Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 NỘI DUNG 5 1. NGUỒN RƠM RẠ Ở VIỆT NAM VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG RƠM RẠ Ở VIỆTNAM 5 2. CẤU TRÚC CỦA NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ KHÓ KHĂN TRONGPHÂN HỦY RƠM RẠ TẠO RAĐƯỜNG 5 2.2. Khókhăn 7 3. NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH SẢN XUẤT ETANOL TỪ RƠM RẠ 8 3.1. Quá trình tiền xử lý rơm rạ bằng nổ hơi để thuỷ phân tạo ra dịch đường 9 Cơ chế quá trình nổ hơinước 9 Mô tả cơ chế quá trình nổ hơi 11 Bã sau nổ hơi ở các nhiệt độ khác nhau 11 Ưu nhược điểm của quá trình nổ hơinước 11 3.2. Nghiên cứu qui trình công nghệ thủy phân và lên menethanol 13 Qui trình sản xuất etanol đi từ lignocellulose 13 Quá trình đường phân 20 3.3. Chưng cất khửnước 23 4. TÌNH HÌNHCHUNG 23 4.2. Các thành tựu nghiêncứu 25 KẾT LUẬN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA *** BÀI TIỂU LUẬN Đề tài: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ RƠM RẠ Sinh viên thực Lớp : : 14CHD Đà Nẵng, 11/2017 Công nghệ sản xuất Etanl sinh học MỤC LỤC Trang Công nghệ sản xuất Etanl sinh học NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN LIỆU TỪ RƠM RẠ MỞ ĐẦU Ngày nay, giới đứng trước nguy khủng hoảng nguồn lượng trầm trọng.Theo dự báo nhà khoa học giới, nguồn lượng từ sản phẩm hóa thạch dầu mỏ bị cạn kiệt vòng 40-50 năm Để ổn định đảm bảo an ninh lượng đáp ứng cho nhu cầu người ngành công nghiệp, nhà khoa học tập trung nghiên cứu tìm nguồn nhiên liệu mới, nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ phụ phẩm nơng nghiệp hướng tạo nguồn nhiên liệu thay phần nguồn nhiên liệu hoá thạch cạn kiện, đảm bảo an ninh lượng cho quốc gia Sử dụng nhiên liệu sinh học mang lại lợi ích giảm thiểu nhiễm mơi trường ngun liệu sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học cồn dầu mỡ động, thực vật, không chứa hợp chất thơm, hàm lượng lưu huỳnh thấp, không chứa chất độc hại, mặt khác, nhiên liệu sinh học thải vào đất có tốc độ phân huỷ sinh học cao nhanh gấp lần so với nhiên liệu dầu mỏ giảm nhiều tình trạng nhiễm nước ngầm Ethanol sinh học (bbio-ethanol) loại nhiên liệu sinh học dạng cồn sản xuất đường sinh học, chủ yếu phương pháp lên men chưng cất loại ngũ cốc chứa tinh bột chuyển hoá thành đường đơn, thường sản xuất từ loại nông nghiệp hàm lượng đường cao bắp (ở Mỹ), lúa mì, lúa mạch, mía (ở Brazil) Ngồi ra, ethanol sinh học sản xuất từ cỏ có chứa hợp chất cellulose (celluloic ethanol).Celluloic ethanol sản xuất đưa vào sử dụng nhiên liệu nhiều nước giới Hiện nay, việc sản xuất ethanol từ loại nơng nghiệp ăn gây lo lắng vấn đề an ninh lương thực - cạnh tranh trồng làm nhiên liệu lương thực Chính vậy, giới theo hướng sản xuất ethanol từ nguyên liệu hợp chất cellulose Việt Nam quốc gia lớn 70% dân số làm nông nghiệp Do vậy, phụ phẩm sau thu hoạch lớn Theo phương thức sản xuất nông nghiệp truyền thống, phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch (rơm rạ, thân ngô, thân đậu ) chuyển nhà sử dụng nguồn nguyên liệu để đun nấu nơng họ, làm thức ăn chăn nuôi Cùng với phát triển xã hội nhu cầu đời sống ngày nâng cao, ngày hầu hết hộ nông dân sử dụng nguồn nguyên liệu khác than, gas, điện, cho việc nấu nướng nên phần lớn lượng phụ phẩm nông nghiệp người nông dân đốt đồng ruộng tạo chất độc hại CH 4, CO2, bụi, Việc đốt lượng phụ phẩm nông nghiệp đồng rượng dần thành thói quen xấu, khơng gây ảnh hưởng xấu tới mơi trường sinh thái mà lãng phí nguồn nguyên liệu có nguồn gốc thực vật Một số cơng trình nghiên cứu giới cho thấy, loại phụ phẩm nông nghiệp, phế thải giàu hợp chất hydratcacbon có thểTrang sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất ethanol sinh học.Thành phần rơm rạ, thân ngô bao gồm phần lớn cellulose, Công nghệ sản xuất Etanl sinh học hemicellulose, ligin, nguyên tố khoáng khác Việc nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp giàu hợp chất carbonhydrat làm nguyên liệu sản xuất ethanol nhiên liệu có sử dụng trợ giúp vi sinh vật giải pháp đầy hứa hẹn cho viêc tạo nguyên liệu thay cho nguồn nguyên liệu hoá thạch dần cạn kiệt, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường, hướng nghiên cứu đắn thu hút quan tâm nhà khoa học ngồi nước Với ý nghĩa thiết thực đó, “Nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ” nhằm xác định khả sản xuất ethnol nhiên liệu từ rơm rạ nhờ tác nhân sinh học vi sinh vật Trang NỘI DUNG NGUỒN RƠM RẠ Ở VIỆT NAM VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG RƠM RẠ Ở VIỆTNAM: Sản lượng lương thực hoa màu cao đồng nghĩa với việc nước ta có nguồn phụ phẩm nơng nghiệp dồi Trung bình, để tạo gạo thải khoảng 1,2 rơm rạ Sản lượng lúa gạo năm 2007 toàn quốc đạt 36 triệu Như vậy, lượng rơm rạ thải năm vào khoảng 43 triệu Số liệu thống kê năm trình bày theo bảng Cho đến nay, phần lớn rơm rạ thường để mục hoại đồng hay đốt chỗ để trả lại khống chất cho đồng ruộng Phần lại đem làm thức ăn gia súc hay trồng nấm làm chất đốt phục vụ nhu cầu đun nấu gia đình Nếu sản xuất ethanol từ rơm rạ sử dụng có ích nguồn lượng từ rơm mà trả lại nguồn khoán chất cho câytrồng Bảng 1: Sản lượng nông nghiệp nước ta năm 2003 (FAO 2004) CẤU TRÚC CỦA NGUỒN NGUYÊN LIỆU VÀ KHÓ KHĂN TRONGPHÂN HỦY RƠM RẠ TẠO RAĐƯỜNG: 2.1 Cấutrúc: Rơm rạ có thành phần cellulose, Lignin, Hemicellulose, chất trích ly tro Cấu trúc rơm rạ Các mạch cellulose tạo thành sợi Các sợi gắn lại với nhờ hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm Các vi sợi bao bọc hemicellulose lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi công ezyme hóa chất q trình thủy phân Mối quan hệ cellulose – hemicellulose cấu trúc rơm rạ Lignin polyphenol có cấu trúc mở Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose hemicellulose Rất khó để tách lignin hoàn toàn Cellulose đường polysaccharide, có cơng thức (C6H10O5)n, mà số n biến thiên từ 7,000 đến 15,000 phân tử glucose Hemicellulose loại polymer phức tạp phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 DP Hemicellulose chứa đường gồm glucose, mannose galactose ; đường gồm xylose vàarabinose 2.2 Khókhăn: Động vật ăn cỏ, mối (termite) tiêu hoá cellulose nhờ vi sinh vật sống cộng sinh bao tử (như Cellulomonas), số vi khuẩn có khả biến cellulose đường, nhờ sản xuất enzyme cellulase biến cellulose đường Vì vậy, để biến cellulose thành rượu, bắt chước theo tiêu hoá động vật ăn cỏ mối, trước hết phải biến hoá cellulose đường đơn giản hexose, pentose, thuỷ phân (hydrolysis) nhờ số acid (như dịch vị) enzyme cellulase Hemicellulose tương đối dễ dàng biến thành đường chứa 5C Xylose (C5H10O5), xylose không biến chế thành ethanol được.Cũng vậy, với kỹ thuật tại, chưa có cách biến lignin ethanol.Vì trước tiên phải loại lignin hemicellulose, lại thành phần cellulose Hiện tại, sản xuất enzyme cellulase để biến cellulose thành đường phức tạp, tốn kém, chiếm khoảng 40% chi phí sản xuất rượu Có loại cellulases thường dùng: (i) Endo-p-glucanase, 1,4-ß-D-glucan glucanohydrolase, CMCase, phá huỷ cầu chuỗi cellulose để biến thành đường glucose vàoligo-saccharide (ii) Exo-P-glucanase, 1,4-ß - D-glucan cellobiohydrolase, Avicelase, C1: biến thành đường cellobiose(C12) (iii) ß-glucosidase, cellobiase: thuỷ phân đường cellobiose thànhglucose NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH SẢN XUẤT ETANOL TỪ RƠM RẠ: Nguyên liệu Chuẩn bị Tiền xử lí Nấm men Thủy phân Nhân giống Lên men Chưng cất etanol QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIOETANOL TỪ BIOMASS 3.1 Quá trình tiền xử lý rơm rạ nổ để thuỷ phân tạo dịch đường: Phương pháp nổ nước phát triển vào năm 1925 W H Mason sản xuất gỗ ép Cơ chế q trình nổ hơinước Mơ tả chế trình nổ Cấu trúc sợi trước sau nổ hơi, bó sợi cellulose giải phóng khỏi lớp lignin bảo vệ sau nổ Sợi lignocellulose khơng nổ có cấu trúc sít chặt ngăn cản công enzyme, nổ 4atm, nổ 8atm(mơ tả khả làm tăng kích thước lỗ xốp xơ sợi) Quá trình nổ nước q trình – hóa – nhiệt Đó phá vỡ cấutrúc hợp phần với giúp đỡ nhiệt dạng (nhiệt), lực cắt giãn nở ẩm (cơ) thủy phân liên kết glycosidic(hóa) Q trình nổ có giai đoạn: Làm ẩm nguyênliệu Giảm áp độtngột Trong thiết bị phản ứng, giai đoạn nước áp suất cao thâm nhập vào cấu trúc lignocellulosic trình khuếch tán làm ẩm nguyên liệu.Ẩm biomass thủy phân nhóm acetyl hemicellulose hình thành nên acid hữu acetic uronic acid Các acid xúc tác trình depolymer hóa hemicellulose, giải phóng xylan phần glucan Dưới điều kiện khắc nghiệt, vùng vơ định hình cellulose bị thủy phân đến mức độ đó.Dưới điều kiện khắc nghiệt hơn, ví dụ nhiệt độ cao áp suất cao, thúc đẩy phân hủy xylose thành furfural glucose thành 5-hydroxymethyl furfural Furfural 5hydroxylmethyl furfural kìm hãm phát triển vi sinh vật, khơng thuận lợi cho trình lên men Tăng kết tinh cellulose cách thúc đẩy kết tinh vùng vơ địnhhình Hemicellulose bị thủy phân trình nổhơi Sự nổ thúc đẩy việc khử lignin Cùng với việc gia tăng kích thước lỗ xốp, tác động (2) (3) ưu điểm trình nổ Tuy nhiên, tác động (1) lại gây khó khăn cho q trình thủy phân Ngồi nhược điểm q trình nổ là: Tốn chi phí, lượng vận hành Đòi hỏi thiết bị chịu nhiệt độ áp suấtcao Có thể làm phân hủycellulose Mất đường từhemicellulose Làm sinh fufural 5-hydroxymethyl fufural gây ức chế q trình lên men Tóm lại: sau thực nổ chậm nhanh hiêu suất thu hồi cellulose nổ nhanh cao hơn; rơm 2300c, %cell=53,1( theo Ths Hoàng Minh Nam) Thiết bị nổ quy mơ pilot Qui trình nổ 3.2 Nghiên cứu qui trình cơng nghệ thủy phân lên menethanol: Một số qui trình từ nguồn nguyên liệu khác nhau: CELLULOSE Sinh học/ hóa học ĐƯỜNG BÃ HEMICELLULOSE Sinh học/ hóa học NGUYÊN LIỆU LIGNOCELLULOSE NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT CÁC VẬT LIỆU BÃ NĂNG LƯỢNG NHIỆT CHẤT TRÍCH LY LIGNIN Qui trình sản xuất etanol từ lignocellulose lignin CELLULOSE Sinh học/ hóa học ĐƯỜNG CHẤT BÃ BIOMASS NĂNG LƯỢNG NHIỆT CHẤT TRÍCH LY NGUYÊN LIỆU HĨA CHẤT CÁC VẬT LIỆU KHÍ SẠCH HỖN HỢP KHÍ (q trình khí hóa) KHÍ QUI TRÌNH SẢN XUẤT ETANOL TỪ NGUYÊN LIỆU BIOMASS 3.2.1.Thủy phân bằngaxit: Quá trình xử lý gồm bước hình dưới: Nước acid Nước biomass acid lignin bã Giai đoạn tiền thủy phân Rửa Dịch thủy phân Giai đoạn đườnghóa Dịch thủy phân Trong ngành cơng nghiệp sản xuất etanol, người ta ưu tiên sử dụng công nghệ thuỷ phân axit giá thành enzyme cellulase cao.Theo nguyên tắc, axit sử dụng cho trình thuỷ phân, thực tế, axit sunfuric dùng phổ biến giá thành rẻ cho hiệu thuỷ phân tương đối cao.Axit sunfuric sử dụng axit đặc axitlỗng Q trình thủy phân biomass thực bình phản ứng.Phương pháp ngâm chiết thực cách cho dòng acid thấm xuyên qua cột nhồi nhiều lớp Đây thiết bị thích hợp cho phương pháp thủy phân theo mẻ Ưu điểm thứ loại đường tạo thành Thiết bị tạo thành sản phẩm phân hủy đường chất ức chế trình lên men, tạo lượng đường lớn.Điểm thứ 2, thiết bị hoạt động với tỉ lệ rắn/ lỏng cao Năm 1997 Torget cộng phát minh thiết bị phản ứng BSFT Đây thiếtbị chảy qua lớp co Thiết kế nhằm giữ độ chặt lớp khơng đổi Dòng acid đưa qua thiết bị qua lớp với vận tốc bé Thời gian lưu nguyên liệu thiết bị ngắn so với phương pháp ngâm chiết Thiết bị cho suất cao Sản phẩm thu có hàm lượngchất phân hủy thấp 3.2.1.1.Thủy phân axitlỗng Q trình thủy phân ngun liệu thành đường tự sẵn sàng lên men axit sunfuric loãng phải trải qua bước: - Bước 1: Thủy phân axit loãng nồng độ 0,5% để phá vỡ liên kết hyđro mạch cellulose phá vỡ cấu trúc tinh thể chúng thực o nhiệt độ 200 C Kết thủy phân bước chuyển hóa hemicellulose thành đường 5C 6C (chủ yếu xylo mano) dễ lên men tạo thành etanol đồng thời bẻ gãy cấu trúccellulose - Bước 2: Để chuyển hóa hoàn toàn cấu trúc cellulose gãy thành đường gluco C6, o bước thủy phân thứ sử dụng axit nồng độ 2% thực nhiệt độ240 C 3.2.1.2.Thủy phân axitđặc Quá trình thuỷ phân tiến hành qua hai bước, bước thứ để thuỷ phân hemicelulose, tiến hành 100oC, thời gian từ – 6h, nồng độ axit cho vào 10% Ở giai đoạn thuỷ phân thứ nhất, sau axit phân huỷ hemicellulose, hỗn hợp pha loãng nước, thuỷ phân xảy bước pha lỗng thuđược phần lớn đường Sau đó, hỗn hợp lọc để thu hồi dung dịch, phần chất rắn lại đem thủy phân tiếp Tại axit đặc phá vỡ liên kết hydro chuỗi cellulose, biến đổi chúng thành dạng vơ định hình hồn tồn Khi cellulose decrystallization, chúng tạo thành dạng chất lỏng, Cellulose dễ bị thuỷ phân thời điểm Chính vậy, pha lỗng dung dịch nước nhiệt độ thường làm cho thuỷ phân glucose diễn nhanh chóng hồn tồn, với thất thoát Lignin thu hồi để tận dụng làm sản phẩm khác (thức ăn gia súc) Trong quy trình này, người ta sử dụng màng lọc để phân tách đường axit, hệ thống thu hồi đặc axit nhằm tận dụng quay vòng lại lượng axit sunfuric dung dịch Tuy nhiên, hệ thống có giá thành cao, người ta thường sử dụng lượng lớn vơi để trung hồ axit dung dịch trước tiến hành lên men Sự trung hoà tạo lượng lớn thạch cao CaSO4 Ưu điểm quy trình hiệu thuỷ phân cao, thu hồi 90% đường cellulose đường củahemicellulose 3.2.2.Thủy phân bằngenzyme: • Thủyphân: Nguồn enzyme sử dụng phổ biến từ Trichoderma reesei Aspergillus niger Hiện nay, người ta thay dần hệ enzyme chịu nhiệt, chịu điều kiện hóa học hạn Hơn hết nghiên cứu phức hợp cellulosome vi khuẩn kỵ khí dần mở đường nhằm tăng hiệu thủy phân tổ hợp loại nguyên liệulignocellulose Hiện nay, chế thủy phân hệ enzyme cellulase chấp nhận diễn theo bước sau: Endoglucanase thủy phân liên kết β-1,4-glycosidic vùng vơ định hình tạo nhiều đầu khơngkhử Sau exoglucanase cắt đơn vị cellobiose từ đầu khôngkhử β-glucosidase tiếp tục thủy phân cellobiose tạo raglucose Trung tâm hoạt động enzyme cellulase chứa gốc amino acid đặc hiệu Trong cellulose chứa liên kết glycosidic.Bộ electron σ đóng vai trò phân cực liên kết Hiệu ứng cảm ứng nguyên tử oxy trung tâm gây tập trung tích điện nguyên tử oxy làm cho nguyên tử oxy tích điện âm Còn ngun tử cacbon kết hợp với bị khuyết electron nên tích điện dương Sự khuyết electron liên kết bị thủy phân yếu tố quan trọng định khả thủy phân Tác dụng xúc tác enzyme phân bố electron quyếtđịnh Quá trình thủy phân cellulose enzyme cellulase Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ trình thủy phân Tốc độ trình thủy phân cellulose cellulase chịu tác động số yếu tố Năm 2002, Lyn cộng đưa kết luận nhưsau: Tỉ lệ kết tinh: yếu tố ảnh hưởng đến q trình thủy phân Các mạch cellulose có tính kết tinh cao, sợi cellulose liên kết chặt chẽ Dođósẽcảntrởqtrìnhtiếpxúccủaenzymevớicácmạchcellulosebên làm giảm tốc độ trình thủyphân Mức độ polymer hóa: mạch cellulose dài, tốc độ thủy phân chậm(Walker cộng , 1990) Kích thước lỗ xốp: kích thước lỗ xốp phải đủ lớn cho enzymeđi vào Kích thước lỗ xốp lớn trình thủy phân càngnhanh Bề mặt tiếp xúc: hầu hết chuỗi xenllulose giấu vi sợi- yếu tố ngăn cản cản tác động enzyme giới hạn tốc độ thủy phân Bề mặt thủy phân lớn tốc độ thủy phân càngnhanh Thực nghiệm cho thấy trình thủy phân tiến hành nhiệt độ 70ºC 1,5ngày Sản phẩm thu có lượng glucose 75-95% số gốc glucose có nguyên liệu banđầu 3.2.3.Lênmen: Để sản xuất lượng cồn lớn, việc lựa chọn chủng nấm men thích hợp cần thiết Những giống nấm men thường sử dụng công nghiệp sản xuất cồn Saccharomyces spp mà số loài S Cerevisiea hay S.unvarum giống có khả tạo độ cồn cao (12-13%), hay đặc biệt S oviformis có khả tạo độ cồn 18% đặc biệt loài nấm men có khả lên men nhiều đường khác glucose, manose, saccharose, maltose rafinose, nhiên khơng có khả lên men galactose Ngồi có Zymononas mobilis thường sử dụng q trình rượu hóa.Tuy nhiên Saccharomyces Zymononas sp thiếu hồn tồn khả chuyển hóa loại đường pentose Khuynh hướng biến đổi gen giống nhằm giúp biểu khả chuyển hóa loại đường pentose phổ biến Dxylose, L – arabinose phát triển nhiều Gần đây, người ta phát thấy có số lồi nấm men Pichia stipitis, Candida shehatae Pachyhysolen tannophillus chủng có khả chuyển hóa xylose mạnh dùng sản xuất ethanol.Trong P stipilis lại bật khả sản xuất hàm lượng cồn cao nhu cầu dinh dưỡng chúng không phức tạp so với giống nấm men khác Thế giới trọng xu hướng sử dụng công nghệ gen để tạo chung nấm men vừa có khả lên men đường đường Cơ chế lên men glucose: Quá trình đường phân Sau đó, pyruvate chuyển thành ethanol theo phương trình sau: CH3-C-COOH pyruvat decarbonxylase -CO2 CH3COOH O alcol- dehydrogenase CH3CHO C2H5OH NADH + H+ NAD+ Bản chất q trình lên men q trình oxy hóa khử.Q trình oxy hóa lại xảy thể sinh vật tác động hệ thống enzyme, người ta gọi trình lên men trình oxy hóa sinh học Thuỷ phân lên men tách riêng: Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân lên men tách riêng (SCF: separate hydrolysis and fermentation) Vật liệu sau nghiền mịn (giảm kích thước) xử lý sơ axit loãng để thuỷ phân hemicellulose, chất rắn lại (cellulose, lignin) thuỷ phân bằngenzyme Trong bước xử lý sơ bộ, chuỗi liên kết loại đường cấu thành nên hemicellulose bị phá vỡ, phân tử hemicellulose bị phân huỷ thành đường đơn Cụ thể đường 5C hồ tan xylose, araibinose đường 6C hồ tan mannose galactose Một lượng nhỏ cellulose chuyển hoá thành glucose bước này.Tiếp đến cần nuôi dưỡng enzyme để thuỷ phân cellulose, enzyme cellulase sử dụng để thuỷ phân phân tử cellulose thành đườngglucose.Trongphảnứngthuỷphâncellulose,enzymecellulaseđượcsửdụngđể phá vỡ chuỗi liên kết glucan cellulose, giải phóng raglucose Q trình thuỷ phân cellulose gọi hố đường cellulose Dung dịch thu sau giai đoạn xử lý sơ giai đoạn thuỷ phân cellulose lên men vi sinh vật Sau người ta chưng cất để thu hồi etanol tinh khiết Trong quy trình trình thuỷ phân trình lên men tiến hành tách rời Thuỷ phân lên men đồng thời: Khác với quy trình thủy phân lên men tách rời, quy trình trình thuỷ phân cellulose trình lên men tiến hành đồng thời Quy trình khơng phải thực thủy phân trước hạn chế làm xuất phản ứng lên men đồng thời phức tạp làm phát sinh sản phẩmcủa sản xuất etanol sinh học ức chế hoạt động enzyme( hình 5) Quá trình thủy phân lên men đồng thời (còn gọi q trình đường hóa lên men đồng thời) có nhiều ưu điểm: Glucose tạo thành trình thủy phân tiêu thụ nấm men vậy, lượng cellobiose glucose tích tụ hệ thống Điều giải vấn đề ức chế enzyme nhờ tốc độ tạo glucose tăng đáng kể, lượng enzyme cần dùng nhỏđi Số thiết bị cần cho trình thủy phân lên men đồng thời số cần cho phương pháp truyền thống trình thủy phân lên men tiến hành thiết bị Điều giúp giảm vốn đầutư Việc ethanol tạo thành suốt trình làm giảm khả phát triển vi sinh vật tạp chất, có lợi cho quy trình liêntục Vi sinh vật dùng cho lên men 3.3 Chưng cất- khửnước Quá trình tách nước tinh ethanol để đáp ứng đặc điểm kỹ thuật nhiên liệu TÌNH HÌNHCHUNG: 4.1 Sản xuất etanol sinhhọc: Về phương diện kỹ thuật (và kinh tế), chia làm loại nguyên liệu: Công nghệ xăng sinh học hệ 1: chế biến từ đường (mía, củ cải đường,sorgho đường) tinh bột nông phẩm (từ hạt bắp, lúa mì, lúa, v.v., hay từ củ khoai tây, khoai mì, v.v.) để tạo ethanol; hay từ dầu (của hạt dừa dầu, đậu nành, đậu phộng, v.v.) để biến chế diesel sinh học Kỹ thuật đơn giản kinh tếnhất Công nghệ xăng sinh học hệ 2: từ cellulose, chất xơ dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía, v.v.), hay thực vật hoang (non-crop)(như cỏ voi, vetiver, lục bình).Kỹ thuật chưa hồn hảo, hiệu kém, men chưa hữu hiệu giá đắt,chỉ phần cellulose lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất cao Cơng nghệ xăng sinh học hệ 3: từ tảo (algae), kỹ thuật pháttriển Sản lượng dự tính (theo lý thuyết) cho ngun liệu khơ Ngun liệu Gallons Lít Hạt bắp ngô 124,4 470,854 Thân bắp ngô 113,0 427,705 Rơm rạ 109,9 415,971 Phế phẩm sợi 56,8 214, 988 Phế phẩm lâm nghiệp 81,5 308,477 Mạt cưa 100,8 381,528 Bã mía 111,5 422,027 Giấy vụn 116,5 439,817 Sản lượng lý thuyết Etanol sinh từ nguyên liệu khô Hiện giới có 50 nước có chương trình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học Các nước APEC chọn nhiên liệu sinh học thay cho nhiên liệu hóa thạch Theo dự báo chuyên gia, đến năm 2025, giới sử dụng 12% nhiên liệu sinh học toàn nhu cầu lượng; đến năm 2020, EU sử dụng 20% nhiên liệu sinhhọc Trong chương trình nghị diễn đàn hợp tác Đơng Á - Mỹ Latinh (FEALAC) bàn đến nội dung liên quan đến sản xuất sử dụng nhiên liệu sinhhọc Brazil quốc gia theo đường riêng sử dụng cồn làm nhiên liệu cho loại ô tô Khoảng 40% nhu cầu nhiên liệu nước đáp ứng bioethanol, dạng cồn điều chếtừ đường mía Tuynhiên,Biodieselcũngchỉcóthểsửdụngởmộtmứcđộnhấtđịnhđốivới số loại động diesel đời Đây lý tập đoàn Shell quan tâm nhiều đến việc phát triển nhiên liệu sinh học hệ hai Để sản xuất nhiên liệu này, người ta sử dụng phận trình sản xuất nông nghiệp, nhiều phận chất thải rơm rạ, thân ngô, hướngdương 4.2 Các thành tựu nghiêncứu: Các nhà khoa học Đài Loan thành cơng phòng thí nghiệm biến chế etanol từ rơm rạ, 10 kg rơm rạ thu lít cồn 99,5% để pha làm xăng sinh học (Taipei Times, 19/2/2008), phải vài năm sản xuất quy mơ thương mại Các nghiên cứu Trung quốc cho thấy, xăng sinh học sản xuất từ rơm rạ đắt xăng dầu mỏ khoảng 250 USD/tấn Hãng General Motors Hoa Kỳ hợp tác với Công ty sản xuất etanol Coskata để sản xuất thanol từ thân bắpvào cuối năm 2008, kể từ 2011 sản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm, với giá USD/gallon Wood cộng báo cáo việc biểu gen tái tổhợp endoglucanase từ Erwinia chrysanthemi P86021 vào Escherichia coli KO11 hệ thống tái tổ hợp sản xuất 3.200 IU endoglucanase/lit canh trường lỏng lên men (IU, international unit, xác định μl đường khử tạo phút sử dụng carboxymethyl cellulose làm chất) Endoglucanase E1 chịu nhiệt từ Acidothermus cellulolyticus biểu Arabidopsis thalianaở Người ta sử dụng q trình lên men xylose thành ethanol Chủng tái tổ hợp E coli với gen từ Zymomonas mobilis để chuyển hóa pyruvate thành ethanol nghiên cứu Dien cộng Các plasmid tái tổ hợp với gen tổng hợp xylose reductase xylitol dehydrogenase từ Pichia stipitis gen xylulokinase từ Saccharomyces cerevisiae chuyển vào Saccharomyce spp cho trình lên men đồng thời xylose glucose Tuy nhiên có nhiều thách thức đặt là: Giữ tính ổn định chủng vi khuẩn sản xuất cơngnghiệp Tính kinh tế hệ thống Có hệ thống tiền xử lý hiệu quảcao… KẾT LUẬN Đề tài tiến hành nội dung nghiên cứu sau: Lựa chọn chủng vi sinh vật làm tác nhân cho trình thuỷ phân rơm rạ trình lên men + Nghiên cứu số điều kiện phù hợp trình thuỷ phân rơm rạ thành đường đơn tác nhân hoá học sinh học (vi sinh vật) + Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ + TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Diệu Lý 2008 Nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ Đề tài tốt nghiệp đại học, khoa Kỹ thuật hóa học, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ ChíMinh Đề tài thạc sĩ “nghiên cứu sản xuất etanol từ phụ phẩm nông nghiệp” Nguyễn Thị Hằng Nga- DH khoa học tựnhiên Báo cáo tóm tắt đề tài “ Nghiên cứu công nghệ thiết bị liên tục xử lý rơm rạ nước để lên men ethanol” Ths Hoàng MinhNam Và số nguồn khác từinternet -HẾT - ... cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ nhằm xác định khả sản xuất ethnol nhiên liệu từ rơm rạ nhờ tác nhân sinh học vi sinh vật Trang NỘI DUNG NGUỒN RƠM RẠ Ở VIỆT NAM VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG RƠM... xuất từ rơm rạ đắt xăng dầu mỏ khoảng 250 USD/tấn Hãng General Motors Hoa Kỳ hợp tác với Công ty sản xuất etanol Coskata để sản xuất thanol từ thân bắpvào cuối năm 2008, kể từ 2011 sản xuất 50...Công nghệ sản xuất Etanl sinh học MỤC LỤC Trang Công nghệ sản xuất Etanl sinh học NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN LIỆU TỪ RƠM RẠ MỞ ĐẦU Ngày nay, giới đứng trước nguy