生物柴油

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　　生物柴油是指以動、植物油脂等可再生生物資源生產的，可用於壓燃式發動機的清潔燃料。主要成份是脂肪酸酯，一般是有菜籽油、大豆油、回收烹飪油、動物油等可再生油脂與醇類(甲醇、乙醇)經酯化反應制得。^[1]

　　1)具有良好的燃料性能。十六烷值高，發火性能較好，使其燃燒性好於柴油，燃燒殘留物呈微酸l生，使催化劑和發動機油的使用壽命加成。

　　2)具有可再生性能。作為可再生能源，與石油儲量不同的是，通過農業和專家的努力，可保證供應量而不會枯竭。

　　3)具有較好的安全性能。由於閃點高，生物柴油不屬於危險品，在運輸、儲存、使用方面是有顯而易見的優越性。

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

　　5)具有較好的低溫發動機啟動性能。無添加劑，冷凝點達一20℃。

　　6)具有優良的環保特性。動、植物油脂是由長鏈脂肪酸與甘油酯化而成，成分單一。它不含有或含有很微量的芳香族化合物、硫化物等有害成分。但生物柴油含氧量遠高於普通石化柴油，使其能夠較為完全地燃燒，從而降低了炭煙等有害物的生成，對環境更為有利。採用生物柴油，尾氣中有毒有機物排放量僅為1／10，顆粒物為普通石化柴油的20％，CO₂：和CO排放量僅為石化柴油的10％，無SO₂和鉛及有毒物。

　　生物柴油的製備方法有物理法和化學法，物理法包括直接使用法、混合法和微乳液法；化學法包括高溫熱裂解法和酯交換法'加。目前工業生產生物柴油的主要方法是酯交換法，即用各種動植物油脂與甲醇等低碳醇類物質在催化劑作用下反應而生成。酯交換法包括：酸或鹼催化法、生物酶法、工程微藻法和超臨界法。

　　(1)酸或鹼催化法。油脂在酸或鹼的催化條件下與低碳醇進行酯化和酯交換反應，反應後除去下層粗甘油，粗甘油經回收後具有較高的附加值；上層經洗滌、乾燥即得生物柴油。此方法缺點是工藝複雜，醇必須過量，後續工藝應有醇回收裝置及洗滌裝置。此外油脂中的不飽和脂肪酸在高溫下容易變質，甚至會出現凝膠、產物色澤變深等現象。

　　(2)生物酶法。油脂和低碳醇通過脂肪酶進行酯化反應。用於催化的脂肪酶主要是酵母脂肪酶。生物酶法的優點在於條件溫和、醇用量少、游離脂肪酸和水的含量對反應無影響、無污染排放。但脂肪酶價格昂貴，故此方法成本較高。

　　(3)工程微藻法。先通過基因工程技術構建微藻生產油脂，再進行酯交換反應。工程微藻法的優越性在於微藻生產能力高，比陸生植物單產油脂高幾十倍；用海水作為天然培養基，節省了農業資源。因此，發展富含油脂的工程微藻是發展生物柴油的一大趨勢。

　　(4)超臨界法。超臨界反應是在超臨界流體參與下的化學反應，超臨界流體既可以作為反應介質，又可以參與反應。在超臨界狀態下，低碳醇和油脂成為均相，反應速率大，反應時間短。另外，由於在反應中不使用催化劑，因此反應後續分離工藝簡單，不排放廢鹼或酸液，不污染環境，生產成本大幅降低。但是超臨界法反應條件非常苛刻，需要在高溫高壓下進行。

　　原料是生產生物柴油的關鍵．在製備生物柴油的過程中．原料成本占總成本的70％以上。因此．製備生物柴油的過程中，尋找規模大、廉價、無污染、利用度高的原料油是生物柴油產業化必須解決的核心和關鍵問題目前．世界各國紛紛根據本國國情選擇合適的原料生產生物柴油由於高產轉基因大豆在美國種植普遍．所以將大豆油作為生物柴油生產原料：東南亞地區根據當地土壤氣候適合種植種植油棕．所以就利用棕櫚油來發展生物柴油產業：歐洲各國利用食用油中的菜籽油來生產生物柴油．特別是德國，油菜種植面積廣闊：日本主要採用更為廉價的餐飲廢油來生產生物柴油。我國幅員遼闊，地大物博．擁有豐富的生物柴油生產原料．對不同原料製備生物柴油的優缺點進行研究對尋找生產生物柴油的優勢原料具有重要意義。生物柴油的生產原料主要有植物油脂(草本油料植物和木本油料植物)、動物油脂、微生物油脂和廢棄無用油脂四大類。

　　(一)植物油脂

　　植物油脂包括大豆油、花生油、菜籽油、芝麻油、玉米油、棉籽油等草本油料作物．也包括麻瘋樹、黃連木、烏桕樹、棕櫚油等木本油料作物它們都是是製備生物柴油最理想的原料之一。

　　1.大豆油

　　美國大面積種植高產轉基因大豆，已成為大豆第一生產大國，國內55％以上的生物柴油採用大豆為原料巴西和阿根廷作為大豆第二和第三生產國餌兩國生物柴油起步都比較晚，尚未見其利用大豆生產生物柴油的相關報道我國作為大豆第四生產國曲於人口規模大，日前還不能滿足人們食用需求。而且大豆與糧食存在爭地問題，因此增大種植規模的潛力有限。從大豆的種子里提取出的大豆油，在NaOH用量為大豆油質量的l％．油醇物質的量比為1：6，反應溫度為65℃，攪拌時間為30min．得到的生物柴油能夠達到0#柴油標準Ⅲ。

　　2.菜籽油

　　歐洲各國以菜籽油作為生產生物柴油的主要原料菜籽油在我國也有很大的發展潛力作為生物柴油原料，特別是其具有獨特優勢：①菜籽油的化學組成與柴油很相近；②油菜種植適應範圍廣．不存在與主要糧食爭地問題：③可增加耕地肥力和後茬作物的產量。

　　3.棉籽油

　　我國作為棉花第一生產大國擁有巨大的棉籽資源然而由於我國榨油技術水平低下、出油率低，還有大量棉籽沒有榨油利用與此同時棉籽油作為食用油消費的比例也在不斷下降．所以將來把棉籽油作為生物柴油生產原料具有巨大的發展潛力。

　　4.麻瘋樹

　　麻瘋樹．廣泛分佈於雲南、四川等地．其種子油脂含量最高可達60％其中．油酸、亞油酸含量較高(達38％一40％)，而且幾乎不含有C20以上脂肪酸，它與柴油、汽油、酒精的摻合性好，是較為理想的生物柴油原料以麻瘋樹油為原料．化學法製備生物柴油主要是依靠催化劑或特定的反應介質使得麻瘋樹油脂分子結構發生改變．最終生成單鏈脂肪酸甲酯李化等[51分析並比較了西南6個地區的麻瘋樹種子的生物學性質、種子油的理化性質及脂肪酸組成．結果發現這些特性都因地區而異周惠Ⅻ優化了利用麻瘋樹油製備生物柴油所經歷的預酯化和酯交換的反應條件魏雅潔則研究了麻瘋樹油在鹼催化劑NaOH的作用下與甲醇發生酯交換反應的最佳條件。雍開東以熱榨麻瘋果油為原料．採用液體鹼酯交換法製備生物柴油，成功開發出了最佳的脫膠、脫酸及酯交換反應條件張國武等分析了制約我國麻瘋樹產業化發展的瓶頸．並提出了相應的發展對策。

　　5.黃連木

　　黃連木的種子含油率在25％左右．主要集中分佈在江淮地區黃連木油脂生產的生物柴油碳鏈長度集中在c17-C20之間．理化性質非常接近於普通柴油。目前，使用黃連木毛油作原料生產的生物柴油已經符合美國生物柴油標準王軍㈣等對安康市生物柴油原料樹種資源進行調查後發現黃連木作為鄉土樹種．可用來作為製備生物柴油的樹種之一．具有巨大的開發潛力。黃大國?I等對將安徽黃連木培育成能源林並使其產業化進行了研究。

　　(二)動物油脂

　　動物油脂的來源比較豐富．主要從動物的屠宰、廢動物皮毛處理及食用肉類殘油中得到油脂，包括豬油、牛油、羊油和魚油等。美國、歐洲和日本已開始利用動物油脂生產生物柴油。我國畜牧和養殖業比例很小．需要大量進口。所以動物油脂不可能成為發展生物柴油的主要原料我國在動物油脂製備生物柴油方面幾乎是空白，動物油脂在我國生產生物柴油中可以作為一種補充資源。國內用動物脂肪生產生物柴油的方法有微乳液法、酯交換法、酶合成法等。以金槍魚油為原料，採用固定化脂肪酶逐步醇解工藝，生物柴油收率達90％。

　　1.微生物油脂

　　微生物油脂多以C16、C18脂肪酸為主。利用微生物生產油脂的研究．從20世紀40年代開始。自20世紀9O年代以後，相繼從絲狀真菌、細菌、酵母和微藻類中，尋找到能生產許多特種油脂的菌種，並取得突破微藻油脂是最近研究很多的課題。其中微藻是光合效率最高的原始植物之一．微藻富含油脂，產油率高，不占用耕地，能夠大規模培養．是適合我國國情的製備生物柴油的理想原料。使用工程微藻生產柴油．其優越性在於：微藻生產能力高，用海水作為天然培養基可節約農業資源：比陸生植物單產油脂高出幾十倍。一般微藻的含油量都可達20％～50％部分微藻的含油量可以超過其乾質量的80％。

　　2.廢棄無用油脂

　　廢棄油脂主要包括餐飲廢油、地溝油、炒菜和炸食品過程產生的煎炸廢油等廢油脂作為替代燃料，與石化柴油相比儘管存在黏度大、揮發性差、與空氣混合效果不好、易發生熱聚合等問題，但經過酯交換能夠完全滿足理想柴油替代品所具備的性能。每年來自食品加工和動植物加工的廢油脂幾百萬噸．植物油加工的油腳通過硫酸酸化處理回收的酸化油．主要以游離脂肪酸為主。廢棄油脂是製備生物柴油最經濟的原料但廢棄油脂存在數量有限、成分複雜轉化成生物柴油前期處理環節多和工藝要求較高等大量不足．所以被很多工廠放棄使用。