應(yīng)對(duì)能源危機(jī)是本世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn),。據(jù)國際機(jī)構(gòu)最新估算,世界上石油穩(wěn)定供給不會(huì)超過20年,,枯竭期僅為50年,。中國是世界上石油資源相對(duì)貧乏的國家,因此對(duì)生物能源及新材料的研究尤為重要,。
我國“十一”五規(guī)劃中確認(rèn)了生物汽,、柴油代替車用石油燃料的重要性,。而生物質(zhì)能替代車用油品發(fā)展的難點(diǎn)在于,,中國耕地面積有限,原料來源受限,;目前國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的綜合開發(fā)和利用水平較低,,實(shí)現(xiàn)盈利仍然需要國家補(bǔ)貼。
典型的“綠色能源”
生物柴油是清潔的可再生能源,,是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品,。它以大豆和油菜籽等油料作物,、油棕和黃連木等油料林木果實(shí)、工程微藻等油料水生植物以及動(dòng)物油脂,、餐飲廢油等為原料制成,。
檢測(cè)表明,與普通柴油相比,,使用生物柴油可降低90%的空氣毒性,,降低94%的患癌率;由于生物柴油含氧量高,,燃燒時(shí)排煙少,,一氧化碳的排放與普通柴油相比約可減少10%(有催化劑時(shí)為95%);生物柴油的生物降解性高,,因此具有優(yōu)良的環(huán)保特性,。主要表現(xiàn)在由于生物柴油中硫含量低,使得二氧化硫和硫化物的排放低,,可減少約3 0%(有催化劑時(shí)為70%);生物柴油中不含對(duì)環(huán)境造成污染的芳香族烷烴,,因而廢氣對(duì)人體損害低于普通柴油,。
生物柴油具有較好的安全性能。由于閃點(diǎn)高,,生物柴油不屬于危險(xiǎn)品,。因此,在運(yùn)輸,、儲(chǔ)存,、使用方面的安全性是顯而易見的。同時(shí),,生物柴油具有良好的燃料性能,。由于十六烷值高,使其燃燒性好于普通柴油,。生物柴油燃燒殘留物呈微酸性,,使催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的使用壽命加長。最為顯著的優(yōu)點(diǎn)在于作為可再生能源,,與石油儲(chǔ)量不同,,通過農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)家的努力,其供應(yīng)量不會(huì)枯竭,。
生物柴油從何而來
目前生物柴油主要是用化學(xué)法生產(chǎn),,即用動(dòng)物和植物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇在催化劑和高溫作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng),生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯,,再經(jīng)洗滌干燥后生成,。生產(chǎn)過程中還可產(chǎn)生10%左右的副產(chǎn)品甘油。
生物柴油產(chǎn)業(yè)化的主要問題是成本高。據(jù)統(tǒng)計(jì),,生物柴油制備成本的75%是原料成本,。因此采用廉價(jià)原料及提高轉(zhuǎn)化從而降低成本是生物柴油能否實(shí)用化的關(guān)鍵。美國己開始通過基因工程方法研究高油含量的植物,,日本采用工業(yè)廢油和廢煎炸油,,歐洲是在不適合種植糧食的土地上種植富油脂的農(nóng)作物。
由于化學(xué)法合成生物柴油有工藝復(fù)雜,、成本高,、生產(chǎn)過程有廢堿液排放等缺點(diǎn),人們開始研究用生物酶法合成生物柴油,。即用動(dòng)物油脂和低碳醇通過脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng),,制備相應(yīng)的脂肪酸甲酯及乙酯。
“工程微藻”為生物柴油生產(chǎn)開辟了一條新的技術(shù)途徑,。“工程微藻”,,即硅藻類的一種“工程小環(huán)藻”。在實(shí)驗(yàn)室條件下可使“工程微藻”中脂質(zhì)含量增加到60%以上,,戶外生產(chǎn)也可增加到40%以上,。利用“工程微藻”生產(chǎn)柴油其優(yōu)越性在于:微藻生產(chǎn)能力高、用海水作為天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源,;比陸生植物單產(chǎn)油脂高出幾十倍,;生產(chǎn)的生物柴油不含硫,燃燒時(shí)不排放有毒害氣體,,排入環(huán)境中也可被微生物降解,,不污染環(huán)境,發(fā)展富含油質(zhì)的微藻或者“工程微藻”是生產(chǎn)生物柴油的一大趨勢(shì),。
國外迅速產(chǎn)業(yè)化
生物柴油于1988年誕生,,由德國聶爾公司發(fā)明,以菜籽油為原料提煉而成的潔凈燃油,。突出的環(huán)保性和可再生性,,引起了世界發(fā)達(dá)國家,尤其是資源貧乏國家的高度重視,。西方國家為發(fā)展生物柴油,,在行業(yè)規(guī)范和政策鼓勵(lì)下采取了一系列積極措施。為了便于推廣使用,,美,、德、意等國都制定了生物柴油技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),,完善生物柴油的產(chǎn)業(yè)化條件,。各國政府還實(shí)行積極鼓勵(lì)的政策,,在生物柴油的價(jià)格上給予一定的補(bǔ)貼或者免稅優(yōu)惠。
與常規(guī)柴油相比,,生物柴油價(jià)格要貴1倍以上,,為此歐盟發(fā)布了兩項(xiàng)新指令要求歐盟各國降低生物柴油稅率,并對(duì)生物柴油在歐洲汽車燃料中的銷售比例作出規(guī)定,。
西方國家生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,。近年來,西方國家加大生物柴油商業(yè)化投資力度,,使生物柴油的投資規(guī)模增大,,開工項(xiàng)目增多。美國,、加拿大,、巴西、日本,、澳大利亞,、印度等國都在積極發(fā)展這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,,美國有4家生物柴油生產(chǎn)廠,,總能力為30萬噸/年;歐盟國家早在2001年生物柴油產(chǎn)量已超過100萬噸,;2000年德國的生物柴油已達(dá)45萬噸;法國有7家生物柴油生產(chǎn)廠,,總能力為40萬噸/年,;意大利有9個(gè)生物柴油生產(chǎn)廠,總能力33萬噸/年,;奧地利有3個(gè)生物柴油生產(chǎn)廠,,總能力5.5萬噸/年;日本生物柴油生產(chǎn)能力也達(dá)到了4 0萬噸/年,。
我國起步晚進(jìn)展快
我國政府為解決替代能源和環(huán)保問題制定了一系列政策和措施,。雖然我國生物柴油的研究與開發(fā)起步較晚,但發(fā)展速度很快,,一部分科研成果已達(dá)到國際先進(jìn)水平,。研究內(nèi)容涉及到油脂植物的分布、選擇,、培育,、遺傳改良及其加工工藝和設(shè)備。
早在上世紀(jì)80年代,,原機(jī)械工業(yè)部和原中國石化總公司就撥出??盍㈨?xiàng),,對(duì)生物柴油進(jìn)行系統(tǒng)研究。中國科學(xué)院還把生物柴油列入“八五”重點(diǎn)科研項(xiàng)目,。20世紀(jì)90年代初開始,,長沙市新技術(shù)研究所與湖南省林業(yè)科學(xué)院對(duì)能源植物和生物柴油進(jìn)行了長達(dá)10年的合作研究,“八五”期間完成了光皮樹油制取甲脂燃料油的工藝及其燃燒特性的研究,;“九五”期間完成了國家重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目“植物油能源利用技術(shù)”,。
近幾年,我國生物柴油技術(shù)已取得重大成果,。由中科院海洋研究所與山東省花生研究所共同承擔(dān)的 “生物柴油生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新材料的研究”去年通過了相關(guān)單位組織的驗(yàn)收,。經(jīng)過兩年的努力,建立了化學(xué)法和脂肪酶法生產(chǎn)生物柴油關(guān)鍵技術(shù)與工藝路線,,生物柴油的采得率達(dá)到98%以上,,各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于國家現(xiàn)行的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)GB/T20828-2007,達(dá)到德國生物柴油標(biāo)準(zhǔn),。該項(xiàng)研究還對(duì)海藻油脂的提取進(jìn)行了研究,,取得了大量的技術(shù)儲(chǔ)備。該項(xiàng)目技術(shù)已經(jīng)完成了小試,、中試試驗(yàn),,取得一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果,并初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,。其他如海南正和生物能源公司,、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發(fā)展公司都已開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù),相繼建成了規(guī)模超過萬噸的生產(chǎn)廠,,這標(biāo)志著生物柴油這一高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已在中國大地上誕生,。