TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH
TÊN ĐỀ TÀI
Sản xuất etanol sinh học từ phế phẩm nông nghiệp(rơm rạ)

Trình độ đào tạo…………………………………….
Hệ đào tạo:…………………………………………
Ngành:………………………………………………
Chuyên ngành:…………………………….…………
Khoá học:……………………………………………
Đơn vị thực tập:…………………….……… ………
Giảng viên hướng dẫn:……………………………….
Sinh viên/học sinh thực hiện:…………….………
Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng …….năm 20…
MỤC LỤC
Mở đầu: Trang 6
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về trung tâm Biomass
1. Cây lúa ở Việt Nam Trang 8
2. Rơm Rạ Trang 8
2.1 Bioethanol từ rơm rạ Trang 8
2.2 Nguyên liệu Lignocellulose Trang 9
2.2.1. Cấu trúc lignocellulose Trang 9
2.2.2 Cellulose Trang 10
2.2.3 Hemicellulose Trang 12
2.2.4 Lignin Trang 13
2.2.5 Các chất trích ly Trang 15
2.2.6 Tro Trang 16
Chương 2. Lý thuyết chung
1. Tông quan về phân xương Biomass Trang 18
2. Các phương pháp tiền xử lý Trang 18

1. Thái độ tác phong khi tham gia thực tập:
2. Kiến thức chuyên môn: 3. Nhận thức thực tế:

4. Đánh giá khác:
5. Đánh giá kết quả thực tập:

Giảng viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Thực tập chuyên ngành là cơ hội để nhóm sinh viên thực tập chúng em tiếp cận và
tìm hiểu thực tế thông qua những kiến thức lí thuyết đã học tại trường trong suốt những
năm qua.
Trải qua thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm năng lượng sinh học – ĐH Bách
Khoa TP HCM, được tham gia vận hành một số thiết bị, chúng em đã học hỏi nhiều kiến
thức thực tế, những kinh nghiệm quý báu, được tiếp xúc môi trường và điều kiện làm việc

rạ.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
Nhiên liệu sinh học (còn được gọi là nhiên liệu từ nông nghiệp – agrofuel) theo
định nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng hay khí được chuyển hóa từ sinh khối. Tuy
nhiên, phần này chỉ đề cập chính đến nhiên liệu sinh học dạng lỏng được sản xuất từ sinh
khối.
Nói chung, nhiên liệu sinh học mang lại những lợi ích sau: giảm khí thải nhà kính,
giảm gánh nặng lên nhiên liệu hóa thạch, tăng sự an toàn về năng lượng quốc gia, góp
phần phát triển nông thôn và là một nguồn năng lượng bền vững trong tương lai. Ngược
lại, nhiên liệu sinh học cũng có một số hạn chế: nguồn nguyên liệu phải được tái tạo
nhanh, công nghệ sản xuất phải được thiết kế và tiến hành sao cho cung cấp lượng nhiên
liệu lớn nhất với giá thấp nhất và mang lại lợi ích về môi trường nhất.
Nhiên liệu sinh học và những dạng nhiên liệu tái tạo khác nhắm đến tính chất trung
tính về carbon. Điều này có nghĩa là carbon được thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên
liệu để cung cấp năng lượng vận chuyển hay sinh điện năng được tái hấp thụ và cân bằng
với lượng carbon hấp thụ bởi cây cối. Những cây này sau đó lại được thu hoạch để tiếp
tục sản xuất nhiên liệu. Những nhiên liệu trung tính về carbon không gây ra sự tăng
carbon trong khí quyển, vì thế không góp phần vào hiệu ứng trái đất nóng lên.
Phòng thí nghiệm về nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ. Phòng thí nghiệm là sự hợp
tác giữa Nhật Bản và Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.
Để thực hiện quá trình sản xuất trên trong phòng thí nghiệm có các thiết bị cần
thiết như:
• Thiết bị cắt : dùng để cắt nhỏ rơm rạ để vi khuẩn dể tấn công cellulose
• Thiết bị nổ hơi: làm tơi rơm rạ và phá hủy cấu trúc của nó để tách cấu trúc lignin.
• Colling tower: cung cấp nước làm mát cho cà hệ thống
• Máy sắc kí lỏng hiệu năng cao
• Thiết bị ép nguyên liệu sau khi xử lý kềm và được trung hòa
• Thiết bị lên men nguyên liệu
• Thiết bị chưng cất để thu ethanol

từ nguồn tinh bột (bắp) và đường (mía), ethanol có thể được sản xuất từ
lignocellulose. Lignocellulose là loại biomass phổ biến nhất trên thế giới. Vì vậy sản
xuất ethanol từ biomass cụ thể là từ nguồn lignocellulose là một giải pháp thích hợp
đặc biệt là với các quốc gia nông nghiệp như Việt Nam. Nền nông nghiệp Việt
Nam hằng năm tạo ra một lượng lớn phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu là
lignocellulose từ các vụ mùa. Tận dụng nguồn nguyên liệu này, cụ thể là rơm rạ để
sản xuất bioethanol là phương pháp sử dụng rơm rạ một cách hiệu quả đồng thời góp
phần giải quyết vấn đề năng lượng cho nước ta.
2.2 NGUYÊN LIỆU LIGNOCELLULOSE

Lignocellulose là vật liệu biomass phổ biến nhất trên trái đất. Lignocellulose có
trong phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu ở dạng phế phẩm của các vụ mùa; trong sản
phẩm phụ của công nghiệp sản xuất bột Amột nguồn nguyên liệu to lớn cho việc sản
xuất bioethanol. Rơm rạ là một dạng vật liệu lignocellulose.
2.2.1 Cấu trúc lignocellulose
Thành phần chính của vật liệu lignocellulose là cellulose, hemicellulose, lignin,
các chất trích ly và tro.
về cơ bản, trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được bao bọc bởi
những chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính như lignin.
Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trị với nhau. Các
đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và acid 4-O-methylglucuronic là các
nhóm thường liên kết với lignin.
Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này được gắn lại với nhau
nhờ hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các vi sợi này
được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công của
ezyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân.
2.2.2 Cellulose
Cellulose là một polymer mạch thẳng của D-glucose, các D-glucose được liên kết
với nhau bằng liên kết β 1-4 glucosid. Cellulose là loại polymer phổ biến nhất trên trái
đất, độ trùng hợp đạt được 3.500 – 10.000 DP. Các nhóm OH ở hai đầu mạch có tính chất

• Xylose là thành phần quan trọng nhất.
• Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với vị trí 2 hoặc 3
. • Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide hoặc
trisaccharide. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là
nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vô
định hình và vì thế dễ bị thủy phân. Gỗ cứng, gỗ mềm và nguyên liệu phi gỗ có các đặc
điểm hemicellulose khác nhau: Gỗ cứng chủ yếu có hai loại hemicellulose:
• Acetyl-4-O-methylglucuronoxylan, là một loại polymer có mạch chính gồm β-D-
xylopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-D (1,4). Trong đó 70% các nhóm OH ở vị
trí C2 và C3 bị acetyl hóa, 10% các nhóm ở vị trí C2 liên kết với acid 4O-methyl-D-
glucuronic. Gỗ cứng còn chứa glucomannan, polymer này chứa một tỉ lệ bằng nhau β-D-
glucopyranose và β-D-mannopyranose.
Loại thứ hai có mạch chính là β-D-galactopyranose, phân nhánh. Loại
hemicellulose này tạo liên kết –O tại nhóm OH ở vị trí C6 với α-L-arabinose, β-D-
galactose hoặc acid β-D-glucoronic. Gỗ mềm cũng bao gồm hai loại hemicellulose chính:
• Loại quan trọng nhất là galactoglucomannan, đây là polymer cấu thành từ các phân tử
D-mannopyranose liên kết với D-glucopyranose bằng liên kết β-(1,4) với tỉ lệ hai
monomer tương ứng là 3:1. Tuy nhiên, tỉ lệ này thay đổi tùy theo loại gỗ.
Arabino-4-O-methylglucuronoxylan, cấu tạo từ các D-xylopyranose, các monomer
này bị thế ở vị trí 2 bằng acid 4-O-methyl-glucuronic, ở vị trí 3 bằng α-L-arabinofuranose.
Đối với cỏ, 20 – 40% hemicellulose là arabinoxylan. Polysaccharide này cấu tạo từ các D-
xylopyranose, OH ở C2 bị thế bởi acid 4-O-methylglucuronic. OH ở vị trí C3 sẽ tạo mạch
nhánh với α-L-arabinofuranose.Cấu tạo phức tạp của hemicellolose tạo nên nhiều tính
chất hóa sinh và lý sinh cho cây.
2.2.4 Lignin
Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai
trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và
hemicellulose. Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn. Lignin là polymer, được cấu
thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình được đề nghị là:
guaiacyl (G), chất gốc là rượu trans-coniferyl; syringly (S), chất gốc là rượu trans-sinapyl;

như nhóm hydroxyl hay ether, các nhóm này bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation
benzylic, cation này sẽ tiếp tục tạo liên kết C-C.
2.2.5 Các chất trích ly
Có rất nhiều chất thuộc nhóm thành phần này, chủ yếu là các chất dễ hòa tan, các
chất trích ly là những chất hoặc có khả năng hòa tan trong những dung môi hữu cơ (như
dietyl ether, methyl terbutyl ether, ether dầu hỏa, diclormethene, acetone, ethanol,
methanol, hexan, toluen, terahydrofuran) hoặc trong nước. Chính vì thế phương pháp
thông dụng nhất để tách nhóm chất này trong việc phân tích thành phần sơ xợi
lignocellulose là dùng trích ly với dung môi ethanol-benzene tỉ lệ 1:2. Những chất này có
thể có cả tính ưa dầu và ưa nước và không được xem là thành phần cấu trúc của gỗ. Chất
nhựa là những chất ưa dầu, có lẽ thường chiếm tỉ lệ ưu thế trong chất trích ly, nên thường
chất trích ly hay được gọi là nhựa (resin). Các chất trích ly thường có màu, mùi và vị khá
đặc trưng. Chúng rất quan trọng để giữ lại những chức năng sinh học của cây. Đa phần
các chất nhựa bảo vệ gỗ khỏi những tổn thương gây ra bởi vi sinh vật hay côn trùng.
Terpenoid, steroid, chất béo, và những phần tử phenolic như stilbene, lignan, tanmin và
flavonoid đều là những chất trích ly. Các phenolic có thuộc tính diệt nấm và ảnh hưởng
đến màu của gỗ. Chất béo và sáp, trong nhiều hệ thống sinh học được tận dụng như là
nguồn năng lượng trong khi terpenoid và steroid được biết đến là nhựa dầu. Nhóm cuối
cùng cũng có hoạt tính kháng vi sinh vật và côn trùng. Một số chất trích ly là những dược
phẩm quan trọng. Ví dụ, flavonoid được sử dụng như là chất chống tác nhân oxy hóa và
chống virus. Một số cấu trúc chất trích ly được thể hiện ở những hình sau:
2.2.6 Tro
Trong các loại gỗ của xứ ôn đới, các nguyên tố khác so với carbon, hydro, oxy và nitơ
chiếm khoảng 0,1-0,5% (so với lượng rắn khô trong gỗ). Với loại gỗ xứ nhiệt đới con số
này có thể là 5%. Hàm lượng chất vô cơ được đo bằng hàm lượng tro của mẫu và nó trong
khoảng 0,3-1,5% cho hai loại gỗ mềm và gỗ cứng. Hàm lượng này phụ thuộc nhiều vào
điều kiện môi trường tăng trưởng của cây và vào vị trí trong cây. Tương tự chất trích ly,
thành phần vô cơ của biomass thường thực hiện chức năng trong một vài con đường sinh
học ở thực vật. Kim loại vết thường tồn tại ở dạng phức hợp như magnesium trong
chlorophyll. Một số chất vô cơ từ muối kim loại tồn tại trong vách tế bào thực vật.

Địa điểm xây dựng: Xưởng thực nghiệm với tên gọi là phòng thí nghiệm năng
lượng sinh học, được xây dựng trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM.
Xưởng nằm sau lưng tòa nhà C4 và C5, từ cổng 3 trường ĐHBK (đường Tô Hiến
Thành) đi thẳng vào khoảng 100m sẽ thấy xưởng nằm bên phải.
2.CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ
Sự bao bọc của lignin quanh cellulose: lignin cùng với hemicellulose tạo thành cấu
trúc mô vững chắc cực kì. Những mô được bền hóa với lignin tương tự như nhựa được
gia cố bằng sợi, trong đó lignin đóng vai trò kết dính những sợi cellulose. Trong thiên
nhiên, lignin bảo vệ cellulose khỏi những tác động của môi trường và khí hậu. Lignin là
yếu tố ngăn cản sự tấn công của enzyme đến cellulose được công nhận nhiều nhất. Nhà
nghiên cứu cho rằng khả năng thủy phân của enzyme tăng khi 40-50% lignin bị tách. Tuy
nhiên, phải thừa nhận rằng, không có nghiên cứu nào tiến hành loại bỏ lignin mà không
kèm theo sự phân hủy hemicellulose. Ngay cả trong phương pháp tiền xử lý nguyên liệu
bằng kiềm ở nhiệt độ thấp, loại bỏ được 70% lignin thì cũng có 5% hemicellulose bị hòa
tan. Vì vậy, những thí nghiệm trên cũng không hoàn toàn cho thấy ảnh hưởng của việc
loại bỏ lignin riêng lẻ
.• Bề mặt tiếp xúc tự do của cellulose: liên quan đến bề mặt tiếp xúc của cellulose với
enzyme, và thể tích xốp. Stone et al giả thiết rằng tốc độ đầu của quá trình thủy phân là
hàm của bề mặt tiếp xúc tự do. Grethlein et al cho rằng thể tích lỗ xốp chứ không phải độ
kết tinh của cellulose mới ảnh hưởng đến tốc độ đầu. Tuy nhiên, bề mặt tiếp xúc tự do này
có liên quan đến độ kết tinh và sự bảo vệ của lignin.
• Sự hiện diện của hemicellulose: cũng như lignin, hemicellulose tạo thành lớp bảo vệ
xung quanh cellulose. Knappert et al , trong nghiên cứu xử lý bằng acid sulfuric với gỗ
dương cho thấy khả năng thủy phân tăng theo tỉ lệ hemicellulose bị loại bỏ. Grohman, thí
nghiệm tiền xử lý rơm lúa mì bằng acid, kết quả cho thấy việc loại bỏ hemicellulose sẽ
gia tăng đáng kể khả năng thủy phân rơm rạ. Họ cho rằng, việc loại bỏ lignin là không cần
thiết, tuy rằng nếu đạt được thì rất tốt. Trong khi đó, hemicellulose được chứng minh là
ngăn cản quá trình tấn công của enzyme vào rơm rạ . Tuy nhiên, trong những thí nghiệm
này, lignin tuy không bị loại bỏ nhưng lại có thể bị đông hoặc chảy ra một phần, làm giảm
khả năng bao bọc cellulose của nó. Vì thế những thí nghiệm trên chưa cho thấy được hiệu

2.2.1. Nổ hơi (Steam explosion)
Cơ chế quá trình nổ hơi
Hình 2-12 Mô tả cơ chế quá trình nổ hơi
Quá trình nổ hơi nước là một quá trình cơ – hóa – nhiệt. Đó là phá vỡ cấu trúc các hợp
phần với sự giúp đỡ của nhiệt ở dạng hơi (nhiệt), lực cắt do sự giãn nở của ẩm (cơ), và
thủy phân các liên kết glycosidic (hóa).
Trong thiết bị phản ứng, nước dưới áp suất cao thâm nhập vào cấu trúc
lignocellulosic bởi quá trình khuếch tán và làm ẩm nguyên liệu. Ẩm trong biomass thủy
phân các nhóm acetyl của hemicellulose hình thành nên các acid hữu cơ như acetic và
uronic acid. Các acid này lần lượt xúc tác quá trình depolymer hóa hemicellulose, giải
phóng xylan và một phần glucan. Dưới điều kiện khắc nghiệt, vùng vô định hình của
cellulose có thể bị thủy phân đến một mức độ nào đó. Dưới điều kiện khắc nghiệt hơn,
ví dụ như nhiệt độ cao và áp suất cao, có thể thúc đẩy sự phân hủy xylose thành furfural
và glucose thành 5-hydroxymethyl furfural. Furfural và 5-hydroxylmethyl furfural kìm
hãm sự phát triển của vi sinh vật, do đó nó không thuận lợi cho quá trình lên men [12].

Hình 2-13 Fufural
Hình 2-14 Hydroxymethyl
fufural
Ẩm trong biomass sẽ hóa hơi đột ngột ra khi áp suất trong thiết bị phản ứng được giải
phóng và hạ đột ngột từ rất cao khoảng vài chục atm xuống còn áp suất khí trời. Hiện
tượng này cũng giống như hiện tượng nổ. Nguyên liệu được tống mạnh khỏi thiết bị qua
một lỗ nhỏ bởi lực ép. Một vài hiện tượng xảy ra tại thời điểm này. Đầu tiên, ẩm ngưng tụ
trong cấu trúc biomass bốc hơi tức thời do giảm áp đột ngột. Sự giãn nở của hơi nước gây
ra lực cắt bao quanh cấu trúc nguyên liệu. Nếu lực cắt này đủ lớn, hơi nước sẽ gây ra sự
phá hủy cơ học lên cấu trúc lignocellulosic. Hình 2-14 mô tả cơ chế quá trình nổ
hơi. Hình 2-15 mô tả sự giải phóng cellulose khỏi vỏ bọc lignin. Hình 2-16 mô tả khả
năng làm tăng kích thước lỗ xốp trong xơ sợi. Sự mô tả quá trình làm nổi bật tầm quan
trọng của việc
tối ưu hai yếu tố: thời gian lưu và nhiệt độ. Thời gian biomass lưu lại trong thiết bị phản

Hình dạng rơm rạ sau khi ép
23
CHƯƠNG III
CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG
• Diện : dùng để thắp sáng và chạy các thiết bị và hệ thống điều khiển
• Syngas : dùng để đốt để lấy nhiệt đó cung cấp cho nồi hơi
• Khí nén : dùng để điều khiển tự động một số thiết bị
1. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT
Quy trình của phòng thí nghiệm là sản xuất etanol sinh học từ các phế phẩm nông
nghiệp mà đặc biệt ở đây sử dụng rơm rạ để sản suất ra etanol đồng thời sử dụng vỏ
24
Rơm rạ
Cắt rơm
Nổ hơi
Xử lý bằng
NaOH
Trung hòa
Lọc ép
Thủy phân và lên
men đồng thời
Chưng cất
Ethano
l
Nước
Nước +
NaOH
Lọc ép
Nước
thải