生物柴油:可代替石化柴油的再生性柴油燃料-中文百科频道

简介

生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。

生物柴油基本不含硫和芳烃，十六烷值高达52.9，可被生物降解、无毒、对环境无害。它的高含氧CN值十分有利于压燃机的正常燃烧从而降低尾气有害物质排放，所以被称为低污染燃料。

优点

与柴油相比，生物柴油有较好的发动机低温启动性能，无添加剂时冷凝点达-20℃；有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸和连杆的磨损率，延长其使用寿命；有较好的安全性能，闪点高，不属于危险品；含氧量高，十六烷值高，燃烧性优于普通柴油；生物柴油的生物降解性高达98％，降解速率是普通柴油的2倍，对土壤和水的污染较少，可以降低90%的空气毒性，降低94%的致癌率；生物柴油开口闪点高，储存、使用、运输都非常安全，不在危险品之列；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，作为一种可再生能源，资源不会枯竭。

另外使用生物柴油的发动机即可使用普通柴油的发动机（对有些机型仅需换密封圈和滤芯），无需作任何改动，生物柴油可与普通柴油在油箱中以任何比例相混。生物柴油生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品的市场用途也是非常广泛的。

缺点

含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值；生物柴油具有较高的溶解性，作燃料时易于溶胀发动机的橡塑部分，需要定期更换；生物柴油作汽车燃料时NOx的排放量比石油柴油略有增加；原料对生物柴油的性质有很大影响，若原料中饱和脂肪酸，如棕榈酸或硬脂酸含量高，则生物柴油的低温流动性可能较差；若多元不饱和脂肪酸，如亚油酸或亚麻酸含量高，则生物柴油的氧化安定性可能较差，这需要加入相应的添加剂来解决。

保存方法

PH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料；密度比水大，与水的比值约为1.2；具有“老化”倾向，加热不宜超过80℃，宜避光、避免与空气接触保存；

生产方法

化学法

生物柴油主要是用化学法生产，即用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和高温（230～250℃）下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，在经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。

生物柴油的主要问题是成本高，据统计，生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。美国已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物。日本采用工业废油和废煎炸油。欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。

但化学法合成生物柴油有以下缺点：工艺复杂、醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高；色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，成本高；生产过程有废碱液排放。

酯化法

为解决化学合成产生的问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和，醇用量小、无污染排放的优点。但目前主要问题有：对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%～60%，由于目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇如甲醇或乙醇等转化率低。而且短链醇对酶有一定毒性，酶的使用寿命短。副产物甘油和水难于回收，不但对产物形成抑制，而且甘油读固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短。

质量标准

世界上很多国家已经拟定了生物柴油标准，从而保证柴油的质量，保证使用者更加放心的使用生物柴油。

生物柴油的国际标准是ISO14214A另一个是ASTM国际标准ASTMD6751，这一标准是美国所采用的标准，该标准由美国环保局1996年在“清洁空气法”的211（b）部分加以了法律确认。

另一被广泛认同的是德国的DIN生物柴油系列标准，是迄今为止最为详细系统的生物柴油标准，该标准体系针对不同的制造原料有不同的DIN标准：以油菜籽和纯粹以蔬菜籽为原料的RME(rapeseed methyl ester)、PME（vegetable methyl ester）生物柴油DINE51606标准，以蔬菜油脂和动物脂肪为混合原料FME（fat methyl ester）的生物柴油DINV51606标准。

DIV51606生物柴油标准主要对以下成份进行考评：生产制造的整个反映过程，甘油的去除情况，催化剂的去除情况，酒精的去除情况，以及确保不含游离脂肪酸。生物柴油的生产标准评定指针包括比重、动态粘度、闪火点、硫含量、残留量、十六烷值、灰份、水份、总杂质、三酸甘油脂、游离甘油等。

此外奥地利、澳大利亚、捷克共和国、法国、意大利、瑞典等国家也拟订了生物柴油燃油规范。欧盟也在2003年11月颁布了EN14241生物柴油燃料标准。

生物柴油标准的规范，正在极大的推动生物柴油在这些国家的汽车工业中正式应用和合法化，同时，大量国家对生物柴油的认可也正在推动生物柴油作为一种新型可再生生物能源的国际化。

生产应用

在国际市场上，美国、欧洲、亚洲的一些国家和地区已开始建立商品化生物柴油生产基地，并把生物柴油作为代用燃料广泛使用。

奥地利

奥地利是世界上最早进行植物油酯化的国家，目前年生产能力为55万t/a左右，其生物柴油的主要市场在于农业及林业设施以及湖泊与河川的休闲游艇发动机之用，以利清洁空气，提升环保。1982年Graz有机化学研究院进行了世界上第一次菜籽油酯化制成柴油燃料试验。1983年使用回收的废食用油作为生产生物柴油的原料，1985年在Silberberg农业学院建立第一座菜籽油甲酯的示范工厂。1995年申请再酯化专利，转化率可达100%。1998年建立将动物脂肪达20%的原料生产生物柴油的工厂。

巴西

巴西主要选用大豆、棉籽、葵花子、油菜籽、蓖麻籽和棕榈等生产生物柴油，餐厅和家庭煎炸食品后的废油也被收集起来提炼生物柴油。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总量的44%，远高于13.6%的世界平均水平。巴西圣十字州立大学也开发出利用油炸食品残油生产汽车燃料的新技术，这所大学的试验工厂每周从市内的饭店回收炸完各种食品后需要扔掉的残油，其中的90%可转换成代替柴油的燃料，另外的10%还可提炼用于生产化妆品的甘油。

美国

美国不仅对生物柴油生产技术的研究领先世界，而且在标准规范、减免税收、商品化生产等方面也走在世界前列。年总生产能力300万吨，主要生产厂家有：世界能源替代品公司、格里芬工业公司、哥伦布食品公司、Ag环境产品公司等。早在1983年美国科学家就将菜籽油甲酯用于发动机，燃烧了1000小时。1999年，美国总统克林顿专门签署了开发生物燃料的法令，其中生物柴油被列为重点发展的清洁能源之一。2002年5月，南加利福尼亚港建立第一座能提供100%生物柴油作船用燃料的码头。2002年6月，威斯康星州Madison大学的学生，驾驶使用生物柴油的机车，获得“2002福特探险者”比赛的胜利。1999年只有3个主要的汽车运输公司使用生物柴油，而到2000年3月使用生物柴油的运输公司超过了40个，2002年已经超过100个车队。主要用户是联邦政府和公用事业部门的车队以及具有集中加油站的大巴和卡车运输公司。

德国

德国为了保护环境，提倡使用生物柴油。目前已拥有8个生物柴油的工厂，有超过1000座生物柴油加油站，其中绝大部分分布在使用柴油车辆较多的农村。2000年生物柴油产量达250万吨。对生物柴油不收税，制定了生物柴油的标准，该标准在欧盟内部基本是通用标准。其最大的生物柴油提炼厂在德国东部勃兰登堡州的施瓦尔茨海德地区，年生产能力为100万吨生物柴油和30万吨甘油。另外萨利亚（Saria）公司在德国东部梅前州建立一座利用动物脂肪提炼生物柴油的工厂，它以屠宰动物的脂肪为原料，提炼车用发动机柴油，可年产1.3×l07L生物柴油。

韩国

韩国的生物柴油80%是柴油，20%是从米糠、回收食物油和豆油中提取而成的生物燃料。这种油目前还处在实验期，只在清洁车和垃圾运输车中使用。城市垃圾场的运输车正在使用生物柴油，韩国每年因此能节省4.77×106L柴油。

日本

日本生物柴油目前年产量达40万吨。生产原料主要是回收的废食用油，生物柴油零售价格为80日元/L，与普通柴油相同。日本生物柴油研制工作始于1992年底，研究人员得知美国密苏里州由大豆油（黄豆油）生产生物柴油消息，1993年1月向密苏里州东京办事处索取有关生物柴油资料；1993年6月生物柴油研发部门研制出样品；1993年11月经陆运局认可使用于柴油机车辆；1999年建起259L/d以煎炸油为原料生产生物柴油的工业化装置。

中国

1990年以前，国内由于原油能自给，对生物柴油的研究很少。随着经济的发展，原油由净出口变成净进口，石油产品价格也与国际接轨，飞快上涨，导致人们对各种替代能源的研究。目前国内已成功利用菜籽油、大豆油、米糠油、工业猪油、牛油及野生植物小桐籽油等作为原料，经过甲醇预酯化后再酯化，生产出的生物柴油不仅可作为代用燃料直接使用，而且可作为柴油清洁燃烧的添加剂。研究单位有中国科技大学、石油化工科学研究院、东北林业大学、华东理工大学、江苏石油化工学院、抚顺市长江生物柴油技术应用研究所等。2002年四川古杉油脂化学有限公司已达到年生产30万吨生物柴油，计划不久将再扩建成年产100万吨生物柴油生产装置。民营企业海南正和生物能源有限公司于2001年9月建成年产近10万吨的生物柴油试验工厂，主要指标达到美国生物柴油标准。

意大利

意大利是生产和使用生物柴油较为广泛的国家，年生产能力达750万吨，有世界上规模最大的250万t/a装置。其主要用在空调制暖和柴油发电。从1991年起在19个都市的公车上使用生物柴油，进行了5.2×l05km运行，其结果甚佳，尤其黑烟较少。

法国

法国目前年生产能力超过400万吨，主要用在柴油发动机上，一部分用于柴油发电厂，使用标准是在普通柴油中添加5%的生物柴油。依照其农业政策，已将1.5×l010m2食用农场用地改为生产工业用菜籽的耕地，以生产菜籽油脂肪酸甲酯的生物柴油为主。法国ELF及TOTAL两公司系采用混合5%生物柴油的混合油（即5%生物柴油与95%石化柴油的混合油），并出售给30个城市的公车及卡车使用，情况良好。1995年其生物柴油生产量提升为3倍。法国雪铁龙集团也进行了生物柴油的试验，通过1×l05km的燃烧试验，证明生物柴油可用于普通柴油发动机。