Bộ Công Thương
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP. HCM
Khoa Công Nghệ Sinh Học - Kỹ Thuật Môi Trường
GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai
Danh sách thành viên:
Bùi Thị Thanh Lan
2008100017
Võ Chí Khang
2008100319
Huỳnh Lâm Trúc Phương 2008100322
Phạm Thị Thu Xuyến
2008100202
Nhóm: 13 Lớp: 01DHSH1
14-12-2011
2
Mục lục
1)Lời mở đầu...................................................................................................................... 5
2)Nội dung:......................................................................................................................... 6
2.1) Giới thiệu:........................................................................................................... 6
2.2) Dầu diesel và biodiesel:......................................................................................6
2.3)Những ưu điểm của vi tảo trong việc lấy sinh khối sản xuất nhiên liệu sinh học:.8
2.4)Các loài tảo dùng sản xuất nhiên liệu sinh học:.................................................10
2.5) Năng suất lipid và ảnh hưởng của môi trường lên sự tích lũy lipid của một số
loài vi tảo:................................................................................................................. 11
2.5.1)Các loại vi tảo có chứa nhiều lipid:.........................................................11
1)Lời mở đầu
Gần đây, con người đang quan tâm đến hai vấn đề quan trọng, đó là môi
trườ ng và sự khủng hoảng năng lượng. Đối với môi trường, sự nóng dần lên của trái
đất chính là tâm điểm. Mọi người đều biết rằng sử dụng nhiên liệu hóa thạch chính
là nguyên nhân gây ra sự nóng dần lên của toàn cầu, vì vậy nguồn năng lượng
sạch và có khả năng tái sinh sản xuất từ sinh khối nhằm thay thế cho nhiên liệu hóa
thạch là rất cấp thiết để giảm thải CO 2. Ngoài ra, sự khủng hoảng năng lượng khiến
cho giá dầu thô trên thế giới ngày càng tăng, ảnh hưởng đến tình hình năng
lượng sử dụng trong gia đình cũng như trong khu vực
Xét trên lĩnh vực môi trường, giao thông vận tải và sản xuất công
nghiệp là những nguồn thải chủ yếu của con người. Chính những hoạt động
này đã gây ra hiện tượng nóng dần lên của Trái Đất.
Chính sự nóng dần lên của trái đất đã, đang và sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến nhiều
khía cạnh khác nhau của đời sống nhân loại và môi trường trên toàn cầu, chúng ta
cần không phải chỉ riêng lẻ một mà là một loạt các giải pháp để có thể cải thiện và
khắc phục vấn đề bức bách này.
Xét trên lĩnh vực khủng hoảng năng lượng, sự sụt giảm nguồn nguyên liệu dầu
thô dự trữ và những khó khăn trong việc trích ly và tinh luyện chúng dẫn đến sự
gia tăng về giá thành. Đây thực sự là những trở ngại lớn đối với vấn đề giao thông,
vận tải, vì cho tới hiện nay vẫn chưa tìm ra được nguồn nguyên liệu nào có thể thay
thế cho nguồn nguyên liệu hóa thạch với giá thành tương đương. Tìm kiếm những
nguồn nguyên liệu sạch và có khả năng tái sinh là một trong những vấn đề thách
thức nhất mà con người đang phải đối mặt trong hiện tại lẫn về lâu dài. Đây là vấn
đề liên quan mật thiết với sự phát triển kinh tế và sự thịnh vượ ng cũng như chất
lượ ng cuộc sống, sự bền vững toàn cầu do đó đòi hỏi các nhà đầu tư phải có những
quyết định lâu bền và những giải pháp dài hạn.
Hiện nay, nhiều lựa chọn đang được nghiên cứu và đưa vào thực nghiệm, đã
đạt được những mức độ thành công khác nhau trong các giai đoạn nghiên cứu và
lượng tiêu thụ nhiên liệu sinh học trên một khu vực. Hơn nữa, việc các nước mở
rộng diện tích canh tác cây họ dầu nên làm diện tích đất trồng cây lương thực bị thu
hẹp.Điều này dẫn đến tình trạng thiếu lương thực trên thế giới và cũng góp phần
làm cho giá lương thực tăng cao. Việc phát hiện và sử dụng vi tảo làm nguồn sản
xuất nhiên liệu sinh học đã giúp khắc phục các hạn chế trên
2.2) Dầu diesel và biodiesel:
Dầu diesel là một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành
phần chưng cất nằm giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricating oil).
Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến 3700C. Các nhiên liệu Diesel nặng
hơn, với nhiệt độ bốc hơi 315 đến 4250C còn gọi là dầu ma dút.
Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu
dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mở
động vật. Diesel sinh học nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại
năng lượng tái táo. Theo phương diện hóa học thì diesel sinh học là methyl este của
những axít béo.
Để sản xuất diesel sinh học người ta pha khoảng 10% mêtanol vào dầu thực
vật và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là hiđrôxít kali, hiđrôxít natri và
các ancolat). Ở áp suất thông thường, nhiệt độ vào khoảng 60 °C liên kết este của
6
glyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ được este hóa với mêtanol.
Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi dầu diesel sinh học sau đấy.
Thông qua việc chuyển đổi este này dầu diesel sinh học có độ nhớt ít hơn dầu
thực vật rất nhiều và có thể được dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu diesel mà
không cần phải cải biến động cơ để phù hợp.
Nguồn dầu được sự dụng để tạo Bidiesel có chứa nhóm chức Triglyceride gồm
3 phân tử acid béo là este với 1 phân tử glycerol. Trong việc tạo ra dầu,
Biodiesel có tính bôi trơn tốt. Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải ra
không khí, người ta hạn chế tối đa lượng S trong dầu Diesel. Nhưng chính
những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu Diesel.
Do vậy dầu Diesel có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi việc sử dụng thêm các
chất phụ gia để tăng tính bôi trơn. Trong thành phần của Biodiesel có chứa
Oxi. Cũng giống như S, O có tác dụng giảm ma sát. Cho nên Biodiesel có tính
bôi trơn tốt.
Do có tính năng tượng tự như dầu Diesel nên nhìn chung khi sử dụng
không cần cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ (riêng đối với các hệ thống
ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa ta phải thay bằng vật liệu kim loại)
2.3)Những ưu điểm của vi tảo trong việc lấy sinh khối sản xuất nhiên
liệu sinh học:
Tảo được xem là các cơ thể sống có khả năng thu nhận năng lượng mặt trời
để tạo ra các hợp chất hữu cơ rất hiệu quả.
Tảo được xếp vào loài thực vật không có hệ mạch dẫn, đa phần đều thiếu cơ
quan sinh sản phức tạp.
Vi tảo dễ dàng nuôi cấy để sản xuất một số hợp chất đặc thù chọn lọc, có giá trị
kinh tế với nồng độ cao như protein, carbohydrate, lipid và các sắc tố dựa
vào các điều kiện sinh trưởng đa dạng. Từ đó có thể tối ưu hóa môi trường để
thu được sinh khối với hàm lượng lipid cao.
Vi tảo thuộc vào nhóm vi sinh vật sinh sản theo chu kỳ phân đôi tế bào.
Vi tảo có thể sống được ở môi trường nước biển, nước lợ hoặc nước ngọt.
Mặc dù vi tảo sống trong môi trường nước, nhưng không đòi hỏi cần nhiều
nước như các loại cây trồng khác. Mặt khác, vi tảo cũng có thể thích nghi với
môi trường nước thải, do đó không cần thiết phải tốn chi phí sử dụng nước
sạch.
Hệ thống sản xuất sinh khối tảo dễ dàng thích nghi ở các quy mô và kỹ thuật
khác nhau.
Việc nuôi thu sinh khối vi tảo không đòi hỏi nhiều diện tích như khi trồng
các loại cây lấy dầu khác, và năng suất sinh khối vi tảo cũng không phụ
tiến bộ kỹ thuật cho thấy rằng trong tương lai việc sản xuất nhiên liệu sinh
học từ vi tảo có thể được thực hiện trên quy mô công nghiệp.
Nguồn
Hàm
Đất sử
Năng
lượng dầu
dụng
suất lipid
(% khối
( m2.năm/k
(L dầu
lượng sinh
g
ha/năm)
khối)
biodiesel)
44
172
66
33
363
31
41
974
12
36
5366
0.1
121104
Thực tế, vi tảo có hiệu suất dầu cao nhất trong số các cây trồng lấy dầu
đa dạng khác. Có thể so sánh hiệu suất nuôi trồngvi tảo với việc khai thác
các nguồn sinh khối khác qua bảng số liệu sau:
Bảng 2.1: So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel khác
9
2.4)Các loài tảo dùng sản xuất nhiên liệu sinh học:
Hình 2.3: Tảo Chlorella cho dầu có màu vàng sậm, năng suất
chuyển đổi dầu thành biodiesel là 97% sau 2 giờ phản ứng.
Hình 2.4: Tảo Botryococcus braunii
Hình 2.5: Neochloris oleabundans (tảo nước
chứa 86% hydrocarbons cuả trọng
ngọt) thuộc lớp tảo lục (Chlorophyceae) có hàm
lượng chất khô, có thể biến chế thành lượng dầu cao (29 %).
ethanol.
10
Hình 2.6: Bacilliarophy thuộc lớp diatom chứa nhiều dầu và chất béo trên
30%.
Hình 2.7:Scenedesmus dimorphus thuộc lớp
Hình 2.8:Pleurochrysis
Bảng 2.2: Hàm lượng và năng suất lipid của các loài tảo khác nhau
Các loài vi tảo nước mặm Hàm lượng lipid Sinh khối khô
và nước ngọt
(% sinh khối (g/L/ngày)
khô)
Chlorella emersonii
25.0-63.0
0.036-0.041
Chlorella sorokiniana
19.0-22.0
0.23-1.47
Chlorella sp.
10.0-48.0
0.02-2.5
Nannochloropsis oculata
22.7-29.7
0.37-0.48
Scenedesmus sp.
9.6-21.1
0.03-0.26
Tetraselmis suecica
8.5-23.0
0.12-0.32
Tetraselmis sp.
12.6-14.7
0.30
Năng
nhận biết vì các tế bào sẽ thay đổi màu sắc, chuyển từ màu xanh sang màu nâu, và mức
độ sinh trưởng của tế bào vi tảo có kết quả là số âm.
Khi nhiệt độ sinh trưởng giảm từ 300C xuống còn 250C thì hàm lượng lipid
trong tế bào C. Vulgaris tăng, từ 5.9 lên 14.7%, trong khi đó mức độ sinh trưởng vẫn
duy trì không đổi. Kết quả năng suất lipid đã tăng từ 8 lên đến 20mg/L.ngày
13
Bảng 2.3: Sự sinh trưởng và sản xuất lipid củaC. Vulgaris tại các nhiệt độ khác
nhau
Nhiệt độ
(0C)
25
30
35
38
µ − Tốc độ sinh
trưởng đặc trưng
(1/ngày)
0.14 ± 0.00
0.14 ± 0.00
0.12 ± 0.01
-0.01 ± 0.01
Sản lượ ng lipid
(glipid /100g s i nh kh ối khô)
14.71 ± 0.30
5.90 ± 0.42
tấn CO2 đượ c sử dụng trong quá trình quang hợp dưới điều kiện ánh sáng tự nhiên
hoặc nhân tạo.
Để việc sản xuất biodiesel và làm giảm CO2 trong không khí đạt hiệuquả, các loài
vi tảo phải được chọn lựa thỏa mãn các yêu cầu: sinh trưởng mạnh, hàm lượng lipid
nhiều và có khả năng thích nghi tốt khi mức độ CO2 cao.
Khi khảo sát yếu tố nồng độ CO 2 đối với mức độ sinh trưởng và sự tích lũy
lipid trên một số loài tảo được lựa chọn nhằm sản xuất lipid, ChanYoo và các cộng
sự đã đạt được một số kết luận như sau:
Ba loài tảo Scenedesmus sp., Chlorella sp. và Botryococcus braunii được nuôi
trong điều kiện nhiệt độ 25 ± 100C, chiếu sáng liên tục 150µmol/m 2s trong 2 tuần.
14
Để rút ngắn thời gian phase lag, vi tảo trước đó được nuôi trong môi trường sục
không khí có 2% CO2 trong 1 tuần trước khi cấy mẫu. Môi trường nuôi cấy thực sự thì
sử dụng không khí chứa 10% CO 2 hoặc khí thải từ ống khói với vận tốc 0.3v/v/m,
nồng độ CO2 là 5.5%.
Đối với mức độ sinh trưởng của tế bào khi nồng độ CO2 là 10%.
Trong ba loài được khảo sát thì Scenedesmus sp. là loài đạt năng suất sinh khối
cao nhất. Sinh khối tối đa đạt được là 3.13g/L vào ngày thứ 14, năng suất sinh khối
đạt 217.50 ± 11.24 mg sinh khối khô/L.ngày. Trong một nghiên cứu khác của
Morais và Costa, đối với hai loài Chlorella sp. và Scenedesmus sp. cô lập từ nhà
máy nhiệt điện than đá, năng suất sinh khối của chúng cũng khá cao khi nồng độ
CO2 từ 6-12%. Năng suất tối đa của hai loài này với 6% CO2 lần lượt là 87 và 85mg
sinh khối khô/L.ngày. Hơn nữa, hai loài tảo này cũng có thể sống trong môi trường
chứa CO2 với nồng độ lên tới 18%, và năng suất sinh khối cao nhất của loài
Scenedesmus obliquus là 140mg sinh khối khô/L trong một ngày với nồng độ CO2
là 12%. Qua đó thấy rằng, khi nuôi ở 10% CO2, năng suất sinh khối của
Scenedesmus sp. Cao gấp 2-3 lần so với các nghiên cứu ở nồng độ khác, và cả ba
hàm lượng nitrogen bổ sung vào môi trườ ng nuôi cấy vi tảo để tăng năng suất lipid đã
được nhiều nhà khoa học nghiên cứu.
Ví dụ như đối tượng Chlorella vulgaris, khi được nuôi trong môi trường cơ
bản Bold, sử dụng CO 2 có trong không khí (khoảng 300ppm) và NaNO3 là những
nguồn cung cấp carbon và nitrogen duy nhất trong suốt quá trình thí nghiệm, nuôi
cấy theo phương thức quang tự dưỡng trong 14 ngày dưới ánh sáng liên tục có
cường độ 7 0 µ E / m 2s, ở nhiệt độ 300C. Nồng độ nitrogen trung bình trong môi
trường nuôi cấy Chlorella vulgaristheo Guillard là 1.50g/L, do đó khi khảo sát sự
giảm nồng độ nitrogen để kích thích sự tích lũy lipid, Attilio và các cộng sự đã nghiên
cứu ở 2 nồng độ khác là 0.750 và 0.375g/L để so sánh với nồng độ trung bình .Điều
kiện hàm lượng nitrogen thấp trong môi trường nuôi cấy thực sự làm gia tăng đáng
kể sự tích lũy lipid trong vi tảo. Vì vậy hàm lượng nitrate lần lượt được giảm
đi còn ½ và ¼ so với nồng độ tiêu chuẩn trong khi cường độ chiếu sáng và tốc độ
sục khí vẫn giữ nguyên trong suốt các thí nghiệm. Ảnh hưởng của việc giảm thiểu
nồng độ NaNO3 trên sự sinh trưởng của C. Vulgaris được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 2.4: Tham số sinh trưởng và sự sản xuất lipid của C. Vulgaris ở các
nồng độ NaNO3 khác nhau
NaNO3 (g/L)
1.500
0.750
0.375
m - Tốc độ sinh
trưởng đặc trưng
(1/ngày)
0.14 ± 0.00
0.14 ± 0.01
0.14 ± 0.00
đặc tính loài, việc sử dụng các nguồn nitrogen khác nhau đem đến những hiệu quả
khác nhau. Như đối với Ellipsoidion sp., sử dụng ammonium làm nguồn cung cấp
nitrogen sẽ đem lại mức độ sinh trưởng và hàm lượng lipid cao hơn khi sử dụng urea
và nitrate. Neochloris oleoabundans khi nuôi bằng nitrate sẽ sinh trưởng nhanh hơn
và tích lũy lipid nhiều hơn khi nuôi với urea, nhưng tế bào lại sinh trưởng yếu trong
môi trường sử dụng nguồn nitrogen là ammonium. Thêm vào đó, nhiều nghiên cứu
cho thấy rằng cả ba loại nguồn nitrogen là nitrate, ammonium và urea đều có thể đáp
ứng tốt đối với Spirulina platensis. Trong số các nguồn nitrogen hữu cơ, urea đóng
một vai trò quan trọng và thường được sử dụng trong nuôi cấy vi tảo trên quy mô
lớn bởi vì giá thành của urea thì thấp hơn nhiều khi so với các nguồn nitrogen khác.
Ngoài ra, chế độ nuôi cấy ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và thành phần hóa sinh
trong tế bào vi tảo. Sử dụng phương pháp nuôi cấy fed- batch để điều chỉnh mức
độ bổ sung môi trường nhằm gia tăng năng suất. Cải thiện năng suất lipid có thể
thực hiện bằng biện pháp nuôi cấy fed-batch bổ sung gián đoạn nguồn nitrogen .
Thêm vào đó, trong phương pháp nuôi cấy bán liên tục, nồng độ chất dinh dưỡng
ban đầu và mức độ khôi phục cũng được sử dụng để biến đổi các thành phần hóa
sinh trong tế bào vi tảo
2.6) Ứng dụng nuôi cấy tảo Nannochloropsis oculata trong sản
xuất biodiesel:
2.6.1) Giới thiệu:
Nannochloropsis oculata thuộc vào lớp tảo Eustigmatophyceae, bộ
Eustigmatales, họ Monodopsidaceae, chi Nannochloropsi.
17
Nannochloropsis được Droop
phát hiện ra vào năm 1955 tại các vùng
nước lợ bề mặt trong các hồ giữa
ngang.
2.6.4) Đặc điểm sinh hóa:
Khi điều kiện dinh dưỡng đầy đủ, Nannochloropsis oculata thường có khuynh
hướng đầu tiên sẽ chuyển hóa carbon thành protein. Tuy nhiên, dưới các điều kiện
thay đổi khác nhau, tế bào vi tảo bị kích ứng, sẽ có nhiều carbon được chuyển hóa
thành lipid và carbohydrate. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường sẽ tác động lên
thành phần lipid và các acid béo có trong tế bào vi tảo. Nghĩa là ta hoàn toàn có khả
năng điều khiển được quá trình sản xuất lipid trong tế bào Nannochloropsis
oculata. Khi tìm được môi trường tối ưu tương ứng. Vì vậy, có thể xem
Nannochloropsis oculata là một loài tiềm năng dùng để sản xuất lipid phục vụ cho
biodiesel.
18
Theo số liệu trên, ta thấy trong số các loài vi tảo có hàm lượng lipid cao,
Nannochloropsis oculata là một tiềm năng sáng giá. Mặc dù hàm lượng lipid tính
theo phần trăm sinh khối khô chỉ trong khoảng 22.7-29.7%, thấp hơn một số loài
như Chlorella emersonii, Chlorella sp., Nannochloris sp., Neochloris
oleoabundans…, nhưng do Nannochloropsis oculata nuôi theo phương pháp
tự dưỡng có sức sinh sản cao, lượng sinh khối trong ngày lớn, năng suất lipid của loài
này có giá trị cao đáng kể. Vì vậy có thể xem Nannochloropsis oculata là một loài
vi tảo rất có tiềm năng trong việc sản xuất biodiesel.
2.7) Quá trình nuôi cấy, thu sinh khối và chiết suấy dầu từ vi tảo
sản xuất biodiesel:
2.7.1 ) Các mô hình nuôi sinh khối vi tảo
2.7.1.1) Raceway Pond:
Hình 2.11: Hệ thống Raceway Pond
Hệ thống Raceway Pond dùng
Hình 2.13: Màng ngăn
Việc nuôi cấy sinh khối bằng
Raceway pond đã được sử dụng từ
những năm 1950. Điều này sẽ tạo ra nhiều kinh nghiệm trong việc vận hành
Raceway pond. Raceway pond lớn nhất từng được biết đến dùng để sản xuất sinh
khối có diện tích 440 000 m2, được dùng để sản xuất sinh khối vi khuẩn
Cyanuabacteria dùng trong thực phẩm.
Nói chung, Hệ thống Raceway Pond nhạy cảm với điều kiện môi trường,
không kiểm soát được lượng nước bốc hơi, nhiệt độ và ánh sáng. Sử dụng hệ thống
Raceway Pond chỉ giới hạn trong một vài loài tảo. Mặc dù vậy, hệ thống Raceway
Pond có thể sản xuất số lượng lớn các vi tảo, nhưng chiếm diện tích đất rộng hơn và
dễ bị nhiễm bẩn từ vi tảo hoặc vi khuẩn khác.
2.7.1.2) Bể phản ứng quang sinh học (photobioreactor)
Tảo có thể được trồng trong các hệ thống khép kín gọi là Photobioreactors
(PBRs). Các thiết bị này là lò phản ứng sinh học trong đó kết hợp một số loại nguồn
sáng. PBRs là những hệ thống linh hoạt có thể được tối ưu hóa theo đặc điểm sinh
học của các loài tảo được trồng. PBRs cung cấp một môi trường được bảo vệ an
toàn khỏi bị nhiễm bẩn bởi các vi sinh vật khác và các thông số môi trường có thể
được kiểm soát tốt hơn.
Chúng cho phép nhiều loài được phát triển hơn so với các hệ thống Raceway
Pond, và cho phép môi trường đặc biệt thích nghi với một loài vi tảo.
Photobioreactors cũng ngăn chặn sự bốc hơi và giảm sử dụng nước, giảm thiệt hại
CO2 do thoát ra ngoài môi trường và cho phép nồng độ tế bào cao hơn và năng suất
kết quả cao hơn.
20
Hình 2.14: Sơ đồ hệ thống photobioreactor
Cấu tạo gồm các bộ phận như hình 2.8. Các ống thuộc bể phản ứng quang sinh
thành những vòng cuộn xoắn ốc. Như
được thể hiện trên hình 2.9. Những bể
phản ứng như vậy có tiềm năng sử dụng
cho sự sinh trưởng của 1 thể tích nhỏ canh
trường vi sinh vật. Sự đóng cặn sinh khối
trong các ống có thể ngăn chặn bằng cách
duy trì dòng chảy xoáy rối ở mức độ cao.
Dòng chảy trong các ống cuộn này được
tạo ra bằng cách sử dụng bơm cơ học hoặc
bơm cao áp. Sử dụng bơm cơ học có thể
làm tổn thương sinh khối nhưng dễ thiết
kế, vận hành và lắp đặt. Bơm cao áp ít linh
hoặt hơn bơm cơ học vì phải cần cung Hình 2.16: Photobioreactor xếp theo hình
cấp khí để vận hành. Bể phản ứng quang xoắn ốc
sinh học phải được vệ sinh định kỳ. Điều
này cũng có thể dễ dàng đạt được bằng cách sử dụng các chức năng tự động của máy.
Sự quang hợp tạo ra Oxy, dưới cường độ bức xạ cao của ánh sáng mặt trời, sự
sinh ra oxy đạt tỷ lệ cao nhất trong những ống của bể phản ứng. Khối lượng Oxy
sinh ra có thể đạt 10g/m3/phút. Nhưng sự tập trung cao của nồng độ O 2 kết hợp với
ánh sáng mặt trời cường độ mạnh có thể sinh ra các yếu tố oxy hoá làm tổn thương tế
bào của tảo. Để ngăn chặn sự tổn thương và ức chế này, mức độ oxy hoà tan tối đa có thể đạt
được không nên vượt quá 400% giá trị không khí bão hoà. Oxy không thể lấy ra khỏi
các ống của bể phản ứng, vì vậy việc hạn chế chiêu dài tối đa của các ống là điều
cần thiết. Sinh khối nuôi cấy phải được quay lại 1 vùng khử độc định kỳ. Vùng khử
độc là nơi lên để giải phóng oxy tích luỹ bằng cách cho nổi bọt khí. Muốn thiết kế
chiều chính xác của ống cần phải dựa vào nhiều yếu tố: sự tập trung sinh khối, mức
độ ánh sáng, tốc độ dòng chảy và sự tụ họp của Oxy ở đầu vào các ống. Chiều dài
tối đa của một ống không nên vượt quá 80m. Để loại bỏ lượng Oxy hoà tan tích lũy,
vùng khử độc phải có khả năng làm bốc hơi tất cả các khí sủi bọt từ canh trường.
Khi canh trường di chuyển dọc theo các ống, pH sẽ tăng vì sự tiêu thụ các sản
Cao, tùy thuộc vào độ sâu
Nồng độ oxy
Nhiệt độ
Thường đủ thấp vì liên tục
giải phóng khí
Thay đổi ở mức cao, có thể
thực hiện được bằng cách
kiểm soát độ sâu ao.
Thấp
Do hệ thống kín đòi hỏi phải
có thiết bị trao đổi khí (O2
phải được loại bỏ để ngăn
chặn sự ức chế quang hợp
hoặc thiệt hại
photooxidative)
Thường yêu cầu phải làm
mát (làm mát bằng các ống
dẫn)
Thấp (pha trộn nhẹ)
Cao (dòng chảy cần phải
nhanh và trộn đều, được bơm
qua thiết bị trao đổi khí)
năng, khó chuyển đổi
Cao, có thể chuyển đổi
Quy trình kiểm soát
và khả năng tái sản
xuất
Giới hạn(tốc độ dòng chảy,
xáo trộn, có thể sai trong
phạm vi nhất định, chịu ảnh
hưởng nhiệt độ bởi chiều sâu
ao)
Có thể xảy ra trong giới hạn
nhất định
Sự dịch chuyển
23
Phụ thuộc thời tiết
Cao (cường độ ánh sáng,
nhiệt độ, lượng mưa)
Trung bình (cường độ ánh
sáng, làm mát cần thiết)
5.000 tấn sinh khối tảo mỗi
năm
Các quy trình gia tăng các
hợp chất hoặc các loại tảo có
giá trị trong thực phẩm và mỹ
phẩm
Các ứng dụng
thương mại hiện tại
2.7.2) Thu hoạch:
Thu hoạch tảo bao gồm phục hồi sinh khối từ các môi trường nuôi cấy có thể
đóng góp đến 20-30% tổng chi phí sản xuất sinh khối. Vì vậy, điều quan trọng là để
chọn tảo với những đặc tính thu hoạch đơn giản hóa, giống như tảo với kích thước
tế bào lớn hoặc trọng lượng riêng cao.
Đây được xem là một phần đắt tiền trong sản xuất công nghiệp của sinh khối.
Vi tảo có một màu xanh lá cây trông rất đẹp. Tuy nhiên, trong thực tế, từ quan điểm
của công nghiệp là rất mỏng. Vật liệu tối ưu cho việc chuyển đổi công nghiệp là có
chứa ít nhất 300-400 g trọng lượng khô / L.
Quá trình thu hoạch phổ biến nhất là keo tụ, lọc, ly tâm và nổi.
2.7.2.1) Keo tụ:
Huyền phù sinh ra của tảo cần phải được tập trung lại. Nó được tiến hành keo tụ và kết
hợp với phương pháp tách phân lớp. Quá trình keo tụ được sử dụng để tập trung
tế bào vi tảo trong môi trường nuôi cấy và làm tăng kích thước của chúng lên chút ít. Độ dày
thành tế bào vi tảo chính là vật cản trở lớn. Độ dày mỏng của thành tế bào vi tảo phụ thuộc vào
khoảng thời gian thu hoạch.
Nhôm và sắt clorua flocculants
hóa học được sử dụng để thu hoạch
bề mặt môi trường và sau đó thu hoạch tảo. Phương pháp này sử dụng phèn để làm
thành từng cục tảo / hỗn hợp không khí, với các bọt nhỏ được cung cấp bởi một
máy nén khí.
2.7.3) Khai thác dầu tảo:
Trong điều kiện tối ưu của tăng trưởng, tảo tổng hợp axit béo este hóa vào các
lipid màng glycerol-, chiếm khoảng 5-20% trọng lượng tế bào khô. Axit béo có thể
được phân loại trong chuỗi trung bình (C10-C14), chuỗi dài (C16-C18) và chuỗi rất
dài (> C20) cùng với các dẫn xuất của axit béo. Tuy nhiên, trong điều kiện môi
trường không thuận lợi, nhiều tảo làm thay đổi con đường sinh tổng hợp lipid để
hình thành và tích tụ các chất béo trung tính (20-50% DCW), chủ yếu là trong các
hình thức của các chất béo trung tính
(TAG).
Đối với sản xuất dầu diesel sinh học,
các chất béo trung tính đã được chiết xuất
từ sinh khối vi tảo. Khai thác dầu tảo là
25
Copyright: Tài liệu đại học ©