TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sản xuất biodiesel từ tảo chlorella: kỹ thuật nuôi cấy thu nhận lipid hệ thống photobioreactor TỐNG THÀNH TRUNG NGUYỄN KHÁNH VÂN LÊ KỲ VĂN GVHD: PGS.TS NGUYỄN THÚY HƯƠNG Powerpoint Templates Page TỔNG QUAN – BIODIESEL I TỔNG QUAN II Ảnh HƯỞNG CỦA ĐiỀU KiỆN NUÔI CẤY VÀ SINH KHỐI LÊN SINH TỔNG HỢP LIPID CỦA TẢO CHLORELLA III KỸ THUẬT NUÔI CẤY THU NHẬN LIPID TRÊN PBR IV THU HoẠCH – CHIẾT XuẤT V KẾT LuẬN Powerpoint Templates Page Tổng quan Powerpoint Templates Page TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.1 NL không tái sinh NL tái sinh Năng lượng không tái sinh Năng lượng hóa thạch • Hình thành dựa trình địa chất dài hàng triệu năm xác động thực vật • Diesel: lỏng, sản phẫm thuộc phân đoạn nhẹ trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ Năng lượng hạt nhân Hình thành khả phóng xạ vài nguyên tố Powerpoint Templates Page Powerpoint Templates Page • Năng lượng sinh khối (Biomass): Biodiesel • Năng lượng địa nhiệt NĂNG LƯỢNG TÁI SINH • Năng lượng thủy triều • Năng lượng sóng • Năng lượng gió • Năng lượng mặt trời 1.1.1 NL không tái sinh NL tái sinh TỔNG QUAN – BIODIESEL TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.2 Biodiesel Tốt Diesel thông thường nhiệt độ phát cháy khả phân hủy sinh học Biodiesel hỗn hợp ester acid béo alkyl thu thông qua trình chuyển vị ester dầu thực vật hay mỡ động vật, có khả thay diesel từ dầu mỏ Nguồn lượng tái sinh đáp ứng cung cầu BIDIESEL Tiềm kinh tế đáng kể Powerpoint Templates Thân thiện với môi trường Page TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.2 Biodiesel NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHẾ Powerpoint Templates Page TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.2 Biodiesel Các acid béo thường có nguyên liệu Powerpoint Templates Page TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.2 Biodiesel Vi tảo Nguyên liệu Dầu thực vật Powerpoint Templates Dầu phi thực vật Page TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.2 Biodiesel TIỀM NĂNG CỦA VI TẢO Đất sử dụng Nguồn Hàm lượng dầu (% w/w sinh khối) Năng suất lipid (L dầu/ha.năm) Bắp/Ngô 44 172 66 152 Gai dầu 33 363 31 321 Đậu nành 18 636 18 562 Jatropha 28 741 15 656 Camelina 42 915 12 809 Canola/Cải dầu 41 974 12 862 Hướng dương 40 1070 11 946 Hải ly 48 1307 1156 Cọ dầu 36 5366 4747 Vi tảo I 30 58700 0.2 51927 Vi tảo II 50 Vi tảo III 70 97800 Powerpoint Templates 136900 (m2.năm/kg biodiesel) Năng suất biodiesel (kg biodiesel/ ha.năm) 0.1 86515 Page 10 0.1 121104 KỸ THUẬT NUÔI CẤY - PBR 3.4 Nuôi cấy Chlorella minutissima PBR vận hành liên tục Powerpoint Templates Page 86 KỸ THUẬT NUÔI CẤY - PBR 3.4 Nuôi cấy Chlorella minutissima PBR vận hành liên tục • Chlorella minutissima chủng tiềm sản xuất biodiesel phương pháp nuôi cấy liên tục • Tốc độ pha loãng kiểm soát: μ, hiệu suất thu sinh khối, thành phần acid béo • μ=0.33 d-1; H=137 mg/L/ngày Powerpoint Templates Page 87 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA Powerpoint Templates Page 88 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.1 Thu hoạch Quá trình thu hoạch kết hợp keo tụ lọc Powerpoint Templates Page 89 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.2 Chiết xuất Cơ học Gồm: ép, đồng hóa xay Ép: áp suất cao Đồng hóa: tế bào dẫn qua khe hẹp → thay đổi áp suất Xay: hạt nhỏ chuyển động nhanh phá vỡ tế bào tảo Powerpoint Templates Page 90 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.2 Chiết xuất Dung môi/dung môi siêu tới hạn Thường sử dụng: benzen, cyclohexane, hexane, aceton, chloroform, decane, CO2 Phân hủy thành tế bào hòa tan dầu Ứng dụng hạn chế tồn sản phẩm thực phẩm Powerpoint Templates Page 91 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.2 Chiết xuất Sóng siêu âm Cung cấp lượng cho tế bào → tế bào vượt ngưỡng chịu đựng Gây hại cho thể nên cần đặt hộp cách âm Powerpoint Templates Page 92 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.2 Chiết xuất Xung điện trường Phương pháp tiềm Xung điện thấm qua màng tế bào làm tăng khả chuyển qua màng Powerpoint Templates Page 93 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.2 Chiết xuất Chiết xuất vi sóng Vi sóng làm độ ẩm tế bào bốc → áp suất lên thành tế bào An toàn, rẻ tiền Tuy nhiên sản phẩm bị tổn hại Powerpoint Templates Page 94 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA Powerpoint Templates Page 95 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.3 Chuyển hóa Triglyceride → Diglyceride → Monglyceride Sử dụng: methanol, ethanol, propanol, butanol… Tăng lượng methanol để phản ứng theo chiều tạo lipid Sử dụng xúc tác kiềm (tốc độ gấp 4000 lần acid) Powerpoint Templates Page 96 THU HOẠCH – CHIẾT XUẤT – CHUYỂN HÓA 4.3 Chuyển hóa METHANOL TRIGLYCERIDE ESTER DIGLYCERIDE Powerpoint Templates MONOGLYCERIDE Page 97 GLYCEROL KẾT LUẬN • Sản xuất biodiesel từ vi tảo hướng phát triển cần quan tâm nhằm thay nguồn nguyên liệu hóa thạch • Giảm chi phí: phát triển kỹ thuật lọc sinh học, đặc tính giống, thiết kế hệ thống quang phản ứng • Hệ thống quang phản ứng giúp kiểm soát thành phần môi trường, tạo điều kiện thu lượng sinh khối với chất lượng lipid đạt hiệu suất cao Powerpoint Templates Page 98 THANK YOU FOR PAYING ATTENTION Powerpoint Templates Page 99 PHỤ LỤC Comparative analysis of open pond and PBR Powerpoint Templates Page 100 [...]...TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.2 Biodiesel TIỀM NĂNG CỦA VI TẢO • Vi tảo sinh trưởng rất nhanh, năng suất sinh khối cao • Vi tảo có khả năng thu nhận năng lượng mặt trời để tạo ra các hợp chất hữu cơ rất hiệu quả • Nhiều loài vi tảo có hàm lượng lipid cao • Nuôi cấy chiếm ít diện tích và không phụ thu c vào thời tiết, điều kiện môi trường • Hệ thống sản xuất phù hợp ở nhiều quy mô và kỹ thu t khác nhau... nghèo Nitrogen tích lũy lipid bên34 trong Powerpoint Templates Page tế bào cao hơn ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.3 Dinh dưỡng nitrogen • Năng lipid Thứ 1:hàm lượng lipid tăng khi tăng thời gian nuôi cấy nghèo Nitrogen từ 7 đến 17 ngày Thứ 2: năng suấ lipid giảm khi tăng thời gian nuôi cấy nghèo Nitrogen từ 7 đến 17 ngày Năng suất lipid không chỉ phụ thu c vào thời gian nuôi cấy trong môi trường nghèo... hợp lipid trong Chlorella Powerpoint Templates Page 22 TỔNG QUAN - CHLORELLA 1.3 Giảm giá thành sản xuất biodiesel từ vi tảo • • Kỹ thu t lọc sinh học Giống        • Tăng hiệu suất quang hợp Tăng tốc độ phát triển tế bào Tăng hàm lượng lipid Tăng khả năng chịu nhiệt Loại trừ hiện tượng ánh sáng bão hòa Giảm khu vực ức chế bởi ánh sáng Giảm tính nhạy cảm với sự oxi hóa do ánh sáng Thiết kế hệ thống. .. vulgaris • Điều kiện nuôi cấy: – CO2 :20ml/min – Nuôi cấy ban đầu với môi trường dinh dưỡng Nitrogen bình thường ( 70.02 mg/l) ở 15 và 20 ngày – Sau đó môi trường thay đổi đến dinh dưỡng Nitrogen bi cạn kiệt (0.02 mg/l) trong 7 và 17 ngày Powerpoint Templates Page 33 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.3 Dinh dưỡng nitrogen Thời gian nuôi cấy càng dài cho hàm lượng lipid càng cao Thời gian nuôi cấy trong môi trường... nuôi cấy lên sinh khối và sinh tổng hợp lipid ở tảo chlorella Powerpoint Templates Page 24 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY Nhiệt độ Ánh sáng Độ mặn Powerpoint Templates Carbon Nitrogen Page 25 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.1 Nhiệt độ Cre: Attilio et all, 2009 Effect of temperature and nitrogen concentration on the growth Powerpoint Templates Page 26 and lipid content of N oculata and C vulgaris for biodiesel. .. Giải quyết ô nhiễm môi trường • Có thể tận dụng nguồn sinh khối vi tảo còn dư sau quá trình trích ly dầu dùng làm nguồn thức ăn cho gia súc, phân bón hoặc lên men tao các sản phẩm ethanol hay methane Powerpoint Templates Page 11 TỔNG QUAN – BIODIESEL 1.1.2 Biodiesel Cdầu vi tảo = 6.9×10-3Cdầu hỏa Ví dụ: dầu hỏa: 60$/thùng biodiesel từ vi tảo: 0.41$/lít Powerpoint Templates Page 12 Powerpoint Templates... HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.3 Dinh dưỡng nitrogen • Nghiên cứu của Attilio Converti và cộng sự về sử ảnh hưởng của Nitrogen • Đối tượng: Chlorella vulgaris • Điều kiện nuôi cấy: – Môi trường Bold, – CO2: 300ppm – Quang tự dưỡng 14 ngày – Ánh sáng 70µE/m2s Powerpoint Templates Page 31 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.3 Dinh dưỡng nitrogen Powerpoint Templates Page 32 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.3 Dinh... NUÔI CẤY 2.2 Dinh dưỡng carbon Sự phát triển của vi tảo tại các nồng độ CO2 khác nhau: 0, 20 50, 200 ml/phút 50ml/min cho kết quảTemplates tăng trưởng cao nhất Page 28 Powerpoint ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.2 Dinh dưỡng carbon Powerpoint Templates Page 29 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.2 Dinh dưỡng carbon Arief Widjaja et all,2009 Studying of increase lipid production from fresh water microalgae Chlorella... ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.2 Dinh dưỡng carbon • Nghiên cứu của Arief Widjaja et all,2009 • Giống vi sinh vật : Chlorella vulgaris • Phương pháp: ban đầu môi trường nuôi cấy được sục khí 6l/min mà không có CO2 (~ 2l/min CO2 =0.03% CO2 ) Sau đó bổ sung tốc độ dòng khí CO2 vào môi trường là 20, 50, 100 và 200 ml/min (~ 0.33, 0.83, 1.67 và 3.33%) Powerpoint Templates Page 27 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.2 Dinh... 17 ngày Năng suất lipid không chỉ phụ thu c vào thời gian nuôi cấy trong môi trường nghèo Nitrogen mà còn chịu ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy trong môi trường bình thường Powerpoint Templates Page 35 ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 2.3 Dinh dưỡng nitrogen • THÀNH PHẦN LIPID Powerpoint Templates Page 36 ... bào/ml Kỹ thu t nuôi cấy tảo chlorella thu nhận lipid hệ thống photobioreactor (PBR) Powerpoint Templates Page 39 KỸ THU T NUÔI CẤY - PBR SƠ ĐỒ NUÔI CẤY TỔNG QUÁT Powerpoint Templates Page 40 KỸ THU T... THU T NUÔI CẤY - PBR Nuôi cấy quang dưỡng Open pond Nuôi cấy dị dưỡng Reactor Photobioreactor Powerpoint Templates Page 41 KỸ THU T NUÔI CẤY - PBR 3.1 Các hệ thống nuôi cấy tảo Hệ thống mở Hệ thống. .. hóa quy trình sản xuất - Năng suất cao Powerpoint Templates Page 45 KỸ THU T NUÔI CẤY - PBR 3.1 Các hệ thống nuôi cấy tảo Powerpoint Templates Page 46 KỸ THU T NUÔI CẤY - PBR 3.2 Hệ thống PBR Mô