SẢN XUẤT BIOETHANOL TỪ VỎ TRẤU

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.62 MB, 73 trang )

1
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
----- // -----

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
----- // -----

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Họ và tên sinh viên: Đặng Hồng Dương.
MSSV: 11012625.
Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Dầu.
Lớp: DHHD7.
1.

Tên đề tài đồ án: Sản xuất bioethanol từ vỏ trấu.

2.

Nhiệm vụ:
− Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit đến quá trình tiền xử
lý.
− Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình thủy
phân.
− Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến quá trình thủy phân.
− Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình thủy
phân.
− Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men.

3.

Ngày giao khóa luận/đồ án: 01/2015.

4.

Ngày hoàn thành khóa luận/đồ án: 07/2015.

5.

Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS. Đỗ Quý Diễm

Chủ nhiệm bộ môn
chuyên ngành

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 07 năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

2

TS. Bạch Thị Mỹ Hiền

TS. Đỗ Quý Diễm

3

LỜI CẢM ƠN

Từ xưa đã có câu “không thầy đố mày làm nên”. Là con người sinh ra ai cũng
phải học tập rèn luyện để tiếp thu kiến thức nhân loại, được sự nuôi dưỡng của gia
đình, sự dạy dỗ tận tình của thầy cô, mỗi chúng ta sẽ trưởng thành hơn. Trên chặng
đường rèn luyện của thời sinh viên, em cần sự dẫn dắt của thầy cô để có cái nhìn
đúng đắn hơn về những gì mình đã được học.
Em xin chân thành cảm ơn cô Đỗ Quý Diễm. Trong quá trình thực hiện đồ án
chuyên ngành, nhận được sự hướng dẫn và chỉ dạy tận tình của cô Đỗ Quý Diễm,
em đã có cơ hội nghiên cứu, cọ xát và tiếp thu được nhiều kiến thức và hiểu sâu hơn
về để tài mình đã nhận.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa công nghệ hóa trường Đại Học Công
Nghiệp TP HCM đã tạo điều kiện cho em được hoàn thành tốt bài đồ án của mình.
Xin cảm ơn các bạn sinh viên thuộc lớp DDHHD7 trường đại học Công
Nghiệp TP.HCM đã cùng học tập và trao đổi kinh nghiệm trong quá trình làm việc.
Trong quá trình thực hiện bài đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót,vì
vậy kính mong được sự thông cảm của các Thầy cô!
Xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
(Ghi họ và tên)

Đặng Hồng Dương

4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.........................................................................................................................................

............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015
Giáo viên phản biện

6

MỤC LỤC

7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

8

DANH MỤC HÌNH ẢNH

9

Ngày nay sức ép từ khủng hoảng dầu mỏ và nhu cầu năng lượng luôn là vấn
đề nan giải của bất cứ quốc gia nào trên thế giới. Mỹ và Brazil đã thành công trong
việc sản xuất ethanol từ nguồn sinh học là bắp và mía. Điều này đã khích lệ các
nước khác đầu tư nghiên cứu lĩnh vực nhiên liệu sinh học.
Cùng với biodiesel, bioethanol là một nhiên liệu sinh học đang sử dụng rộng
rãi trên thế giới. Tuy nhiên trong thời gian này bioethanol chủ yếu được sản xuất từ
các loại cây lương thực, điều này lại gây ra những vấn đề tranh cãi về việc đảm bảo
nguồn lương thực cho toàn cầu và mối lo ngại về việc phá rừng để trồng cây phục
vụ sản xuất nhiên liệu sinh học lại làm tăng lượng CO 2 gây hiệu ứng nhà kính. Vì
vậy những nghiên cứu gần đây hướng đến việc tìm ra những nguồn nguyên liệu mới
cho việc sản xuất bioethanol. Nhiều quốc gia trên thế giới đang nghiên cứu việc sản
xuát bioethanol từ phế phẩm nông nghiệp như bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, lõi bắp, bã
khoai mì… những nguồn nguyên liệu này được cho là đầy triển vọng cho sản xuất
bioethanol..
Việt Nam hằng năm tạo ra một lượng lớn phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu là
lignocellulose từ các vụ mùa và ngành công nghiệp sản xuất mía đường. Tận dụng
nguồn nguyên liệu này, cụ thể là vỏ trấu để sản xuất bioethanol là một phương pháp
sử dụng vỏ trấu một cách hiệu quả đồng thời góp phần giải quyết một phần vấn đề
năng lượng cho nước ta. Vì vậy đề tài này nghiên cứu đến việc sử dụng nguồn vỏ
trấu vốn rất rẻ và dồi dào để sản xuất bioethanol. Nhiệm vụ của đề tài là “Sản xuất
bioethanol từ vỏ trấu”.
 Nhiệm vụ của đề tài bao gồm:

+ Nghiên cứu để xác định
thành phần trong nguyên
liệu vỏ trấu.
+ Nghiên cứu quá trình tiền
xử lý nguyên liệu tăng
hiệu quả cho thủy phân.

10

+ Nghiên cứu quá trình thủy
phân vỏ trấu đã qua tiền
xử lý bằng hệ enzyme
cytolase để tạo đường.
+ Nghiên cứu quá trình lên
men chuyển hóa thành
ethanol.
 Nội dung thực hiện khảo sát:
+ Tìm phương pháp xác
định thành phần vỏ trấu.
+ Khảo sát ảnh hưởng của
nồng độ axit đến quá trình
tiền xử lý.
+ Khảo sát ảnh hưởng của
các yếu tố : tỷ lệ vỏ trấu
và enzyme, nhiệt độ, pH,
thời gian đối với quá trình
thủy phân.
+ Khảo sát ảnh hưởng của
nhiệt độ và thời gian đến

quá trình lên men.

11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tình hình sản xuất bioethanol trên thế giới và trong nước
1.1.1. Lịch sử của bioethanol
Nguyên mẫu đầu tiên của động cơ đốt trong được đưa ra bởi Samuel Morey tại
Mỹ năm 1826. Điều này được xem là sự bắt đầu của động cơ gasoline nhưng thực tế
ông sử dụng ethanol để cấp nguồn năng lượng cho động cơ. Năm 1908, Henry Ford
xây dựng mô hình nổi tiếng về xe ô tô (Ford Model T) chạy bằng ethanol [11] .
Cuối cùng, công nghiệp dầu mỏ “chiến thắng” trong sự cạnh tranh với ethanol. Sự
thúc đẩy “thương mại hóa” bioethanol trong giao thông vận tải phát triển trong suốt
thập niên 1970. Cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 và cuộc cách mạng của
người Iran vào năm 1978 làm cho giá của dầu gia tăng một cách nhanh chóng, ảnh
hưởng lớn đến vấn đề an ninh năng lượng quốc gia. Bioethanol nhiên liệu trở nên có
giá trị [12].
Trong những thập niên gần đây, có rất nhiều nghiên cứu về quá trình sản xuất
bioethanol từ biomass ở nhiều nơi trên thế giới và đã thu được những thành công
nhất định, tạo cơ sở khoa học cần thiết cho sự phát triển của công nghệ sản xuất
bioethanol. Tại Rio de Janeriro (Brazil), Elba P.S. Bon và Maria Antonieta Ferrara
đã tiến hành nghiên cứu quá trình sản xuất bioethanol từ biomass bằng thủy phân
bởi enzyme.
Tại Malaysia, A.B.M.S. Hossain, A.A. Saleh, S. Aishah, A.N. Boyce, P.P.
Chowdhury và M. Naquiddin cũng đã tiến hành nghiên cứu sản xuất bioethanol từ
các loại phế phẩm nông nghiệp của tảo, cây ăn quả, cá, gà. Kết quả nghiên cứu cho
thấy quá trình hiệu quả hơn khi dùng phụ phẩm của cây dứa so với phụ phẩm của
tảo và cá.

1.1.2. Tình hình sản xuất bioethanol trên thế giới.
Các nhà khoa học của Mỹ vừa tuyên bố đã nghiên cứu thành công quy trình kỹ
thuật sản xuất bioethanol với khối lượng lớn nhưng không cần dùng nguyên liệu

12

lànhững loại cây lương thực mà là từ cỏ, thậm chí từ những bãi phế liệu. Nữ giáo sư
trường đại học Georgia, Joy Peterson, đồng thời là Trưởng khoa Năng lượng sinh
học cho biết: “Sản xuất bioethanol từ nguồn năng lượng sinh học tái sinh biomass là
vô cùng cần thiết và hữu ích vì chúng rất dồi dào và sẵn có”. Công trình nghiên cứu
trên đã được Quỹ Nghiên cứu khoa học của Trường Đại học Georgia cấp bằng sáng
chế.[13]
Hiện Brazil là nước sản xuất bioethanol hàng đầu thế giới. Brazil đã thành
công trong việc sản xuất bioethanol theo quy mô công nghiệp từ những năm 1970
khi nước này phụ thuộc nặng nề vào dầu nhập khẩu. Tuy rằng có những vấn đề nảy
sinh, nhưng chương trình này của Brazil được xem như một mô hình thành công
trong việc phát triển bền vững. Ngày nay, toàn bộ xe hơi ở Brazil sử dụng xăng có
pha ít nhất 25% bioethanol, và 60% số xe có khả năng “linh động về nhiên liệu” (có
thể sử dụng 100% bioethanol làm nhiên liệu), mỗi năm tiết kiệm được trên 2 tỷ
USD do không phải nhập dầu mỏ. Hiện tại, ở nước này có 3 triệu ôtô sử dụng hoàn
toàn bioethanol và trên 17 triệu ôtô sử dụng E25 [14] . Brazil sản xuất bioethanol
hầu như chỉ từ cây mía. Loại bioethanol này có thể được tinh lọc thêm để pha vào
xăng, hoặc dùng làm bioethanol nhiên liệu tinh.
Mỹ cũng đang đầu tư nhiều cho việc tăng sản lượng bioethanol, hiện chiếm
5% khối lượng nhiên liệu bán ra ở Mỹ. Đồng thời, Mỹ hiện là quốc gia sản xuất
bioethanol lớn nhất thế giới (năm 2006 đạt gần 19 tỷ lít, trong đó 15 tỷ lít dùng làm
nhiên liệu - chiếm khoảng 3% thị trường xăng). Năm 2012 dự kiến sẽ cung cấp trên
28 tỷ lít bioethanol và biodiesel, chiếm 3.5% lượng xăng dầu sử dụng. [14]
Năm 2005, 721 nghìn tấn bioethanol được sản xuất nhằm phục vụ nhu cầu

nhiên liệu vận chuyển ở Châu Âu, tăng khoảng 50% so với năm 2004. Liên minh
châu Âu (EU) đang khuyến khích việc sử dụng nhiên liệu sinh học và hướng tới
mục tiêu nhiên liệu sinh học chiếm 5.75% trong tổng lượng xăng dầu bán ra vào
năm 2010. [14]
Trong tương lai, Colombia bắt buộc những thành phố có dân số trên 50x104
dân phải bán xăng có pha 10% bioethanol. Ở Venezuela, công ty dầu quốc gia đang

13

hỗ trợ dự án xây dựng 15 nhà máy chế bioethanol từ mía trong 5 năm tới khi chính
phủ sắp ban hành đạo luật bắt buộc sử dụng xăng E10 (pha 10% bioethanol). Chính
phủ Canada nhắm đến việc 45% xăng trong cả nước có pha 10% bioethanol vào
năm 2010. Ở Đông Nam Á, Thái Lan đã ban hành luật cho việc sử dụng xăng pha
10% bioethanol bắt đầu từ 2007. Ở Ấn Độ, một chương trình bioethanol đã kêu gọi
người dân sử dụng xăng E5 trên cả nước, tiến tới việc sử dụng xăng E10 và E20.
[10]

1.1.3. Trong nước.
Ngày 6/4/2005, Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM đã đồng ý hỗ trợ 30,000
USD như là kinh phí ban đầu cho nhóm nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học
trong lĩnh vực Biomass giai đoạn 2005 - 2007.
Nhóm nghiên cứu đề tài Biomass, xử lý phế phẩm nông nghiệp, do TS. Phan
Đình Tuấn, trường đại học Bách khoa TP.HCM phụ trách. Biomass là đề tài của
nghiên cứu công nghệ xử lý các phế phẩm trong sản xuất nông nghiệp như rơm, rạ,
trấu… nhằm sản xuất bioethanol (cồn nguyên liệu), tiến tới xây dựng mô hình “Thị
trấn Biomass” tại xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, Tp.HCM. [15]
Nhà máy sản xuất bioethanol tại khu kinh tế Dung Quất sẽ được đầu tư xây
dựng bởi Tổng công ty dịch vụ dầu khí (Petrosetco), BSR, PVFC hình thành Công
ty cổ phần Nhiên liệu sinh học Dầu khí Việt Nam (PCB). Nhà máy được xây dựng

trên diện tích từ 30 - 50 ha, sản xuất bioethanol 99.8% (thể tích), công suất 105
m3/năm với nguồn nguyên liệu sắn lát. Nhà máy dự kiến xây dựng vào cuối năm
2010. [16]
PVB (Công ty Cổ phần Hóa dầu và Nhiên liệu sinh học Dầu khí) đã đầu tư
xây dựng nhà máy sản xuất bioethanol tại tỉnh Phú Thọ (cách Hà Nội khoảng 80
Km). Tổng vốn đầu tư khoảng 80 triệu USD. Công suất nhà máy khoảng 105 m3
bioethanol/năm. Nguồn nguyên liệu nhà máy chủ yếu là từ sắn lát và cây mía. Dự
án mong chờ đi vào hoạt động khoảng giữa năm 2011. [17]

14

Công ty cổ phần Đồng Xanh (GFC) đã đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất
bioethanol tại xã Đại Tân, huyện Đại Lộc, Quảng Nam từ nguồn nguyên liệu chủ
yếu từ củ khoai mì (sắn) và tinh bột. Nhà máy sản xuất bioethanol với độ tinh khiết
99.8% (thể tích), có công suất chạy thử khoảng 50 triệu lít/năm. Sau đó, tiến hành
mở rộng và dự kiến công suất đạt khoảng 100 triệu lít/năm. Sau hơn hai năm thi
công, ngày 02/9/2009 Công ty cổ phần Đồng Xanh đã đi vào hoạt động. [18]

15

1.1.4. Triển vọng phát triển của bioethanol.
Hiện nay vấn đề sử dụng bioethanol vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa
hạ
được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống. Nhưng vượt
lên trên hết, rõ ràng bioethanol vẫn mang lại những lợi ích to lớn, không thể tranh
cãi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng của mỗi quốc gia, xoá đói, giảm nghèo cho
người dân và góp phần chung vào công cuộc giữ gìn, bảo vệ môi trường chung trên
thế giới.

Vì vậy, mặc dù vẫn còn nhiều tranh cãi về sản xuất bioethanol giữa các nhà
kinh tế, hoạch định chính sách, khoa học, bảo vệ môi trường xung quanh vấn đề giải
pháp phòng ngừa, hạn chế, khắc phục những nhược điểm, nhưng tất cả đều đồng ý
kết luận:“Phát triển sản xuất bioethanol là tất yếu, nhưng cần nhận thức rõ được
cả hai mặt của quá trình này và tiến hành hết sức cẩn trọng, nếu không những lợi
ích hứa hẹn gặt hái từ bioethanol sẽ không còn”.

1.2. Nguyên liêêu lignocellulose.
Lignocellulose là vật liệu biomass phổ biến nhất trên trái đất. Lignocellulose
có
trong phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu ở dạng phế phẩm của các vụ mùa; trong sản
phẩm phụ của công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy; có trong rác thải rắn của thành
phố... Với thành phần chính là cellulose, lignocellulose là một nguồn nguyên liệu to
lớn cho việc sản xuất bioethanol. Bã mía là một dạng vật liệu lignocellulose.

16

Bảng 1.1:Các thành phần của lignocellulose trong các phế phẩm nông nghiệp
[7].
Vật liệu lignocellulose

Cellulose
(%)

Hemicellulose
(%)

Lignin
(%)

Các loại cây gỗ cứng

40 – 55

24 – 40

18 – 25

Các loại cây gỗ mềm

45 – 50

25 – 35

25 – 35

Vỏ quả

25 – 30

25 – 30

30 – 40

Lõi bắp

45

35

15

Cây thân cỏ

25 – 40

35 – 50

10 – 30

Giấy

85 – 99

0

0 -15

Rơm từ cây lúa mì

30

50

15

Các loại chất thải

60

20

20

Lá cây

15 – 20

80 – 85

0

Hạt bông

80 – 95

5 – 20

0

Giấy báo

40 – 55

25 – 40

18 – 30

Bột giấy

60 – 70

10 – 20

5 – 10

Vỏ trấu

35 − 40

20 − 30

25 − 30

1.2.1. Cấu trúc lignocellulose
Thành phần chính của vật liệu lignocellulose gồm 3 phần cơ bản là cellulose,
hemicellulose, lignin.
Về cơ bản, trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được
bao bọc bởi những chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính
như lignin. Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa
trị với nhau. Các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và acid 4
Omethylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin.

17

Hình 1.1 Cấu trúc của lignocellulose
Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này được gắn lại với
nhau nhờ hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25 nm. Các

vi sợi này được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự
tấn công của ezyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân. [9]

1.2.2. Cellulose
Là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-DGlucose, có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể
nằm trong khoảng 5000-14000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực
vật. Trong gỗ lá kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong gỗ lá rộng nó chiếm
43-52% thể tích.

18

Hình 1.2: Công thức hóa học của cellulose
Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết Van
Der Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là kết tinh và vô định hình. Trong
vùng kết tinh, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó bị tấn
công bởi enzyme cũng như hóa chất. Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose
liên kết không chặt với nhau nên dễ bị tấn công. [8]
Cellulose được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, điều này làm cho
cellulose khá bền vững với tác động của enzyme cũng như hóa chất.

1.2.3. Hemicellulose
Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp
khoảng 70 - 200 DP. Hemicellulose chứa cả đường C6 gồm glucose, mannose,
galactose và đường 5 gồm xylose và arabinose. Thành phần cơ bản của
hemicellulose là β-D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β-(1,4). Cấu tạo
của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy nhiên có một
vài điểm chung gồm:
• Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1,4).
• Xylose là thành phần quan trọng nhất.

• Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl-O- liên kết với vị trí 2 hoặc 3.
• Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide
hoặc trisaccharide. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với
lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại
ở dạng vô định hình và vì thế dễ bị thủy phân.

19

Bộ khung chính của các chuỗi hemicellulose có thể là một homo polymer
(thông thường bao gồm sự lặp lại của các đường đơn) hoặc một heteropolymer (hỗn
hợp của các loại đường khác nhau). Hemicellulose chứa cả đường hexose (glucose,
mantose, galactose) và đường pentose (xylose và arabinose). Trong các loại đường
của hemicellulose thì đường xylose là quan trọng nhất.
Cấu tạo phức tạp của hemicellulose tạo nên nhiều tính chất hóa sinh và lý sinh
cho cây.

1.2.4. Lignin
Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng
vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose
và hemicellulose. Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn.

Hình 1.3: Các đơn vị cơ bản của lignin
Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị
cấu trúc điển hình được đề nghị là: guaiacyl (G), chất gốc là rượu trans-coniferyl;
syringly (S), chất gốc là rượu trans-sinapyl; p-hydroxylphenyl (H), chất gốc là rượu
trans-p-courmary.
Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc
của nó trong gỗ. Ngoài việc được phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ,

20

lignin có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringly
lignin.
Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaiacyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl. Nghiên
cứu chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại
nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringyl lignin. [7]

Hình 1.4: Một kiểu cấu trúc của lignin
Lignin bao gồm vùng vô định hình, các vùng có cấu trúc hình thuôn hoặc hình
cầu. Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh
hưởng bởi mạng polysaccharide. Bản chất của lignin là kỵ nước.
Nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin là nhóm phenolic hydroxyl tự
do,methoxy, benzylic hydroxyl, ether của benzylic với các rượu thẳng và nhóm
carbonyl. Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic hydroxyl hơn syringyl.
Lignin có liên kết hóa học với thành phần hemicellulose độ bền hóa học của
những liên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết và cấu trúc hóa học của lignin và
những đơn vị đường tham gia liên kết.

21

Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và
pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước. Ở nhiệt độ phản
ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi
cellulose. [7]

1.2.5. Các chất trích ly
Có rất nhiều chất thuộc nhóm thành phần này, chủ yếu là các chất dễ hòa tan.

Các chất trích ly là những chất hoặc có khả năng hòa tan trong những dung môi hữu
cơ (như dietyl ether, methyl terbutyl ether, ether dầu hỏa, acetone, ethanol,
methanol, hexan, toluen) hoặc trong nước. Những chất này có thể có cả tính ưa dầu
và ưa nước và không được xem là thành phần cấu trúc của gỗ. Chất nhựa là những
chất ưa dầu, có lẽ thường chiếm tỉ lệ ưu thế trong chất trích ly.
Chất trích ly thường có màu, mùi và vị khá đặc trưng. Chúng rất quan trọng để
giữ lại những chức năng sinh học của cây. Đa phần các chất nhựa bảo vệ gỗ khỏi
những tổn thương gây ra bởi vi sinh vật hay côn trùng. Terpenoid, steroid, chất béo,
và những phần tử phenolic như stilbene, lignan, tamin đều là những chất trích ly.
Các phenolic có thuộc tính diệt nấm và ảnh hưởng đến màu gỗ. Chất béo và sáp,
trong nhiều hệ thống sinh học được tận dụng như là nguồn năng lượng.

Hình 1.5: Một số ví dụ về chất trích ly (a) abietic acid (oleoresin); (b) cathechin
(flavonoid); (c) palmitic acid (acid béo)

1.2.6. Tro

22

Trong các loại gỗ, các nguyên tố khác so với carbon, hydro, oxy và nito chiếm
khoảng 0.1-0.5%. Với loại gỗ xứ nhiệt đới con số này có thể là 5%. Hàm lượng chất
vô cơ được đo bằng hàm lượng tro của mẫu và nó nằm trong khoảng 0.3-1.5% cho
hai loại gỗ mềm và gỗ cứng. Hàm lượng này phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi
trường tăng trưởng của cây và vào vị trí trong cây.
Thành phần vô cơ của biomass thường thực hiện chức năng trong một vài con
đường sinh học ở thực vật. Kim loại vết thường tồn tại ở dạng phức tạp như
magnesium trong chlorophyll. Một số chất vô cơ từ muối kim loại tồn tại trong vách
tế bào thực vật. Calcium thường là kim loại phong phú nhất sau đó là kali và
magnesium.

1.3. Vỏ trấu

Hình 1.6: Vỏ trấu
Vỏ trấu là sản phẩm phụ trong quá trình xay xát gạo Hiện tại ở các vùng nông
thôn, vỏ trấu, rơm rạ chủ yếu được đem đốt cháy và tạo nên rất nhiều khói gây ô
nhiễm không khí không chỉ ở vùng nông thôn mà lan tỏa sang các khu vực dân cư
khác.
Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh rằng, vỏ trấu nếu
được sử dụng hợp lý sẽ là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng rất tốt cho các loại cây
trồng.

23

Trong số các công trình nghiên cứu đó, đáng chú ý nhất là quá trình nhiệt phân
vỏ trấu. Bản chất của quá trình này là sự đốt cháy thiếu oxy vỏ trấu. Sản phẩm tạo
thành của quá trình nhiệt phân là các hạt xốp màu đen có chứa: phosphorous (P),
potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), và các nguyên tố vi lượng quan
trọng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Ngoài ra, nó còn có tác dụng diệt
trùng và ức chế sự phát triển của các sinh vật gây bệnh cho cây trồng.
Bảng 1.2: Thành phần các nguyên tố vi lượng trong của các chất trong vỏ trấu

Qua hai bảng thành phần trên, vỏ trấu chứa khoảng 20 % thành phần vô cơ và
80% thành phần hữu cơ. Khi chưa được nhiệt phân, thành phần lignin, cellulose cao
trong vỏ trấu sẽ rất khó phân hủy. Khi nhiệt phân, sẽ diễn ra quá trình phân hủy các
chất hữu cơ như lignin, cellulose và để lại một lượng dư các chất dinh dưỡng và
khoáng chất.
Năm 2011 sản lượng gạo mà Việt Nam sản xuất được là khoảng 6 triệu tấn
gạo. Trung bình từ 100 kg gạo trắng, từ quá trình xay xát sẽ tạo ra khoảng 15 kg vỏ

trấu. Như vậy hang năm ở nước ta với sản lượng trung bình 6 triệu tấn gạo sẽ tạo ra
nguồn vỏ trấu là khoảng 1 triệu tấn vỏ trấu.
Ở các nước sản xuất gạo khác như Mỹ, Philippin. Vỏ trấu được tận dụng tối đa
và được sản xuất tạo ra những sản phẩm có giá trị.

24

Tại Mỹ có nhà máy AgritTecSorbents LSS Plant hoạt động vào năm 2002, nhà
mày này sử dụng nguyên liệu vỏ trấu để sản xuất than hoạt tinh và Silicagen. Tại
Philippin, Ấn Độ, Nhật, Thái Lan vỏ trấu được nhiệt phân và được sử dụng bón trực
tiếp cho cây lúa. Đặc biệt ở Nhật Bản, vỏ trấu nhiệt phân đã được sử dụng từ
những năm 1910.

1.3.1. Nguồn vỏ trấu ở Việt Nam
Việt nam là nước có nền văn minh lúa nước rất lâu đời, từ lâu cây lúa đã gắn
liền với đời sống của nhân dân. Không những hạt lúa được sử dụng làm thực phẩm
chính, mà các phần còn lại sau khi đã thu hoạch lúa cũng được người dân tận dụng
trở thành những vật liệu có ích trong đời sống hàng ngày.

Hình 1.7: Trấu tại nhà máy xay xát lúa gạo
Ví dụ rơm được sử dụng lợp nhà, cho gia súc ăn, làm chất đốt, hoặc ủ làm
phân. Trấu được sử dụng làm chất đốt hay trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng…
Không những trấu được sử dụng làm chất đốt trong sinh hoạt hàng ngày mà còn
được sử dụng như là một nguồn nguyên liệu thay thế cung cấp nhiệt trong sản xuất
với giá rất rẽ.
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát.
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt
và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro (Theo Energy Efficiency Guide for
Industry in Asia– www.energyefficiencyasia.org ). Chất hữu cơ chứa chủ yếu

25

cellulose, lignin và Hemi – cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như
hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếm khoảng
35-40% Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết
các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất
dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic
oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực. (wikipedia Việt
Nam)

1.3.2. Hiện trạng sử dụng năng lượng từ vỏ trấu ở Việt Nam
1.3.2.1.Sử dụng làm chất đốt
Từ lâu, vỏ trâu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà côn nông dân, đặc
biệt là bà con nông dân ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Chất đốt từ vỏ trấu được
sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm
gạch, sấy lúa) nhờ những ưu điểm sau:
+ Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ:
Theo bảng thì 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/3 năng lưọng đưọc tạo ra từ
dầu ra dầu nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006).
Theo bảng trên thì 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/3 năng lưọng
đưọc tạo ra từ dầu ra dầu nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006).
+ Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại rẻ tiền: Sản lượng lúa năm 2007
cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu
tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn. [20]
Như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương 7,4 triệu tấn. Còn
theo TS Phạm Văn Lang (Báo Công nghiệp Việt Nam - số 35/2006) thì sản lượng
trấu có thể thu gom được ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4-1,6 triệu
tấn (2006).

+ Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt: Vỏ trấu
sau khi xay xát ở luôn ở rất dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận

SẢN XUẤT BIOETHANOL TỪ VỎ TRẤU

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về