SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ CẦN THƠ

Khoa học, công nghệ và Đổi mới sáng tạo - Khơi dậy khát vọng kiến tạo tương lai

Ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ chùm tia điện tử kết hợp một số kỹ thuật hóa sinh để cải thiện và nâng cao hiệu suất sản xuất cồn sinh học từ rơm rạ

[19/07/2023 15:03]

Khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên thì có hạn khiến nhân loại đưng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Do vậy, bên cạnh việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới để thay thế cho nhiên liệu dầu mỏ như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân… thì năng lượng sinh học đang là xu thế phát triển tất yếu, nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu và đang được chú trọng nghiên cứu.

Hiện nay nguồn nhiên liệu sinh học đang được nghiên cứu sử dụng khá rộng rãi là bioethanol. Có nhiều nguồn nguyên liệu để sản xuất bioethanol như ngô, mía, khoai mì, gạo,… Tuy nhiên việc sử dụng những nguồn nguyên liệu trên đã gây không ít những tranh cãi vì ảnh hưởng đến an ninh lương thực trên thế giới. Vì vậy hướng nghiên cứu bắt đầu chuyển sang rơm rạ như một ứng cử viên tiềm năng cho nhu cầu năng lượng trong tương lai. Điều này có ý nghĩa to lớn trong việc vừa tận dụng được nguồn phế phẩm trong nông nghiệp lại giảm thiểu ô nhiễm môi trường do việc đốt rơm rạ, đặc biệt không ảnh hưởng đến an ninh lương thực.

Rơm rạ lại là nguồn phế liệu từ sản xuất nông nghiệp có sản lượng vô cùng lớn và phổ biến ở hầu hết các nước nông nghiệp trên thế giới, trong đó có Việt Nam vốn là nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ hai trên thế giới. Do đó rất thuận lợi cho việc triển khai ứng dụng các quy trình công nghệ sản xuất Bioethanol.

Mẫu rơm rạ được xử lý bằng NaOH với các nồng độ lần lượt là 1; 5; 10% với tỷ lệ nguyên liệu: dung dịch NaOH là 1:10 (w/v): được đun ở 1000C trong 1 giờ để tạo dạng paste. Sau đó lọc, rửa bã để đưa về pH trung tính. Sau đó tiến hành phân tích lại hàm lượng xơ sợi.

Kết luận bước đầu về quy trình sản xuất cồn sinh học từ rơm rạ:

Đối với quá trình tiền xử lý: tiền xử lý nguyên liệu bằng EB ở liều chiếu 150kGy có bổ sung H2O2 1,5% với ẩm độ nguyên liệu 12% thì lượng đường khử thu được cao nhất (39,60 mg/g) chiếm khoảng 4% nguyên liệu.

Đối với quá trình thủy phân tạo đường của nấm Trichoderma spp đạt hiệu quả cao nhất ở các điều kiện sau: cơ chất xử lý với NaOH 1%; pH 4,8%; tỷ lệ dinh dưỡng – cơ chất là 3:1 (v/w) và tỷ lệ dịch nấm Trichoderma spp cơ chất là 1:2 (v/w) (6,7 x 107 tế bào/ml) ủ 5 ngày trong điều kiện phòng thí nghiệm thì hiệu suất thu đường đạt đưuọc 41,20 (mg/g) chiếm 4,12% nguyên liệu.

Rơm rạ đã qua chiếu xạ ở liều 150kGy EB có bổ sung H2O2 1,5% nguyên liệu đạt ẩm sộ 12% tiến hành thủy phân bằng acid sulfuric 5% ở 1000C trong 3 giờ thu được lượng đường 356,90 (mg/g) chiếm khoảng 35,69%. Sau đó thủy phân tiếp bằng chủng nấm Trichoderma spp thu được lượng đường 3,70 (mg/g) chiếm 0,37%. Như vậy thu được lượng đường là 360,60 (mg/g), 36% nguyên liệu.

Đối với quy trình lên men ethanol: với 5% lượng nấm men (2,5 x 107 tế bào/ml) sau 3 ngày ủ với dịch đường hóa đã xử lý trên, độ cồn sản phẩm 4% (v/v), đạt hiệu suất chuyển hóa 62%. Như vậy, từ 6,9 kg rơm rạ đã tạo được 0,1 lit cồn 100% (v/v).

Trên đây là những kết quả nghiên cứu bước đầu, để có thể ứng dụng sản xuất quy mô công nghiệp, cạnh tranh được các nhiêu liệu hóa thạch hiện hành, hướng nghiên cứu này cần được quan tâm đầu tư để tiếp tục nghiên cứu nâng cao hơn nữa khả năng phân giải polyssacharids của các loại tia bức xạ thích hợp kết hợp với hỗ trợ biện pháp hóa lý đồng thời phân lập các chủng vi sinh có hiệu suất đường hóa và lên men ethanol cao để hoàn thiện quy trình.

Tạp chí Khoa học & Kinh tế Phát triển ĐH Nam Cần Thơ
Bản quyền @ 2017 thuộc về Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Cần Thơ
Địa chỉ: Số 02, Lý Thường kiệt, phường Tân An, quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ
Điện thoại: 0292.3820674, Fax: 0292.3821471; Email: sokhcn@cantho.gov.vn
Trưởng Ban biên tập: Ông Trần Đông Phương An - Phó Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Cần Thơ