Tải bản đầy đủ (.doc) (17 trang)

ĐỀ tài NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG sản XUẤT ETANOL SINH học từ thân cây ngô

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (330.46 KB, 17 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
KHOA CHĂN NUÔI-THÚ Y
BÀI BÁO CÁO
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SẢN XUẤT ETANOL SINH HỌC
TỪ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP (THÂN CÂY NGÔ)
GVHD: THẦY CHẾ MINH TÙNG
Người thực hiện: TRƯƠNG THANH BÌNH
MSSV:12112262
LỚP DH12TY
1
MỤC LỤC
Phần I: ĐẶT VẤN ĐỀ
Phần II:TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Sinh khối và nhiên liệu sinh học
2.1.1 Khái niệm
2.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học
2.1.3 Những lợi ích khi sử dụng nhiên liệu sinh học
2.2 Etanol sinh học
2.2.1 Tính chất hóa lí học của etanol
2.2.2 Phương pháp sản xuất etanol sinh học
2.2.3 Tình hình sản xuất và sử dụng etanol sinh học
2.2.3.1 Sản xuất và sử dụng etanol sinh học trên thế giới
2.2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng etanol sinh học ở tại Việt Nam
2.3 Sản xuất nông nghiệp và thực trạng sử dụng PPNN ở Việt Nam
2.3.1 Tình hình sản xuất nông nghiệp
2.3.2 Phụ phẩm nông nghiệp và các vấn đề phát thải sau khi thu hoạch
2.3.2.1 Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp
2.3.2.2 Vấn đề phát thải sau thu hoạch
2.3.3 Cây ngô và phụ phẩm từ cây ngô
2.4 Vai trò của VSV trong việc phân giải các hợp chất hữu cơ
2.4.1 Cellulosese và vsv phân giải cellulosese


2.4.1.1 Cellulose
2.4.1.2 VSV phân giải cellulose
2.4.2 Hemicellulosese và VSV phân giải hemicellulose
2.4.2.1 Hemicellulose
2.4.2.2 VSV phân giải hemicellulose
2.5 Vai trò của VSV trong quá trình lên men rượu
2.5.1 Qúa trình lên men rượu
2.5.2 Nấm men dùng trong sản xuất rượu etylic
Phần III: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
3.2 Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Các phương pháp hóa lý
3.2.1.1 Phương pháp phơi sấy nguyên liệu
3.2.1.2 Phương pháp phân tích đường khử
3.2.2 Phương pháp nghiên cứu VSV
3.2.2.1 Phương pháp kiểm tra mật độ VSV
3.2.2.2 Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học VSV
3.2.3 Phương pháp xử lý sơ bộ
2
3.2.4 Phương pháp thủy phân
3.2.5 Phương pháp lên men
Các chữ viết tắc,bảng sử dụng trong bài:
Chữ viết tắc:
-VSV: vi sinh vật.
-PPNN: phụ phẩm nông nghiệp.
-SK: sinh khối.
-NLSH: nhiên liệu sinh học.
Bảng :
-Bảng 1 Tổng sản lượng etanol hằng năm ở một số khu vực.
-Bảng 2 Sản lượng lý thuyết sinh ra từ một tấn nguyên liệu thô.

-Bảng 3 Diện tích gieo trồng và sản lượng một số loại cây trồng năm 2011.
-Bảng 4 Diện tích gieo trồng ngô từ năm 2000 đến năm 2010
3
PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ
Nhu cầu năng lượng của con người đã hiện diện cách đây hàng trăm ngàn năm
khi con người biết dùng lưả trong hoạt động hàng ngày để nướng thịt ,đốt rừng ,làm
rẩy… kể từ đó, nguồn năng lượng từ vật rắn như gỗ cây trở nên ngày quan
trọng,có hơn 2 tỉ người trên thế giới đang dùng chất đốt rắn trong gia đình để nấu
nướng và sưởi ấm mùa đông. Năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự phát
triển KT- XH .An ninh quốc gia,an ninh kinh tế gắn liền với an ninh năng lượng
của một quốc gia. Vì vậy chính sách năng lượng được đặt lên hàng đầu.
Vào thế kỉ thứ 19,gỗ là nguồn năng lượng chủ yếu dùng cho máy chạy bằng hơi
nước trong ngành chuyên chở ,giúp phát triển mạnh mẽ công nghiệp cơ giới .Sau
đó con người chế tạo ra máy phát điện cung cấp nguồn điện năng mới có nhiều ứng
dụng cho đời sống hằng ngày và thay thế dần máy chạy bằng hơi nước. Khi tìm
thấy nhiên liệu trầm tích như than đá, dầu mỏ, khí đốt (năng lượng không tái tạo)
con người tăng tốc sử dụng loại năng lượng này để sử dụng trong các ngành công
nghiệp.
Loại nhiên liệu thể lỏng xăng dầu trở nên ngày càng thông dụng trong các ngành
vận chuyển vì tỉ trọng năng lượng cao,dễ sử dụng hơn các loại nhiên liệu khác ,và
từ đó năng lượng rắn được sử dụng giảm dần. Theo tính toán của các nhà chuyên
gia kinh tế năng lượng ,dầu mỏ và khí đốt chiếm hơn 60%- 80% cán cân năng
lượng thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có,nguồn
năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong khoảng 40-50 năm nữa.Diễn biến
của giá xăng dầu gần đây là do nhu cầu về dầu thô ngày càng lớn và những xung
đột bất ổn chính trị của các quốc gia sản xuất dầu mỏ. Để đối phó với tình hình
đó,cần tìm ra những nguồn nhiên liệu mới, ưu tiên hàng đầu cho các nguồn năng
lượng tái sinh và thân thiện với môi trường.Trong số các nguồn năng lượng mới
năng lượng gió,năng lượng hạt nhân…… năng lượng sinh học đang là xu thế phát
triển tất yếu nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu.

Năng lượng sinh học là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu có sinh
khối của nguồn gốc từ động,thực vật như củi,gỗ,rơm rạ,trấu,phân,mỡ động
vật… nhưng đây là dạng nhiên liệu thô.
Năng lượng sinh học dùng cho các ngành công nghiệp ở dạng lỏng bao gồm
các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất gashol,các loại dầu sinh
học. Sử dụng nhiên liệu sinh học mang lại lợi ích như giảm thiểu ô nhiễm môi
trường vì nguyên liệu sử dụng để sản xuất không chứa các hợp chất thơm ,hàm
4
lượng lưu huỳnh thấp, không chứa các chất độc hại ,mặt khác nhiêu liệu sinh học
khi thải vào đất có tốc độ phân hủy sinh học cao nhanh hơn gấp 4 lần so với nhiên
liệu dầu mỏ và do đó giảm được rất nhiều tình trạng ô nhiễm mạch nước ngầm.(10)
Việc sản xuất ra gashol sử dụng cho các ngành công nghiệp ,cần phải có sản
phẩm trung gian là các loại cồn(etanol).Etanol sinh học là một loại nhiên liệu dạng
cồn ,được sản xuất bằng con đường sinh học,chủ yếu bằng phương pháp lên men và
chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường
đơn,thường được sản xuất từ các loại cây nông nghiệp có hàm lượng đường cao
như (bắp) ở Mĩ ,(lúa mì, lúa mạch,miá)ở Braxin.Ngoài ra etanol sinh học cũng
được sản xuất từ cây cỏ có chứa hợp chất cellulose. Celluloic etanol đã được sản
xuất thành công và đưa vào sử dụng làm nhiên liệu ở nhiều nước trên thế giới.
Hiện nay,việc sản xuất etanol từ các loại cây nông nghiệp có thể ăn được đang gây
ra sự lo lắng về vấn đề an ninh lương thực sự cạnh tranh gay gắt giữa cây trồng
làm nhiên liệu và cây lương thực.Chính vì thế,thế giới đang đi theo hướng sản xuất
etanol từ các nguyên liệu chứa hợp chất cellulose.
Việt nam là một quốc gia có hơn 70% dân số làm nông nghiệp.Do vậy phụ
phẩm sau thu hoạch rất lớn.Theo số liệu thống kê sơ bộ năm 2008(1),tổng diện tích
cây lúa trong cả nước khoảng 7,4 triệu hecta, do vậy lượng rơm rạ phát thải sau mỗi
vụ thu hoạch rất lớn trung bình 5-6 tấn rơm rạ 1 ha/vụ.Theo phương thức sản xuất
nông nghiệp truyền thống ,phụ phẩm sau khi thu hoạch được chuyển về và được sử
dụng như một nguồn nguyên liệu chính để đun nấu trong các nông hộ ,làm thức ăn
cho vật nuôi cùng với sự phát triển của kinh tế và nhu cầu đời sống ngày càng

nâng cao ,ngày nay các hộ nông dân đã sử dụng các nguồn nguyên liệu khác như
than,gas,điện….cho việc nấu nướng nên phần lớn lượng phụ phẩm nông nghiệp này
đã được người dân đốt ngay trên đồng ruộng tạo ra những chất độc hại như
CH4,CO2,bụi…việc đốt lượng phụ phẩm nông nghiệp trên đồng ruộng gây ảnh
hưởng xấu đến môi trường sinh thái mà còn rất lãng phí nguồn nguyên liệu có
nguồn gốc thực vật này.
Một số công trình nghiên cứu trên thế giới cho thấy,các loại phụ phẩm nông nghiệp
,phế thải giàu hợp chất hydratcacbon có thể sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất
etanol sinh học. Thành phần của rơm rạ,thân cây ngô bao gồm phần lớn
cellulose,hemicellulose,lignin,và các nguyên tố khoáng khác. Việc nghiên cứu sử
dụng phụ phẩm nông nghiệp giàu hợp chất cacbonhydrat làm nguyên liệu sản xuất
etanol nhiên liệu có sử dụng sự trợ giúp của vi sinh vật đang là một trong những
giải pháp đầy hứa hẹn cho việc tạo ra nguyên liệu thay thế cho nguồn nguyên liệu
hóa thạch đang dần cạn kiệt,giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường,là một
hướng nghiên cứu đúng đắn thu hút được sử quan tâm của các nhà khoa học trong
và ngoài nước.
Với ý nghĩa thiết thực đó, nghiên cứu khả năng sản xuất etanol sinh học từ phụ
phẩm nông nghiệp nhằm xác định khả năng sản xuất etanol sinh học từ thân cây
ngô nhờ tác nhân sinh học là vi sinh vật.
Để đạt mục tiêu nêu trên,đề tài sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu sau:
5
- Lựa chọn chủng vi sinh vật làm tác nhân cho quá trình thủy phân cây ngô và quá
trình lên men
-Nghiên cứu một số điều kiện phù hợp trong quá trình thủy phân thân cây ngô
thành đường đơn bằng tác nhân hóa học VSV.
-Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất etanol sinh học từ thân cây ngô.

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Sinh khối và nhiên liệu sinh học:
2.1.1 Khái niệm:

Sinh khối là các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo
như cây cối,phân gia súc….SK được xem là một phần của chu trình cacbon trong
tự nhiên.
Các vật liệu hữu cơ được tạo thành bởi các quá trình địa chất tạo than đá ,dầu mỏ,
khí tự nhiên không được gọi là sinh khối. Nhiên liệu hóa thạch có nguồn gốc SK
trong thời cổ xưa được cho là nằm ngoài chu trình cacbon từ rất lâu.Việc đốt chúng
làm ảnh hưởng đến hàm lượng CO2 trong khí quyển.
Nhiên Liệu Sinh Học là loại có nguồn gốc từ sinh khối có thể là từ vật sống hoặc
sản phẩm của quá trình chuyển hóa của chúng.Chúng thuột loại năng lượng tái tạo
hòa toàn khác với loại năng lượng như hóa thạch,hạt nhân.
NLSH có đặc điểm là khi bị đốt cháy sẽ giải phóng ra năng lượng tiềm ẩn trong nó.
2.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học:
Nhiên liệu sinh học tồn tại ở ba dạng chính sau:
-Dạng rắn củi gỗ và than bùn
-Dạng lỏng các chế phẩm dạng lỏng nhận được trong quá trình chế biến vật liệu
nguồn gốc sinh học như:
Cồn sinh học các loại cồn có nguồn gốc sinh học ví dụ etanol sinh học từ đường
mía ,ngô đang được sử dụng làm nhiên liệu hoặc phụ gia pha xăng tại braxin mỹ
và một vài nước khác,metanol sinh học hiện đang được sản xuất chủ yếu từ khí đốt
tự nhiên,song có thể đi từ sinh khối.
Dầu mỡ các loại có nguồn gốc sinh học như diezel sinh học sản phẩm chuyển hóa
ester từ mỡ động vật hoặc dầu thực vật,Phenol và các loại dung môi, dầu nhựa thu
được trong quá trình nhiệt phân gỗ……v v v….
-Dạng khí metan thu được trong quá trình phân hủy tự nhiên các loại phân,chất thải
nông nghiệp hoặc rác thải biogas,hydro thu được nhờ quá trình cracking
hydrocacbon,khí hóa các hợp chất chứa cacbon hoặc phân ly trong nước bằng dòng
điện hay thông qua quá trình quang hóa dưới tác dụng của một số vsv.
2.1.3 Những lợi khi sử dụng nhiên liệu sinh học
-Sử dụng năng lượng sinh học sẽ giảm thiểu ô nhiễm môi trường và hiện tượng khí
nhà kính.

6
NLSH được sản xuất từ sinh khối,là loại vật liệu xuất phát từ sinh vật chủ yếu là
thực vật và là một phần của chu trình cacbon ngắn.CO2 mà cây hấp thụ từ không
khí qua quá trình quang hợp sẽ quay trở lại bầu khí quyển khi chúng ta đã chuyển
hóa thành năng lượng.Vì trong chu trình không có lượng CO2 thừa và NLSH chạy
xe phát tán ngược trở lại nên NLSH có thể coi là yếu tố cân bằng về mặt môi
trường thuột chu trình.
Sử dụng NLSH so với xăng dầu khoáng giảm được 70% khí CO2 vầ 30% khí độc
hại,do NLSH chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh,chứa 11% oxy,nên cháy sạch hơn
.NLSH phân hủy nhanh,ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất.
-Sử dụng năng lượng sinh học sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp
Kinh tế nông nghiệp ngoài nhiệm vụ cung cấp lương thực phẩm,nguyên liệu công
nghiệp,giờ cây còn cung cấp năng lượng sạch cho xã hội.Đặc biệt khi phát triển
NLSH có thể sử dụng những loại cây họ dầu,trồng trên các vùng đất hoang hóa
hoặc sử dụng kém hiệu quả giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đất.
-Kĩ thuật và kinh tế năng lượng
Sản xuất và sử dụng NLSH đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu khác .Công
nghệ sản xuất NLSH không phức tạp ,có thể sản xuất ở quy mô nhỏ đến quy mô
lớn.
Sự tiêu hao nhiên liệu ,công suất tương tự như các loại nhiên liệu khác.
Hiện tại,giá năng lượng sinh học còn cao do sản xuất với quy mô nhỏ,giá nguyên
liệu cao.Khi sản xuất với quy mô lớn với công nghệ mới sẽ giảm giá thành sản
phẩm.
Có thể khẳng định ,NLSH sẽ đem đến đa lợi ích.
2.2 Etanol sinh học:
2.1.2 Tính chất lí hóa học của etanol:
-Tính chất lí học:
Etanol hay rượu etylic là một chất lỏng không màu,mùi thơm dễ chịu,vị cay nhẹ
hơn nước sôi ở nhiệt độ 78,39c,hóa rắn ở -114,5 c,tan trong nước vô hạn.Độ nhớt
của etanol là 1,200Cp ở 20C.

-Tính chất hóa học:
Etanol là rược no đơn chức có công thức C2H5OH.
Etanol mang đầy đủ tính chất của một rượu đơn chức như phản ứng thế với kim
loại kiềm,phản ứng ester hóa,phản ứng loại nước hay phản ứng tách nước,phản ứng
oxy hóa thành một andehyt,axit hay CO2 tùy theo điều kiện phản ứng.
Ngoài ra etanol còn có một số phản ứng sau:
-Phản ứng tạo butadien-1,3
-Phản ứng lên men giấm
2.2.2 Phương pháp sản xuất etanol sinh học:
Etanol có thể được sản xuất theo phương pháp hóa học từ nguyên liệu etan hoặc
etylen.Trên thực tế etanol được sản xuất bằng con đường sinh học.Khi đó sản phẩm
etanol được gọi là cồn sinh học hay bio-etanol.Công nghệ chiếm ưu thế hiện nay là
chuyển hóa sinh khối thành etanol thông qua quá trình lên men rượu rồi chưng
7
cất.Quá trình lên men rược này là quá trình chuyển hóa sinh học.SK sẽ bị men của
vi khuẩn hoặc nấm men phân hủy.
Phương pháp lên men có thể áp dụng với nhiều nguồn nhiên liệu SK khác nhau.
2.2.3 Tình hình sản xuất và sử dụng etanol sinh học
2.2.3.1 Sản xuất và sử dụng etanol sinh học trên thế giới(2)
Hiện nay trên thế giới có khoảng 50 quốc gia khai thác và sử dụng NLSH ở các
mức độ khác nhau.NLSH được dùng làm nhiên liệu cho nghành giao thông vận tải
bao gồm dầu thực vật sạch,diezel sinh học,ethyl tertitary butyl ether và các sản
phẩm của chúng.Năm 2011, toàn thế giới sản xuất được khoảng 84,5 tỷ lít, tổng sản
lượng etanol toàn cầu đã vượt mức 536 triệu thùng mỗi năm.Sản lượng etanol ở
một số khu vực trên thế giới được chỉ ra ở bảng 1.
Bảng 1 Tổng sản lượng etanol hàng năm ở một số khu vực
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Châu
Âu
1,627 1,882 2,855 3,645 4,254 4,429 4,973

Châu
Phi
0 55 65 100 130 150 235
Châu Á 1,940 2,142 2,753 2,927 3,115 3,520 3,965
Nam
Mỹ
16,969 20,275 24,456 24,275 25,964 21,637 21,335
Bắc và
Trung
Mỹ
18,716 25,271 35,946 42,141 51,584 54,765 54,580
Toàn
Thế
Giới
39,252 49,625 66,075 73,088 85,047 84,051 85,088
Theo bảng trên,sản lượng etanol được sản xuất ở châu Phi vẫn còn tương đối
thấp,nhưng khu vực này lại cho thấy tiềm năng to lớn trong việc tăng trưởng sản
lượng etanol. (Tăng 36%)
Tại khu vực châu âu ,tổng sản lượng etanol tiếp tục chứng kiến sức tăng trưởng
mạnh mẽ .Sản lượng etanol năm 2011 tăng 4% so với năm 2010.
Mỹ và Brazil tiếp tục là hai nước sản xuất nhiên liệu etanol lớn nhất trên thế giới
với tốc độ tăng trưởng ổn định trong năm 2012.
Sử dụng etanol sinh học:
8
Etanol sinh học chủ yếu được dùng làm nhiên liệu:
Etanol có thể làm phụ gia cung cấp oxy cho xăng giảm phát thải khí co đồng thời
làm phụ gia thay thế chì tertraetyl ,hoặc cũng có thể thành nguyên liệu sản xuất
etylterbutyleter một phụ gia cho xăng etanol còn làm tăng chỉ số octan cho xăng và
qua đó giảm nổ và cải thiện tiếng ồn động cơ.
Chỉ số octan của etanol cao hơn xăng nên có tác dụng giảm tiếng ồn động cơ tốt

hơn,hơn nữa etanol chứa oxy nên hiệu quả nhiên liệu của động cơ được cải
thiện.Pha trộn xăng và etanol hợp lí sẽ làm tăng hiệu quả của động cơ.
Xu hướng sản xuất etanol từ nguyên liệu sinh khối:
Theo nhận định của nhiều chuyên gia,một cuộc khủng hoảng lương thực mới đang
xuất hiện và sẽ trở nên trầm trọng hơn bất kỳ một cuộc khủng hoảng lương thực đã
từng xảy ra.Việc trồng cây nguyên liệu dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học có thể
ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực,hoặc làm tăng giá lương thực,đặc biệt
với các nước đang phát triển.Khi nông dân trồng cây nguyên liệu mang lại cho họ
nhiều lợi ích hơn sẽ làm giảm nguồn cung cấp lương thực.Để giải quyết vấn đề trên
ngoài cây lương thực các quốc gia trên thế giới đang tìm kiếm các nguồn cây trồng
khác có thể canh tác trên đất hoang hóa,trên cạn,dưới nước đồng thời nghiên cứu
công nghệ mới thu hiệu xuất cao,tiết kiệm nguyên liệu,hạ giá thành.Tính toán sản
lượng lí thuyết etanol từ 1 tấn nguyên liệu khô.Bảng 2.
Bảng 2 Sản lượng lí thuyết sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu thô
Nguyên liệu Sản lượng dự tính theo lí thuyết cho mỗi tấn
nguyên liệu thô
Gallons Lít
Hạt bắp ngô 124,4 470,854
Thân và lá bắp ngô 113,0 427,705
Rơm rạ 109,9 415,971
Phế phẩm của bông sợi 56,8 214,988
Mạt cưa 100,8 381,528
Bã mía 111,5 422,027
2.2.3.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học tại việt nam:(3)
Tuy còn gặp nhiều khó khăn trong kĩ thuật và sự chuyên môn hóa,nhưng nước ta đã
có sự quan tâm đặc biệt đến etanol sinh học này bởi nhiên liệu xăng dầu hiện nay
đã trong tình trạng báo động là cạn kiệt trong nay mai.Ngày 20/11/2007, thủ tướng
chính phủ đã phê duyệt đề án năng lượng sinh họ.Hiện nay,đã có nhiều dự án xây
dựng nhà máy etanol sinh học trên khắp cả ba miền bắc trung nam.
Tại miền bắc ,nhà máy sản xuất etanol sinh học đang được khởi công xây dựng

ngày 21/6/2009,tại Phú Thọ ,công ty cổ phần hóa dầu và nhiên liệu sinh học dầu
9
khí đã khởi xây dựng dự án nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu sinh học bio-gas đầu
tiên tại khu vực phía bắc.Nhà máy có vốn đầu tư 80 triệu USD là dự án có công
nghệ tiên tiến với công suất 100000m3 etanol/năm sử dụng nguyên liệu chính là
sắn và mía đường.
Ở miền trung ,dự án nhà máy nhiên liệu sinh học etanol Dung Quất cũng đã được
khởi công tại Quảng Ngãi.Đây là một trong những sự án trọng điểm được tập đoàn
dầu khí Việt Nam triển khai tại khu công nghiệp Dung Quất.Nhà máy được xây
dựng trên diện tích 24ha,công suất thiết kế 100 triệu lít cồn nhiên liệu một
năm.Nguyên liệu chính là sắn lát.
Ở miền nam,đó là dự án xây dựng nhà máy sản xuất nhiên liệu etanol sinh học tại
tỉnh Bình Phước,đó là sự thỏa thuận hợp tác giữa tập đoàn dầu khí việt nam và ủy
ban nhân dân tỉnh Bình Phước vào ngày 24/07/2009.
Nhìn chung hiện nay,ở việt nam đã có nhiều dự án đầu tư phục vụ cho nhiên liệu
sinh học ,tuy chưa có dự án nào thật sự là nổi bật nhưng điều đó cho thấy việt nam
chúng ta cũng đã có những tầm nhìn chiến lược cho tương lai với ngành nhiên liệu
sinh học.
2.3 Sản xuất nông nghiệp và thực trạng dùng phế phẩm nông nghiệp ở Việt Nam:
2.3.1 Tình hình sản xuất nông nghiệp:
Nông nghiệp việt nam gồm 2 nghành chính đó là trồng trọt và chăn nuôi trong đó
trồng trọt tập trung vào các loại cây lúa,ngô,khoai,sắn… các loại cây ngắn, dài
ngày.Diện tích gieo trồng và sản lượng một số loại cây trồng công ngiệp hàng năm
được chỉ ra ở bảng 3.
Bảng 3 Diện tích gieo trồng và sản lượng một số loại cây trồng năm 2011.(4)
TT Cây trồng Diện tích gieo
trồng nghìn ha
Sản lượng nghìn
tấn
1 Lúa 7651,40 42324,90

2 Ngô 1117,20 4799,30
3 Sắn 560,1 9875,5
4 Cây công nghiệp hằng năm
Mía 281,3 17465,2
Lạc 223,7 465,9
Bông 9,4 12,8
Số liệu trên bảng cho ta thấy cây trồng chủ yếu là lúa sau đó đến ngô,các loại cây
trồng khác chiếm tỉ lệ nhỏ hơn.Do đó lượng phế phẩm nông nghiệp sau mỗi vụ thu
hoạch là rất lớn.Nếu tính ra thì lượng phụ phẩm chiếm 50%sinh khối thì hàng năm
10
cũng có đến 30 triệu tấn rơm rạ từ cây lúa và 15 triệu tấn thân cây ngô bị bỏ lại trên
đồng ruộng.Đây là nguồn sinh khối rất lớn là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản
xuất etanol.
2.3.2 Phụ phẩm nông nghiệp và các vấn đề phát thải sau thu hoạch:
2.3.2.1 Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp
a/Làm thức ăn gia súc(11)
PPNN thường được làm thức ăn cho gia súc. Đặc biệt được ủ với ure làm nguyên
liệu giàu dinh dưỡng,dữ trữ cho mùa đông thiếu thức ăn xanh.
b/Làm phân bón hữu cơ:(12)
Khi được làm nguyên liệu cho phân hữu cơ sinh học, PPNN được phối trộn lẫn với
một số nguyên liệu khác như phân chuồn,đạm, chế phẩm sinh học.
c/Sản xuất etanol sinh học:
Ở việt nam theo nghiên cứu thuột đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý một số loại
PPNN bằng nước áp suất cao để thu dung dịch đường có khả năng lên men tạo
thành etanol của Nguyễn Hoàng Dũng đại học Bách Khoa Thành Phố HCM,PPNN
được sử dụng là rơm,rạ,trấu.Để biến thành etanol ,rơm,rạ,trấu được xử lý bằng
thiết bị phản ứng thủy nhiệt ở quy mô pilop trên thiết bị cấp hơi nước áp suất cao.
Cả 3 loại phụ phẩm trên được xử lý hơi nước ở nhiều chế độ thí nghiệm khác
nhau,sau đó chúng được phân tích bằng acid để xác lập chế độ tối ưu cho quá trình
xử lý hơi nước.Trên cơ sở đó nhóm đã nghiên cứu quá trình thủy phân enzym và

lên men để chứng minh khả năng chuyển hóa rơm rạ ,trấu là các nguồn PPNN chủ
yếu hiện nay thành cồn nhiên liệu.Nhóm đã thu được côn nhiên liệu trên 90%.
2.3.2 Vấn đề phát thải sau thu hoạch
Hiện nay ,PPNN không còn được sử dụng nhiều trong chăn nuôi do xu hướng sử
dụng thức ăn chăn nuôi công nghiệp. Hơn nữa ,việc sử dụng PPNN theo phương
thức truyền thống như đun nấu không còn nữa. Vì thế người dân sau khi thu hoạch
sản phẩm chính sẽ bỏ lại PPNN trên cánh đồng,chất đống rồi đốt.Việc đốt PPNN
này gây ô nhiễm môi trường do thải nhiều khí độc hại vào môi trường mà còn gây
ra lãng phí nguồn nguyên liệu SK và nhiều tác hại khác.
2.3.3 Cây ngô và phụ phẩm từ cây ngô
Theo thống kê của tổng cục thống kê việt nam,diện tích ngô trồng từ năm 2000
đến năm 2010 được thể hiện trong bảng 4.
Bảng 4 Diện tích gieo trồng ngô từ năm 2000 đến năm 2010.(5)
Năm Diện tích(nghìn ha)
2000 730,2
2003 912,7
2005 1052,6
2007 1096,1
2008 1140,2
11
2009 1089,2
2010 1125,7
Nếu ước tính lượng phụ phẩm của cây ngô để lại trên cánh đồng vào khoảng 50-60
tấn/ha thì tổng lượng phụ phẩm của cây ngô hằng năm là 50-60 triệu tấn thân,lá cây
ngô.Đây là một nguồn sinh khối rất lớn,nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất etanol
sinh học.(13)
Phụ phẩm từ cây ngô bao gồm :thân,lá,bẹ và lõi ngô. Sản phẩm và các phần khác
của cây ngô được minh họa ở hình sau.

2.4 Vai trò của vsv trong việc phân giải các hợp chất hữu cơ:

2.1.4 Cellulosese và vi sinh vật phân giải cellulosese
2.4.1.1 Cellulose:
Là thành phần chủ yếu của vách tế bào thực vật. Ngoài thực vật,cellulose cũng có
nhiều trong sinh khối động vật,nhưng số lượng ít hơn.Cellulose là polysacarit gồm
có anhydro-D liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucozit.
Về bản chất hóa học cellulose là một loại rược đa chức.
Cellulose không tan trong nước ,dung dịch kiềm làm trương phồng mạch.cellulose
dễ hòa tan trong dung dịch đồng amin hydrat và hàng loạt các dung dịch là phức
chất của đồng,niken,cadmi,kẽm
2.4.1.2 Vi sinh vật phân giải cellulose
Vi sinh vật phân giải cellulose là những VSV có khả năng tổng hợp được enzym
cellulose.
Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm VSV có khả năng phân hủy celluloseza nhờ hệ
enzym ngoại bào.
12
CÂY NGÔ
Bắp ngô
Phụ phẩm thân, lá ngô
Hạt ngô
Phụ phẩm lõi và bẹ
Nấm mốc có cấu tạo dạng sợi,sinh sản chủ yếu bằng bào tử . Chúng có khả năng
phân giải cellulose nhờ có khả năng sinh tổng hợp enzym rất cao.
Nhiều loại vi khuẩn cũng có khả năng phân giải cellulose tuy nhiên chúng không
mạnh bằng vi nấm.Các vi sinh vật phân giải cellulose thông thường là
Pseudomonas,Xellulomonas,Achromonobacter,Cloatridium,Ruminnococus.
2.4.2 Hemicellulosese và vi sinh vật phân giải
2.4.2.1 Hemicellulose
Là một phần polysaccarit thường gặp trong vách tế bào thực vật với hàm lượng
đứng sau cellulose.
Phân tử của hemicellulose nhỏ không quá 150 gốc đường,được nối với nhau bằng

liên kết 1,4 mà còn có liên kết 1,3 và 1,6 glucozit tạo thành mạch ngắn và phân
nhánh.
Xylan là một hemicellulose phổ biến nhất trong tự nhiên chiếm 30% khối lượng
rơm rạ,20-25%trong gỗ cây lá rộng,7-17%trong gỗ cây lá kim.
2.4.2.2 Vi sinh vật phân giải hemicellulose
Đa số VSV có khả năng tổng hợp celluloza cũng có khả năng tổng hợp xynalaza để
phân hủy xylan.Vsv sống trong dạ dày động vật nhai lại như
Bacillus,Bacteriodes,Butyvibrio,Ruminococus,và các vi khuẩn chi Clostridium.
Ngoài ra,một số loại nấm sợi như Mycotheciumverrucria, Chactomium một số
loại nấm xốp trắng cũng có khả năng phân giải như Corrodusversicolor,Polyrus
anceps,Aspergillus,Fumigatus nhóm xạ khuẩn gồm
Streptomyces,Pseudomonas,Bacillus
2.5 Vai trò của VSV trong quá trình lên men rượu(6)
2.5.1 Quá trình lên men rượu
Phương trình tổng quát của quá trình lên men rượu
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Là quá trình lên men đường thành ethanol và CO2 dưới tác dụng của các VSV.
Trong đó ,pyruvat bị khử carbonxyl biến thành acetaldehid,chất này bị khử thành
ethanol nhờ enzym alcooldehydrogennase.
Theo Pasteur ,sự lên men chỉ xảy ra khi có mặt VSV.Như vậy sự lên men rượu là
một quá trình sinh học có liên hệ mật thiết với hoạt động của tế bào men.
Cơ chế lên men: Đường và các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua bề mặt tế bào rồi
thẩm thấu vào bên trong.Ở đó các enzym sẽ tác dụng qua nhiều giai đoạn trung
gian để cuối cùng tạo ra sản phẩm cuối cùng là rượu và CO2.Hai chất này khuếch
tán và tan vào môi trường xung quanh.
Nấm men có thể lên men trong dịch đường có nồng độ 25%-30% nhưng
chậm.Nồng độ thích hợp là từ 15%-18%.Nồng độ cao áp suất thẩm thấu lớn,do đó
ảnh hưởng tới quá trình lên men.Nồng độ đường thấp sẽ gây tổn thất men.
Khi lên men có khoảng 95% đường biến thành rượu và CO2,còn 5% là tạo các sản
phẩm khác và đường sót.

13
2.5.2 Nấm men dùng trong sản xuất rượu etylic
Thường dùng loài saccharomyces và chia thành : nấm men nổi và nấm men
chìm.Cách phân biệt này là do trong quá trình lên men có sự khác biệt.
Đa số nấm men rượu vang và bia thuột nấm men chìm.Còn men rượu ,men bánh mì
và một số ít men bia là men nổi.
Yêu cầu của nấm men là phải lên men mạnh,biến đường thành rượu nhanh và hoàn
toàn.
Đồng thời ổn định và chịu được biến đổi của môi trường.
PHẦN III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
14
3.1 Đối tượng nghiên cứu
-Chủng vi sinh vật sử dụng nghiên cứu do phòng thí nghiệm VSV trường đại học
Nông Lâm Thành Phố HCM cung cấp.
Thân cây ngô: thân cây ngô sau khi thu hoạch thu thập từ trung tâm nghiên cứu
giống cây trồng miền Nam.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Các phương pháp hóa lý
3.2.1.1 Phương pháp phơi,sấy nguyên liệu
-Phơi khô tự nhiên dưới trời nắng.
-Sử dụng tủ sấy: ở nhiệt độ tối đa 60 đến khối lượng không đổi.
3.2.1.2 Phương pháp phân tích đường khử
-Xác định đường khử bằng phương pháp graxianop(7)
Cách làm: đường khử khi đun nóng với dung dịch kiềm ferixyanua sẽ khử
ferixyanua thành feroxyanua và đường chuyển thành axit đường. Dùng metyl xanh
làm chất chỉ thị sẽ mất màu xanh khi phản ứng kết thúc.
3.2.2 Phương pháp nghiên cứu VSV
3.2.2.1 Phương pháp kiểm tra mật độ VSV(8)
-Cân 10g mẫu vào bình tam giác dung tích 250ml có chứa 90 ml nước cất đã khử
trùng. Lắc trên máy lắc 150 vòng/phút trong vòng 30 phút ,thu được dung dịch pha

lỏng có nồng độ là 10 .Sau đó,hút 1ml dịch trong bình pha loãng nồng độ 10 sang
ống nước cất 9ml đã khử trùng , được pha loãng đến nông độ pha loãng cần
thiết .Hút 0,05ml dịch đã pha loãng nhỏ vào các hộp petri chứa môi trường thạch
phù hợp.Dùng que trang thủy tinh đã vô trùng trang đều lên mặt môi trường trong
hộp petri sau đó gói giấy lại chuyển vào tủ ấm và nuôi cấy ở nhiệt độ thích
hợp.Sau 2-4 ngày nuôi cấy,lấy mẫu ra quan sát và đếm khuẩn lạc mọc trên các
hộp.Số lượng khuẩn lạc được tính bằng công thức :
N=
Trong đó: N là số VSV trong một đơn vị kiểm tra
n 1 là số đĩa được giữ lại ở độ pha loãng thứ nhất
n 2 là số đĩa được giữ lại ở độ pha loãng thứ hai
d là hệ số pha loãng tương ứng với độ pha loãng thứ nhất
∑ C là tổng số khuẩn lạc đếm được trên tất cả các đĩa còn lại
-Kiểm tra mật độ xạ khuẩn: kiểm tra trên môi trường (gause A1),như trên.
-Kiểm tra mật độ nấm men:kiểm tra trên môi trường (hansen A2),như trên.
3.2.2.2 Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học VSV
15
Phương pháp xác định hoạt tính phân giải cellulose(9)
-Sử dụng phương pháp khuếch tán trên thạch đĩa
Phương pháp được tiến hành như sau:
-Cân 1g CMC,15g agar trong 1000ml nước cất và khử trùng.
-Đổ dịch lỏng vào hộp petri có chiều dày 2cm
-Dùng dụng cụ đục một lỗ tròn vào giữa hộp petri chứa môi trường cmc.
-Nhỏ 0,1 ml dịch enzym đã ly tâm vào lỗ đã đục.sau đó ,chờ dịch khô,chuyển các
hộp vào tủ lạnh để enzym khuếch tán.chuyển vào tủ ấm ở nhiệt độ 37 để enzym tác
dụng cơ chất cmc.
-Cho vào mỗi hộp petri 5ml dịch lugol tráng đều trên mặt thạch và chờ khoảng 20
phút.sau đó ,gạt bỏ dịch lugol quan sát vòng khếch tán.
-Dùng thước kẻ, đo vòng CMC bị phân giải xung quanh lỗ.
3.2.3 Phương pháp xử lý sơ bộ

-Thân cây ngô sau khi phơi ,được nghiền nát bằng máy tạo thành bột nguyên liệu.
-Cân chính xác 100g nguyên liệu vào bình.Bổ sung axit H2SO4 0,5% theo tỉ lệ xác
định trong thời gian 15,30,60,và 120 phút.
-Trung hòa dung dịch sau quá trình xử lý sơ bộ băng dung dịch NaOH sau đó lọc
sạch được dịch lọc và chất rắn A.
-Theo dõi hàm lượng đường khử,thành phần chất rắn A.
3.2.4 Phương pháp thủy phân(14)
-Sử dụng phương pháp thủy phân bằng vsv
-Cân chất rắn A cho vào bình tam giác thêm nước cất sau đó bổ sung dịch lắc vsv
theo các tỷ lệ 1%,2%,3%,5% thể tích.
-Trong quá trình thủy phân theo dõi mật độ vsv,hàm lượng đường khử,thành phần
chất rắn thu được sau khi lọc là B.
3.2.5 Phương pháp lên men(15)
-Dịch nấm men đã lựa chọn lắc trong hai ngày được dùng để làm tác nhân cho quá
trình lên men.
-Theo dõi độ Ph,hàm lượng đường,hàm lượng etanol.
16
Tài liệu tham khảo
(1)Tổng cục thống kê niên giám 2008.
(2)http://www.hua.edu.vn/tvdv/admin/viewer.detail.áp?id36, không nên
đốt rơm rạ trên ruộng lúa.
(3)
www.entrepreneurstoolkit.org/index.php? Nhiên_liệu_sinh_học Việt
nam.
(4)Tổng cục thống kê niêm giám 2008
(5)Tổng cục thống kê
(6)Nguyễn Đình Thường(2000),công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn
etylic.NXB khoa học và kĩ thuật,trang 107-173.
(7)Lê Thanh(2004),các phương pháp phân tích nghành công nghệ lên
men,NXB khoa học kĩ thuật Hà Nội.

(8)TCVN 6268:2002
(9)TCVN 6168:2002
(10)http://tailieu.vn/view-document/vi-sao-nhien-lieu-sinh-hoc-chua-
duoc-quan-tam-o-nuoc-ta.14940.html?langen,2007, vì sao nhiên liệu sinh
học không được quan tâm ở nước ta,sinh học việt nam.
(11) Trung tâm khuyến nông Hà Tây.
(12)http://dalat.gov.com,tận dụng phụ phẩm nông nghiệp làm phân hữu
cơ sinh học.
(13) Nguyễn Thị Huệ (2008) đánh giá tiềm năng sinh khối các ppnn ở
tỉnh Nam Định.
17

Xem Thêm

×