生物柴油  

生物柴油是生物質(zhì)能的一種，它是生物質(zhì)利用熱裂解等技術(shù)得到的一種長(zhǎng)鏈脂肪酸的單烷基酯。生物柴油是含氧量極高的復(fù)雜有機(jī)成分的混合物，這些混合物主要是一些分子量大的有機(jī)物，幾乎包括所有種類的含氧有機(jī)物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有機(jī)酸、醇等。

 

1)含水率較高，*大可達(dá)30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高穩(wěn)定性，但降低了油的熱值；

2)pH值低，故貯存裝置*好是抗酸腐蝕的材料；

3)密度比水大，與水的比值約為1.2；

4)具有“老化”傾向，加熱不宜超過(guò)80℃，宜避光、避免與空氣接觸保存；

5)潤(rùn)滑性能好。

6）優(yōu)良的環(huán)保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高達(dá)98％，降解速率是普通柴油的2倍，可大大減輕意外泄漏時(shí)對(duì)環(huán)境的污染；

7）較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能；

8）較好的**性能：閃點(diǎn)高，運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用方面**；

9) 十六烷值高，燃燒性能好于柴油。

10) 無(wú)須改動(dòng)柴油機(jī)，可直接添加使用，同時(shí)無(wú)需另添設(shè)加油設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備及人員的特殊技術(shù)訓(xùn)練。

生物柴油的優(yōu)良性能使得采用生物柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放指標(biāo)不僅滿足目前的歐洲Ⅱ號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，甚至滿足隨后即將在歐洲頒布實(shí)施的更加嚴(yán)格的歐洲Ⅲ號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)。而且由于生物柴油燃燒時(shí)排放的二氧化碳遠(yuǎn)低于該植物生長(zhǎng)過(guò)程中所吸收的二氧化碳，從而改善由于二氧化碳的排放而導(dǎo)致的全球變暖這一有害于人類的重大環(huán)境問(wèn)題。因而生物柴油是一種真正的綠色柴油。

生物柴油主要是用化學(xué)法生產(chǎn)，即用動(dòng)物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者堿性催化劑和高溫（230～250℃）下進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯，在經(jīng)洗滌干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生產(chǎn)過(guò)程中可循環(huán)使用，生產(chǎn)設(shè)備與一般制油設(shè)備相同，生產(chǎn)過(guò)程中可產(chǎn)生10%左右的副產(chǎn)品甘油。

生物柴油的主要問(wèn)題是成本高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，生物柴油制備成本的75%是原料成本。因此采用廉價(jià)原料及提高轉(zhuǎn)化從而降低成本是生物柴油能否實(shí)用化的關(guān)鍵。美國(guó)已開(kāi)始通過(guò)基因工程方法研究高油含量的植物。日本采用工業(yè)廢油和廢煎炸油。歐洲是在不適合種植糧食的土地上種植富油脂的農(nóng)作物。

但化學(xué)法合成生物柴油有以下缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、醇必須過(guò)量，后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的醇回收裝置，能耗高；色澤深，由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質(zhì)；酯化產(chǎn)物難于回收，成本高；生產(chǎn)過(guò)程有廢堿液排放。

為解決上述問(wèn)題，人們開(kāi)始研究用生物酶法合成生物柴油，即用動(dòng)物油脂和低碳醇通過(guò)脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，制備相應(yīng)的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有條件溫和，醇用量小、無(wú)污染排放的優(yōu)點(diǎn)。但目前主要問(wèn)題有：對(duì)甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%～60%，由于目前脂肪酶對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯???有效，而對(duì)短鏈脂肪醇如甲醇或乙醇等轉(zhuǎn)化率低。而且短鏈醇對(duì)酶有一定毒性，酶的使用壽命短。副產(chǎn)物甘油和水難于回收，不但對(duì)產(chǎn)物形成抑制，而且甘油讀固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。

生物柴油可用作鍋爐、渦輪機(jī)、柴油機(jī)等的燃料，工業(yè)上應(yīng)用的主要是脂肪酸甲酯。

生物柴油是一種上等清潔柴油，可從各種生物質(zhì)提煉，因此可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭的能源，在資源日益枯竭的今天，有望取代石油成為替代燃料。

柴油是許多大型車輛如卡車及內(nèi)燃機(jī)車及發(fā)電機(jī)等的主要?jiǎng)恿θ剂希渚哂袆?dòng)力大，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)柴油需求量很大，柴油應(yīng)用的主要問(wèn)題“冒黑煙”,我們經(jīng)常在馬路上看到冒黑煙的卡車。冒黑煙的主要原因是燃燒不完全，對(duì)空氣污染嚴(yán)重，如產(chǎn)生大量的顆粒粉塵，CO2排放量高等。據(jù)美國(guó)燃料學(xué)會(huì)報(bào)道，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒產(chǎn)生的空氣污染已成為空氣污染的主要問(wèn)題，如氮氧化物為其他工業(yè)部門排放的一半，一氧化碳為其他工業(yè)排放量的三分之二，有毒碳?xì)浠衔餅槠渌I(yè)排放的一半。尾氣中排出的氮氧化物和硫化物和空氣中的水可以結(jié)合形成酸雨，尾氣中的二氧化碳和一氧化碳太多會(huì)使大氣溫度升高， 也就是人們常說(shuō)的“溫室效應(yīng)”。為解決燃油的尾氣污染問(wèn)題及日益惡化的環(huán)境壓力，人們開(kāi)始研究采用其他燃料如燃料酒精代替汽油，目前燃料酒精在北美洲如美國(guó)及加拿大等和南美國(guó)家如巴西、阿根廷等已占有相當(dāng)比例，裝備有燃料酒精發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車已投放市場(chǎng)。對(duì)大多數(shù)需要柴油為燃料的大動(dòng)力車輛如公共汽車、內(nèi)燃機(jī)車及農(nóng)用汽車如拖拉機(jī)等主要以柴油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，燃料酒精并不適合。而且柴油造成的尾氣污染比汽油大的多,因此人們開(kāi)發(fā)了柴油的代用品－－生物柴油。

其實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明家狄色爾早在1912年美國(guó)密蘇里工程大會(huì)報(bào)告中說(shuō)，“用菜籽油作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料在今天看起來(lái)并沒(méi)有太大意義，但將來(lái)會(huì)成為和石油及煤一樣重要的燃料”。1983年美國(guó)科學(xué)家首先將菜籽油甲酯用于發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒了1000個(gè)小時(shí)。并將以可再生的脂肪酸單酯定義為生物柴油.。1984年美國(guó)和德國(guó)等國(guó)的科學(xué)家研究了采用脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采用來(lái)自動(dòng)物或植物脂肪酸單酯包括脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯及脂肪酸丙酯等代替柴油燃燒。生物柴油和傳統(tǒng)的石油柴油相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

以可再生的動(dòng)物及植物脂肪酸單酯為原料，可減少對(duì)石化燃料石油的需求量和進(jìn)口量；

環(huán)境友好，采用生物柴油尾氣中有毒有機(jī)物排放量?jī)H為十分之一，顆粒物為普通柴油的20％，一氧化碳和二氧化碳排放量?jī)H為石油柴油的10％，無(wú)硫化物和鉛及有毒物的排放;混合生物柴油可將排放含硫物濃度從500PPM（PPM百萬(wàn)分之一）降低到5PPM。

不用更換發(fā)動(dòng)機(jī)，而且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有保護(hù)作用。

世界各國(guó)，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，都在致力于開(kāi)發(fā)高效、無(wú)污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)。歐洲已成為全球生化柴油的主要生產(chǎn)地。美國(guó)、意大利、法國(guó)已相繼建成生物柴油生產(chǎn)裝置數(shù)十座。

美國(guó)是*早研究生物柴油的國(guó)家?？偵a(chǎn)能力300，000噸。對(duì)生物柴油的稅率為0％。美國(guó)在黃石公園進(jìn)行的60萬(wàn)公里的行車實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有任何結(jié)焦現(xiàn)象，空氣污染物排放降低了80％以上。而且使用生物柴油還吸引了附近300公里外的棕熊來(lái)到公園。美國(guó)B20是采用20％生物柴油的柴油，尾氣污染物排放可降低50％以上。1992年美國(guó)能源署及環(huán)保署都提出生物柴油作為清潔燃料，美國(guó)總統(tǒng)克林頓1999年專門簽署了開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能的法令，其中生物柴油被列為重點(diǎn)發(fā)展的清潔能源之一，國(guó)家對(duì)生物柴油不收稅。日本1995年開(kāi)始研究用飯店剩余的煎炸油生產(chǎn)生物柴油，在1999年建立了259升/ 天用煎炸油為原料生產(chǎn)生物柴油的工業(yè)化實(shí)驗(yàn)裝置，可降低原料成本。目前日本生物柴油年產(chǎn)量可達(dá)400，000噸。

德國(guó)目前已擁有8個(gè)生物柴油的工廠，德國(guó)擁有300多個(gè)生物柴油加油站，并且制定了生物柴油的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生物柴油不收稅，2006年生物柴油產(chǎn)量達(dá)100萬(wàn)噸。  

法國(guó).意大利等歐洲國(guó)家都建立生物柴油的企業(yè)。法國(guó)雪鐵龍集團(tuán)進(jìn)行了生物柴油的試驗(yàn)，通過(guò)10萬(wàn)公里的燃燒試驗(yàn)，證明生物柴油是可以用于普通柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的。其使用的標(biāo)準(zhǔn)是在普通石油柴油中添加5％的生物柴油。

可以預(yù)見(jiàn)生物柴油作為一種重要的清潔燃料將在大型汽車中發(fā)揮重要作用。

在國(guó)際市場(chǎng)上，生物柴油根據(jù)等級(jí)和純度的不同，價(jià)格在250美元/t以上。目前在美國(guó)、歐洲、亞洲的一些國(guó)家和地區(qū)已開(kāi)始建立商品化生物柴油生產(chǎn)基地，并把生物柴油作為代用燃料廣泛使用。

生物柴油使用*多的是歐洲，份額已占到成品油市場(chǎng)的5%。目前在歐洲用于生產(chǎn)生物柴油的原料主要為菜籽油，目前的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)也主要是參照菜籽油的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)作出的，表4為現(xiàn)階段生物的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。1999年，歐盟共生產(chǎn)出3.90*105m3生物柴油。2000年初德國(guó)的總生物柴油生產(chǎn)量已達(dá)450kt，并有逐年上升的趨勢(shì)。德國(guó)凱姆瑞亞.斯凱特公司自1991年起開(kāi)發(fā)研制了用植物油如菜籽油生產(chǎn)生物柴油的工藝和設(shè)備。目前利用該公司的工藝和設(shè)備已在德國(guó)和奧地利等歐洲國(guó)家建起了多個(gè)生物柴油生產(chǎn)工廠，*大產(chǎn)量達(dá)300t/d。表5是德國(guó)凱姆瑞亞.斯凱特公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的生物柴油與普通柴油主要性能比較，可以看出，生物柴油在冷濾點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃燒功效、含硫量、含氧量、燃燒耗氧量、對(duì)水源的危害方面優(yōu)于普通柴油，而其他指標(biāo)與普通柴油相當(dāng)。

生產(chǎn)和推廣應(yīng)用生物柴油的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的：

（1）原料易得且價(jià)廉。用油菜籽和甲醇為生產(chǎn)原料，可以從根本上擺脫對(duì)石油制取燃油的依賴。

（2）有利于土壤優(yōu)化。種植油菜可與其他作物輪種，改善土壤狀況，調(diào)整平衡土壤養(yǎng)分，挖掘土壤增產(chǎn)潛力。

（3）副產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副產(chǎn)品市場(chǎng)前景較好。

（4）環(huán)保效益顯著。生物渣燃燒時(shí)不排放二氧化硫，排出的有害氣體比石油柴油減少70%左右，且可獲得充分降解，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。此外生物柴油由于競(jìng)爭(zhēng)力不斷提高、政府的扶持和世界范圍內(nèi)汽車車型柴油化的趨勢(shì)加快而前景更加廣闊。 

 生物柴油新能源- 能源競(jìng)爭(zhēng)

從世界范圍來(lái)看，世界上含硫原油（含硫量0.5%～2.0%）和高硫原油（含硫量在2.0%以上）的產(chǎn)量已占世界原油總產(chǎn)量的75%以上，其中含硫量在1%以上的原油占世界原油總產(chǎn)量的55%以上，含硫量在2%以上的原油也占30%以上。目前全球煉油廠加工的原油平均相對(duì)密度是0.8514，平均含硫量是0.9%；在2000年以后，平均相對(duì)密度將上升到0.8633，含硫量將上升到1.6%。煉油廠要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，使柴油含硫量低、有良好的安定性及潤(rùn)滑性、較高的十六烷值和清凈性，必須在裝置調(diào)整上投入大量資金，并由此帶來(lái)油品生產(chǎn)成本的提高，在這方面，各發(fā)達(dá)國(guó)家的煉廠均投入了重金。從美國(guó)的情況看，美國(guó)從20世紀(jì)90年代初啟動(dòng)油品清潔化，已累計(jì)投入了300多億美元。由此造成的油品成本提高使目前美國(guó)煉廠噸毛利僅在每桶1美元左右，維持微利狀態(tài)，有的企業(yè)甚至虧損；從歐洲的情況來(lái)說(shuō)，歐洲煉油廠要達(dá)到2000年歐盟燃油規(guī)格，估計(jì)需要投資200億～300億美元。歐洲石油工業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)的投資更高，該組織認(rèn)為要達(dá)到2000年和2005年的柴油規(guī)格，需要投資440億～500億美元。

隨著生物柴油生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，使用生物柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)即可使用普通柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)（對(duì)有些機(jī)型僅需換密封圈和濾芯），無(wú)需作任何改動(dòng)，生物柴油可與普通柴油在油箱中以任何比例相混，并對(duì)駕駛動(dòng)無(wú)任何影響，駕駛者根本無(wú)法區(qū)分兩者的駕駛動(dòng)力差別。加之柴油替代燃料所用原料隨著規(guī)模種植價(jià)格日趨低廉，使柴油替代燃料的生產(chǎn)成本逐步下降，與常規(guī)柴油的價(jià)格正在縮小，如美國(guó)生物柴油的價(jià)格已從每升1.06美元降到0.33～0.59美元，這個(gè)價(jià)格與普通柴油的價(jià)格差不多。