LÊN MEN ETHANOL TRONG HỆ THỐNG IMMOBILIZED CELL REACTOR (ICR) BẰNG SACCHAROMYCES CEREVIASIAE

Chương 1:

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, với nhu cầu phát triển của xã hội ngày càng cao. Đòi hỏi sự đáp ứng vật

chất nhu cầu phải được đầy đủ… để có những đáp ứng vật chất này thì đòi hỏi cần có

nguồn năng lượng để sản xuất. Trong khi đó, nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn

kiệt không thể tái sinh… Do vậy, chúng ta phải tìm những nguồn năng lượng khác để

thay thế phục vụ cho sản xuất và nhu cầu đời sống của xã hội. Để giảm bớt nguồn nhiên

liệu từ hóa thạch, chúng ta phải sử dụng nguồn năng lượng khác có thể tái sinh, tiện lợi và

an toàn (Chum và Overend,2001).

Các nguồn năng lượng thì rất nhiều như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng

lượng thủy điện….trong mỗi lĩnh vực thì có những nghiên cứu và thành công nhất định cơ

bản. Với yêu cầu trong môn học thì ta chú ý đến lĩnh vực tạo nguồn nhiên liệu để cung

cấp năng lượng bằng con đường sinh học. Mà trong đó vi sinh vật sản xuất ethanol được

chú ý và được xem như là nguồn nhiên liệu cho tương lai khi mà nguồn nhiên liệu hóa

thạch ngày càng cạn kiệt. Vài vi sinh vật Clostridium sp….mà sự hiểu biết tốt nhất là về

nấm men sản xuất ethanol. Saccharomyces cerevisiae và Zymomonas mobilis được chú ý

để cho sản xuất ethanol (Flickinger và drew, 1999: Gunasekaran và Raj, 2001).

Trong con đường tạo năng lượng bằng con đường sinh học chủ yếu là quá trình lên men,

lên men có thể liên tục, bán liên tục và theo mẻ. Hiện nay, ta chú ý nguồn năng lượng

ethanol là chủ yếu.

Quá trình lên men theo mẻ của S cerevisiae có những ảnh hưởng bởi những thông

số khác nhau về tỷ lệ sinh trưởng hay có sự ức chế của sản phẩm hoặc là ức chế của cơ

chất. Quá trình lên men của S. cerevisiae có những điều kiện tối ưu riêng.

Từ những yều cầu trên chúng ta cần có những đề tài về nghiên cứu sản xuất

ethanol sao cho có năng suất cao và hiệu quả nhất.

Chương 2:

1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Biofuel

Nhiên liệu sinh học (còn được gọi là nhiên liệu từ nông nghiệp – agrofuel) theo

định nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng hay khí được chuyển hóa từ sinh khối. Tuy

nhiên, phần này chỉ đề cầp chính đến nhiên liệu sinh học dạng lỏng được sản xuất từ sinh

khối.

Nói chung, nhiên liệu sinh học mang lại những lợi ích sau: Giảm khí thải nhà kính,

giảm gánh nặng lên nhiên liệu hóa thạch, tăng sự an toàn về năng lượng quốc gia, góp

phần phát triển nông thôn và là một nguồn năng lượng bền vững trong tương lai. Ngược

lại, nhiên liệu sinh học cũng có một số hạn chế: nguồn nguyên liệu phải được tái tạo

nhanh, công nghệ sản xuất phải được thiết kế và tiến hành sao cho cung cấp lượng nhiên

liệu lớn nhất với giá thấp nhất và mang lại lợi ích về môi trường nhất. Nhiên liệu sinh học

và những dạng nhiên liệu tái tạo khác nhắm đến tính chất trung tính về carbon. Điều này

có nghĩa là carbon được thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu để cung cấp năng

lượng vận chuyển hay sinh điện năng được tái hấp thụ và cân bằng với lượng carbon hấp

thụ bởi cây cối. Những cây này sau đó lại được thu hoạch để tiếp tục sản xuất nhiên liệu.

Những nhiên liệu trung tính về carbon không gây ra sự tăng carbon trong khí quyển, vì

thế không góp phần vào hiệu ứng trái đất nóng lên. Sau đây là một số các loại nhiên liệu

sinh học thế hệ đầu tiên theo phân loại của tự điển bách khoa toàn thư trực tuyến

Wikipedia.org:

 Dầu thực vật: Dầu thực vật có thể dùng để làm nhiên liệu sử dụng cho rất nhiều

những loại động cơ diesel đời cũ, và chỉ ở điều kiện khí hậu ấm áp. Trong đa số

trường hợp, dầu thực vật được sử dụng để sản xuất biodiesel.

 Biodiesel: Được sản xuất từ dầu hoặc chất béo qua quá trình tranesterification và là

một chất lỏng giống như diesel từ dầu mỏ.

 Bioalcohols: Là những rượu được sản xuất từ quá trình lên men sinh học.

 Bioalcohols phổ biến là ethanol, rồi đến propanol và butanol.

 Biogas: Biogas được sinh ra từ quá trình tiêu hủy kỵ khí các chất hữu cơ bởi các vi

sinh vật kỵ khí. Sản phẩm phụ dạng rắn từ quá trình này có thể được sử dụng làm

2

nhiên liệu hoặc phân bón. Biogas chứa chủ yếu là methane. Nhiên liệu sinh học

dạng rắn: Ví dụ như: gỗ, than hoặc phân khô.

Cũng theo tự điển Wikipedia.org, nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2 bao gồm:

 BioHydrogen: Là khí Hydro được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối.

BioHydrogen được dùng trong pin nhiên liệu (fuel cell).

 DMF: Được sản xuất DMF từ fructose và glucose sử dụng công nghệ sinh khối￾nhiên liệu lỏng có xúc tác.

 Bio-DME: Là DME được sản xuất từ biomethanol qua quá trình dehydration có

xúc tác, được sử dụng trong động cơ khí nén.

 Biomethanol: Methanol được sản xuất từ sinh khối, có thể được pha vào dầu đến

10-20% mà không làm thay đổi tính chất cơ bản của dầu.

Để đảm bảo an ninh năng lượng bảo vệ môi trường phát triển bền vững, nhiều

quốc gia và các tổ chức quốc tế trong vài thập kỉ qua đã tập trung nghiên cứu sử dụng

nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, tiến tới xây dựng ngành

“nhiên liệu sạch” ở quốc gia mình. Các nước đã có thành công nghiên cứu và sử dụng

nhiên liệu sinh học là Brazil, Mỹ, Canada, Mexico, Châu Âu có Anh, Pháp, Đức, Tây Ban

Nha, Bỉ, Áo…Châu Á có Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Nhật. Sở dĩ nhiều nước đẩy

nhanh chương trình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học vì đã cam kết thực hiện

nghị định Kyoto về cắt giảm khí nhà kính và để đảm bảo an ninh năng lượng khi nguồn

dầu mỏ trở nên đắt đỏ và sẽ cạn dần cuối thế kỷ này.

2.2. Ethanol nhiên liệu

2.2.1. Lịch sử ethanol nhiên liệu

Nguyên mẫu đầu tiên của động cơ đốt trong được đưa ra bởi Samuel Morey. USA.

1826. Điều này được xem là sự bắt đầu của động cơ gasoline nhưng thực tế ông sử dụng

ethanol để cấp nguồn năng lượng cho động cơ. Năm 1908, Henry Ford xây dựng mô hình

nổi tiếng về xe ô tô chạy bằng ethanol. Cuối cùng, công nghiệp dầu mỏ “chiến thắng”

trong sự cạnh tranh với ethanol. Sự thúc đẩy “thương mại hóa” ethanol trong giao thông

vận tải phát triển trong suốt thập niên 1970. Cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 và

cuộc cách mạng của người Iran vào năm 1978 làm cho giá của dầu gia tăng một cách

nhanh chóng, ảnh hưởng lớn đến vấn đề an ninh năng lượng quốc gia. Ethanol nhiên liệu

3