河南生物柴油产业技术优势与发展方向

文/梁峰

生物柴油是以生物质为原料，通过物理、化学和生物的方法转化为长链烃类或脂肪酸甲酯为主的液体燃料。与燃料乙醇不同，生物柴油能量密度高，不会腐蚀发动机，可以完全替代石油。根据原料来源和生产工艺的不同，生物柴油分为两大类：一是以生物油脂为原料经转酯反应生成的脂肪酸（C12-C18）甲酯，即传统的生物柴油。根据生物油脂的来源不同，传统的生物柴油又可以分为动、植物生物柴油（第一代生物柴油）和微生物生物柴油（第二代生物柴油）。二是生物质经酸解、热解、催化加氢、脱氧形成小分子中间体后再经聚合反应形成的长链（C8-C16）烃类液体燃料（第三代生物柴油）。河南省生物柴油产业发展很快，已经成为生物质能源产业的重要组成部分，并具有很强的发展后劲。

第一代生物柴油产业走向成熟

第一代生物柴油的原料是动、植物油脂，包括动物脂肪、植物油以及餐饮剩余物油脂（地沟油）和食品加工废油（高温降解、氧化、酸化油）。生物油脂转酯反应生成生物柴油主要有酸碱催化、金属氧化物催化和脂肪酶催化三种工艺，其中最成熟、成本最低的是酸碱催化，是目前国内应用最广的一种工艺。河南省生物柴油企业均采用酸碱催化工艺，但在以下几方面具有技术优势：一是具有高酸值的地沟油、废油为原料生产生物柴油的技术难题已经解决，使餐饮业和食品加工业回收油脂得到高值利用，解决了食用油的安全问题。二是攻克了连续转酯反应工艺的难题，实现了设备成套化，生物柴油的分批釜式反应器被连续管道式反应器取代，不仅大大降低能耗、缩短工艺时间，还有利于自动控制和降低设备的腐蚀程度。三是高品质航空生物柴油取得重要进展，中试级生产工艺产品达到欧洲航空燃油的质量标准。目前，河南省传统生物柴油年总产能约70万～80万吨，其中，年产5万吨生产线3条，年产万吨以上企业10多家，已经形成一个新兴产业。但是，第一代生物柴油的产业发展问题十分突出，主要瓶颈是原料来源不足。随着打击地沟油、废油流回食用油市场的力度加大，回收率逐步提高，缓解了原料不足的矛盾，但是，从长远来看，即使全部回收用于生物柴油，仍然不能满足生产需求。种植生物柴油油料植物（如文冠果和麻风树等）也受地域和荒山面积的限制，同时还有收集难、加工难和区域生态恶化的问题。

第二代生物柴油潜力巨大

为了突破生物柴油产业的发展瓶颈，一种数量巨大、可再生的原料，木质纤维素物质引起了人们的广泛兴趣。秸秆是一个非常巨大的木质素纤维资源，然而每年屡禁不止的秸秆焚烧不仅浪费了巨大的能量，同时也污染了环境。另外，工业有机废水，大量市政固体废弃物中含有丰富的有机质，也是一种可观的资源。基于这些原料，微藻、酵母菌和霉菌等微生物的培养技术应用到废物处理和再利用，不仅具有环保意义，同时产生新的可再生能源。微生物油脂在脂肪酸组成上与植物油相似，富含丰富的长链脂肪酸（C12-C18），是生产生物柴油的理想原料。因此，使用木质纤维素原料生产生物柴油，尤其是秸秆和其他非粮食原料是一种非常好的选择，可以有效解决食品安全、能源短缺和环境污染的问题。生物精炼河南省工程实验室、亚太新能源科技集团等单位正致力实现微生物柴油的产业化。目前已经在高产菌株选育、微生物原位转酯等关键技术上取得突破性进展，逐步提高转化效率，尤其是木质素的利用效率。

第三代生物柴油前景诱人

生物质经酸解、热解、催化加氢、脱氧形成小分子中间体后再经聚合反应形成的长链（C8-C16）烃类液体燃料，可称为第三代生物柴油。从化学性质上来看，第三代生物柴油和现在使用的汽油、柴油最接近，是最理想的生物燃料。这种技术的优势还在于对原料种类和性质要求低，最容易与石油精炼工业接轨。目前有关单位已经解决秸秆热解液化的效率问题，以及催化加氢工艺条件优化，中试级规模综合转化效率达到20%，即5-6吨秸秆（秸秆种类不同）可产生1吨成品油。但是，这种工艺路线复杂，对设备的要求较高，尤其是高温、高压设备的安全连续运行问题需要进一步解决。

生物柴油产业协同创新体系形成

河南省生物柴油研发平台建设工作突出，现已建成的研发平台包括：车用生物燃料技术国家重点实验室（天冠集团），河南省生物能源重点实验室（省科学院），生物精炼河南省工程实验室（商丘师范学院），河南省生物柴油炼制与装备制造工程技术研究中心（星火生物能源），河南省餐厨垃圾及废弃物生物柴油工程技术研究中心（侨联生物能源）。并成立了河南省生物质能化产业技术创新战略联盟，正协积极调筹建河南省生物质能化产业技术研究院。通过协同创新，相信未来河南的生物柴油产业技术创新会更高更快，为打造生物能源产业强省提供技术支撑。