地沟油的华丽转身

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  当如期听到播种机"轰……轰……"的启动声,我们压抑着一份喜悦;当播种机不出任何问题地行驶过我们所设定的试验路程后,我们的激动不需要描述。这一过程发生在中国农业机械化科学研究院北京农机实验站一场真机点燃实验。忐忑的是我们的试验对象来自实验室、来自地沟油变身后的生物柴油 。惊喜冲刷了一切的忐忑。原来地沟油真的可以变废为宝,原来经过实验室处理后的地沟油,真的可以作为燃料驱动真正的柴油机,能像石化柴油一样,发动汽车,让汽车跑起来。
  我们的试验对象来自北京师范大学化学实验教学中心。在真机试验前,我们探访了它产生的实验过程。在实验室里,最先看到的是有着异味、颜色浑浊的地沟油。经过科研工作人员的预处理,去除地沟油中的机械杂质胶质和水分,剩下一些脂肪酸和甘油三酯,而这两种元素正是制作生物柴油的元素。随后,碱性催化剂氢氧化钠与低碳醇发生酯交换反应,将得到的溶液干燥,分离出甲醛酯溶液从而获得生物柴油。经过“变身”的地沟油,无论从味道还是清洁度上都和最开始的地沟油有明显区别。
  北京化学会推荐专家,北京师范大学化学学院教授、博士生导师卢忠林有这样一番介绍:“地沟油由于其来源,会含有一些有毒物质,如重金属、细菌,是绝对不允许用于餐饮业的。生物柴油也不是什么新鲜事。早在1910,发明柴油发动机的工程师狄塞尔( Diesel,柴油,柴油发动机的英文名称)在巴黎博览会上就展示了花生油可以做柴油发动机燃料,这是最 早的生物柴油,但后来由于石化柴油的物美价廉,生物柴油的发展就被人们忘记了。直到1973年的能源危机和后来的环保运动和生态保护,生物柴油又被提到了议事日程。目前的生物柴油,化学成分是脂肪酸的低碳醇酯,主要是甲醇酯,它是通过植物油与低碳醇在催化剂作用下的酯交换反应制得,其燃烧性能接近石化柴油。但地沟油和植物油一样,由于其粘度大,燃点高,燃烧性能不好,不能直接做柴油发动机燃料。因此,地沟油要华丽转身,必须经过酯交换反应,这就是其中的奥秘。”
  既然讲到地沟油,在此重温一下地沟油的概念。地沟油可分为三类:一是狭义的地沟油, 即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜(通称泔水)经过简单加工、提炼出的油;二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油;三是用于油炸食品的油使用次数超过一定次数后,再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。
  地沟油含有毒素,流向江河会造成水体营养化;一旦食用,则会破坏白血球和消化道黏膜,引起食物中毒,甚至致癌。这也正是大家谈“地沟油” 色变的原因所在。
  地沟油的产生不可避免,那么,最大程度将地沟油利用起来,变废为宝,便是有了个好的去向,而不是大家所担心的再次流向餐桌。相信废物利用、变废为宝是最佳正解,也是科技发展的硬道理。
  地沟油是一种很复杂的有机物,其中含有各种烃的衍生物,绝大部分是可燃的,经过加工处理,提高热值和燃烧效率即可作为燃料使用。地沟油在经过加工之后,和我们日常中食用的食物油的化学成分是一样的,是一种脂肪酸的甘油酯,因为其性能和石化柴油差不多,得名生物柴油。生物柴油是生物质能的一种,它是生物質利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯;生物柴油也是含氧量极高的复杂有机成分的混合物,这些混合物主要是一些分子量大的有机物,几乎包括所有种类的含氧有机物,如:醚、醛、酮、酚、有机酸、醇等。
  至于从地沟油中提炼出生物柴油,转化率是多少?北京师范大学化学学院卢忠林教授同样给出解答:“在好的催化剂和工艺条件下,地沟油与生物柴油的转化率可达到90%以上。”
  相较石化柴油,生物柴油有着不可比拟的优点。(1)地沟油转化的生物柴油含氧,燃烧过程中不会积碳,而矿物油积碳,所以会冒黑烟;(2)生物柴油含硫量远远少于普通柴油,无论是对大气污染还是对车子腐蚀都会减少;(3)具有可再生性。
  地沟油制为生物柴油,这一切远不止步于实验验证;同时,因为这一路径的实现,也使得地沟油具有了新的利用空间,在未来绿色低碳发展中也将是燃料发展的重要方向。例如,地沟油已然成为航空燃料的新成员,中国石化将餐饮废油经过加氢处理后,与普通航油按照1∶1的比例调和成生物航油。该项技术经过长达5年的研发和安全监测:2009年,中国石化成功开发出具有自主知识产权的生物航油生产技术;2013年4月24日,中国石化1号生物航油在上海虹桥机场成功完成技术试飞;2014年2月12日,中国石化获得中国民航局颁发的生物航油适航许可证,可投入商业化应用;2015年3月21日,首次用于海南航空737-800型客机的商业载客飞行。这里也相应诞生了国内第一条地沟油转化为生物航油的生产线,技术工艺流程分三步:首先,使地沟油成为初步的生物柴油;其次,在高温高压条件下将生物柴油通过催化剂进行加氢处理,使生物柴油转变为多种有机物的混合物;最后,利用这些混合有机物沸点不同的特性,将其在分馏塔中分馏,最终得到包括航空煤油在内的多种产物。
  参考文献
  [1]高峰.航空燃料的新成员:“地沟油”航油[J].石油知识,2016(2):62
  1. 实验室场景1
  2. 实验室场景2
  3. 地沟油转化成的生物柴油能够驱动播种机
  推荐单位 / 北京化学会
  成果来源 / 北京师范大学化学实验教学中心
  科研代表 / 卢忠林
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