đề tài nghiên cứu khoa học chiết xuất dầu sinh học từ vi tảo

LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 9 1.1. Nhiên liệu diesel 9 1.1.1. Khái quát về nhiên liệu diesel 11 1.1.2. Nhiên liệu diesel khoáng và vấn đề ô nhiễm 11 1.2. Nhiên liệu biodiesel 11 1.2.1. Khái niệm biodiesel 11 1.2.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất và sử dụng Biodiesel 12 1.2.3. Quá trình tổng hợp biodiesel 14 1.2.3.1. Phân loại các phương pháp tổng hợp biodiesel 14 1.2.3.2. Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este 14 1.2.4. Yêu cầu chất lượng nhiên liệu biodiesel 17 1.3. Nguồn tinh dầu từ vi tảo để tổng hợp nhiên liệu biodiesel 18 1.3.1. Giới thiệu chung 18 1.3.1.1 Giới thiệu Vi tảo 18 a. Nguồn gốc 18 b. Đặc điểm 19 c. Giá trị sử dụng 19 1.3.1.2. Tình hình nuôi tảo 22 a. Tình hình thế giới 22 b. Tình hình trong nước 23 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 24 2.1. Thu sinh khối tảo 24 2.1.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 24 a. Dụng cụ, thiết bị 24 b. Hóa chất 24 2.1.2. Cách thực hiện 24 2.2. Chiết xuất dầu từ vi tảo với nhiều loại dung môi bằng Soxhlet 26 2.2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 26 a. Hóa chất 26 b. Dụng cụ và thiết bị 26 2.2.2. Cách thực hiện 26 2.3. Khảo sát lần lượt từng loại dung môi 27 2.3.1. Dung môi n – hexane 27 a. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 27 b. Cách thực hiện 27 2.3.2. Dung môi Chloroform 30 a. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 30 b. Cách thực hiện 31 2.3.3. Dung môi Diethyl ester 31 a. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 31 b. Cách thực hiện 31 2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 32 2.4.1. Độ ẩm ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 32 2.4.1.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 32 a. Dụng cụ và thiết bị 32 b. Hóa chất 32 2.4.1.2. Cách thực hiện 32 2.4.2. Thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 33 2.4.2.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 33 a. Dụng cụ và thiết bị 33 b. Hóa chất 33 2.4.2.2. Cách thực hiện 33 2.4.3. Khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung môitảo ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 34 2.4.3.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 34 a. Dụng cụ và thiết bị 34 b. Hóa chất 35 2.4.3.2. Cách thực hiện 35 2.4.4. Tổng hợp Biodiesel 36 2.4.4.1. Xác định chỉ số acid (AV) 36 a. Thực hiện giai đoạn 1 36 b. Thực hiện gian đoạn 2 37 2.4.4.2. Tính khối lượng trung bình của tảo, % acid béo tự do 40 2.4.5. Thực hiện chuyển hóa Biodiesel 40 2.4.5.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 40 a. Dụng cụ và thiết bị 40 b. Hóa chất 41 2.4.5.2. Cách thực hiện 41 2.4.6. Tính độ chuyển hóa của Biodiesel 41 2.4.6.1. Xác định độ nhớt của dầu tảo và Biodiesel 42 2.4.7. Tinh chế sản phẩm 43 2.4.8. Phương pháp nghiên cứu sản phẩm Methyl ester 44 2.4.9. Khảo sát các yếu ảnh hưởng đến độ chuyển hóa thành Biodiesel 46 2.4.10. Làm sạch sản phẩm 46 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1. Kết quả thực nghiệm chỉ số acid của dầu tảo 47 3.2. Kết quả tính toán 47 3.3. Kết quả độ nhớt của dầu tảo và Bio 47 a. Dầu tảo 47 b. Biodiesel 48 3.4. Kết quả hiệu suất chuyển hóa 48 3.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 48 3.5.1. Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng các loại dung môi 48 3.5.2. Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng của độ ẩm 49 3.5.3. Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng của thời gian 50 3.5.4. Kết quả biểu đồ sự ảnh hưởng khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung môitảo 52 3.6. Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến độ chuyển hóa 52 3.6.1. Nhiệt độ 52 3.6.2. Thời gian 53 3.6.3. Tốc độ khuấy trộn 55 3.7. Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến độ làm sạch và chất lượng Bio 56 3.7.1. Làm sạch 56 3.7.1.1. Nhiệt độ nước rửa 56 3.7.1.2. Tỷ lệ nước rửa 57 3.7.1.3. Tốc độ khuấy trộn 57 3.7.2. Cấu trúc sản phẩm 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

LỜI CẢM ƠN

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh người đã trực tiếp hướng dẫn em hết sức tận tình, chu đáo về

mặt chuyên môn, động viên về mặt tinh thần để em hoàn thành bản đề tài này

Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô giáo trong Trường Đại học BàRịa Vũng Tàu đã tận tình dạy bảo em trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tạitrường

Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đã luônđộng viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Bà Rịa VũngTàu cũng như trong thời gian thực hiện đề tài này

Vũng Tàu, Ngày tháng năm 2012

Sinh viên: Lê Hoàng Lăm

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 9

1.1 Nhiên liệu diesel 9

1.1.1 Khái quát về nhiên liệu diesel 11

1.1.2 Nhiên liệu diesel khoáng và vấn đề ô nhiễm 11

1.2 Nhiên liệu biodiesel 11

1.2.1 Khái niệm biodiesel 11

1.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất và sử dụng Biodiesel 12

1.2.3 Quá trình tổng hợp biodiesel 14

1.2.3.1 Phân loại các phương pháp tổng hợp biodiesel 14

1.2.3.2 Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este 14

1.2.4 Yêu cầu chất lượng nhiên liệu biodiesel 17

1.3 Nguồn tinh dầu từ vi tảo để tổng hợp nhiên liệu biodiesel 18

1.3.1 Giới thiệu chung 18

1.3.1.1Giới thiệu Vi tảo 18

a Nguồn gốc 18

b Đặc điểm 19

c Giá trị sử dụng 19

1.3.1.2 Tình hình nuôi tảo 22

a Tình hình thế giới 22

b Tình hình trong nước 23

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 24

2.1 Thu sinh khối tảo 24

2.1.1 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 24

a Dụng cụ, thiết bị 24 b Hóa chất 24 2.1.2 Cách thực hiện 24

2.2 Chiết xuất dầu từ vi tảo với nhiều loại dung môi bằng Soxhlet 26

2.2.1 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 26

a Hóa chất 26

b Dụng cụ và thiết bị 26

2.2.2 Cách thực hiện 26

2.3 Khảo sát lần lượt từng loại dung môi 27

2.3.1 Dung môi n – hexane 27

a Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 27

b Cách thực hiện 27

2.3.2 Dung môi Chloroform 30

a Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 30

b Cách thực hiện 31

2.3.3 Dung môi Diethyl ester 31

a Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 31

b Cách thực hiện 31

2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 32

2.4.1 Độ ẩm ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 32

2.4.1.1 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 32

a Dụng cụ và thiết bị 32

b Hóa chất 32

2.4.1.2 Cách thực hiện 32

2.4.2 Thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 33

2.4.2.1 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 33

a Dụng cụ và thiết bị 33

b Hóa chất 33

2.4.2.2 Cách thực hiện 33

2.4.3 Khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung môi/tảo ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 34

2.4.3.1 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 34

a Dụng cụ và thiết bị 34

b Hóa chất 35

2.4.3.2 Cách thực hiện 35

2.4.4 Tổng hợp Biodiesel 36

2.4.4.1 Xác định chỉ số acid (AV) 36

a Thực hiện giai đoạn 1 36

b Thực hiện gian đoạn 2 37

2.4.4.2 Tính khối lượng trung bình của tảo, % acid béo tự do 40

2.4.5 Thực hiện chuyển hóa Biodiesel 40

2.4.5.1 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 40

a Dụng cụ và thiết bị 40

b Hóa chất 41

2.4.5.2 Cách thực hiện 41

2.4.6 Tính độ chuyển hóa của Biodiesel 41

2.4.6.1 Xác định độ nhớt của dầu tảo và Biodiesel 42

2.4.7 Tinh chế sản phẩm 43

2.4.8 Phương pháp nghiên cứu sản phẩm Methyl ester 44

2.4.9 Khảo sát các yếu ảnh hưởng đến độ chuyển hóa thành Biodiesel 46

2.4.10 Làm sạch sản phẩm 46

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 Kết quả thực nghiệm chỉ số acid của dầu tảo 47

3.2. Kết quả tính toán 47

3.3. Kết quả độ nhớt của dầu tảo và Bio 47

a Dầu tảo 47

b Biodiesel 48

3.4. Kết quả hiệu suất chuyển hóa 48

3.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 48

3.5.1 Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng các loại dung môi 48

3.5.2 Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng của độ ẩm 49

3.5.3 Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng của thời gian 50

3.5.4 Kết quả biểu đồ sự ảnh hưởng khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung môi/tảo 52

3.6 Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến độ chuyển hóa 52

3.6.1 Nhiệt độ 52

3.6.2 Thời gian 53

3.6.3 Tốc độ khuấy trộn 55

3.7 Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến độ làm sạch và chất lượng Bio 56

3.7.1 Làm sạch 56

3.7.1.1 Nhiệt độ nước rửa 56

3.7.1.2 Tỷ lệ nước rửa 57

3.7.1.3 Tốc độ khuấy trộn 57

3.7.2 Cấu trúc sản phẩm 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

STT Số hình

5 2.5 Sơ đồ mô tả thiết bị phản ứng tổng hợp biodiesel 43

7 3.1 Biểu đồ 3.1: Ảnh hưởng các loại dung môi đến hiệu suất

8 3.2 Biểu đồ 3.2: Ảnh hưởng độ ẩm đến hiệu suất trích ly. 52

9 3.3 Biểu đồ 3.3: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất trích ly. 53

10 3.4 Biểu đồ 3.4: Sự phụ thuộc vào khối lượng tảo khô đến

14 3.8 Phổ hồng ngoại sản phẩm biodiesel từ dầu tảo 60

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT Số hiệu

Sốtrang

1 1.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM 12

2 1.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo ASTM - D 6751 19

3 1.3 Thành phần các gốc axít béo trong vi tảo (PGS-TS Trương

6 3.2 Thể hiện sự ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau 50

9 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa 53

10 3.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa 56

11 3.7 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến độ chuyển

14 3.10 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến số lần rửa 60

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 ASTM (American Society for Testing and Material): Hiệp hội đo lường và thử

nghiệm vật liệu Hoa Kỳ

2 GC – MS (Gas chromatography - mass spectrometry): Sắc ký khí - khối phổ.

lượng và đáp ứng được các yêu cầu về môi trường Trong số các nhiên liệu sinh học,thì diesel sinh học (biodiesel) được quan tâm hơn cả, do xu hướng diesel hóa động cơ,trữ lượng diesel khoáng ngày càng giảm và giá diesel khoáng ngày càng tăng cao Hơnnữa, biodiesel được xem là loại phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diesel khoáng, làm giảmđáng kể lượng khí thải độc hại, và nó là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo được.

Quá trình điều chế biodiesel có thể được phân loại thành các phương pháp sửdụng xúc tác đồng thể, dị thể và không cần xúc tác Hiện nay, phương pháp sử dụngxúc tác dị thể được sử dụng nhiều trong các qui trình sản xuất thương mại Tuy nhiên,phương pháp này vẫn còn nhiều nhược điểm Những nghiên cứu gần đây cho thấyrằng, phương pháp điều chế biodiesel bằng xúc tác đồng thể tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn

so với phương pháp điều chế biodiesel sử dụng xúc tác dị thể, đặc biệt là trong quátrình phân tách và làm sạch sản phẩm

Tuy nhiên, các nghiên cứu điều chế biodiesel sử dụng xúc tác đồng thể thườngtiến hành trên nguồn nguyên liệu là các dầu béo thực vật như: dầu cọ, dầu đậu nành…,

mà chưa tập trung nhiều vào nguồn nguyên liệu dầu Tảo Bên cạnh đó, nguồn nguyênliệu cũng là một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất biodiesel, donguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến giá thành sản phẩm và chất lượng biodiesel tạothành

Trong khi đó, vi Tảo đã và đang được nghiên cứu và nuôi thử nghiệm ở các tỉnhCần thơ, Vũng Tàu, Phan Thiết Có thể tin tưởng rằng, trong tương lai không xa thìdầu Tảo được chiết suất từ Vi Tảo sẽ là nguồn nguyên liệu chính cho ngành côngnghiệp diesel sinh học nước nhà

Tuy nhiên, chỉ đầu tư vào nghiên cứu và phát triển vùng nguyên liệu thôi thìchưa đủ mà cần phải có một quy trình công nghệ hợp lý đi song song với nó để chongành công nghiệp biodiesel nước nhà phát triển bền vững và không bị tụt hậu so vớinước ngoài

Tất cả những vấn đề trên là cơ sở cho đề tài nghiên cứu khoa học: ‘‘chiết xuất dầu sinh học từ vi tảo ”.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 NHIÊN LIỆU DIESEL

1.1.1 Khái niệm về nhiên liệu diesel

Diesel là một sản phẩm thuộc phân đoạn gasoil nhẹ của quá trình lọc dầu.Thường thì diesel là phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi từ 250 đến 350oC, chứa cáchydrocacbon có số cacbon từ C16 đến C20, C21, với thành phần chủ yếu là n-parafin, iso-parafin và một lượng nhỏ hydrocacbon thơm, trong đó, có một số hợp chất phihydrocacbon (hợp chất chứa N, O, S) [1] Phân đoạn này được dùng làm nhiên liệu chomột loại động cơ đốt trong tự bắt cháy do nhà bác học Rudolf Diesel sáng chế, nên gọi

là nhiên liệu diesel Đây là loại nhiên liệu mà hiện nay trên thế giới sử dụng rất phổbiến và ngày càng nhiều hơn so với nhiên liệu xăng, vì sử dụng nhiên liệu diesel cónhiều ưu điểm hơn [1, 2]:

 Động cơ diesel có tỷ số nén cao hơn động cơ xăng nên công suất lớn hơnkhi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu

 Nhiên liệu diesel có giá thành thấp hơn nhiên liệu xăng do ít trải qua cácquá trình chế biến phức tạp

 Nguồn cung cấp và lượng nhiên liệu diedel nhiều và đa dạng hơn

Mặc dù vậy, động cơ diesel cũng tồn tại những nhược điểm như: cấu tạo động

cơ phức tạp, cồng kềnh về hình dáng Nhưng nhờ có những ưu điểm trên mà động cơdiesel và nhiên liệu diesel vẫn được sử dụng rộng rãi trong đời sống

Có thể tham khảo các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel theo tiêu chuẩn

Mỹ (ASTM) như bảng 1.1:

Bảng 1.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM

-1.1.2 Nhiên liệu diesel khoáng và vấn đề ô nhiễm môi trường

Nhiên liệu diesel chủ yếu được lấy từ hai nguồn chính là quá trình chưng cấttrực tiếp dầu mỏ và quá trình cracking xúc tác Các thành phần phi hydrocacbon trongnhiên liệu diesel khoáng như: các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, nhựa, asphanten khácao Các thành phần này không những không tốt cho động cơ, mà còn gây ô nhiễm môitrường Các loại khí thải chủ yếu là SO2, NOx, CO, CO2, hydrocacbon, tạp chất cơhọc… Khí SO2 không những gây ăn mòn mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe của conngười, gây mưa axit… Khí CO2 là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính Khí CO rấtđộc, với lượng CO khoảng 70 ppm có thể gây ra các triệu chứng như: đau đầu, mệtmỏi, buồn nôn Lượng CO khoảng 150 - 200 ppm gây bất tỉnh, mất trí nhớ và có thểgây chết người Các thành phần hydrocacbon trong khí thải của nhiên liệu diesel đặcbiệt là các hợp chất thơm rất có hại cho con người, là nguyên nhân gây ra các bệnh vềung thư [3]

Khí thải diesel chứa các phần tử có kích thước rất nhỏ và các khí dễ cháy có thể

đi vào sâu bên trong phổi Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh có sự liên hệ giữacác thành phần hữu cơ trong khí thải diesel với dị ứng, viêm đường hô hấp và biến đổichức năng đường hô hấp Nguy cơ tắc nghẽn phổi mãn tính gia tăng 2,5% mỗi năm ởcác công nhân bị phơi nhiễm trực tiếp với khói diesel

Như vậy, cùng với những lợi ích to lớn của nhiên liệu diesel khoáng, thì nó lạigây ra tác động xấu đến môi trường sống và sức khỏe con người Chính vì vậy, mà vấn

đề đặt ra là phải tìm giải pháp để nâng cao chất lượng nhiên liệu diesel, để nâng caonăng suất thiết bị, tuổi thọ động cơ, cũng như bảo vệ môi trường sinh thái

1.2 NHIÊN LIỆU BIODIESEL

1.2.1 Khái niệm biodiesel

Biodiesel – một loại nhiên liệu thay thế nhiên liệu diesel dầu mỏ, còn được gọidiesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel nhưng khôngphải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel, haynhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch Mặt khác, chúng không độc

và dễ phân giải trong tự nhiên [4]

Biodiesel có thể trộn lẫn với diesel khoáng theo mọi tỷ lệ Tuy nhiên, một điềurất đáng chú ý là phải pha trộn với diesel khoáng, chứ không thể sử dụng 100%biodiesel [5] Vì nếu sử dụng nhiên liệu 100% biodiesel trên động cơ diesel sẽ nảy sinhmột số vấn đề liên quan đến kết cấu và tuổi thọ động cơ Hiện nay, người ta thường sử

dụng hỗn hợp 5% và 20% biodiesel (ký hiệu B5, B20) để chạy động cơ Nếu phabiodiesel càng nhiều thì càng giảm lượng khí thải độc hại, nhưng không có lợi về kinh

tế, bởi hiện tại giá thành của biodiesel vẫn còn cao hơn diesel truyền thống, và cần phảiđiều chỉnh kết cấu động cơ diesel cũ

Biodiesel có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như: cácloại dầu thực vật (dầu dừa, dầu cọ, dầu hướng dương, dầu lạc, dầu đậu nành ), các loại

mỡ động vật (mỡ bò, mỡ lợn, mỡ cá), và thậm chí là dầu phế thải Như vậy, nguyênliệu để sản xuất biodiesel khá phong phú, và chúng có nguồn gốc sinh học, có thể táitạo được Đây cũng là một trong những điểm thuận lợi của nhiên liệu biodiesel

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng biodiesel

nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, giá dầu mỏ ngày càng đắt đỏ và những yêucầu ngày càng khắt khe hơn về môi trường, thì người ta lại chú ý nhiều hơn đến nguồnnhiên liệu từ dầu thực vật, mỡ động vật

Việc sử dụng trực tiếp dầu mỡ động, thực vật làm nhiên liệu có nhiều nhượcđiểm như: độ nhớt lớn (gấp 11 – 17 lần so với diesel dầu mỏ), độ bay hơi rất thấp dẫnđến quá trình cháy không hoàn toàn, tạo cặn trong vòi phun, ngăn cản quá trình phun,làm tắc vòi phun, làm đặc dầu nhờn do lẫn dầu thực vật [6] Các vấn đề này là dophân tử triglyxerit với kích thước và phân tử lượng lớn trong dầu mỡ gây ra Do vậy,người ta phải tìm cách khắc phục các nhược điểm đó và tạo biodiesel là một trongnhững giải pháp tốt

Vào những năm 1980, biodiesel bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ở một sốnước tiên tiến Đến nay, biodiesel đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở nhiềunước trên thế giới Hiện nay, có hơn 28 quốc gia tham gia nghiên cứu, sản xuất và sửdụng biodiesel Các nhà máy sản xuất chủ yếu nằm ở châu Âu và châu Mỹ Tại Mỹ,hầu hết lượng biodiesel được sản xuất từ dầu đậu nành Biodiesel được pha trộn vớidiesel dầu mỏ với tỷ lệ 20% biodiesel và 80% diesel, dùng làm nhiên liệu cho các xe

buýt đưa đón học sinh ở rất nhiều thành phố của Mỹ Hàng năm, Mỹ bán ra gần hai tỷgallon biodiesel Tại Pháp, hầu hết nhiên liệu diesel được pha trộn với 5% biodiesel[7] Trên 50% người dân Pháp có xe với động cơ diesel đã sử dụng nhiên liệu phabiodiesel Hơn 4000 phương tiện giao thông đã sử dụng nhiên liệu B30, chạy hơn 200triệu km mà không hề có một hỏng hóc nào liên quan đến sự vận hành của động cơ.Theo thống kê, thì lượng biodiesel tiêu thụ trên thị trường Pháp tăng mạnh trong nhữngnăm gần đây, năm 2005 tiêu thụ 387 ngàn tấn, nhưng đến năm 2009 đã lên đến gần 1triệu tấn [6] Năm 1991, Đức bắt đầu đưa ra chương trình phát triển biodiesel, đến năm

1995 đã bắt đầu triển khai dự án này Năm 2004, Đức đã có 13 nhà máy sản xuấtbiodiesel với tổng công suất là 1 triệu tấn/năm Và tháng 1 năm 2005, Nhà nước Đức

đã ban hành sắc lệnh buộc phải pha biodiesel vào diesel dầu mỏ theo tỷ lệ 5%

Không chỉ có châu Âu, Mỹ mà ở châu Á, chính phủ nhiều nước cũng đã quantâm rất nhiều đến việc phát triển nguồn nhiên liệu sinh học nói chung và biodiesel nóiriêng Malaysia và Indonesia là hai nước xuất khẩu dầu cọ lớn nhất thế giới, đã xâydựng chiến lược mở rộng thị trường sản xuất để đáp ứng thị trường dầu ăn và cung cấpnguyên liệu cho sản xuất biodiesel Mặc dù hiện nay, trữ lượng dầu cọ ở Malaysia đãđạt mức kỷ lục nhưng giá dầu cọ thô của nước này vẫn tăng cao, do nhu cầu sản xuấtbiodiesel trên thế giới vẫn tăng cao Ủy ban dầu cọ Malaysia cho biết, từ nay đến năm

2015, sẽ có 5 nhà máy sản xuất biodiesel từ dầu cọ với tổng công suất gần 1 triệu tấn

để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước, và xuất khẩu sang châu Âu, Indonesia Ngoàidầu cọ, còn đầu tư trồng 19 triệu ha cây J Curcas lấy dầu làm nhiên liệu sinh học vàphấn đấu đến năm 2015 sẽ dùng nhiên liệu B5 cho cả nước Trung Quốc, nước nhậpkhẩu nhiên liệu lớn nhất thế giới, đã khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học TạiThái Lan, Bộ năng lượng đã sẵn sàng hỗ trợ sử dụng dầu cọ trên phạm vi toàn quốc.Hiện nay, Bộ này đang hoàn tất các thủ tục hỗ trợ phát triển biodiesel nhằm xây dựngnguồn năng lượng cho đất nước Thái Lan dự kiến sử dụng diesel pha 10% biodieselvào năm 2012 Ngay tại Lào cũng đang xây dựng nhà máy sản xuất biodiesel ở ngoại ôthủ đô Viên Chăn Một số nước ở châu Phi cũng đang tiếp cận đến nhiên liệu sinh học

Tình hình trong nước:

Trước sự phát triển mạnh mẽ nguồn nhiên liệu sinh học nói chung và biodieselnói riêng trên thế giới, các nhà khoa học Việt Nam cũng đã bắt tay vào nghiên cứu vàsản xuất biodiesel ở phòng thí nghiệm và quy mô sản xuất nhỏ Việc sản xuất biodiesel

ở nước ta có nhiều thuận lợi, vì nước ta là một nước nông nghiệp, thời tiết lại thuận lợi

để phát triển các loại cây cho nhiều dầu như: vừng, lạc, cải, đậu nành, Jatropha, ViTảo Tuy nhiên, ngành công nghiệp sản xuất dầu thực vật ở nước ta vẫn còn rất nontrẻ, trữ lượng thấp, giá thành cao Bên cạnh đó, nguồn mỡ động vật cũng là một nguồnnguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel, giá thành mỡ động vật lại rẻ hơn dầu thực vật rấtnhiều Một vài doanh nghiệp ở Cần Thơ, An Giang đã thành công trong việc sản xuấtbiodiesel từ mỡ cá basa Theo tính toán của các công ty này thì biodiesel sản xuất từ

mỡ cá có giá thành khoảng 15000 đồng/lít (năm 2009) Ngoài ra, một số viện nghiêncứu và trường đại học ở nước ta, cũng đã có những thành công trong việc nghiên cứusản xuất biodiesel từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như: dầu cọ, dầu dừa, dầubông, dầu đậu nành, dầu ăn thải, mỡ cá sử dụng xúc tác bazơ đồng thể và bước đầunghiên cứu với xúc tác bazơ dị thể, xúc tác zeolit

1.2.3 Quá trình tổng hợp biodiesel

1.2.3.1 Phân loại các phương pháp tổng hợp biodiesel

Vấn đề chính liên quan đến việc hạn chế sử dụng trực tiếp dầu thực vật là độnhớt rất cao Dầu mỡ động, thực vật có độ nhớt cao gấp 11 – 17 lần so với diesel dầu

mỏ [8] Độ nhớt cao gây ảnh hưởng đến dòng phun và hạt sương (dòng phun dài và hạtsương lớn) nên tạo hỗn hợp cháy không tốt, cháy không hoàn toàn, tạo cặn, gây kẹtvòng dầu và làm đặc dầu nhờn nếu bị lẫn dầu thực vật Do đó, cần phải có giải pháp đểgiảm độ nhớt của dầu mỡ Đã có bốn phương pháp được nghiên cứu để giải quyết vấn

đề độ nhớt cao đó là: pha loãng, nhiệt phân, cracking xúc tác và chuyển hóa este dầuthực vật

Pha loãng dầu thực vật:

Người ta có thể làm giảm độ nhớt của dầu thực vật bằng cách pha loãng nó vớietanol tinh khiết hoặc dầu diesel khoáng Thường thì người ta pha loãng với 50 – 80%diesel dầu mỏ Chẳng hạn như: hỗn hợp 25% dầu hướng dương và 75% dầu diesel có

độ nhớt 4,48 cSt tại 40oC, trong khi theo tiêu chuẩn ASTM về độ nhớt của diesel tại

40oC là 4,0 cSt [9] Tuy nhiên, hỗn hợp này cũng chỉ sử dụng được trong một thời gianngắn Nếu sử dụng lâu dài sẽ nảy sinh một số vấn đề về động cơ như nhiên liệu bịpolyme hóa, gây lắng đọng cacbon, làm đặc dầu bôi trơn Vì vậy, dù phương phápnày rất đơn giản nhưng vẫn không được tích cực hưởng ứng trong thực tế

Xúc tác

Chuyển hoá este tạo biodiesel:

Quá trình chuyển hóa este là phản ứng trao đổi este giữa dầu thực vật và ancol.Quá trình này tạo ra các ankyl este axit béo (biodiesel) [10] có trọng lượng phân tửbằng một phần ba trọng lượng phân tử dầu thực vật và độ nhớt thấp hơn nhiều so vớicác phân tử dầu thực vật ban đầu (xấp xỉ diesel khoáng) Ngoài ra, người ta kiểm tracác đặc trưng hóa lý khác của biodiesel thì thấy chúng đều rất gần với nhiên liệu dieselkhoáng Vì vậy, biodiesel thu được có tính chất phù hợp như một nhiên liệu sử dụngcho động cơ diesel [11]

Cracking xúc tác dầu thực vật:

Quá trình cracking sẽ bẻ gãy các liên kết hóa học trong phân tử dầu để tạo cácphân tử có mạch ngắn hơn, phân tử lượng nhỏ hơn Phương pháp này có thể tạo ra cácankan, cycloankan, ankylbenzen… Tuy nhiên, việc đầu tư cho một dây chuyềncracking xúc tác rất tốn kém nên ít sử dụng

Nhiệt phân dầu thực vật:

Nhiệt phân là phương pháp phân hủy các phân tử dầu thực vật bằng nhiệt, không

có mặt của oxy, tạo ra các ankan, ankadien, các axit cacboxylic, hợp chất thơm vàlượng nhỏ các sản phẩm khí Sản phẩm của quá trình này gồm có cả xăng sinh học(biogasoil) và biodiesel Tuy nhiên, thường thu được nhiều nhiên liệu xăng hơn làdiesel [12]

1.2.3.2 Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este

Cơ sở hóa học:

Về phương diện hóa học, quá trình trao đổi este còn gọi là quá trình rượu hóa,

có nghĩa là từ một phân tử triglyxerit trao đổi este với 3 phân tử rượu mạch thẳng, tách

ra glyxerol và tạo ra các ankyl este, theo phản ứng:

R COOCH CH -OH R COOR │ │

R COOCH + 3ROH CH - OH + R COOR │ │

R COOCH CH -OH R COOR

Thực chất quá trình chuyển hóa này gồm một loạt các phản ứng thuận nghịchnối tiếp nhau Tức là triglyxerit chuyển hóa từng bước thành diglyxerit, rồi từdiglyxerit chuyển hóa tiếp thành monoglixerit và cuối cùng là glyxerol [13]:

Triglyxerit + ROH  diglyxerit + R1COOR

Diglyxerit + ROH  monoglyxerit + R2COOR

Monoglyxerit + ROH  glyxerol + R3COOR

Như vậy, sản phẩm của quá trình là hỗn hợp các ankyl este, glyxerol, ancol,tri-,di-, monoglyxerit chưa phản ứng hết Các monoglyrexit là nguyên nhân làm chohỗn hợp sản phẩm bị mờ đục

Nguyên liệu:

 Rượu: Người ta thường dùng các loại rượu đơn chức chứa khoảng từ 1 đến 8nguyên tử cacbon như: metanol, etanol, butanol Metanol và etanol là hai loại rượu hayđược sử dụng nhất

 Dầu: Biodiesel có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhaunhư: các loại dầu thực vật, mỡ động vật Nguồn nguyên liệu chủ yếu được nghiên cứu

ở nước ta hiện nay là dầu bông, dầu đậu nành, mỡ cá tra, cá basa, dầu ăn phế thải [14]

…

Xúc tác:

 Xúc tác bazơ: Xúc tác bazơ đồng thể thường được sử dụng nhất vẫn là các bazơmạnh như: NaOH, KOH, Na2CO3 vì xúc tác này cho độ chuyển hóa rất cao, thời gianphản ứng ngắn (từ 1 – 1,5 giờ), nhưng yêu cầu không được có mặt của nước trong phảnứng vì dễ tạo xà phòng gây đặc quánh khối phản ứng, giảm hiệu suất tạo biodiesel, gâykhó khăn cho quá trình sản xuất công nghiệp Quá trình tinh chế sản phẩm khó khăn[15] Để khắc phục tất cả các nhược điểm của xúc tác đồng thể, các nhà khoa học hiệnnay đang có xu hướng dị thể hóa xúc tác Các xúc tác dị thể thường được sử dụng làcác hợp chất của kim loại kiềm hay kiềm thổ mang trên chất mang rắn như:NaOH/MgO, NaOH/-Al2O3, Na2SiO3/MgO, Na2SiO3/SiO2, Na2CO3/-Al2O3, KI/

-Al2O3 Các xúc tác này cũng cho độ chuyển hóa khá cao (trên 90%), nhưng thời gianphản ứng kéo dài hơn nhiều so với xúc tác đồng thể

 Xúc tác axit: Ngoài ra, các axit Bronsted như: H2SO4, HCl… cũng là các xúc tácđồng thể cho độ chuyển hóa cao Nhưng phản ứng chỉ đạt được độ chuyển hóa cao khinhiệt độ đạt trên 100oC, thời gian phản ứng trên 6 giờ Xúc tác axit dị thể cho quá trìnhnày như: zeolit USY-292, nhựa trao đổi anion Amberlyst A26, A27 Các xúc tác dị thểnày có ưu điểm là dễ lọc tách, tinh chế sản phẩm đơn giản, ít tiêu tốn năng lượng,nhưng ít được sử dụng vì cho độ chuyển hóa thấp [16]

 Xúc tác enzym: Việc sử dụng xúc tác enzym cho phản ứng trao đổi este đã đượccác nhà khoa học quan tâm nghiên cứu rất nhiều Enzym thường được sử dụng là haidạng lipaza nội bào và ngoại bào Xúc tác này có rất nhiều ưu điểm như: độ chuyểnhóa rất cao (cao nhất trong các loại xúc tác hiện nay), thời gian phản ứng ngắn nhất,quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản và đặc biệt là không bị ảnh hưởng bởi hàm lượngnước và axit béo tự do trong nguyên liệu Đặc biệt là người ta đã cho enzym mang trênvật liệu xốp (vật liệu vô cơ hoặc nhựa anionic) nên dễ thu hồi xúc tác và có thể tái sửdụng xúc tác nhiều lần, góp phần làm hạ giá thành sản phẩm Tuy nhiên, giá thành củaxúc tác này vẫn còn rất cao nên hiện nay chưa được ứng dụng nhiều trong công nghiệp[16]

1.2.4 Yêu cầu chất lượng nhiên liệu biodiesel

Theo hiệp hội đo lường và thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ (ASTM), chỉ tiêu chấtlượng của biodiesel được quy định theo bảng sau [17]

Bảng 1.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo ASTM D 6751

Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng max 0,05

Chỉ số axit, mg KOH/g nhiên liệu max 0,8

Độ ăn mòn tấm đồng (3h, 50oC) < No3

Tổng lượng glyxerol, % khối lượng max 0,24

1.3 NGUỒN TINH DẦU VI TẢO ĐỂ TỔNG HỢP NHIÊN LIỆU BIODIESEL 1.3.1 Giới thiệu Vi Tảo

1.3.1.1 Giới thiệu chung

Nguồn gốc

Chlorella là một loại rong đặc biệt, còn được gọi tên khoa học là Pyrenoidosa(tên cấu trúc pyrenoid trong Chloroplast) thường sống ở vùng nước ngọt và có hàmlượng chlorophyll cao nhất (đạt 28,9 g/kg) so với bất kỳ thực vật quang hợp nào đượcbiết đến trên trái đất

Chlorella là một loại rong đã xuất hiện cách đây 2,5 tỷ năm và là dạng sống đầutiên có nhân thật Các hóa thạch kỷ tiền Cambri đã chỉ ra sự tồn tại của Chlorella thời

kỳ bấy giờ Vì Chlorella là một vi sinh vật nên nó không được biết đến cho đến cuốithế kỷ 19 và tên của nó cũng bắt nguồn từ một từ gốc Hy lạp, chloros có nghĩa là màuxanh và ella có nghĩa là nhỏ bé Chlorella nằm trong nhóm sinh vật nhân thật của giớisống ở nước ngọt dưới dạng một tế bào riêng lẻ Kích thước của rong chỉ bằng tế bàohồng cầu người Dưới những điều kiện sống tối ưu: nhiều ánh sáng, nước trong vàkhông khí sạch Chlorella sinh sản với tốc độ vô cùng lớn Quá trình sinh sản nói chungđược chia thành nhiều bước: Sinh trưởng - trưởng thành - thành thục - phân chia

Môi trường cơ bản nuôi tảo Chlorella: KNO3 20,22g/200ml; NaH2PO4 12,42g/

200ml, NaH2PO4.2H2O 1,78g/200ml; CaCl2H2O 0,294g/200ml

Thành phần vi lượng: H3BO3 0,061g/l; MnCl.4H2O 0,061g/l; ZnSO4.7H2O 0,287g/l;

CuSO4.5H2O 0,024g/l; (NH4)6Mo.7O24.4H2O 0,01235 g/l

Cách pha như sau: Cân 0,005g natri acetat hòa tan trong 500ml nước cất, thêm 10ml

môi trường cơ bản, 1 ml dung dịch vi lượng, thêm nước cất vào đủ 1000ml, điều chình

pH 5,5-7,5 (PGS.TS.Nguyễn Đức Lượng, 2006).[53]

Mỗi tế bào Chlorella pyrenoidosa có cấu trúc gồm nhân thật, hạt tinh bột, lục lạp

và ti thể với vách tế bào chủ yếu là Xellulose Dưới những tế bào bình thường, một tếbào Chlorella sẽ phân chia thành 4 tế bào con trong thời gian chưa đến 24 giờ Tuổi thọcủa một vòng đời tế bào Chlorella phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ

và nguồn dinh dưỡng

Phương pháp xác định mật độ của tảo:

6 Formalin 3%

Buồng đếm hồng cầu gồm có 9 ô lớn, khi đếm ta sẽ tiến hành đếm ở 5 ô A, B,

C, D và E Các ô lớn A, B, C, D gồm có 16 ô nhỏ, ô E gồm có 25 ô nhỏ, trong mỗi ônhỏ của ô E có 16 ô nhỏ hơn (trong ô E có 400 ô) Một ô lớn có diện tích là 1mm2, độsâu buồng đếm là 0,1mm

Phương pháp lấy mẫu tảo: mẫu được lấy vào 2 giờ chiều Dùng ống hút tảo vào

ly đựng, mẫu lấy khoãng 25ml

Cách chuẩn bị mẫu: mẫu tảo được thu vào cốc đốt lắc đều mẫu tảo sau đó dùngống hút nhỏ giọt dung dịch tảo vào buồng đếm, để vài phút cho tảo ổn định, sau đódùng lamen đậy nhị nhàng, để lắng một lúc rồi đưa vào kính hiển vi đếm

Cách đếm: khi đếm cần chú ý các nguyên tắc sau Thứ tự các ô được đếm theođường ziczác, tiến hành đếm những tế bào nằm trong khi có các tế bào nằm trên mộtcạnh của ô thì đếm những tế bào nằm ở cạnh trên và những tế bào nằm ở cạnh bênphải Ta tiến hành đếm 3 lần và lấy giá trị trung bình Mật độ tảo:[52]

A: tổng tế bào đếm được ở 5 ô đường chéo của ô E

ặc điểm

Chlorella rất giàu protein, vitamin và các khoáng chất Các protein của loài rongnày có chứa tất cả các amino acid cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của người và độngvật Rất nhiều vitamin có trong thành của Chlorella pyrenoidosa như: Vitamin C, tiềnvitamin A ( caroten), riboflavin (B2), pyridoxine (B6), niacin (vitamin PP), axitpanthothenic (vitamin B3), axit folic (vitamin B9), vitamin B12, biotin (vitamin H),choline, vitamin K, axit lipoic và inositol Các nguyên tố khoáng ở Chlorellapyrenoidosa gồm có: Photpho, canxi, Kẽm, iod, Magie, sắt và đồng

Ngoài hàm lượng cao các vitamin, amino axit, peptit, protein, đường và axitnucleic, pyrenoidosa có chứa một chất tan trong nước được gọi là yếu tố sinh trưởngChlorella (CFG) CFG chiếm khoảng 5 % trọng lượng khô của Chlorella pyrenoidosa,

là một hợp chất gồm các amino axit, protein và axit nucleic mà người ta cho rằng nó cónguồn gốc từ nhân của rong

c. Giá trị sử dụng

Người ta đã xác định vai trò hoạt hóa của các đại thực bào với số lượng hạn chế

có vai trò nhận biết và tiêu diệt các tế bào ưng thư, các protein ngoại lai và các háo chấttrong cơ thể con người Các chế phẩm vách tế bào bị phá vỡ và dịch chiết của

Chlorella pyrenoidosa được đưa vào cơ thể bằng cả đường miệng hoặc tiêm giúp tăngtrưởng nhanh và giúp vết thương mau lành Các chế phẩm này kích thích hệ miễn dịchtheo một cách mà vật chủ được bảo vệ khỏi sự nhiễm trùng và ung thư.

Chlorella pyrenoidosa khi được hấp thụ vào cơ thể còn có tác dụng sau: Tăngcường interferon, làm sạch máu, gan, thận và ruột, kích thích sinh sản tế bào hồng cầu,tăng oxy cho các tế bào và não, trợ tiêu hóa, kích thích quá trình sửa chữa ở các mô;giúp tăng PH máu để đạt trạng thái kiềm hơn; giúp giữ cho trái tim hoạt động bìnhthường; giúp tăng cường sản phẩm của các khu hệ sinh vật trong đường tiêu hóa Tất cảmọi người đều dùng được các sản phẩm từ rong này để điều trị các căn bệnh như: mệtmỏi kinh niên (fatigue), áp huyết cao, tim mạch, mất trí nhớ, cholesterol cao, lão hóa

da, ngộ độc máu, tuần hoàn máu kém, đau đầu, rối loạn giấc ngủ, sưng và đau khớp,béo phì và các bệnh nhiễm trùng, dị ứng, chấn thương

Về kinh tế, xã hội:

Được sản xuất từ phương pháp quang hợp, vi tảo có thể chứa đến 60% khốilượng lipid Với 100gr dầu trích từ 1 lít vi tảo, năng suất của loại tế bào này cao gấp 30lần so với năng suất của các loài cây cho dầu như cải hạt dầu hay hoa hướng dương

Do đó vi tảo có thể trở thành một nhiên liệu sinh học giá rẻ, không gây ô nhiễm,tiết kiệm năng lượng và không chiếm diện tích đất trồng Chương trình Nghiên cứu công nghệ sinh học quốc gia (PNRB) đã quyết định tài trợtrong 3 năm cho dự án mang tên Shamash trị giá 2,8 triệu euro này Nhiệm vụ của cácnhà nghiên cứu thuộc 7 trường đại học Pháp là tìm ra loại vi tảo có khả năng sản xuấtnhiên liệu sinh học với tỉ lệ cao nhất và sinh lợi nhất Các nhà nghiên cứu đã lập ra một quy trình sản xuất không gây ô nhiễm Việcnuôi tảo trong bồn cho phép thu hồi và sử dụng lại các khoáng chất gây hại môi trường

Họ hy vọng từ nay đến năm 2010, những lít xăng đầu tiên làm từ vi tảo làm cho xe lăn

Vi tảo (Chlorella) - do Joule nghiên cứu và tạo ra - chỉ cần có nước, CO2 vàtiếp xúc ánh sáng mặt trời là có thể tiết ra dầu diesel và xăng sinh học ethanol Loại vitảo này có khả năng sản xuất 30.000 galông dầu diesel trên diện tích 1 hecta/năm, gấp

4 lần sản lượng sản xuất dầu diesel từ các loại dầu thực vật khác ví dụ như ngô, khoai,Jatropha

Sử dụng vi tảo (Chlorella), Joule cho biết có thể sản xuất một thùng dầu diesel

42 galông (159 lít) với tổng chi phí dưới 30 USD, và một thùng ethanol là 50 USD Vitảo có thể được tìm thấy ở khắp nơi và không cần phải có hàng tấn ngô, tảo để sản

xuất năng lượng sinh học từ rác thải nông nghiệp như trước đây, theo nhà sinh họchàng đầu của Joule là Dan Robertson.

Qua bước đầu thử nghiệm thành công sản xuất ethanol tại một phòng thí nghiệmngoài trời rộng 0,4 hecta ở bang Texas, Joule dự kiến sẽ chính thức đưa công nghệ vitảo vào sản xuất diesel vào năm 2012 Các nhà máy dự kiến sẽ được xây dựng gần cáckhu công nghiệp để vi tảo có thể làm giảm lượng khí thải cacbon

“Nếu được thử nghiệm thành công thì công nghệ mới này sẽ thay đổi thế giới, đặc biệtngành công nghệ sản xuất xăng dầu” - giám đốc điều hành Bill Sims của Joule tỏ ra tựtin mặc dù công nghệ mới này chưa thuyết phục được nhiều nhà khoa học và nhà đầu

tư hàng đầu ở Mỹ

Về môi trường:

Vi tảo rất có ít gì điều kiện sống của nó rất đơn giản chỉ cần có nước và ánhsáng vì vậy nó sẻ sống và phát triển tốt ở nhiều nơi Cho nên ta có thể tận dụng để nuôitảo khắp mọi nơi mà không làm ảnh hưởng đến việc sản xuất lương thực và đồng thờitận dụng những dùng đất hoang hóa và những ao hồ để nuôi tảo thu lợi Đồng thời việcnuôi tảo cũng góp phần làm giảm sự ô nhiểm của môi trường Chúng ta cũng biết hiệnhay trên thế giới các ngành công nghiệp rất phát triển vì thế lượng CO2 thải ra rất nhiềunếu ta không có phương pháp xử lý thích hợp chúng sẽ gây ra hiệu ứng nhà kính vàlàm cho trái đất của chúng ta nóng lên Trong khi đó Vi tảo sẽ giải quyết được nhữngvấn đề đó chúng sẽ hấp thụ lượng CO2 để bổ sung và kết hợp với quá trình quang hợplàm cho chúng tăng trưởng nhanh và đồng thời xử lý được nguồn khí thải công nghiệp

Bã sau khi ép dầu làm phân hữu cơ và thức ăn chăn nuôi:

Sau khi ép dầu, bã khô vi tảo được sử dụng làm phân hữu cơ rất tốt để bón chocác loại cây trồng, nhất là cho vùng sản xuất nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp sạch,vừa góp phần sản xuất sản phẩm sạch, vừa nâng cao độ phì của đất

Là một loại thức ăn giàu đạm cho các loài gia súc, gia cầm, tạo ra nguồn thức ănchăn nuôi quý, góp phần giải quyết nhu cầu thức ăn công nghiệp sẽ thiếu hụt trầmtrọng đối với ngành chăn nuôi nước nhà trong tương lai gần

Để làm thuốc:

Nói chung, nguyên tắc sử dụng tảo xoay quanh cách ứng dụng một cách chọnlọc toàn bộ acid amin chủ yếu cho nhu cầu kiến tạo sinh tố và khoáng tố để bổ sungnguồn dự trữ các chất kháng oxy-hóa để ngăn chặn tiến trình lão hóa biểu lộ qua triệu

Trên thực tế, liều lượng của tảo tất nhiên thay đổi trong phác đồ và trong tiến

trình điều trị tùy theo nhu cầu cá biệt của mỗi đối tượng, ngay cả cho mục tiêu phòngbệnh, nhưng không đến độ quá cao như liều lượng được đề nghị một cách thái quátrong nhiều tờ bướm Thông thường có thể phân chia liều áp dụng của tảo vào 3 nhóm:liều cao cho trường hợp suy nhược trầm trọng: từ 4 đến 6g tảo nguyên chất/ngày; liềutrung bình cho bệnh nhân có nhu cầu hồi phục nhưng không quá khẩn cấp: từ 2 đến 4gtảo nguyên chất/ngày; liều thấp cho đối tượng đã ổn định về mặt sức khỏe nhưng cânduy trì tác dụng: từ 1 đến 2g tảo nguyên chất /ngày.

Người bệnh tim mạch: Để chia sẻ gánh nặng cho trục tiêu hóa không nên dùng

tảo ngay sau bữa ăn chính, ngoại trừ trường hợp dùng tảo ở liều thấp Tốt hơn nên uốngtảo khoảng 1 giờ sau bữa điểm tâm để tận dụng công năng trợ tim của khoáng tốmagnesium và calcium trong tảo, sau khi đã kiểm soát huyết áp Để tránh tác dụng lợitiểu ban đêm khiến bệnh nhân có thể mất ngủ do thành phần kalium trong tảo

Người bệnh tiểu đường: Để vừa cung cấp dưỡng chất, vừa chống cảm giác đói

bụng vốn là nỗi khổ của nhiều người bệnh tiểu đường, nên dùng tảo trước mỗi bữa ăn

và nhất là vào buổi tối để người bệnh không bị dằn vặt vì cảm giác đói trong đêm rồisinh mất ngủ Bệnh nhân đang được điều trị bằng thuốc chống viêm đa thần kinh ngoạibiên có thể yên tâm dùng chung với tảo vì thành phần sinh tố B và nhiều loại acid amintrong tảo có tác dụng cộng hưởng với thuốc đặc hiệu

Người bệnh dạ dày: Nhằm tối ưu hóa công năng chống tác dụng xoi mòn của

chất chua trong dạ dày, vừa cung cấp chất đạm để làm lành ổ loét, nạn nhân của bệnhviêm loét dạ dày tá tràng nên dùng tảo theo kiểu hai mặt giáp công, uống trước mỗi bữa

ăn khoảng 15 phút và sau bữa ăn khoảng nửa giờ, nghĩa là tối thiểu 3 lần trong ngày

1.3.1.2 Tình hình nuôi tảo

a Tình hình thế giới

Tảo được trồng đại trà ở các nước trên thế giới từ những năm 1972, các nướcsản xuất vi tảo chủ yếu tập trung ở Châu Á và vành đai Thái Bình Dương Những khuvực và vùng lãnh thổ có sản lượng vi tảo lớn là Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, HànQuốc, Hoa Kỳ, Mexico Nhiều nhất là ở Mexico và Mỹ, nơi sản xuất tảo lớn nhất là ởHawaii (khoảng 25 ha) và mới đây là Trung Quốc (16 ha) trên thế giới còn có cáctrang trại nuôi trồng tảo với quy mô lớn, chất lượng cao như: Trang trại Twin Tauong(Myanmar) - Trang trại Sosa Texcoco (Mehico) - Công ty tảo Siam (Thái Lan) - Trangtrại Chenhai (Trung Quốc) - Nông trại Hawai (Hoa Kỳ)… Tảo chlorella được sử dụng như thực phẩm dinh dưỡng ở hơn 70 quốc gia trên thế giới.Người ta đã chỉ ra rằng ở hơn 30 trung tâm dinh dưỡng, bệnh viện và nhà thương ở các

nước đang phát triển sử dụng chế phẩm từ tảo chlorella làm thức ăn với hàm lượng10g/ngày, kết quả cho thấy các bệnh nhân đã hồi phục trạng thái suy dinh dưỡng chỉsau 1- 3 tuần lễ Đã có hơn 1000 bài báo khoa học được xuất bản đề cập đến hiệu qủasinh học của loài này.

b Tình hình trong nước

Nước ta là nước nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm rất thuận lợi cho sự phát triển của

vi sinh vật Đó là lợi thế to lớn giúp ngành công nghiệp sản xuất sinh khối tảo ngàycàng phát triển

Từ năm 1972 các nhà khoa học bắt đầu đặt vấn đề nghiên cứu tảo do GS.TSNguyễn Hữu Thước chủ trì

Năm 1976, việc thử nghiêm nuôi trồng tảo đã được tiến hành trong thời gian 4-5tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan

Vào năm 1985, Sở Y Tế thành phố Hồ Chí Minh đã tiếp nhận giống tảo đầu tiên

do ông bà R.D.Fox tặng Sau đó, tảo giống được giao cho trạm nghiên cứu dược liệu giữ giống và nuôi trồng

Hiện có 2 nơi nuôi trồng tảo ở nước ta, đó là:

+ Công ty cổ phần nước khoáng Vĩnh Hảo (Bình Thuận)

và xuất khẩu ra thị trường nước ngoài

Ngoài ra còn có trung tâm nuôi trồng phát triển Giống Thủy Sản Nam Bộ cũng

đã nuôi ở mô hình thí nghiệm rất thành công và đang phát triển mô hình lớn hơn vớiquy mô công nghiệp và nuôi ở ngoài trời với hệ thống ống liên hoàn sử dụng ánh sángmặt trời để quang hợp với hệ thống sục khí CO2 liên tục nhằm góp phần làm tăng sinhkhối tảo một cách tối ưu

Trong việc nghiên cứu về tảo thì có PGS-TS Trương Vĩnh thuộc trường Đại học NôngLâm đã nghiên cứu thành công việc nuôi và chiết dầu từ vi tảo nhưng với quy mô trongphòng thí nghiệm.

Bảng 1.3 Thành phần các gốc axít béo trong vi tảo(PGS-TS Trương Vĩnh).

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 THU SINH KHỐI TẢO

Bước 1 : Tảo được mua từ Trung tâm Nghiêm cứu và Phát triển Giống Hải sản

Nam Bộ với mật độ sinh khối là 60 triệu tế bào/1ml (Mỗi lần mua 15lít đựng trong 3can)

Bước 2 : Dùng ống đong lấy mỗi lần 200ml đổ vào cốc thủy tinh 200ml và dùng

pipet 10ml hút sinh khối tảo cho vào 8 ống ly tâm và tiến hành ly tâm

Bước 3 : Đặc các ống ly đối xứng vào trong máy ly tâm và bắt đầu khởi động

máy Máy ly tâm quay ở tốc độ 600 vòng/phút và được hiểu chỉnh là 5 phút lấy mẫu ramột lần với tốc độ này nhằm để tách nước ra khỏi tảo Thiết bị bao gồm roto quay,thùng chứa, thùng nạp liệu Dịch được cung cấp vào giữa roto quay, dưới tác dụng lực

ly tâm dịch được ép vào thành roto Do tảo nặng hơn nước nên tảo được ép vào váchthành roto, còn nước ở bên ngoài và tách khỏi lớp tảo

Máy màng lọc hoạt động theo nguyên tắc áp lực Dịch được bơm ly tâm đẩy dọctrong ống màng có kích thước lổ nhỏ hơn đường kính tảo Áp lực đẩy nước qua ốngmàng tách ra khỏi lớp tảo.

Với nguyên tắc như trên sau 5 phút ta lấy mẫu ra lúc này sinh khối tảo nằm ởphần dưới và nước nằm ở phần trên ta dễ dàng tách nước ra bỏ đi và lấy sinh khối tảo

bỏ vào cốc sứ

Quá trình này cứ lập đi lập lại nhiều lần đến khi nào ta ly tâm xong phần sinhkhối tảo đã mua để thực hiện thí nghiệm (15 lít tảo)

Bước 4: sau khi ta ly tâm tách nước ra khỏi sinh khối tảo thì ta tiến hành mang

mẫu đi sấy Sau khi ta bỏ mẫu vào tủ sấy thì ta tiến hành khởi động tủ sấy và hiệuchỉnh ở nhiệt độ là 950C và tiến hành sấy liên tục sau 3 giờ Với mật độ tảo là 60 triệu

tế bào/1ml thì theo thực nghiệm sau khi đã sấy khô ta thu được 256 (mg/1 lít tảo) Saukhi mẫu được sấy khô ta tiến hành đem đi ly trích dầu bằng hệ thống Soxhlet

2.2 CHIẾT XUẤT DẦU TỪ VI TẢO BẰNG NHIỀU DUNG MÔI VÀ DÙNG

 Túi vải đựng tảo;

 Bình cầu thủy tinh 2 cổ 500ml;

 Sinh hàn, bình tam giác 250 ml;

Bươc 1: Tảo khô được đặt trực tiếp trong một túi vải để dễ lấy ra khỏi ống chứakhi ta ngừng trích ly Không được để lượng sinh khối tảo trong ống cao vượt hơn mứccong của ống thông nhau.

Bước 2: Rót dung môi vào bình cầu băng cách tháo hệ thông ở chổ nút mài như

thế dung môi sẽ thấm ướt sinh khối tảo khô rồi mới chạy xuống bình cầu, ngang quangõ ống thông nhau Thể tích dung môi trong bình cầu không quá nhiều hơn hai phần

ba thể tích bình cầu

Bước 3: Kiểm tra hệ thống kín Mở cho nước chảy hoàn lưu trong ống ngưng

hơi Cắm bếp điện và điều chỉnh nhiệt độ sao cho dung môi trong bình cầu sôi nhẹđều Dung môi tinh khiết được đun nóng sẽ bốc hơi lên cao, rồi theo ống ngưng hơi đểlên cao hơn nửa, nhưng tại đây hơi dung môi bị ống ngưng hơi làm lạnh, ngưng tụthành thể lỏng, rớt thẳng xuống ống chứa tảo khô trong túi vải Dung môi ngấm vàosinh khối tảo và chiết những chất hữu cơ nào có thể hòa tan vào dung môi Theo quátrình đun nóng, lượng dung môi rơi vào ống chứa càng nhiều, mức dung môi dâng lêncàng cao trong ống chứa và đồng thời cung dâng cao trong ống hồi lưu, vì đây là haiống thông nhau Đến một mức cao nhất trong ống hồi lưu, dung môi sẽ bị hút về bìnhcầu, lực hút náy sẽ hút hết lượng dung môi đang chứa trong ống chứa

Bước 4: Bếp vẫn tiếp tục đun và một quy trình mới vận chuyển dung môi theo

mô tả như lúc đầu Các hợp chất được hút xuống bình cầu và nằm lại tại đó, chỉ códung môi tinh khiết là được bốc hơi bay lên để thực hiện quá trình chiết Tiếp tục đếnkhi nào chiết kiệt chất trong sinh khối tảo thì dừng lại quá trình thực hiện trong 4 giờ

Bước 5: Kiểm tra chiết kiệt chất bằng cách tắt máy để nguội và mở hệ thống

chổ nút mài, rút lấy một giọt dung môi và thử trên mặt kiếng, nếu không thấy vết gì thì

đã chiết kiệt chất hữu cơ trong sinh khối tảo

2.3 KHẢO SÁT LẦN LƯỢT TỪNG LOẠI DUNG MÔI

ung môi n –hexane

ụng cụ, hóa chất và thiết bị: Giống như mục 2.2 chỉ thêm hệ thống chưng cất.

b Cách thực hiện : lắp đặt thiết bị như hình 1.

Bước 1: Dùng cân điện tử cân chính xác 0.8g tảo khô và bỏ vào túi vải và lắp

vào hệ thống ống đựng

Bước 2: Dùng ống đong rót 200ml dung môi hexane vào bình cầu bằng cách

tháo hệ thông ở chổ nút mài như thế dung môi sẽ thấm ướt sinh khối tảo khô rồi mớichạy xuống bình cầu, ngang qua ngõ ống thông nhau Thể tích dung môi trong bìnhcầu không quá nhiều hơn hai phần ba thể tích bình cầu

Bước 3: Giống như bước 3 ở mục 2.2.2 sau khi kiểm tra hệ thông kín thì bắt

đầu cấm điện và mở hệ thống làm mát nước và hiệu chỉnh nhiệt độ là 690C ở áp suấtkhí quyển và quá trình này được thực hiện trong vòng 4 giờ

Bước 4, 5: Tương tụ như bước 4, 5 ở mục 2.2.2 và cuối cùng ta thu được dung

dịch dung môi hexane và dầu tảo

Hình 2.2: Hỗn hợp của dầu tảo và dung môi hexane

Quá trình này được thực hiện 3 lần và lấy kết quả trung bình

Bước 6: Sau khi ta thu được hỗn hợp dầu tảo và dung môi sau quá trình ly trích

thì ta tiến hành chưng cất để đuổi dung môi đi ở đây là dung môi hexane để thu đượcduy nhất dầu tảo thực hiện các quá trình biến đổi sau

Lắp đặt thiết bị như hình vẻ:

Hình 2.3: Hệ thống chưng cất tách dung môi

Dùng ống đong lấy hỗn hợp dung dịch gồm dầu tảo và dung môi hexane rót vàobình cầu trong hệ thống chưng cất Sau khi kiểm tra hệ thống khép kín thì ta lắp điệnbậc công tắc, mỡ hệ thống làm mát nước cho hệ thống chưng cất hoạt động Và hiệuchỉnh nhiệt độ là 690C và thực hiện quá trình này trong vòng 2,5 giờ Khi đó ta thu hồiđược dung môi dùng để trích ly cho các thí nghiệm sau và thu được lượng dầu tảoriêng biệt có màu vàng óng ánh Sau đó ta đem mẫu dầu vừa chưng cất được đi cân tathu được 0,06888g (lấy trung bình cả 3 lần) từ đó ta tính được hiệu suất trích ly dùngdung môi hexane ta trích được 8,61%

ụng cụ, hóa chất và thiết bị: Giống như mục 2.2 chỉ thêm hệ thống chưng cất.

b Cách thực hiện : lắp đặt thiết bị như hình 1.

Bước 1: Dùng cân điện tử cân chính xác 0.8g tảo khô và bỏ vào túi vải và lắp

vào hệ thống ống đựng

Bước 2: Dùng ống đong rót 200ml dung môi chloroform vào bình cầu bằng

cách tháo hệ thông ở chổ nút mài như thế dung môi sẽ thấm ướt sinh khối tảo khô rồimới chạy xuống bình cầu, ngang qua ngõ ống thông nhau Thể tích dung môi trongbình cầu không quá nhiều hơn hai phần ba thể tích bình cầu

Bước 3: Giống như bước 3 ở mục 2.2.2 sau khi kiểm tra hệ thông kín thì bắt

đầu cấm điện và mở hệ thống làm mát nước và hiệu chỉnh nhiệt độ là 61,20C ở áp suấtkhí quyển và quá trình này được thực hiện trong vòng 4 giờ

Bước 4, 5: Tương tụ như bước 4, 5 ở mục 2.2.2 và cuối cùng ta thu được dung

dịch dung môi chloroform và dầu tảo

Quá trình này được thực hiện 3 lần và lấy kết quả trung bình

Bước 6: Sau khi ta thu được hỗn hợp dầu tảo và dung môi sau quá trình ly trích

thì ta tiến hành chưng cất để đuổi dung môi đi ở đây là dung môi chloroform để thuđược duy nhất dầu tảo thực hiện các quá trình biến đổi sau

Lắp đặt thiết bị như hình 3 Dùng ống đong lấy hỗn hợp dung dịch gồm dầu tảo

và dung môi chloroform rót vào bình cầu trong hệ thống chưng cất Sau khi kiểm tra

hệ thống khép kín thì ta lắp điện bậc công tắc, mỡ hệ thống làm mát nước cho hệ thốngchưng cất hoạt động Và hiệu chỉnh nhiệt độ là 61,20C và thực hiện quá trình này trongvòng 2,5 giờ Khi đó ta thu hồi được dung môi dùng để trích ly cho các thí nghiệm sau

và thu được lượng dầu tảo riêng biệt có màu đậm đen Sau đó ta đem mẫu dầu vừachưng cất được đi cân lấy trung bình của 3 lần ta được 0,11448g từ đây ta tính đượchiệu suất trích ly dùng dung môi chloroform ta trích được 14,31%

ung môi Diethyl eter

a Dụng cụ, hóa chất và thiết bị: Giống như mục 2.2 chỉ thêm hệ thống chưng

cất

b Cách thực hiện : lắp đặt thiết bị như hình 1.

Bước 1: Dùng cân điện tử cân chính xác 0.8g tảo khô và bỏ vào túi vải và lắpvào hệ thống ống đựng

Bước 2: Dùng ống đong rót 200ml dung môi diethyl ether vào bình cầu bằngcách tháo hệ thông ở chổ nút mài như thế dung môi sẽ thấm ướt sinh khối tảo khô rồimới chạy xuống bình cầu, ngang qua ngõ ống thông nhau Thể tích dung môi trongbình cầu không quá nhiều hơn hai phần ba thể tích bình cầu

Bước 3: Giống như bước 3 ở mục 2.2.2 sau khi kiểm tra hệ thông kín thì bắtđầu cấm điện và mở hệ thống làm mát nước và hiệu chỉnh nhiệt độ là 34,60C ở áp suấtkhí quyển và quá trình này được thực hiện trong vòng 4 giờ

Bước 4, 5: Tương tụ như bước 4, 5 ở mục 2.2.2 và cuối cùng ta thu được dungdịch dung môi diethyl ether và dầu tảo

Quá trình này được thực hiện 3 lần và lấy kết quả trung bình

Bước 6: Sau khi ta thu được hỗn hợp dầu tảo và dung môi sau quá trình ly tríchthì ta tiến hành chưng cất để đuổi dung môi đi ở đây là dung môi diethyl ehter để thuđược duy nhất dầu tảo thực hiện các quá trình biến đổi sau

Lắp đặt thiết bị như hình 3 Dùng ống đong lấy hỗn hợp dung dịch gồm dầu tảo

và dung môi diethyl ether rót vào bình cầu trong hệ thống chưng cất Sau khi kiểm tra

hệ thống khép kín thì ta lắp điện bậc công tắc, mỡ hệ thống làm mát nước cho hệ thốngchưng cất hoạt động Và hiệu chỉnh nhiệt độ là 34,60C và thực hiện quá trình này trongvòng 2,5 giờ Khi đó ta thu hồi được dung môi dùng để trích ly cho các thí nghiệm sau

và thu được lượng dầu tảo riêng biệt có màu vàng nhạt khá tương đồng với dùng dungmôi hexane Sau đó ta đem mẫu dầu vừa chưng cất được đi cân lấy trung bình của 3lần ta được 0,0572g từ đó ta tính được hiệu suất trích ly dùng dung môi diethyl ether tatrích được 7,15%.

2.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT TRÍCH LY

ộ ẩm ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly

Ta cố định dung môi trích ly là 200ml hexane và khối lượng tảo khô là 0,8g ởnhiệt độ trích ly là 690C, áp suất khí quyển trong khoảng thời gian là 4 giờ Ta chỉ thay

đổi độ ẩm là 0,12%, 2,73%, 6,86%, 11,30% của lượng mẫu tảo khô để ta khảo sát

ụng cụ thiết bị, hóa chất

a Dụng cụ thiết bị:

 Túi vải đựng tảo;

 Bình cầu thủy tinh 2 cổ 500ml;

 Sinh hàn, bình tam giác 250 ml;

ách thực hiện: Lắp đặt thiết bị như hình 1.

Bước 1: Dùng cân điện tử cân chính xác 0.8g tảo khô với độ hàm lượng độ ẩm

là 0,12% và bỏ vào túi vải và lắp vào hệ thống ống đựng

Bước 2: Dùng ống đong rót 200ml dung môi hexane vào bình cầu bằng cách

tháo hệ thông ở chổ nút mài như thế dung môi sẽ thấm ướt sinh khối tảo khô rồi mới