生物柴油產業鏈分析

摘要：生物柴油是指由植物油、動物油脂等制備得到的單烷烴酯類。它是一種環境友好、清潔排放的燃料，因此是非常理想的石油柴油替代燃料。本文從生物柴油產業鏈中的原料來源、生產工藝、產品應用以及其效益等方面對這種新型的清潔燃料進行了簡單介紹。總之，生物柴油是一種很有發展前景的生物質燃料。

關鍵詞：生物柴油;產業鏈;清潔能源;生產工藝

中圖分類號：X382.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.017

Abstract：Biodiesel is de?ned as the monoalkyl esters derived from vegetable oils or animal fats. It is an ideal alternative fuel of petrodiesels because of its environmentally benign and cleaner emissions. In this paper， the feedstocks， production process， application of productions and benefits were simply introduced. In a word， biodiesel has a broad prospect for development which as a kind of biomass fuels.

Key words：Biodiesel;Industrial chain;Clean energy;Production process

21世紀人類面臨各種挑戰，現有石油能源儲量不足和環境不斷惡化這兩個問題已嚴重威脅到人類生存。我們已經深刻認識到必須找到一種可再生的、清潔的能源來滿足日益增長的燃油需要。生物柴油因其環保、可持續、可再生的特點引起了諸多關注，世界各國尤其是資源貧乏的發達國家相繼開展了關于生物柴油的相關研究，并且取得了一定成果。

目前，歐盟是世界上第一大生物柴油產區和消費區。德國是歐盟最大生物柴油生產國，生物柴油在德國已經代替普通燃料用在公共汽車、出租車以及農業建筑機械上。

生物柴油在我國起步較晚，但發展很快，部分科研成果已經達到世界先進水平。近年來，我國始終堅持不與糧油爭地，采用綠色生產技術，不造成環境污染的原則，大力投入對生物柴油的研發。

1 生物柴油原料分析

生物柴油是指以可再生資源如植物油、動物油脂等為原料合成的長鏈脂肪酸甲酯，通過與甘油酯分解而制得的與石油柴油成分類似的液體燃料。發展生物柴油，原料是關鍵。不同國家選擇不同的原料來發展生物柴油。美國、巴西和阿根廷主要以大豆油為主要原料。德國等歐盟國家主要以菜籽油為主要原料。東南亞國家則采用熱帶作物來生產生物柴油。印度、馬來西亞和泰國以棕櫚油和椰子油為主。而我國是以麻瘋樹、黃連木以及微藻為主[1]。此外，動物油脂、廢棄油脂也是生產生物柴油的原料。

1.1 植物原油

目前，可以生產生物柴油原料的作物有大豆，油菜，油棕，麻瘋樹，椰子等。大豆為豆科大豆屬一年生草本植物，大豆中含有大量的不飽和脂肪酸，是美國、巴西和阿根廷生產生物柴油的主要原料。油菜是十字花科植物，菜籽中油脂的含量為37.5%～46.3%，菜籽油化學組成和柴油很相近，是德國生產生物柴油的主要原料。麻瘋樹是大戟科麻風樹屬植物，其果仁中含油量為55%～58%，其中油酸、亞油酸含量為38%～40%，而且幾乎不含有C20以上的脂肪酸，是較為理想的生物柴油原料。油棕為棕櫚科Pamlae油棕屬植物，其果皮和種仁中含有豐富的油脂，印度和馬來西亞已經建成以棕櫚油為原料的生物柴油廠，生產的生物柴油已經出口。椰子樹是棕櫚科Pamlae椰子屬單子葉植物，椰肉中含有大量脂肪，菲律賓以椰油為原料生產生物柴油[1]。

雖然這些作物可以作為生物柴油很好的原料，但是大量使用大豆、油菜等生產生物柴油可能會導致糧食短缺。此外，昂貴的價格也是原料油無法大面積推廣使用的另一個關鍵原因。

1.2 廢棄動植物油脂

餐飲、烹飪廢棄油脂和屠宰場、肉類加工廠的動物油脂也可以作為生物柴油的原料。以廢棄油脂作為原料，最主要的特點是無需對它們進行處理就可以直接用來生產，達到廢物利用。但是，對于餐飲、烹飪油脂來講，因其來源分散、質量無法控制而使得基礎回收設施和后續工作難以得到保障。

2 生物柴油生產工藝分析

生物柴油的生產方法主要有直接混合法、微乳化法、熱解法、酯交換法等。這些方法均有一些不足之處，相比較而言，酯交換法是目前普遍應用的方法。近年來，超臨界法、生物催化法等一些新工藝也開始得到應用。

2.1 酯交換法

酯交換法是利用甲醇、乙醇等在催化劑作用下將甘油三酯中的甘油基取代，形成長鏈的脂肪酸甲酯的過程。酯交換法技術的關鍵是催化劑[2]，工業生產工藝中常用固體催化劑[3]，H2SO4因價廉易得而應用較多。酯交換法的優點是可以從根本上改變改變分子結構，工藝簡單，設備投資小，適合大規模生產。但是，反應催化劑廢液對環境會產生很大影響。

2.2 超臨界法

超臨界法[4，5]是指在超臨界流體條件下進行酯交換反應。超臨界法的顯著優點是：一，處于超臨界狀態下的物質粘度減小，擴散速率增大，從而反應速率加快，產率也得到提高;二，超臨界狀態下的反應不受雜質影響，甘油三酯的酯交換反應和游離脂肪酸的酯化反應同時進行，節省成本，簡化工藝。最典型的超臨界法是無催化劑的超臨界甲醇法[5]。

2.3 生物酶催化法

生物酶催化法[5]使用脂肪酶作為催化劑。生物酶具有高效性、專一性等特點。該技術的優點是反應條件溫和、醇用量少、收率高、產品分離及后處理方便，無廢水產生等。但是反應時間長、酶活性低、壽命短、成本高等缺點限制了其發展。

3 生物柴油產品利用分析

生產成本可以說是生物柴油的“噩夢”，我們不僅要從原料、工藝等方面降低成本，而且要通過將生物柴油及其副產品進行深入加工提高其附加值來贏取高額利潤[6，7]。

3.1 利用脂肪酸甲酯來生產精細化工產品

利用脂肪酸甲酯的潤滑性和溶解性生產工業溶劑，合成調味劑等精細化工產品。這種加工相對簡單，投資也少，但是，脂肪酸甲酯在這些產品中只是其中的原料之一，而且這些產品還有這未被開發的市場。

3.2 利用脂肪酸甲酯和甘油來生產大宗化產品

利用脂肪酸甲酯可以制備脂肪醇、脂肪酸甲酯磺酸鹽、合成脂等。甘油通過碳酸甘油、發酵、催化氧化工藝生產醇類、各類聚合物、化妝品等。但是這些產品的生產受生物柴油廠規模的限制。

4 生物柴油的效益分析

4.1 生物柴油的環境效益

作為清潔能源的代表，生物柴油具有其獨特的優點[8]。第一，環保性。生物柴油中辛烷值很高，燃燒效率高，其HHVs略低于汽油、石油柴油、石油而高于原煤。生物柴油的環保性還表現為清潔排放，其不含硫及芳香化合物，因此燃燒產物中無SO2及PAHs的排放;含氧量高，CO的排放比普通柴油少90%。第二，安全性。生物柴油可以不用更換柴油機而直接使用，而且其穩定性使得在使用、運輸、儲存過程中無需擔憂安全問題。第三，可燃性、潤滑性。生物柴油的辛烷值一般均高于石化柴油，燃燒性能好。其良好的潤滑性可以降低噴油泵、發動機缸體和連桿的磨損，延長發動機使用壽命。

4.2 生物柴油的經濟效益[8]

使用生物柴油能夠有效減少溫室氣體的排放，而且生物柴油減輕了資源短缺國家對原油進口的依賴，對其經濟增長起到了一定作用。同時，種植原料作物可提供勞動力和市場機會，促進農業發展。但是，生物柴油發展的一個瓶頸問題是成本，其中原料成本占總成本的80%左右，使其價格高于石油柴油的2倍多。因此，采用廢棄油脂或者動物油脂等低成本原料是解決這個問題的一個有效途徑。生產成本的降低對生物柴油的迅速發展具有重大意義。

5 總結

針對生物柴油目前存在的問題，應通過不同的角度去發現、解決問題。從原料方面來講，在保持農業、經濟發展和環境處于平衡的狀態下，應采用合適的低成本原料。從生產工藝方面來講，反應條件、反應速率以及產率是重點。從產品利用角度來講，利用反應產物為原料加工各種化學產品，不僅延長了產業鏈，促進了發展，而且對經濟和環境都有益。

總而言之，生物柴油作為一種可再生清潔燃料，對緩解石油危機、能源短缺等具有重要意義。

參考文獻

[1]張紅云，徐衛昌，馬志卿.生物柴油生產原料的研究進展[J].農機化研究，2010（7）：213-216.

[2]Jidon Janaun， Naoko Ellis.Perspectives on biodiesel as a sustainable fuel[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010，14：1312–1320.

[3]侯凱麗，趙華，田薇薇，李會鵬.固體催化劑催化酯交換反應制備生物柴油研究進展[J].工業催化，2010，18（8）：7-11.

[4]張慧慧，陳樑，梁藝福.超臨界法制備生物柴油的研究進展[J].云南化工，2008，35（5）：77-80.

收稿日期：2019-11-17

作者簡介：史躍龍（1988-），男，漢族，本科學歷，助理工程師，研究方向為環境監測及管理工作。