我国生物柴油研究现状及发展对策

谭冬霞 徐丽萍

1. 山东省平度市西关中学，山东 平度 266700 2. 四川化工职业技术学院，四川 泸州 646005

我国生物柴油研究现状及发展对策

谭冬霞1徐丽萍2

1. 山东省平度市西关中学，山东 平度 266700 2. 四川化工职业技术学院，四川 泸州 646005

生物柴油的发展不仅有利于解决能源问题, 而且可减少温室气体的排放量, 在利用石油替代燃料中具有重要地位。本文综述了生物柴油的优势、原料来源和生产工艺，分析了我国生物柴油的发展中存在的主要问题及开发策略。

生物柴油；研究现状；发展对策

生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。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。

生物柴油是清洁可再生能源，具有突出的环保性能，无毒性，不含芳香烃等有害物质。与传统柴油相比，生物柴油具有润滑性能好，储存、运输、使用安全，抗爆性好，燃烧充分等优势;既可作为添加剂促进燃烧效果，其本身也可作为燃料，适用范围广。同时，发展生物柴油对于调整农业结构、增加农民收入、改善生态环境等具有重要意义。

1 生物柴油与传统柴油相比的优势

1.1 生物柴油的经济价值

生物柴油的原料是可再生资源，用之不竭。可以肯定，在不久的将来， 随着生物柴油生产技术的不断改进，生产成本的不断降低，这种可再生的新型能源一定会成为世界能源产品中的佼佼者。

1.2 生物柴油的环保价值

与传统柴油相比，生物柴油所含的二氧化碳及其他污染成分低许多。根据美国环保局的资料，使用生物柴油的汽车，尾气中的过氧化氢可降低20%，二氧化碳可降低12%。另外生物柴油无毒、易降解。它的毒性低于食盐，降解度好过食糖，在人口众多、污染严重的中国实在是一种不可多得的优质油品。

2 生物柴油的原料种类

2.1 动物油脂

动物油脂包括猪油、牛油、羊油和鱼油等。

2.2 植物油脂

用于生产生物柴油的植物有大豆、油菜、棉花、蓖麻等油料作物，以及油棕、黄连木、麻疯树、乌桕树、文冠果树等油料林木果实。发展植物油脂生产生物柴油，可以走出一条农林产品向工业品转化的富农强农之路，有利于调整农业结构，增加农民收入。

2.3 微生物油脂

目前研究较多的是酵母、真菌和藻类，能够产生油脂的细菌则较少。利用微生物生产油脂有许多优点，微生物细胞增殖快，生产周期短，生长所需的原料丰富，价格便宜，同时不受季节、气候变化的限制，能连续大规模生产，生产成本低。因此，微生物油脂具有巨大的应用潜力和开发价值。

2.4 废弃油脂

废弃油脂主要包括餐饮废油、地沟油、炒菜和炸食品过程产生的煎炸废油等。以废油脂为原料生产生物柴油，可大大减少废油脂的现存量，减少燃料对化石资源的依赖和环境污染，同时可降低生物柴油原料的成本。废油脂作为替代燃料与石化柴油相比尽管存在黏度大、挥发性差、与空气混合效果不好、易发生热聚合等问题，但经过酯交换能够完全满足柴油代用理想品所具备的性能。李积华等以“地沟油”为原料、王延耀等以废食用油为原料，用NaOH催化制备生物柴油，其产率都在90%以上。

3 生物柴油生产方法及工艺

3.1 直接混合法

Adans等将脱胶的大豆油与2号柴油分别以1:1和1:2的比例混合，在直接喷射涡轮发动机上进行600h的试验。当两种油品按1:1混合时，会出现润滑油变浑以及凝胶化现象，而1:2的比例不会出现该现象，可以作为农用机械的替代燃料。Ziejewski等将葵花籽油与柴油按1:3的体积比混合，测得该混合物在40℃下的黏度为4.88×10-6m2/s，而ASTM （美国材料试验标准）规定的最高黏度应低于4.0×10-6m2/s，因此该混合燃料不适合在直喷柴油发动机中长时间使用。

3.2 微乳液法

将动植物油与溶剂混合制成微乳状液也是解决动植物油高黏度的办法之一。1982年Georing等用乙醇水溶液与大豆油制成微乳状液，这种微乳状液除了十六烷值较低以外，其他性质均与2号柴油相似。Ziejewski等以53.3%的冬化葵花籽油、13.3%的甲醇以及33.4%的1-丁醇制成乳状液，在200h的实验室耐久性测试中没有严重的恶化现象，但仍出现了积炭和使润滑油黏度增加等问题。

3.3 高温热裂解法

1993年，Pioch等对植物油经催化裂解生产生物柴油进行了研究。将椰油和棕榈油以SiO2/Al2O3为催化剂，在450℃裂解。裂解得到的产物分为气液固三相，其中液相的成分为生物汽油和生物柴油。分析表明，该生物柴油与普通柴油的性质非常相近。

3.4 酯交换法

3.4.1 碱催化酯交换反应

酸和碱是目前普遍使用的生产生物柴油的催化剂，其生产因原料的不同而包括多种工艺。以精炼油脂为原料的生产工艺是在60～70℃、0.1Mpa下，由碱性催化剂催化的间歇或连续反应，一般采用6:1的醇油比。混合产物经静置分为上下两层，下层为甘油层，上层是甲酯层。将上层的甲酯取出，洗去带出的甘油，再进一步反应得到最终产品。过量的甲醇经冷凝被送入精馏塔中纯化后再循环使用。

3.4.2 生物酶催化催化酯交换反应

目前化学法生产生物柴油使用的催化剂存在难以分离以及所需能量太大等问题，都可以通过使用酶催化剂加以解决。例如，以多孔高岭石作为载体的固定酶催化剂，与其他催化剂相比，不但寿命长，无需经常更换，而且活性高，易于分离，是一种性能上和经济上都具有竞争力的新型催化剂。Ban等以橄榄油和油酸为原料进行酶催化反应，产物中的甲酯含量达到90%。如何提高酶的活性和防止酶中毒是该方法的关键。

3.4.3 无催化剂条件下生产生物柴油

为了解决酯交换反应中遇到的成本高、反应时间长、反应物与催化剂难于分离等问题，研究人员开发了不使用催化剂的新工艺。M.Diasakou等研究了在加热条件下大豆油与甲醇的酯交换反应，进行了动力学研究，得到了无催化剂条件下反应的特点。Saka和Kusdiana提出了生产生物柴油的临界法。反应在一预加热的间歇反应器中进行，反应温度350～400℃、压力45～65Mpa，菜籽油与甲醇的原料比为1:42。研究发现，经过超临界处理的甲醇能够在无催化剂存在的条件下与菜籽油发生酯交换反应，其产率高于普通的催化过程，且反应温度较低，同时还避免了使用催化剂所必需的分离纯化过程，使酯交换过程更加简单、安全和高效。

4 生物柴油应用中存在的问题及开发策略

4.1 存在的问题

4.1.1 原料不足，供给不稳定

由于我国可耕地面积有限，动植物油脂的生产尚不足以满足居民的食用消费，并且每年需要大量进口，价格偏高；能源树种由于生产周期较长，能源林基地建设投资巨大，目前只能少量提供，难以形成大规模效应，而且由于能源树的种植区域多分布在偏远地区，道路交通通达率较低，收集和贮存等物流范围势必受到限制，也对生物柴油的原料需求带来了不便。廉价的废弃油脂面临收集系统不健全、收集利用率低的问题，且成分复杂，也难以形成大规模化发展。微生物油脂现有菌体含油率不高、产油率低，并且发酵工艺、油脂提取工艺都有待于进一步攻关研究。

4.1.2 资金缺乏

能源林基地建设投资巨大，没有足够的经费用于能源林的培育，影响生物柴油原料的供给，不能保障未来产业规模化发展所需要的原料。

4.1.3 生物柴油标准发展滞后

相对产业发展来说，目前我国生物柴油的标准制定大为滞后, 正式颁布实施的只有一个(GB/T20828-2007柴油机燃料调合用生物柴油(BD-100)，难以为产业发展提供服务和支撑。

4.2 生物柴油开发策略

4.2.1 建立稳定可靠的原料基地

利用转基因等生物技术改良传统油料作物，提高其产量和出油率，并合理利用非耕地或农闲地大量种植，协调我国粮食安全与能源安全的矛盾；在山地、高原、丘陵地区甚至沙地适宜地选育、种植适合不同地域的高产含油树种，并组织科研攻关，进一步开发利用自然界中还未开发的野生资源；重点开发微生物油脂转化技术，大力发展富含油质的微藻或者“工程微藻”建立废油脂收集系统，提高收集率，合理利用废油脂资源，使其成为生物柴油原料的有益补充。

4.2.2 加大政府扶持力度，给予适当的优惠

我国应对生产、研发生物柴油的企业、高校和科研单位给予一定的资金扶持，重点应体现在对现有生产加工技术的成熟化、重点关键技术领域的突破和原料潜力的开发引导和鼓励上。

4.2.3 制定和完善生物柴油的各项标准

国务院发展改革委员会(2007)已经制定了《生物产业发展“十一五”规划》，明确提出加快制订生物柴油技术标准。生产柴油标准的制定和完善可以指导并规范企业的生产过程，提高产品生产的标准化程度，加速我国生物柴油产业化进程。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.006

谭冬霞，女，山东青岛人，大学本科，研究方向生物学。