河南生物柴油產業技術優勢與發展方向

文/梁峰

生物柴油是以生物質為原料，通過物理、化學和生物的方法轉化為長鏈烴類或脂肪酸甲酯為主的液體燃料。與燃料乙醇不同，生物柴油能量密度高，不會腐蝕發動機，可以完全替代石油。根據原料來源和生產工藝的不同，生物柴油分為兩大類：一是以生物油脂為原料經轉酯反應生成的脂肪酸（C12-C18）甲酯，即傳統的生物柴油。根據生物油脂的來源不同，傳統的生物柴油又可以分為動、植物生物柴油（第一代生物柴油）和微生物生物柴油（第二代生物柴油）。二是生物質經酸解、熱解、催化加氫、脫氧形成小分子中間體后再經聚合反應形成的長鏈（C8-C16）烴類液體燃料（第三代生物柴油）。河南省生物柴油產業發展很快，已經成為生物質能源產業的重要組成部分，并具有很強的發展后勁。

第一代生物柴油產業走向成熟

第一代生物柴油的原料是動、植物油脂，包括動物脂肪、植物油以及餐飲剩余物油脂（地溝油）和食品加工廢油（高溫降解、氧化、酸化油）。生物油脂轉酯反應生成生物柴油主要有酸堿催化、金屬氧化物催化和脂肪酶催化三種工藝，其中最成熟、成本最低的是酸堿催化，是目前國內應用最廣的一種工藝。河南省生物柴油企業均采用酸堿催化工藝，但在以下幾方面具有技術優勢：一是具有高酸值的地溝油、廢油為原料生產生物柴油的技術難題已經解決，使餐飲業和食品加工業回收油脂得到高值利用，解決了食用油的安全問題。二是攻克了連續轉酯反應工藝的難題，實現了設備成套化，生物柴油的分批釜式反應器被連續管道式反應器取代，不僅大大降低能耗、縮短工藝時間，還有利于自動控制和降低設備的腐蝕程度。三是高品質航空生物柴油取得重要進展，中試級生產工藝產品達到歐洲航空燃油的質量標準。目前，河南省傳統生物柴油年總產能約70萬～80萬噸，其中，年產5萬噸生產線3條，年產萬噸以上企業10多家，已經形成一個新興產業。但是，第一代生物柴油的產業發展問題十分突出，主要瓶頸是原料來源不足。隨著打擊地溝油、廢油流回食用油市場的力度加大，回收率逐步提高，緩解了原料不足的矛盾，但是，從長遠來看，即使全部回收用于生物柴油，仍然不能滿足生產需求。種植生物柴油油料植物（如文冠果和麻風樹等）也受地域和荒山面積的限制，同時還有收集難、加工難和區域生態惡化的問題。

第二代生物柴油潛力巨大

為了突破生物柴油產業的發展瓶頸，一種數量巨大、可再生的原料，木質纖維素物質引起了人們的廣泛興趣。秸稈是一個非常巨大的木質素纖維資源，然而每年屢禁不止的秸稈焚燒不僅浪費了巨大的能量，同時也污染了環境。另外，工業有機廢水，大量市政固體廢棄物中含有豐富的有機質，也是一種可觀的資源。基于這些原料，微藻、酵母菌和霉菌等微生物的培養技術應用到廢物處理和再利用，不僅具有環保意義，同時產生新的可再生能源。微生物油脂在脂肪酸組成上與植物油相似，富含豐富的長鏈脂肪酸（C12-C18），是生產生物柴油的理想原料。因此，使用木質纖維素原料生產生物柴油，尤其是秸稈和其他非糧食原料是一種非常好的選擇，可以有效解決食品安全、能源短缺和環境污染的問題。生物精煉河南省工程實驗室、亞太新能源科技集團等單位正致力實現微生物柴油的產業化。目前已經在高產菌株選育、微生物原位轉酯等關鍵技術上取得突破性進展，逐步提高轉化效率，尤其是木質素的利用效率。

第三代生物柴油前景誘人

生物質經酸解、熱解、催化加氫、脫氧形成小分子中間體后再經聚合反應形成的長鏈（C8-C16）烴類液體燃料，可稱為第三代生物柴油。從化學性質上來看，第三代生物柴油和現在使用的汽油、柴油最接近，是最理想的生物燃料。這種技術的優勢還在于對原料種類和性質要求低，最容易與石油精煉工業接軌。目前有關單位已經解決秸稈熱解液化的效率問題，以及催化加氫工藝條件優化，中試級規模綜合轉化效率達到20%，即5-6噸秸稈（秸稈種類不同）可產生1噸成品油。但是，這種工藝路線復雜，對設備的要求較高，尤其是高溫、高壓設備的安全連續運行問題需要進一步解決。

生物柴油產業協同創新體系形成

河南省生物柴油研發平臺建設工作突出，現已建成的研發平臺包括：車用生物燃料技術國家重點實驗室（天冠集團），河南省生物能源重點實驗室（省科學院），生物精煉河南省工程實驗室（商丘師范學院），河南省生物柴油煉制與裝備制造工程技術研究中心（星火生物能源），河南省餐廚垃圾及廢棄物生物柴油工程技術研究中心（僑聯生物能源）。并成立了河南省生物質能化產業技術創新戰略聯盟，正協積極調籌建河南省生物質能化產業技術研究院。通過協同創新，相信未來河南的生物柴油產業技術創新會更高更快，為打造生物能源產業強省提供技術支撐。