1.3. Nguyên liệu sản xuất ethanol từ rong biển
1.3.3 Tính ưu việt của rong lục trong sản xuất nhiên liệu ethanol so với các loại rong khác
Đặc điểm tế bào rong Lục (Nguyễn Hữu Đại, 1999) [4]:
- Tế bào tảo lục có chứa một nhân hay nhiều nhân.
- Đa số các trường hợp tế bào có vách cấu tạo bằng cellulose, và pectin.
- Thể sắc tố của tảo Lục có hình dạng rất khác biệt thường có hình cái chuông.
- Thể màu của tảo Lục có cơ cấu gần giống thực vật bậc cao, phía ngoài là một màng đôi, bên trong có một chất đệm (stroma) bằng protein không màu. Trong chất đệm có những phiến (lamelle).
- Chất màu gồm chlorophyll a,b, caroten và rất nhiều xanhthophin khác nhau.
- Chất dự trữ tế bào thường là tinh bột, rất ít khi là dầu.
Rong Lục được phân biệt với các ngành rong khác ở đặc điểm màu lục, màu của thực vật bậc cao. Do trong cấu tạo tế bào của rong, sắc tố chlorophyll a,b lấn áp các sắc tố màu khác. Chlorophyll là sắc tố quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời thực hiện quá trình trao đổi chất. Sản phẩm của quá trình quang hợp là tinh bột đây là nguồn carbohydrate cung cấp cho hoạt động sống của tế bào rong Lục.
Tinh bột là chất dự trữ trong tế bào rong Lục và có hàm lượng cao đây là nguồn cơ chất quang trọng để sản xuất ethanol.
Thành và vách tế bào rong Lục đa phần được cấu tạo bằng cellulose. Hàm lượng cellulose chiếm tỷ trọng lớn trong tế bào rong. Do vậy nguồn cellulose thu nhận từ rong Lục là vô cùng lớn. Cellulose là nguyên liệu chính trong sản suất ethanol công nghiệp.
Rong lục là ngành lớn nhất trong các ngành rong, hình dạng của chúng vô cùng phức tạp, có thể là đơn bào, tập đoàn hoặc đa bào. Chúng có thể dạng monat, dạng hạt, palmella, dạng sợi dạng phiến,… khích thước biến thiên từ vài micro đến vài ba chục cm hay phiến to cả mét. Hình dạng đa dạng để thích nghi cao với mọi điều kiện môi trường nên rong Lục phân bố khắp mọi nơi[4]. Do vậy rong Lục là nguồn nguyên liệu dễ tìm, dồi dào và vô cùng phong phú
Thành phần hóa học của rong biển để chuyển thành cồn
Bảng 1.6: Thành phần hóa học rong đỏ, rong nâu, rong lục (Kim, 2008) [24].
Theo kết quả phân tích bảng 1.6 cho thấy carbohydrate trong rong đỏ gồm:
agar, carrageenan, xylane, mannan và một ít cellulose. Agar chiếm 50-70% trọng lượng khô là nguồn carbohydrate chính , agar và carrageenan thủy phân tạo thành galactose, xylane thành xylose, mannane thành mannose, và rất ít glucose từ cellulose (Kim, 2008) [24]. Qua đó cho thấy hàm lượng glucose được tạo ra từ rong đỏ sau thủy phân là rất thấp, nên rong đỏ không phải là nguyên liệu thích hợp để sản xuất ethanol.
Trong rong nâu thành phần carbohydrate gồm alginate, fucoidan, laminaran, cellulose. Hàm lượng alginate cao 30-40% trọng lượng khô, là nguồn carbohydrate chính trong rong nâu, và 5-6% cellulose. Alginate thủy phân thành D- mannuronic axit và M,D-glucuronic axit hai sản phẩm này tiếp tục thủy phân thành L-fucose, galatose, glucuronic axit quá trình thủy phân cuối tạo ra glucose và mannitol, và 5-6% glucose được tạo ra từ cellulose (Kim, 2008) [24]. Mặc dù sản phẩm thủy phân cuối cùng của rong nâu có chứa nhiều glucose nhưng quá trình thủy phân lại quá phức tạp do phải trải qua nhiều bước. Do vậy vệc sản xuất ethanol từ rong nâu cũng không đạt chất lượng.
Carbohydrate trong rong lục gồm cellulose, tinh bột, xylane, mannose, fructan, paramylon. Trong đó cellulose và tinh bột là 2 thành phần chính, cellulose và tinh bột khoảng 40-50% (Kim, 2008) [24]. Do vậy khi thủy phân rong lục sẽ thu được một lượng lớn glucose, ngoài ra glucose còn được thu nhận từ thủy phân paramylon (β-1,3-glucan), tạo ra nguồn glucose dồi dào. Rong lục rất thích hợp làm nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol.
Năng suất và thời gian sinh trưởng
Theo kết quả nghiên cứu của một số tác giả năng xuất nuôi trồng rong đỏ (Gracilaria tenuistipitata) đạt khoảng 2,0 - 3,5 tấn rong khô/ha/1 vụ 3 tháng trồng (Lê Như Hậu, Nguyễn Hữu Đại, 2010) [2] rong đỏ chỉ phát triển trong điều kiện thời tiết có nhiệt độ thấp dao động 16-23oC, nên năng xuất thu hoạch 1 năm chỉ đạt 2 vụ tương đương 6-7 tấn rong khô/1ha/năm. Năng xuất nuôi trồng rong Nâu (sarggassum sp.) 40-45 tấn rong tươi/ha/1vụ 1 năm khoảng 4-5 tấn rong khô (Reith, 2009) [35]. Trong khi đó năng suất rong lục của loài Cladophora socialis nuôi trồng trong điều kiện thuận lợi là 6 tấn khô/ha/ 1 vụ 30-45 ngày, mùa vụ rong Cladophora socialis phát triển tổng cộng 4-5 tháng do vậy tổng năng suất thu hoạch sấp xỉ 18 tấn khô/ha/năm (Lê Như Hậu, Nguyễn Hữu Đại, 2010) [2]. Rong lục với thời gian sinh trưởng phát triển nhanh, năng suất vượt trội so với rong đỏ và rong nâu. Nguồn sinh khối từ rong lục sẽ là sự lựa chọn thích hợp cho sản xuất ethanol
Giá thành
Rong đỏ và rong nâu là hai loại rong có nhiều ứng dụng trong thực phẩm, y học nên được xem là rong kinh tế. Theo kết quả điều tra nhân dân năm 2011 giá thành rong đỏ (Gracilaria tenuistipitata) là 6000-7000VNĐ/kg rong khô, rong Nâu Sargassum sp. là 10000-11000VNĐ/kg rong khô. Rong lục Cladophora socialis là rong tạp ao đìa, chưa được ứng dụng nên giá trị thấp khoảng 2000VNĐ/kg rong khô (Lê Như Hậu, Nguyễn Hữu Đại (2010) [2]. Xét về giá trị kinh tế nguồn sinh khối từ rong lục vượt trội hơn hẳn so với rong đỏ và rong nâu trong sản xuất nhiên liệu ethanol.