Công Nghệ Sinh Học

Giảng viên: Ks. Trần Văn Chí Sinh viên : Dương Thị Lan Lớp

: K39 - BQCB

Mục lục Đặt 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 Giai đoạn I

Giai đoạn II

Giai đoạn III

Khối Vi khuẩn Khối Vi Khuẩn

H2 ,CO2 Acid acetic

Chất hữu cơ, carbohydrates , chất béo , protein .

Khối Vi khuẩn

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

Tác dụng của vi khuẩn khí lên men và thủy phân

CH4, CO2 H2 , CO2 Acid acetic

Vi khuẩn acetogenic

Vi khuẩn sinh Metan

Giai đoạn I : • Chất hữu cơ phức tạp: (PROTEIN, A.AMIN, LIPID)

Vi khuẩn

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

• Chất hữu cơ đơn giản (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

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

Ruminococcus sp

Hình ảnh của vi khuẩn bacillus cereus

Giai đoạn III : hình thành khí Metan Sản 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 + H2O Các vi khuẩn tham gia :

Vi khuẩn

Sản phẩm cơ chất

Methanobacterium omelianskii Methanopropionicum Methanoformicum Methanosochngenii Methanosuboxydans

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 )

Methanosarcina barkerli Methanococcusvanirielli Methanorumin anticum Methanococcusmazei Methanosarcinamethanica

Các phản ứng hoá học của quá trình lên men kỵ khí Cao 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 -136 4H2 + H+ + HCO3-  CH4 + 3H2O TỪ FORMIATE -130 4HCOOH  CH4 + 3HCO3- + 3H+ HCOOH  H2 + CO2 TỪ ACETATE -30 CH3COO- +H2O  CH4 +3HCO3TỪ PROPIONATE +80 C2H5COO- +2H2O  CH3COO- +3H2 . + CO2 C2H5COO- + 2H2O  7/4 CH3COO- + .. -53 5/4 H2O +3/2 H2O

Phương trình METHANOL 4CH3OH + H2O  CH3COO- + 3H+ + H2O

Năng lượng -314

ETHANOL C2H5OH +H2O  CHCOO- + 5H2 + CO2 + H+ C2H5OH + H2O  3/2CH4 +1/2CO2 +H2O

+2 -96

PROPANOL C3H7OH +3H2O  CH3COO- +5H2 +CO2 + H+ C3H7OH +3H2O  9/4CH4 + 3/4CO2 + 5/2H2O

+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 Methanospirillum

Methanothermus

Methanosarcina

Methanococcus

Methanobacterium

Methanomicrobium

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 Biogas Quy mô nhỏ ở hộ gia đình Quy mô sản xuất trung bình Quy 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&Ite mid=85