Luận văn thạc sĩ về nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis phục vụ sản xuất biodiesel

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích công nghệ sinh học thử nghiệm nhân nuôi vi tảo chaetoceros gracillis quy mô 1m3 phục vụ sản xuất, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Lê Kỳ Phán
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Thúy Ái
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m3 cho sản xuất biodiesel
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU. TIỀM NĂNG SỬ DỤNG VI TẢO CHO NHIÊN LIỆU SINH HỌC
• 1.1. Đặc điểm cơ bản của vi tảo thích hợp làm nguyên liệu bền vững cho sản xuất Biodiesel
• 1.2. Chủng loài vi tảo tiềm năng và tiêu chí sàng lọc
• 1.3. Tình hình nhân nuôi vi tảo cho nhiên liệu sinh học
• 1.4. Các hệ thống nhân nuôi điển hình cho nghiên cứu khảo nghiệm
• 1.4.1. Hệ thống bể hở
• 1.4.2. Hệ thống quang phản ứng kín
• 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng vi tảo
• 1.5.1. Nguồn dinh dưỡng
• 1.5.2. Yếu tố môi trường
• 1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tổng hợp và tích lũy lipít
• 1.6.1. Thiết dinh dưỡng nitơ, phốtpho, pH cực đoan, kim loại nặng, cường độ chiếu sáng
• 1.7. Các phương pháp xác định hàm lượng lipít tảo
• 1.8. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Xác định sinh trưởng bằng đếm mật độ tế bào và đo mật độ quang ở bước sóng 680nm
• 2.2. Xác định sinh trưởng thông qua trọng lượng khô
• 2.3. Xác định tốc độ tăng trưởng, thời gian nhân đôi và số lần nhân đôi trong 10 ngày
• 2.4. Phương pháp nhuộm lipít trung tính nội bào và phân tích hình ảnh
• 2.5. Phương pháp định lượng lipít tổng số
• 2.6. Phương pháp chuyển este dầu tảo trực tiếp từ sinh khối
• 2.7. Phương pháp phân tích thành phần axít béo methyl este bằng sắc ký khí
• 2.8. Phương pháp định lượng nitrat (N-NO3)
• 2.9. Phương pháp bố trí thực nghiệm
• 2.9.1. Thực nghiệm phơi sáng bằng mô hình quang phản ứng túi nhựa 10 lít
• 2.9.2. Thực hiện nhân nuôi mẻ bổ sung mô hình bể hở 1 m³
• 2.9.3. Chế độ thu mẫu đo và thu hoạch
• 2.9.4. Thực nghiệm nhân nuôi tạo điều kiện áp lực cho tích lũy lipít ở mô hình quang phản ứng dạng tấm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá sự thích hợp tăng trưởng ở môi trường tự nhiên bằng bể hở guồng đảo trộn 1m³
• 3.1.1. Kết quả quan trắc các thông tin về điều kiện thời tiết, khí hậu
• 3.1.2. Thiết lập mô hình đánh giá
• 3.2. Thu nghiệm nhân nuôi vi tảo ở hệ thống bể hở 1m³ ở điều kiện tự nhiên
• 3.2.1. Xây dựng hệ thống thử nghiệm
• 3.2.2. Chế độ vận hành và các thông số kỹ thuật chính
• 3.2.3. Kết quả triển khai thử nghiệm
• 3.3. Thiết lập mô hình kích thích tổng hợp lipít ở điều kiện ngoài trời
• 3.3.1. Thiết kế mô hình quang phản ứng dạng tấm
• 3.3.2. Điều kiện thực nghiệm
• 3.3.3. Kết quả thực nghiệm
• 3.4. Đề xuất quy trình công nghệ nhân nuôi vi tảo cho sinh khối và lipít ở quy mô tiền pilot
• 3.4.1. Sơ đồ quy trình
• 3.4.2. Diễn giải quy trình
• 3.5. Kết luận - Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 1. Thành phần môi trường nuôi cấy
• Phụ lục 2. Quan trắc nhiệt độ và ánh sáng trong ngày
• Phụ lục 3. Thông số tăng trưởng của chủng Chaetoceros gracilis trong điều kiện phòng thí nghiệm

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vi tảo và tiềm năng sản xuất biodiesel

Vi tảo, đặc biệt là Chaetoceros gracilis, đã trở thành một nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất biodiesel. Nghiên cứu cho thấy, vi tảo có khả năng tích lũy lipit cao, điều này làm cho chúng trở thành ứng viên lý tưởng cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học. Việc nhân nuôi vi tảo trong điều kiện tự nhiên có thể giúp tối ưu hóa năng suất sinh khối và hàm lượng lipit. Theo một nghiên cứu, Chaetoceros gracilis có thể đạt năng suất sinh khối khô lên đến 0,41 g/lít, cho thấy tiềm năng lớn trong việc cung cấp nguyên liệu cho sản xuất biodiesel.

1.1. Tình hình nghiên cứu vi tảo trên thế giới

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng vi tảo có thể được nuôi trồng để sản xuất nhiên liệu sinh học. Các dự án lớn đã được thực hiện tại Hoa Kỳ và châu Âu nhằm phát triển công nghệ nuôi trồng vi tảo. Các công ty như Algenol Biofuels và Sapphire Energy đã đầu tư hàng triệu USD vào nghiên cứu và phát triển vi tảo như một nguồn năng lượng tái tạo. Điều này cho thấy sự quan tâm ngày càng tăng đối với năng lượng tái tạo từ vi tảo, đặc biệt là trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng toàn cầu.

II. Quy trình nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis

Quy trình nhân nuôi Chaetoceros gracilis được thực hiện trong hệ thống bể hở với quy mô 1m3. Mô hình này cho phép đánh giá khả năng sinh trưởng và năng suất sinh khối của vi tảo trong điều kiện tự nhiên. Việc sử dụng mô hình bể hở giúp tối ưu hóa việc tiếp xúc với ánh sáng và khí CO2, từ đó nâng cao hiệu quả quang hợp. Kết quả cho thấy, vi tảo có khả năng thích nghi tốt với điều kiện môi trường, từ đó tạo ra sản lượng sinh khối ổn định và hàm lượng lipit cao.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi tảo

Nhiều yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, và dinh dưỡng có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của Chaetoceros gracilis. Nghiên cứu cho thấy, cường độ ánh sáng và nồng độ dinh dưỡng là hai yếu tố quan trọng nhất. Việc điều chỉnh các yếu tố này có thể giúp tối ưu hóa quá trình nhân nuôi, từ đó nâng cao năng suất sinh khối và hàm lượng lipit. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, việc kiểm soát cường độ ánh sáng và dinh dưỡng có thể làm tăng hàm lượng lipit trong tế bào vi tảo lên đến 39,04%.

III. Ứng dụng và triển vọng của biodiesel từ vi tảo

Sản xuất biodiesel từ vi tảo không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp một nguồn năng lượng bền vững. Việc sử dụng Chaetoceros gracilis trong sản xuất biodiesel có thể giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Nghiên cứu cho thấy, việc chuyển hóa lipit từ vi tảo thành biodiesel có thể thực hiện hiệu quả thông qua các phương pháp hóa học hiện đại. Điều này mở ra triển vọng lớn cho việc phát triển ngành công nghiệp biodiesel tại Việt Nam.

3.1. Lợi ích kinh tế và môi trường

Việc phát triển công nghệ sản xuất biodiesel từ vi tảo không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Sản xuất biodiesel từ vi tảo có thể giảm thiểu khí thải CO2 và các chất ô nhiễm khác. Hơn nữa, việc sử dụng nguồn nguyên liệu tái tạo như vi tảo sẽ giúp giảm áp lực lên các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Điều này không chỉ có lợi cho môi trường mà còn tạo ra cơ hội việc làm và phát triển kinh tế bền vững cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh an ninh năng lượng toàn cầu ngày càng trở nên cấp thiết, việc phát triển các nguồn nhiên liệu sinh học thay thế dầu mỏ truyền thống được ưu tiên hàng đầu. Vi tảo, với khả năng sinh trưởng nhanh và tích lũy lượng lớn lipid, được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất biodiesel. Theo báo cáo của ngành, năng suất sinh khối vi tảo có thể cao gấp 15 đến 300 lần so với các cây trồng năng lượng sinh học khác, với tỷ lệ dầu trong sinh khối dao động từ 20-50%. Tại Việt Nam, chủng vi tảo Chaetoceros gracilis được sử dụng phổ biến trong nuôi trồng thủy sản và có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất biodiesel nhờ khả năng sinh trưởng ổn định và tích lũy lipid cao.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá tiềm năng nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m³ trong hệ thống bể hở ngoài trời, nhằm phục vụ sản xuất sinh khối và lipid làm nguyên liệu cho biodiesel. Nghiên cứu được thực hiện tại cơ sở nuôi tôm giống khu vực Hải Đăng, TP. Vũng Tàu, trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2015. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc đề xuất quy trình công nghệ nhân nuôi vi tảo quy mô tiền pilot, góp phần phát triển nguồn nguyên liệu sinh học bền vững, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và thúc đẩy ngành công nghiệp biodiesel trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về sinh trưởng vi tảo và sinh tổng hợp lipid trong điều kiện quang hợp. Hai mô hình chính được áp dụng gồm:

• Mô hình sinh trưởng vi tảo trong hệ thống bể hở (open raceway ponds): Tập trung vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, pH, độ mặn và dinh dưỡng ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng và năng suất sinh khối.

• Mô hình quang phản ứng dạng tấm (flat panel photobioreactor): Được sử dụng để kích thích tổng hợp lipid trong tế bào vi tảo bằng cách điều chỉnh cường độ ánh sáng và cung cấp CO₂ trong điều kiện ngoài trời.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Tốc độ tăng trưởng (Growth rate, u): Được tính dựa trên mật độ tế bào trong giai đoạn tăng trưởng cấp số nhân.

• Hàm lượng lipid (Lipid content): Tỷ lệ phần trăm lipid trên trọng lượng khô sinh khối, được xác định bằng phương pháp nhuộm huỳnh quang Nile Red và chiết dung môi.

• Năng suất sinh khối (Biomass productivity): Lượng sinh khối khô thu được trên đơn vị thể tích hoặc diện tích trong một ngày.

• Tích lũy lipid (Lipid accumulation): Quá trình chuyển hướng chuyển hóa carbon thành triacylglycerol (TAG) trong tế bào vi tảo dưới các điều kiện áp lực như thiếu hụt dinh dưỡng hoặc cường độ ánh sáng cao.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis tại hệ thống bể hở 1m³ và mô hình quang phản ứng dạng tấm ngoài trời tại Vũng Tàu. Cỡ mẫu gồm 6 bể raceway với dung tích sử dụng hơn 1m³ mỗi bể, vận hành theo chế độ mẻ bổ sung liên tục.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Đếm mật độ tế bào bằng buồng đếm Neubauer và đo mật độ quang ở bước sóng 680 nm để xác định sinh trưởng.

• Xác định trọng lượng khô sinh khối qua lọc và sấy mẫu.

• Định lượng lipid bằng nhuộm huỳnh quang Nile Red kết hợp đo tín hiệu huỳnh quang và chiết dung môi theo phương pháp Bligh và Dyer.

• Phân tích thành phần axit béo metyl este (FAME) bằng sắc ký khí GC-MS và GC-FID.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2015, với theo dõi hàng ngày các thông số môi trường như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, pH, độ mặn và tạp nhiễm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng sinh trưởng và năng suất sinh khối: Vi tảo Chaetoceros gracilis đạt năng suất sinh khối khô trung bình 0,41 g/lít trong hệ thống bể hở 1m³. Nhiệt độ trung bình trong giai đoạn thử nghiệm dao động từ 28°C đến 30°C, phù hợp với điều kiện sinh trưởng tối ưu của chủng. Mật độ tế bào đạt mức ổn định với tốc độ tăng trưởng u khoảng 0,3 ngày⁻¹, thời gian nhân đôi trung bình 2,3 ngày.

2. Tích lũy lipid trong tế bào: Mô hình quang phản ứng dạng tấm ngoài trời kích thích tổng hợp lipid với hàm lượng lipid tích lũy đạt 39,04% trên trọng lượng khô sinh khối. Tín hiệu huỳnh quang Nile Red cho thấy sự tăng đáng kể lipid trung tính trong tế bào khi áp dụng chiếu sáng bổ sung ban đêm với cường độ 20-25 klx.

3. Thành phần axit béo: Phân tích FAME cho thấy các axit béo chính gồm C14:0, C16:0, C16:1, C18:3 và C20:5, phù hợp với tiêu chuẩn nguyên liệu biodiesel. Tỷ lệ axit béo bão hòa và không bão hòa được cân bằng, đảm bảo chất lượng nhiên liệu.

4. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường: Biến động nhiệt độ ngày đêm từ 5-6°C và cường độ ánh sáng ngoài trời có ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng và tích lũy lipid. Lượng mưa và tạp nhiễm được kiểm soát tốt, không gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình nuôi.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy vi tảo Chaetoceros gracilis có khả năng thích nghi tốt với điều kiện tự nhiên tại Vũng Tàu, phù hợp để nhân nuôi quy mô tiền pilot phục vụ sản xuất biodiesel. Năng suất sinh khối đạt 0,41 g/lít tương đương mức trung bình so với các nghiên cứu quốc tế, trong khi hàm lượng lipid tích lũy 39,04% là mức cao, đảm bảo hiệu quả kinh tế cho quá trình sản xuất.

So sánh với các nghiên cứu khác, năng suất sinh khối của hệ thống bể hở thường thấp hơn hệ thống quang phản ứng kín, nhưng chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn nhiều. Việc áp dụng mô hình quang phản ứng dạng tấm giúp tăng hàm lượng lipid mà không làm giảm đáng kể sinh trưởng, phù hợp với chiến lược sản xuất biodiesel từ vi tảo.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến động nhiệt độ, cường độ ánh sáng và năng suất sinh khối theo thời gian, cũng như bảng phân tích thành phần axit béo để minh họa rõ ràng hiệu quả của quy trình nhân nuôi.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa điều kiện vận hành bể hở: Áp dụng các biện pháp giảm nhiệt như phun sương hoặc che lưới giảm ánh sáng để duy trì nhiệt độ trong khoảng 28-30°C, giúp tăng tốc độ sinh trưởng và ổn định năng suất sinh khối. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: Nhà quản lý cơ sở nuôi.

2. Mở rộng quy mô mô hình quang phản ứng dạng tấm: Triển khai hệ thống quang phản ứng dạng tấm quy mô lớn hơn để tăng hàm lượng lipid tích lũy, nâng cao hiệu quả sản xuất biodiesel. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể: Trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp liên kết.

3. Kiểm soát chất lượng nguồn nước và tạp nhiễm: Thiết lập hệ thống lọc và xử lý nước đầu vào, đồng thời kiểm soát tạp nhiễm sinh học để duy trì môi trường nuôi sạch, giảm thiểu rủi ro mất giống. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: Kỹ thuật viên vận hành.

4. Phát triển quy trình thu hoạch và chiết xuất lipid hiệu quả: Nghiên cứu và áp dụng các phương pháp thu hoạch sinh khối và chiết xuất lipid tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí sản xuất. Thời gian thực hiện: 9 tháng; Chủ thể: Bộ phận R&D và kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ sinh học: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp phân tích chi tiết về nhân nuôi vi tảo và tổng hợp lipid, hỗ trợ phát triển các đề tài liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất biodiesel từ vi tảo: Tham khảo quy trình công nghệ nhân nuôi và vận hành mô hình tiền pilot để áp dụng vào sản xuất quy mô công nghiệp, tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển nhiên liệu sinh học bền vững, thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng vi tảo trong ngành năng lượng.

4. Các tổ chức môi trường và phát triển bền vững: Hiểu rõ tiềm năng và thách thức của nguồn nguyên liệu sinh học từ vi tảo, từ đó hỗ trợ các chương trình giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi tảo Chaetoceros gracilis có ưu điểm gì so với các chủng vi tảo khác?
   Chaetoceros gracilis có khả năng sinh trưởng ổn định trong điều kiện tự nhiên, kháng tạp nhiễm tốt và tích lũy lipid cao (khoảng 39%), phù hợp cho sản xuất biodiesel.

2. Năng suất sinh khối đạt được trong nghiên cứu là bao nhiêu?
   Năng suất sinh khối khô trung bình đạt khoảng 0,41 g/lít trong hệ thống bể hở 1m³, tương đương mức trung bình so với các nghiên cứu quốc tế.

3. Phương pháp nào được sử dụng để xác định hàm lượng lipid?
   Hàm lượng lipid được xác định bằng phương pháp nhuộm huỳnh quang Nile Red kết hợp đo tín hiệu huỳnh quang và chiết dung môi theo phương pháp Bligh và Dyer.

4. Điều kiện môi trường nào ảnh hưởng lớn nhất đến sinh trưởng vi tảo?
   Nhiệt độ, cường độ ánh sáng, pH và độ mặn là các yếu tố môi trường chính ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng và tích lũy lipid của vi tảo.

5. Làm thế nào để giảm chi phí sản xuất biodiesel từ vi tảo?
   Cần tối ưu hóa quy trình nhân nuôi, kiểm soát tạp nhiễm, áp dụng công nghệ thu hoạch và chiết xuất lipid hiệu quả, đồng thời khai thác các sản phẩm phụ từ sinh khối vi tảo để tăng giá trị kinh tế.

Kết luận

• Vi tảo Chaetoceros gracilis có tiềm năng phát triển sinh khối và tích lũy lipid cao trong điều kiện tự nhiên tại Vũng Tàu.
• Năng suất sinh khối đạt 0,41 g/lít và hàm lượng lipid tích lũy đạt 39,04% trọng lượng khô, phù hợp làm nguyên liệu sản xuất biodiesel.
• Mô hình bể hở 1m³ kết hợp mô hình quang phản ứng dạng tấm là giải pháp hiệu quả cho quy trình nhân nuôi tiền pilot.
• Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, ánh sáng và pH cần được kiểm soát để tối ưu hóa năng suất và chất lượng sinh khối.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quy trình vận hành nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí, hướng tới thương mại hóa biodiesel từ vi tảo.

Khuyến khích các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp áp dụng quy trình nhân nuôi đã đề xuất, đồng thời mở rộng quy mô thử nghiệm để tiến tới sản xuất thương mại. Để biết thêm chi tiết và hợp tác nghiên cứu, vui lòng liên hệ với Trung tâm Công nghệ Sinh học Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TONG QUAN TÀI LIỆU. TIEM NANG SU DUNG VI TAO CHO NHIÊN LIEU SINH HỌC. Dac điểm co bản của vi tảo thích hợp làm nguyên liệu bền vững cho san Xuât DIOMIESE].

---- ---- CC c H132 9 SH HT ng ve 10 1. Chủng loài vi tảo tiém năng va tiêu chí sàng lọc. TINH HÌNH NHÂN NUÔI VI TAO CHO NHIÊN LIEU SINH HỌC. CÁC HE THONG NHÂN NUÔI ĐIEN HINH CHO NGHIÊN CUU KHAO NGHIEM uucecccccccssssssssecssscscsesececscscscscscsvsvavevevsvsesesecscscacacacavavavavavsvsvssesececucasacavavavavans 20 1.

Hệ thống bé hở wee ccccscscscscscssssesescscssssescscssssssssessssssssssessseseseseeneess 21 1. Hệ thống quang phản ứng kín. CÁC YÊU TO ANH HUONG DEN SINH TRUONG VI TẢO. Ngudn dinh vo.

Yếu tố môi trường. ¿+ - ¿2+ SE SE+E2EE E3 EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrkrkee 28 1. CÁC YÊU TÔ ANH HUONG DEN SỰ TONG HỢP VÀ TÍCH LUY LIPÍT 29 1. Thiết dinh dưỡng nitơ, phốtpho.

pH cực đoan. Kim loại nặng. Cường độ chiếu sáng. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HAM LƯỢNG LIPIT TẢO.

VAT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. SG G1121 9111915111 E111 11T H11 ng ng ri 34 2. PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CUU .- + + 2 2 SE SE+E*E+E£E£EeEeEeEsEerereree 34 2. Xác định sinh trưởng băng đếm mật độ tế bào và đo mật độ quang ở bước sóng Ó8Ũnm.

Xác định sinh trưởng thông qua trọng lượng khô. Xác định tốc độ tăng trưởng, thời gian nhân đôi và số lần nhân đôi trong ¡0. Phương pháp nhuộm lipít trung tính nội bao và phân tích hình ảnh. Phương pháp định lượng lipit tong $6.

Phương pháp chuyên este dau tảo trực tiếp từ sinh khối. Phuong pháp phân tích thành phan axít béo metyl este bang sắc ký khi. Lê Thị Thuý Ái Trang: | HVTH: Nguyễn Lê Ky Phan Thứ nghiệm nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m? phục vụ sản xuât Biodiesel 2. Phương pháp định lượng nitrat (N-N3).

PHƯƠNG PHÁP BO TRÍ THỰC NGHIEM. Thực nghiệm phơi sáng bằng mô hình quang phản ứng túi nhựa 10 lit. Thực hiện nhân nuôi mẻ b6 sung mô hình bể hở 1 mẺ. Chế độ thu mẫu do và thu hoạch.

Thực nghiệm nhân nuôi tạo điều kiện áp lực cho tích lũy lipít ở mô hình quang phản ứng dang tẪ¡m. KET QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. ĐÁNH GIÁ SỰ THÍCH HỢP TANG TRƯỞNG Ở MOI TRƯỜNG TỰ NHIÊN BẰNG BE HO GUONG DAO TRỘN lỒ. Kết quả quan trắc các thông tin về điều kiện thời tiết, khí hậu.

Thiết lập mô hình đánh giá .- ¿2 - + SE SE+E#E#E#EEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrrrreee 45 3. THU NGHIỆM NHÂN NUÔI VI TAO Ở HE THONG BE HO Im? Ở DIEU KIEN TỰ NHIỀN. Xây dựng hệ thông thử nghiệm. Chế độ vận hành và các thông số kỹ thuật chính.

Kết quả triển khai thử nghiệm. THIẾT LẬP MÔ HÌNH KÍCH THÍCH TONG HỢP LIPÍT Ở DIEU KIEN NGOÀI TR ỜI. Thiết kế mô hình quang phản ứng dạng tâm. Điều kiện thực nghiệm.

Kết quả thực nghiệm. DEXUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NHÂN NUOI VI TAO CHO SINH KHOI VÀ LIPÍT Ở QUY MO TIEN PIILOTT”. Sơ đồ quy trình. Diễn giải quy trình.

KET LUAN—KIEN NGHI. ec cccccccescscccscececessecscscececsevevscseeceeeeees 69 AL. G- S113 11 21 1 3 91119101 1 11101211113 1111 1n ng 69 TÀI LIEU THAM KHẢO. - -G- + 6S E963 18x 939128 8 E111 912813 5 51151 ki 70 PHU LUC 2 79 Phụ luc 1.

Thanh phan môi trường nuôi cấy .------ - + 2 25s +£+££s£szezeszee 79 Phụ lục 2. Quan trắc nhiệt độ và ánh SANG †rOnEØ NAY .QQQQ nh gheg S0 Phụ lục 3: thông số tăng trưởng của chủng Chaetoceros gracilis trong điều kiện phong thi nghiem 0. Lé Thi Thuy Ai Trang: 2 HVTH: Nguyễn Lê Ky Phan Thứ nghiệm nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m? phục vụ sản xuât Biodiesel DANH MỤC BANG Bảng 1.1 Tỷ lệ dầu ở các chủng loại tảo điển hình .2 Năng suất biodiesel từ vi tao và các nguồn thực vật có dầu khác.3 Các công ty sản xuất vi tảo trên thế giới với đa dạng chiến lược phát triển nhiên liệu sinh học và phương thức nuôi trồng.4 Sản lượng sinh khối ở các hệ thông quang phản ứng .1 Biến động nhiệt độ từ tháng 2 đến tháng 5/2015 .2 Biến động về lượng mua và ngày mưa từ tháng 2 đến tháng 5/2015.3 Biến động về số giờ năng từ tháng 2 đến tháng 5/ 2015.4 Nang suất sinh khối Chaetoceros gracilis ở mô hình bé lm3 .5 Hiệu quả giảm N-NO tại bể thu hoạch va mô hình tắm .6 Phân tích hàm lượng lipít tích lũy chủng Chaetoceros gracilis tại mô hình quang phản ứng băng phương pháp đo tín hiệu huynh quang.7 Phân tích hiệu suất chiết lipit tong số .---525555cc+c+cscccscs¿ 57 Bảng 3.8 Năng suất lipit tong ở mô hình nuôi tiền pilot.--cc¿©cc5cccccccs 59 Bang 3.9 Tỷ lệ axít béo methyl ester (% axít béo tong) của các chủng vi tảo 17080172777 61 Bang 3.10 Du đoán vài đặc tính quan trong biodiesel dựa trên thành phần EA MEE. Lê Thị Thuý Ái Trang: 3 HVTH: Nguyễn Lê Kỳ Phán Thứ nghiệm nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m? phục vụ sản xuât Biodiesel DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Chu trình tổng hợp axít béo đơn giản ở lục lap vi tảo.2 Sơ đồ minh họa sinh tong hợp triacylglycerol ở vi tảo.3 Hệ thống bể hở guỗng đảo trộn woecccecccccccseseescscsesesesssssssesesesssssssseseeeees 22 Hình 1.4 Hệ thống quang phản ứng dang tắm.5 Hệ thống quang phản ứng dạng Ong thắng .7 Hệ thống quang phản ứng dạng túi polymer .1 Mô hình quang phan ứng túi polymer điều kiện ngoài trời.2 Mô hình bể hở guéng đảo trộn 1M? .3 Mô hình quang phản ứng dạng tấm.1 Số giờ nang tháng 3, 4 và 5/20 l 5,.2 Tổng số giờ nang từ tháng 2 đến tháng 5/2015 .3 Mô hình quang phản ứng túi nhựa 10 lÍ(.4 Mô hình bể hở guéng đảo trộn 1M? .5 Hệ thống bể thử nghiệm quy mô bề Lm? .6 Biểu đồ diễn biến nhiệt độ không khí tại các thời điểm cao nhất nhât trong ngày của và thap tháng 7 và 8/2013 tại Vũng Tàu.7 Biểu đồ cường độ ánh sáng tại các thời điểm cao nhất và thấp nhất trong ngày của tháng 7 và 8/2013 tại Vũng Tàu.8 Biểu đồ năng suất sinh khối Chaetoceros gracilis ở mô hình ImẺ.10 Ham lượng lipit tích liy ở chung Chaetoceros gracilis tại mô hình quang phan ứng taM .11 Nhuộm Nile red tế bào Chaetoceros gracilis tích lũy lipit tại mô hình tam điều kiện ngoài trỜi.

¿+ + 252 SE SE£E#ESEEEE E115 1 12111111 eckrkd57 Hình 3.12 Hiệu suất chiết lipit sinh khối tảo Chaetoceros gracilis nhân nuôi ở mô hình quang phản ứng tâm. ------ - ©2552 SE ‡EEE E3 EEEEEEEEEEeErrrrkrrerrred 58 Hình 3.13 Phố đồ sac ký GC-MS mau FAME chủng Chaeoceros gracilis.14 Phố đồ sac ký GC-FID mau FAME chủng Chaeoceros gracilis. Lé Thi Thuy Ai Trang: 4 HVTH: Nguyễn Lê Ky Phan Thứ nghiệm nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m? phục vụ sản xuât Biodiesel DANH MUC CAC TU VIET TAT AFOSR Van phòng Nghiên cứu Khoa hoc Không quan (The Air Force Office of Scientific Research) ATP Adenosine triphosphate CCAP Bộ sưu tập gidng tảo va phiêu sinh động vat, Anh quốc (The Culture Collection of Algae and Protozoa) CNSH Công nghệ sinh học DGDG Digalactosyldiacylglycerol DMSO Dimethyl sulfoxide EPA Eicosapentaenoic KHCN VN Khoa hoc Công nghệ Việt Nam MGDG Monogalactosyldiacyl glycerol MITI Bộ Thuong mai và Công nghiệp Quốc tế, Nhật Bản (Ministry of International Trade and Industry) NADPH Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate NCNT Nghiên cứu nuôi trồng NEDO Tổ chức Phát triển Kỹ thuật Công nghiệp và Năng lượng mới, Hoa Kỳ (New Energy and Industrial Technology Development Organization) Nile-red 9-diethylamino-5 H-benzo(a)phenoxazine-5-one NLSH Nhiên liệu sinh hoc NREL Phòng Thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, Hoa Kỳ (National Renewable Energy Laboratory) OD Optical Density ORPs Bề hở guéng dao trộn (Open raceway ponds) PBRs Quang phan tng sinh hoc (Photobioreactors) PC Phosphatidylcholine PG Phosphatidylglycerol PSI Hệ thống quang hóa II (Photosystem II) HDĐT: TS. Lê Thị Thuý Ái Trang: 5 HVTH: Nguyễn Lê Kỳ Phán Thứ nghiệm nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m? phục vụ sản xuât Biodiesel PUFA Axít béo không bão hòa đa nói đôi (Polyunsaturated Fatty Acid) SQDG Sulfoquinovosyl diacyl glycerols TAG Triacylglycerol UTEX Dai hoc Texas (University of Texas) CAC THUAT NGU P Nang suất sinh khối khô Pat Năng suất sinh khối khô theo đơn vị diện tích (gam/m?/ngay) Pu Năng suất sinh khối khô theo thé tích (gam/lit/ngay) Pipi Năng suất lipít Hiipit Hiéu suat chiét lipit H Tốc độ tăng trưởng (Growth rate) Ta Thời gian thế hệ (Doubling time) Xsk Hàm lượng sinh khối (g/l) Xlipit Ham lượng lipít (g/l) HDDT: TS.

Lé Thi Thuy Ai Trang: 6 HVTH: Nguyễn Lê Ky Phan Thứ nghiệm nhân nuôi vi tảo Chaetoceros gracilis quy mô 1m? phục vụ sản xuât Biodiesel MỞ DAU Vấn đề an ninh năng lượng, sự biến động lớn về giá dầu thô từ năm 2008 đến nay đã thúc đây chính sách nhiên liệu thay thế đi rất nhanh ở các nước. Sáu loại năng lượng thay thế đang được Liên Hiệp Quốc ưu tiên xem xét là: năng lượng sinh học, mặt trời, gid, địa nhiệt, thủy điện va năng lượng đại dương. Về nhiên liệu sinh học (NLSH), tiềm năng khai thác NLSH từ vi tảo trên thế giới ngày càng được khang định. Khởi phát từ 1978, Bộ Năng lượng Hoa kỳ đã chi 25 triệu USD cho Chương trình các Chung loài Thủy sản (Aquatic Species Program) tại Roswell-New Mexico trong 18 năm nhằm nghiên cứu thăm dò tong thé tiềm năng khai thác năng lượng thay thé từ sinh khối vi tảo, tảo lớn, và rong biển băng các hệ thông nuôi mở.

Nghiên cứu này đã giúp định hướng khả năng khai thác sinh khối vi tảo cho lên men tạo ethanol, cho phân hủy yếm khí tạo methan, làm nguồn sản xuất hydro, nhưng tiềm năng nhất là khả năng chuyền hóa tao biodiesel từ nguồn lipít tảo. Cuối năm 2009, từ chương trình Tái đầu tư và Phục hồi (the American Recovery and Reinvestment) Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đầu tư 564 triệu USD nhằm đây mạnh việc xây dựng và vận hành các quy trình công nghệ thử nghiệm, trình diễn và thương mại hóa NLSH tảo. Trong số đó, 4 dự án liên quan đến khía cạnh phát triển nhiên liệu tảo được giao cho các tập đoàn uy tín như Algenol Biofuels, Sapphire Energy, Solazyme và Universal Oil Products (Honeywell). Năm 2010 được xem là năm “bước ngoặt” trong đầu tư nghiên cứu tảo và vi tảo với tổng mức đâu tư hàng chục tỉ USD cho hơn 200 công ty trên thế giới tập trung nghiên cứu phát triển nhiên liệu từ sinh khối tảo.

Hiện có khoảng 10 công ty đang thực hiện nâng cấp quy mô để có thể hướng đến thương mại hóa nguôn nhiên liệu này trong vài năm tới. Trong nước, hiện chỉ có vài công trình nghiên cứu vi tảo cho biodiesel và quy mô nghiên cứu khá hạn chế: đề tài do Viện CNSH chủ trì (Bộ Công thương chủ quản) kinh phí hơn 2 ti (2009-2011); đề tài của Đại học Khoa học Tự Nhiên (cấp trọng điểm Dai học Quốc gia TP.