一、生物柴油的主要特性

    生物柴油是清潔的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實、工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、廢餐飲油等為原料制成的液體燃料，是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品。生物柴油是典型“綠色能源”，大力發(fā)展生物柴油對經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，推進能源替代，減輕環(huán)境壓力，控制城市大氣污染具有重要的戰(zhàn)略意義。

    眾所周知，柴油分子是由15個左右的碳鏈組成的，研究發(fā)現(xiàn)植物油分子則一般由14-18個碳鏈組成，與柴油分子中碳數(shù)相近。因此生物柴油就是一種用油菜籽等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化學成分分析，生物柴油燃料是一種高脂酸甲烷，它是通過以不飽和油酸C18為主要成分的甘油脂分解而獲得的.與常規(guī)柴油相比，生物柴油具有下述無法比擬的性能：

    1.具有優(yōu)良的環(huán)保特性。主要表現(xiàn)在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可減少約30%(有催化劑時為70%)；生物柴油中不含對環(huán)境會造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對人體損害低于柴油。檢測表明，與普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空氣毒性，降低94%的患癌率；由于生物柴油含氧量高，使其燃燒時排煙少，一氧化碳的排放與柴油相比減少約10%(有催化劑時為95%)；生物柴油的生物降解性高。

    2.具有較好的低溫發(fā)動機啟動性能。無添加劑冷濾點達-20℃。

    3.具有較好的潤滑性能。使噴油泵、發(fā)動機缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長。

    4.具有較好的安全性能。由于閃點高，生物柴油不屬于危險品。因此，在運輸、儲存、使用方面的安全性又是顯而易見的。

    5.具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性，使催化劑和發(fā)動機機油的使用壽命加長。

    6.具有可再生性能。作為可再生能源，與石油儲量不同，其通過農(nóng)業(yè)和生物科學家的努力，可供應(yīng)量不會枯竭。

    7.無須改動柴油機，可直接添加使用，同時無需另添設(shè)加油設(shè)備、儲存設(shè)備及人員的特殊技術(shù)訓練。

    8.生物柴油以一定比例與石化柴油調(diào)和使用，可以降低油耗、提高動力性，并降低尾氣污染。

    生物柴油的優(yōu)良性能使得采用生物柴油的發(fā)動機廢氣排放指標不僅滿足目前的歐洲II號標準，甚至滿足隨后即將在歐洲頒布實施的更加嚴格的歐洲Ⅲ號排放標準。而且由于生物柴油燃燒時排放的二氧化碳遠低于該植物生長過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)境問題。因而生物柴油是一種真正的綠色柴油。

    二、生物柴油的生產(chǎn)方法

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

    目前生物柴油的主要問題是成本高。據(jù)統(tǒng)計，生物柴油制備成本的75%是原料成本。因此采用廉價原料及提高轉(zhuǎn)化從而降低成本是生物柴油能否實用化的關(guān)鍵。美國己開始通過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。

    但化學法合成生物柴油有以下缺點：工藝復(fù)雜，醇必須過量，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)過程有廢堿液排放。

    為解決上述問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油，即用動物油脂和低碳醇通過脂肪酶進行轉(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、無污染排放的優(yōu)點。但目前主要問題有：對甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%-60%。由于目前脂肪酶對長鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而對短鏈脂肪醇(如甲醇或乙醇等)轉(zhuǎn)化率低，而且短鏈醇對酶有一定毒性，酶的使用壽命短。副產(chǎn)物甘油和水難于回收，不但對產(chǎn)物形成抑制，而且甘油對固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。

    “工程微藻”生產(chǎn)柴油，為柴油生產(chǎn)開辟了一條新的技術(shù)途徑。美國國家可更新實驗室(NREL)通過現(xiàn)代生物技術(shù)建成“工程微藻”，即硅藻類的一種“工程小環(huán)藻”。在實驗室條件下可使“工程微藻”中脂質(zhì)含量增加到60%以上，戶外生產(chǎn)也可增加到40%以上。而一般自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量為5%-20%。“工程微藻”中脂質(zhì)含量的提高主要由于乙酰輔酶A羧化酶(ACC)基因在微藻細胞中的高效表達，在控制脂質(zhì)積累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究選擇合適的分子載體，使ACC基因在細菌、酵母和植物中充分表達，還進一步將修飾的ACC基因引入微藻中以獲得更高效表達。利用“工程微藻”生產(chǎn)柴油具有重要經(jīng)濟意義和生態(tài)意義，其優(yōu)越性在于：微藻生產(chǎn)能力高、用海水作為天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源；比陸生植物單產(chǎn)油脂高出幾十倍；生產(chǎn)的生物柴油不含硫，燃燒時不排放有毒害氣體，排入環(huán)境中也可被微生物降解，不污染環(huán)境，發(fā)展富含油質(zhì)的微藻或者“工程微藻”是生產(chǎn)生物柴油的一大趨勢。

    三、國外生物柴油的發(fā)晨狀況

    生物柴油于1988年誕生，由德國聶爾公司發(fā)明，它是以菜籽油為原料，提煉而成的潔凈燃油。突出的環(huán)保性和可再生性，引起了世界發(fā)達國家，尤其是資源貧乏國家的高度重視。西方國家為發(fā)展生物柴油，在行業(yè)規(guī)范和政策鼓勵下采取了一系列積極措施。為了便于推廣使用，美德意等國都制定了生物柴油技術(shù)標準，如美國權(quán)威機構(gòu)ASTM相繼在1996年和2000年發(fā)布標準，完善生物柴油的產(chǎn)業(yè)化條件，并且政府實行積極鼓勵的方式，在生物柴油的價格上給于一定的補貼。如德國農(nóng)民種植為生物柴油作原料的油菜籽可獲得1000馬克／公頃補貼，并對制造生物柴油予以免稅。

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