lu ận v ăn th ạc s ỹ 07- 09 tr ường Đh khoa h ọc t ự...

Luận văn Thạc sỹ 07- 09 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên

Nguyễn Thị Hằng Nga 1 Cao học Môi trường K15

MỞ ĐẦU

Ngày nay, thế giới đang đứng trước nguy cơ khủng hoảng năng lượng trầm

trọng. Theo dự báo của các nhà khoa học trên thế giới, nguồn năng lượng từ các sản

phẩm hoá thạch dầu mỏ sẽ bị cạn kiệt trong vòng 40- 50 năm nữa [16]. Để ổn định và

đảm bảo an ninh năng lượng đáp ứng cho nhu cầu con người cũng như các ngành công

nghiệp, các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu tìm ra những nguồn nhiên liệu

mới, trong đó nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ sinh khối

động, thực vật là một hướng đi có thể tạo ra nguồn nhiên liệu thay thế phần nào nguồn

nhiên liệu hoá thạch đang cạn kiệt, đảm bảo an ninh năng lượng cho từng quốc gia.

Sử dụng nhiên liệu sinh học mang lại các lợi ích như giảm thiểu ô nhiễm môi

trường vì nguyên liệu sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học là cồn và dầu mỡ động

thực vật, không chứa các hợp chất thơm, hàm lượng lưu huỳnh thấp, không chứa chất

độc hại, mặt khác nhiên liệu sinh học khi thải vào đất có tốc độ phân hủy sinh học cao

nhanh hơn gấp 4 lần so với nhiên liệu dầu mỏ và do đó giảm được rất nhiều tình trạng

ô nhiễm nước ngầm [18].

Etanol sinh học (bio-ethanol) là một loại nhiên liệu sinh học dạng cồn, được sản

xuất bằng con đường sinh học, chủ yếu bằng phương pháp lên men và chưng cất các

loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn, thường được sản xuất

từ các loại cây nông nghiệp hàm lượng đường cao như bắp (ở Mỹ), lúa mì, lúa mạch,

mía (ở Brazil). Ngoài ra, etanol sinh học còn được sản xuất từ cây cỏ có chứa hợp chất

cellulose (celluloic ethanol). Celluloic ethanol đã được sản xuất thành công và đưa vào

sử dụng làm nhiên liệu ở nhiều nước trên thế giới. Hiện nay, việc sản xuất etanol từ các

loại cây nông nghiệp có thể ăn được đang gây ra sự lo lắng về vấn đề an ninh lương

thực- sự cạnh tranh giữa cây trồng làm nhiên liệu và cây lương thực. Chính vì vậy, thế

giới đang đi theo hướng sản xuất etanol từ các nguyên liệu chứa hợp chất cellulose.

Việt Nam là một quốc gia có hơn 70% dân số làm nông nghiệp. Do vậy, phụ

phẩm sau thu hoạch rất lớn. Theo số liệu thống kê sơ bộ năm 2008 [13], tổng diện tích



cây lúa trong cả nước khoảng 7,4 triệu ha, do vậy lượng rơm rạ phát thải sau mỗi vụ

thu hoạch rất lớn (trung bình 5-6 tấn rơm rạ/ 1ha/vụ). Diện tích trồng ngô cả nước là

1,13 triệu ha.Theo phương thức sản xuất nông nghiệp truyền thống, phụ phẩm nông

nghiệp sau khi thu hoạch (rơm rạ, thân cây ngô, thân cây đậu…) được chuyển về nhà

và được sử dụng như một nguồn nguyên liệu chính để đun nấu trong các nông hộ, làm

thức ăn chăn nuôi... Cùng với sự phát triển của xã hội và nhu cầu đời sống ngày một

nâng cao, ngày nay hầu hết các hộ nông dân đã sử dụng các nguồn nguyên liệu khác

như than, gas, điện,... cho việc nấu nướng nên phần lớn lượng phụ phẩm nông nghiệp

này được người nông dân đốt ngay trên đồng ruộng tạo ra những chất độc hại như CH4,

CO2, bụi,... Việc đốt lượng phụ phẩm nông nghiệp trên đồng ruộng đang dần hình

thành một thói quen xấu, không những gây ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái mà

còn rất lãng phí nguồn nguyên liệu có nguồn gốc thực vật này.

Một số công trình nghiên cứu trên thế giới cho thấy, các loại phụ phẩm nông

nghiệp, phế thải giàu hợp chất hydratcacbon có thể sử dụng làm nguyên liệu để sản

xuất etanol sinh học. Thành phần của rơm rạ, thân cây ngô bao gồm phần lớn là

cellulose, hemicellulose, lignin, và các nguyên tố khoáng khác.Việc nghiên cứu sử

dụng phụ phẩm nông nghiệp giàu hợp chất cacbonhydrat làm nguyên liệu sản xuất

etanol nhiên liệu có sử dụng sự trợ giúp của vi sinh vật đang là một trong những giải

pháp đầy hứa hẹn cho việc tạo ra nguyên liệu thay thế cho nguồn nguyên liệu hóa thạch

đang dần cạn kiệt, giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường, là một hướng nghiên

cứu đúng đắn thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước.

Với ý nghĩa thiết thực đó, “Nghiên cứu khả năng sản xuất etanol sinh học từ phụ

phẩm nông nghiệp” nhằm xác định được khả năng sản xuất etanol sinh học từ thân

cây ngô nhờ tác nhân sinh học là vi sinh vật.



Để đạt được mục tiêu nêu trên, đề tài đã tiến hành các nội dung nghiên cứu sau:

+ Lựa chọn chủng vi sinh vật làm tác nhân cho quá trình thủy phân thân cây ngô và quá

trình lên men

+ Nghiên cứu một số điều kiện phù hợp trong quá trình thủy phân thân cây ngô thành

đường đơn bằng tác nhân hóa học và sinh học (vi sinh vật).

+ Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất etanol sinh học từ thân cây ngô.



CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Sinh khối và nhiên liệu sinh học

1.1.1. Khái niệm

Sinh khối (Biomas) là các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng

tái tạo như cây cối, phân gia súc… SK được xem là một phần của chu trình cacbon

trong tự nhiên. Cacbon từ khí quyển được biến đổi thành vật chất sinh học qua quá

trình quang hợp của thực vật. Khi phân giải hoặc đốt cháy, cacbon quay trở lại khí

quyển hoặc đất. Vì vậy cacbon khí quyển được giữ ở mức tương đối ổn định.

Các vật liệu hữu cơ được tạo thành bởi các quá trình địa chất tạo than đá, dầu

mỏ, khí thiên nhiên không được gọi là SK. Nhiên liệu hoá thạch có nguồn gốc SK

trong thời cổ xưa được xem là đã nằm ngoài chu trình cacbon từ rất lâu.Việc đốt cháy

chúng làm hàm lượng CO2 trong khí quyển mất ổn định.

Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu có nguồn gốc từ SK - có thể là từ các sinh

vật sống hoặc sản phẩm phụ từ quá trình chuyển hóa của chúng (ví dụ như phân gia

súc). Chúng thuộc loại năng lượng tái tạo hoàn toàn khác với các loại năng lượng khác

như hóa thạch, hạt nhân.

NLSH có đặc điểm là khi bị đốt cháy sẽ giải phóng ra năng lượng hóa học tiềm

ẩn trong nó.

1.1.2. Các dạng nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học được sử dụng ở 03 dạng chính sau [40]:

- Dạng rắn (SK rắn dễ cháy): củi, gỗ và than bùn.

- Dạng lỏng: Các chế phẩm dạng lỏng nhận được trong quá trình chế biến vật

liệu nguồn gốc sinh học như:

+ Cồn sinh học - các loại cồn có nguồn gốc sinh học, ví dụ: etanol sinh học từ

đường mía, ngô đang được sử dụng làm nhiên liệu hoặc phụ gia pha xăng tại Braxin,

Mỹ và một vài nước khác; metanol sinh học (hiện đang được sản xuất chủ yếu từ khí tự

nhiên, song có thể đi từ SK).



+ Dầu mỡ các loại nguồn gốc sinh học: diezel sinh học (Biodiezel) - sản phẩm

chuyển hóa ester từ mỡ động vật hoặc dầu thực vật; Phenol và các loại dung môi, dầu

nhựa thu được trong quá trình nhiệt phân gỗ, v.v…

- Dạng khí: Metan thu được từ quá trình phân hủy tự nhiên các loại phân, chất

thải nông nghiệp hoặc rác thải - biogas; Hyđrô thu được nhờ cracking hyđrocacbon, khí

hóa các hợp chất chứa cacbon (kể cả SK) hoặc phân ly nước bằng dòng điện hay thông

qua quá trình quang hóa dưới tác dụng của một số vi sinh vật; Các sản phẩm khí khác

từ quá trình nhiệt phân và khí hóa SK (các loại khí cháy thu được trong quá trình nhiệt

phân gỗ).

1.1.3. Những lợi ích khi sử dụng nhiên liệu sinh học

Sử dụng NLSH sẽ giảm thiểu ô nhiễm và khí nhà kính

NLSH được sản xuất từ SK, là loại vật liệu xuất phát từ sinh vật (chủ yếu là thực

vật) và là một phần trong chu trình cacbon ngắn. CO2 mà cây hấp thụ từ không khí qua

quá trình quang hợp sẽ quay trở lại bầu khí quyển khi chúng đã bị chuyển hóa thành

năng lượng. Để có thể coi đó là nguồn năng lượng tái tạo thì ít nhất kho sinh khối đó

phải được duy trì không thay đổi. Bởi vì trong chu trình không có lượng CO2 thừa và

NLSH chạy xe phát tán ngược trở lại nên NLSH có thể được coi là yếu tố "cân bằng về

mặt môi trường" thuộc chu trình.

Hiện nay, hàng năm toàn thế giới phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và khí

nhà kính. Nồng độ khí CO2, loại khí nhà kính chủ yếu, tăng trên 30% so với thời kỳ

tiền công nghiệp (từ 280 ppm tăng lên 360 ppm), nhiệt độ trái đất tăng 0,2- 0,40C. Nếu

không có giải pháp tích cực, nồng độ khí nhà kính có thể tăng đến 400 ppm vào năm

2050 và 500 ppm vào cuối thế kỷ XXI, nhiệt độ trái đất tăng thêm 2-40C, gây ra hậu

quả khôn lường về môi trường sống. Sử dụng NLSH so với xăng dầu khoáng giảm

được 70% khí CO2 và 30% khí độc hại, do NLSH chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh,

chứa 11% oxy, nên cháy sạch hơn. NLSH phân huỷ sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm

nguồn nước và đất.



Sử dụng NLSH sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp

Ngành kinh tế nông nghiệp ngoài chức năng cung cấp lương thực thực phẩm,

nguyên liệu công nghiệp, giờ đây có thêm chức năng cung cấp năng lượng sạch cho xã

hội, đóng góp vào việc giảm thiểu khí nhà kính và khí độc hại. Đặc biệt, khi phát triển

NLSH có thể sử dụng các giống cây có dầu, chẳng hạn như J. Curcas trồng trên các

vùng đất hoang hoá hoặc đang sử dụng kém hiệu quả, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng

đất.[18]

Kỹ thuật và kinh tế năng lượng

Sản xuất và sử dụng NLSH đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu hyđrô /pin

nhiên liệu. Khi sử dụng E20, B20 không cần cải biến động cơ, sử dụng được cho các

loại ôtô hiện có, cũng không cần thay đổi hệ thống tồn chứa và phân phối hiện có.

NLSH và nhiên liệu khoáng có thể dùng lẫn với nhau được. Công nghệ sản xuất NLSH

không phức tạp, có thể sản xuất ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn. Sự tiêu

hao nhiên liệu, công suất động cơ tương tự như dùng xăng dầu khoáng. Nhiều công

trình nghiên cứu về cân bằng năng lượng đã cho thấy: Từ 1 đơn vị năng lượng dầu mỏ

sản xuất được 0,87 đơn vị năng lượng xăng, hoặc 1,02 đơn vị năng lượng ETBE, hoặc

2,05 đơn vị năng lượng etanol. Từ 1 đơn vị năng lượng dầu mỏ (dùng để cày bừa, trồng

trọt, chăm sóc, vận chuyển đến chế biến) sẽ tạo ra 1,2 đơn vị năng lượng NLSH. Nếu

kể thêm các sản phẩm phụ (bã thải, sản phẩm phụ) thì tạo ra 2-3 đơn vị NLSH. Như

vậy, cân bằng năng lượng đầu ra so với đầu vào là dương. Hiện tại, giá NLSH còn cao

do sản xuất nhỏ, giá nguyên liệu cao. Khi sản xuất quy mô lớn với công nghệ mới sẽ

giảm giá thành. Nếu xăng dầu không bù giá thì NLSH có giá thành thấp hơn. Có thể

khẳng định, NLSH sẽ đem đến đa lợi ích.

1.2. Etanol sinh học

1.2.1. Tính chất lý hoá học của etanol

Tính chất lý học



Etanol hay Rượu etylic là một chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay,

nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 150C), sôi ở nhiệt độ 78,39 0 C, hóa rắn

ở -114,150C, tan trong nước vô hạn.

Độ nhớt của etanol là 1,200 cP ở 20°C

Tính chất hóa học

Etanol là rượu no, đơn chức, có công thức C2H5OH. Etanol mang đầy đủ tính

chất của một rượu đơn chức như phản ứng thể với kim loại kiềm, phản ứng este hóa,

phản ứng loại nước hay phản ứng tách nước, phản ứng oxi hóa thành andehyt, axit hay

CO2 tùy theo điều kiện phản ứng. Ngoài ra etanol còn có một số phản ứng riêng như

sau:

Phản ứng tạo ra butadien-1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ

Cu + Al2O3 ở 380-4000C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước

2C2H5OH -> CH2=CH-CH2=CH + 2 H2O + H2

Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt

men giấm ở nhiệt độ khoảng 250C.

CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O

1.2.2. Phương pháp sản xuất etanol sinh học

Etanol có thể được sản xuất theo phương pháp hóa học từ nguyên liệu etan hoặc

etylen bằng phương pháp hydrat hóa etylen. Trên thực tế etanol thường được sản xuất

bằng con đường sinh học. Khi đó sản phẩm etanol được gọi là cồn sinh học hay bio-

etanol. Công nghệ chiếm ưu thế hiện nay là chuyển hóa SK thành etanol thông qua lên

men rượu rồi chưng cất. Quá trình lên men rượu này là quá trình chuyển hóa sinh hóa

học. SK sẽ bị men của vi khuẩn hoặc nấm men phân hủy. Phương pháp lên men có thể

áp dụng đối với nhiều nguồn nguyên liệu SK khác nhau.

1.2.2.1. Nguyên liệu SK [28]

Nguyên liệu sản xuất etanol thích hợp nhất là đường (từ củ cải đường, mía), rỉ

đường và cây lúa miến ngọt, tinh bột (khoai tây, các loại hạt lúa, lúa mỳ, ngô, đại



mạch…). Năng suất etanol trung bình dao động từ 2.100 đến 5.600 lít/ ha đất trồng trọt

tùy thuộc vào từng loại cây trồng. Đối với các loại hạt, năng suất etanol thu được vào

khoảng 2.800 lít/ha, tức là vào khoảng 3 tấn nguyên liệu hạt sẽ thu được 1 tấn etanol.

Hiện nay các hoạt động nghiên cứu và phát triển ở châu Âu về lĩnh vực etanol

sinh học chủ yếu tập trung vào sử dụng các nguồn nguyên liệu cellulose (từ gỗ). Các

loại cây trồng quay vòng ngắn (liễu, bạch dương, bạch đàn), các chất thải nông nghiệp

(rơm, bã mía), các phế thải của công nghiệp gỗ, gỗ thải... đều thích hợp để làm nguyên

liệu sản xuất etanol. Cứ khoảng 2 - 4 tấn vật liệu gỗ khô hoặc cỏ khô đã có thể cho 1

tấn etanol. Nguyên nhân khiến người ta chuyển sang sản xuất etanol từ SK cellulose

(gỗ, thân thảo) là vì các loại này sẵn có và rẻ tiền hơn so với các loại tinh bột ngũ cốc

hoặc cây trồng khác, đặc biệt là với những nguồn chất thải hầu như không có giá trị

kinh tế thì vấn đề càng có ý nghĩa, tuy nhiên quá trình chuyển hóa các vật liệu này sẽ

khó khăn hơn. Hàm lượng cellulose, hemicellulose, lignin, đường và tro trong các

nguyên liệu SK được biểu hiện trong Bảng 1 và Bảng 2.

Bảng 1: Thành phần cellulose, hemicellulose và lignin trong SK [42]

Thành phần Phần trăm trọng lượng khô (%)

Cellulose 40-60

Hemicellulose 20-40

Lignin 10-25

Bảng 2: Thành phần đường và tro trong các nguyên liệu SK [43]

Nguyên liệu Đường 6

Cácbon (%)

Đường 5

Cácbon (%)

Lignin

(%)

Tro

(%)

Gỗ cứng 39-50 18-28 15-28 0,3-1,0

Gỗ mềm 41-57 8-12 24-27 0,1-0,4

Phụ phẩm nông nghiệp 30-42 12-39 11-29 2-18



1.2.2.2. Công nghệ chuyển hóa etanol

- Quá trình chuyển hóa từ nguyên liệu chứa đường

Etanol có thể sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu SK khác nhau, nhưng chỉ có

một vài loại cây trồng chứa nhiều loại đường đơn giản, dễ tách nên thuận lợi cho quá

trình xử lý và lên men. Thông thường để tách đường hoàn toàn, quá trình tách (chiết

hoặc nghiền nhỏ) cần được thực hiện lặp đi lặp lại vài lần.

- Quá tình chuyển hóa từ các nguyên liệu chứa tinh bột

Các loại tinh bột ngũ cốc là các vật liệu gồm các phân tử cacbonhydrat phức tạp

hơn nên phải phân hủy chúng thành đường đơn nhờ quá trình thủy phân.

Hạt được xay, nghiền ướt thành dạng bột nhão. Trong quá trình này đã có một

lượng đường được giải phóng. Nhưng để chuyển hóa tối đa lượng tinh bột thành

đường, tạo điều kiện lên men rượu, bột nhão được nấu và cho thủy phân bằng enzym

(ví dụ amylaza). Trong trường hợp thủy phân bằng axit thì cần rót axit loãng vào khối

bột nhão trước khi đem nấu. Quá trình lên men được xúc tiến mạnh khi có mặt một số

chủng men rượu. Để thuận lợi cho quá trình lên men, pH của dịch thủy phân cần điều

chỉnh ở mức 4,8 - 5,0. Etanol sinh ra trong quá trình lên men sẽ hòa tan trong nước.

Quá trình lên men rượu này sinh ra CO2. Nhờ hàng loạt bước chưng cất và tinh cất để

loại nước, nồng độ etanol sẽ được tăng cao tối đa (có thể đạt mức cồn tuyệt đối - etanol

khan).

- Quá trình chuyển hóa từ nguyên liệu chứa celluose [28]

Quá trình chuyển hóa SK là hỗn hợp cellulose thành etanol chỉ khác với quá

trình lên men tinh bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn sẵn sàng cho quá trình

lên men. Thủy phân hỗn hợp cellulose khó hơn thủy phân tinh bột vì hỗn hợp cellulose

là tập hợp các phân tử đường liên kết với nhau thành mạch dài (polyme cacbonhyđrat)

gồm khoảng 40 - 60% cellulose và 20 - 40% hemicellulose, có cấu trúc tinh thể, bền.

Hemicellulose chứa hỗn hợp các polyme có nguồn gốc từ xylo, mano, galaeto hoặc

arabino kém bền hơn cellulose. Nói chung hỗn hợp cellulose khó hòa tan trong nước.



Phức polyme thơm có trong gỗ là lignin (10 - 25%) không thể lên men vì khó phân hủy

sinh học, nhưng có thể tận dụng vào việc khác.

Quá trình xử lý sơ bộ:

Một số phương pháp xử lý sơ bộ được trình bày trong Bảng 3 sau đây:

Đường xylose

và nước

Hình 1: Quá trình thủy phân để sản xuất đường từ cellulose

đi theo sau là quá trình lên men để sản xuất etanol sinh học [35]

Nguyên liệu SK ligno-cellulose

Thủy phân giải phóng xylose từ

hemicellulose

Phân loại Lên men xylose thành etanol

Ligin làm nhiên liệu

cung cấp nhiệt

Cột

chưng

cất

thu

hồi

etanol

Etanol

Nồi hơi

Thủy phân cellulose giải phóng glucose

Nhiệt

Lên men glucoce

Bánh lignin/

cellulose rắn

Đường glucose

Và lignin rắn

Lên men

cả hai loại

Nước



Bảng 3: Các phương pháp xử lý sơ bộ [26]

Phương pháp Tiền xử lý

Đặc điểm Ưu điểm Nhược điểm

Tài liệu tham khảo

Bằng hơi (có H2SO4, SO2.

CO2)

- Hơi nước bão hòa áp suất cao và giảm áp 160-2600C (0,7- 4,8 Mpa), - Thời gian <10 phút

Hiệu quả đối với gỗ cứng

- Phân hủy xylan

- Ức chế vi sinh vật

- Kuznetsov et al. 2002

AFEX - NH3 lỏng ở nhiệt độ và áp suất cao và giảm áp 1-2 g NH3/g SK khô ở 900C trong 30 phút

- Đường hóa nhanh đối với cây trồng thảo mộc - Xylan mất ít hơn cách xử lý bằng hơi axit - Không hình thành sự ức chế

- Hiệu quả thấp đối với SK chứa lignin cao - Thu hồi amoniac

- Holtzapple et al. 1991 - Vlasenko et al. 1997

Ôzon 35mg/l ozon ở 250C

- Hiệu quả đối với ligin - Không hình thành sự ức chế - Nhiệt độ và áp suất trung bình

- Đòi hỏi lượng ozon lớn - Đắt đỏ

- Roncero et al. 2003

Thủy phân bằng axit

H2SO4, HCl - Thủy phân bằng axit loãng - Điều kiện trung bình - Năng suất cao đối với xylan thành xylose

- ăn mòn và độc tố - Thu hồi axit - Khá đắt đỏ

- Bhandari et al. 1983 - Ragg et al. 1987 - Carrasco et al. 1992

Thủy phân bằng kiềm

NaOH, Ca(OH)2, NH3

- Loại bỏ este hiệu quả - Tăng diện tích bề mặt - Giảm DP

Thu hồi kiềm

- Fan et al. 1987 - Chang et al. 1998 - Kaar et al. 2000

Organo- solvolysis

MeOH, EtOH, axeton với HCl hoặc H2SO4

- Năng suất xylose cao

- Thu hồi dung môi - Đắt đỏ

- Chum et al. 1990 - Vázquez et al. 1997



Sinh học Nấm nâu, nấm trắng

- Phân hủy lignin hiệu quả - Yêu cầu năng lượng thấp

- Ức chế vi sinh vật - Mất cellulose và năng suất thấp

- Crawford et al. 1984 - Costa et al. 2002

Quá trình thủy phân:

Thủy phân bằng axit

Trong ngành công nghiệp sản xuất etanol, người ta ưu tiên sử dụng công nghệ

thuỷ phân bằng axit vì giá thành của enzyme cellulase quá cao. Theo nguyên tắc, bất cứ

axit nào cũng có thể sử dụng cho quá trình thuỷ phân, nhưng trên thực tế, axit sunfuric

vẫn được dùng phổ biến nhất vì giá thành của nó rẻ và cho hiệu quả thuỷ phân tương

đối cao.

Axit sunfuric sử dụng có thể là axit đặc hoặc axit loãng.

Thủy phân bằng axit loãng

Hình 2: Thủy phân bằng axit sunfuric loãng [39]

Giảm kích thước

Bước 1: Tiền xử lý

bằng axit loãng

Bước 2: Thủy phân

bằng axit loãng

Sản xuất điện/ nhiệt

Lọc etanol

Thiết bị lên men

Thạch cao Trung hòa/ Khử chất độc



Quá trình thủy phân nguyên liệu thành đường tự do sẵn sàng lên men bằng axit

sunfuric loãng phải trải qua 2 bước:

- Bước 1: Thủy phân bằng axit loãng nồng độ 0,5% để phá vỡ liên kết hyđro

giữa các mạch cellulose và phá vỡ cấu trúc tinh thể của chúng thực hiện ở nhiệt độ

200oC. Kết quả thủy phân bước 1 sẽ chuyển hóa hemicellulose thành đường 5C và 6C

(chủ yếu xylo và mano) dễ lên men tạo thành etanol đồng thời bẻ gãy cấu trúc

cellulose.

- Bước 2: Để chuyển hóa hoàn toàn cấu trúc cellulose đã gãy thành đường gluco

C6, bước thủy phân thứ 2 sử dụng axit nồng độ 2% được thực hiện ở nhiệt độ 240oC.

Thủy phân bằng axit đặc

Hình 3: Thủy phân bằng axit sunfuric đặc [38]

Tách đường và axit

H2SO4 đậm đặc

Thủy phân Thủy phân

Nước

Sử dụng lignin

Thu hồi etanol

Thiết bị lên men Dịch đường đã lọc

Bể trung hòa Nước

Tập trung axit

Thạch cao

Chuyển đổi



Quá trình thuỷ phân vẫn được tiến hành qua hai bước, bước thứ nhất để thuỷ

phân hemicelulose, được tiến hành ở 100oC, trong thời gian từ 2 – 6h, nồng độ axit cho

vào là 10%. Ở giai đoạn thuỷ phân thứ nhất, sau khi axit phân huỷ hemicellulose, hỗn

hợp sẽ được pha loãng bằng nước, sự thuỷ phân xảy ra trong bước pha loãng thu được

phần lớn đường. Sau đó, hỗn hợp được lọc để thu hồi dung dịch, phần chất rắn còn lại

được đem thủy phân tiếp. Tại đây axit đặc phá vỡ liên kết hydro giữa các chuỗi

cellulose, biến đổi chúng thành dạng vô định hình hoàn toàn. Khi cellulose được

decrystallization, chúng tạo thành một dạng chất lỏng, Cellulose rất dễ bị thuỷ phân ở

thời điểm này. Chính vì vậy, pha loãng dung dịch bằng nước ở nhiệt độ thường sẽ làm

cho sự thuỷ phân glucose diễn ra nhanh chóng và hoàn toàn, với ít sự thất thoát nhất.

Lignin được thu hồi để tận dụng làm các sản phẩm khác (thức ăn gia súc). Trong quy

trình này, người ta sử dụng màng lọc để phân tách đường và axit, hệ thống thu hồi và

cô đặc axit nhằm tận dụng quay vòng lại lượng axit sunfuric trong dung dịch. Tuy

nhiên, hệ thống này có giá thành rất cao, do vậy người ta thường sử dụng một lượng

lớn vôi để trung hoà axit trong dung dịch trước khi tiến hành lên men. Sự trung hoà này

tạo ra một lượng lớn thạch cao CaSO4. Ưu điểm của quy trình là hiệu quả thuỷ phân

cao, có thể thu hồi được 90% cả đường của cellulose và đường của hemicellulose. Quá

trình thủy phân cellulose thành gluco bằng axit có thể thay thế bằng men phân hủy

cellulose [26].

Thủy phân bằng enzyme [39]

Quá trình thủy phân bằng enzyme vàquá trình lên men có thế được diễn ra đồng

thời với nhau hoặc tách riêng.

Thuỷ phân và lên men tách riêng: Vật liệu sau khi được nghiền mịn (giảm kích

thước) sẽ được Xử lý sơ bộ bằng axit loãng để thuỷ phân hemicellulose, chất rắn còn

lại (cellulose, lignin) sẽ được thuỷ phân bằng enzyme. Trong bước xử lý sơ bộ, chuỗi

liên kết các loại đường cấu thành nên hemicellulose bị phá vỡ, các phân tử



hemicellulose sẽ bị phân huỷ thành các đường đơn. Cụ thể là các đường 5C có thể hoà

tan như xylose, araibinose và các đường 6C có thể hoà tan như mannose và galactose.

Một lượng nhỏ cellulose cũng được chuyển hoá thành glucose trong bước này. Tiếp

đến cần nuôi dưỡng enzyme để thuỷ phân cellulose, enzyme cellulase được sử dụng để

thuỷ phân các phân tử cellulose thành đường glucose. Trong phản ứng thuỷ phân

cellulose, enzyme cellulase được sử dụng để phá vỡ chuỗi liên kết glucan của cellulose,

giải phóng ra glucose. Quá trình thuỷ phân cellulose còn được gọi là sự hoá đường

cellulose. Dung dịch thu được sau giai đoạn xử lý sơ bộ và giai đoạn thuỷ phân

cellulose được lên men bằng vi sinh vật. Sau đó người ta chưng cất để thu hồi etanol

tinh khiết. Trong quy trình này quá trình thuỷ phân và quá trình lên men được tiến hành

tách rời.

Hình 4: Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men tách riêng

(SCF: separate hydrolysis and fermentation)

Thuỷ phân và lên men đồng thời: Khác với quy trình thủy phân và lên men

đồng thời, ở quy trình này quá trình thuỷ phân cellulose và quá trình lên men được tiến

hành đồng thời. Quy trình này tuy không phải thực hiện sự thủy phân trước nhưng hạn

chế của nó là làm xuất hiện các phản ứng lên men đồng thời phức tạp, và làm phát sinh

Giảm kích thước Xử lý sơ bộ

bằng axit loãng

Thủy phân lấy đường từ

hemicellulose

Thủy phân cellulose

bằng

Chế biến chất thải rắn

Lên men

Thu hồi etanol

Thủy phân

với đường từ cellulose

Sản xuất enzyme



các sản phẩm của sản xuất etanol sinh học ức chế hoạt động của enzyme. Quy trình này

được biểu diễn ở Hình 5.

Hình 5: Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men đồng thời

(SSCF: simultaneous saccharification and cofermentation)

1.2.2.3. Thực trạng công nghệ và tính kinh tế [28]

Lên men đường và sản xuất etanol là công nghệ cổ truyền, đang được áp dụng

trên phạm vi kinh doanh rộng. Để giảm chi phí sản xuất và hạ giá thành sản phẩm hơn

nữa thì cần cải tiến công nghệ và tìm kiếm các nguồn SK rẻ hơn (giá nguyên liệu

chiếm 55 - 80% giá sản phẩm cuối). Các công ty của Mỹ và Canađa hiện đang tiếp tục

nghiên cứu tận dụng nguồn SK, là hỗn hợp cellulose và các nguồn phế thải khác.

Để dùng làm nhiên liệu, etanol phải ở dạng cồn tuyệt đối (xấp xỉ 100%), hiện

nay người ta đang tiếp tục cải tiến khâu loại bỏ triệt để nước từ sản phẩm bằng cách sử

dụng phương pháp lọc màng phân tử.

Còn một công nghệ sản xuất etanol khác là thông qua con đường khí hóa

nguyên liệu, xong rất phức tạp và không kinh tế.

Chi phí đầu tư ngắn hạn cho một cơ sở sản xuất etanol từ hạt ngũ cốc tại châu

Âu, dự tính 290 euro/kW nhiệt (đối với nhà máy 400 MW nhiệt). Nếu đầu tư dài hạn

Giảm kích thước Tiền xử lý bằng axit

loãng

Thủy phân lấy đường từ hemicellulose

Sản xuất enzyme

Chế biến chất thải

rắn

Đường hóa và lên men đồng thời

Thu hồi etanol



chi phí có thể giảm 40%. Nếu nhà máy sản xuất etanol từ nguồn gỗ, chi phí đầu tư

ngắn hạn khoảng 350 euro/ kW nhiệt, nếu đầu tư dài hạn chi phí giảm 50%.

Chi phí sản xuất etanol từ đường và ngũ cốc tại châu Âu và Mỹ hiện khá cao: 15

- 25 euro/ GJ (1Giga Jun = 109 Jun) đi từ củ cải ngọt và 20 euro/ GJ đi từ ngô, tức là

etanol có giá 0,32 - 0,54 euro/ lít (tương đương với 8.640- 14.580VNĐ,1 euro = 27.000

VNĐ). Nếu sản xuất từ nguồn cellulose, giá etanol còn 0,11 - 0,32 euro/ lít (tương

đương với 2.970- 8.640VNĐ.

1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol sinh học

1.2.3.1. Sản xuất và sử dụng etanol sinh học trên thế giới [24]

Hiện nay có khoảng 50 nước trên thế giới khai thác và sử dụng NLSH ở các

mức độ khác nhau. NLSH được dùng làm nhiêu liệu cho ngành giao thông bao gồm:

Dầu thực vật sạch, etanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), ethyl tertiary butyl

ether (ETBE) và các sản phẩm từ chúng. Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng

50 tỷ lít etanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến năm

2012 là khoảng 80 tỷ lít; năm 2005 sản xuất 4 triệu tấn diesel sinh học (B100), năm

2010 sẽ tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn. Sản lượng etanol ở một số nước đứng đầu

trên thế giới được chỉ ra ở Bảng 4.

Bảng 4: Tổng sản lượng etanol hàng năm ở một số nước [28]

Tổng sản lượng Etanol hàng năm của 15 nước

đứng đầu (2004-2006)

(Triệu tấn gallon Mỹ)

Tổng sản lượng Etanol hàng

năm 15 nước đứng đầu (2007)

(Triệu tấn gallon Mỹ)

Xếp hạng

thế giới Đất nước 2006 2005 2004

Xếp hạng

thế giới

Đất nước/ Vùng

2007

1 Mỹ 4.855 4.264 3.535 1 Mỹ 6,498,6

2 Brazil 4.491 4.227 3.989 2 Brazil 5,019,2

3 Trung Quốc

1.017 1.004 964 3 Liên minh Châu Âu

570,3



4 Ấn Độ 502 449 462 4 Trung Quốc 486,0

5 Pháp 251 240 219 5 Canada 211,3

6 Đức 202 114 71 6 Thái Lan 79,2

7 Nga 171 198 198 7 Campuchia 74,9

8 Canada 153 61 61 8 Ấn Độ 52,8

9 Tây Ban Nha

122 93 79 9 Trung Mỹ 39,6

10 Nam Phi 102 103 110 10 Australia 26,4

11 Thái Lan 93 79 74 11 Thỗ Nhĩ Kỳ 15,8

12 Anh Quốc

74 92 106 12 Pakistan 9,2

13 Ukraine 71 65 66 13 Peru 7,9

14 Ba Lan 66 58 53 14 Argentina 5,2

15 Saudi Arabia

52 32 79 15 Paraguay 4,7

Tổng số 13.489 12.150 10.770 Tổng số 13.101,7 (Ghi chú: 1 gallon Mỹ = 3,785 lít)

Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít etanol, chiếm 1/3 sản xuất toàn cầu. Năm

2006, Brazil đã có trên 325 nhà máy etanol, và khoảng 60 nhà máy khác đang xây cất,

để sản xuất xăng etanol từ mía (đường, nước mật, bả mía), và bắp; đã sản xuất 17,8 tỷ

lít etanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013.

Hiện tại, diện tích trồng mía ở Brazil là 10,3 triệu ha, một nửa sản lượng mía

dùng sản xuất xăng-etanol, nửa kia dùng sản xuất đường. Dự đoán là Brazil sẽ trồng 30

triệu ha mía vào năm 2020. Vì lợi nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá rừng

Amazon để canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu sản xuất xăng sinh họcvừa tiêu

thụ trong nước vừa xuất khẩu. Giá xăng etanol được bán bằng nửa giá xăng thường tại

Brazil.



Hoa kỳ sản xuất Etanol chủ yếu từ hạt bắp, hạt cao lương và thân cây cao lương

ngọt, và củ cải-đường. Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ dùng

để sản xuất etanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp 46% nhiên liệu cho

xe hơi năm 2010, và 100% vào 2012. Hãng General Motor đang thực hiện dự án sản

xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệu xe hơi chạy bằng E85.

Hảng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng etanol. Hiện tại nông dân Hoa Kỳ

chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng sinh học, vì vậy số lượng xuất khẩu hạt

ngũ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá nông sản thế giới gia tăng Vì giá cả xăng sinh

học còn cao hơn xăng thường, chính phủ Mỹ phải trợ cấp, khoảng 1,9 USD cho mỗi

gallon (=3,78 lít) xăng sinh học, trợ cấp tổng cộng khoảng 7 tỷ USD/năm.

Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất xăng sinh học trong cộng đồng EU, trong đó có

khoảng 0,48 triệu tấn etanol. Nguyên liệu chính sản xuất etanol là củ cải đường.

Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều etanol sinh học trong cộng đồng Âu châu với

mức khoảng 1,07 triệu tấn etanol và diesel sinh học năm 2006. Công ty Diester sản

xuất diesel sinh học và Téréos sản xuất etanol là 2 đại công ty của Pháp.

Thuỵ Điển có chương trình chấm dứt hoàn toàn nhập khẩu xăng cho xe hơi vào

năm 2020, thay vào đó là tự túc bằng xăng sinh học. Hiện nay, 20% xe ở Thuỵ Điển

chạy bằng xăng sinh học, nhất là xăng etanol. Thuỵ Điển đang chế tạo xe hơi vừa có

khả năng chạy bằng etanol vừa có khả năng chạy bằng điện. Để khuyến khích sử dụng

xăng sinh học, chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế xăng sinh học, và trợ cấp xăng

sinh học rẻ hơn 20% so với xăng thông thường, không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và

một số thành phố lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ hơn.

Vương quốc Anh đặt chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng sinh học năm

2010. Hiện tại các xe bus đều chạy xăng sinh học. Hảng hàng không Virgin (Anh quốc)

bắt đầu sử dụng xăng sinh học cho máy bay liên lục địa.

Trung quốc đã sản xuất 920.000 tấn etanol. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn

etanol vào năm 2010, và 300 triệu tấn etanol vào 2020. Hiện nay Trung quốc chỉ cho



phép trồng sắn, lúa miến ngọt và một số hoa màu không quan trọng khác trên các

loại đất nghèo dinh dưỡng, không thích ứng sản xuất nông nghiệp như ở Shangdong

và Xinjiang Uygur.

Ở Ấn Độ, Chính phủ đã có chính sách sử dụng xăng etanol E5 hiện nay, và E10

và E20 trong những năm tới. Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu lai để sản xuất

diesel sinh học, và diện tích mía cho sản xuất xăng etanol.

Thái Lan bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng sinh học từ năm 1985. Năm 2001,

Thái Lan thành lập Uỷ ban NLSH để điều hành và phát triển nghiên cứu NLSH. Xăng

E10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.

Sử dụng etanol sinh học: etanol sinh học chủ yếu được nghiên cứu sử dụng làm nhiên liệu [28]:

Etanol có thể làm phụ gia cấp oxy cho xăng (nồng độ 3%) giảm phát thải khí

CO đồng thời làm phụ gia thay thế chì tetraetyl, hoặc cũng có thể thành nguyên liệu

sản xuất etylterbutyleter (ETBE)- một phụ gia cho xăng. Etanol còn được dùng làm yếu

tố tăng chỉ số octan cho xăng và qua đó giảm nổ và cải thiện tiếng ồn động cơ.

Chỉ số octan ở etanol cao nên rất thích hợp với hệ đánh lửa động cơ đốt trong

của ô tô, song chỉ số xetan thấp nên không thích hợp lắm với động cơ diezel. Giải pháp

kỹ thuật đối với điều này là người ta sẽ đưa vào nhiên liệu một lượng nhỏ dầu diezel

hoặc là sử dụng phụ gia.

Bảng 5: So sánh một số chỉ tiêu giữa etanol, xăng và ETBE

TT Đặc tính nhiên liệu Etanol ETBE Xăng (Quy ước)

1 Công thức hóa học C2H5OH C4H9-OC2H5 C8H15

2 Khối lượng phân tử (kg/kmol) 46 102 111

3 Chỉ số octan (RON) 109 118 97

4 Chỉ số octan (MON) 92 105 86

5 Chỉ số xetan 11 - 8

6 Áp lực bay hơi Reid là chỉ số đo độ

bay hơi của nhiên liệu (kPa) ở 150C

16,5

28

0



7 Khối lượng riêng (kg/l) ở 150C 0,80 0,74 75

8 Giá trị calo thấp hơn (MJ/kg) ở

150C

26,4 36 0,75

Chỉ số octan của etanol cao hơn xăng nên có tác dụng giảm tiếng ồn động cơ tốt

hơn, hơn nữa etanol chứa oxy nên hiệu quả nhiên liệu ở động cơ được cải thiện hơn.

Pha trộn với tỉ lệ hợp lý giữa etanol và xăng sẽ làm tăng hiệu quả động cơ xe. Các loại

xe chạy nhiên liệu xăng pha etanol được gọi là xe chạy nhiên liệu gasohol. Thông

thường gasohol có tỉ lệ pha trộn 10% etanol 90% xăng không pha chì (E10). Nếu xe

được cải thiện bộ phận đánh lửa ở động cơ, có thể chạy với nhiên liệu gasohol E85

(85% etanol và 15% xăng). Đa số các loại xe thiết kế ở Mỹ hiện nay có thể chạy nhiên

liệu tùy ý cả E85 lẫn chạy hoàn toàn xăng (E0). Dùng gasohol có tỷ lệ pha trộn từ 10 -

30% etanol vào xăng thì không cần cải tiến động cơ xe.

Xu hướng sản xuất etanol từ nguyên liệu SK

Theo nhận định của ông Donald Coxe, nhà chiến lược hàng đầu, của tập đoàn

tài chính BMO Canada, một cuộc khủng hoảng lương thực mới đang xuất hiện và sẽ

trở nên trầm trọng hơn bất kỳ cuộc khủng hoảng lương thực nào trước đây thế giới

từng chứng kiến. Việc sử dụng đất để trồng cây nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh

học có thể ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực, hoặc làm tăng giá lương thực,

đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Khi nông dân trồng cây nguyên liệu có lợi

hơn trồng cây lương thực sẽ làm giảm sản lượng lương thực. Để giải quyết nguồn

nguyên liệu SK sản xuất năng lượng sinh học, ngoài cây lương thực, các quốc gia có

nguy cơ thiếu nhiều năng lượng đang tìm kiếm các nguồn cây trồng khác có thể canh

tác trên đất hoang hóa, trên cạn, dưới nước, đồng thời tích cực tìm kiếm công nghệ

mới thu hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên liệu, hạ giá thành.

Tính toán sản lượng lý thuyết etanol từ 1 tấn nguyên liệu khô như Bảng 6.



Bảng 6: Sản lượng lý thuyết Etanol sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu khô [20]

Sản lượng dự tính (theo lý thuyết) cho mỗi tấn nguyên liệu khô Nguyên liệu Gallons Lít

Hạt bắp ngô 124,4 470,854 Thân và lá bắp ngô 113,0 427,705 Rơm rạ 109,9 415,971 Phế phẩm của bông sợi 56,8 214, 988 Phế phẩm lâm nghiệp 81,5 308,477 Mạt cưa 100,8 381,528 Bã mía 111,5 422,027 Giấy vụn 116,5 439,817

1.2.3.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học tại Việt Nam [23]

Đứng trước cuộc khủng hoảng năng lượng trên, Việt nam cũng đã tiến hành

nghiên cứu sử dụng các dạng năng lượng tái tạo. Trong đó năng lượng sinh học rất

được chú ý. Các cuộc hội thảo diễn ra vào tháng 7/2006 tại Tp. Hồ Chí Minh và tháng

10/2007 tại Hà Nội đã thu hút sự chú ý của hàng trăm nhà khoa học và kinh doanh

chung quanh vấn đề xăng sinhhọc. Qua các cuộc hội thảo này, một số chuyên gia và

nhà kinh doanh đã đề cập đến việc sử dụng lúa gạo, mía đường, để sản xuất etanol; cây

dầu lai (miền Bắc gọi là cây dầu mè – Jatropha curcas), mỡ cá ba sa (khoảng 40.000

tấn/năm). Hội thảo cũng đề cập đến 3 lý do chính hạn chế phát triển xăng sinh học là:

(i) số lượng nguyên liệu sản xuất xăng sinh học là tinh bột ngủ cốc, mật rỉ đường và

mỡ cá ba sa còn hạn chế; (ii) chưa có đầu tư thích đáng vì chưa có hỗ trợ của Chính

phủ, (iii) Chính phủ chưa có chính sách, chiến lược phát triển NLSH. Các nhà khoa học

và kinh doanh đang mong chờ Chính phủ ban hành chính sách và luật lệ rõ ràng. Nhiều

công ty đã sẵn sàng đầu tư nghiên cứu phát triển NLSH như mía đường Lam Sơn ở

Thanh Hoá, Sài Gòn Petro, Công ty Rượu Bình Tây, Công ty Chí Hùng, v.v. Tuy nhiên

chưa có một nhà kinh doanh nào dám mạnh dạn đầu tư nghiên cứu khi chính phủ chưa

có chính sách quy định cụ thể.



“Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”

đã được Chính phủ phê duyệt vào ngày 20/11/2007 theo đó “Giai đoạn 2011-2015, sẽ

phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu truyền

thống, mở rộng quy mô sản xuất và mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và

các ngành sản xuất công nghiệp khác. Đến năm 2020, công nghệ sản xuất nhiên liệu

sinh học ở Việt Nam sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 5

tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu biodiesel B10/năm”.

Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng 9,3 triệu ha), dân đông (85

triệu năm 2007, trung bình mỗi đầu người 0,11 ha), lại nghèo (GDP trung bình là

US$726/đầu người năm 2006), vùng sản xuất nông nghiệp chính là đồng bằng Cửu

Long và Sông Hồng đã quá tải. Đất canh tác hiện nay phải tiếp tục sản xuất lương thực

thiết yếu cho đời sống người dân. Vì vậy, Việt Nam phải tìm nguồn nguyên liệu thực

vật nào để sản xuất xăng sinh học mà không ảnh hưởng đến sản xuất và cung cấp lương

thực. Cụ thể là: (i) không ảnh hưởng đến diện tích đất trồng cây lương thực, chăn nuôi

gia súc, nuôi cá tôm hiện tại; (ii) không được phá thêm rừng; (iii) thích hợp trên diện

tích đất bỏ hoang cằn cổi, sa mạc hoá, tổng cộng khoảng 10 triệu ha, gồm đất đồi trọc ở

Miền Bắc (4,77 triệu ha), Bắc Trung Bộ (1,9 triệu ha), phía Nam Trung Bộ (1,63 triệu

ha), và Tây nguyên (1,05 triệu ha, (iv) có hiệu quả kinh tế cao; (v) tăng lợi nhuận, giúp

xoá đói giảm nghèo cho nông dân.

Hiện nay, cây lúa miến ngọt (sweet sorghum) là một cây trồng được quan tâm

trrong nghiên cứu sản xuất etanol sinh học: Trồng cây lúa miến ngọt trong mùa hạn

trên vùng ruộng sạ ở đồng bằng Cửu Long. Trước 1960, sau khi gặt lúa sạ, tại An

Giang Châu Đốc đất bỏ hoang từ tháng 1 đến tháng 5 dương lịch là lúc mùa khô, thiếu

nước canh tác. Bắt đầu khoảng sau 1965, nông dân trồng cây lúa miến trong các tháng

mùa khô trên đất thiếu nước để làm thức ăn cho gia súc và cá, và lúa thuần nông trên

một số ruộng đất dọc sông rạch có khả năng bơm nước. Hiện nay, đa số đất còn bỏ



hoang trong mùa khô vì thiếu nước, hay không có lợi khi canh tác lúa (vì giá xăng,

phân, thuốc quá cao).

Lúa miến chịu hạn hán, chịu được đất phèn, đất mặn, đất kiềm, chịu được nước

ngập, ít sâu bọ bệnh tật, ít đòi hỏi phân bón, ít tốn nước tưới (chỉ bằng 1/4 nhu cầu

nước của mía). Đây là loại cây trồng phù phợp với đất vùng Tứ Giác Long Xuyên.

1.3. Sản xuất nông nghiệp và thực trạng sử dụng phế PPNN ở Việt Nam

1.3.1. Tình hình sản xuất nông nghiệp

Nông nghiệp Việt Nam gồm có 2 ngành chính là trồng trọt và chăn nuôi trong

đó trồng trọt tập trung vào các loại cây: lúa, ngô, khoai, sắn...các loại cây công nghiệp

ngắn,dài ngày. Diện tích gieo trồng và sản lượng một số loại cây trồng công nghiệp

hàng năm được chỉ ra ở Bảng 7.

Bảng 7: Diện tích gieo trồng và sản lượng một số loại cây trồng năm 2008 [13]

TT

Cây trồng Diện tích gieo trồng

(nghìn ha)

Sản lượng

(nghìn tấn)

1 Lúa 7414,3 38725,1

2 Ngô 1125,9 4531,2

3 Khoai lang 162,2 1323,9

4 Sắn 557,7 9395,8

5 Cây công nghiệp hàng năm

Bông 5,2 6,9

Đay 3,4 8,8

Cói 11,7 84,7

Mía 271,1 1628,0

Lạc 256,0 533,8

Đậu tương 191,5 268,6

Thuốc lá 16,4 28,7



Số liệu bảng 7 cho thấy cây trồng nông nghiệp chủ yếu là lúa, sau đó là ngô, các

cây trồng khác chiếm tỉ lệ nhỏ hơn. Như vậy, lượng PPNN (phần để lại sau thu hoạch

như gốc rễ,thân, lá…) sau mỗi vụ thu hoạch rất lớn. Nếu tính sơ bộ, lượng phụ phẩm

chiếm 50% SK thì hàng năm cũng có tới trên 38 triệu tấn rơm rạ từ cây lúa và khoảng

16 triệu tấn thân cây ngô bị bỏ lại trên đồng ruộng. Đây là lượng SK rất lớn, một nguồn

nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất etanol nếu được đầu tư nghiên cứu.

1.3.2. Phụ phẩm nông nghiệp và các vấn đề phát thải sau thu hoạch

1.3.2.1. Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp

Hiện nay, PPNN (rơm rạ) thường được sử dụng làm thức ăn gia súc, trồng nấm

và tận dụng làm phân bón hữu cơ. Trong vài năm gần đây PPNN đang thu hút sự quan

tâm của các nhà khoa học, các ngành về tiềm năng sản xuất điện và etanol.

a- Làm thức ăn gia súc

PPNN thường được làm thức ăn cho gia súc. Đặc biệt được ủ với u rê làm

nguyên liệu giàu dinh dưỡng, dự trữ cho mùa đông thiếu thức ăn xanh.

Các PPNN thường dùng là rơm rạ, thân cây lạc, ngọn lá sắn, bã mía, v.v. [14]

b- Tận dụng phế phụ phẩm làm phân bón hữu cơ

Khi được sử dụng là nguồn nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ sinh học,

PPNN được phối trộn lẫn với một số nguyên liệu khác như phân chuồng, đạm, chế

phẩm vi sinh vật. Các PPNN thường dùng là xác bã thực vật như xác rau xanh, thân

cây lạc.[22]

Ngoài ra còn sử dụng một số nguồn nguyên liệu là PPNN khác như vỏ cà phê,

rơm rạ…

c- Sản xuất điện

Sử dụng PPNN sản xuất điện đã và đang được nghiên cứu. Các PPNN được

nghiên cứu là vỏ trấu, lõi ngô, bã mía.



Năm 2006, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã hoàn

thiện công nghệ sản xuất điện từ các loại PPNN. Viện đã xây dựng được 7 lò sấy và

phát nhiệt ở tỉnh Long An, Kiên Giang, Tp Hồ Chí Minh, Gia Lai... [20,21]

Dây chuyền công nghệ sản xuất điện gồm 6 bộ phận: nồi hơi và lò đốt, tuốc bin

hơi, máy phát, thiết bị trao đổi nhiệt, máy sấy tầng sôi, máy sấy thấp. Nguyên lý hoạt

động khá đơn giản: Nước sạch từ hệ thống cấp nước được đưa vào bộ xử lý nước rồi

chảy vào bể chứa.

Theo tính toán của Phạm Văn Lang, sản xuất 1 KW điện cần khoảng 3 - 4 kg

chất thải là PPNN.

d- Sản xuất etanol sinh học

Nghiên cứu sản xuất etanol làm nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu từ PPNN đã

được quan tâm.

Các nhà khoa học Đài Loan thành công trong phòng thí nghiệm biến chế etanol

từ rơm rạ, cứ mỗi 10 kg rơm rạ thu được 2 lít cồn 99,5% để pha làm xăng sinh học

(Taipei Times, 19/2/2008), nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản xuất quy mô

thương mại. Các nghiên cứu ở Trung quốc cho thấy, xăng sinh học sản xuất từ rơm rạ

đắt hơn xăng dầu mỏ khoảng 250 USD/tấn. Hãng General Motors của Hoa Kỳ đã hợp

tác với Công ty sản xuất etanol Coskata để sản xuất thanol từ thân bắp vào cuối năm

2008, và kể từ 2011 sẽ sản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm, với giá 1 USD/gallon

[23,28].

Ở Việt Nam, theo nghiên cứu thuộc đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý một số

loại PPNN bằng nước áp suất cao để thu dung dịch đường có khả năng lên men tạo

thành Etanol” của Nguyễn Hoàng Dũng (Đại học Bách Khoa, TP.HCM), PPNN được

sử dụng là rơm, rạ, trấu. Để “biến” thành etanol, rơm, rạ, trấu được xử lý bằng thiết bị

phản ứng thủy nhiệt ở quy mô phòng thí nghiệm. Sau đó được tiếp tục nghiên cứu ở

quy mô pilot trên thiết bị cấp hơi nước áp suất cao. Thiết bị thủy nhiệt này do Trường

Đại học Tokyo (Nhật Bản) cung cấp.



Cả 3 loại phụ phẩm trên được xử lý hơi nước ở nhiều chế độ thí nghiệm khác

nhau, sau đó chúng được phân tích bằng acid để xác lập chế độ tối ưu cho quá trình xử

lý hơi nước.

Trên cơ sở đó, nghiên cứu quá trình thủy phân Enzym và lên men để chứng

minh khả năng chuyển hóa rơm rạ, trấu là các nguồn phế PPNN chủ yếu hiện nay thành

cồn nhiên liệu. Nhóm nghiên cứu đã thu được cồn nhiên liệu trên 900.

1.3.2. Vấn đề phát thải sau thu hoạch

Hiện nay, PPNN không còn được sử dụng nhiều trong chăn nuôi do xu hướng

sử dụng thức ăn chăn nuôi công nghiệp đang diễn ra mạnh mẽ. Hơn nữa, việc sử dụng

phụ phẩm theo cách thức truyền thống cho việc đun nấu không còn nữa. Do vậy, người

dân sau khi thu hoạch sản phẩm chính, phần còn lại (phụ phẩm) được thải bỏ tại đồng

ruộng, chất đống rồi đốt. Việc đốt phụ phẩm này không những gây ô nhiễm môi trường

do phát thải vào không khí nhiều khí độc hại mà còn lãng phí tài nguyên và gây ra

nhiều tác hại khác.

Theo nghiên cứu của Ấn

Độ, việc đốt rơm rạ hay tàn dư

cây trồng trong vùng đồng bằng

sông Hằng thải ra khoảng 0,14

triệu tấn khí metan (CH4). Số

lượng này tương đương 20% của

tổng khí CH4 thoát ra từ cánh

đồng lúa nước trong cùng một

vùng. Khí CO2 sinh ra do việc

Hình 6: Đốt rơm rạ sau thu hoạch tại ruộng

dùng dầu diesel để chạy máy nông nghiệp và do quá trình đốt cháy tàn dư cây trồng

hoặc rơm rạ. Khí N2O do đốt cháy tàn dư cây trồng sản sinh ra 40g N2O/tấn rơm rạ.

Nếu như giả định cả đồng bằng sông Hằng với 12 triệu ha được đốt cháy thì 2.000 tấn

khí N2O đã phóng thích vào bầu khí quyển.[24]



1.3.3. Cây ngô và phụ phẩm từ cây ngô

Theo số liệu thống kê của Tổng cục thống kê Việt Nam, diện tích ngô trồng

trồng từ năm 2000 đến năm 2008 được thể hiện trong Bảng 8.

Bảng 8: Diện tích gieo trồng ngô trồng từ năm 2000 đến năm 2008 [13]

Diện tích gieo trồng (nghìn ha) Năm

Cả

nước

Đồng

bằng

sông

Hồng

Trung du

và miền

núi phía

Bắc

Bắc Trung Bộ

và duyên hải

miền Trung

Tây

Nguyên

Đông

Nam

Bộ

Đồng

bằng sông

Cửu Long

2000 730,2 97,8 282,5 144,1 86,8 100,0 19,0

2004 991,1 89,8 348,4 211,4 209,2 99,8 32,5

2005 1052,6 88,3 371,5 225,6 236,6 95,7 34,9

2006 1033,1 85,3 369,6 224,4 227,6 92,5 33,7

2007 1096,1 91,0 426,3 213,9 235,6 92,6 36,7

2008 1125,9 98,4 440,5 219,7 236,9 89,5 40,9

Nếu ước tính lượng phụ phẩm của cây ngô để lại trên đồng ruộng vào khoảng

50-60 tấn/ha thì tổng lượng phụ phẩm của cây ngô hàng năm sẽ là 50-60 triệu tấn

thân lá cây ngô. Đây là một lượng phụ phẩm rất lớn, nguyên liệu tiềm năng cho sản

xuất ethanol sinh học.

Phụ phẩm từ cây ngô bao gồm: thân, lá, bẹ và lõi ngô. Sản phẩm và các hợp

phần khác nhau của cây ngô được minh họa ở Hình 7.



Hình 7: Các phụ phẩm cây ngô sau thu hoạch [4]

Hiện trạng sử dụng phụ phẩm từ cây ngô:

Thân và lá ngô

Vào mùa thu hoạch người dân thường bẻ bắp ngô riêng, còn thân và lá hầu hết

được chặt và phơi ngay tại ruộng (khoảng 90%), cho đến khi khô. Tùy theo từng vùng

mà thân cây ngô có thể bị thải bỏ tại ruộng hoặc được vận chuyển về nhà sử dụng cho

các mục đích khác nhau như làm thức ăn cho gia súc, làm chất đốt cho đun nấu trong

gia đình.

Thân, lá ngô được dùng làm thức ăn cho gia súc là rất tốt vì thân cây ngô hàm

lượng chất xơ chiếm 31,5% (trong đó hợp chất chứa 6 cácbon 40%; hợp chất chứa 5

cácbon 24%; lignin 14%, Hình 8), protein thô chiếm 7,6%, hàm lượng đường tinh bột

cao hơn so với rơm rạ [23].

Lõi và bẹ ngô

Bắp ngô sau khi thu hoạch về, lá bẹ được bóc ra. Khi còn tươi bẹ dùng một phần

làm thức ăn cho gia súc còn phần lớn được phơi khô để đun nấu.

Bắp ngô sau khi tách hạt còn lại lõi ngô. Lõi ngô được phơi khô và dùng cho

đun nấu hoặc vứt bỏ.

Cây ngô

Phụ phẩm: Thân, lá ngô

Bắp ngô

Phụ phẩm: Lõi và bẹ ngô Hạt ngô



Hình 8: Thành phần nguyên liệu SK [28]

Ash- Tro; Extractives: Các chất khác

1.4. Vai trò của vi sinh vật trong việc phân giải hợp chất hữu cơ

1.4.1. Cellulosese và vi sinh vật phân giải cellulosese

1.4.1.1. Cellulose

Cellulose là thành phần chủ yếu của vách tế bào thực vật và chiếm 505 tổng

lượng hydrocacbon trên trái đất. Ngoài thực vật, cellulose cũng là nguồn chủ yếu trong

SK động vật, nhưng số lượng rấ ít hơn. Cellulose là polysacarit gồm có anhydro- D- ...

liên kết với nhau bằng liên kết -1,4-glucozit. Mức độ polyme hóa của cellulose

rất cao tới 10000-14000 đơn vị glucoza/

phân tử. Số lượng lớn liên kết hydro nội

và gian phân tử làm cho phân tử cellulose

có độ cứng và vững chắc [36].

Liên kết glucozit không bền với

axit, cellulose dễ bị phân hủy bởi acid và

tạo thành sản phẩm phân hủy không hoàn

toàn là hydro- cellulose có độ bền cơ học

Hình 9: Cấu trúc cellulose

Rơm rạ Thân cây ngô Gỗ cứng Bắp ngô

Phần

Trăm

Khối

Lượng



kém hơn cellulose nguyên thủy, còn khi thủy phân hoàn toàn thì sản phẩm tạo thành là

D-glucoza.

Về bản chất hóa học cellulose là một rượu đa chức có phản ứng với kiềm hay

kim loại kiềm tạo thành cellulose-ancolat. Nguyên tử hydro ở các ở các nhóm OH bậc

một và hai trong phân tử Cellulose cũng có thể bị thay thế bởi các gốc – metyl, -etyl,

… tạo ra những chất có độ kết tinh và độ hòa tan trong nước khác nhau.

Cellulose cũng bị oxy hóa bởi một số tác nhân tạo thành sản phẩm oxy hóa một

phần là oxy- Cellulose. Tác nhân oxy hóa chọn lọc nhất là acid iodic (HIO4), và muối

của nó. Cellulose không tan trong nước, dung dịch kiềm làm trương phồng mạch

Cellulose và hòa tan một phần Cellulose phân tử nhỏ. Đặc biệt Cellulose dễ hòa tan

trong dung dịch đồng amin hydrat (Cu(NH3)4(OH)2), và hàng loạt các dung dịch là các

phức chất của đồng, niken, cadmi, kẽm….[37]

1.4.1.2.Vi sinh vật phân giải cellulose

Vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose là những vi sinh vật có khả năng

tổng hợp được hệ enzym celluloza. Hệ enzym celluloza gồm bốn enzym khác nhau

[32,34].

Cellobiohydrolaza có tác dụng cắt đứt liên kết hydro làm biến dạng celluloza tự

nhiên, phân giải vùng kết tinh tạo dạng cấu trúc vô định hình.

Endoglucanaza có khả năng cắt đứt các liên kết β 1-4 glucozit bên trong phân tử

tạo thành những chuỗi dài.

Exo- gluconaza có khả năng phân giải các chuỗi dài trên thành các disacarit gọi

là xellobioza .

β- gluconaza sẽ thuỷ phân xellobioza thành glucoza.

Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ celluloseza

nhờ hệ enzym xellulaza ngoại bào [30, 36, 37]:

Nấm mốc (Aspergillus, Fusarium, Mucor, Tricoderma...) có cấu tạo dạng hệ sợi,

sinh sản chủ yếu bằng bào tử. Chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ 25-300C và pH= 6,5-



7,0, chúng có khả năng phân giải cellulose mạnh nhất nhờ có khả năng sinh tổng hợp

enzym rất cao.

Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân giải cellulose tuy nhiên cường độ

không mạnh bằng vi nấm. Nguyên nhân là do lượng enzym tiết ra môi trường ít hơn,

thành phần lại không đầy đủ. Ở trong đất có rất ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đủ

bốn loại enzym trong hệ enzym xelluloza mà thường mỗi nhóm vi sinh vật chỉ sản sinh

ra một loại enzym tương ứng. Do vậy các nhóm vi sinh vật phải phối hợp với nhau để

phân giải cơ chất trong mối quan hệ tương hỗ, thông thường bao gồm các vi sinh vật

sau: Pseudomonas, Xellulomonas, Achromonobacter, Clostridium, Ruminococus

Xạ khuẩn cũng góp phần tích cực trong chuyển hoá cellulose. Các chủng xạ

khuẩn được ứng dụng phổ biến hiện nay thuộc chi Streptomycin. Các chủng xạ khuẩn

này thuộc nhóm ưa nóng sinh trưởng phát triển tốt ở nhiệt độ 45-50 0C rất thích hợp

cho các quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, một số nấm men cũng có

khả năng sinh enzym phân huỷ celluloza như: Candida, Saccharomyces…

1.4.2. Hemicellulosese và vi sinh vật phân giải hemicellulosese

1.4.2.1. Hemicellulose

Hemicellulose là một phần polysacarit thường gặp trong vách tế bào thực vật

với hàm lượng lớn sau cellulose. Cellulose và hemicellulose được hình thành không chỉ

từ một đường mà nhiều đường khác nhau, thậm chí cả từ axit urnoic của chúng. Người

ta gọi tên cụ thể một loại hemicellulose là dựa theo tên loại đường chủ yếu tạo nên nó.

Ví dụ: xylan là một hemicellulose mà thành phần chủ yếu của nó là xyloza, manan –

manoza,... Trong gỗ cây lá kim, chủ yếu hemicellulose được tạo thành từ loại đường 6

cacbon.

Khác với cellulose, phân tử hemicellulose nhỏ hơn nhiều thông thường không

quá 150 gốc đường, được nối với nhau không chỉ bằng liên kết -1,4 mà còn bằng liên

kết -1,3 và -1,6 glucozit tạo ra mạch ngắn và phân nhánh



Vì độ polyme thấp, phân nhánh và hỗn hợp nhiều đường nên hemicellulose

không có cấu trúc chặt chẽ như ở cellulose và độ bền hóa lý cũng thấp hơn.

Hemicellulose dễ tan trong dung dịch kiềm, trong nước nóng và dễ bị phân hủy bởi

acid loãng.

Xylan là một hemicellulose phổ biến nhất trong tự nhiên chiếm 30% khối lượng

rơm rạ, 20-25% trong gỗ cây lá rộng, 7-17% trong gỗ cây lá kim.

1.4.2.2.Vi sinh vật phân giải hemicellulose

Khi nghiên cứu hemicellulose, người ta thấy chúng giống với cellulose về cấu

tạo, liên kết hoá học và cấu trúc đại phân tử. Nhiều tác giả cho rằng, hemixenlulose có

tính chất tương đồng với cellulose về cơ chế tác động, tính chất cảm ứng tổng hợp. Tuy

nhiên, giữa hemixenlulose và cellulose cũng có nhiền sự khác biệt. Hemicellulose có

khối lượng phân tử nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản và kém bền vững hơn [27,31].

Đa số vi sinh vật có khả năng tổng hợp celluloza cũng có khả năng tổng hợp

xynalaza để phân huỷ xylan. Khả năng này thường thấy ở vi sinh vật sống trong dạ cỏ

động vật nhai lại như: Bacillus, Bacteriodes, Butyvibrio, Ruminococus và các vi khuẩn

chi Clostridium.

Ngoài ra, một số loài nấm sợi như Mycotheciumverrucria, Chactomium,

Stachybtrys… một số loài nấm xốp trắng cũng có khả năng phân giải hemicellulose

như: Corrodusversicolor, Polyrus anceps, Phanerochaete, aspergillus fumigatus… và

nhóm xạ khuẩn gồm Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus… [31,36].

1.5. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình lên men rượu [12]

1.5.1. Quá trình lên men rượu

Phương trình tổng quát về lên men rượu như sau:

C6H12O6 � 2 C2H5OH + 2 CO2 + Q

Theo Pasteur, sự lên men chỉ xảy ra khi có mặt của vi sinh vật. Nếu ngăn cản

không cho vi sinh vật tiếp xúc với dịch đường thì hiện tượng lên men sẽ không xảy ra.



Như vậy, sự lên men rượu là một quá trình sinh học có lên hệ mật thiết tới hoạt động

của tế bào men”.

Cơ chế lên men rượu xảy ra như sau: Đường và các chất dinh dưỡng được hấp

thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm thấu vào bên trong. Ở đó các enzym sẽ tác dụng qua

nhiều giai đoạn trung gian để cuối cùng tạo ra sản phẩm chính là rượu và khí cacbonic.

Hai chất này đều khuếch tán và tan vào môi trường xung quanh. Rượu do rất linh động

nên hòa tan nhanh trong dịch lên men, còn khí cacbonic hòa tan kém và khuếch tán

chậm. Lúc đầu CO2 hòa tan hoàn toàn, dần dần tạo thành các bọt khí bám quanh tế bào

men và lớn dần tới mức lực đẩy Archimedes lớn hơn khối lượng tế bào men cộng bọt

khí. Lúc đó tế bào cùng bọt khí nổi dần lên, khi tới bề mặt các bọt khí sẽ tan vỡ và tạo

thành tiếng rào rào (ta quen gọi là men ăn). Bọt khí tan, tế bào men lại chìm dần, tiếp

xúc với dịch đường để hấp thụ và lên men rồi lại sản ra rượu và khí cacbonic. Như vậy

tế bào nấm men từ chỗ là vi sinh vật không chuyển động đã biến thành tế bào luôn

chuyển động trong quá trình lên men. Nhờ đó mà tăng nhanh tốc độ hấp thụ và chuyển

hóa đường thành rượu. Khi đường và các chất dinh dưỡng trong môi trường còn ít, một

lượng lớn tế bào men sẽ lắng xuống đáy thùng, dịch lên men sẽ trong dần.

Nấm men có thể lên men trong dịch đường có nồng độ 25 đến 30%, nhưng

chậm. Nồng độ thích hợp cho đa số nấm men dùng trong sản xuất rượu là 15 đến 18%.

Nồng độ cao thì áp suất thẩm thấu sẽ lớn, do đó ảnh hưởng xấu tới hiệu quả lên men,

lên men sẽ kéo dài, đường sót lại trong giấm chín sẽ tăng. Nếu lên men ở nồng độ

đường thấp cũng không có lợi vì tổn thất do tạo men sẽ tăng. Ví dụ khi lên men dịch

đường có nồng độ 16,9% , tổn thất đường do tạo men chiếm 6% so với lượng đường có

trong dung dịch; nếu nồng độ đường là 8,6% thì tổn thất do tạo men chiếm tới 9,84%.

Mặt khác, lên men ở nồng độ thấp sẽ làm giảm năng suất của thiết bị, tốn nhiều hơi khi

chưng cất và làm tăng tỉ lệ tổn thất rượu trong bã và nước thải.

Khi lên men có khoảng 95% đường biến thành rượu và CO2, còn 5% là tạo các

sản phẩm khác và đường sót.



Lên men thường được tiến hành ở nhiệt độ 28-320C và pH = 4,5- 5,2. Ở nhiệt độ

cao thì tổn thất đường trong quá trình lên men sẽ lớn do tạp khuẩn dễ phát triển, tạo

nhiều este aldehyt. Khi lên men ở 29,50C, tổn thất do tạo men là 7,37%, ở 17,50C là

5,32% và nếu lên men dịch đường ở 100C thì tổn thất do tạo men chỉ chiếm 4,42%

lượng đường có trong dung dịch. Xét về ảnh hưởng của pH thì tổn thất sẽ ít nhất khi

lên men ở pH= 4,4. Nếu tăng pH thì tổn thất sẽ tăng nhanh và nhiều hơn so với giảm

pH. Khi Giảm pH từ 5,6 xuống 4,42 hiệu suất lên men tăng 2,3%.

Trên đây mới đề cập đến một vài yếu tố có ảnh hưởng nhiều tới kết quả lên men

nhưng còn xét ở các trường hợp riêng rẽ. Trong thực tế sản xuất, các yếu tố ảnh hưởng

có liên quan mật thiết và chi phối lẫn nhau. Vì vậy khi xem xét một trường hợp cụ thể

ta cần đặt chúng trong một thể thống nhất, phải căn cứ vào điều kiện cụ thể, trang thiết

bị ở từng cơ sở sản xuất để định ra chế độ kỹ thuật phù hợp nhằm đạt hiệu quả sản xuất

cao nhât.

1.5.2. Nấm men dùng trong sản xuất rượu etylic

Trong sản xuất cồn, rượu vang và bia người ta hay dùng loài Saccharomyces và

chia thành: Nấm men nổi và nấm men chìm. Cách phân biệt này là do sự khác nhau

trong giai đoạn lên men. Đặc điểm nổi bật của nấm men chìm là một số chủng có chứa

enzym α-galactozidaza có khả năng lên men hoàn toàn đường rafinoza, còn đối với

nấm men nổi thì chỉ một số ít chủng có khả năng chuyển hóa đường rafinoza thành

rượu và cacbonic và đường chỉ vào khoảng 1/3 tổng số đường.

Đa số nấm men bia, rượu vang đều thuộc nấm men chìm. Còn men rượu, men

bánh mì và số ít men bia thuộc nấm men nổi.

Yêu cầu chung của nấm men dùng trong sản xuất cồn etylic là phải có năng lực

lên men mạnh, biến đường thành rượu nhanh và hoàn toàn. Đồng thời phải ổn định và

chịu được những biến đổi của môi trường.



1.6. Chưng cất rượu etylic

Giấm chín (là dịch nhận được sau lên men) bao gồm các chất dễ bay hơi như

rượu, este, aldehyt và một số alcol có số cacbon lớn hơn hai, các rượu này ta quen gọi

là rượu cao phân tử hay còn gọi là dầu fusel hay dầu khét.

Ngoài các chất kể trên, trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit

hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu trúc nhưng trong thành phần của

giấm chín chứa chủ yếu là rượu etylic và nước, vì thế khi nghiên cứu người ta xem

giấm chín hỗn hợp hai cấu tử.

Khi nghiên cứu hỗn hợp rượu – nước, Vrepski cho biết, thành phần hơi được

thoát ra từ dung dịch nào đó đều phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Khi tăng áp suất của

hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơi đòi hỏi nhiều năng lượng thì hàm lượng

tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợp đẳng phí. Đối với hỗn hợp rượu- nước, nếu tiến

hành chưng cất ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thì % nước trong hỗn hợp đẳng phí

sẽ nhiều hơn, còn nồng độ rượu trong hỗn hợp sẽ thấp hơn 97,2% V. Ngược lại, nếu

chưng cất trong điều kiện chân không thì nồng độ rượu trong hỗn hợp đẳng phí sẽ cao

hơn 97,2% thể tích và phụ thuộc độ chân không. Sự phụ thuộc này có thể thấy ở bảng

9.[12]

Bảng 9: Quan hệ áp suất, nhiệt độ và nồng độ rượu

Áp suất, mmHg Nhiệt độ sôi, 0C Nồng độ rượu, % khối lượng

70 27,97 100

100 33,35 99,56

129,7 39,2 98,70

198,4 47,6 97,30

404,6 63,04 96,25

760,0 78,15 95,57

1175,4 87,12 95,35

1451,3 95,35 95,25



CHƯƠNG 2- ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.Đối tượng nghiên cứu

- Chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu do quỹ gen vi sinh vật - Viện Thổ

nhưỡng Nông Hóa và Bộ môn Sinh học Môi trường- Viện Môi trường Nông nghiệp

cung cấp.

- Thân cây ngô: thân cây ngô sau khi thu bắp được thu thập từ Trung tâm Giống,

Phân bón và Cây trồng, Cục Trồng trọt, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Các phương pháp hoá lý

2.2.1.1. Phương pháp phơi, sấy nguyên liệu

- Phơi khô tự nhiên dưới trời nắng.

- Sử dụng tủ sấy: ở nhiệt độ tối đa 700C đến khối lượng không đổi.

2.2.1.2. Phương pháp phân tích đường khử

- Xác định đường khử theo phương pháp Graxianop [10]

* Nguyên tắc: Đường khử khi đun nóng với dung dịch kiềm ferixyanua sẽ khử

ferixyanua thành feroxyanua và đường khử chuyển thành axit đường. Dùng metyl xanh

làm chất chỉ thị sẽ mất màu xanh khi phản ứng kết thúc. Phản ứng chính như sau:

2 K3Fe(CN)6 + 2 KOH +CH2OH(CHOH)4CHO

2 K4Fe(CN)6+ 2 H2O + COOH(CHOH)4COOH

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

2.2.2.1. Phương pháp kiểm tra mật độ vi sinh vật [9]

Cân 10g mẫu vào bình tam giác dung tích 250ml có chứa 90ml nước cất đã khử

trùng. Lắc trên máy lắc 150 vòng/phút trong 30 phút, thu được dịch pha loãng có nồng

độ là 10-1. Sau đó, hút 1ml dịch trong bình pha loãng nồng độ 10-1 sang ống nước cất

9ml đã khử trùng, được nồng độ pha loãng 10-2. Tiếp tục pha loãng như trên, được

nồng độ pha loãng 10-3, 10-4…, đến nồng độ pha loãng cần thiết. Hút 0,05ml dịch đã

pha loãng nhỏ vào các hộp petri chứa môi trường thạch phù hợp. Dùng que trang thuỷ

t0C



tinh (đã vô trùng), trang đều lên mặt môi trường trong hộp petri. Sau khi trang xong

dùng giấy gói lại và chuyển các hộp petri chứa vi sinh vật vào tủ ấm và nuôi cấy ở điều

kiện nhiệt độ thích hợp. Sau khoảng từ 2- 4 ngày nuôi cấy, lấy mẫu ra quan sát và đếm

số khuẩn lạc mọc trên các hộp petri. Số lượng khuẩn lạc được tớnh bằng công thức:

N = )1,0( 21 nnd

C

+

∑

Trong đó:

N: là số vi sinh vật trong một đơn vị kiểm tra (CFU/g (ml));

∑C : là tổng số khuẩn lạc đếm được trên tất cả các đĩa Petri được giữ lại;

n1: là số đĩa được giữ lại ở độ pha loãng thứ nhất;

n2: là số đĩa được giữ lại ở độ pha loãng thứ hai;

d : là hệ số pha loãng tương ứng với độ pha loãng thứ nhất.

Kiểm tra mật độ xạ khuẩn: Kiểm tra trên môi trường Gause (A1), các bước tiến

hành tương tự như trên

Kiểm tra mật độ nấm men: Kiểm tra trên môi trường Hansen (A2), các bước tiến

hành tương tự như trên

2.2.2.2. Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học vi sinh vật

Phương pháp xác định hoạt tính phân giải cellulose [8]

Xác định hoạt tính phân giải cellulose bằng phương pháp khuyếch tán trên thạch

đĩa.

Nguyên tắc của phương pháp: enzym celluloseza thuỷ phân CMC trong môi

trường sẽ tạo vòng thuỷ phân có màu vàng xung quanh lỗ đục đã được nhỏ dịch vi sinh

vật và hiện màu bằng dung dịch lugol. Dựa vào hệ số giữa đường kính vòng thuỷ phân

(D) và đường kính đục lỗ (d) người ta xác định được hoạt tính CMC- aza của vi sinh

vật.

Phương pháp được tiến hành cụ thể như sau:

• Cân 1g CMC, 15g agar trong 1000ml nước cất và khử trùng.



• Đổ dịch lỏng vào hộp petri có chiều dày là 1,5cm.

• Dùng dụng cụ đục một lỗ tròn (đường kính 10mm) vào giữa hộp petri chứa môi

trường CMC.

• Nhỏ 0,1ml dịch enzym đã ly tâm vào lỗ được đục. Sau đó, chờ dịch khô, chuyển

các hộp petri vào tủ lạnh (từ 6-8 giờ) để enzym khuyếch tán. Chuyển vào tủ ấm

ở nhiệt độ 370C để enzym tác dụng với cơ chất CMC.

• Cho vào mỗi hộp petri 5ml dịch lugol (Cân 2g KI và 1g I2 vào 300ml nước cất),

tráng đều lên mặt thạch và chờ khoảng 15 phút. Sau đó, gạt bỏ hết dịch lugol,

quan sát vòng khuyếch tán.

• Dùng thước kẻ, đo vòng CMC bị phân giải xung quang lỗ (vùng màu vàng trên

nền đen tím).

Hoạt tính CMC- aza được hiển thị bằng hiệu số giữa đường kính vòng phân giải

(D) và đường kính lỗ khoan ( d ), (D- d) đơn vị đo là mm.

2.2.3. Phương pháp xử lý sơ bộ

Thân cây ngô sau khi phơi (sấy) khô, chặt nhỏ 2-3 cm, nghiền nhỏ bằng máy

nghiền được bột nguyên liệu.

Cân chính xác 50g nguyên liệu cho vào bình tam giác 1000ml. Bổ sung axit

H2SO4 0,5% theo tỷ lệ 1: 10 (w/v) ở 1210C, theo rong 15, 30, 60 và 120 phút.

Trung hòa dung dịch sau quá trình xử lý sơ bộ bằng dung dịch KOH sau đó lọc

bằng giấy lọc hoặc bông thấm nước được dịch lọc và chất rắn. Sau khi sấy khô thu

được chất rắn CR1.

Chỉ tiêu theo dõi: Hàm lượng đường khử, thành phần của CR1.

2.2.4. Phương pháp thuỷ phân

2.2.4.1. Thủy phân bằng axít

Cân 50 g chất rắn CR1 cho vào bình tam giác 1000ml, thủy phân bằng dung

dịch H2SO4 1%, 2% và 4% theo tỷ lệ 1: 9; 1:10 và 1: 12 (w/v) ở 1210C, trong 60 phút.



Trung hòa bằng dung dịch KOH sau đó lọc bằng giấy lọc thu được dịch thủy

phân bằng axit và chất rắn sau khi sấy khô CR2.

Chỉ tiêu theo dõi: Hàm lượng đường khử, thành phần của CR2

2.2.4.2. Thuỷ phân bằng vi sinh vật

Sau quá trình xử lý sơ bộ và trung hòa, bố trí các công thức như sau: Cân 50g

CR1 cho vào bình tam giác 1000ml thêm 500ml nước cất, sau đó bổ sung dịch lắc vi

sinh vật theo các tỷ lệ 1%, 3% và 5% về thể tích.

Trong quá trình thủy phân, theo dõi các chỉ tiêu: Mật độ vi sinh vật, hàm lượng

đường khử sau 1, 2,3,5,7 ngày, Thành phần của chất rắn thu được sau khi lọc CR3 (sấy

khô).

2.2.5. Phương pháp lên men

Dịch nấm men Saccharomyces cerevisiae đã lựa chọn lắc trong 2 ngày được sử

dụng để làm tác nhân cho quá trình lên men. Thể tích dịch lên men dùng cho mỗi công

thức 1000ml. Lượng dịch nấm men bổ sung là 10% (v/v). Mỗi công thức nhắc lại 3 lần.

Điều kiện lên men: Nhiệt độ = 300C; pH= 5,5; thời gian: 5 ngày

Chỉ tiêu theo dõi: pH, hàm lượng đường khử, hàm lượng etanol

2.2.6. Phương pháp đo hàm lượng Etanol

Mẫu được đo tại Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm – Đại học Bách khoa

Hà Nội.



CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Lựa chọn chủng VSV cho quá trình thủy phân và lên men

3.1.1. Lựa chọn chủngVSV phân giải hợp chất hydratcacbon

Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, đề tài đã sử dụng vật liệu là các chủng xạ

khuẩn có khả năng chuyển hóa hợp chất hydratcacbon do Bộ môn Vi sinh vật- Viện

Thổ nhưỡng Nông hóa và Bộ môn Sinh học Môi trường- Viện Môi trường Nông

nghiệp cung cấp, các chủng VSV sử dụng trong nghiên cứu đều có lý lịch rõ ràng và

được định tên đến loài, đảm bảo an toàn sinh học khi ứng dụng trong thực tế sản xuất.

Kết quả đánh giá hoạt tính sinh học CMC và khả năng sinh trưởng và phát triển các

chủng VSV trong môi trường dịch thể từ 0 giờ đến 72 giờ nuôi cấy được trình bày

trong Bảng 10.

Bảng 10: Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học CMC 4 chủng VSV nghiên cứu

Mật độ tế bào (CFU/ml)

Đường kính vòng phân giải CMC (D-d)

Ký hiệu

24 giờ 48 giờ 72 giờ 24 giờ 48 giờ 72 giờ ACT 01 5,77. 107 6,20.108 4,14.108 25 31 33

ACT 06 2,47.106 7,31. 108 6,12. 108 28 33 40

ACT 17 2,18. 108 8,34.108 5,22.108 26 30 35

ACT 18 1,87. 106 3,56.108 2,34.108 26 32 37

Số liệu bảng 10 cho thấy, cả 4 chủng VSV sử dụng trong nghiên cứu đều đạt mật độ cao tại thời điểm 48 giờ, tuy nhiên chủng ACT 06 có hoạt tính sinh học cao so với 3 chủng còn lại ACT 01, ACT 17 và ACT 18. Dựa vào kết quả này, đề tài đã lựa chọn chủng ACT 06 đề tiếp tục sử dụng với mục đich làm tác nhân sinh học chuyển hóa hợp chất hydratcacbon.

Chủng ACT 06 (Streptomyces thermocoprophilus) khi được nuôi cấy trên môi trường thạch đĩa (A1) cho khuẩn lạc có màu trắng đục, bề mặt nhăn, mùi ngái, khuẩn lạc ăn sâu vào bề mặt thạch, sau 3 ngày nuôi cấy khuẩn lạc có đường kính từ 1,5-



2,3mm. Khi nuôi cấy trên máy lắc ở nhiệt độ 370C, tốc độ 150 vòng/phút) trong môi trường dịch thể tạo thành các hạt nhỏ. Khi nuôi cấy tĩnh thì tạo váng trên môi trường dịch thể.

Với mục tiêu sử dụng có hiệu quả chủng xạ khuẩn ACT 06 cho quá trình thủy phân thân cây ngô, đề tài tiến hành nghiên cứu và kiểm tra hoạt tính sinh học và các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của chủng ACT 06 như nhiệt độ, pH.

Kiểm tra hoạt tính sinh học CMC của chủng xạ khuẩn ACT 06 theo phương pháp (2.2.2.2) cho thấy chủng ACT 06 có khả năng phân giải cellulose. Kết quả đánh giá hoạt tính sinh học CMC của chủng ACT 06 được trình bày ở Bảng 11.

Bảng 11: Hoạt tính sinh học CMC của chủng xạ khuẩn ACT 06

Thời gian nuôi cấy (ngày)

Đường kính vòng phân giải CMC (D-d)mm

Mật độ tế bào (CFU/ml)

2 32 3,10. 108

3 40 6,33. 108

5 42 6,70. 108

7 45 6,80. 108

10 29 2,14. 108

15 30 8,07. 107

Kết quả kiểm tra cho thấy, sau 3 ngày mật độ tế bào đạt 6,33.108, đường kính vòng phân giải CMC đạt 40mm. Tại 7 ngày mật độ tế bào của xạ khuẩn đạt 6,80. 108, đường kính vòng phân giải CMC là 45 mm. Sau 10 đến 15 ngày mật độ tế bào của chủng ACT 06 tuy không giảm nhưng hoạt tính sinh học của chúng giảm xuống đáng kể, đường kính vòng phân giải CMC giám xuống còn 29-30mm.



Hình 10: Đường kính vòng phân giải CMC của chủng ACT06 sau 3 ngày lắc

Chủng ACT 06 sau khi đã nhân SK trên môi trường dịch được kiểm tra mật độ trên môi trường thạch agar (A1) ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng và phát triển của chủng ACT 06 được trình bày trong Bảng 12.

Bảng 12: Ảnh hượng của nhiệt độ tới quá trình sinh trưởng và phát triển của chủng ACT 06 (sau 3 ngày nuôi cấy lắc)

Nhiệt độ nuôi cấy (0C) Mật độ tế bào (CFU/ml)

25 2,67.105

30 8,15.106

35 5,20.108

40 9,40.108

45 7,23.108

50 5,34.108

55 4,56.105



Số liệu nghiên cứu ở Bảng 12 cho thấy chủng ACT06 có thể sinh trưởng và phát triển tốt và đạt mật độ cao khi được nuôi cấy trong khoảng nhiệt độ từ 35-500C.

pH cũng là một yếu tố quan trọng đến sinh trưởng của vi sinh vật. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của chủng ACT 06, đề tài sử dụng dung dịch đệm Mc Iivaine để điều chỉnh giá trị pH ban đầu của môi trường dịch thể. Kết quả Bảng 13 cho thấy: chủng xạ khuẩn phát triển tốt nhất trong khoảng pH= 7,0-7,4.

Bảng 13: Ảnh hưởng của pH tới quá trình sinh trưởng và phát triển chủng ACT 06 (sau 3 ngày nuôi cấy lắc)

pH Mật độ tế bào (CFU/ml)

4,4 8,35.103

5,0 2,57.105

5,4 7,22.105

6,0 3,31.106

6,4 4,20.106

7,0 8,71.108

7,4 6,45.108

8,0 8,89.107

Từ các kết quả nghiên cứu trình bày ở trên, chủng ACT 06 là chủng VSV có khả năng chuyển hóa các hợp chất hydratcacbon tốt nhất. ACT 06 là chủng VSV ưu nhiệt, có hoạt tính sinh học cao sau 3 ngày nuôi cấy lắc, sinh trưởng và phát triển tốt ở điều kiện nhiệt độ từ 35- 500C, pH trung tính.



3.1.2. Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình lên men

Để phục vụ cho công tác nghiên cứu lên men sản xuất etanol, đề tài đã tiến hành

lựa chọn chủng nấm men có khả năng lên men etanol cao dựa vào hồ sơ chủng giống vi

sinh vật được lưu giữ tại Bộ môn Sinh học Môi trường – Viện Môi trường Nông

nghiệp và chủng nấm men do Bộ môn Vi sinh vật- Viện Thổ nhưỡng Nông hóa cung

cấp. Đề tài đã tiến hành đánh giá khả năng lên men rượu bằng cách đánh giá định tính

thông qua việc hình thành CO2 hình thành: Ống Durham được cho ngược chiều vào

ống môi trường lên men dịch thể (A2). Sau khi khử trùng khí trong ống bị loại hết, môi

trường ngập kín ống. Sau khi cấy nấm men, khí CO2 sinh ra đẩy môi trường ra khỏi

ống. Ống chứa khí CO2 sẽ nổi lên. Ống nổi lên càng nhiều thì lượng CO2 sinh ra càng

nhiều. Kết quả đánh giá được thể hiện ở Hình 11.

Hình 11: Sự hình thành khí CO2



Hình 11 cho thấy, ống Durham trong môi trường lên men sử dụng SA.03 bị đẩy lên nhiều nhất chứng tỏ trong ống sử dụng SA.03 khí CO2 sinh ra nhiều nhất so với 2 chủng SA.01 và SA.02. Như vậy, SA.03 là chủng nấm men có khả năng lên men cao và được đề tài lựa chọn sử dụng trong quá trình lên men.

3.2. Thành phần lý, hóa học của thân cây ngô sau thu hoạch

Thân cây ngô được lấy từ Trung tâm Giống, Phân bón và Cây trồng. Sau khi thu

bắp được 2 ngày, thân cây ngô được thu gom phơi khô tự nhiên.

Hình 12: Thân cây ngô sau phơi khô tự nhiên

Thân cây ngô sau khi phơi khô tự nhiện có màu nâu nhạt, mùi hơi hôi.

Quá trình phơi khô tự nhiên làm hơi mất nước trong thân cây ngô sau thu hoạch:

Khối lượng thân cây ngô sau thu hoạch: 10kg. Sau khi phơi khô tự nhiên còn: 3kg.

Thân cây ngô được chặt nhỏ 2-3 cm, sấy khô ở 500C đến khối lượng không đổi

để xác định độ ẩm và nghiền mịn làm nguyên liệu ban đầu để sử dụng cho các nghiên

cứu tiếp theo.

Khối lượng thân cây ngô sau khi sấy khô giảm 10%.

Như vậy, trong thân cây ngô sau thu hoạch nghiên cứu có chứa lượng nước:



Thân cây ngô sau khi sấy khô tuyệt đối được phân tích hàm lượng cellulose,

hemicellulose và lignin. Kết quả phân tích các chất trên được trình bày ở Bảng 14.

Bảng 14: Thành phần nguyên liệu thân cây ngô sấy khô

TT Hợp chất Phần trăm theo khối lượng khô (%)

1 Cellulose 24, 07

2 Hemicellulose 37,19

3 Lignin 7,82

4 Khác 30,92

Tổng 100,00

Số liệu Bảng 14 cho thấy, thân cây ngô chứa chủ yếu là hemicellulose 37,19%,

tiếp đến là cellulose 24,07 %. Đây là một nguyên liệu SK tiềm năng cho việc sản xuất

etanol nếu các điều kiện thủy phân và lên men được nghiên cứu một cách hiệu quả.

3.2. Nghiên cứu quy trình sản xuất etanol từ thân cây ngô

3.2.1. Quá trình xử lý sơ bộ

Để nghiên cứu một số điều kiện của quá trình xử lý sơ bộ, đề tài đã sử dụng axit

H2SO4 0,5% và theo dõi phản ứng trong thời gian từ 0- 2 giờ ở 1210C.

Ảnh hưởng của axit H2SO4 0,5% và thời gian phản ứng đến lượng đường khử

được biểu diễn ở Hình 13.



Hình 13: Tác động của thời gian phản ứng đến lượng đường khử

ở điều kiện 1210C với H2SO4 0,5%.

Hình 13 cho thấy, trong khoảng thời gian từ 0- 2giờ phản ứng hàm lượng đường

khử tỉ lệ thuận với thời gian xử lý. Sau 1 giờ xử lý hàm lượng đường khử trong dịch

sau phản ứng cao (đạt 2,0 g/l). Biểu đồ cũng cho thấy hàm lượng đường khử tạo thành

sau 2 giờ phản ứng tăng không đáng kể so với thời điểm 1 giờ (2,3 g/l). Do vậy đề tài

lựa chọn điều kiện cho quá trình xử lý sơ bộ với H2SO4 0,5% ở điều kiện ở 1210C trong

1 giờ.

3.2.2. Xác định các thông số kỹ thuật trong quá trình thuỷ phân bằng axít

Đề tài tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 loãng (1 %, 2%

và 4%) trong thời gian 1 giờ ở 1210C. Kết quả về sự ảnh hưởng của nồng độ axit đến

lượng đường khử tạo thành được biểu diễn ở Hình 14.

Hàm lượng đường khử (g/l)

Thời gian (giờ) 0,25 1,0 0,5 2,0 0

1,2

0,3

2,3

2,0

2,5

1,0



Hình 14: Tác động của nồng độ H2SO4 đến hàm lượng đường khử

với thời gian phản ứng là 1 giờ, ở 1210C

Hình 14 cho thấy, sau 1 giờ hàm lượng đường khử với nồng độ H2SO4 4% cao

nhất (4,2 g/l) sau đó đến nồng độ H2SO4 2% (4,0g/l) và thấp nhất là với nồng độ H2SO4

1%. Từ các kết quả nghiên cứu thu được, đề tài lựa chọn điều kiện thủy phân bằng axit

H2SO4 2% ở 1210C trong 1 giờ nhằm tiết kiệm thời gian và lượng axit H2SO4 sử dụng

trong quá trình thủy phân.

3.2.3. Xác định điều kiện thủy phân bằng vi sinh vật

Để xác định được một số điều kiện cho quá trình thủy phân bằng vi sinh vật, đề

tài tiến hành theo dõi mật độ chủng VSV đã lựa chọn và hàm lượng đường khử sau

1,2,3,5 và 7 ngày với các công thức bổ sung 1%, 3% và 5% dịch SK chủng xạ khuẩn

ACT 06 lắc trong 3 ngày. Kết quả được biểu diễn trong Bảng 15.

Hàm lượng đường khử (g/l)

Nồng độ H2SO4 (%) 1 2 4 0

4,0

2,4

5,0

4,0

2,0

4,2



Bảng 15: Mật độ xạ khuẩn và hàm lượng đường khử theo thời gian

Mật độ tế bào (CFU/ml) Hàm lượng đường khử (g/l) Thời gian

CT1 CT2 CT3 CT1 CT2 CT3

1 ngày 5,40.108 5,45.108 5,62.108 1,68 1,76 1,93

2 ngày 6,03.108 7,15.108 7,41.108 2,34 3,43 4,01

3 ngày 7,92.108 8,53.108 8,62.108 4,27 5,10 5,27

5 ngày 4,23.107 4,76.107 5,13.107 3,89 4,56 4,48

7 ngày 7,03.106 7,03.106 7,03.106 3,17 3,08 2,77

Trong đó:

CT1: 50g CR1 + 500ml nước cất + 1% dịch lắc ACT 06 lắc trong 3 ngày (v/v)



Bảng số liệu cho thấy mật độ tế bào của chủng ACT 06 tăng dần và đạt

mật độ cao nhất sau 3 ngày bổ sung vào dịch thân cây ngô sau khi đã xử lý sơ bộ, sau 3

ngày mật độ tế bào chủng xạ khuẩn ACT 06 giảm dần. Nguyên nhân của sự giảm sút

mật độ tế bào này có thể là vì vi sinh vật đã sử dụng hết thức ăn. Hàm lượng đường

khử tạo ra là cao nhất ở cả 3 công thức sau 3 ngày lần lượt là 4,27; 5,10 và 5,27 g/l. Kết

quả cũng cho thấy, tại ngày thứ 3 lượng đường khử sinh ra ở công thức 3 không cao

hơn nhiều so với công thức 3. Từ kết quả thu được cho thấy, điều kiên thích hợp cho

quá trình thủy phân bằng vi sinh vật là thời gian thủy phân là 3 ngày và luợng dịch SK

chủng xạ khuẩn ACT 06 bổ sung 3% (v/v).



3.2.4. Đánh giá khả năng chuyển hóa hợp chất cacbonhyđrat trong thân cây ngô

thành đường đơn

Để đánh giá khả năng chuyển hóa hợp chất cacbonhydrat trong thân cây ngô, đề

tài tiến hành phân tích thành phần các chất trong mẫu chất rắn thu đã được xử lý sơ bộ,

thủy phân bằng axit và thủy phân bằng vi sinh vật.

Kết quả phân tích hàm lượng cellulose, hemicellulose và lignin được trình bày

trong Bảng 16.

Bảng 16: Phần trăm theo khối lượng các hợp chất chính trong nguyên liệu

sau các quá trình xử lý sơ bộ và thủy phân

Phần trăm theo khối lượng (%) TT Hợp chất

Nguyên

liệu ban

đầu

Xử lý sơ bộ

(H2SO4 0,5%,

1210C, 1giờ)

Thủy phân bằng

axit (H2SO4 2%,

1210C, 1giờ)

Thủy phân vi sinh

vật, 3% dịch lắc

ACT06, sau 3 ngày

1 Cellulose 24, 07 37,67 39,83 18,80

2 Hemicellulose 37,19 22,90 9,52 24,01

3 Lignin 7,82 6,77 8,58 8,22

4 Khác 30,92 32,66 42,07 49,33

Tổng cộng 100,00 100,00 100,00 100,00

Số liệu bảng 16 cho thấy tỷ lệ % của cellulose, hemicellulose, lignin và các hợp

chất khác trong nguyên liệu đã thay đổi so với ban đầu sau khi được xử lý sơ bộ. Kết

quả phân tích cũng cho thấy sau quá trình thủy phân bằng axit H2SO4 2% và dịch SK

chủng ACT 06, thành phần của nguyên liệu tiếp tục thay đổi. Tuy nhiên có sự khác

biệt: Ở công thức thủy phân bằng axit H2SO4 2% tỷ lệ % hemicellulose giảm đi rõ rệt



trong khi đó công thức thủy phân bằng vi sinh vật tỷ lệ % cellulose giảm mạnh hơn với

hemicellulose.

Để thấy rõ sự chuyển hóa của các hợp chất cellulose, hemicellulose và lignin

trong các quá trình xử lý, đề tài tiến hành so sánh hàm lượng các hợp chất này trong

trong nguyên liệu ban đầu và trong chất rắn sau quá trình xử lý sơ bộ (Bảng 17); hàm

lượng celluose, hemicellulose và các chất khác trong chất rắn sau quá trình xử lý sơ bộ

với các hợp chất đó trong các chất rắn thu được của quá trình thủy phân (Bảng 18 và

Bảng 19).

Từ tỉ lệ phần trăm về khối lượng của các hợp chất cellulose, hemicellulose và

lignin đề tài đã tính toán ra khối lượng các chất đó trong khối lượng nguyên liệu ban

đầu cho mỗi công thức là 50g và khối lượng chất rắn thu được sau mỗi quá trình xử lý.

Sau quá trình xử lý, chất rắn thu được sau khi lọc, được phơi/sấy khô và cân khối

lượng.

Bảng 17: Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình xử lý sơ bộ

Chuyển hóa Hợp chất Nguyên liệu

ban đầu (g)

Sau xử lý sơ bộ

(H2SO4 0,5%, 1210C,

1giờ) (g)

g %

Cellulose 12,04 11,50 0,54 4,5

Hemicellulose 18,60 6,99 11,61 62,4

Lignin 3,54 2,17 1,37 38,7

Khác 16,36 9,96 6,40 39,1

Tổng 50,00 30,52 19,48 39,0

Số liệu Bảng 17 cho thấy, trong quá trình xử lý sơ bộ một lượng lớn

hemicellulose đã bị thủy phân, làm giảm lượng hemicellulose trong nguyên liệu ban

đầu đến 62,4%. Tiếp đến lignin là 38,7%. Tuy nhiên quá trình này có tác động không



lớn đến hàm lượng cellulose trong cây ngô, chỉ chuyển hóa được 4,5% lượng cellulose

ban đầu.

Kết quả tác động của axit sunfuric 2% đến sự chuyển hóa các hợp chất được

trình bày trong Bảng 18.

Bảng 18: Khả năng chuyển hydratcacbon trong quá trình thủy phân bằng axit


đầu vào (g)

Sau quá trình thủy phân

bằng axit (H2SO4 2%,

1210C, 1giờ)(g)

g %

Cellulose 18,84 14,26 4,58 24,3

Hemicellulose 11,45 3,41 8,04 70,2

Lignin 3,39 3,07 0.32 9,4

Khác 16,32 15,06 1,26 7,7

Tổng 50,00 35,80 14,20 28,4

Số liệu trên cho thấy, ở điều kiện 1210C trong vòng 1 giờ, axit sunfuric 2% có

khả năng chuyển hóa tới 70,2% hàm lượng hemicellulose, 24,3% cellulose và 9,45

lignin trong nguyên liệu đầu vào. Như vậy sự chuyển hóa cho phép dự đoán rằng

đường khử tạo thành trong dịch thủy phân bằng axit chủ yếu là đường 5- cacbon.

So sánh tương tự với chất rắn thu được từ quá trình thủy phân bằng vi sinh vật ta

được kết quả trong Bảng 19.



Bảng 19: Khả năng chuyển hoá hydratcacbon

trong quá trình thủy phân bằng ACT 06


đầu vào (g)

Sau quá trình

thủy phân bằng

vi sinh vật (g)

g %

Cellulose 18,84 6,98 11,86 63,0

Hemicellulose 11,45 8,91 2,54 22,2

Lignin 3,39 3,05 0,34 10,0

Khác 16,32 14,60 1,72 10,5

Tổng 50,00 37,12 12,88 25,76

Số liệu cho thây, cellulose chuyển hóa khá lớn nhờ tác nhân vi sinh vật là chủng

ACT 06. Vi sinh vật đã sử dụng hợp chất cellulose trong nguyên liệu làm thức ăn đồng

thời chuyển hóa thành đường.

Từ các kết quả nghiên cứu trình bày ở trên cho thấy, hiệu suất chuyển hóa của

cellulose và hemicellulose thành đường và các hợp chất khác như sau:

Quá trình xử lý chỉ dùng axit:

- Đối với cellulose: 4,5+ (100- 4,5)/100 x 24,3 = 27,7 %

- Đối với hemicellulose: 62,4 + (100-62,4)/100 x 70,2 = 88,8 %

Quá trình xử lý có sử dụng chủng vi sinh vật ACT 06:

- Đối với cellulose: 4,5 + (100- 4,5)/100 x 63,0 = 64,7 %

- Đối với hemicellulose: 62,4 + (100-62,4)/100 x 22,2 = 70,7 %

Kết quả này cho thấy, quá trình xử lý chỉ sử dụng axit vô cơ loãng có khả năng

thủy phân đến 88,8% hợp chất hemicellulose, trong khi đó chỉ thủy phân được 27,7%

hàm lượng cellulose trong thân cây ngô. Còn quá trình xử lý kết hợp axit vô cơ loãng

và chủng vi sinh vật ACT 06 có khả năng chuyển hóa 70,7% lượng celluose và 64,7%

lượng hemicellulose trong thân cây ngô khô. Như vậy phương pháp xử lý kép bao gồm



quá trình xử lý sơ bộ bằng axit loãng và quá trình thủy phân bằng vi sinh vật cho hiệu

quả chuyển hóa hợp chất hydratcacbon cao hơn.

3.2.5. Hiệu suất của quá trình lên men

Để nghiên cứu đánh giá khả năng lên men của chủng SA.03 đối với các dịch lên

men, đề tài đã bố trí thí nghiệm với 5 công thức dưới đây ở 300C, pH= 5,5 trong thời

gian 5 ngày, thể tích dịch lên men là 1 lít có bổ sung 10% dịch lắc SA.03 trong 2 ngày

về thể tích:

LM1: Dịch lên men là dịch lọc thu được của quá trình Xử lý sơ bộ bằng H2SO4

0,5% ở 1210C trong 1 giờ;

LM2: Dịch lên men là dịch thủy phân bằng axit với axit H2SO4 2%, ở 1210C

trong 1 giờ;

LM3: Dịch lên men là hỗn hợp gồm dịch lọc thu được của quá trình Xử lý sơ bộ

bằng H2SO4 0,5% ở 1210C trong 1 giờ và dịch thủy phân bằng axit với axit H2SO4 2%,

ở 1210C trong 1 giờ;

LM4: Dịch lên men là hỗn hợp gồm dịch lọc thu được của quá trình Xử lý sơ bộ

bằng H2SO4 0,5% ở 1210C trong 1 giờ và dịch thủy phân bằng vi sinh vật thu được sau

quá trình thủy phân bằng cách bổ sung 3% dịch lắc ACT 06 trong 3 ngày.

LM5: Dịch lên men là dịch thủy phân bằng vi sinh vật thu được sau quá trình

thủy phân bằng cách bổ sung 3% dịch lắc ACT 06, trong 3 ngày.

Trong quá trình lên men, đề tài tiến hành theo dõi sự thay đổi pH của dịch lên

men và hàm lượng đường khử .

Kết quả sự thay đổi pH của dịch len men được biểu diễn trong bảng 20.



Bảng 20: Kết quả theo dõi sự thay đổi pH của dịch lên men

Tên công thức

Thời gian lên men

LM1 LM2 LM3 LM4 LM5

1 ngày 5,4 5,1 5,2 5,3 5,0

2 ngày 5,0 4,9 5,1 5,0 4,8

3 ngày 4,7 4,4 4,8 4,6 4,1

4 ngày 4,4 4,0 4,3 4,2 3,9

5 ngày 3,8 3,9 3,7 3,8 3,7

Số liệu bảng 20 cho thấy trong 4 ngày kể từ khi bổ sung chủng nấm men vào

dịch lên men, pH giảm dần. Điều đó SA.03 phát triển tốt. Đến ngày thứ 5, pH của các

dịch lên men đều nhỏ hơn ≤ 4, hạn chế sự phát triển của nấm men. Như vậy, thời gian

lên men thích hợp được lựa chọn là 4 ngày.

Đề tài mới chỉ xác dịnh được tổng lượng đường khử mà chưa xác định được

chính xác hàm lượng đường 5C và đường 6C trong dịch lên men cũng như các chất

trung gian hình thành trong quá trình lên men. Do đó, đề tài chưa tính toán được lượng

etanol sinh ra theo lý thuyết nên chưa đánh giá được hiệu suất của quá trình lên men.

Đề tài chỉ tiển hành đánh giá hiệu suất chuyển hóa của đường khử dựa trên hàm lượng

đường khử trong dịch lên men và đường khử sót lại sau quá trình lên men.

Hiệu suất chuyển hóa đường khử trong quá trình lên men được biểu diễn trong

Bảng 21.



Bảng 21: Hiệu suất chuyển hóa đường khử trong quá trình lên men (4 ngày)

Hàm lượng đường khử (g/l) Tên công

thức lên

men

Trong dịch trước

khi lên men (a)

Trong dịch sau

khi lên men

Chuyển

Hóa (b)

Hiệu suất chuyển

hóa đường khử (%)

(b/a)*100

LM1 2,0 1,03 0,97 48,5

LM2 4,2 1,16 3,04 72,4

LM3 3,1 0,86 2,24 72,3

LM4 3,55 0,87 2,68 72,7

LM5 5,1 1,23 3,75 75,9

Dịch lên men LM5 chuyển hóa cao nhất đạt 75,9%, tiếp đến là dịch lên men

LM4, LM2, LM3 có hiệu suất chuyển hóa tương tự nhau và cuối cùng là LM1 có hiệu

suất chuyển hóa thấp nhất.Dịch LM5, LM4 có hiệu suất chuyển hóa cao có thể lý giải

là do: chủng vi sinh vật ACT 06 đã chuyển hóa một lượng khá lớn cellulose trong

nguyên liệu thành đường đơn, chủ yếu là đường glucose là đường chuyển hóa thành

rượu.

3.2.6. Hàm lượng etanol trong dịch sau lên men

Hàm lượng etanol trong dịch sau lên men được xác định bằng phương pháp

điểm sôi và phương pháp tỷ trọng kế. Kết quả được trình bày ở Bảng 22:

Bảng 22: Hàm lượng etanol trong dịch sau lên men

Hàm lượng etanol (%V) TT Tên công thức

Phương pháp

điểm sôi

Phương pháp tỷ

trọng kế

Trung bình

1 LM1 2,1 1,7 1,9

2 LM2 2,8 2,4 2,6

3 LM3 2,7 2,2 2,45



4 LM4 3,3 2,9 3,1

5 LM5 4,3 3,9 4,2

Số liệu bảng 22 cho thấy, etanol trong dịch sau lên men trong đạt 1,9- 4,2 % về

thể tích. Trên thực tế sản xuất từ nguyên liệu tinh bột thì hàm lượng cồn trong dịch

giấm chín đạt từ 6 đến 9,5% về thể tích. Kết quả hàm lượng etanol trong nghiên cứu

này tuy không cao nhưng cũng cho thấy rằng, thân cây ngô là nguyên liệu rất có triển

vọng cho việc sản xuất etanol.

3.3. Đề xuất quy trình sản xuất etanol từ thân cây ngô

Từ các kết quả nghiên cứu trên, đề tài đề xuất 2 quy trình sản xuất etanol từ thân

cây ngô với quá trình thủy phân và lên men tách rời như sau:

Quy trình 1:

Thân cây ngô � Xử lý mẫu (phơi khô, chặt nhỏ, nghiền nhỏ) � Xử lý sơ bộ

bằng H2SO4 0,5%, ở 1210C trong 1 giờ � Thủy phân bằng vi sinh vật (3% dịch lắc

ACT06 trong 3 ngày) � Lên men (Dịch lên men là dịch lọc thu được sau quá trình

thủy phân bằng vi sinh vật có bổ sung 10% dịch lắc nấm men, ở 300C trong 4 ngày) �

Chưng cất �Etanol.

Quy trình 2:

Thân cây ngô � Xử lý mẫu (phơi khô, chặt nhỏ, nghiền nhỏ) � Xử lý sơ bộ

băng H2SO4 0,5%, ở 1210C trong 1 giờ � Thủy phân bằng axit (H2SO4 2%, ở 1210C

trong 1 giờ) � Lên men (Dịch lên men là dịch lọc thu được sau quá trình thủy phân

bằng axit có bổ sung 10% dịch lắc nấm men, ở 300C trong 4 ngày) � Chưng cất

�Etanol.

Giả thiết hiệu suất chưng cất đạt 90% thì theo các kết quả trong nghiên cứu này

có thể tính suất sản xuất ethnaol sinh học từ thân cây ngô sau thu hoạch như sau:



Sản xuất theo quy trình 1:

1 lít dịch sau lên men có 42 ml etanol (Nồng độ etanol 4,2 %V)

37,12g chất rắn sau quá trình thủy phân bằng vi sinh vật

50 g chất rắn sau quá tình xử lý sơ bộ

82,0g nguyên liệu thân cây ngô khô

303,7g thân cây ngô sau thu hoạch

Như vậy, để sản xuất dịch có chứa 1 lít (103 ml) etanol cần dùng khối lượng thân

cây ngô sau thu hoạch là

Tính toán tương tự theo quy trình 2 ta có kết quả như sau: để sản xuất lượng dịch có

chứa 1 lít etanol từ thân cây ngô theo quy trình 2 ta cần dùng khối lượng thân cây ngô

sau thu hoạch là:

Chuyển hóa 25,76%

Chuyển hóa 39%

Chiếm 27%



KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

1. Thân cây ngô sau thu hoạch có độ ẩm 73% được phơi khô tự nhiên có mầu nâu nhạt, mùi hơi hôi, độ ẩm 10%, có thành phần chính gồm cellulose 24,07%; hemicellulose 37,19%; lignin 7,82% và 30,92% các chất khác.

2. Quá trình xử lý sơ bộ bột thân cây ngô khô bằng axit H2SO4 0,5% ở 1210C trong 1 giờ với tỉ lệ nguyên liệu: axit là 1:10 (w/v) có hàm lượng đường khử cao. Đề tài đã xác định được điều kiện cho quá trình thủy phân bằng axit: H2SO4 2 % ở 1210C trong 1 giờ, tỷ lệ nguyên liệu: axit là 1: 10 (w/v) thu được dịch sau thủy phân có hàm lượng đường khử là 4g/l.

3. Đề tài đã lựa chọn chủng ACT 06 làm tác nhân cho quá trình thủy phân bằng vi sinh vật và chủng SA.03 là chủng nấm men có khả năng lên men cao làm tác nhân cho quá trình lên men từ các chủng vi sinh vật lưu giữ tại Bộ môn Vi sinh vật- Viện Thổ nhưỡng Nông hóa và Bộ môn Sinh học Môi trường- Viện Môi trường Nông nghiệp.

4. Chủng xạ khuẩn ACT 06 thuộc nhóm vi sinh vật ưa nhiệt, phát triển tốt ở nhiệt độ 35- 500C và pH trung tính. Chủng ATC 06 có khả năng phân giải CMC, đường kính vòng phân giải đạt 40 mm sau 3 ngày nuôi cấy. Đề tài đã xác định được điều kiện cho quá trình thủy phân bằng visinh vật: bổ sung 3% dịch ACT 06 cấy lắc trong 3 ngày vào dịch sau quá trình xử lý sơ bộ, mật độ tế bào và hàm lượng đường cao tương ứng là 8,53 .108 CFU/ml và 5,10 g/l.

5. Hiệu suất của quá trình chuyển hóa đường khử từ 70-75 % đối với dịch lên men có hàm lượng đường khử từ 3,0- 5,0 g/l. Hàm lượng etanol không cao từ 1,9-4,2%V nhưng cũng chứng tỏ thân cây ngô là nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất etanol sinh học.



6. Đề tài đã đề xuất 02 quy trình sản xuất etanol từ thân cây ngô. Theo quy trình 1 (có sử dụng chủng ACT06 làm tác nhân thủy phân) thì cứ 7.787 kg thân cây ngô sau thu hoạch sản xuất được dịch giấm chín chứa1 lít etanol, trong khi đó theo quy trình 2 để sản xuất 1 lít etanol cần 12,654 kg nguyên liệu thân cây ngô sau thu hoạch .

KHUYẾN NGHỊ

1. Đề tài mới chỉ nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm và trên 1 đối tượng nghiên cứu là thân cây ngô, cần tiếp tục nghiên cứu trên các đối tượng PPNN khác với quy mô lớn hơn.

2. Trong điều kiện thời gian hạn hẹp, đề tài chưa nghiên cứu được quy trình sản xuất etanol trong đó quá trình thủy phân và quá trình lên men diễn ra đồng thời, cần tiếp tục nghiên cứu vấn đề này.

3. Trong quá trình nghiên cứu đề tài mới chỉ xác định được tổng hàm lượng đường khử dựa tính theo glucoza làm cơ sở đánh giá mà chưa xác định rõ được hàm lượng đường 5 cacbon và 6 cacbon, cần nghiên cứu thêm và đưa phương pháp antron vào sử dụng.

4. Đề tài mới chỉ quan tâm đến sự chuyển hóa của hợp chất cellulose và hemicellulose trong nguyên liệu mà chưa chú ý đến các hợp chất khác cũng như ảnh hưởng của các sản phẩm trung gian đến quá trình sinh trưởng và phát triển của các chủng vi sinh vật nghiên cứu.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Bộ Nông nghiệp và PTNT, Báo cáo tình hình sản xuất nông lâm nghiệp và thủy sản

tháng 9 và 9 tháng năm 2008, Hà Nội.

2. Nguyễn Lân Dũng (1982), Thực hành Vi sinh vật học (Dịch từ Nxb Moscow), Nxb

Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội.

3. Vũ Thị Minh Đức (2001), Thực tập Vi sinh vật học, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội,

tr.82-90.

4. Nguyễn Thị Huê (2008), “Đánh giá tiềm năng năng lượng SK các PPNN (lúa, ngô,

lạc) ở tỉnh Nam Định”, Luận văn thạc sỹ, Hà Nội.

5. Nguyễn Quang Khải, Hội thảo Phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam, Những

vấn đề phát triển năng lượng SK của Việt Nam.

6. Nguyễn Đức Lượng (1996), Nghiên cứu tính chất một số vi sinh vật có khả năng

tổng hợp xenluloza cao, Luận án PTSKHKT, Hà Nội.

7. Lê Đình Quang (2008), “Nhiên liệu sinh học – Lợi ích khổng lồ nhưng còn đó

những nguy cơ”, Tạp chí Tài nguyên môi trường, Số 21, tr.24-25.

8. TCVN 6168:2002.

9. TCVN 6268:2002.

10. Lê Thanh (2004), Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men, Nxb

Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

11. Thủ tướng chính phủ (2007), Đề án phát triển nhiên-liệu-sinh-học đến năm 2015,

tầm nhìn đến năm 2025”, Hà Nội.



12. Nguyễn Đình Thưởng (2000), Công nghệ sản xuất & kiểm tra cồn etylic, Nxb Khoa

học và Kỹ thuật, tr.107-173.

13. Tổng cục Thống kê, Niên giám thống kê 2008.

14. Trung tâm khuyến nông Hà Tây, Chế biến dự trữ thức ăn thô xanh.

15. Trần Cẩm Vân (2004), Giáo trình vi sinh vật môi trường, Nhà xuất bản Đại học

Quốc Gia, tr.79-82.

16. Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam(2004), Hỏi và Đáp về Năng lượng nguyên

tử, Viện , Hà Nội, tr.14.

17. http://tailieu.vn, Nhiên liệu sinh học - nguồn năng lượng tái tạo quan trọng trong

tương lai.

18. http://tailieu.vn/view-document/vi-sao-nhien-lieu-sinh-hoc-chua-duoc-quan-tam-o-

nuoc-ta.14940.html?lang=en, 2007, Vì sao nhiên liệu sinh học chưa được quan tâm

ở nước ta, Sinh học Việt Nam.

19. http://www.ovsclub.com.vn/show_article.php?aid=17844&lg=vn, Nhiên liệu sinh

học Etanol: hy vọng hay ảo vọng.

20. http://www.bacninh.gov.vn/Story/NongNghiepKhuyenNong/TinTucNNKN/2006/7/

5090.html, Sản xuất điện từ PPNN

21. http://www.bktphcm.net/diem-tin/bao-chi/324-san-xuat-nhien-lieu-sach-tu-phu-

pham-nong-nghiep.html (2009), Sản xuất nhiên liệu sạch từ PPNN

22. http://dalat.gov.com, tận dụng phế phụ phẩm làm phân hữu cơ sinh học

23. http://ttntt.free.fr/archive/Trandanghong.html, xăng sinh học.

24. http://www.hua.edu.vn/tvdv/Admin/Viewer.detail.asp?id=36, Không nên đốt rơm

rạ trên ruộng lúa.

Tiếng Anh

25. Cheng- shung gong, li-fu chen, Michael C. Flickinger, Ling- Chang Chiang, and

George T. Tsao (1981), Applied and environmental microbiology: Production of

Etanol from D-Xylose by Using D-Xylose Isomerase and Yeasts, p. 430-436



26. Badger, P.C (2002), Trends in new crops and new uses, Etanol from cellulose: A

general review, p. 17–21.

27. Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; and Stryer, Lubert (2002), Biochemistry,

Spinger.

28. Biotechnology for Fuels and Chemicals- Applied Biochemistry and Biotechnology.

29. James D. Kerstetter, Ph.D.John Kim Lyons(2001), Wheat straw for etanol,

Production in Washington: A Resource, Technical, and Economic Assessment,

p.18.

30. Jeris J. S and A. W. Regan (1973), “The effect of pH, nutrient, storage and paper

content”, Controllong environmental for oplimal composting, p 16- 22

31. Gaur A.C (1980), Microbial decomposition of organic matterial and humus in soil

and compost, .FAO/UNDP,p.59.

32. Mandels Andreotii R. and Rochee (1996), “Enzymatic conversion of cellulose

matterials”, New York, p.79-85.

33. Ralph Sims, Ali Savigh (2004), Bioenergy Options for a Cleaner Environment,

Elsevier Science & Technology Books, p.131-132.

34. Resse E.T and Levison H.S (1952), A comparative study of the break down of

cellulose by microorganism.

35. Se Hoon Kim (2004) , Lime pretreatment and enzymatic hydrolysis of corn stover,

p.6.

36. . Sheela Srivastava, P S Srivastava (2003), Understanding Bacteria, Springer

37. Sin R.G.H (1951), Microbial decomposition of cellulose, Rainhold, New York.

38. http://permanent.access.gpo.gov/websites/www.ott.doe.gov/biofuels/concentrated.h

tml

39. http://permanent.access.gpo.gov/websites/www.ott.doe.gov/biofuels/dilute.html

40. http://permanent.access.gpo.gov/websites/www.ott.doe.gov/biofuels/enzymatic.htm



41. http://permanent.access.gpo.gov/websites/www.ott.doe.gov/biofuels/understanding

_biomass.html

42. www.wisbiorefine.org, Fermentation of Lignocellulosic Biomass.

43. www.wisbiorefine.org, Etanol fuel.

lu ận v ăn th ạc s ỹ 07- 09 tr ường Đh khoa h ọc t ự...

Documents