生物柴油:可代替石化柴油的再生性柴油燃料-中文百科頻道

簡介

生物柴油是生物質能的一種，它是生物質利用熱裂解等技術得到的一種長鍊脂肪酸的單烷基酯。生物柴油是含氧量極高的複雜有機成分的混合物，這些混合物主要是一些分子量大的有機物，幾乎包括所有種類的含氧有機物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有機酸、醇等。

生物柴油基本不含硫和芳烴，十六烷值高達52.9，可被生物降解、無毒、對環境無害。它的高含氧CN值十分有利于壓燃機的正常燃燒從而降低尾氣有害物質排放，所以被稱為低污染燃料。

優點

與柴油相比，生物柴油有較好的發動機低溫啟動性能，無添加劑時冷凝點達-20℃；有較好的潤滑性能，可降低噴油泵、發動機缸和連杆的磨損率，延長其使用壽命；有較好的安全性能，閃點高，不屬于危險品；含氧量高，十六烷值高，燃燒性優于普通柴油；生物柴油的生物降解性高達98％，降解速率是普通柴油的2倍，對土壤和水的污染較少，可以降低90%的空氣毒性，降低94%的緻癌率；生物柴油開口閃點高，儲存、使用、運輸都非常安全，不在危險品之列；硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低；特别是生物柴油具有可再生性，作為一種可再生能源，資源不會枯竭。

另外使用生物柴油的發動機即可使用普通柴油的發動機（對有些機型僅需換密封圈和濾芯），無需作任何改動，生物柴油可與普通柴油在油箱中以任何比例相混。生物柴油生産過程中産生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副産品的市場用途也是非常廣泛的。

缺點

含水率較高，最大可達30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高穩定性，但降低了油的熱值；生物柴油具有較高的溶解性，作燃料時易于溶脹發動機的橡塑部分，需要定期更換；生物柴油作汽車燃料時NOx的排放量比石油柴油略有增加；原料對生物柴油的性質有很大影響，若原料中飽和脂肪酸，如棕榈酸或硬脂酸含量高，則生物柴油的低溫流動性可能較差；若多元不飽和脂肪酸，如亞油酸或亞麻酸含量高，則生物柴油的氧化安定性可能較差，這需要加入相應的添加劑來解決。

保存方法

PH值低，故貯存裝置最好是抗酸腐蝕的材料；密度比水大，與水的比值約為1.2；具有“老化”傾向，加熱不宜超過80℃，宜避光、避免與空氣接觸保存；

生産方法

化學法

生物柴油主要是用化學法生産，即用動物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者堿性催化劑和高溫（230～250℃）下進行轉酯化反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯，在經洗滌幹燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生産過程中可循環使用，生産設備與一般制油設備相同，生産過程中可産生10%左右的副産品甘油。

生物柴油的主要問題是成本高，據統計，生物柴油制備成本的75%是原料成本。因此采用廉價原料及提高轉化從而降低成本是生物柴油能否實用化的關鍵。美國已開始通過基因工程方法研究高油含量的植物。日本采用工業廢油和廢煎炸油。歐洲是在不适合種植糧食的土地上種植富油脂的農作物。

但化學法合成生物柴油有以下缺點：工藝複雜、醇必須過量，後續工藝必須有相應的醇回收裝置，能耗高；色澤深，由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質；酯化産物難于回收，成本高；生産過程有廢堿液排放。

酯化法

為解決化學合成産生的問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油，即用動物油脂和低碳醇通過脂肪酶進行轉酯化反應，制備相應的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有條件溫和，醇用量小、無污染排放的優點。但目前主要問題有：對甲醇及乙醇的轉化率低，一般僅為40%～60%，由于目前脂肪酶對長鍊脂肪醇的酯化或轉酯化有效，而對短鍊脂肪醇如甲醇或乙醇等轉化率低。而且短鍊醇對酶有一定毒性，酶的使用壽命短。副産物甘油和水難于回收，不但對産物形成抑制，而且甘油讀固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。

質量标準

世界上很多國家已經拟定了生物柴油标準，從而保證柴油的質量，保證使用者更加放心的使用生物柴油。

生物柴油的國際标準是ISO14214A另一個是ASTM國際标準ASTMD6751，這一标準是美國所采用的标準，該标準由美國環保局1996年在“清潔空氣法”的211（b）部分加以了法律确認。

另一被廣泛認同的是德國的DIN生物柴油系列标準，是迄今為止最為詳細系統的生物柴油标準，該标準體系針對不同的制造原料有不同的DIN标準：以油菜籽和純粹以蔬菜籽為原料的RME(rapeseed methyl ester)、PME（vegetable methyl ester）生物柴油DINE51606标準，以蔬菜油脂和動物脂肪為混合原料FME（fat methyl ester）的生物柴油DINV51606标準。

DIV51606生物柴油标準主要對以下成份進行考評：生産制造的整個反映過程，甘油的去除情況，催化劑的去除情況，酒精的去除情況，以及确保不含遊離脂肪酸。生物柴油的生産标準評定指針包括比重、動态粘度、閃火點、硫含量、殘留量、十六烷值、灰份、水份、總雜質、三酸甘油脂、遊離甘油等。

此外奧地利、澳大利亞、捷克共和國、法國、意大利、瑞典等國家也拟訂了生物柴油燃油規範。歐盟也在2003年11月頒布了EN14241生物柴油燃料标準。

生物柴油标準的規範，正在極大的推動生物柴油在這些國家的汽車工業中正式應用和合法化，同時，大量國家對生物柴油的認可也正在推動生物柴油作為一種新型可再生生物能源的國際化。

生産應用

在國際市場上，美國、歐洲、亞洲的一些國家和地區已開始建立商品化生物柴油生産基地，并把生物柴油作為代用燃料廣泛使用。

奧地利

奧地利是世界上最早進行植物油酯化的國家，目前年生産能力為55萬t/a左右，其生物柴油的主要市場在于農業及林業設施以及湖泊與河川的休閑遊艇發動機之用，以利清潔空氣，提升環保。1982年Graz有機化學研究院進行了世界上第一次菜籽油酯化制成柴油燃料試驗。1983年使用回收的廢食用油作為生産生物柴油的原料，1985年在Silberberg農業學院建立第一座菜籽油甲酯的示範工廠。1995年申請再酯化專利，轉化率可達100%。1998年建立将動物脂肪達20%的原料生産生物柴油的工廠。

巴西

巴西主要選用大豆、棉籽、葵花子、油菜籽、蓖麻籽和棕榈等生産生物柴油，餐廳和家庭煎炸食品後的廢油也被收集起來提煉生物柴油。目前，巴西使用的乙醇、生物柴油及其他可替代能源已占其能源消耗總量的44%，遠高于13.6%的世界平均水平。巴西聖十字州立大學也開發出利用油炸食品殘油生産汽車燃料的新技術，這所大學的試驗工廠每周從市内的飯店回收炸完各種食品後需要扔掉的殘油，其中的90%可轉換成代替柴油的燃料，另外的10%還可提煉用于生産化妝品的甘油。

美國

美國不僅對生物柴油生産技術的研究領先世界，而且在标準規範、減免稅收、商品化生産等方面也走在世界前列。年總生産能力300萬噸，主要生産廠家有：世界能源替代品公司、格裡芬工業公司、哥倫布食品公司、Ag環境産品公司等。早在1983年美國科學家就将菜籽油甲酯用于發動機，燃燒了1000小時。1999年，美國總統克林頓專門簽署了開發生物燃料的法令，其中生物柴油被列為重點發展的清潔能源之一。2002年5月，南加利福尼亞港建立第一座能提供100%生物柴油作船用燃料的碼頭。2002年6月，威斯康星州Madison大學的學生，駕駛使用生物柴油的機車，獲得“2002福特探險者”比賽的勝利。1999年隻有3個主要的汽車運輸公司使用生物柴油，而到2000年3月使用生物柴油的運輸公司超過了40個，2002年已經超過100個車隊。主要用戶是聯邦政府和公用事業部門的車隊以及具有集中加油站的大巴和卡車運輸公司。

德國

德國為了保護環境，提倡使用生物柴油。目前已擁有8個生物柴油的工廠，有超過1000座生物柴油加油站，其中絕大部分分布在使用柴油車輛較多的農村。2000年生物柴油産量達250萬噸。對生物柴油不收稅，制定了生物柴油的标準，該标準在歐盟内部基本是通用标準。其最大的生物柴油提煉廠在德國東部勃蘭登堡州的施瓦爾茨海德地區，年生産能力為100萬噸生物柴油和30萬噸甘油。另外薩利亞（Saria）公司在德國東部梅前州建立一座利用動物脂肪提煉生物柴油的工廠，它以屠宰動物的脂肪為原料，提煉車用發動機柴油，可年産1.3×l07L生物柴油。

韓國

韓國的生物柴油80%是柴油，20%是從米糠、回收食物油和豆油中提取而成的生物燃料。這種油目前還處在實驗期，隻在清潔車和垃圾運輸車中使用。城市垃圾場的運輸車正在使用生物柴油，韓國每年因此能節省4.77×106L柴油。

日本

日本生物柴油目前年産量達40萬噸。生産原料主要是回收的廢食用油，生物柴油零售價格為80日元/L，與普通柴油相同。日本生物柴油研制工作始于1992年底，研究人員得知美國密蘇裡州由大豆油（黃豆油）生産生物柴油消息，1993年1月向密蘇裡州東京辦事處索取有關生物柴油資料；1993年6月生物柴油研發部門研制出樣品；1993年11月經陸運局認可使用于柴油機車輛；1999年建起259L/d以煎炸油為原料生産生物柴油的工業化裝置。

中國

1990年以前，國内由于原油能自給，對生物柴油的研究很少。随着經濟的發展，原油由淨出口變成淨進口，石油産品價格也與國際接軌，飛快上漲，導緻人們對各種替代能源的研究。目前國内已成功利用菜籽油、大豆油、米糠油、工業豬油、牛油及野生植物小桐籽油等作為原料，經過甲醇預酯化後再酯化，生産出的生物柴油不僅可作為代用燃料直接使用，而且可作為柴油清潔燃燒的添加劑。研究單位有中國科技大學、石油化工科學研究院、東北林業大學、華東理工大學、江蘇石油化工學院、撫順市長江生物柴油技術應用研究所等。2002年四川古杉油脂化學有限公司已達到年生産30萬噸生物柴油，計劃不久将再擴建成年産100萬噸生物柴油生産裝置。民營企業海南正和生物能源有限公司于2001年9月建成年産近10萬噸的生物柴油試驗工廠，主要指标達到美國生物柴油标準。

意大利

意大利是生産和使用生物柴油較為廣泛的國家，年生産能力達750萬噸，有世界上規模最大的250萬t/a裝置。其主要用在空調制暖和柴油發電。從1991年起在19個都市的公車上使用生物柴油，進行了5.2×l05km運行，其結果甚佳，尤其黑煙較少。

法國

法國目前年生産能力超過400萬噸，主要用在柴油發動機上，一部分用于柴油發電廠，使用标準是在普通柴油中添加5%的生物柴油。依照其農業政策，已将1.5×l010m2食用農場用地改為生産工業用菜籽的耕地，以生産菜籽油脂肪酸甲酯的生物柴油為主。法國ELF及TOTAL兩公司系采用混合5%生物柴油的混合油（即5%生物柴油與95%石化柴油的混合油），并出售給30個城市的公車及卡車使用，情況良好。1995年其生物柴油生産量提升為3倍。法國雪鐵龍集團也進行了生物柴油的試驗，通過1×l05km的燃燒試驗，證明生物柴油可用于普通柴油發動機。