(上)生物柴油的现在与未来

全国生物柴油行业协作组来源：作者： 2007-8-14 16:28:33

随着世界能源短缺和价格的不断上涨，以及各国环保法规的日益完善，原料易得、价格低廉、优质清洁的生物燃料脱颖而出，开发热潮不断升温，技术进展屡获突破。柴油是燃料中占比重较大的产品，因此生物柴油的研发及应用也相对较为普遍，美国、保加利亚、阿根廷、加拿大以及韩国等国家早已进行了推广使用，我国生物柴油产业在国家政策的支持下也得到了积极的推进，规划在2010年的产量为200万吨/年，2020年为1200万吨/年。

柴油作为一种重要的石油炼制产品，在各国燃料结构中占有较高的份额，已成为重要的动力燃料。随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快，未来柴油的需求量会愈来愈大。而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高，尤其近两年国际油价的飙升大大促进了世界各国柴油替代燃料的开发步伐。

从动植物油脂通过酯交换生产的柴油称为生物柴油，生物柴油不含硫和芳烃、十六烷值高、润滑性能好，是一种优质清洁柴油。

一、国外生物柴油应用现状

(一)欧洲

生物柴油应用最多的是欧洲，生产原料主要是菜籽油。欧洲议会免除生物柴油90%的税收，欧洲国家对替代燃料的立法支持，差别税收以及油籽生产的补贴，共同促进了生物柴油产业的快速发展。2003年，欧洲国家生物柴油的产量超过了176万吨，预计2010年将达到830万吨。

目前，德国拥有8家生物柴油生产厂，2000年德国生物柴油年产量已达45万吨，产量呈逐渐上升趋势；法国7家，产能40万吨；意大利9家，产能33万吨；奥地利3家，产能5.5万吨；比利时2家，产能24万吨；西班牙、丹麦、匈牙利、爱尔兰也各有1家生物柴油生产厂，年总生产能力达10万吨。

(二)美国

美国是最早研究生物柴油的国家，商业应用始于20世纪90年代初，联邦政府、国会以及有关州政府通过政令和法案支持生物柴油的生产和消费，并采取补贴等措施，使生物柴油产业迅速发展起来。

目前，美国已经有多家生物柴油生产厂和供应商，生产原料主要以大豆油为主，年生产生物柴油30万吨以上，且税率为零。在生产大豆生物柴油的同时，美国也积极探索其它途径生产生物柴油，美国可再生资源国家实验室通过现代生物技术制成“工程微藻”。实验室条件下可以使其脂质含量达到40%-60%，预计每英亩“工程微藻”可年产6400升-16000升生物柴油，为生物柴油的生产开辟了一条新途径。1999-2004年美国生物柴油产量情况见图1(略)。

(三)加拿大

在加拿大，添加了生物柴油的柴油称作绿色柴油，尾气和发动机测试表明，绿色柴油的性能和添加商用硝酸盐的传统柴油一样。目前，在加拿大生物柴油和绿色柴油还没有付诸商业应用，但关于绿色柴油的车辆测试正在进行中。

(四)日本和巴西

日本1995年开始研究生物柴油，由于植物油资源贫乏，日本主要以煎炸油为原料，1999年建成了259升/天的工业化实验装置，目前日本生物柴油年生产能力达40万吨。巴西以蓖麻油为主要原料生产生物柴油，正在推广实验中，2004年生物柴油产量达4吨，预计到2007年将增加到2.5万吨。

(五)其他国家

韩国目前有年生产能力20万吨的生物柴油生产厂；泰国发展生物柴油计划已于2001年7月发布，并实施税收减免政策，第一套生物柴油生产装置已经投入使用；冈比亚已在2003年上半年投产建设第一套以花生油为原料生产生物柴油装置，并获得政府支持；保加利亚、加拿大、澳大利亚等国近年来也开始推广使用生物柴油。

国外生物柴油应用情况见表1。

表1 国外生物柴油应用情况

国家	生物柴油比例	原料	现状
美国	B10-B20	大豆	推广使用中
德国	B5-B20	油菜籽、豆油、动物脂肪	广泛使用中
法国	B5-B30	各种植物油	研究推广中
意大利	B20-B100	各种植物油	广泛使用中
奥地利	B100	油菜籽、废油脂	广泛使用中
保加利亚	B100	向日葵、大豆	推广使用中
巴西		蓖麻油	行车试验中
澳大利亚	B100	动物脂肪	研究推广中
瑞典	B2-B100	各种植物油	广泛使用中
比利时	B5-B20	各种植物油	广泛使用中
阿根廷	B20	大豆	推广使用中
加拿大	B2-B100	桐油、动物脂肪	推广使用中
韩国	B5-B20	地沟油、回收食用油和豆油	推广使用中
马来西亚		棕榈油	研究推广中

注：生物柴油比例是指使用过程中燃料中含生物柴油的体积百分比，如B10表示燃料中含生物柴油的体积为10%。

二、技术进展

(一)生产方法

目前，生物柴油的制备方法主要有直接混合法、微乳液法、热裂解法和酯交换法。

1.直接混合法

1983年Adams等将脱胶的大豆油与2号柴油分别以1:2的比例混合，直接喷射涡轮发动机上进行试验，结果表明可以作为农用机械的替代燃料。Ziejewski等将葵花籽油与普通柴油以1:3的体积比混合，40℃时测得该混合物不适合在直喷柴油发动机中长时间使用，而对红花油与普通柴油的混合物进行的试验效果理想，但在长期使用过程中该混合物仍会导致润滑油变浑。Peterson研究使用油菜籽油与1号柴油以7:3的比例混合，在柴油机上成功运行850小时。

2.微乳液法

1982年Goering等用乙醇水溶液与大豆油制成微乳状液，除十六烷值较低之外，其它性质均与2号柴油相似。Ziejewski等以葵花籽油、甲醇、1-丁醇制成乳状液，在200小时的实验室耐久测试中出现了积炭和使润滑油黏度增加等问题。Neuma等用表面活性剂、助表面活性剂、水、炼制柴油和大豆油为原料，开发了可替代柴油的微乳状液体系，其性质与柴油最为接近。

3.高温热裂解法

Schwab等对大豆油进行了热裂解实验，大豆油裂解物在十六烷值和热值方面与普通柴油相近。1993年Pioch以椰子油和棕榈油为原料，SiO2/Al2O3为催化剂，450℃的条件下裂解，液相裂解产物为生物汽油和生物柴油，该生物柴油与普通柴油的性质非常接近。Billaud在氮气保护、500-800℃下热解油菜籽油得到了系列甲基酯的混合物。

4.酯交换法

目前，工业生产生物柴油主要是酯交换法，包括酸催化、碱催化、生物酶催化和超临界酯交换法。

传统的酯交换工艺是以液体酸碱为催化剂的均相工艺，此类工艺有对原料要求苛刻、流程复杂、废液排放多等缺点，并且由于甲醇和油脂不相溶，反应传质差，影响反应速度和酯交换效果。

为了克服以上缺点，一些新的工艺不断开发成功。最近，法国石油研究院开发成功了一种新工艺，采用尖晶石结构的固体催化剂，16万吨/年的工业化装置正在建设中。加拿大多伦多大学开发成功的新工艺，是在反应体系中加入共溶剂，使甲醇和油脂成为一相，克服了传统工艺传质方面的缺点，大大加快了反应速度，5万吨/年的工业化装置正在建设中。加拿大的EctekInternationalINC也开发了新工艺，采取固体催化剂和膜分离技术，已建成800升/天的装置。日本住友公司开发成功了无催化剂的超临界甲醇醇解工艺，可以加工高酸值油脂，且产品质量高，1万吨/年的装置预计2006年建成。

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