生物柴油的研究現狀及發展前景

馬師晴

[摘要]：隨著當代科學技術的發展，環境及能源問題逐步凸顯，與此同時，生物液體燃料的生產規模進一步擴大，其發展對能源短缺問題的改善和對農產品加工等方面的影響逐漸引起公眾關注。總結目前生物柴油的發展背景，對國內外在該領域的研究現狀做了進一步歸納，指出制約生物柴油發展的因素以及解決策略。

[關鍵詞]：生物柴油；研究進展；制約因素

1、生物柴油概述

生物柴油（Biodiesel）是以棕櫚等油料作物、動物油脂甚至餐飲垃圾油等為原料所提煉出的“綠色燃料”，屬于一種生物質能。因其優良穩定性以及環境友好等相對于其他燃料的突出優點 而被廣泛應用于船舶、重型卡車等交通工具。

1.1原料

生物柴油本身作為一種清潔能源，其原料一般為油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油。目前來講，歐盟國家生物柴油80%左右的原料為低硫甙含量和低芥酸含量的雙低菜籽油。美國、巴西等國主要是以大豆為代表的豆類作物，而我國主要是以木本油料作物、廢棄油脂和微藻油脂為原料。值得一提的是，我國微藻固碳生物能源示范項目已經在內蒙古進行試點，同時，已在川貴地區和海南等地開展了小油桐生物柴油產業化示范項目。這些都為生物柴油的原料來源擴大化和提高原料利用率開辟了新的思路

1.2理化性質

生物柴油是一些可再生的油脂資源（ 例如動微生物油脂、植物油脂以及餐飲廢油等） 經過酯交換或酯化工藝制得的主要成分為長鏈脂肪酸甲酯的液體燃料[3]。作為一種生物質能，它素有綠色柴油之稱。相比于傳統的石油，它們的性能相似而生物柴油更為環保。下表為生物柴油生物柴油與柴油主要理化特性的比較。

由表中數據顯而易見，生物柴油具有一下幾個突出優點：1.生物柴油具有非常優越的環保性能；2.它的含硫量極低，因而柴油機在使用生物柴油過程中幾乎不會排放出二氧化硫等污染環境的硫化物；3.其燃燒性能較好。生物柴油氧含量明顯高于普通柴油，十六烷值只有普通柴油的三分之二左右。與此同時，生物柴油的閃點遠高于普通柴油，這使得生物柴油在運輸和使用過程中更加能夠保證安全。值得一提的是，由于生物柴油具有相對較大的運動黏度，使其能夠在不影響燃料霧化的同時又在汽缸內壁形成一層油膜，從而大大延長了機器的使用壽命，為人們的生產生活提供便利。

2、.生物柴油研究現狀

2.1美國

眾所周知，作為首先涉足生物柴油領域的國家，美國早已在上個世紀八十年代初就提出了以生物柴油取代石化柴油的戰略目標。1990年，美國頒布了空氣清潔法案修正案（Clean Air Act Amendments in 1977 and 1990）。在本次修正案中，酸性物質排放、有毒氣體排放、臭氧層保護等都列入了管理范圍，這直接開辟了生物柴油在商業用途的新局面。截至2005年上半年美國已經有了60家生物柴油制造工廠（包括正在籌建和正在建設的工廠），到2006年，生產能力達到八十萬到一百萬噸。截至2016年，美國的生物柴油年產量已經達到3.3x106t。

2.2歐盟

歐盟作為目前生物柴油的主要生產和使用地區，截至2003年就已經集中了全世界生物柴油總產量的百分之五十以上。截至2016年，歐盟國家生物柴油國內總產量接近1.3億升，生物柴油國內消費量超過1.3億升。在歐盟國家內部，各個國家的生物柴油發展現狀和速度也不盡相同。截至2014年，西班牙、德國、荷蘭和法國分別占了歐盟國家生物柴油總產能的21%、20%、11%和10%。

2.3中國

我國的生物柴油研究進程與石化柴油的價格聯系十分密集，在除去1999年以外的19世紀八十年代以來，石化柴油的價格持續上升但漲幅較小，21世紀以來，由于石油資源的枯竭和生產成本的升高，石化柴油的價格持續走高。

近年來，隨著我國各方面實力的不斷提高，企業的柴油產量不斷增加，但這仍不能滿足目前的消費需求。另外，生物柴油屬于較為清潔的能源，政府也在大力扶持利于生態保護的能源的生產與銷售。因此，巨大的市場空間以及市場需求為生物柴油產業提供了廣闊的發展空間。

3、制約生物柴油發展的因素和解決策略

3.1制約因素

3.1.1氮氧化物排量較高

眾所周知，氮氧化物是一種常見污染物。它種類較多，其中，處理二氧化氮以外，其他氮氧化物多是不穩定的。且不同氮氧化物又具有不同程度的毒性，危害人們的身體健康狀況。另外，氮氧化物又多是溶于水的，所以，氮氧化物常常會與空氣中的水蒸氣或者雨水作用，形成酸雨，腐蝕各種建筑物、破壞農作物，影響人們的正常生活以及生產。

與此同時，生物柴油具有較高的氧含量，搞定氧含量又是致使氮氧化物生成的重要條件之一。所以，當柴油機燃燒生物柴油時會明顯增加氮氧化物的排放量，從而對環境造成一定的影響。

3.1.2生物柴油的黏度較大

生物柴油的粘度比較大，從而也就導致它的安定性比較差。生物柴油的分子中含有雙鍵，而這些雙鍵多是不穩定的。長期使用生物柴油會有聚合反應出現在油路中，從而形成了大分子顆粒的膠狀物質。這種情況下，會導致燃料系統出現結膠現象，致使柴油機中噴油嘴或者濾清器的堵塞。這種情況就需要工人定期對設備進行疏通，加大了工程作業的難度與成本，限制了柴油機的工作效率。

3.1.3生物柴油原料來源不穩定，產品質量水平較低

這種約束及限制因素主要是針對我國生物柴油的行業現象。與國際上其他國家普遍使用的植物油脂為原料不同，我國生物柴油行業所使用的原料主要為例如泔水油、地溝油的餐飲廢油。通過國家糧油信息中心的調查數據可以得知，在2013年我國的食用商品油的消費量達到了2 550萬噸，由此可產生出約440萬噸的地溝油，這是價格低廉且容易獲得的生物柴油原料。使用餐飲廢油作為原料，無疑可大大減少生物柴油的生產與使用成本，且對廢物進行回收以及再次利用，無疑是一種生態友好的生產方式。但是，由于收集的餐飲廢油來源過于復雜，性能差異大，廢油的雜質含量又比較高，從而使得生物柴油產品質量參差不齊。另外，整個利用廢油制備生物柴油的過程中會產生的廢氣、廢物、廢水等污染物，其排放與處理問題也會在一定程度上增加生產生物柴油的成本費用，同時對環境也會產生一定影響，稍有不慎就會產生二次污染，危害人們的生產生活環境。

3.2相應對策

3.2.1 解決氮氧化物排放較高問題

針對柴油機在直接燃燒生物柴油的情況下會排放較多的氮氧化物從而影響生態環境的現象，科研人員們對其進行了深入的探索與研究。科學家們發現，解決這一問題可以從機內凈化以及機外凈化兩個方面進行控制。機內凈化主要是使用例如乙醇這樣的汽化潛熱較大的燃料與生物柴油進行混合摻雜的燃燒或者將廢氣進行再循環操作以及完善改變噴油系統的噴油規律等技術；而機外凈化則會選擇氮氧化物的吸附等技術對機外環境進行控制，從而降低氮氧化物的排放量，減少對環境的污染。

3.2.2 關于生物柴油的降粘技術的探究

我國于上個世紀80年代初期在國內例如大慶等油田開展了關于生物柴油降粘技術的研究。其中包括利用磁場作用進行的靜置磁化降粘，以及流動磁化降粘技術。這兩項技術都是運用了磁場作用，只改變了生物柴油的物理性質，從而達到了降低粘度的作用。由此可見，采用物理方法對生物柴油進行降黏處理是復合實際條件，較為簡單可行的。

3.2.3 解決原料來源問題

首先，我國需要建立一個較為完善的從個體的收集、處理再到集中回收最后處理生產出生物柴油的較為完整的廢棄餐飲用油回收體系，這樣可以保證生物利用餐飲廢油生產出生物柴油的質量。其次，我國是一個植物資源相對豐富的國家，且植物的分布較為廣泛、易于獲得，也可作為生物柴油的原料之一。同時，我國也需要發展新型生物柴油生產技術，利于如運用催化劑等技術提高生物柴油的質量，降低成本。

4、結語

我們身處在一個快速發展的時代中，周圍的環境以及各種生產技術在無時無刻地影響著我們的生活方式以及生活質量。生物柴油作為一種環境友好，可持續發展的燃料，不僅實在國際范圍還是國內都屬于研究的初期階段。科研人員們也都在為生物柴油的進一步發展做著大量研究。隨著世界汽車等行業的急速發展，生物柴油在市場中的競爭力也在大幅度提高，政府也在不斷加大對生物柴油產業的扶持力度。相信生物柴油會在未來有更好的發展空間與發展前景，為我們的環境友好型、生態友好型社會做出巨大貢獻，

[參考文獻]：

[1] 滕虎；牟英等，生物柴油研究進展[J]，生物工程學報，2010

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[3] 王常文，生物柴油的研究現狀及發展前景[J]，中國油脂，2014

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[5]李龍，生物柴油的研究現狀及發展趨勢[J]，環境保護與資源循環

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[7]蔡櫻英；江映翔等，我國生物柴油的現狀分析[J]，云南化工，2008，2（35）1