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牛曉娟
（貴州師范大學生命科學學院）
【摘要】能源危機是一個全球化的問題，開發新能源是我國新興產業發展戰略的一項重要規劃。來源于動植物油脂的生物柴油具有易于被生物降解、可再生以及類似于石化柴油的動力和燃燒等特性受到專家的關注。本文從生物柴油的生產原料、國內外應用現狀、我國生物柴油的發展狀況等方面進行了綜述，并對我國生物柴油產業化的發展前景進行了展望。
一個國家的經濟發展與能源有著非常密切的關系，也是國家戰略安全保障基礎之一。目前世界能源主要依賴于石油、煤炭和天然氣等不可再生資源，這些能源遲早會枯竭。20世紀80年代后，石油的需求呈現出快速增加的趨勢，全世界能源短缺的問題愈發突出，開發新能源已經成為經濟發展的必然趨勢，來源于動植物油脂的生物柴油(脂肪酸甲酯)以其易于生物降解、可再生以及類似于石化柴油的動力和燃燒特性得到了專家首肯(KalligerosS.etal，2003)。
1生物柴油的生產原料
各種油料作物是發展生物柴油產業的原料，如美國的大豆、歐洲的菜籽、巴西的蓖麻籽、東南亞的棕櫚，但是大量種植油料作物會破壞農業產業結構。所以人們都開始尋找新的原料，主要集中在以下幾個方面：
（1）利用廉價的餐飲廢油、工業廢棄的油脂等制取生物柴油。不僅可以緩解廢油脂所帶來的環境負擔，還能減少廢油重新進入食用油系統，最重要的是能降低生產生物柴油的成本。萬禎等人采用自制復合固體酸催化劑對火鍋店餐飲廢油和甲醇的酯交換反應制取生物柴油。符太軍等人以地溝油為原料，硫酸為催化劑，采用脂交換法進行生物柴油的試驗室制取試驗，所得產品性能指標接近礦物柴油，符合美國相關標準。應用餐飲廢油制取生物柴油存在廢油脂供應數量有限，成分復雜，轉化成生物柴油前期處理環節多、轉化成生物柴油工藝要求較高等缺點。
（2）大面積種植油料林木果實，如麻瘋樹，烏桕、黃連木。我國的云南，四川，貴州等地建立了全國重點生物柴油原料林基地。研究表明，麻瘋樹種仁含油量達到50%(鄧志軍，2005)，且產量很高。烏桕是我國特有的木本油料樹種，種子的出油率高達40％以上(劉玉環，2007)。且產量很高。用它們制備的生物柴油具有燃燒性能好，閃點好，污染小等優點（薛勇等人，2004）。李宜海等人以麻瘋樹油為原料，根據小試中確定的工藝參數進行中試試驗，研究中試過程中的酯交換反應特性和工藝條件，為實現麻瘋樹生物柴油的工業化提供了參考。
（3）工程微藻法。工程微藻法就是通過基因工程技術，改變微藻細胞的生理結構，制備出高產量、高含油量的工程微藻。美國國家可再生能源試驗室(NREI)的研究人員通過現代生物技術構建成的“工程微藻”，在試驗室條件下可使脂質含量增加到60%以上。清華大學繆曉玲等人利用異養轉化細胞工程技術獲得了高脂含量的異養小球藻細胞，其脂含量是自養藻細胞的4倍，并利用正己烷對油脂進行成功提取。工程微藻法的優點在于微藻生長周期短，生產能力強，油脂含量比陸生植物單產油脂高；生產的生物柴油可被微生物降解，不污染環境(李元廣等人，2009)。劣勢在于最初培養藻類時需要用到純凈CO2和有機物(乙酸鹽、葡萄糖等)，并且要求用化合物作為礦物營養的來源，成本較高。
（4）通過微生物發酵生產微生物油脂。目前能夠用來生產微生物油脂的微生物主要有酵母菌、霉菌和細菌，其中以酵母菌和霉菌類的真核微生物居多。希臘學者報道利用深黃被孢霉(M.isabellina)在限定氮源的情況下進行高濃度糖發酵（初始糖濃度達100g/L），油脂產量達到18.1g/L，顯示出很好的應用前景（PapanikolaouS.etal，2004）。在國內，中科院大連化物所試驗室對10株酵母菌利用不同單糖為碳源條件下菌體內積累油脂的能力進行了初步考察，有4株產油酵母表現出對碳源利用的廣譜性，能轉化五碳糖木糖和阿拉伯糖并在菌體內積累油脂（李永紅等人，2005）。
2世界各國對生物柴油的應用
目前，世界各國，尤其是發達國家，都在致力于開發高效、無污染的生物質能利用技術。歐洲已成為全球生物柴油的主要生產地。
美國是最早研究生物柴油的國家，1983年美國科學家GrahamQuick首先將亞麻籽油甲酯用于發動機，燃燒了1000h，并將可再生的脂肪酸單酯定義為生物柴油。
1984年美國和德國等國的科學家研究了脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采用來自動物或植物的脂肪酸單酯代替柴油燃燒。1990年，美國開始以小規模使用大豆油生產生物柴油，1992年美國能源署及環保署都提出把生物柴油作為清潔燃料，進行推廣應用。據美國生物柴油協會調查，2008年1月，已有商業性生物柴油生產商171家，具有生產生物柴油22.4億加侖的能力。2009年美國生物柴油生產量占世界生物柴油的17.7％，預計2020年達到64.53億升（中國生物技術信息網）。
歐盟一直是生物柴油研究和推廣的主要地，并且成為歐盟油菜籽消費市場的主要組成部分之一。歐盟生物柴油生產目前主要集中在3個成員國，即德國、法國和意大利。1988年，德國聶爾公司以菜籽油為原料制備生物柴油的研制獲得成功。到目前為止，德國已成為世界上最大的生物柴油生產國，2006年生物柴油生產量已達250萬t，預計2010年將達到500萬t以上。已經制定的法規要求所有出售的石化柴油中至少含5％的生物柴油。德國國內奔馳、寶馬、大眾和奧迪等汽車生產廠家生產的柴油動力汽車均可以使用生物柴油。法國、意大利、丹麥等歐洲國家也都參與生物柴油研發領域的競爭，并結合本國實際情況制定了各自的發展戰略，在生物柴油研究開發和產業化方面取得了相當大的進展。
巴西以自己的在農業方面的優勢，生物質能源研究的進展很快，尤其是乙醇燃料技術的推廣，在發展酒精燃料的基礎上，巴西近幾年加大了研發生物柴油的計劃。巴西政府于2004年12月6日公布了實施生物柴油的臨時法令，宣布巴西于2007年開始必須在礦物柴油中摻加2%的生物柴油，到2012年增加到5%。巴西生產生物柴油的主要原料是蓖麻油、棕櫚油、大豆油、棉籽油、葵花籽油和玉米油等（中國生物柴油信息網）。
日本也是較早研究生物柴油的國家，日本是島國，盛產魚蝦，日本人民喜歡煎炸魚蝦等食品。日本每年的食用油消費量為200萬t，產生的廢食用油達40萬t，為生產生物柴油提供了原料(張驥，2009)。日本1995年開始研究用飯店剩余的煎炸油生產生物柴油，在1999年建立了259L/d用煎炸油為原料生產生物柴油的工業化試驗裝置，可降低原料成本。目前日本生物柴油年產量可達40萬t。日本市民也都積極支持這一計劃，積極把廢棄油脂送往煎炸廢油回收站點，同歐洲國家一樣，日本也對生物柴油采取零稅率的政策，并對制造生物柴油的工廠予以免稅，對供應生物柴油的加油站政府實行補貼。
3我國生物柴油研究及應用現狀
國際上，生物柴油的研發及其生產技術的研究始于20世紀50年代末60年代初，于20世紀80年代以后迅速發展。相比之下，中國對生物柴油的基礎性研究起步較晚，1981年進行了用菜籽油、棉籽油等生產生物柴油的試驗研究，2001年，海南正和生物能源有限公司建成年產近1萬kt的生物柴油試驗廠，油品經石油化工科學研究院、中國環境科學研究院測試，主要指標達到美國生物柴油標準，它成為我國生物柴油產業化的標志（冀星等，2002），從2002年起，生物柴油產業在我國發展迅速，四川古衫油脂化學有限公司、福建省龍巖卓越新能源公司、武漢達瑞科技有限公司等在生物柴油的工藝生產技術方面都取得了一批成果。2006年，第一套生物酶法新工藝生產生物柴油的工業化裝置在湖南益陽海納百川生物有限公司正式投產，以廢棄油脂為原料，使用清華大學研發的脂肪酶轉化可再生油脂合成生物柴油的新工藝，這是我國生物柴油生產新工藝的又一進步。
2005年我國生物柴油生產能力約為8.5萬t，2006年有40多家工廠投入生產，2007年，中國推出生物柴油的各項具體發展規劃，如生物產業、能源、原料林等發展規劃，這些舉措將加速生物柴油的市場化。至2010年，我國生物柴油產量達到千萬噸級，這將對國家能源安全做出重大貢獻。
4我國生物柴油產業化前景
雖然有些人認為隨著石油價格上漲，經濟放緩，世界對石油需求也因而減少。這個說法對發達國家或許有些準確，但是對于中、印這兩個剛崛起的超級發展中國家來說，對能源的需求是多多益善的，在中國加入WTO的大好形勢下，中國的經濟水平將進一步提高，對能源的需求也會有增無減，國際能源署估計中國從現在至2015年，能源的需求增長率是每年4%左右，中國“十五”計劃發展綱要也提出發展各種石油替代品，將發展生物液體燃料確定為國家產業發展方向，生物柴油產業得到了國務院領導和國家計委、國家經貿委、科技部等政府部門的支持，并已列入有關國家計劃，這些都表明我國生物柴油的發展前景是很令人期待的。 |
