Tài liệu Nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ vi tảo biển nannochloropsis oculata ở quy mô phòng thí nghiệm

Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN --------------***------------ Đinh Thị Ngọc Mai NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DIESEL SINH HỌC TỪ VI TẢO BIỂN NANNOCHLOROPSIS OCULATA Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, tháng 8 tháng 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 1 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai MỞ ĐẦU Các nguồn năng lượng cơ bản được sử dụng hiện nay bao gồm dầu mỏ, khí tự nhiên, than đá, năng lượng nước và năng lượng hạt nhân. Nhu cầu năng lượng đang ngày càng tăng cao do sự gia tăng dân số và quá trình công nghiệp hóa. Do vậy, để giảm thiểu những tác động tiêu cực của việc lệ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống vốn đã bắt đầu cạn kiệt và không có khả năng tái sinh, con người đã bắt tay vào tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế. Trong đó, diesel sinh học đang thu hút nhiều sự quan tâm do . cần một diện tích đất nông nghiệp rất lớn nên đe dọa đến vấn đề an ninh lương thực. Nhiều nước trên thế giới nghiên cứu về nhiên liệu sinh học đã khẳng định rằng vi tảo là một trong những lựa chọn hàng đầu. Ý tưởng của việc sử dụng vi tảo làm nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học không phải là mới . Địa điểm để nuôi trồng vi tảo có thể chủ động lựa chọn, có thể bố trí các bể hở hay hệ thống kín tập trung nhằm tận dụng điều kiện tự nhiên sẵn có để hạ giá thành sản phẩm. Ngoài ra, vi tảo có khả năng sử dụng nguồn CO2 trong khí quyển cũng như hấp thụ nguồn CO2 được thải ra từ các nhà máy thông qua quá trình quang hợp, góp phần làm giảm thiểu phác thải khí nhà kính gây ra hiện tượng ấm lên của trái đất, giảm biến đối khí hậu toàn cầu. Trong xu thế chung của thế giới hiện nay coi nhiên liệu sinh học (NLSH) (trong đó có diesel sinh học) là một giải pháp năng lượng sạch và an toàn cho giảm thiểu ô nhiễm, vấn đề nhiên liệu sinh học ở Việt Nam cũng đang ngày càng được Nhà nước và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 2 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai các nhà khoa học quan tâm và đầu tư nghiên cứu. Tuy nhiên, nhiều các nghiên cứu và công bố hiện nay ở Việt Nam về việc sử dụng vi tảo làm nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học mới chỉ dừng lại ở việc lựa chọn và nuôi trồng các loài vi tảo tiềm năng. Đề tài “Nghiên cứu sản xuất diesel sinh học từ vi tảo biển Nannochloropsis oculata ở quy mô phòng thí nghiệm” mà chúng tôi thực hiện là bước tiếp nối của các nghiên cứu của Phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ sinh học về sàng lọc các loài/chủng vi tảo tiềm năng cho sản xuất diesel sinh học, chuyển hóa diesel sinh học từ một số chủng lựa chọn như Chlorella sp., Tetraselmis sp., Schizochytrium sp. … Mục tiêu của đề tài là có được quy trình chuyển hóa diesel sinh học chất lượng cao từ sinh khối vi tảo biển Nannochloropsis oculata, làm cơ sở cho cho những cải tiến quy trình công nghệ tiếp theo để có thể sản xuất thương mại diesel sinh học từ vi tảo biển này ở quy mô lớn hơn. Công việc được thực hiện tại phòng Công nghệ tảo, Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 3 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nhiên liệu sinh học Thuật ngữ NLSH (biofuel) được đưa ra vào cuối những năm 1980 để chỉ các loại nhiên liệu có khả năng tái tạo. Chúng không có nguồn gốc từ dầu mỏ, vì vậy chúng được coi là loại nhiên liệu thay thế dầu mỏ. NLSH thường được sản xuất từ sinh khối (biomass) chủ yếu là các sản phẩm của nông nghiệp. NLSH được coi là nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường và có tiềm năng thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai (Sudarsan and Anupama, 2006). NLSH bao gồm cả nhiên liệu dạng khí và dạng lỏng. NLSH dạng lỏng bao gồm ethanol sinh học (bioethanol), methanol sinh học (biomethanol), diesel sinh học (diesel sinh học); dạng khí gồm hydro sinh học (biohydro) và methane sinh học (biomethane) (Đoàn Thị Thái Yên và cs., 2010). * Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất được sản xuất chủ yếu từ các loại cây lương thực, thực phẩm như đậu tương, hạt cải dầu, dầu cọ … Nhược điểm của việc sử dụng các nguồn nguyên liệu này là làm giảm tính đa dạng sinh học, tiêu tốn nhiều nước và tăng khí thải nhà kính. Nhiều báo cáo khoa học đã công bố rằng, khi đốt cháy nhiên liệu thế hệ thứ nhất sẽ làm phát thải khí nitơ oxít gây ô nhiễm không khí. Ngoài ra, các kỹ thuật canh tác được áp dụng để trồng cây nguyên liệu cũng gây ra nhiều tác động xấu đến môi trường do sự sói mòn đất và dư lượng của thuốc trừ sâu, phân bón. Một vấn đề lớn khác mà việc sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất còn phải đối mặt đó là an ninh lương thực. Các loại cây lương thực được trồng với mục đích sản xuất nhiên liệu thay vì sản xuất thực phẩm cho con người. Kết quả dẫn đến sự cạnh tranh về sản lượng, giá cả giữa nguồn nhiên liệu và lương thực. Chính vì vậy, với những nhược điểm nêu trên, việc sản xuất nhiên liệu thế hệ thứ nhất ở quy mô lớn là chưa khả thi (Lang và cs., 2001). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 4 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai * Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2 NLSH thế hệ thứ 2 sử dụng các nguồn nguyên liệu phế thải của nông nghiệp như gốc, lá và vỏ khô của các cây lương thực hay các cây nguyên liệu được trồng trên đất bạc màu, bỏ hoang (NLSH được sản xuất từ cellulose), ví dụ như cây cỏ ngọt (sweetgrass), cây cọc rào (jatropha)… (Naik và cs., 2010). Một số sản phẩm của NLSH thế hệ thứ 2 gồm bio-hydrogen, biomethanol, butanol và isobutanol, Fischer Tropsch … Mặc dù nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH thế hệ 2 rất phong phú và không đe dọa đến vấn đề an ninh lương thực nhưng hiện nay, việc sản xuất NLSH thế hệ thứ 2 vẫn chưa được thương mại hóa do quá trình chuyển hóa nhiên liệu có giá thành cao và phải đối mặt với nhiều thách thức về mặt kỹ thuật. * Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 3 (Rittmann (Naik 2 anh năm (Dismuskes (Schenk và cs., 2008) (Chisti (Sheehan và cs., 1998).Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất hiện nay đối với NLSH thế hệ thứ ba là công nghệ sản xuất sinh khối tảo có hàm lượng dầu cao với giá thành rẻ, cạnh tranh được với các nguồn nguyên liệu truyền thống khác cũng như giá thành của việc chuyển hóa dầu tảo thành diesel sinh học. Hiện nay, sản xuất NLSH từ tảo có chi phí cao hơn nhiều so với sản xuất từ dầu mỏ (Wen and Johnoson, 2009). 1.2. Tình hình sử dụng và sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam và trên thế giới Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới đang khai thác và sử dụng NLSH ở các mức độ khác nhau. Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm 2012 là khoảng 80 tỷ lít. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 5 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Brasil là quốc gia đầu tiên sử dụng ethanol làm nhiên liệu ở quy mô công nghiệp từ năm 1970, với loại xăng E25 (pha khoảng 25% ethanol), mỗi năm tiết kiệm được trên 2 tỷ USD. Mỹ hiện nay là quốc gia sản xuất ethanol lớn nhất trên thế giới (năm 2006 đạt gần 19 tỷ lít, trong đó 15 tỷ lít dùng làm nhiên liệu-chiếm khoảng 3% thị trường xăng). Năm 2012 sẽ cung cấp trên 28 tỷ lít ethanol và diesel sinh học, chiếm 3,5% lượng xăng dầu sử dụng. Để đối phó với sự thiếu hụt năng lượng, Trung Quốc một mặt đầu tư lớn ra ngoài lãnh thổ để khai thác dầu mỏ, mặt khác tập trung khai thác, sử dụng năng lượng tái tạo, đầu tư nghiên cứu về NLSH. Đầu năm 2003, xăng E10 (10% ethanol và 90% xăng) đã chính thức được sử dụng ở 5 thành phố lớn và sắp tới sẽ mở rộng thêm tại 9 tỉnh đông dân cư khác. Dự kiến, ethanol nhiên liệu sẽ tăng trên 2 tỷ lít vào năm 2010, khoảng 10 tỷ lít vào năm 2020 (năm 2005 là 1,2 tỷ lít). Ở Malaysia, đến năm 2015 sẽ có 5 nhà máy sản xuất diesel sinh học từ dầu cọ, với tổng công suất gần 1 triệu tấn để sử dụng trong nước và xuất khẩu sang Châu Âu (Kansedo và cs., 2009). Inđônêxia phấn đấu đến năm 2015 sẽ sử dụng B5 đại trà trong cả nước. Ngoài dầu cọ, sẽ đầu tư trồng 10 triệu ha cây cọc rào (Jatropha curcas) lấy dầu làm diesel sinh học. Côlômbia đã ban hành đạo luật bắt buộc các đô thị trên 500.000 dân phải sử dụng E10. Achentina đã phê duyệt Luật NLSH (tháng 4/2006) và quy định năm 2010 các nhà máy lọc dầu pha 5% ethanol và 5% diesel sinh học trong xăng, dầu để bán trên thị trường. Costa Rica, Philipin và các quốc gia thuộc châu Âu... đều có lộ trình sử dụng diesel sinh học. Trong xu thế chung của thế giới hiện nay coi NLSH là một giải pháp năng lượng sạch và an toàn cho giảm thiểu ô nhiễm, vấn đề NLSH ở Việt Nam cũng đang ngày càng được Nhà nước và các nhà khoa học quan tâm và đầu tư nghiên cứu. Ví dụ như, Chính phủ đã ban hành định hướng phát triển và sử dụng năng lượng giai đoạn 20062015 và tầm nhìn đến 2025, bao gồm phát triển điện, than, dầu khí, năng lượng nguyên tử, năng lượng tái tạo, NLSH… Ngày 20.11.2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 177/2007/QĐ- TTg phê duyệt “Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn 2025” ”, trong đó đưa ra mục tiêu đến năm 2010 sản xuất 100.000 tấn xăng E5/năm (pha khoảng 5% ethanol) và 50.000 tấn B5/năm (pha khoảng 5% diesel sinh học), bảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 6 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai đảm 0,4% nhu cầu nhiên liệu cả nước và đến năm 2025 sẽ có sản lượng hai loại sản phẩm này đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị trường nội địa. Tháng 6/2010, Quốc hội cũng đã thông qua Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, trong đó đề cập nhiều đến vấn đề sử dụng năng lượng tái tạo. Sự ra đời của đề án và đặc biệt việc ban hành Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là căn cứ pháp luật quan trọng để Việt Nam bước vào một hành trình mới về sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học (http: //daibieunhandan.vn/default.aspx?tabid=148&NewsId=201888) 1.3. Diesel sinh học, ƣu và nhƣợc điểm Theo tiêu chuẩn ASTM thì diesel sinh học được định nghĩa: “là các mono alkyl ester của các axit mạch dài có nguồn gốc từ các lipid có thể tái tạo như: dầu thực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”. Diesel sinh học được xem là nguồn nhiên liệu sạch, hoàn toàn có thể thay thế nhiên liệu dầu đốt hóa thạch diesel thông thường. Tính chất vật lý của diesel sinh học tương tự như diesel nhưng tốt hơn diesel về mặt chất thải. Diesel sinh học khắc phục được những nhược điểm của dầu thực vật như độ nhớt quá lớn (cao gấp 6–14 lần diesel), chỉ số xetan thấp. Các loại diesel sinh học đều có tỷ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều mà dầu diesel không có. Diesel sinh học có điểm sôi cao (thông thường khoảng 150 °C hay 302 °F), áp suất hơi thấp, trọng lượng riêng khoảng 0,86–0,9 g/cm³ và hoàn toàn không phải là hóa chất độc hại. Bản chất của diesel sinh học là sản phẩm ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và axit béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Diesel sinh học có nhiệt trị (3941MJ/kg) thấp hơn xăng (46 MJ/kg), diesel dầu mỏ (43 MJ/kg) hoặc dầu thô (42 MJ/kg) nhưng cao hơn than (32–37 MJ/kg) (Demirbas, 2009). Sự phát triển diesel sinh học giúp thay thế một phần các nhiên liệu từ dầu mỏ đang cạn kiệt và giảm đáng kể lượng CO2; SOx và các chất hữu cơ đa vòng thơm phát thải so với đốt dầu diesel. Diesel sinh học có thể được dùng hoàn toàn trong các loại động cơ diesel hoặc được phối trộn với dầu diesel hóa thạch thông thường ở bất cứ tỷ lệ nào trong các thiết bị hiện đại chạy dầu diesel. Sử dụng diesel sinh học có nhiều thuận lợi cho môi trường so với diesel, cụ thể như: giảm thành phần CO trong khí thải đến 50% và CO2 đến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 7 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai 78%. Diesel sinh học chứa ít hydrocarbon thơm hơn so với diesel thông thường, cụ thể là hàm lượng benzofluoranthene giảm 56% và benzopyrenes giảm 71%. Diesel sinh học có thể làm giảm đến 20% các khí thải trực tiếp dạng hạt nhỏ, các sản phẩm cháy của các chất rắn so với dầu diesel có hàm lượng sulfur thấp (< 50ppm). Khí thải dạng hạt được tạo ra khi đốt diesel sinh học giảm khoảng 50% so với khi sử dụng diesel có nguồn gốc hóa thạch. Đặc biệt, diesel sinh học có thể bị phân hủy sinh học dễ dàng nên rất thân thiện với môi trường (Kansedo và cs., 2009; Thái Doãn Tĩnh,1999; Nguyễn Văn Thanh, 2009). Bên cạnh những ưu điểm nêu trên, diesel sinh học cũng có một số nhược điểm làm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Việc sử dụng nhiên liệu chứa trên 5% diesel sinh học có thể gây ra những vấn đề như: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị oxi hóa của diesel sinh học. Nhiệt độ đông đặc của diesel sinh học phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất nhưng nói chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm. Điều này ảnh hưởng đến việc sử dụng diesel sinh học ở những vùng có thời tiết lạnh. Ngoài ra, diesel sinh học rất háo nước nên cần những biện pháp bảo quản đặc biệt để tránh tiếp xúc với nước. Diesel sinh học không bền, rất dễ bị oxi hóa nên gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản. 1.4. Các phƣơng pháp sản xuất diesel sinh học Một số phương pháp sản xuất diesel sinh học như nhiệt phân, microemulsion (vi nhũ hóa), chuyển vị ester, trong đó phản ứng chuyển vị ester là phương pháp phổ biến nhất. Phương trình chuyển hóa diesel sinh học cơ bản như sau (Fukuda và cs., 2001) Xúc tác to Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 8 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai . Ví dụ về phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác NaOH như sau: + Phản ứng 1: Tạo Alkoxide: CH3 + NaOH CH3-Na + H2 O Trong môi trường có nước, alkoxide phân ly tạo CH3O- và Na+, CH3O- tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo. + Phản ứng 2: Tạo Triglyceride amion + Phản ứng 3: Tạo diglyceride và CH3O- tiếp tục cho các phản ứng dây chuyền tiếp theo để tạo ra monoglyceride và cuối cùng là methyl ester. Như vậy: trong quá trình này cứ 01 phân tử triglyceride tác dụng với 03 phân tử CH3OH tạo ra 01 phân tử glycerol và 03 phân tử methyl ester. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 9 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Chất xúc tác của phản ứng chuyển vị ester có thể là kiềm, axit hoặc enzym. Các chất xúc tác kiềm phổ biến nhất là NaOH, KOH. Một số chất xúc tác kiềm khác bao gồm cacbonate, methoxide, sodium ethoxide, sodium propoxide và sodium butoxide. Phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác kiềm có ưu điểm là tốc độ chuyển hóa cao dưới điều kiện nhiệt độ thấp, và thời gian phản ứng ngắn. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là sự tạo thành xà phòng từ phản ứng xà phòng hóa, đặc biệt đối với các nguyên liệu có hàm lượng axit béo tự do cao và hàm lượng nước cao thì ảnh hưởng của phản ứng xà phòng hóa đến quá trình chuyển hóa diesel sinh học càng lớn. Các chất xúc tác axit được sử dụng phổ biến là axit sulphuric, HCl, axit sulfonic. Phản ứng chuyển vị ester sử dụng chất xúc tác axit có hiệu suất cao và khắc phục được nhược điểm tạo thành xà phòng, tuy nhiên tốc độ phản ứng lại chậm và đòi hỏi nhiệt độ phản ứng cao hơn. Phản ứng ester hóa sử dụng chất xúc tác enzym (như lipase) có ưu điểm là hiệu suất cao, không tạo thành xà phòng như khi xúc tác bằng kiềm, phản ứng không bị ức chế bởi nước như khi xúc tác bằng axit, có thể ester hóa cả triglyceride và axit béo tự do trong một bước, không cần bước rửa, tỷ lệ rượu/dầu thấp hơn so với khi sử dụng chất xúc hóa học. Tuy nhiên, phản ứng ester hóa sử dụng chất xúc tác enzym đòi hỏi thời gian phản ứng lâu hơn, hàm lượng chất xúc tác, giá thành sản xuất cao hơn. Phản ứng chuyển vị ester cũng có thể xảy ra dưới điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao (trên 2400C, trên 8 Mpa) và không cần chất xúc tác. Phản ứng này đạt cân bằng rất nhanh (120-240s) và đạt hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên phương pháp này không có hiệu quả về mặt kinh tế và không an toàn (Ehimen và cs., 2010). 1.5. Tiêu chuẩn chất lƣợng của diesel sinh học Diesel sinh học có một số tính chất như ít độc, sự đốt cháy của nó tốt hơn dầu thô và không gây hiệu ứng nhà kính, có thể được sử dụng trực tiếp cho những động cơ diesel hiện nay mà không cần sửa đổi chúng và còn có thể pha trộn diesel sinh học với diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ với các tỷ lệ khác nhau. Để thương mại hóa được thì diesel sinh học cần phải đáp ứng được các tiêu chuẩn đang áp dụng trên thế giới. Ở Mỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 10 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai đã sử dụng tiêu chuẩn ASTM Diesel sinh học Standard D6751 (Knothe, 2006). Ở châu Âu (EU) thì đã có các tiêu chuẩn riêng biệt dành cho diesel sinh học dùng cho vận tải (tiêu chuẩn Standard EN 14214) và được dùng như dầu đốt nóng (tiêu chuẩn Standard EN 14213) (Knothe, 2006). Ở Việt Nam, tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7717: 2007 Nhiên liệu diesel sinh học gốc (B100) đã được công bố áp dụng. Một số đặc điểm chính của diesel sinh học được quy định như sau: - Điểm chớp cháy: là nhiệt độ thấp nhất đã hiệu chỉnh về áp suất 101,3 kPa (760 mmHg, 1 atmosphere), tại đó ngọn lửa đưa vào làm hơi nhiên liệu bùng cháy dưới điều kiện xác định của phép thử. Nhiệt độ chớp cháy xác định xu hướng hình thành hỗn hợp có thể cháy với không khí dưới điều kiện thí nghiệm, nó là một trong các chỉ tiêu để đánh giá mức độ dễ bắt cháy của nhiên liệu cũng như “thời gian cảm ứng” trong động cơ. Nhiệt độ chớp cháy có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình vận chuyển và tồn chứa nhiên liệu. Nhiệt độ chớp cháy quá thấp rất dễ gây cháy nổ. Nó cũng là dấu hiệu cho thấy nhiên liệu đã bị lẫn với các loại khác có độ bay hơi cao hơn. Nhiệt độ chớp cháy hầu như không có ý nghĩa đối với chất lượng của nhiên liệu khi đánh giá trên góc độ tính năng kỹ thuật của các thiết bị sử dụng nó. Đối với các sản phẩm dầu mỏ thì nhiệt độ chớp cháy khác nhau. Xăng có nhiệt độ chớp cháy khoảng 400C, diesel có nhiệt độ chớp cháy khoảng 35-800C (trung bình là 600C), nhiệt độ cho động cơ phản lực có nhiệt độ chớp cháy trong khoảng 28-600C (trung bình là 400C), phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ chớp cháy 120-3250C. Đối với sản phẩm là diesel sinh học, nhiệt độ chớp cháy theo tiêu chuẩn Viêt Nam ≥ 1300C, theo tiêu chuẩn Mỹ và Châu Âu là ≥ 930C. - Trị số axit: là lượng bazo, tính bằng miligam kali hydroxit trên một gam mẫu cần để chuẩn độ một mẫu trong dung môi đến điểm cuối xác định (tức là số mg KOH cần thiết để trung hòa hết lượng axit có trong một gam mẫu). Trị số axit của diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và Châu Âu đều là max 0,50 mg KOH/g. Trị số axit là thước đo đánh giá hàm lượng các hợp chất vô cơ và axit tổng của nhiên liệu. Tuy nhiên do sự đa dạng của các sản phẩm oxi hóa làm ảnh hưởng tới trị số axit và các axit hữu cơ lại rất khác nhau về tính chất ăn mòn cho nên trị số axit không được dùng để phán đoán tính ăn mòn của dầu trong điều kiện sử dụng (không có mối liên hệ chung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 11 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai nào giữa trị số axit và xu hướng ăn mòn của dầu đối với kim loại). Trị số axit được sử dụng để kiểm soát chất lượng của nhiên liệu, nó cũng đôi khi được sử dụng như là một phép đo sự giảm chất lượng của chất bôi trơn sau một thời gian sử dụng. - Độ ăn mòn đồng: Phép thử ăn mòn mảnh đồng nhằm xác định có tính chất định tính độ ăn mòn của nhiên liệu đối với các chi tiết chế tạo từ đồng, hợp kim đồngthiếc và hợp kim đồng-kẽm. Độ ăn mòn đồng của nhiên liệu diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam là loại No1, theo tiêu chuẩn Mỹ và Châu Âu cực đại là No3. - Chỉ số iod: là số gam iot cần thiết để phản ứng với 100 gam mẫu FAME. Chỉ số iot đặc trưng cho mức chưa no của mẫu diesel sinh học. Mẫu càng nhiều nối đôi thì chỉ số iot càng lớn và ngược lại. Chỉ số iot cao liên quan đến sự polymer hóa của nhiên liệu (đông đặc) dẫn đến làm tắc nghẽn ống dẫn. Chỉ số iot của diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và Châu Âu đều cực đại là 120. - Trị số xêtan: là thông số đặc trưng cho khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu diesel, có được bằng cách so sánh nó với các nhiên liệu chuẩn trong thử nghiệm trên động cơ tiêu chuẩn. Trị số xetan cung cấp dữ liệu về đặc tính tự cháy của nhiên liệu diesel trong động cơ nén tự cháy. Trị số xetan cao quá sẽ lãng phí nhiên liệu vì một số thành phần ở nhiệt độ cao trong xilanh sẽ phân hủy thành cacbon tự do (tạo muội) trước khi cháy. Trị số xetan thấp quá sẽ xảy ra cháy kích nổ, do có nhiều thành phần khó bị oxy hóa đòi hỏi phải phun rất nhiều nhiên liệu vào xilanh mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra rất lớn gây tăng mạnh áp suất, động cơ bị rung giật … Trị số xetan của diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và Châu Âu tối thiểu là 47. - Tro sulphat: là lượng cặn còn lại khi mẫu đã được cacbon hóa và được xử lý tiếp tục với axit sunphuric và nung đến khối lượng không đổi. Hàm lượng tro sunphat được dùng để biết nồng độ các phụ gia chứa kim loại đã biết trong dầu mới. Khi không có photpho thì bari, canxi, magie, natri và kali sẽ biến đổi thành các muối sulphat, thiếc và kẽm biến đổi sang dạng oxit của chúng. Hàm lượng tro của diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam cực đại là 0,020 % khối lượng (tương đương với các tiêu chuẩn của Mỹ, Châu Âu). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 12 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai - Độ nhớt động học: là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. Vì vậy độ nhớt có liên quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng trong các hệ đường ống, thực hiện các quá trình phun, bay hơi của nhiên liệu trong buồng cháy, đồng thời có liên quan đến khả năng bôi trơn của các phân đoạn khi sử dụng làm dầu nhờn. Độ nhớt của nhiên liệu rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng bơm và phun nhiên liệu vào buồng đốt. Độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của kim phun. Nhiên liệu có độ nhớt quá cao rất khó nguyên tử hóa, các tia nhiên liệu không mịn và khó phân tán đều trong buồng đốt. Kết quả là làm giảm hiệu suất và công suất động cơ. Đối với các động cơ nhỏ, các tia nhiên liệu có thể chạm vào thành xylanh, cuốn đi lớp dầu bôi trơn và làm tăng độ lẫn nhiên liệu trong dầu nhờn. Hiện tượng các chi tiết bị ăn mòn nhanh chính là do nguyên nhân này. Nhiên liệu có độ nhớt quá thấp khi được phun vào xylanh sẽ tạo thành các hạt quá mịn, không thể tới được các vùng xa kim phun và do đó hỗn hợp nhiên liệu-không khí tạo thành trong xylanh không đồng nhất, nhiên liệu cháy không đều, công suất giảm. Nhiên liệu có độ nhớt quá thấp có thể gây ra hiện tượng rò rỉ tại bơm, làm sai lệch kết quả đong đếm dẫn đến thay đổi tỷ lệ pha trộn không khí-nhiên liệu. Độ nhớt động học của diesel sinh học ở 400C theo tiêu chuẩn Việt Nam là 1,9 – 6,0 (mm2/s) (tương đương với tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu). - Lưu huỳnh: Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu dưới nhiều dạng khác nhau, thông thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng dị vòng. Khi bị đốt cháy lưu huỳnh sẽ chuyển thành SO2, khí này cùng với khói thải sẽ được thoát ra ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xúc với oxi để chuyển một phần thành khí SO3. Khi nhiệt độ của dòng khí thải xuống thấp thì các khí này sẽ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axit tương ứng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn kim loại rất lớn. Chính vì vậy, sự có mặt của lưu huỳnh là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng của các sản phẩm dầu nói chung và diesel sinh học nói riêng. Hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam cực đại là 0,05 % khối lượng (tương đương với tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 13 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai - Độ ổn định oxi hóa: Quá trình oxi hóa gây ra những hợp chất không tan trong nhiên liệu, đó là cặn. Quá trình oxi hóa là một dạng làm hỏng tính chất hóa học của nhiên liệu. Độ bền của nhiên liệu đối với quá trình oxi hóa là một đặc trưng quan trọng, nó là cơ sở để đánh giá tuổi thọ tương đối của nhiên liệu. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, độ ổn định oxi hóa tại 1100C tối thiểu là 6 giờ, theo tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu là min 3 giờ. - Trọng lượng riêng: là khối lượng của chất lỏng trên một đơn vị thể tích chất lỏng ở 150C và 101,325 kPa, đơn vị đo lường tiêu chuẩn là kg/m3. Việc xác định chính xác trọng lượng riêng của nhiên liệu rất cần thiết cho việc chuyển đổi thể tích đã đo ở nhiệt độ thực tế về thể tích hoặc khối lượng ở nhiệt độ đối chứng tiêu chuẩn trong quá trình bảo quản vận chuyển. Trọng lượng riêng của diesel sinh học phụ thuộc vào thành phần axit béo trong hỗn hợp ester và độ tinh sạch của nhiên liệu. Do đó nó là yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của diesel sinh học. Tuy nhiên tính chất này không phải là một chỉ dẫn chắc chắn về chất lượng của dầu nếu không kết hợp các tính chất khác. Khối lượng riêng tại 150C của diesel được quy định theo tiêu chuẩn Việt Nam là 860 – 900 kg/m3 (tương đương với các tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu). - Nước và cặn: Một lượng đáng kể nước và cặn trong nhiên liệu sẽ gây khó khăn trong việc bảo quản nhiên liệu, gây trục trặc trong hệ thống nhiên liệu của lò hay động cơ. Việc tích tụ cặn trong các bình chứa và các màng lọc, sẽ làm tắc dòng chảy của nhiên liệu từ bình chứa tới buồng đốt. Nước trong các nhiên liệu cất trung bình có thể gây ăn mòn các bình chứa và thiết bị, nếu có mặt chất tẩy rửa có thể làm xuất hiện nhũ hay vẫn đục. Ngoài ra, nước còn làm cho vi sinh vật phát triển tại bề mặt tiếp xúc nhiên liệu. Vì vậy, hàm lượng nước và cặn là một trong những chỉ tiêu ảnh hưởng đến chất lượng của nhiên liệu. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, hàm lượng nước và cặn trong sản phẩm diesel sinh học cực đại là 0,050% thể tích (tương đương với các tiêu chuẩn của Mỹ, Châu Âu). - Hàm lượng ester và methyl ester của axit linoleic: Hàm lượng ester là một chỉ tiêu quan trọng liên quan trực tiếp đến chất lượng của nhiên liệu diesel sinh học. Hàm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 14 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai lượng ester của diesel sinh học theo tiêu chuẩn Việt Nam tối thiểu là 96,5% khối lượng (phù hợp với tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu). - Hàm lượng glycerin tổng số và tự do: Hàm lượng glycerin tự do và liên kết phản ánh chất lượng của diesel sinh học. Hàm lượng glycerin tự do cao có thể gây khó khăn trong quá trình bảo quản hoặc trong hệ thống nhiên liệu do sự phân tách của glycerin. Hàm lượng glycerin tổng số cao có thể dẫn đến làm tắc nghẽn vòi phun, tạo cặn ở vòi phun, piston, van. Hàm lượng glycerin tự do theo tiêu chuẩn Việt Nam là max 0,020% khối lượng, glycerin tổng cực đại là 0,240% khối lượng (tương đương với các tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu). - Điểm vẩn đục: là một chỉ tiêu quan trọng, nó xác định nhiệt độ tại đó các tinh thể sáp xuất hiện trong nhiên liệu ở điều kiện thử nghiệm xác định, tại nhiệt độ đó tinh thể sáp bắt đầu kết tủa khỏi nhiên liệu khi sử dụng. Các thiết bị máy móc, xe có thể phải làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp. Nếu điểm vẩn đục không thích hợp thì thành phần sáp trong nhiên liệu dễ bị kết tủa, cản trở quá trình phun nhiên liệu vào động cơ để đốt. 1.6. Tiềm năng sản xuất diesel sinh học từ vi tảo Hiện nay, sinh khối tảo được khai thác chủ yếu làm thực phẩm chức năng cho người và động vật nuôi trong nuôi trồng thủy sản … (Đặng Diễm Hồng và cs., 2006). Ngoài ra, tảo còn được sử dụng để tạo ra năng lượng theo nhiều cách khác nhau. Một trong những con đường hiệu quả nhất là sử dụng dầu tảo để sản xuất diesel sinh học. Sinh khối tảo chứa ba thành phần chính: carbohydrate, protein và lipid. Phần lớn lipid do vi tảo sản xuất ra tồn tại ở dạng tricylglycerol - là dạng thích hợp để sản xuất diesel sinh học. Vi tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh hơn so với các loại thực vật cạn. Chúng thường có khả năng nhân đôi trong vòng 24 giờ. Trong suốt pha sinh trưởng, một số loài vi tảo có thể nhân đôi trong vòng 3,5 giờ (Chisti, 2007). Hàm lượng dầu ở vi tảo thường dao động trong khoảng 20 đến 50% so với trọng lượng khô (bảng 2). Ngoài ra, một số chủng vi tảo có thể chứa hàm lượng dầu cao đến khoảng 80% (Metting, 1996). Thực tế, vi tảo là đối tượng cho năng suất thu hoạch dầu cao nhất dùng làm nguyên liệu để sản xuất NLSH. Lượng dầu do vi tảo sản xuất ra có thể cao gấp 250 lần so với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 15 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai đậu tương trên mỗi mẫu Anh (khoảng 0,4 ha), gấp từ 7 đến 31 lần so với cọ. Mặt khác, dầu tảo lại dễ dàng tách chiết nếu sử dụng phương pháp phù hợp. Do đó, chỉ có sử dụng tảo để sản xuất ra NLSH mới tạo ra được nguồn nhiên liệu đủ đáp ứng cho nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai và thay thế hoàn toàn nguồn năng lượng từ dầu mỏ (Sharif and Aishah, 2008). 1.6.1. Nuôi trồng vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất diesel sinh học Để sản xuất diesel sinh học từ vi tảo đòi hỏi cần phải có một lượng lớn sinh khối tảo. Hầu hết các loài tảo là sinh vật quang tự dưỡng bắt buộc nên chúng cần phải có ánh sáng và nguồn carbon để sinh trưởng. Mô hình nuôi trồng này được gọi là quang tự dưỡng (photoautotrophic). Tuy nhiên, một số loài tảo lại có khả năng sinh trưởng trong tối và sử dụng các nguồn carbon hữu cơ như glucose, acetate… làm nguồn cacbon và năng lượng, đây là hình thức sinh trưởng dị dưỡng. Do chi phí để xây dựng và vận hành hệ thống cao nên nuôi cấy tảo theo phương thức dị dưỡng vẫn chưa được quan tâm nhiều. Vi tảo quang tự dưỡng thường đòi hỏi một số yếu tố nhất định cho sinh trưởng như nguồn năng lượng ánh sáng, CO2, nước và các muối vô cơ. Nhiệt độ nước cho sinh trưởng tối ưu thường dao động trong khoảng 150C đến 30oC. Môi trường nuôi cần phải có các nguyên tố vô cơ như N, P, Fe và đôi khi cần cả silic (Grobbelaar, 2004). Khi nuôi cấy theo phương pháp này, môi trường nuôi cấy cần phải được bổ sung liên tục với một tốc độ cố định đồng thời lượng dịch nuôi tảo tương ứng cũng được thu hoạch (Molina Grima và cs., 1999). Ban đêm có thể ngừng bổ sung môi trường nhưng việc khuấy đảo môi trường cần phải được tiếp tục để ngăn chặn kết lắng sinh khối tảo (Molina Grima và cs., 1999). Hiện nay, nuôi cấy trong bể hở hay trong các bể phản ứng quang sinh khép kín (photobioreactor kín) là hai mô hình nuôi trồng quang tự dưỡng vi tảo phổ biến nhất để thu sinh khối làm nguyên liệu cho sản xuất diesel sinh học. Phương pháp nuôi trong bể hở có ưu điểm là chi phí thấp nhưng lại hạn chế ở chỗ tốn diện tích đất, nước và cần phải có những điều kiện khí hậu nhất định, ngoài ra còn gặp phải vấn đề về sự tạp nhiễm nấm, vi khuẩn, động vật nguyên sinh và sự cạnh tranh bởi các loài tảo khác. Trái lại, ưu điểm của hệ thống photobioreactor kín là có thể khép Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 16 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai kín môi trường nuôi, điều khiển được các yếu tố môi trường, giảm tạp nhiễm. Mặc dù giá thành lắp đặt hệ thống là đắt nhưng sức sản xuất sinh khối tảo, mật độ tế bào ở hệ thống kín cao hơn gấp 13 và 30 lần so với hệ thống hở (Chisti, 2007). Sinh khối tảo được sản xuất ở hệ thống kín hay hở đều không ảnh hưởng đến quá trình thu nhận dầu và chuyển chúng thành diesel sinh học. Sức sản xuất sinh khối cao nhất ở bể hở đạt đến khoảng 24 gam sinh khối khô/m2/ngày (Weisz, 2004) và cá biệt 100 gam sinh khối khô/m2/ngày đã thu được trong các hệ thống nuôi kín 300 lít đơn giản (Patil và cs., 2005) trong điều kiện bão hòa ánh sáng. Tridici (1999) đã nghiên cứu sản xuất sinh khối tảo trong các hệ thống photobioreactor với các kiểu dáng khác nhau đã được thiết kế trong đó, dạng ống tỏ ra là có hiệu quả cao nhất (Patil và cs., 2008). 1.6.2. Thu hoạch sinh khối tảo Thu hoạch sinh khối tảo là một trong những quá trình quan trọng quyết định khả năng sản xuất diesel sinh học từ vi tảo. Hiệu quả thu hoạch thấp không chỉ gây lãng phí nguồn nguyên liệu mà còn đe dọa đến môi trường do mật độ tảo cao có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng đối với môi trường xung quanh. Các phương pháp thu hoạch tảo phổ biến được sử dụng là ly tâm, kết tủa bông, vi lọc (microfiltration) … - Kết tủa bông: Đây là phương pháp thu hoạch sinh khối tảo sử dụng các chất kết bông có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, trong đó chất kết bông giúp các tế bào vi tảo riêng lẻ tập hợp lại thành từng cụm, lắng xuống phía dưới và dễ dàng tách khỏi môi trường nuôi. Một số chất kết bông hóa học được sử dụng như Al2(SO4)3, KAl(SO4)2, FeCl3…, chất kết bông tự nhiên có thể là chitosan, pestan… Hàm lượng chất kết bông tối ưu cho thu hoạch sinh khối vi tảo phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như nhiệt độ, dinh dưỡng và pH của môi trường nuôi. - Ly tâm: Phương pháp ly tâm có ưu điểm là có thể thu hoạch được triệt để sinh khối tảo và môi trường nuôi có thể được tái sử dụng mà không cần qua bước xử lý nào khác. Tuy nhiên, quá trình này lại có chi phí đắt đỏ do tốn kém về mặt năng lượng nên việc sử dụng phương pháp ly tâm trong thu hoạch sinh khối vi tảo là không khả thi khi triển khai ở quy mô lớn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 17 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai - Vi lọc: Đây là một phương pháp cơ bản để thu hoạch sinh khối tảo trong đó các tế bào vi tảo được tách khỏi môi trường nuôi bằng cách lọc qua một màng lọc có kích thước lỗ nhỏ hơn kích thước tế bào. Tuy nhiên, khó khăn của phương pháp này là kích thước tế bào vi tảo rất nhỏ (1-30 µm) và trong quá trình lọc, tế bào tảo có thể bịt kín các lỗ, cản trở quá trình lọc. 1.6.3. Phương pháp tách chiết dầu tảo Dầu tảo có thể được tách chiết từ sinh khối theo một số phương pháp như tách chiết cơ học, bằng dung môi, sốc thẩm thấu…, trong đó tách chiết bằng dung môi là thông dụng nhất. Hầu hết các phương pháp tách chiết hiện nay đều được phát triển dựa trên phương pháp cơ bản của Bligh và Dyer năm 1959 (Lewis and Nichols, 2000). Sinh khối tảo được trộn đều, ngâm chiết trong dung môi và sản phẩm dầu tảo được thu hồi sau bước chưng cất. Các hóa chất thường được sử dụng trong quá trình tách chiết bao gồm hexan và chloroform. Đây là các hóa chất tương đối rẻ tiền và cho hiệu quả tách chiết cao. 1.6.4. Chuyển hóa diesel sinh học từ dầu tảo Quá trình sản xuất diesel sinh học từ tảo bao gồm một số bước. Về cơ bản, công nghệ sản xuất diesel sinh học từ tảo cũng tương tự như đối với các nguồn nguyên liệu thực vật khác, tuy nhiên có một số giai đoạn cần lưu ý. Không kể các bước và các giai đoạn của quá trình nuôi trồng tảo, sau giai đoạn nuôi trồng, các tế bào tảo phải được làm khô trước khi thực hiện phản ứng chuyển hóa. Hiện nay có rất ít tài liệu công bố về kết quả sản xuất diesel sinh học từ sinh khối tảo tươi. Hầu như chỉ có các nghiên cứu đánh giá hiệu suất chuyển hóa khi so sánh hai phương pháp chuyển hóa từ dầu tảo tách chiết từ sinh khối (phương pháp hai giai đoạn) với phương pháp chuyển hóa trực tiếp (một giai đoạn). Đối với phương pháp hai giai đoạn, dầu tảo sau khi tách chiết được cho phản ứng với methanol có mặt chất xúc tác, khi đó quá trình sản xuất diesel sinh học tương tự như đối với dầu thực vật. Đối với phương pháp một giai đoạn (chuyển vị ester tại chỗ) thì dung môi có tác dụng chiết lipid (chloroform, hexan, ether…), methanol để methyl hóa axit béo và chất xúc tác được bổ sung cùng một lúc. Sau đó là các bước lọc và rửa để loại bỏ cặn tế bào khỏi diesel sinh học. So với phương pháp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 18 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai chuyển hóa hai giai đoạn thì (Haas và cs (Ehimen và cs., 2010). Hiệu suất của quá trình ester hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng nước có trong nguyên liệu thô (sẽ tạo thành xà phòng thay vì methyl ester), lượng axit béo tự do trong nguyên liệu (giảm hiệu suất tạo thành diesel sinh học), nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng, tỷ lệ số mol giữa dầu nguyên liệu và methanol (Ramadhas và cs., 2005). 1.6.5. Khai thác các đồng sản phẩm có giá trị từ quá trình sản xuất diesel sinh học từ vi tảo (Ma and Hanna, 1999). Trung bình cứ sản xuất 100 kg diesel sinh học thì sẽ tạo ra khoảng 10 kg glycerol (Chi và cs., 2007). , nư (Cerrate và cs., 2006; Lammers và cs (Dasari và cs., 2005) hay acetol (Chiu và cs - . (Yokochi và cs., 1998). Taconi và cs Clostridium pasteurianum Schizochytrium hay Spirulina , 2009). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 19 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ năm 2012 Đinh Thị Ngọc Mai Sinh khối của nhiều loài vi tảo có chứa hàm lượng cao các axit béo không bão hòa đa nối đôi có giá trị kinh tế cao như DHA (Docosahexaenoic acid), DPA (Docosapentaenoic acid), EPA (Eicosapentaenoic acid). Do vậy, hiệu quả sản xuất diesel sinh học từ vi tảo sẽ được nâng cao và giá thành diesel sinh học sẽ giảm đi đáng kể nếu các axit béo này được tách ra khỏi sinh khối tảo để phục vụ cho các ứng dụng y, dược học và thực phẩm chức năng. Bên cạnh đó, ngoài dầu ra, sinh khối vi tảo còn chứa nhiều protein, hydratcacbons và các chất dinh dưỡng khác (Sánchez Mirón và cs., 2003; Chisti, 2007). Do đó, bã sinh khối từ việc sản xuất diesel sinh học có thể được sử dụng làm thức ăn cho động vật. Một số chất bã sinh khối có thể được dùng để sản xuất methane bằng phân giải kỵ khí, sản sinh năng lượng điện cần thiết cho chính sự vận hành để sản xuất sinh khối tảo. Như vậy, việc tận dụng các đồng sản phẩm có giá trị từ quá trình sản xuất diesel sinh học sẽ giúp giảm đáng kể giá thành diesel sinh học, nâng cao hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất và loại bỏ sản phẩm thải, đảm bảo thân thiện với môi trường. 1.6.6. Ứng dụng khác của vi tảo Vi tảo có mặt khắp nơi trên trái đất, sự phổ biến như vậy cũng nói lên vai trò quan trọng của tảo đối với hoạt động sống trong tự nhiên. Hàng năm, trong số 200 tỷ tấn chất hữu cơ được tạo thành trên trái đất, có 170–180 tỷ tấn do tảo tạo ra, còn lại 20–30 tỷ tấn là do các loài thực vật khác. Ý nghĩa vô cùng to lớn mà các loài tảo mang lại là giải phóng O2 cung cấp cho các sinh vật sống dưới nước, khép kín chu trình vật chất trong các thuỷ vực và tăng tốc độ quay vòng của các chu trình đó. Ngoài nguồn thức ăn truyền thống như thịt, cá, trứng, sữa, rau, quả, củ có nguồn gốc từ động vật và thực vật thì tảo là một nguồn thức ăn dinh dưỡng cho người và vật nuôi bởi vì nhiều loài vi tảo không chỉ có hàm lượng protein cao mà còn giàu gluxit, lipid, vitamin. Chẳng hạn tảo Chlorella có đến 40–60% protein, 25–35% gluxit, 10–15% lipid theo TLK và nhiều loại vitamin nhóm B (B1, B6, B12), vitamin C, K (Nguyễn Tiến Cư và cs., 1997). Các chủng Scenedesmus nuôi trồng ở diện tích rộng cũng đạt tới hàm lượng protein 50– 56%, Dunaliella chứa 50% protein, 20% cacbonhydrat, 8% lipid so với TLK. Một số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 20 http://lrc.tnu.edu.vn