Nghiên cứu khả năng chuyển đổi cenlulose từ phụ phẩm nông nghiệp thành etanol Nguyễn Quang Vinh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học môi trường và bảo vệ mô
Trang 1Nghiên cứu khả năng chuyển đổi cenlulose từ
phụ phẩm nông nghiệp thành etanol
Nguyễn Quang Vinh
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường;
Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải
Năm bảo vệ: 2013
Abstract Tổng quan về thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lượng trong tương lai, phế
phẩm nông nghiệp và tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học, công nghệ sản xuât etanol sinh học Nghiên cứu quá trình thủy phân rơm đã qua tiền xử lý bằng enzyme cellulase, tạo ra dịch đường Nghiên cứu quá trình thủy phân và lên men đồng thời để chuyển hóa cellulose trong nguồn rơm rạ ban đầu thành ethanol
Keywords Cenlulose; Phụ phẩm nông nghiệp; Chất thải tái chế; Etanol; Ô nhiễm môi
trường
Content:
Trang 2Môc lôc
Trang
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu của đề tài: 2
3 Nội dung nghiên cứu của đề tài…… 2
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lượng trong tương lai………… 3
1.1.1 Thực trạng các nguồn năng lượng 3
1.1.2 Thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lượng trên thế giới trong tương lai 4 1.1.3 Thực trạng sử dụng và nhu cầu năng lượng của Việt Nam 7
1.2 Tổng quan về phế phẩm nông nghiệp và tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học 9
1.2.1 Phế phụ phẩm nông nghiệp và hiện trạng sử dụng 9
1.2.2 Nhiên liệu sinh học và tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học 11
1.2.3 Tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học từ phế phẩm nông nghiệp 15
1.3 Công nghệ sản xuât etanol sinh học 19
1.3.1 Giới thiệu về nguyên liệu Lignocellulose 19
1.3.2 Công nghệ sản xuất etanol từ nguyên liệu Lignocellulose 22
Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 32
2.1.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 32
Trang 32.2 Phương pháp nghiên cứu 33
2.2.1 Nghiên cứu tổng quan ……… 33
2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm.……… 33
2.2.3 Phân tích trong phòng thí nghiệm 38
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả quá trình thủy phân 40
3.1.1 Thành phần dịch thủy phân 40
3.1.2 Ảnh hưởng của phần trăm bã rắn 41
3.1.3 Ảnh hưởng của lượng enzyme cho vào 43
3.1.4 Ảnh hưởng của pH 48
3.1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ 51
3.1.6 Hiệu suất thủy phân và nồng độ đường tạo thành theo thời gian 56
3.2 Quá trình thủy phân và lên men đồng thời 58
3.2.1 Thành phần dịch thủy phân và lên men đồng thời 58
3.2.2 Ảnh hưởng của lượng emzyme cho vào 59
3.2.3 Ảnh hưởng của mật độ nấm men ban đầu 62
3.3.4 Hiệu suất toàn quá trình theo thời gian 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 KẾT LUẬN 68
2 ĐỀ NGHỊ 68
PHỤ LỤC 70
Trang 4Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Môi Trường
Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sỹ Khoa học
74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Nguyễn Thị Ngọc Bích (2003), Kỹ thuật cellulose và giấy, Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
2 Nguyễn Thế Bảo, Bùi Tuyên (2001), Điều tra quy hoạch các dạng năng lượng mới trên địa bàn Tp Hồ Chí Minh, Sở Khoa học và Công Nghệ Tp Hồ Chí
Minh
3 Bộ Công Thương (2006) Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006-2015, Hà Nội
4 Trần Hưng (2013), Hiện trạng và giải pháp cho phát triển năng lượng tái tạo Việt Nam, Trung tâm tiết kiệm năng lượng và sản xuất sạch hơn Hải Phòng
5 Nguyễn Đức Lượng (2001), Công nghệ sinh học, Nhà xuất bản Đại học Quốc
Gia Thành phố Hồ Chí Minh
6 Nguyễn Đức Lượng (2001), Công nghệ enzyme, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh
7 Hoàng Minh Nam (2009): Nghiên cứu công nghệ và thiết bị liên tục xử lý rơm
rạ bằng hơi nước để lên men etanol ĐH Bách Khoa- Đại học Quốc gia Thành
phố Hồ Chí Minh
8 Niên giám thống kê 2004 (2005), NXB Thống Kê Hà Nội
9 Nguyễn Văn Tặng (2012): Tổng quan về sản xuất etanol sinh học từ rơm rạ
Khoa CN Thực phẩm – ĐH Nha Trang
10 Trịnh Hoài Thanh (2007), Nghiên cứu quá trình xử lý rơm rạ để chế biến cồn nhiên liệu, Luận văn Thạc sĩ, Bộ môn Máy Thiết bị - Khoa Công nghệ Hóa học
Đại học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM
11 Vũ Nguyên Thành (2010), Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp Đề tài nghiên cứu cấp nhà nước
Viện Công nghiệp Thực phẩm
12 Cao Đình Khánh Thảo (2007), Nghiên cứu thử nghiệm khả năng xử lý rơm rạ để lên men ethanol, Luận văn Đại học, Bộ môn Công Nghệ Sinh Học – Khoa Công
Nghệ Hóa Học
13 Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hoá học gỗ và cellulose, Nhà xuất bản Khoa học và
Kỹ thuật Hà Nội, trang 30-81
14 Trung tâm Thông tin KH&CN Quôc gia (2013), Tổng luận “Năng lượng thế giới đến năm 2013”
Trang 5Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Môi Trường
Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sỹ Khoa học
75
Tiếng Anh
15 Hetti Palonen (2004), Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of lignocellulose, VTT Biotechnology, pp 11-39
16 Charles E.Wyman (1996), Handbook on Bioethanol: Product and Utilization,
Taylor & Francis, pp 119-285
17 Scott PT Rood JI (1989) Electroporation- medical transformation of lysostaphin-treated Clostridium perfringens Gene 82: pp 327-333
18 Keikhosro Karimi, Giti Emtiazi, Mohammad J Taharzadeh (2006), Ethanol production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus, Rhizopus oryzae, Saccharomyces cerevisiae, Science Direct, Enzyme and microbial Technology
40, pp 138-144
19 M.Roehr (2001), The Biotechnology of ethanol classical and future application,
Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH
20 Ilona Sárvári Horváth, Carl Johan Franzén, Mohammad J Taherzadeh, Claes
Niklasson, Gunna Lidén (2004), Effect of Fufural on the Respiratory Metabolism of Saccharomyces Cerevisiae in Glucose-Limited Chemostats,
American Scociety for Microbiology vol.69, pp.4076-4086
21 Lonnie O Ingram, Joy B.Doran (1995), Conversion of cellulosic materials to ethanol, FEMS Microbiology Reviews
22 Carlo N Hamelinck, Greertje van Hooijdonk, André PC Faaij (2005), Ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle- and long-term, Science Direct, Biomass and bioenergy 28, pp.384-410
23 M Clark Dale và Mark Moelhman (2001), Enzymatic Simultaneous saccharification and fermentation of biomass to ethanol in a pilot 130 liter multistage continuous reaction separator
24 Haagensen F., Ahring B.K.(2005), Enzymatic hydrolysis and glucose fermentation of wet oxidized sugarcane bagasse and rice straw for bioethanol production, Environment Microbiology & Biotechnology Research Group,
Technical University of Denmark
25 Seungdo Kim, Bruce E Dale (2004), Global potential bioethanol production from wasted crops, Science Direct, Biomass and Bioenergy 26, pp.361-375
26 Jeibing li, Gunnar Henriksson, Goran Gellerstedt (2007), Lignin depolymerization/ repolymerization and its critical role for deligninfication of aspen wood by steam exposion, Science Direct, Bioresource Technology 98, pp
Trang 6Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Môi Trường
Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sỹ Khoa học
76
3061-3068
27 Muhammad Ibrahim Rajoka (2008), The enzymatic hydrolysis and fermentation
of pretreated wheat straw and bagasse to ethanol, ATDF Journal Volume 2
28 Ghasem Najafpour, Habibollah Younesi, Ku Syahidah Ku Ismail (2004),
Ethanol fermentation in an immobilized cell reactor, Science Direct,
Bioresource Technology 92, pp.251-260
29 Luiz Pereira Ramous (2003), The chemistry involved in the steam treatment of lignocellulosic materials, Quin Nova
30 Karin Ohgren, Oskar Bengtsson, Marie F.Gorwa-Grauslund (2008),
Simultaneous saccharification and co-fermentation of glucose and xylose in steam-pretreated corn stover at high fiber content with Saccharomyces cerevisiae TMB3400, Science Direct
Jesper Norgard (2009), Ethanol production from biomass – optimization of
simultaneous saccharification and fermentation with respect to stirring and
heating, Department of Chemical engineering, Lund Institute of Technology