生物柴油研究进展

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摘 要：本文描述了当前国内外生物柴油发展现状，并介绍了艾蒿油、废弃食用油脂和麻疯树油为原料的生物柴油的生产工艺。最后提出了我国发展生物柴油需要解决的问题。
关键词：生物柴油；研究进展；艾蒿油；废弃食用油；麻疯树油
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.196
当前，随着经济的迅猛发展，各国对能源的需求量也日益增加。然而，资源的短缺及环境的破坏已成为制约世界经济前行的因素，从环境保护和资源角度考虑，开发新能源，减少煤炭、石油等传统资源的使用，早已成为各国能源发展的方向，而生物质能源正是当前发展最迅速的新型能源。
生物柴油是指长链脂肪酸单烷基酯（脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯），由植物油或动物油通过酯交换制得，与传统的石化柴油相比，生物柴油环保无毒，可降解，润滑性能优异，并可与石化柴油混合。
1 国内外生物柴油的发展状况
1.1 国外生物柴油的发展状况
生物柴油有着可再生性、环保性等诸多优点，这使得西方发达国家尤其是资源贫乏的国家的极度关注，很多国家经过大力研究生物柴油并积极推进其产业化进程，结合优惠的税收及政府补贴，生物柴油在世界的发展有了巨大的进步。
1.2 国内生物柴油的发展状况
我国生物柴油起步较晚，然而，自八十年代开始，一些科研机构通过对生物柴油的理化性质、燃烧性能及化学结构的研究，研究出了生物柴油的的综合制备技术，使生物柴油由技术上可行迈入了产业化生产的进程。当前，许多企业以绿色能源和支农产业双概念投资生物柴油，使生物柴油在国内的发展呈现迅猛态势，2015年我国生物柴油产能约为415万吨，产能和产量虽然逐步提高，但是，产能利用率仍然较低，由于原料问题，国内生物柴油企业开工率仅为20%-25%。
2 制备生物柴油的方法
当前，生物质柴油的制备方法有多种，主要分物理方法和化学方法两种类型，但在工业生产中多采用酯交换法，在反应中，醇类如甲醇、乙醇等短链醇与油料中的三甘油酯在催化作用下合成脂肪酸酯和甘油，酯交换法包括碱催化、酸催化、生物酶催化及超临界酯交换等方法。
碱催化剂法主要以氢氧化钾等碱性催化剂进行反应，反应中脂肪酸会与碱发生皂化反应产生乳化现象，同使生成的水促进了酯类的水解，进而发生皂化反应，因此，会造成甲酯相和甘油相得难以分离，造成了反应后分离的复杂性，并且，需要对原料进行脱水脱酸处理，因此，此工艺较为复杂且成本消耗过高。
酸催化法，以盐酸、硫酸等作为催化剂，反应中游离脂肪酸发生酯化反应，此酯化反应速率较快，故该法适用于游离脂肪酸和含水量高的油脂，且其产率高，但是反应条件较为苛刻，且反应速率较慢，设备要求较高，因此工业生产中关注度较低。
生物酶催化法，此法是进来人们关注较多的生产方法，即用脂肪酶催化油脂与醇类的反应。脂肪酶来源广泛，选择性强，且反应条件温和，而且还能进一步合成高附加值产品，如可降解润滑油及添加剂等，然而此法也有其限制性，其转化效率及转化率均较低，且醇类容易造成酶的中毒。
超临界酯交换法，此法是在超临界流体参与下的反应，流体作为反应介质并可参与反应，经过研究发现，甲醇经过超临界处理后能很好的与植物油脂发生酯交换反应，且产率较高，超临界法与传统方法反应机理相同，超临界法需要高温高压，且不用其他催化剂，而且超临界法反应速率迅速，转化率较高，工艺流程简单，然而高温高压的反应条件为期产业化进程带来了困难，需要进一步进行研究。
3 生物柴油制备的几种研究
3.1 艾蒿油制备生物柴油的研究
艾蒿是一种生长于北方地区的非粮野生作物，其种子富含油脂，我国科学家提出将艾蒿种子压榨成油，利用化学法制备生物柴油，参考艾蒿油的理化性质，分预酯化过程和酯交换反应两步制备生物柴油。
3.2 废弃食用油脂合成生物柴油的研究
废弃食用油脂含有大量的游离脂肪酸、聚合物和分解物等，但其高酸值和高水分含量的废油脂对反应工艺及产品的稳定性及其不利，
国外一些科学家等以废煎炸油和甲醇为原料，利用碱性催化剂，研究了酯交换反应的最佳条件。对理化指标测定，发现结果完全符合EN14214标准：同时发现碱法催化酯交换反应要求原料油的酸值应小于1mgKOH/g油，所有的原材料必须无水（水分低于0.3%）。
3.3 麻疯树油制备生物柴油的研究
目前生产生物柴油的成熟工艺是在常温常压使用均相碱为催化剂的工艺。由于使用最多的原料是菜籽油等可以食用的油脂，因此原料成本较高。故采用廉价原料是降低生物柴油成本的重要途径。麻疯树为大戟科麻疯树属植物，其种子含油率高达40%。因此以资源丰富、价格低廉的麻疯树油为原料发展生物柴油生产工艺具有重要的意义。
4 我国发展生物柴油急需解决的问题
我国植物油资源短缺，目前一切生物柴油企业， 基本上以“地沟油”为原料，无稳定的原料供应基地。且在生物柴油合成技术只是小规模生产，应当积极研究工业化成套连续生产工艺及工艺设备。同时，催化剂是酯交换反应的关键技术，用于酯交换的催化剂有酸、碱、分子筛及酶等， 但各种催化剂均有各自的优缺点， 应当尽快找到高效率的固体催化剂， 提高生物柴油的产量和品质， 以降低生产成本。
5 结语
（1）我国液体燃料短缺，能源消费结构性矛盾长期存在，发展生物柴油产业，部分替代化石柴油，已成为当今可再生资源发展的趋势。
（2）考虑到我国生物柴油制备原料紧张等瓶颈问题，我国应重点发展木本油料植物规模化种植和推广，开发多种油料来源。
（3）目前，中国对废食用油、油厂下脚的回收利用有优惠政策，一些生产生物柴油的大型企业可以享受3年免税优惠。生物柴油生产企业应该充分利用这些政策、信息和资源优惠。
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