论文部分内容阅读
[摘要]：随着当代科学技术的发展，环境及能源问题逐步凸显，与此同时，生物液体燃料的生产规模进一步扩大，其发展对能源短缺问题的改善和对农产品加工等方面的影响逐渐引起公众关注。总结目前生物柴油的发展背景，对国内外在该领域的研究现状做了进一步归纳，指出制约生物柴油发展的因素以及解决策略。
[关键词]：生物柴油；研究进展；制约因素
1、生物柴油概述
生物柴油（Biodiesel）是以棕榈等油料作物、动物油脂甚至餐饮垃圾油等为原料所提炼出的“绿色燃料”，属于一种生物质能。因其优良稳定性以及环境友好等相对于其他燃料的突出优点 而被广泛应用于船舶、重型卡车等交通工具。
1.1原料
生物柴油本身作為一种清洁能源，其原料一般为油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油。目前来讲，欧盟国家生物柴油80%左右的原料为低硫甙含量和低芥酸含量的双低菜籽油。美国、巴西等国主要是以大豆为代表的豆类作物，而我国主要是以木本油料作物、废弃油脂和微藻油脂为原料。值得一提的是，我国微藻固碳生物能源示范项目已经在内蒙古进行试点，同时，已在川贵地区和海南等地开展了小油桐生物柴油产业化示范项目。这些都为生物柴油的原料来源扩大化和提高原料利用率开辟了新的思路
1.2理化性质
生物柴油是一些可再生的油脂资源（ 例如动微生物油脂、植物油脂以及餐饮废油等） 经过酯交换或酯化工艺制得的主要成分为长链脂肪酸甲酯的液体燃料[3]。作为一种生物质能，它素有绿色柴油之称。相比于传统的石油，它们的性能相似而生物柴油更为环保。下表为生物柴油生物柴油与柴油主要理化特性的比较。
由表中数据显而易见，生物柴油具有一下几个突出优点：1.生物柴油具有非常优越的环保性能；2.它的含硫量极低，因而柴油机在使用生物柴油过程中几乎不会排放出二氧化硫等污染环境的硫化物；3.其燃烧性能较好。生物柴油氧含量明显高于普通柴油，十六烷值只有普通柴油的三分之二左右。与此同时，生物柴油的闪点远高于普通柴油，这使得生物柴油在运输和使用过程中更加能够保证安全。值得一提的是，由于生物柴油具有相对较大的运动黏度，使其能够在不影响燃料雾化的同时又在汽缸内壁形成一层油膜，从而大大延长了机器的使用寿命，为人们的生产生活提供便利。
2、.生物柴油研究现状
2.1美国
众所周知，作为首先涉足生物柴油领域的国家，美国早已在上个世纪八十年代初就提出了以生物柴油取代石化柴油的战略目标。1990年，美国颁布了空气清洁法案修正案（Clean Air Act Amendments in 1977 and 1990）。在本次修正案中，酸性物质排放、有毒气体排放、臭氧层保护等都列入了管理范围，这直接开辟了生物柴油在商业用途的新局面。截至2005年上半年美国已经有了60家生物柴油制造工厂（包括正在筹建和正在建设的工厂），到2006年，生产能力达到八十万到一百万吨。截至2016年，美国的生物柴油年产量已经达到3.3x106t。
2.2欧盟
欧盟作为目前生物柴油的主要生产和使用地区，截至2003年就已经集中了全世界生物柴油总产量的百分之五十以上。截至2016年，欧盟国家生物柴油国内总产量接近1.3亿升，生物柴油国内消费量超过1.3亿升。在欧盟国家内部，各个国家的生物柴油发展现状和速度也不尽相同。截至2014年，西班牙、德国、荷兰和法国分别占了欧盟国家生物柴油总产能的21%、20%、11%和10%。
2.3中国
我国的生物柴油研究进程与石化柴油的价格联系十分密集，在除去1999年以外的19世纪八十年代以来，石化柴油的价格持续上升但涨幅较小，21世纪以来，由于石油资源的枯竭和生产成本的升高，石化柴油的价格持续走高。
近年来，随着我国各方面实力的不断提高，企业的柴油产量不断增加，但这仍不能满足目前的消费需求。另外，生物柴油属于较为清洁的能源，政府也在大力扶持利于生态保护的能源的生产与销售。因此，巨大的市场空间以及市场需求为生物柴油产业提供了广阔的发展空间。
3、制约生物柴油发展的因素和解决策略
3.1制约因素
3.1.1氮氧化物排量较高
众所周知，氮氧化物是一种常见污染物。它种类较多，其中，处理二氧化氮以外，其他氮氧化物多是不稳定的。且不同氮氧化物又具有不同程度的毒性，危害人們的身体健康状况。另外，氮氧化物又多是溶于水的，所以，氮氧化物常常会与空气中的水蒸气或者雨水作用，形成酸雨，腐蚀各种建筑物、破坏农作物，影响人们的正常生活以及生产。
与此同时，生物柴油具有较高的氧含量，搞定氧含量又是致使氮氧化物生成的重要条件之一。所以，当柴油机燃烧生物柴油时会明显增加氮氧化物的排放量，从而对环境造成一定的影响。
3.1.2生物柴油的黏度较大
生物柴油的粘度比较大，从而也就导致它的安定性比较差。生物柴油的分子中含有双键，而这些双键多是不稳定的。长期使用生物柴油会有聚合反应出现在油路中，从而形成了大分子颗粒的胶状物质。这种情况下，会导致燃料系统出现结胶现象，致使柴油机中喷油嘴或者滤清器的堵塞。这种情况就需要工人定期对设备进行疏通，加大了工程作业的难度与成本，限制了柴油机的工作效率。
3.1.3生物柴油原料来源不稳定，产品质量水平较低
这种约束及限制因素主要是针对我国生物柴油的行业现象。与国际上其他国家普遍使用的植物油脂为原料不同，我国生物柴油行业所使用的原料主要为例如泔水油、地沟油的餐饮废油。通过国家粮油信息中心的调查数据可以得知，在2013年我国的食用商品油的消费量达到了2 550万吨，由此可产生出约440万吨的地沟油，这是价格低廉且容易获得的生物柴油原料。使用餐饮废油作为原料，无疑可大大减少生物柴油的生产与使用成本，且对废物进行回收以及再次利用，无疑是一种生态友好的生产方式。但是，由于收集的餐饮废油来源过于复杂，性能差异大，废油的杂质含量又比较高，从而使得生物柴油产品质量参差不齐。另外，整个利用废油制备生物柴油的过程中会产生的废气、废物、废水等污染物，其排放与处理问题也会在一定程度上增加生产生物柴油的成本费用，同时对环境也会产生一定影响，稍有不慎就会产生二次污染，危害人们的生产生活环境。 3.2相应对策
3.2.1 解决氮氧化物排放较高问题
针对柴油机在直接燃烧生物柴油的情况下会排放较多的氮氧化物从而影响生态环境的现象，科研人员们对其进行了深入的探索与研究。科学家们发现，解决这一问题可以从机内净化以及机外净化两个方面进行控制。机内净化主要是使用例如乙醇这样的汽化潜热较大的燃料与生物柴油进行混合掺杂的燃烧或者将废气进行再循环操作以及完善改变喷油系统的喷油规律等技术；而机外净化则会选择氮氧化物的吸附等技术对机外环境进行控制，从而降低氮氧化物的排放量，减少对环境的污染。
3.2.2 关于生物柴油的降粘技术的探究
我国于上个世纪80年代初期在国内例如大庆等油田开展了关于生物柴油降粘技术的研究。其中包括利用磁场作用进行的静置磁化降粘，以及流动磁化降粘技术。这两项技术都是运用了磁场作用，只改变了生物柴油的物理性质，从而达到了降低粘度的作用。由此可见，采用物理方法对生物柴油进行降黏处理是复合实际条件，较为简单可行的。
3.2.3 解决原料来源问题
首先，我国需要建立一个较为完善的从个体的收集、处理再到集中回收最后处理生产出生物柴油的较为完整的废弃餐饮用油回收体系，这样可以保证生物利用餐饮废油生产出生物柴油的质量。其次，我国是一个植物资源相对丰富的国家，且植物的分布较为广泛、易于获得，也可作为生物柴油的原料之一。同時，我国也需要发展新型生物柴油生产技术，利于如运用催化劑等技术提高生物柴油的质量，降低成本。
4、结语
我们身处在一个快速发展的时代中，周围的环境以及各种生产技术在无时无刻地影响着我们的生活方式以及生活质量。生物柴油作为一种环境友好，可持续发展的燃料，不仅实在国际范围还是国内都属于研究的初期阶段。科研人员们也都在为生物柴油的进一步发展做着大量研究。随着世界汽车等行业的急速发展，生物柴油在市场中的竞争力也在大幅度提高，政府也在不断加大对生物柴油产业的扶持力度。相信生物柴油会在未来有更好的发展空间与发展前景，为我们的环境友好型、生态友好型社会做出巨大贡献，
[参考文献]：
[1] 滕虎；牟英等，生物柴油研究进展[J]，生物工程学报，2010
[2] 吴伟光，生物柴油发展现状、影响与展望[J]，农业工程学报，2009
[3] 王常文，生物柴油的研究现状及发展前景[J]，中国油脂，2014
[4]沈珺珺，生物柴油研究进展[J]，中国生物工程杂志，2006，26（11）：87～90
[5]李龙，生物柴油的研究现状及发展趋势[J]，环境保护与资源循环
[6]贾虎森；徐亦农，生物柴油利用概况及其在中国的发展思路[J]，植物生态学报，2006，30（2）：221～230
[7]蔡樱英；江映翔等，我国生物柴油的现状分析[J]，云南化工，2008，2（35）1
[关键词]：生物柴油；研究进展；制约因素
1、生物柴油概述
生物柴油（Biodiesel）是以棕榈等油料作物、动物油脂甚至餐饮垃圾油等为原料所提炼出的“绿色燃料”，属于一种生物质能。因其优良稳定性以及环境友好等相对于其他燃料的突出优点 而被广泛应用于船舶、重型卡车等交通工具。
1.1原料
生物柴油本身作為一种清洁能源，其原料一般为油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油。目前来讲，欧盟国家生物柴油80%左右的原料为低硫甙含量和低芥酸含量的双低菜籽油。美国、巴西等国主要是以大豆为代表的豆类作物，而我国主要是以木本油料作物、废弃油脂和微藻油脂为原料。值得一提的是，我国微藻固碳生物能源示范项目已经在内蒙古进行试点，同时，已在川贵地区和海南等地开展了小油桐生物柴油产业化示范项目。这些都为生物柴油的原料来源扩大化和提高原料利用率开辟了新的思路
1.2理化性质
生物柴油是一些可再生的油脂资源（ 例如动微生物油脂、植物油脂以及餐饮废油等） 经过酯交换或酯化工艺制得的主要成分为长链脂肪酸甲酯的液体燃料[3]。作为一种生物质能，它素有绿色柴油之称。相比于传统的石油，它们的性能相似而生物柴油更为环保。下表为生物柴油生物柴油与柴油主要理化特性的比较。
由表中数据显而易见，生物柴油具有一下几个突出优点：1.生物柴油具有非常优越的环保性能；2.它的含硫量极低，因而柴油机在使用生物柴油过程中几乎不会排放出二氧化硫等污染环境的硫化物；3.其燃烧性能较好。生物柴油氧含量明显高于普通柴油，十六烷值只有普通柴油的三分之二左右。与此同时，生物柴油的闪点远高于普通柴油，这使得生物柴油在运输和使用过程中更加能够保证安全。值得一提的是，由于生物柴油具有相对较大的运动黏度，使其能够在不影响燃料雾化的同时又在汽缸内壁形成一层油膜，从而大大延长了机器的使用寿命，为人们的生产生活提供便利。
2、.生物柴油研究现状
2.1美国
众所周知，作为首先涉足生物柴油领域的国家，美国早已在上个世纪八十年代初就提出了以生物柴油取代石化柴油的战略目标。1990年，美国颁布了空气清洁法案修正案（Clean Air Act Amendments in 1977 and 1990）。在本次修正案中，酸性物质排放、有毒气体排放、臭氧层保护等都列入了管理范围，这直接开辟了生物柴油在商业用途的新局面。截至2005年上半年美国已经有了60家生物柴油制造工厂（包括正在筹建和正在建设的工厂），到2006年，生产能力达到八十万到一百万吨。截至2016年，美国的生物柴油年产量已经达到3.3x106t。
2.2欧盟
欧盟作为目前生物柴油的主要生产和使用地区，截至2003年就已经集中了全世界生物柴油总产量的百分之五十以上。截至2016年，欧盟国家生物柴油国内总产量接近1.3亿升，生物柴油国内消费量超过1.3亿升。在欧盟国家内部，各个国家的生物柴油发展现状和速度也不尽相同。截至2014年，西班牙、德国、荷兰和法国分别占了欧盟国家生物柴油总产能的21%、20%、11%和10%。
2.3中国
我国的生物柴油研究进程与石化柴油的价格联系十分密集，在除去1999年以外的19世纪八十年代以来，石化柴油的价格持续上升但涨幅较小，21世纪以来，由于石油资源的枯竭和生产成本的升高，石化柴油的价格持续走高。
近年来，随着我国各方面实力的不断提高，企业的柴油产量不断增加，但这仍不能满足目前的消费需求。另外，生物柴油属于较为清洁的能源，政府也在大力扶持利于生态保护的能源的生产与销售。因此，巨大的市场空间以及市场需求为生物柴油产业提供了广阔的发展空间。
3、制约生物柴油发展的因素和解决策略
3.1制约因素
3.1.1氮氧化物排量较高
众所周知，氮氧化物是一种常见污染物。它种类较多，其中，处理二氧化氮以外，其他氮氧化物多是不稳定的。且不同氮氧化物又具有不同程度的毒性，危害人們的身体健康状况。另外，氮氧化物又多是溶于水的，所以，氮氧化物常常会与空气中的水蒸气或者雨水作用，形成酸雨，腐蚀各种建筑物、破坏农作物，影响人们的正常生活以及生产。
与此同时，生物柴油具有较高的氧含量，搞定氧含量又是致使氮氧化物生成的重要条件之一。所以，当柴油机燃烧生物柴油时会明显增加氮氧化物的排放量，从而对环境造成一定的影响。
3.1.2生物柴油的黏度较大
生物柴油的粘度比较大，从而也就导致它的安定性比较差。生物柴油的分子中含有双键，而这些双键多是不稳定的。长期使用生物柴油会有聚合反应出现在油路中，从而形成了大分子颗粒的胶状物质。这种情况下，会导致燃料系统出现结胶现象，致使柴油机中喷油嘴或者滤清器的堵塞。这种情况就需要工人定期对设备进行疏通，加大了工程作业的难度与成本，限制了柴油机的工作效率。
3.1.3生物柴油原料来源不稳定，产品质量水平较低
这种约束及限制因素主要是针对我国生物柴油的行业现象。与国际上其他国家普遍使用的植物油脂为原料不同，我国生物柴油行业所使用的原料主要为例如泔水油、地沟油的餐饮废油。通过国家粮油信息中心的调查数据可以得知，在2013年我国的食用商品油的消费量达到了2 550万吨，由此可产生出约440万吨的地沟油，这是价格低廉且容易获得的生物柴油原料。使用餐饮废油作为原料，无疑可大大减少生物柴油的生产与使用成本，且对废物进行回收以及再次利用，无疑是一种生态友好的生产方式。但是，由于收集的餐饮废油来源过于复杂，性能差异大，废油的杂质含量又比较高，从而使得生物柴油产品质量参差不齐。另外，整个利用废油制备生物柴油的过程中会产生的废气、废物、废水等污染物，其排放与处理问题也会在一定程度上增加生产生物柴油的成本费用，同时对环境也会产生一定影响，稍有不慎就会产生二次污染，危害人们的生产生活环境。 3.2相应对策
3.2.1 解决氮氧化物排放较高问题
针对柴油机在直接燃烧生物柴油的情况下会排放较多的氮氧化物从而影响生态环境的现象，科研人员们对其进行了深入的探索与研究。科学家们发现，解决这一问题可以从机内净化以及机外净化两个方面进行控制。机内净化主要是使用例如乙醇这样的汽化潜热较大的燃料与生物柴油进行混合掺杂的燃烧或者将废气进行再循环操作以及完善改变喷油系统的喷油规律等技术；而机外净化则会选择氮氧化物的吸附等技术对机外环境进行控制，从而降低氮氧化物的排放量，减少对环境的污染。
3.2.2 关于生物柴油的降粘技术的探究
我国于上个世纪80年代初期在国内例如大庆等油田开展了关于生物柴油降粘技术的研究。其中包括利用磁场作用进行的静置磁化降粘，以及流动磁化降粘技术。这两项技术都是运用了磁场作用，只改变了生物柴油的物理性质，从而达到了降低粘度的作用。由此可见，采用物理方法对生物柴油进行降黏处理是复合实际条件，较为简单可行的。
3.2.3 解决原料来源问题
首先，我国需要建立一个较为完善的从个体的收集、处理再到集中回收最后处理生产出生物柴油的较为完整的废弃餐饮用油回收体系，这样可以保证生物利用餐饮废油生产出生物柴油的质量。其次，我国是一个植物资源相对丰富的国家，且植物的分布较为广泛、易于获得，也可作为生物柴油的原料之一。同時，我国也需要发展新型生物柴油生产技术，利于如运用催化劑等技术提高生物柴油的质量，降低成本。
4、结语
我们身处在一个快速发展的时代中，周围的环境以及各种生产技术在无时无刻地影响着我们的生活方式以及生活质量。生物柴油作为一种环境友好，可持续发展的燃料，不仅实在国际范围还是国内都属于研究的初期阶段。科研人员们也都在为生物柴油的进一步发展做着大量研究。随着世界汽车等行业的急速发展，生物柴油在市场中的竞争力也在大幅度提高，政府也在不断加大对生物柴油产业的扶持力度。相信生物柴油会在未来有更好的发展空间与发展前景，为我们的环境友好型、生态友好型社会做出巨大贡献，
[参考文献]：
[1] 滕虎；牟英等，生物柴油研究进展[J]，生物工程学报，2010
[2] 吴伟光，生物柴油发展现状、影响与展望[J]，农业工程学报，2009
[3] 王常文，生物柴油的研究现状及发展前景[J]，中国油脂，2014
[4]沈珺珺，生物柴油研究进展[J]，中国生物工程杂志，2006，26（11）：87～90
[5]李龙，生物柴油的研究现状及发展趋势[J]，环境保护与资源循环
[6]贾虎森；徐亦农，生物柴油利用概况及其在中国的发展思路[J]，植物生态学报，2006，30（2）：221～230
[7]蔡樱英；江映翔等，我国生物柴油的现状分析[J]，云南化工，2008，2（35）1