Nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ

Nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ

TIỂU LUẬN NHIÊN LIỆU SINH HỌC

GVHD : Ts Trương Hương Lan

Viện đại học Mở Hà Nội Khoa sau Đại học

“Nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ”

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TỔNG QUAN

QUY TRÌNH SẢN XUẤT NỘI DUNG

TỔNG QUAN

Thực trạng hiện nay…

- Dầu mỏ và khí đốt chiếm khoảng 60% -

80% nguồn năng lượng thế giới

- Cạn kiệt trong vòng 40 – 50 năm nữa

- Ô nhiễm không khí gia tăng Diễn biến

phức tạp của giá xăng, dầu thô Bất ổn

chính trị giữa các nước xuất khẩu dầu mỏ,

…

Cần phát triển các nguồn năng lượng thay thế như : năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh học…

Nhiên liệu sinh học….

NLSH đang là xu thế phát triển tất yếu , nhất là ở các nước nông

nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu với những ưu điểm như :

Thân thiện với môi trường

Công nghệ

không quá phức

tạp.

Sử dụng nguồn nguyên liệu tái

sinh.

NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ hợp chất có nguồn gốc từ động thực vật NLSH được chia làm ba

nhóm chính :

Diesel sinh học Xăng sinh học Khí sinh học

- Xăng sinh học là một loại nhiên liệu lỏng , trong đó

có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nguyên liệu vào xăng thay phụ gia chì.

- Ethanol được chế biến

thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, cellulose,

lignocellulosic ….

- Rơm là một trong các tàn dư thực vật phong phú lignocellulosic trên thế giới Sản lượng hàng năm của nó là khoảng

731 triệu tấn được phân phối ở châu Phi, châu Á, châu Âu và Mỹ

- Trong rơm có một số đặc điểm mà làm cho nó có tiềm năng để trở thành

nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu

ethanol Nó có cellulose cao và

hemicelluloses có thể được dễ dàng

thủy phân để lên men đường.

QUY TRÌNH SẢN X UẤT ETHANOL TỪ RƠM RẠ

Chuẩn bị

Tiền xử lý

Thủy phân Lên men

Nấm men

Nhân giống

Nguyên

liệu

Sơ đồ tổng quát quy trình sản xuất ethanol nguyên liệu từ rơm rạ

Bước 1 : Chuẩn bị nguyên liệu

* Mục đích

Rửa sạch nguyên liệu đồng thời băm, nghiền nhỏ

nguyên liệu nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện thuận lợi để quá trình thủy phân diễn ra tốt hơn, tăng hiệu suất quá trình.

Bước 2 : Tiền xử lý

Bước 3 : Quá trình đường hóa và lên men đồng thời

Đây là công đoạn chính của quá trình, mục đích của công đoạn này là đường hoá cellulose thành glucose nhờ enzyme

và lên men glucose và các đường khác (sinh ra từ quá trình tiền xử lí bằng acide loãng) thành ethanol nhờ vi sinh vật

- Sau khi tiền thủy phân, nguyên

liệu được sát trùng để loại bỏ tạp

khuẩn rồi pha loãng

- - Quá trình đường hóa diễn ra

trong nhiều thùng (thường là 5

thùng) có cánh khuấy với thời

gian lưu tổng cộng là 36h Nhiệt

độ của thùng đường hóa được giữ

ổn định bằng cách sử dụng bơm

ly tâm và thiết bị trao đổi nhiệt

- Sau khi đường hóa, cặn đường

chứa khoảng 12,6% đường bao

gồm 7% glucose và 4% xylose

với chất khác Quá trình đường

hóa diễn ra cho đến khi tập trung

đủ điều kiện cho quá trình lên

men

Nhiệt độ 65°C Phần rắn trong dịch đường 20%

Thời gian lưu 1.5 ngày

Lưu lượng dòng cellulas

12 FPU/g cellulose

Điều kiện công nghệ của giai đoạn đường hóa

chuyển hóa (Glucan)n → n Glucose Oligomer 0.04 (Glucan)n + ½n H2O → ½n

Cellobiose

0.012

(Glucan)n + n H2O → n Glucose 0.90 Cellobiose + H2O → 2 Glucose 1.0

Các phản ứng xảy ra và độ chuyển hóa trong

quá trình đường hóa.

• Quá trình nhân giống nấm

men

- Chọn men có tên là Zymomonas

mobils

- Zymomonas mobils được phát

triển trong bình sản xuất men

giống Ở đó, cặn đường, chất dinh

dưỡng cùng với men giống được

cho vào bình nhỏ và quá trình này

cứ tiếp tục diễn ra cho đến khi đạt

được số lượng men giống cần thiết

cho quá trình lên men Cuối cùng

men giống, dinh dưỡng và cặn

đường được cho liên tục vào thùng

lên men.

- Hỗn hợp sau khi lên men gọi là giấm

chín

Zymomonas mobils

Nấm men Zymomonas mobilis

Nhiệt độ 41°C

Phần rắn 20%

Thời gian lưu 1.5 ngày

Hàm lượng men 10% tổng dịch đường đi lên men

Corn Steep Liquor (CSL) 0.25%

Diammonium Phosphate (DAP)

Level 0.33 g/L giấm chín

Điều kiện của quá trình lên men.

- Quá trình lên men được thực hiện trong 1 thùng lớn với thời

gian dự đoán để lên men đường thành ethanol khoảng 36h

- Men giống từ thùng sản xuất men giống (khoảng 10% tổng

dịch đường) được cho vào thùng lên men Trong quá trình này người ta cũng bổ sung 0,33g DAP/lít giấm chín để cung cấp dinh dưỡng cho nấm men hoạt động.

Bước 4 : Chưng cất

Giấm chín thu được sau quá trình lên men có nồng độ ethanol rất thấp (khoảng 5,7% ethanol) Vì vậy ta cần tinh chế sản phẩm để nâng nồng độ ethanol lên 99,5%

Chưng cất

Tách nước

Bốc hơi

Phân tách lỏng rắn

KẾT LUẬN

- Mặc dù có một vài khó khăn trên con đường phát triển công nghệ nhưng khả thi về mặt kinh tế do tính chất phức tạp của nó, lignin cao và hàm

lượng tro, một số kế hoạch đang đi vào phát triển phương pháp tiền xử lý hiệu quả để loại bỏ các phần không mong muốn để có được đường sẵn có

- Phương pháp tiếp cận trong cả quy trình công nghệ và chủng công nghệ vẫn phải được thực hiện để vượt qua những khó khăn của việc phân hóa xylose và glucose và nâng cao hiệu quả hệ thống

- Với sự ra đời của nấm men biến đổi gen, các enzym thủy phân tổng hợp, công nghệ tinh vi khác và sự kết hợp có hiệu quả của chúng, quá trình sản xuất ethanol sinh học từ rơm lúa sử dụng sẽ chứng minh là một công nghệ khả thi trong tương lai rất gần

Cảm ơn quý thầy cô và các bạn

đã lắng nghe !