Nhóm 6
Phạm Võ Gia Hân Mai Quốc Huy
Nguyễn Quỳnh Như Nguyễn Anh Tú
Nguyễn Thiên Vũ Bùi Thị Trúc Ly
Dương Mạnh Phi Võ Lê Minh Thy
Lê Bảo Thương
Đề tài:
VI SINH VẬT
VÀ VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG
(ETHANOL, BIOGAS)
A. ETHANOL
I. Khái niệm ethanol
Ethanol được gọi là rượu etylic, rượu nguyên chất,
rượu ngũ cốc, hay rượu uống, là một chất lỏng không màu,
dễ bay hơi, dễ cháy. Là một rượu mạch thẳng, CTPT:
C
2
H
5
OH.
Nó được biết đến nhiều nhất là loại đồ uống có cồn,
ngoài ra còn được dùng làm dung môi, nhiên liệu từ cồn =>
Xăng sinh học
II. Sơ lược về nguồn nguyên liệu
Về phương diện kĩ thuật chia làm 3 loại nguyên liệu:
+ Công nghệ xăng sinh học thế hệ 1: chế biến từ đường
(mía, củ cải đường, sorgho – đường), và tinh bột của nông
1
phẩm (từ hạt của bắp, lúa mì, lúa, v.v… hay từ củ như khoai
tây, khoai mì, v.v…) để tạo ethanol; hay từ dầu (của hạt dừa
– dầu, đậu nành, đậu phộng, v.v…để chế biến diesel- sinh

học. Kỹ thuật đơn giản và kinh tế nhất.
+ Công nghệ xăng sinh học thế hệ 2: từ cellulose, chất
xơ của dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, mạt cưa, gỗ, bã
mía v.v…); hay thực vật hoang (cỏ voi, vetiver, lục bình).
Chẳng hạn 1ha mía cho khoảng 25 tấn bã mía (bagasse, xác
mía sau khi ép), và mỗi tấn bã mía cho 285 lít ethanol. Kỹ
thuật này hiện nay chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, con
men chưa hữu hiệu và đắt, chỉ một phần cellulose và lignin
biến thành ethanol nên giá thành sản xuất còn cao
+ Công nghệ xăng sinh học thế hệ 3: từ tảo (algae), kỹ
thuật đang phát triển.

III. Quá trình tạo thành ethanol
1. Cơ sở lý thuyết
Quá trình lên men cồn thực chất là quá trình thủy phân
đường glucose trong điều kiện yếm khí.
Glucose 2(3-photpho glyceraldehyde) pyruvate
acetaldehyte
khử
cồn ethanol.
2. Lên men trực tiếp từ đường
2.1. Lên men nhờ nấm men
Nấm men là tác nhân cơ bản gây ra quá trình lên men
ethanol. Thường sử dụng nấm men thuộc họ
Saccharomycetaceac, loài S.cerevisiae
2
Sơ lược về S.cerevisiae
Hình dạng: tế bào hình bầu dục nếu ở môi trường giàu
chất dinh dưỡng. Trong điều kiện yếm khí, tế bào có hình
tròn; ngược lại, trong điều kiện hiếu khí tế bào kéo dài

hơn.
- Kích thước thay đổi trong khoảng 2,5 - 10 µm × 4,5
-21µm
- Saccharomyces cerevisiae thuộc loại nấm men lên
men nổi. Trong quá trình lên men, tế bào của chúng nổi
lơ lửng trong dung dịch lên men và tập trung trên bề mặt.
Nhờ đó tăng diện tích tiếp xúc với cơ chất, quá trình lên
men xảy ra nhanh chóng và mạnh mẽ.
- Có khả năng lên men ở nhiệt độ cao ( 36 – 40
0
C), chịu
được độ acid.
- Sinh sản theo kiểu nảy chồi, có khả năng sinh bào tử,
sống kị khí không bắt buộc
3
Cơ chế lên men
3.
4
Phương trình tổng quát của lên men rượu:
C
6
H
12
O
6
2CO
2
+ 2CH
3
CH

2
OH
Trong quá trình lên men, ngoài sản phẩm chính là rượu và CO
2
, còn
tạo ra nhiều chất khác. Bằng phân tích sắc ký người ta phát hiện trên
50 chất khác nhau, nhưng có thể xếp thành 4 nhóm chính: acid, este,
aldehyl, và rượu bậc cao hay rượu có số carbon lớn hơn hai.
Điều kiện lên men:
- Cơ chất (nguồn C): tinh bột, rỉ đường
- Nồng độ đường: 10 – 16%
- pH: 4 – 5
- Nhiệt độ: 28 – 30
0
C
- Nhu cầu về oxy: Giai đoạn đầu của lên men cần cung cấp một
lượng nhỏ O
2
vì đây là thành phần cần thiết trong sự sinh tổng hợp
các chất béo chưa bão hòa và lipid. Áp suất của O
2
vào khoảng 0,05
– 0,10 mmHg. Đến giai đoạn sau không cung cấp oxy nữa.
Quy trình sản xuất cồn từ tinh bột
5
2.2. Lên men etilic nhờ vi khuẩn
Trong số những vi sinh vật có khả năng sản xuất ra ethanol,
ngoài nấm men Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis là
sinh vật có triển vọng nhất. Nó chuyển hoá phần lớn glucose thành
CO

2
và ethanol, phát triển nhanh hơn nấm men và thể hiện khả
năng sản sinh ethanol rất cao trong suốt quá trình lên men
Zymomonas mobilis là vi khuẩn thuộc giống Zymomonas nó
có khả năng sản xuất ethanol vượt trội hơn cả nấm men về một số
mặt. Nó được phân lập lần đầu tiên từ đồ uống có chứa cồn, như
rượu cọ (palm wine) của châu Phi hay một loại rượu của Mehico :
rượu thùa (pulque), ngoài ra còn từ chất lấy từ rượu táo hay bia của
người châu Âu.
Đặc điểm:
Zymomonas là vi khuẩn Gram (-),kỵ khí, hình que.
6
Dài từ 2 -6 µm và rộng từ 1- 1.5µm, xuất hiện từng cái một
nhưng hầu hết ở dạng cặp.
Kích thước chiều rộng lớn của Zymomonas được thể hiện
rõ qua kính hiển vi, hầu hết những vi khuẩn khác chiều
rộng chỉ khoảng 0.5-0.75µm.
Tế bào không có dạng bào tử, không có màng nhày vỏ
bọc bên ngoài, không có lipid nội bào,không có glycogen
Con đường lên men:
Zymomonas mobilis chuyển hoá đường thành pyruvat
qua con đường ED (Entner-Doudorolff). Pyruvat sau đó
lên men tạo ra ethanol và CO
2
là sản phẩm duy nhất
( tương tự nấm men )
7
Con đường ED
Sự thuận lợi của Z. mobilis so với S. cerevisiae về mặt
sản xuất bioethanol là:

-Đường hấp thu và sản lượng ethanol là cao hơn
-Khí tạo thành ít hơn
-Khả năng chịu ethanol cao hơn
-Không phụ thuộc vào sự điều chỉnh lượng oxi - thêm
vào trong suốt quá trình lên men.
-Tuân theo sự vận động gen.
3. Lên men gián tiếp từ cellulose
Trải qua 3 giai đoạn:
- Thủy phân bằng acid
- Thủy phân bằng enzyme
8
- Lên men
3.1. Thủy phân bằng acid
Chia làm 2 bước:
Trong ngành công nghiệp sản xuất ethanol, người ta ưu
tiên sử dụng công nghệ thủy phân bằng acid vì giá thành
của enzyme cellulase quá cao. Theo nguyên tắc bất cứ
acid nào cũng có thể sử dụng trong thủy phân, nhưng
trên thực tế, acid sunfuric vẫn được sử dụng phổ biến
nhất vì giá thành rẻ và hiệu quả tương đối cao. Acid
sunfuric có thể là acid đặc hoặc loãng
3.2. Thủy phân bằng enzyme
Nguồn enzyme được sử dụng phổ biến hiện nay là
Aspergillus niger và Trichoderma reesie
9
Trichoderma reesie Aspergillus niger

Hiện nay cơ chế thủy phân của hệ enzyme cellulase được chấp nhận diễn
ra theo các bước sau:
- Endoglucanase thủy phân liên kết β-1,4-glycosidic trong vùng vô định

hình tạo ra nhiều đầu không khử
- Sau đó exglucanase cắt các đơn vị cellobiose từ đầu không khử
- β-glucosidase tiếp tục thủy phân tạo ra cellobiose tạo ra glucose
10
3.3. Lên men
- Cơ chế lên men tương tự như lên men trực tiếp từ
đường
- Các loại nấm men được sử dụng phổ biến như
S.cerevisiae, ngoài ra còn có S. uvarum, S.oviformis,
Pichia stipitis
- Vi khuẩn Zymomonas mobilis cũng thường được sử
dụng trong quá trình trong quá trình rượu hóa
11
S. uvarum Pichia stipitis
4. Ứng dụng từ việc tạo ethanol
Xăng sinh học là hỗn hợp của xăng truyền thống và cồn
sinh học (bio-ethanol), trong đó 95% là xăng A92 không
chì và 5% cồn sinh học, được sử dụng làm nhiên liệu cho
các loại động cơ đốt trong như xe gắn máy, ôtô.
5. Ưu, nhược điểm của công nghệ lên men ethanol
• Ưu điểm:
- Giảm lượng khí thải CO
2
=> giảm lượng khí thải gây
ra hiệu ứng nhà kính
- Hàm lượng các hợp chất khác trong khói thải như:
CO, SO
2
, hidrocacbon chưa cháy giảm => không ảnh
hưởng đến môi trường và sức khỏe con người.

- Không chứa hidrocacbon thơm => không gây ung
thư
- Giảm ô nhiễm môi trường đất và nước
- Có chỉ số octan cao
- Có tính bôi trơn tốt
- Thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển
- Đa dạng hóa nền nông nghiệp
12
• Nhược điểm:
- Giữ tính ổn định của các chủng vi sinh vật trong sản
xuất công nghiệp
- Giá thành cao do chi phí sản xuất enzyme cellulase
còn cao
- Hiệu suất thấp.
- Với sự phát triển của khoa học hiện đại thì những
nhược điểm trên có thể khắc phục được
6. Hiện trạng sử dụng ethanol ở nước ta
- Xây dựng nhà máy sản xuất Ethanol với Tập đoàn
Itochu Nhật Bản đặt tại KCN Hiệp Phước - TP.HCM.
Có công suất 100 triệu lít Ethanol/ năm với nguồn
nguyên liệu từ sắn lát
- Tiếp tục đầu tư vốn chi dự án “Nhà máy sản xuất
Ethanol nhiên liệu khu vực phía Bắc”.
B. BIOGAS
I. Khái niệm biogas
- Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH
4
)
và một số khí khác phát sinh từ sự phân huỷ các vật
chất hữu cơ.

II. Sơ lược về nguồn nguyên liệu và xử lí nguyên liệu
1. Nguồn nguyên liệu
- Chất thải hữu cơ dễ phân hủy như: phân heo, phân
trâu bò, các loại thực vật như bèo, rơm rạ, rau củ phế
thải sinh hoạt…
- Phân gia súc là nguồn nguyên liệu chủ yếu hiện nay
trong các hầm Biogas của nước ta.
13
2. Xử lý nguyên liệu
Nguyên liệu dùng để lên men tạo khí sinh học rất phong
phú, đa dạng. Trước khi sử dụng cần phải chọn lọc kỹ và
xử lý sao cho phù hợp với yêu cầu và chất lượng sau :
- Giàu cellulose.
- Ít Lignin
- NH
4
+
ban đầu khoảng 2000mg/l
- Tỷ lệ carbon / nitơ : 20/30
- Nguyên liệu phải được hoà tan trong nước
Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành
phần của khí thu được
Nguyên liệu Sản lượng khí
m
3
/kg phân khô
Hàm lượng
CH
4
(%)

Thời gian lên
men (ngày)
Phân bò
Phân gia cầm
Phân gà
Phân heo
Phân người
1,11
0,56
0,31
1,02
0,38
57
69
60
68

10
9
30
20
21
Pha chế nguyên liệu và hỗn hợp khí sau khi lên men
ở 21
0
C
Nguyê
n liệu
Sản lượng khí m
3

/kg
ng.liệu
Thành phần sau 21 ngày (%)
14
24 ngày 80 ngày CH
4
H
2
CO
2
Phân bò
Phân bò
+0,4% bã
mía
Phân bò +1%
tro bếp
Phân bò +
1% cellulose
Phân bò
+0,4% bã
mía +1% urê
Phân bò +1%
lá tạp (1,7N)
0,06
3
0,07
1
0,06
1
0,08

4
0,08
1
0,08
1
0,2
1
0,2
1
0,1
9
0,2
1
0,2
6
0,2
2
60,
0
57,
6
60,
4
52,
8
68,
0
68,
0
1,

1
2,
1
2,
9



34,
4
38,
4
34,
4
44,
0
30,
6

III. Công nghệ biogas
1. Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas
Dựa vào các vi khuẩn lên men yếm khí phân huỷ kỵ khí
các chất hữu cơ sinh ra một hỗn hợp khí có thể cháy được:
H
2
, H
2
S, NH
3
, CH

4
, C
2
H
2
,… trong đó CH
4
là sản phẩm khí
chủ yếu (nên còn gọi là quá trình lên men tạo Metan)
2. Quá trình lên men metan
Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn :
15
Giai đoạn I
Giai đoạn II : hình thành acid (pha acid)
Nhờ vào vi khuẩn Acetogenic bacteria (vi khuẩn tổng hợp
acetate), các hydrates carbon  acid có phân tử lượng
16
thấp (C
2
H
5
COOH, C
3
H
7
COOH, CH
3
COOH …) và pH môi
trường ở dưới 5 nên gây thối.
Bacillus cereus

17
Bacillus megaterium
Giai đoạn III : hình thành khí Metan
18
Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ ở giai
đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí : CH
4
, CO
2
, H
2
S, N
2
, H
2
, và
muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang kiềm).
Methanobacterium omelianskii
19
3. Làm sạch khí Biogas
- Loại trừ CO
2
: dùng KOH, NaOH, Ca(OH)
2
NaOH + CO
2
 Na
2
CO
3

+ H
2
O
Na
2
CO
3
+ CO
2
+ H
2
O  NaHCO
3
Ca(OH)
2
+ CO
2
 CaCO
3
+ H
2
- Loại trừ H
2
S
Dùng Na
2
CO
3:

H

2
S + Na
2
CO
3
 NaHS + NaHCO
3
hoặc hợp chất sắt:
Fe
2
O
3
+ 3H
2
S  Fe
2
S
3
+ H
2
O
*Phục hồi Fe
2
O
3
:
2Fe
2
S
3

+ 3O
2
 2Fe
2
O
3
+ 3S
2
(p.pháp ironfiling (mạt sắt))
- Loại trừ bùn trong bể phân huỷ
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
20
- Điều kiện kị khí: Không có O
2
trong dịch lên men
- Nhiệt độ: quy mô nhỏ, thực hiện ở 30- 35
o
C, quy mô
lớn có cơ khí hóa và tự động hóa, thực hiện ở 50-
55
o
C
- Độ pH: 6,5- 7,5
- Các ion có nồng độ cao: Ca
2+,
K
+
, Zn
2+
có ảnh hưởng

đến sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh
methane
- Khuấy đều môi trường lên men: tăng cường sự tiếp
xúc cơ chất
- Thời gian: 1-2 tháng
V. Các kiểu hầm biogas
Có 2 loại hầm biogas chính :
• Loại hầm gây men chất hữu cơ theo mẻ
• Loại hầm gây men chất hữu cơ liên tục
Gây men chất hữu cơ theo mẻ :
21
Gây men chất hữu cơ liên tục
• Loại hấm sinh khí kiểu vòm cố định
• Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động (như phao nối )
22
• Loại hầm sinh khí kiểu túi
VI. Ứng dụng công nghệ biogas
Điện: Từ 1m
3
biogas có thể tạo ra 2kw điện năng. Nhiên liệu
biogas có thể chạy các động cơ nhỏ như máy phát điện, bộ
chuyển đổi năng lượng,…
Hơi nóng : Hơi nóng biogas được sản xuất sau quá trình làm
lạnh, dùng để cung cấp khí khi đun nóng.
Phân bón sinh học : Phân sinh học trở thành phân bón sạch
gia tăng sản lượng lên đến 40 – 50%.
VII. Ưu, nhược điểm của biogas
Ưu điểm:
+Nguyên liệu phong phú, dồi dào
+Khí không khói, có tác dụng đun nấu, thắp sáng

và có thể dùng nguồn khí này cho máy phát điện.
+Lượng gas sinh ra từ hệ thống này đạt được
trung bình khoảng 880 lít/ngày cho mỗi hầm chứa thể tích
1m
3
.
23
+Hệ thống biogas tương đối gọn nhẹ, dễ sử dụng,
chi phí đầu tư ít, phù hợp với nhiều mô hình chăn nuôi hay
các trạm dừng chân nghỉ dưỡng…
+Đặc biệt, những hộ gia đình sử dụng khí đốt từ
Công nghệ biogas ống bê tông có thể tiết kiệm được khoản
40% chi phí so với sử dụng gas thông thường.
Nhược điểm:
+Có thể gây độc cho người sử dụng nếu không
cẩn thận
+Một lượng CO
2
thải ra, nếu không xử lí kịp thời
sẽ làm tăng hiệu ứng nhà kính
+Thiết bị bị ăn mòn do H
2
S sinh ra.
VIII. Hiện trạng sử dụng biogas ở nước ta
- Số lượng hầm biogas đã lắp đặt còn rất hạn chế do
chưa có công nghệ nào hoàn chỉnh về mặt kĩ thuật,
việc xây dựng, lắp đặt và sử dụng chưa thuận lợi, chi
phí đầu tư xây dựng hầm còn cao so với thu nhập của
nông dân, việc thay thế, sửa chữa khó khăn do thiếu
cơ sở dịch vụ kĩ thuật.

- Bên cạnh đó, ở TP.HCM, nhiều nông dân ở các huyện
Củ Chi, Hóc Môn,… đã thực hiện có kết quả việc sử
dụng biogas trong chăn nuôi gia đình.
24