Hội thảo học thuật “Nghiên cứu sản xuất khí hydro từ tảo biển thông qua quá trình kết hợp giữa lên men tối (dark fermentation) và tế bào điện phân sinh học (microbial electrolysis cell)”

Nhằm giúp Giảng Viên nâng cao khả năng nghiên cứu khoa học, tạo diễn đàn cho giảng viên trao đổi học thuật, buổi sáng ngày 15/12, tại phòng họp B, Khoa Môi trường – Trường Đại học Tài nguyên Môi trường TP. Hồ Chí Minh tổ chức Hội thảo học thuật. Thông qua hội thảo khoa học, nghiên cứu học thuật và ứng dụng, cùng nhau trao đổi kinh nghiệm, nghiên cứu giải pháp hành động phù hợp với các vấn đề của xã hội, toàn cầu, kiến tạo nên một tương lai tốt đẹp hơn.

Tham dự Hội thảo, PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà – Trưởng Khoa Môi trường, cùng các thầy cô là giảng viên trực thuộc Khoa.

Toàn cảnh Hội thảo

Tại buổi hội thảo, các thầy cô được nghe báo cáo từ TS. Nguyễn Phan Khánh Thịnh thuộc Khoa Môi trường, cụ thể: “Nghiên cứu sản xuất khí hydro từ tảo biển thông qua quá trình kết hợp giữa lên men tối (dark fermentation) và tế bào điện phân sinh học (microbial electrolysis cell)”.

Hydro (H₂) đã được coi là một trong những nguồn năng lượng thay thế tuyệt vời cho nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt nhanh chóng hiện nay và cũng là một trong những nguồn năng lượng sạch tiềm năng đảm bảo năng lượng bền vững trong tương lai. Ở quy mô công nghiệp, các phương pháp sản xuất H₂ phổ biến nhất là điện phân nước, nhiệt phân hydrocacbon, v.v… Tuy nhiên, các phương pháp này rất tốn kém về chi phí và năng lượng, chúng cũng cần được thực hiện trong các điều kiện tương đối khắc nghiệt. Bên cạnh đó, nguyên liệu chính trong hầu hết của các quá trình này vẫn là từ nhiên liệu hóa thạch khiến H₂ được tạo ra không được coi là nguồn năng lượng thay thế.

Gần đây, sản xuất H₂ thông qua quy trình sinh học đang được chú ý và được coi là quy trình sản xuất H₂ hiệu quả nhất về chi phí. Lợi ích to lớn của các quy trình sản xuất H₂ sinh học là chúng có thể được thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thông thường, ít tiêu thụ năng lượng và ít phát thải khí CO₂ hơn. Hơn nữa, những công nghệ này có tiềm năng trở nên bền vững khi sử dụng nguyên liệu là tảo biển (macroalage). Cụ thể, tảo biển có các đặc tính tuyệt vời như phát triển nhanh, không cần đất, nước ngọt và phân bón để nuôi cấy, hàm lượng carbohydrate cao và không chứa lignin.

Do đó, nghiên cứu này tập trung vào quá trình sản xuất hydro (H₂) từ tảo biển (Saccharina japonica, một loài tảo nâu phổ biến ở châu Á, được sử dụng nghiên cứ như một nguồn nguyên liệu đại diện) bằng sự kết hợp đồng thời giữa quá trình lên men tối (dark fermentation-DF) và tế bào điện phân sinh học (microbial electrolysis cell-MEC), được đặt tên là sDFMEC. Trong quy trình sDFMEC, các chất nền được DF chuyển đổi thành H₂ và axit béo dễ bay hơi (VFAs). Lượng VFAs này cũng bị oxy hóa đồng thời bởi các vi sinh ngoại điện tử (exoelectrogens) trong màng vi khuẩn trên điện cực âm (anode); Từ đó tạo ra điện tử (proton) và electron tự do phục vụ quá trình sản xuất mở rộng H₂ ở cực dương (cathode) với chỉ một nguồn năng lượng nhỏ bên ngoài được cung cấp. Những kết quả thu được trong nghiên cứu này chỉ ra rằng sDFMEC có thể được sử dụng như một quá trình hiệu quả để sản xuất H₂ từ tảo biển cũng như các chất nền hữu cơ phức tạp nói chung khác.

Theo đó, tổng sản lượng H₂ từ S. japonica thu được trong quy trình sDFMEC (438,7 ± 13,3 mL/g-TS) cao hơn so với quy trình DF đơn thuần (54,6 ± 0,8 mL/g-TS) và quá trình kết hợp 2 giai đoạn DF-MEC (403,5 ± 7,9 mL/g-TS), và cao hơn khoảng 3 lần so với các nghiên cứu được công báo trước đó. Kích thước hạt của tảo biển khoảng 0,5-1,0 mm được khảo sát thấy là kích thước tối ưu cho sDFMEC, mặc dù không quá quan trọng do tính chất hai chiều của chất nền vĩ mô. Tuy nhiên, nhiệt độ, độ pH ban đầu và nồng độ cơ chất thể hiện ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của sDFMEC. Dựa trên phân tích phản ứng bề mặt (RSM), các điều kiện tối ưu để đạt được hiệu suất H₂ tối đa là 492,3 ± 5,1 mL/g-TS là 36,6 ^oC, độ pH ban đầu là 7,44 và nồng độ cơ chất là 1,98 g/L. Ở điều kiện tối ưu này, tổng hiệu suất năng lượng được quan sát là 32,3 ± 0,2%.

Trung tâm Thông tin – Thư viện đưa tin