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