Tài liệu Tổng hợp diesel sinh học trực tiếp từ sinh khối vi tảo (chlorella sp.) bằng methanol cận tới hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------- TRẦN ĐÔNG ÂU TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TRỰC TIẾP TỪ SINH KHỐI VI TẢO (CHLORELLA SP.) BẰNG METHANOL CẬN TỚI HẠN Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mã số: 605276 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------- TRẦN ĐÔNG ÂU TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TRỰC TIẾP TỪ SINH KHỐI VI TẢO (CHLORELLA SP.) BẰNG METHANOL CẬN TỚI HẠN CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MÃ SỐ: 605276 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: TS. HỒ QUỐC PHONG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2014 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : .................................................................. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. ............................................................ 2. ............................................................ 3. ............................................................ 4. ............................................................ 5. ............................................................ Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: .......................................................... MSHV: ........................................ Ngày, tháng, năm sinh: ................................................Nơi sinh: ...................................... Chuyên ngành: .............................................................Mã số : ......................................... I. TÊN ĐỀ TÀI: .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) .......................................... III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài).......................... IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): ............................................ .................................................................................................................................................... Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô thuộc khoa Kỹ Thuật Hóa Hoc – Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM đã trang bị cho em những kiến thức và những kinh nghiệm vô cùng quý báu trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường để em có được những kết quả như ngày hôm nay. Những kiến thức và kinh nghiệm ấy sẽ giúp ích rất nhiều cho em trong cuộc sống và nghề nghiệp trong tương lai. Xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hồ Quốc Phong, thầy là người đã hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ và tạo động lực cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Cảm ơn quý thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công Nghệ Trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện cho em thực hiện luận văn tốt nghiệp tại phòng thí nghiệm. Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến cô Trần Sương Ngọc, cô Huỳnh Thị Ngọc Hiền thuộc bộ môn Thủy Sinh Học Ứng Dụng – Khoa Thủy Sản – Trường Đại học Cần Thơ, cô Huỳnh Liên Hương thầy Nguyễn Việt Bách thuộc bộ môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ đã không ngừng giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Xin gởi lời cảm ơn đến gia đình thân yêu đã luôn bên cạnh ủng hộ cả về vật chất lẫn tinh thần để con có thể vượt qua những khó khăn trong học tập. Cảm ơn các anh chị lớp cao học Công nghệ Hóa học (CT) khóa 2012, tập thể nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học lớp Công nghệ Hóa học k36 và những người bạn đã luôn giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngày nay, dầu sinh học hay còn gọi là biodiesel đang dần trở thành nguồn nhiên liệu thay thế quan trọng cho dầu diesel do sự cạn kiệt dần của dầu mỏ - một nguồn tài nguyên không thể phục hồi. Biodiesel được sản xuất từ rất nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nhưng vẫn chưa đạt được những yêu cần cần thiết về khả năng ứng dụng thực tế vì giá thành sản xuất còn bị ảnh hưởng nhiều bởi nguyên liệu và công nghệ sản xuất. Do đó, luận văn này tập trung giải quyết hai vấn đề: thứ nhất là tìm ra nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và không ảnh hưởng đến an ninh lương thực. Thứ hai là tìm ra phương pháp mới hiệu quả nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất. Nguyên liệu được chọn để nghiên cứu trong luận văn này là vi tảo Chlorella sp., kết quả khảo sát cho thấy rằng khi nuôi cấy ở các điều kiện khác nhau về ánh sáng, nhiệt độ, độ mặn của nước và thời gian nuôi cấy thì vi tảo cho thấy khả năng khác nhau trong quá trình tích lũy chất béo. Cụ thể khi được nuôi cấy ở cường độ chiếu sáng 1342 lux, nhiệt độ 25 ºC, nước có độ mặn 0‰ và thu hoạch sau 8 ngày thì vi tảo có thể đạt nồng độ sinh khối 0.306 g/L và khả năng tích lũy chất béo lên đến 35% khối lượng sinh khối khô (KLSKK). Phương pháp tổng hợp biodiesel được sử dụng là methanol cận tới hạn không sử dụng xúc tác. Kết quả cho thấy rằng các yếu tố có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chuyển hóa biodiesel từ sinh khối vi tảo Chlorella sp. là nhiệt độ phản ứng, tỉ lệ giữa sinh khối và methanol, hàm lượng nước chứa trong sinh khối và thời gian phản ứng. Hàm lượng FAME trong sản phẩm tạo thành có thể đạt đến 95% khi phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ 175 ºC, tỉ lệ sinh khối vi tảo:methanol là 1/20 g/g, hàm lượng nước trong sinh khối 50% và thời gian phản ứng là 12 giờ. iii ABSTRACT Today biodiesel is becoming an important fuel source be able to replace for fossil diesel - depletion and uncovery source. Biodiesel is produced from many feedstocks but it still cannot commercialize because of its costly process. Therefore, this thesis focus on finding a new feedstock and synthesis method in order to reduce production costs. Microalgae Chlorella sp. was chosen as feedstock for biodiesel production in this thesis. The results showed that in different culturing conditions such as light intensity, temperature, salinity and incubation time, the growth and lipid accumulation were different. Specifically, when Chlorella sp was cultured in condition of light intensity 1342 lux, temperature 25 °C, water salinity 0‰ (fresh water) and 8 days, concentration of Chlorella sp can reach 0.306 g/L and 35% of lipid accumulation. Method of catalyst-free subcritical of methanol condition was applied to synthesize biodiesel. The results show that the reaction conditions significantly affected to conversion of biodiesel such as temperature, ratio of biomass and methanol, water content of biomass and reaction time. Conversion of FAME was highest when the reaction was conducted at 175 ºC , the ratio of biomass:methanol 1:20 (weight ratio), water content of biomass 50%, 12 hours. iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng tất cả những kết quả nghiên cứu được nêu trong luận văn này là do tôi thực hiện. Các ý tưởng tham khảo và những kết quả trích dẫn từ các công trình khác đều được nêu rõ trong luận văn. TP. HCM, tháng 11 năm 2014 Trần Đông Âu v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT FAME : Fatty acid methyl ester MG : Monoglyceride DG : Diglyceride TG : Triglyceride FFA : Free fatty acid GC : Gas chromatography – Sắc ký khí UV-Vis : Ultraviolet – visible FID : Flame Ioniation Detetor – Đầu dò ion hóa ngọn lửa TCD : Thermal Conductivity Detector – Đầu dò dẫn nhiệt ECD : Electron Capture Detector – Đầu dò cộng kết điện tử FPD : Flame Photometric Detector – Đầu dò quang hóa ngọn lửa NPD : Nitrogen Phosphor Detector – Đầu dò nitơ photpho MS : Mass Spectrometry – Khối phổ vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN....................................................................................................... II TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ...................................................................... III ABSTRACT .........................................................................................................IV LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. V DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................VI MỤC LỤC.......................................................................................................... VII DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. X DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... XII CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU.........................................................................................1 1.1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................1 1.2. Mục đích nghiên cứu................................................................................2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................2 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................2 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu..............................................................................2 1.3.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..............................................................2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .................................................................................4 2.1. Vi tảo.......................................................................................................4 2.2. Khả năng ứng dụng của vi tảo trong tổng hợp biodiesel ...........................4 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và phát triển của vi tảo..7 2.3.1. Ánh sáng ..............................................................................................7 2.3.2. Nhiệt độ ...............................................................................................8 2.3.3. Dinh dưỡng ........................................................................................ 10 2.3.4. Độ mặn .............................................................................................. 11 2.4. Quá trình tích lũy chất béo của vi tảo ..................................................... 12 2.5. Các phương pháp nuôi cấy vi tảo ........................................................... 13 vii 2.5.1. Nuôi cấy trong hệ thống mở ............................................................... 13 2.5.2. Nuôi cấy trong hệ thống kín ............................................................... 14 2.6. Tổng quan về biodiesel và công nghệ sản xuất ....................................... 15 2.6.1. Sử dụng xúc tác base.......................................................................... 18 2.6.2. Sử dụng xúc tác acid .......................................................................... 19 2.6.3. Sử dụng xúc tác 2 bước ...................................................................... 19 2.6.4. Sử dụng xúc tác enzyme ..................................................................... 20 2.6.5. Sử dụng điều kiện phản ứng siêu tới hạn ............................................ 20 2.6.6. Sử dụng điều kiện phản ứng cận tới hạn............................................. 21 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM.......................................................................... 23 3.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ...................................................... 23 3.1.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.............................................................. 23 3.1.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 25 3.1.3. Phương pháp phân tích ...................................................................... 30 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 34 4.1. Kết quả khảo sát điều kiện nuôi cấy vi tảo Chlorella sp. ........................ 34 4.1.1. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng.................................................. 34 4.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy ....................................................... 36 4.1.3. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy...................................................... 38 4.1.4. Ảnh hưởng của môi trường nước nuôi cấy.......................................... 40 4.2. Kết quả tổng hợp biodiesel trực tiếp từ sinh khối vi tảo Chlorella sp...... 42 4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa của chất béo vi tảo thành FAME ............................................................................................ 42 4.2.2. Ảnh hưởng của lượng methanol đến độ chuyển hóa chất béo vi tảo thành FAME .................................................................................................. 44 4.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng nước ........................................................ 45 4.2.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .................................................... 47 4.2.5. Thành phần hóa học và tính chất vật lý của sản phẩm biodiesel tạo thành ........................................................................................................... 51 viii 4.2.6. Một số tính chất hóa lý của biodiesel được tổng hợp từ sinh khối vi tảo Chlorella sp. .................................................................................................. 52 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 53 5.1. Kết luận ................................................................................................. 53 5.2. Kiến nghị ............................................................................................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 54 PHỤ LỤC...............................................................................................................1 ix DANH MỤC BẢNG Tên bảng trang Bảng 2.1: Hàm lượng chất béo và khả năng cung cấp chất béo của một số loại vi tảo ......................................................................................................................6 Bảng 2.2: So sánh khả năng sản xuất biodiesel của vi tảo với một số loại nguyên liệu khác.....................................................................................................7 Bảng 2.3: So sánh hai hệ thống nuôi cấy vi tảo phổ biến .............................. 14 Bảng 2.4: Các acid béo thường có trong các nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học ................................................................................................................ 16 Bảng 2.5: Tính chất của diesel sinh học với diesel đã giảm thiểu lưu huỳnh. 17 Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng trong 1 lít môi trường Walne.................. 23 Bảng 3.2: Các yếu tố cần được khảo sát trong quá trình nuôi cấy vi tảo ....... 27 Bảng 3.3: Các yếu tố cần khảo sát trong quá trình tổng biodiesel ................. 30 Bảng 4.1: Khả năng cung cấp chất béo của vi tảo Chlorella sp. được nuôi cấy ở 4 cường độ ánh sáng khác nhau ......................................................................... 36 Bảng 4.2: Khả năng cung cấp chất béo của vi tảo Chlorella sp. được nuôi ở 2 điều kiện nhiệt độ khác nhau ................................................................................ 38 Bảng 4.3: Khả năng cung cấp chất béo của vi tảo Chlorella sp. theo thời gian nuôi cấy................................................................................................................ 36 Bảng 4.4: Khả năng cung cấp chất béo của vi tảo Chlorella sp. được nuôi cấy ở 2 loại nước khác nhau........................................................................................ 42 Bảng 4.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hóa FAME ..................... 43 Bảng 4.6: Ảnh hưởng lượng methanol đến độ chuyển hóa FAME................ 44 Bảng 4.7: Ảnh hưởng hàm lượng nước đến độ chuyển hóa FAME............... 46 Bảng 4.8: Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa FAME ........... 48 Bảng 4.9: So sánh phương pháp tổng hợp biodiesel bằng methanol cần tới hạn từ sinh khối vi tảo Chlorells sp. với một số phương pháp phổ biến khác............... 50 Bảng 4.10: Thành phần các FAME của biodiesel từ sinh khối vi tảo Chlorella sp.......................................................................................................... 51 x Bảng 4.11: So sánh tính chất của biodiesel từ vi tảo Chlorella sp. với hai tiêu chuẩn hiện hành là TCVN 7717:07 và ASTM D6751........................................... 52 xi DANH MỤC HÌNH Tên hình trang Hình 2.1: Vi tảo Chlorella..............................................................................4 Hình 2.2: Hệ thống bể nuôi cấy vi tảo ngoài trời .......................................... 13 Hình 2.3: Hệ thống bình kín nuôi cấy vi tảo ................................................. 14 Hình 2.4: Sơ đồ các phản ứng tạo FAME ..................................................... 16 Hình 2.5: Phản ứng tạo Alcoxy .................................................................... 18 Hình 2.6: Sơ đồ chung của quá trình tổng hợp biodiesel bằng xúc tác .......... 19 Hình 2.7: Giản đồ pha của methanol ............................................................ 21 Hình 3.1: Thiết bị phản ứng cận tới hạn Minicla .......................................... 24 Hình 3.2: Sơ đồ nghiên cứu chung ............................................................... 25 Hình 3.3: Sơ đồ quy trình nuôi cấy vi tảo Chlorella sp................................. 26 Hình 3.4: Sinh khối khô của vi tảo chlorella sp. ........................................... 26 Hình 3.5: Sơ đồ chi tiết quá trình tổng hợp biodiesel từ sinh khối vi tảo Chlorella sp.......................................................................................................... 29 Hình 3.6: Khoảng nhiệt độ hóa hơi của các thành phần chất béo được phân tích bằng GC ........................................................................................................ 32 Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn tốc độ tăng nồng độ sinh khối vi tảo Chlorella sp. theo thời gian ở 4 cường độ chiếu sáng khác nhau ................................................ 35 Hình 4.2: So sánh khả năng tích lũy chất béo của vi tảo Chlorella sp. theo cường độ chiếu sáng ..................................................................................................... 36 Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn tốc độ tăng nồng độ sinh khối vi tảo Chlorella sp. theo thời gian ở 2 điều kiện nhiệt độ trung bình là 30 ºC và 25 ºC ........................ 37 Hình 4.4: So sánh khả năng tích lũy chất béo của vi tảo Chlorella sp. theo nhiệt độ ................................................................................................................ 38 Hình 4.5: So sánh khả năng tích lũy chất béo của vi tảo Chlorella sp. theo thời gian nuôi cấy ........................................................................................................ 39 Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn tốc độ tăng nồng độ sinh khối vi tảo Chlorella sp. theo thời gian ở 2 loại nước nuôi cấy khác nhau ................................................... 40 xii Hình 4.7: So sánh hàm lượng chất béo của vi tảo Chlorella sp. được nuôi cấy ở 2 loại nước khác nhau........................................................................................ 41 Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến thành phần sản phẩm .............................................................................................................. 43 Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng methanol đến thành phần sản phẩm .................................................................................................................... 45 Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng nước đến thành phần sản phẩm .............................................................................................................. 47 Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến thành phần sản phẩm .............................................................................................................. 49 Hình 4.12: Biodiesel từ sinh khối vi tảo Chlorella sp. .................................. 51 xiii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp trên thế giới hiện nay đang làm cạn kiệt dần nguồn nguyên liệu hóa thạch là dầu mỏ, đây là nguồn tài nguyên không thể phục hồi. Cùng với đó là sự ô nhiễm môi trường do việc đốt nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ gây ra, trong đó có những khí thải độc hại và rất khó xử lý như: COx, SOx,… Do đó, việc nghiên cứu đề tìm ra nguồn nguyên liệu có thể thay thế dầu mỏ là một vấn đề rất được chú trọng trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Diesel sinh học (biodiesel) là một lựa chọn có tính khả thi rất cao vì nó có những thuận lợi như: có thể phân hủy sinh học, không độc, có thể tái chế, thân thiện với môi trường [1] Tuy nhiên, để biodiesel sản xuất ra có thể thương mại hóa được thì vấn đề lớn nhất là giá thành. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến giá thành của biodiesel trong đó có hai yếu tố quan trọng là: nguồn nguyên liệu và công nghệ sản xuất. Nguồn nguyên liệu sử dụng chủ yếu là các sản phẩm từ nông nghiệp chứa nhiều chất béo như: ngô, đậu nành, thầu dầu, vi tảo và các phụ phẩm của các ngành công nghiệp thực phẩm như: dầu thực vật, dầu ăn phế thải,…. [2] Trong đó, vi tảo cho thấy khả năng ứng dụng rất cao cho việc sản xuất biodiesel do nó có những ưu điểm như: có khả năng quang hợp mạnh và sản xuất nhiều chất béo, có thể phát triển trong những điều kiện khắc nghiệt mà các loại cây trồng không thể chịu được do đó có thể tận dụng những vùng không thể canh tác nông nghiệp để nuôi cấy vi tảo, có thể tận dụng nitơ và photpho trong nước thải của các ngành nông nghiệp, công nghiệp và cả nước thải đô thị, có khả năng hấp thụ CO2 sinh ra do quá trình đốt nhiên liệu và những nguồn khác [3] và đặc biệt là khả năng cho thu hoạch rất nhanh chỉ từ 7-10 ngày [2, 4]. Có rất nhiều phương pháp có thể sử dụng để sản xuất biodiesel như: sử dụng xúc tác (acid, kiềm, sinh học), sử dụng rượu siêu tới hạn [5] hay hệ đồng dung môi [6],… trong đó, phương pháp tiến hành phản ứng tổng hợp biodiesel ở điều kiện cận tới hạn [1] đã được thử nghiệm và cho kết quả rất khả quan về hiệu quả chuyển hóa 1 cũng như chất lượng sản phẩm. Đồng thời phương pháp này có thể khắc phục được một số nhược điểm của các phương pháp khác về vấn đề năng lượng cũng như vấn đề môi trường. 1.2. Mục đích nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là tổng hợp biodiesel bằng methanol cận tới hạn không dùng xúc tác từ sinh khối vi tảo chlorella sp.. Các mục tiêu cụ thể như sau:  Nuôi cấy vi tảo chlorella sp. để thu sinh khối và khảo sát thành phần chất béo của chúng.  Tổng hợp biodiesel bằng methanol cận tới hạn.  Kiểm tra sơ bộ chất lượng biodiesel tạo thành. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Vi tảo Chlorella sp. – một loại vi tảo có khả năng tích lũy dầu từ 10-48% khối lượng sinh khối khô tùy theo điều kiện môi trường và thành phần dinh dưỡng [2, 3, 7]. Đây được coi là nguồn cung cấp chất béo tiềm năng cho việc sản xuất biodiesel vì những ưu điểm đã được nêu ở phần trên. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được giới hạn trong quy mô phòng thí nghiệm. Vi tảo Chlorella sp. được nuôi cấy trong các bể nhân tạo với các yếu tố ánh sáng, nhiệt độ, độ mặn của nước và thời gian nuôi cấy có ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và tích lũy chất béo được khảo sát. Sinh khối vi tảo được sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp biodiesel bằng methanol cận tới hạn với các yếu tố nhiệt độ phản ứng, tỉ lệ giữa sinh khối và methanol, hàm lượng nước và thời gian phản ứng được khảo sát. Thành phần chất béo và hiệu suất chuyển hóa thành biodesel được phân tích và đánh giá bằng sắc ký khí (GC). 1.3.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Các phương pháp tổng hợp biodiesel có các điểm đáng chú ý như: (i) sử dụng nguyên liệu là chất béo chứ không phải trực tiếp từ sinh khối, (ii) sử dụng xúc tác acid hay base tùy theo hàm lượng acid béo tự do (FFA) có trong nguyên liệu. Các 2 phương pháp này ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng cũng như giá thành của sản phẩm. Ví dụ phải thêm công đoạn trích ly chất béo từ sinh khối hay phải trải qua nhiều công đoạn tinh chế sản phẩm khi sử dụng xác tác đồng thể và hạn chế các quá trình truyền khối khi sử dụng xúc tác dạng rắn [1]. Vì thế, phương pháp sử dụng điều kiện cận tới hạn không có xúc tác được nghiên cứu để tổng hợp biodiesel từ sinh khối vi tảo mà không cần trích ly chất béo. Phương pháp này được đánh giá là thân thiện với môi trường do không cần phải xử lý xúc tác và có khả năng thay thế các phương pháp truyền thống. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Vi tảo Vi tảo là các loại vi sinh vật đơn bào hoặc đa bào đơn giản, chúng có khả năng phát triển rất nhanh trong những điều kiện khắc nghiệt và tồn tại trong hầu hết các hệ sinh thái trên trái đất. Có hơn 50000 loài vi tảo trên trái đất nhưng chỉ có khoảng 30000 loài được nghiên cứu và tìm hiểu [2]. Các loại vi tảo thường tích lũy một lượng chất béo nhất định bên trong màng tế bào của chúng. Đối với những loài vi tảo có khả năng tích lũy chất béo trên 20% khối lượng sinh khối khô thì được gọi là vi tảo cho dầu [7]. Hình 2.1: Vi tảo Chlorella 2.2. Khả năng ứng dụng của vi tảo trong tổng hợp biodiesel Vi tảo hứa hẹn sẽ là nguồn nguyên liệu đảm bảo cho sự phát triển bền vững của quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học vì chúng có khả năng độc đáo là tích lũy được lượng chất béo cao. Mặc dù vậy, chi phí sản xuất và năng lượng cho các quá trình nuôi cấy và tổng hợp vẫn còn cao vì các công nghệ hiện tại vẫn chưa hoàn thiện để mở rộng sản xuất quy mô lớn. Do đó, để nhiên liệu sinh học từ vi tảo có thể trở thành hiện thực thì cần giảm giá thành của quá trình nuôi cấy vi tảo. Nếu quá trình sản xuất chất béo từ vi tảo là tối đa và các sản phẩm phụ từ vi tảo được ứng dụng vào các ngành công nghiệp như: thực phẩm, thức ăn gia xúc, hóa chất, cũng như các lĩnh vực tinh chế các sản phẩm từ vi tảo [8]. 4