桐油能夠用來制取可再生能源－生物柴油

據《農業工程學報》2010年7月報道，作為可再生的、對環境友好的替代能源，生物柴油已經引起了世界范圍的廣泛關注。我國也于上世紀90年代開始了生物柴油的研究，但目前工業化生產中普遍采用化學催化劑、間歇反應工藝，具有催化劑不能重復使用、經濟成本較高等缺點。固定化脂肪酶催化油脂制取生物柴油反應條件溫和、催化劑能夠重復使用，如果能夠實現固定化脂肪酶連續催化油脂制取生物柴油，則能夠提高其生產效率、降低其生產成本，提高其市場競爭力，從而推動生物柴油產業的發展。

油桐是中國廣泛種植的一種油料植物，桐籽含油量60%左右，在河南南陽、洛陽等山區廣泛種植，盛產期20～30年，每公頃產桐油籽1800公斤以上。桐油的主要成分為α、β桐油酸、硬脂酸、油酸和棕櫚酸，這些成分適用于生產生物柴油。

作者利用商品化的固定化脂肪酶NOVO435成功地連續催化桐油與甲醇酯交換反應制取生物柴油，為利用桐油工業化制取生物柴油提供了一種可行的工藝路線。

此研究報告刊登于《農業工程學報》2010年第7期，題為“脂肪酶連續催化桐油酯交換反應制取生物柴油”，第一作者為河南農業大學副教授、碩士生導師徐桂轉，通信作者為張百良教授。

生物柴油是由動植物油脂與短鏈醇經酯交換反應得到的液體燃料，其成分為多種脂肪酸甲酯。由于原料具有可再生性能、資源豐富、無污染、可生物降解使其具有與優質石油柴油相近的燃燒性能，排放性能大大優于石化柴油，是石化柴油的良好替代燃料，可在內燃機中直接使用。國內外對生物柴油的研究已有30余年，利用化學催化法生產生物柴油也實現了工業化生產。但由于化學法生產過程中要求甲醇加入量過大，造成產物分離困難、成本較高；催化劑與產物不易分離，廢棄的催化劑會對環境造成二次污染；生產過程中容易出現皂化現象，產品不穩定。利用固定化脂肪酶作為催化劑，則不需要過量的甲醇，產物后處理簡便；反應條件溫和，固定化脂肪酶可以重復利用，不會對環境造成污染；脂肪酶催化油脂高效、專一，產品質量穩定，引起了國內外學者的廣泛關注。

我國《可再生能源中長期發展規劃》指出，到2020年生物柴油的年利用率要達到200萬噸，而目前我國生物柴油的年實際生產量只有50萬噸左右，主要存在生產技術和原料供應兩方面的問題。目前，國內依然采用化學催化法制取生物柴油，生產效率低、催化劑不能重復使用，利用固定化脂肪酶則可以克服以上缺點，如果能夠實現酶法制取生物柴油的工業化生產則可以大大降低生物柴油的生產成本，提高生產效率、簡化生產流程，從而提高生物柴油的市場競爭力。

作者在研究中首次提出利用流化床反應器進行酶法制取生物柴油連續生產工藝的研究。目前，甲醇對脂肪酶的抑制作用和副產物甘油在催化劑上的粘附是困擾酶法連續制取生物柴油的主要原因。為了解決這兩個問題，作者提出了多個反應器串聯操作的思路，在每個反應器中提供少于反應所需的理論甲醇量，從而減小甲醇的抑制作用，使反應速率總保持在較高的水平。同時，作者提出了利用流化床反應器形式，加熱油脂，降低油脂的黏性，提高油脂的流動性，使反應器內底物呈現流態化的流動狀況，該流動狀況下，流動的底物會對粘附在催化劑上的甘油有一種沖刷作用，促使甘油從催化劑上分離開來，保證催化劑與油脂、甲醇反應底物的結合，從而有利于反應的連續不斷的進行。

作者提出的生產工藝中沒有使用有機溶劑，甲醇沒有過量，產物分離工藝簡單，相比間歇反應過程，勞動強度大為降低；在相同的反應器體積情況下，間歇反應單位時間能處理的最大油脂量為0.014毫升/分鐘，而連續反應的油脂處理量則為0.33毫升/分鐘，連續反應使生產效率大幅提高；在相同反應器體積下，間歇反應固定化脂肪酶的填充密度為0.105克/毫升，連續反應的填充密度為0.15克/毫升，雖然連續反應脂肪酶用量稍大于間歇反應，但間歇反應每次結束時對酶的過濾會引起酶的損失，綜合考慮，連續反應的酶用量只會少于間歇反應。因此，作者提出的連續反應工藝比間歇反應具有更高的生產效率、更小的勞動強度和更少的脂肪酶損失，這些都將有利于生物柴油生產成本的下降，從而使其具有更強的市場競爭力。