新兴柴油替代品——棕榈油甲酯作为生物柴油

李彦

作为大型车辆、铁路机车、船舰等交通工具燃料的轻质石油产品——柴油，虽然比汽油更环保和健康，但是比起汽油来，柴油含更多的杂质，它燃烧时也更容易产生烟尘，造成空气污染。随着国际原油价格的持续走高和二氧化碳减排压力的增加，许多国家都在积极发展可再生能源。而一种通过动植物油脂等原料制备的生物柴油，成为理想的柴油替代燃料。

柴油界的“潜力股”生物柴油

生物柴油是指由动植物油脂生产的、物化性质与石化柴油相似的可再生液体生物燃料，其主要成分为脂肪酸甲酯（FAME），可代替石化柴油使用。由于生物柴油的可再生性能及优良的环保特性，自2000年以来迅速发展，2015年全球生物柴油产能达2980万吨。

生物柴油原料来源广泛，主要是天然的动、植物油脂，这些原料可以分为5大类：本油料植物，如大豆、油菜籽、棉籽、花生等；木本油料植物，如棕榈树、麻疯树、光皮树、黄连木、乌柏树等；废弃油脂，如餐馆的地沟油、各种油脂加工厂的下脚料、酸化油等；动物油脂，如猪、牛、羊等加工过程产生的各种油脂 ；微生物油脂及工程微藻。

目前，生物柴油主要是将植物油或动物油脂进行酯化或酯交换后生成酯。经过酯化后的生物柴油与石化燃料相比它具有优良的环保特性，燃烧所排放的污染物含量很低，与石化柴油相比含硫量低，使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大减少。权威数据显示，生物柴油产生的CO减少65%，C02减少8%．SO减少90%，未燃烧的碳氢化合物减少50%。

生物柴油作为富有潜力的替代燃料，以其良好的环境效益和经济价值受到越来越多的关注。

新型原材料的创新提取方法

目前，世界上超过90%的生物柴油都是用菜籽油生产，这势必造成与人类争粮油，与粮油争土地的状况，将使国际粮油供应更加紧张。

我国并不提倡采用可食用油脂发展生物柴油，生产生物柴油使用的原料是酸值高的废弃油脂，多采用先酸催化酯化降酸值然后碱催化酯交换的技术，最后精制得到生物柴油产品。这种酸碱催化工艺流程较复杂，酸催化法反应速率较慢，副反应多，碱催化过程产生的副产物皂容易引起乳化，而且设备腐蚀严重，产品收率偏低。因此，新原材料的选取尤为重要。

而随着世界能源的紧缺问题的出现，棕榈油以其价格及可再生资源的优势将成为替代燃料可行性研究的最佳选择之一。

油棕是重要的油料植物，其果实和种仁的含油量高达50%～60%，有“油王”誉，棕榈油是从油棕树上的棕果中榨取出来的，是全球的第二大的食用油原料，也是世界上最具价格优势的植物油，棕榈油既可提供食用油源、工业油源，又可作为动力油源，作为生物柴油的原料油是一种取之不尽的可再生油源。

目前，国内外棕榈油生物柴油加工技术研究显示目前应用棕榈油制备生物柴油的方法主要有，一是用浓硫酸将棕榈油预酯化，再以氢氧化钾为催化剂进行酯交换反应。二是采用镁铝水滑石固体碱催化酯交换棕榈油制备生物柴油，但是，反应时间需8小时，生产成本较高。而以棕榈油为原料油，通过甲醇酯交换一步反应制备生物柴油。当甲醇用量为原料油质量的40%～60%，催化剂（SXL）用量为原料油质量的1.0%～5.0%，反应温度为40℃～60℃，反应时间为40～80min，酯交换反应的转化率达到98%以上。利用IR和GC-MS分析酯交换产物，结果表明用棕榈油制得的生物柴油由四种脂肪酸甲酯组成：十六酸（棕榈酸）甲酯，占48.62%； 8-十八碳烯酸9（油酸）甲酯，占39.41%；9,12-十八碳二烯酸甲酯，占7.59% ；十八酸(硬脂酸)甲酯，占4.37%，四种成分总和占全部混合脂肪酸甲酯的99%以上。棕榈油脂肪酸甲酯是理想的柴油替代品。

对棕榈油制得的生物柴油与石化柴油及其混合物进行应用性能的比较，棕榈油甲酯适合替代柴油，添加棕榈油甲酯可以增加发动机的制动力，减少发动机的磨损，同时减少NOx、CO、HC的排放量。

未来发展趋势

近年来，国家政策鼓励生物质新型燃料的发展。2014年底，国家能源局印发了《生物柴油产业发展政策》，提出要构建适合我国资源特点，以废弃油脂为主，木（草）本非食用油料为辅的可持续原料供应体系。但是，我国生物柴油原料的供应问题十分突出，资源没有得到合理的引导和配置，市场上对于生物柴油的推广难度大，终端用户抵触心理，利润分配不均衡等一系列问题。

国内外目前已经对棕榈油生物柴油有了相当多的研究，并且所制备的生物柴油基本符合生物柴油国际标准的要求。在马来西亚和泰国等国家已将生物柴油用于工业化生产并在发动机中应用，而目前我国有关棕榈油生物柴油的研究成果尚不多，且没有工业化的生产。

随着能源的日益危机，利用生物柴油取代石化燃料是未来发展的方向。据有博思数据发布的《2015年-2020年中国生物柴油行业研究及投资规划建议分析报告》：2014年，我国生物柴油产量约为121万吨，年产5000吨以上的厂家超过40家，并向大规模化趋势发展。而当前国内生物柴油总产能约为300～350万/吨，行业缺口达400多万吨，市场空间广阔。

为此，我国应重视此类技术的开发，尤其是开发适合工业化生产的方法和技术，以适应我国生物柴油消费的需求。我国生物柴油生产相对发展缓慢，从我国成品油需求来看，柴油相对汽油更加短缺，在我国发展生物柴油不仅有助于降低车辆尾气污染物排放，而且对缓解柴油资源短缺、促进农业发展和提高农民收入有着非常重要的作用和意义。