生物柴油的研究及应用进展

张文毓

（中国船舶重工集团公司 第七二五研究所，河南 洛阳 471039）

生物柴油的研究及应用进展

张文毓

（中国船舶重工集团公司 第七二五研究所，河南 洛阳 471039）

中国作为一个能源消耗大国，能源危机日益严重，以能源集约化利用为前提，充分开发利用生物能、太阳能等清洁能源，越来越成为一种共识。同时，作为一个发展中国家，面临着经济增长和环境保护的双重任务，为了保护环境并实现经济的可持续发展，改变能源发展和消费方式，合理开发利用可再生能源是必要的选择。介绍了国内外生物柴油的发展现状、经济效益以及发展前景，其对现阶段缓解环境危机的巨大作用。生物柴油作为可再生能源，具有可开发利用的广阔前景和战略性意义。

生物柴油；研究；应用；进展

前言

柴油是国家战略物质资源，被广泛用于工程机械、锅炉、工业窑炉、船舶、军舰、农用机械、交通和动力等设备的柴油机燃料，国家每年要花大量的资金进口柴油和原油以满足日益增长的需求。生物柴油是一种可再生能源，以植物果实、种子或动物脂肪油、废气食用油等为原料，且具有易于生物降解、燃烧后污染物排放低、温室气体排放低等特点，因此生产、使用生物柴油对减少石油供给，实现可持续发展具有积极作用。

1　生物柴油概述

1.1生物柴油定义

生物柴油俗称阳光燃料，是一种长链脂肪酸单烷基脂，是以动植物油脂、各种废弃油脂及微生物油脂等为原料，与短链醇（如甲醇、乙醇）经过转脂反应制备获取，是一种含氧清洁燃料。生物柴油这一概念最早由德国工程师Dr.Rudolf Diesel于1985年提出，是指利用各种动植物油脂为原料，与甲醇或乙醇等醇类物质经过交酯化反应改性，使其最终变成可供内燃机使用的一种燃料［1］。

1.2生物柴油的优势

（1）具有优良的环保特性；

（2）具有较好的低温发动机启动性能，无需添加剂，冷滤点可达20℃；

（3）具有较好的润滑性能，延长发动机的使用寿命；

（4）具有较好的安全性能；（5）具有良好的燃烧性能；

（6）具有可再生性，可作为石油产品的替代品；（7）兼容性、调和性好；

（8）含水量高，有助于降低燃料的黏度，提高稳定性。

1.3生物柴油的制备方法

图1　植物油制备生物柴油工艺流程［2］Fig.1　The technological process of biodiesel prepared by vegetable oil

目前，生物柴油的制备方法主要有直接混合法、微乳法、酯交换法和热解法。直接混合法是将植物油与矿物柴油按一定的比例混合而成，该方法存在黏度高、易变质、不完全燃烧等缺点；微乳法是将动植物油与乳化剂混合制成的微乳状液，即由两种不互溶的液体与离子或非离子的两性分子混合而成的胶质平衡体系，这一方法解决了动植物油黏度高的问题；热解法是在快速加热和超短反应时间的条件下，使废弃油的有机分子迅速断裂为短链分子，并使结炭和产气降到最低限度，从而最大限度地获得燃油，所得的生物柴油与普通柴油接近。但和微乳法相似，其生产成本偏高，相关研究和应用不多。具体生物柴油制备技术演进过程见表1，技术对比见表2。

表1　生物柴油制备技术演进过程［3］Table 1　The evolution process of biology diesel oil preparation technology

表2国内外生物柴油技术对比［4］Table 2 The comparison of biology diesel oil technology at home and abroad

1.4生物柴油的理化特性

表3生物柴油与0#柴油主要理化特性［5］Table 3 The main physical and chemical properties of biology diesel oil and 0#diesel oil

2　生物柴油的国内外研究现状

2.1生物柴油的国外研究现状

20世纪70年代以来，生物柴油研究发展迅速，尽管其发展的历史不是很长，但是由于其良好的性能得到了世界各国的重视，美国、加拿大、巴西、日本、澳大利亚、印度等国都在积极发展这项产业，美国、法国、意大利等国相继成立了专门的生物柴油研究机构。为大力推进生物柴油产业的发展，欧美国家的政府制定了一系列的财政补贴、优惠税收等政策支持。目前美国及南美国家大面积种植大豆，欧盟国家以油菜籽油作为主要原料，日本主要使用废弃食用油，东南亚利用其优越的自然条件使用棕榈油作为生物柴油生产原料，而且一些初具规模的生物柴油生产厂已经建立并投入生产。由于棕树种植成本低，棕榈油价格与大豆、油菜籽比起来相对便宜，因此它更加具有竞争力。不仅世界上多个多家已经开始生产生物柴油，同期生物柴油的研究论文也增长了10倍，SCI检索论文从2003年的120多篇增加到2009年的1200多篇。使用油料生产生物柴油极大地影响到依赖进口来满足国内市场需求的中国油料市场。中国必须采取一定的政策措施来应对世界油料生物柴油的发展，保证食物安全。

表4　主要生物柴油产区产量Table 4　The main produce area and output of biology diesel oil

从各产区来看，美国主要使用大豆油，欧盟使用菜籽油和从东南亚进口的棕榈油，中国在使用少量棉籽油的同时，也在开发和使用木本非油料作物油脂。废弃油脂包括废弃食用油脂、油脂生产工业副产的酸化油及粮食加工副产的低品质油脂等，是日本和中国等亚洲国家生物柴油生产的主要原料。

图2　全球生物柴油产量及预测Fig.2　The global biology diesel oil output and forecast

2.2生物柴油的国内研究现状

我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良及其加工工艺和设备。2008年9月国家发展改革委员会为鼓励和规范生物柴油产业发展，批准中国石油化工集团公司，中国石油天然气总公司、中国海洋石油总公司进行生物柴油产业化示范项目建设。目前我国生物柴油的研究开发也取得了一些重大成果。相继有海南正和、四川古杉和福建卓越等公司涌现出来。他们自主开发出拥有自主知识产权的技术，并在此技术平台上投资建设了一批大规模的生产厂。尤其是四川古杉公司在这方面取得了突出成就，不仅成功研发出了以植物油下脚料为原料制备生物柴油的工艺，而且得到的产品使用性能非常接近于0#柴油，燃烧后废物排放指标达到德国DIN51606标准。总体来看，我国生物柴油的发展状况良好，生物柴油这个产业已经受到了越来越多的关注。

表5　我国生物柴油产业有关政策［6］Table 5　The related policy of biology diesel oil industry in China

表6　我国生物柴油产能及利用率统计Table 6　The productivity and utilization statistics of biology diesel oil in China

3　生物柴油应用现状

20世纪90年代至今，生物柴油的研究发展非常迅速，美国、欧洲各国等都在积极发展这项产业。美国是世界上最大的石油消耗国，也是最早研究生物柴油的国家。美国在1998年就制订了相应的生物柴油标准，严格规范生物柴油的使用和生产，2002年美国材料试验学会ASTM通过了生物柴油标准。生物柴油使用最多的是欧洲，份额已占成品油市场的5%以上，2006年中期，欧盟生物柴油产量超过400万吨。

2006年德国已拥有生物柴油加油站300多个。法国已经在雷诺汽车中进行了生物柴油实验，10万公里的燃烧证明生物柴油可用于普通发动机。意大利是目前欧洲使用生物柴油最为广泛的国家，其生物柴油已用于城市公交车及学校、医院等公共场所的供热燃料。欧共体计划到2020年使生物柴油市场占有率达到12%。

生物柴油在美国的商业应用始于20世纪90年代，1999年只有3个主要的汽车运输公司使用，到2000年3月就已超过40个；但是直到2005年左右才形成规模，成为该国产量增长最快的石化柴油替代燃料，主要用于拥有集中加油站的大巴和卡车运输公司。2012年10月起，除应用于交通运输业之外，美国一些城市如纽约市规定取暖用油必须包含至少2%的生物柴油，以改善空气质量。

我国发展生物柴油的课题首先由闵恩泽院士明确提出，1985年，中国农业工程研究设计院的施德路先生进行了生物柴油的实验探索。目前我国已经相继建成了一批具有一定规模的生物柴油生产厂。但与国外相比，我国在生物柴油方面还有相当大的差距。

目前我国生物柴油的开发利用还处于初期阶段，要从总体上降低生物柴油成本，使其在中国能源结构转变中发挥更大的作用，就必须向基地化和规模化方向发展，实行集约经营，形成产业化，这样我国生物柴油企业必将取得长足的进步。

我国微藻生物柴油技术开发提速。我国中科院与中石化2009年达成联盟，启动开发微藻生物柴油成套技术。在科研分工上，中科院主要研究上游藻种和反应器开发，中国石化则以微藻采收和藻油提取，及工业应用研究为主。日前中科院水生所透露，该成套技术各项研究进展顺利，有望2015年建成万吨级工业生产装置，比原计划提前5年。微藻是光合效率最高的原始植物之一，与玉米、大豆等农作物相比，单位面积的产油率可高出数十倍。按照现在的研究速度，未来3～5年，微藻生物柴油的成本可降至每吨6500元以下。［7］

4结语

随着经济的发展和汽车的高速发展，我国石油进口量连年增长，燃油带来的环境污染问题也越来越严重。利用何种途径来解决此供需矛盾，将是保证能源安全的重大问题，生物柴油可以有效的缓解当前我们所面临这两个潜在的危机。因此，必须抓紧寻找开发清洁代用的生物燃料，选择符合我国国情的生物柴油作为清洁代用的主要燃料，走出一条具有我国特色的自主发展和特色的绿色燃料之路。

我国是一个能源需求大国，能源短缺问题日益突出，发展生物柴油产业对于缓解我国的柴油紧张状况、促进农业产业结构调整、加强国防安全、增进环境保护等具有重要作用。生物柴油是一种环境友好的环保型燃料能源，是矿物柴油、石油的一种良好替代品。大力发展生物柴油对中国经济的可持续发展，实现资源的持续利用，减轻环境压力，减少温室气体效应，维持和促进资源、环境、社会经济的协调发展具有重要的战略意义。从全球能源形势与发展趋势来看，生物柴油是一种重要的有前途的绿色能源，但是要在中国大规模地发展，还要进行深入细致的研究和探索，还需要相应的政策法规的扶持。中国发展生物柴油，任重而道远。

［1]张培.河南应大力发展生物柴油［J］.创新科技，2013（11）：25～27.

［2]张培.概述生物柴油制备方法［J］.创新科技，2014（2）：8～10.

［3]苏燕，徐萍.生物柴油产业发展和相关政策分析［J］.生物产业技术，2014（6）：41～47.

［4]孙海萍.生物柴油产业现状分析及发展思考［J］.市场研究，2013 （3）：63～67.

［5]王常文，崔方方，宋宇.生物柴油的研究现状及发展前景［J］.中国油脂，2014，39（5）：44～49.

［6]陈晶晶，穆瑞田.我国生物柴油产业发展现状及对策［J］.北方经贸，2013，（12）：31～34.

［7]陈军航.我国微藻生物柴油技术开发提速［J］.天然气化工，2013 （4）：59.

The Research and Application Progress of Biological Diesel Oil

ZHANG Wen-yu
（China Shipbuilding Industry，Institute of 725th，Luoyang 471039，China）

As an energy consumption，the energy crisis of China is getting serious day by day，so basic on the intensive use of energy，the full development and utilization of clean energy such as biological energy and solar energy is more and more becoming a consensus.Meanwhile as a developing country，faces with twofold tasks of economical growth and growth protection，in order to protect the environment and make sure the economical sustainable development，it’s necessary to the change energy development and the expense way aswer as develop as well as.use the renewable energy reasonably.It introduces the development statue，the economic efficiency and the prospects of biological diesel oil，as well as the huge effect on the remission of environmental crisis.As the renewable energy，the biological diesel oil has the broad prospects of development and utilization as well as the strategic significance.

Biological diesel oil；research；application；progress

TE 626.26

A

1001-0017（2016）02-0143-04

2015-06-01

张文毓，（1968-），女，辽宁沈阳人，高级工程师，主要从事情报研究工作。