I. Tiền xử lý lignocellulose
Tiền xử lý lignocellulose là bước quan trọng trong quá trình sản xuất cồn sinh học. Nghiên cứu này tập trung vào việc nâng cao hiệu suất tiền xử lý thông qua việc kết hợp phương pháp xử lý acid và base. Kết quả cho thấy việc kết hợp này giúp loại bỏ lignin hiệu quả hơn, đồng thời giảm độ tinh thể của cellulose, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân và lên men. Phương pháp này được áp dụng trên hai nguồn nguyên liệu chính là mùn cưa gỗ cao su và rơm rạ, cả hai đều phổ biến và có giá thành thấp tại Việt Nam.
1.1. Phương pháp tiền xử lý kết hợp
Phương pháp tiền xử lý kết hợp bao gồm hai giai đoạn: xử lý acid trước, sau đó là xử lý base. Nguyên liệu được ngâm trong dung dịch H2SO4 1,67% trong 5,4 giờ, sau đó rửa sạch và tiếp tục xử lý với dung dịch NaOH 2,98% trong 24 giờ. Kết quả cho thấy độ tinh thể (CrI) của nguyên liệu giảm từ 61,36% xuống còn 57,61%, và hiệu suất tiền xử lý đạt 78,80%. Phương pháp này được chứng minh hiệu quả hơn so với việc chỉ sử dụng acid hoặc base đơn lẻ.
1.2. Ứng dụng trên rơm rạ
Đối với rơm rạ, quy trình tiền xử lý tương tự được áp dụng với dung dịch H2SO4 0,58% trong 6,98 giờ, sau đó xử lý với dung dịch NaOH 2,671% trong 24 giờ. Kết quả cho thấy độ tinh thể giảm từ 56,05% xuống 52,01%, và hiệu suất tiền xử lý đạt 72,67%. Điều này chứng tỏ phương pháp kết hợp acid và base cũng mang lại hiệu quả cao đối với nguyên liệu này.
II. Sản xuất cồn sinh học
Sản xuất cồn sinh học từ lignocellulose là quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa tiền xử lý, thủy phân và lên men. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất cồn thông qua việc sử dụng phương pháp SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). Kết quả cho thấy, việc nạp enzyme nhiều lần trong quá trình SSF giúp tăng hiệu suất thủy phân và sản xuất bioethanol.
2.1. Quy trình SSF
Quy trình SSF được thực hiện bằng cách nạp enzyme vào các thời điểm khác nhau (0, 12 và 24 giờ). Kết quả cho thấy việc nạp enzyme 3 lần giúp tăng hiệu suất thủy phân lên 62,31% đối với mùn cưa gỗ cao su và 75,26% đối với rơm rạ. Điều này chứng tỏ việc chia nhỏ lượng enzyme và nạp nhiều lần giúp tối ưu hóa quá trình thủy phân và lên men.
2.2. Hiệu suất chuyển hóa
Hiệu suất chuyển hóa cellulose thành bioethanol đạt 45,6% đối với mùn cưa gỗ cao su và 54,91% đối với rơm rạ. Nồng độ ethanol thu được sau quá trình SSF là 1,61 vol% đối với mùn cưa gỗ cao su và 1,48 vol% đối với rơm rạ. Kết quả này cho thấy tiềm năng lớn của việc sử dụng nguyên liệu lignocellulose trong sản xuất năng lượng sinh học.
III. Tối ưu hóa hiệu suất
Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc nâng cao hiệu suất tiền xử lý mà còn tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất cồn sinh học. Việc kết hợp phương pháp tiền xử lý kết hợp acid và base cùng với quy trình SSF nạp enzyme nhiều lần đã mang lại hiệu quả vượt trội so với các phương pháp truyền thống.
3.1. Tối ưu hóa quy trình
Việc tối ưu hóa quy trình bao gồm việc lựa chọn điều kiện tiền xử lý phù hợp, chia nhỏ lượng enzyme và nạp nhiều lần trong quá trình SSF. Kết quả cho thấy, việc nạp enzyme 3 lần giúp tăng hiệu suất thủy phân và sản xuất bioethanol lên đáng kể so với việc nạp enzyme 1 lần.
3.2. Ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa trong việc sản xuất năng lượng sinh học mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do việc đốt rơm rạ và mùn cưa gỗ cao su trực tiếp. Việc chuyển hóa các nguyên liệu này thành bioethanol giúp tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có và bảo vệ môi trường.
