生物柴油产业链分析
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摘要：生物柴油是指由植物油、动物油脂等制备得到的单烷烃酯类。它是一种环境友好、清洁排放的燃料，因此是非常理想的石油柴油替代燃料。本文从生物柴油产业链中的原料来源、生产工艺、产品应用以及其效益等方面对这种新型的清洁燃料进行了简单介绍。总之，生物柴油是一种很有发展前景的生物质燃料。
关键词：生物柴油;产业链;清洁能源;生产工艺
中图分类号：X382.1 文献标识码：A 文章编号：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世纪人类面临各种挑战，现有石油能源储量不足和环境不断恶化这两个问题已严重威胁到人类生存。我们已经深刻认识到必须找到一种可再生的、清洁的能源来满足日益增长的燃油需要。生物柴油因其环保、可持续、可再生的特点引起了诸多关注，世界各国尤其是资源贫乏的发达国家相继开展了关于生物柴油的相关研究，并且取得了一定成果。
目前，欧盟是世界上第一大生物柴油产区和消费区。德国是欧盟最大生物柴油生产国，生物柴油在德国已经代替普通燃料用在公共汽车、出租车以及农业建筑机械上。
生物柴油在我国起步较晚，但发展很快，部分科研成果已经达到世界先进水平。近年来，我国始终坚持不与粮油争地，采用绿色生产技术，不造成环境污染的原则，大力投入对生物柴油的研发。
1 生物柴油原料分析
生物柴油是指以可再生资源如植物油、动物油脂等为原料合成的长链脂肪酸甲酯，通过与甘油酯分解而制得的与石油柴油成分类似的液体燃料。发展生物柴油，原料是关键。不同国家选择不同的原料来发展生物柴油。美国、巴西和阿根廷主要以大豆油为主要原料。德国等欧盟国家主要以菜籽油为主要原料。东南亚国家则采用热带作物来生产生物柴油。印度、马来西亚和泰国以棕榈油和椰子油为主。而我国是以麻疯树、黄连木以及微藻为主[1]。此外，动物油脂、废弃油脂也是生产生物柴油的原料。
1.1 植物原油
目前，可以生产生物柴油原料的作物有大豆，油菜，油棕，麻疯树，椰子等。大豆为豆科大豆属一年生草本植物，大豆中含有大量的不饱和脂肪酸，是美国、巴西和阿根廷生产生物柴油的主要原料。油菜是十字花科植物，菜籽中油脂的含量为37.5%～46.3%，菜籽油化学组成和柴油很相近，是德国生产生物柴油的主要原料。麻疯树是大戟科麻风树属植物，其果仁中含油量为55%～58%，其中油酸、亚油酸含量为38%～40%，而且几乎不含有C20以上的脂肪酸，是较为理想的生物柴油原料。油棕为棕榈科Pamlae油棕属植物，其果皮和种仁中含有丰富的油脂，印度和马来西亚已经建成以棕榈油为原料的生物柴油厂，生产的生物柴油已经出口。椰子树是棕榈科Pamlae椰子属单子叶植物，椰肉中含有大量脂肪，菲律宾以椰油为原料生产生物柴油[1]。
虽然这些作物可以作为生物柴油很好的原料，但是大量使用大豆、油菜等生产生物柴油可能会导致粮食短缺。此外，昂贵的价格也是原料油无法大面积推广使用的另一个关键原因。
1.2 废弃动植物油脂
餐饮、烹饪废弃油脂和屠宰场、肉类加工厂的动物油脂也可以作为生物柴油的原料。以废弃油脂作为原料，最主要的特点是无需对它们进行处理就可以直接用来生产，达到废物利用。但是，对于餐饮、烹饪油脂来讲，因其来源分散、质量无法控制而使得基础回收设施和后续工作难以得到保障。
2 生物柴油生产工艺分析
生物柴油的生产方法主要有直接混合法、微乳化法、热解法、酯交换法等。这些方法均有一些不足之处，相比较而言，酯交换法是目前普遍应用的方法。近年来，超临界法、生物催化法等一些新工艺也开始得到应用。
2.1 酯交换法
酯交换法是利用甲醇、乙醇等在催化剂作用下将甘油三酯中的甘油基取代，形成长链的脂肪酸甲酯的过程。酯交换法技术的关键是催化剂[2]，工业生产工艺中常用固体催化劑[3]，H2SO4因价廉易得而应用较多。酯交换法的优点是可以从根本上改变改变分子结构，工艺简单，设备投资小，适合大规模生产。但是，反应催化剂废液对环境会产生很大影响。
2.2 超临界法
超临界法[4，5]是指在超临界流体条件下进行酯交换反应。超临界法的显著优点是：一，处于超临界状态下的物质粘度减小，扩散速率增大，从而反应速率加快，产率也得到提高;二，超临界状态下的反应不受杂质影响，甘油三酯的酯交换反应和游离脂肪酸的酯化反应同时进行，节省成本，简化工艺。最典型的超临界法是无催化剂的超临界甲醇法[5]。
2.3 生物酶催化法 生物酶催化法[5]使用脂肪酶作为催化剂。生物酶具有高效性、专一性等特点。该技术的优点是反应条件温和、醇用量少、收率高、产品分离及后处理方便，无废水产生等。但是反应时间长、酶活性低、寿命短、成本高等缺点限制了其发展。
3 生物柴油产品利用分析
生产成本可以说是生物柴油的“噩梦”，我们不仅要从原料、工艺等方面降低成本，而且要通过将生物柴油及其副产品进行深入加工提高其附加值来赢取高额利润[6，7]。
3.1 利用脂肪酸甲酯来生产精细化工产品
利用脂肪酸甲酯的润滑性和溶解性生产工业溶剂，合成调味剂等精细化工产品。这种加工相对简单，投资也少，但是，脂肪酸甲酯在这些产品中只是其中的原料之一，而且这些产品还有这未被开发的市场。
3.2 利用脂肪酸甲酯和甘油来生产大宗化产品
利用脂肪酸甲酯可以制备脂肪醇、脂肪酸甲酯磺酸盐、合成脂等。甘油通過碳酸甘油、发酵、催化氧化工艺生产醇类、各类聚合物、化妆品等。但是这些产品的生产受生物柴油厂规模的限制。
4 生物柴油的效益分析
4.1 生物柴油的环境效益
作为清洁能源的代表，生物柴油具有其独特的优点[8]。第一，环保性。生物柴油中辛烷值很高，燃烧效率高，其HHVs略低于汽油、石油柴油、石油而高于原煤。生物柴油的环保性还表现为清洁排放，其不含硫及芳香化合物，因此燃烧产物中无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换柴油机而直接使用，而且其稳定性使得在使用、运输、储存过程中无需担忧安全问题。第三，可燃性、润滑性。生物柴油的辛烷值一般均高于石化柴油，燃烧性能好。其良好的润滑性可以降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损，延长发动机使用寿命。
4.2 生物柴油的经济效益[8]
使用生物柴油能够有效减少温室气体的排放，而且生物柴油减轻了资源短缺国家对原油进口的依赖，对其经济增长起到了一定作用。同时，种植原料作物可提供劳动力和市场机会，促进农业发展。但是，生物柴油发展的一个瓶颈问题是成本，其中原料成本占总成本的80%左右，使其价格高于石油柴油的2倍多。因此，采用废弃油脂或者动物油脂等低成本原料是解决这个问题的一个有效途径。生产成本的降低对生物柴油的迅速发展具有重大意义。
5 总结
针对生物柴油目前存在的问题，应通过不同的角度去发现、解决问题。从原料方面来讲，在保持农业、经济发展和环境处于平衡的状态下，应采用合适的低成本原料。从生产工艺方面来讲，反应条件、反应速率以及产率是重点。从产品利用角度来讲，利用反应产物为原料加工各种化学产品，不仅延长了产业链，促进了发展，而且对经济和环境都有益。
总而言之，生物柴油作为一种可再生清洁燃料，对缓解石油危机、能源短缺等具有重要意义。
参考文献
[1]张红云，徐卫昌，马志卿.生物柴油生产原料的研究进展[J].农机化研究，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]侯凯丽，赵华，田薇薇，李会鹏.固体催化剂催化酯交换反应制备生物柴油研究进展[J].工业催化，2010，18（8）：7-11.
[4]张慧慧，陈樑，梁艺福.超临界法制备生物柴油的研究进展[J].云南化工，2008，35（5）：77-80.
收稿日期：2019-11-17
作者简介：史跃龙（1988-），男，汉族，本科学历，助理工程师，研究方向为环境监测及管理工作。
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