Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ phát thải carbon thấp và chuyển đổi sinh khối biomass trong hệ thống sản xuất cà phê tại Đắk Lắk
1. Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ phát thải carbon thấp và chuyển đổi sinh khối biomass trong hệ thống sản xuất cà phê tại Đắk Lắk
Cấp quản lýTỉnh/Thành phố
2. Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt - Hà NộiĐiện thoại: 0437566023
3. Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS.TS Ngô Kim Chi
4. Mục tiêu nghiên cứu:
Mục tiêu nghiên cứu tổng quát: Nghiên cứu hoà thiện công nghệ phát thải carbon thấp và chuyển đổi sinh khối biomass trong sản xuất cà phê tại Đắk Lắk.
Mục tiêu cụ thể:
- Nghiên cứu - phát triển công nghệ tách chiết các polyphenol có hoạt tính sinh học cho sản xuất các sản phẩm bảo vệ sức khỏe.
- Nghiên cứu hoàn thiện mô hình thu biochar và phân bón từ vỏ cà phê các quy mô khác nhau, phát triển các sản từ biochar là xúc tác sinh học trong sản xuất phân bón từ phế thải chế biến nông sản, bùn biogar và các nguồn thải khác.
- Triển khai mô hình công nghệ tích hợp sử dụng nhiệt từ biogar và năng lượng mặt trời, năng lượng nhiệt phân trong chế biến cà phê.
- Nghiên cứu hoàn thiện mô hình tích hợp Agrofood Cycle và lowcarbon cho sản xuất chế biến cà phê carbon thấp tại Đắk Lắk.
5. Nội dung nghiên cứu chính:
Nội dung 1: Nghiên cứu - Đánh giá thực trạng áp dụng các công nghệ phát thải carbon thấp và chuyển đổi sinh khối, tạo giá trị gia tăng cho chuỗi cà phê tại Đăk Lăk và ứng dụng mô hình
-
Nghiên cứu Mô hình Agrofood Cycle, phân tích LCA trong canh tác, sản xuất cà phê Đắk Lắk.
-
Nghiên cứu thực trạng phụ phế phẩm SX cà phê, công nghệ tái chế, chuyển đổi sinh khối tại Đắk Lắk.
Nội dung 2. Nghiên cứu và phát triển công nghệ tách chiết các polyphenol có hoạt tính sinh học cho sản xuất sản phẩm bảo vệ sức khỏe từ hạt cà phê xanh, phụ phẩm
-
Nghiên cứu thành phần nguyên liệu, các phương pháp chiết hoạt chất đến hiệu suất thu cao chiết.
-
Nghiên cứu xác định và đánh giá hoạt tính sinh học của cao chiết:Hoạt tính chống OXH, kháng vi sinh vật kiểm định, chống peroxy hoá, hoạt tính chống tế bào ung thu kiểm định, ức chế enzyme anpha – glucosidase.
-
Nghiên cứu quy trình SX sản phẩm từ cà phê xanh không rang (matcha cà phê, chè cà phê xanh) và cao chiết cà phê xanh, cao chiết cà phê xanh hoà tan (an toàn về k.loại nặng, vi sinh, caffein, CGA, polyphenol tổng số, hoạt chất).
Nội dung 3. Nghiên cứu hoàn thiện mô hình thu biochar và phân bón từ vỏ cà phê quy mô nông hộ, phát triển biochar làm xúc tác sinh học trong sản xuất phân bón từ phế thải chế biến nông sản, bùn biogar và các nguồn thải khác
-
Nghiên cứu hoàn thiện mô hình nhiệt phân, cải tiến chất lượng biochar (từ bã tách chất có hoạt tính, từ vỏ cà phê) và sử dụng biochar trong ủ phân compost vỏ cà phê.
-
Nghiên cứu hoàn thiện mô hình ủ phân vỏ cà phê và các chất thải với biochar.
2.1 Nghiên cứu nano biochar và thành phần phối trộn và chế độ ủ phân hữu cơ biochar.
2.2 Nghiên cứu qúa trình ủ, sử dụng, ảnh hưởng phân hữu cơ biochar, phát triển phân bón lỏng.
2.3 Nghiên cứu phát triển phân bón nhả chậm sử dụng biochar và so sánh hiệu quả.
-
Triển khai mô hình biochar, phân hữu cơ tại 02 HTX.
3.1 Nghiên cứu 0 Triển khai thực hiện cải tiến SX biochar, phân hữuu cơ biochar tại 02 HTX.
3.2 Nghiên cứu sử dụng biochar tạo vật liệu hấp phục NH4 trong nước và hiệu quả.
Nội dung 4. Nghiên cứu mô hình công nghệ tích hợp sử dụng nhiệt từ biomass và năng lượng mặt trời trong sấy cà phê
-
Nghiên cứu tính toán thiết kế-lắp mô hình thu biogas 8-10m3 thiết bị sấy cà phê Đăk Lăk.
-
Nghiên cứu về các hệ thống thu và tích năng lượng mặt trời.
-
Nghiên cứu buồng đốt, đốt gián tiếp bằng biogas & tích hợp sử dụng năng lượng tái tạo cho thiết bị sấy.
-
Lắp - vận hành thiết bị sấy- đánh giá chất lượng và truyền thông.
-
Lắp đặt - vận hành mô hình.
-
Đánh giá chất lượng cà phê, sử dụng năng lượng tái tạo, giảm KNK, tác động môi trường.
-
Hỗ trợ truyền thông ứng dụng NLTT, xây dựng tài liệu tập huấn.
Nội dung 5. Nghiên cứu hoàn mô hình tích hợp Agrofood Cycle, Lowcarbon cho sản xuất chế biến cà phê tại Đắk Lắk.
Nội dung 6. Báo cáo tổng hợp - Báo cáo tóm tắt
6. Lĩnh vực nghiên cứu: KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP
7. Phương pháp nghiên cứu:
Lựa chọn nguyên liệu đầu vào, công nghệ tách polyphenol từ phế thải cà phê, tách caffein khỏi axit chlorogenic, phân tích Chlorogenic axit. 2). Công nghệ nhiệt phân than biochar, tạo phân bón nano biochar. 3). Sử dụng biogas tích hợp với sấy cà phê và 4) Sử dụng LCA đánh giá mô hình giảm KNK có phân tích giảm CO2e là sản phẩm của mô hình và tính giá tín chỉ CO2.
Phương pháp nghiên cứu và kĩ thuật sử dụng:
-
Xác định vi lượng, kim loại nặng, máy ICP-OES 5100- Agilent – Mĩ.
-
Xác định các nguyên tố C,N,S,H máy phân tích nguyên tố Flash 2000 CHNS-O analyser. Máy so quang UV- 1800, Shimadzu, Nhật Bản,
-
Phân tích hoạt chất sinh học: GC-MS 14000, HPLC. Phân tích cấu dạng biochar: SEM, FTIR, XRD.
-
Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định: đánh giá hoạt tính kháng sinh của các mẫu được thực hiện trên phiến vi lượng 96 giếng (96-well microtiter plate) theo phương pháp hiện đại của Vander Bergher và Vlietlinck và McKane & Kandel [20,21] với các vi sinh vật kiểm định. Thực nghiệm thổ nhưỡng, phân bón, chất thải đánh giá sử dụng phân hữu cơ
-
Công cụ mô hình tính KNK, tác động môi trường, xử lý số liệu: công cụ IPCC, LCA, open LCA. Xử lý số liệu bằng phần mềm thống kê.
-
Phương pháp nghiên cứu công nghệ thu cao chiết cà phê chọn dung môi (cồn/nước; dung môi khác), phụ gia chiết chọn lọc, thời gian, nhiệt độ.
-
Nghiên cứu quá trình chiết lỏng-lỏng
-
Phân tích kiểm tra hàm lượng cafein, axit chlorogenic CGA
-
Xây dựng phương pháp nội bộ theo dõi quá trình
-
Phương pháp nghiên cứu chế tạo biochar và nano biochar: Sơ đồ nghiên cứu hoàn thiện mô hình biochar: Vỏ/bã cà phê -> sấy khô độ ẩm 10% -> nhiệt phân (>3400C)- Thu biochar (khí nóng và dầu) -> ngâm, trộn các chất hoạt hoá bề mặt tạo vật liệu và nano biochar-> sấy, gia công nhiệt -> đánh giá vật liệu -> ứng dụng.
-
Đánh giá sử dụng biochar cho xử lý nước thải chế biến ướt:
+ Tổng hợp phân bón nano-biochar.
+ Phương pháp nghiên cứu so sánh hiệu quả phân bón.
+ Thiết bị và phương pháp nghiên cứu tích hợp năng lượng cho sấy.
+ Phương pháp đánh giá mô hình giảm khí nhà kính và tác động môi trường, hiệu quả kinh tế và Đánh giá Vòng đời sản phẩm (LCA).
8. Sản phẩm khoa học và công nghệ dự kiến:
|
Tên sản phẩm
|
Yêu cầu khoa học
|
Ghi chú
|
|
130mg cao chiết cà phê xanh hay 65mg chlorogenic axit/ gói.
|
Tương tự sản phẩm nhập
|
130mg cao chiết cà phê xanh hay 65mg chlorogenic axit/ gói.
|
|
Quy trình chiết cao cà phê quy mô 10kg/mẻ có mô tả quy trình, sơ đồ quy trình, các bước thực hiện quy trình thu sản phẩm Cao chiết chứa đến 5% axit chlorogenic. Đăng kí TCCS cao chiết cà phê
|
Quy trình chiết cao cà phê 10kg/mẻ
|
Quy trình chiết cao cà phê quy mô 10kg/mẻ có mô tả quy trình, sơ đồ quy trình, các bước thực hiện quy trình thu sản phẩm Cao chiết chứa đến 5% axit chlorogenic. Đăng kí TCCS cao chiết cà phê
|
|
MH thu biochar cải tiến đạt 100kg/mẻ sản xuất biochar độ rỗng xốp trên 10m2/g, hiệu suất thu biochar 40- 60%. MH và quy trình sản xuất phân hữu cơ biochar 10m3/mẻ đạt, sản phẩm đạt tiêu chuẩn phân hữu cơ biochar QCVN01.189:2019/BNNPTNT; TCCS
|
Phân hữu cơ biochar QCVN01.189:2019/BNNPTNT,
TCCS cho phân hữu cơ biochar
|
MH thu biochar cải tiến đạt 100kg/mẻ sản xuất biochar độ rỗng xốp trên 10m2/g, hiệu suất thu biochar 40-60%. MH, quy trình sản xuất phân hữu cơ biochar 10m3/mẻ đạt, sản phẩm đạt tiêu chuẩn phân hữu cơ biocharQCVN01.189:2019/BNNPTNT
|
|
Mô hình tích hợp năng lượng có sử dụng sinh khối và biogas
|
Thu biogas, triển khai MH sấy cà phê năng lượng mặt trời và biomass
|
Mô hình tích hợp năng lượng có sử dụng sinh khối và biogas
|
Sản phẩm dạng II:
|
Tên sản phẩm dạng II
|
Yêu cầu khoa học cần đạt
|
Ghi chú
|
|
Báo cáo Đánh giá thực trạng áp dụng công nghệ phát thải carbon thấp, chuyển đổi sinh khối, tạo giá trị gia tăng cho chuỗi cà phê Đăk Lăk
|
Báo cáo đánh giá.
Khách quan có cơ sở khoa học, phân tích dữ liệu và thực tế
|
01
|
|
Báo cáo Nghiên cứu phát triển công nghệ tách chiết các polyphenol có hoạt tính sinh học cho sản xuất sản phẩm bảo vệ sức khỏe từ hạt cà phê xanh, phụ phẩm
|
Báo cáo nhiệm vụ. Tổng hợp được các hợp phần nghiên cứu thuộc nhiệm vụ; Quy trình chiết cao cà phê 10kg/mẻ. Cao chiết đạt 5% axit chlorogenic axit. Đăng kí TCCS. 100gói sản phẩm mẫu từ cà phê xanh (130mg cao chiết cà phê xanh hay 65mg chlorogenic axit/ gói).
|
01
|
|
Báo cáo Nghiên cứu hoàn thiện mô hình thu biochar và phân bón từ vỏ cà phê quy mô nông hộ, phát triển biochar làm xúc tác sinh học trong sản xuất phân bón từ phế thải chế biến nông sản, bùn biogas, nguồn thải khác.
|
Báo cáo nhiệm vụ. Tổng hợp được các hợp phần nghiên cứu thuộc nhiệm vụ, thu biochar chất lượng cao. Mô hình thu biochar cải tiến công suất đạt 100kg/mẻ để hiệu suất thu biochar 40-60%, biochar đạt độ rỗng xốp trên 10m2/g. MH và quy trình sản xuất phân hữu cơ biochar 10m3/mẻ đạt, phân hữu cơ biogas theo QCVN01.189:2019/BNNPTNT
|
01
|
|
Báo cáo triển khai mô hình công nghệ tích hợp sử dụng nhiệt từ biogas và năng lượng mặt trời, năng lượng nhiệt phân trong chế biến cà phê
|
Báo cáo nhiệm vụ, tổng hợp được các hợp phần nghiên cứu Mô hình tích hợp năng lượng có sử dụng sinh khối và biogas
|
01
|
|
Báo cáo Nghiên cứu hoàn thiện mô hình tích hợp
|
Báo cáo nhiệm vụ, tổng hợp hợp phần nghiên cứu, định lượng KNK và ảnh hưởng môi trường theo LCA ISO14000. Kiến nghị giải pháp tái
|
01
|
|
Agrofood Cycle và Lowcarbon cho sản xuất chế biến cà phê.
|
chế chất thải, năng lượng, phân bón, tạo giá trị gia tăng cho chuỗi cà phê, giảm KNK cho SXCF carbon thấp.
|
|
|
Báo cáo tổng hợp
|
Báo cáo tổng hợp kết quả thực hiện đề tài.
|
01
|
Sản phẩm dạng III: 01 Bài báo KHCN, 01 ấn phẩm hội thảo, hỗ trợ đào tạo trên ĐH, 01 Sở hữu trí tuệ
9. Thời gian thực hiện: 01/2023- 12/2024