lượng tái sinh 2

Hình 1. 3: Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lượng 3

Hình 1. 4: Phản ứng chuyển vị ester 7

Hình 2. 1: Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng FAME (g/100gFAME) của C.

vulgaris tại các nhiệt độ sinh trưởng khác nhau . 17

Hình 2. 2: Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng FAME (g/100gFAME) của C.

vulgaris tại các nồng độ NaNO3 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 lượng acid béo

methyl ester (g/100gFAME) của N. oculata tại các nhiệt độ khác nhau . 29

Hình 3. 3: Ảnh hưởng của mức độ chiếu sáng trên sự sinh trưởng của tế bào và

hàm lượng chlorophyll a đối với Nannochloropsis sp. 33

Hình 3. 4: Sự phân phối các acid béo chính trong Nannochloropsis sp. được nuôi

cấy theo mẻ dưới ảnh hưởng 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 hưởng nồng độ khí CO2 lên sự sinh trưởng của N. oculata 39

Hình 3. 7: Sự sinh trưởng của N. oculata khi nuôi cấy bán liên tục trong môi

trường sục khí có chứa 2%, 5%, 10%, 15% CO2 . 40

Hình 3. 8: Phần trăm các loại FAME trên tổng lượng FAME (g/100gFAME) của N.

oculata tại các nồng độ NaNO3 khác nhau . 43