Giảng viên: Ks. Trần Văn Chí

Sinh viên : Dương Thị Lan

Lớp : K39 - BQCB

Mục lụcĐặt vấn đề

Nội dung

1. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra khí metan

2. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra ethanol

3. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra nguồn năng lượng mới trong tương lai

Tài lệu tham khảo

Đặt vấn đề

Nội dung

1. Ứng dụng công nghệ lên men trong sản xuất

Khí metan – Phương pháp biogas

Để sản xuất khí metan dùng để cho sản xuất người ta thường sủ dụng phương pháp biogas. Đây là quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất.

Thành phần Khí Biogas : CH4, CO2, N2 ,H2, H2S …, trong đó CH4, CO2 là chủ yếu.

2.1. quy trình sản xuất

Sơ đồ quá trình lên men

Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn

Chất hữu cơ, carbohydrates , chất béo , protein .

Khối Vi khuẩn

H2 ,CO2

Acid acetic

Acid propionic , Acid butyric ,Các rượu khác và các thành phần khác

Khối Vi khuẩn

H2 , CO2

Acid acetic

Khối Vi Khuẩn

CH4,

CO2

Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III

Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn

Chất hữu cơ, carbohydrates , chất béo , protein .

Khối Vi khuẩn

H2 ,CO2

Acid acetic

Acid propionic , Acid butyric ,Các rượu khác và các thành phần khác

Khối Vi khuẩn

H2 , CO2

Acid acetic

Khối Vi Khuẩn

CH4,

CO2

Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III

Tác dụng của vi khuẩn Vi khuẩn Vi khuẩn sinh khí lên men và thủy phân acetogenic Metan

Giai đoạn I :

• Chất hữu cơ phức tạp:

• Chất hữu cơ đơn giản

(PROTEIN, A.AMIN, LIPID)

Vi khuẩnclosdium bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus.

(ALBUMOZ PEPIT,GLYXERIN, A.BÉO)

Ở giai đoạn I này nhờ vào vi sinh vật các hydrates carbon acid có phân tử lượng thấp (C2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH …) và pH môi trường ở dưới 5 nên gây thối.

Giai đoạn II : hình thành acid (pha acid)Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO2, H2 và các sản phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase: CxHyOz →  các axit hữu cơ, CO2, H2

Các vi khuẩn tham gia trong pha này :

Vi khuẩn Sản phẩm (acid) tạo được

Bacillus cereus

Bacillus knolkampi

Bacillus megaterium

Bacterodies succigenes

Clostridium carnefectium

Clostridium cellobinharus

Clostridium dissolves

Clostridium thermocellaseum

Pseudomonas

Ruminococcus sp

A.axetic, A.lactic

A.axetic, A.lactic

A.axetic, A.lactic

A.axetic, A.sucinic

A.formic, A. axetic

A.lactic, Etanol, CO2

A.formic, A.axetic

A.lactic, A.sucinic, Etanol

A.formic, A.axetic, A.lactic, A.sucinic, Etanol

A.formic, A.axetic,A.sucinic

Hình ảnh của vi khuẩn bacillus cereus

Giai đoạn III : hình thành khí MetanSản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ

ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí : CH4, CO2, H2S, N2, H2, và muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang kiềm).

Ở giai đoạn này các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan: CO2 + 4H2   →  CH4 + 2H2O CO  + 3H2   →  CH4 + H2O 4CO + 2H2  →  CH4 + 3CO2

4HCOOH    →   CH4 + 3CO2 + 3H2O 4CH3OH      →  3CH4 + 2H2O + CO2

CH3COOH  →  CH4 + H2OCác vi khuẩn tham gia :

Vi khuẩn Sản phẩm cơ chất

Methanobacterium omelianskii

Methanopropionicum

Methanoformicum

Methanosochngenii

Methanosuboxydans

Methanosarcina barkerli

Methanococcusvanirielli

Methanorumin anticum

Methanococcusmazei

Methanosarcinamethanica

CO2, H2, rượu bậc I và rượu bậc II

A.Propionic

H2,CO2, A.formic

A.acetic

Acid(butyric,valeric, capropionic)

CO2, H2, A.acetic, Metanol

H2, A.formic

H2, A.formic

Acid( acetic, butyric )

Acid( acetic, butyric )

Các phản ứng hoá học của quá trình lên men kỵ khíCao p.tử CO2 + H2 + CH3COO- .

+C2H5COOH + C3H8COOH

CH3COO- + H2O CH4 +HCO3- + Q

4H2 + HCO3- +H2O CH4 + H2O + Q

Các phản ứng sinh hoá xảy ra chủ yếu trong quá trình lên men yếm khí :

Phương trình Năng luợng

4H2 + H+ + HCO3- CH4 + 3H2O

TỪ FORMIATE

4HCOOH CH4 + 3HCO3- + 3H+

HCOOH H2 + CO2

TỪ ACETATE

CH3COO- +H2O CH4 +3HCO3-

TỪ PROPIONATE

C2H5COO- +2H2O CH3COO- +3H2 . + CO2

C2H5COO- + 2H2O 7/4 CH3COO- + .. 5/4 H2O +3/2 H2O

-136

-130

-30

+80

-53

Phương trình Năng lượng

METHANOL

4CH3OH + H2O CH3COO- + 3H+ + H2O

ETHANOL

C2H5OH +H2O CHCOO- + 5H2 + CO2 + H+

C2H5OH + H2O 3/2CH4 +1/2CO2 +H2O

PROPANOL

C3H7OH +3H2O CH3COO- +5H2 +CO2 + H+

C3H7OH +3H2O 9/4CH4 + 3/4CO2 + 5/2H2O

-314

+2

-96

+84

-118

2.2. Các vi sinh vật trong bể Biogas

Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tùy thuộc loại phân sử dụng và  điều kịên nhiệt độ. Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong bể biogas như sau: 1. Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose  2. Nhóm vi khuẩn sinh khí metan.

* Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose:

Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực trùng, có bào tử (spore). Clostridium, Plectridium

Clostridium

* Nhóm vi khuẩn sinh khí metan:Nhóm này rất chuyên biệt và đã được nghiên

cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA (1997), được xếp hạng thành: 3 bộ (Order) 4 họ (Family) 17 loài (Genus)

Mét sè loµi vi khuÈn sinh khÝ mªtan

Methanothermus

Methanospirillum

Methanosarcina

Methanococcus

Methanomicrobium Methanobacterium 

Methanogenium Methanoculleus Methanosaeta

Loại hấm sinh khí kiểu vòm cố định

Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động

Loại hầm sinh khí kiểu túi

Hầm sinh khí có hình cầu tròn

* Ứng dụng công nghệ BiogasQuy mô nhỏ ở hộ gia đình Quy mô sản xuất trung bìnhQuy mô lớn

Sử dụng biogas ở quy mô nhỏ

• Máy phát điện chạy bằng Biogas

• Đèn sử dung khí Biogas

Xe hơi , tàu hoả sử dụng nhiên liệu biogas

2. Ứng dụng công nghệ lên men VSV sản xuất cồn thanol

Các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu khoa học quốc gia Mỹ (NAS) đã tạo ra được một loại vi khuẩn theo phương pháp di truyền học, có thể giúp giảm giá thành sản xuất của cồn ethanol từ hợp chất cellulose.

Loại vi khuẩn này sẽ giúp kích thích sự lên men của cellulose một cách hiệu quả hơn.

Loại vi khuẩn mới này, được gọi là ALK2, có thể giúp lên men tất cả các loại đường ở nhiệt độ 50 độ C, trong khi các loại vi khuẩn thông thường khác không thể làm được điều này khi nhiệt độ vượt quá 37 độ C.

Với vi khuẩn ALK2, phương pháp sản xuất cồn từ cellulose - một loại đường có trong thân cây ngô hay mùn cưa - có ưu điểm trong việc sản xuất nhiên liệu sạch vừa góp phần chống lại sự biến đổi khí hậu

3. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra nguồn năng lượng mới trong tương lai

Khi những mỏ dự trữ dầu toàn cầu và những khám phá xăng dầu mới sẽ không đủ để giải quyết như cầu hàng năm của toàn thế giới. Do đó, cần phải dự đoán và tránh sự thiếu hụt năng lượng trong tương lai, đồng thời cung cấp những chọn lựa năng lượng sinh học mới cho thị trường.

Vi khuẩn E.coli. Nguồn năng lượng trong tương lai

Vi khuẩn có thể giúp giải quyết vấn đề năng lượng, và tập trung vào những sinh vật lên men sinh khối lignocellulosic để tạo ra ethanol, butanol, diesel và hydrocacbon sinh học

Theo giáo sư Arnold Demain từ Đại học Drew, New Jersey, Hoa Kỳ

Tài liệu tham khảo - http:www.Vietbao.com

- http:www.Khoahocdoisong.com

- http://www.dostbentre.gov.vn/index.php? option=com_content&task=view&id=358&Itemid=85