牛曉娟

（貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）

　　【摘要】能源危機(jī)是一個(gè)全球化的問題，開發(fā)新能源是我國新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要規(guī)劃。來源于動(dòng)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(dòng)力和燃燒等特性受到專家的關(guān)注。本文從生物柴油的生產(chǎn)原料、國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀、我國生物柴油的發(fā)展?fàn)顩r等方面進(jìn)行了綜述，并對我國生物柴油產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

　　一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源有著非常密切的關(guān)系，也是國家戰(zhàn)略安全保障基礎(chǔ)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(huì)枯竭。20世紀(jì)80年代后，石油的需求呈現(xiàn)出快速增加的趨勢，全世界能源短缺的問題愈發(fā)突出，開發(fā)新能源已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢，來源于動(dòng)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(dòng)力和燃燒特性得到了專家首肯(KalligerosS.etal，2003)。

　　1生物柴油的生產(chǎn)原料

　　各種油料作物是發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)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(huì)破壞農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。所以人們都開始尋找新的原料，主要集中在以下幾個(gè)方面：

　　（1）利用廉價(jià)的餐飲廢油、工業(yè)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(huán)境負(fù)擔(dān)，還能減少廢油重新進(jìn)入食用油系統(tǒng)，最重要的是能降低生產(chǎn)生物柴油的成本。萬禎等人采用自制復(fù)合固體酸催化劑對火鍋店餐飲廢油和甲醇的酯交換反應(yīng)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(jìn)行生物柴油的試驗(yàn)室制取試驗(yàn)，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)接近礦物柴油，符合美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用餐飲廢油制取生物柴油存在廢油脂供應(yīng)數(shù)量有限，成分復(fù)雜，轉(zhuǎn)化成生物柴油前期處理環(huán)節(jié)多、轉(zhuǎn)化成生物柴油工藝要求較高等缺點(diǎn)。

　　（2）大面積種植油料林木果實(shí)，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(diǎn)生物柴油原料林基地。研究表明，麻瘋樹種仁含油量達(dá)到50%(鄧志軍，2005)，且產(chǎn)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(dá)40％以上(劉玉環(huán)，2007)。且產(chǎn)量很高。用它們制備的生物柴油具有燃燒性能好，閃點(diǎn)好，污染小等優(yōu)點(diǎn)（薛勇等人，2004）。李宜海等人以麻瘋樹油為原料，根據(jù)小試中確定的工藝參數(shù)進(jìn)行中試試驗(yàn)，研究中試過程中的酯交換反應(yīng)特性和工藝條件，為實(shí)現(xiàn)麻瘋樹生物柴油的工業(yè)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(shù)，改變微藻細(xì)胞的生理結(jié)構(gòu)，制備出高產(chǎn)量、高含油量的工程微藻。美國國家可再生能源試驗(yàn)室(NREI)的研究人員通過現(xiàn)代生物技術(shù)構(gòu)建成的“工程微藻”，在試驗(yàn)室條件下可使脂質(zhì)含量增加到60%以上。清華大學(xué)繆曉玲等人利用異養(yǎng)轉(zhuǎn)化細(xì)胞工程技術(shù)獲得了高脂含量的異養(yǎng)小球藻細(xì)胞，其脂含量是自養(yǎng)藻細(xì)胞的4倍，并利用正己烷對油脂進(jìn)行成功提取。工程微藻法的優(yōu)點(diǎn)在于微藻生長周期短，生產(chǎn)能力強(qiáng)，油脂含量比陸生植物單產(chǎn)油脂高；生產(chǎn)的生物柴油可被微生物降解，不污染環(huán)境(李元廣等人，2009)。劣勢在于最初培養(yǎng)藻類時(shí)需要用到純凈CO2和有機(jī)物(乙酸鹽、葡萄糖等)，并且要求用化合物作為礦物營養(yǎng)的來源，成本較高。

　　（4）通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂。目前能夠用來生產(chǎn)微生物油脂的微生物主要有酵母菌、霉菌和細(xì)菌，其中以酵母菌和霉菌類的真核微生物居多。希臘學(xué)者報(bào)道利用深黃被孢霉(M.isabellina)在限定氮源的情況下進(jìn)行高濃度糖發(fā)酵（初始糖濃度達(dá)100g/L），油脂產(chǎn)量達(dá)到18.1g/L，顯示出很好的應(yīng)用前景（PapanikolaouS.etal，2004）。在國內(nèi)，中科院大連化物所試驗(yàn)室對10株酵母菌利用不同單糖為碳源條件下菌體內(nèi)積累油脂的能力進(jìn)行了初步考察，有4株產(chǎn)油酵母表現(xiàn)出對碳源利用的廣譜性，能轉(zhuǎn)化五碳糖木糖和阿拉伯糖并在菌體內(nèi)積累油脂（李永紅等人，2005）。

　　2世界各國對生物柴油的應(yīng)用

　　目前，世界各國，尤其是發(fā)達(dá)國家，都在致力于開發(fā)高效、無污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)。歐洲已成為全球生物柴油的主要生產(chǎn)地。

　　美國是最早研究生物柴油的國家，1983年美國科學(xué)家GrahamQuick首先將亞麻籽油甲酯用于發(fā)動(dòng)機(jī)，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(xué)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(dòng)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(guī)模使用大豆油生產(chǎn)生物柴油，1992年美國能源署及環(huán)保署都提出把生物柴油作為清潔燃料，進(jìn)行推廣應(yīng)用。據(jù)美國生物柴油協(xié)會(huì)調(diào)查，2008年1月，已有商業(yè)性生物柴油生產(chǎn)商171家，具有生產(chǎn)生物柴油22.4億加侖的能力。2009年美國生物柴油生產(chǎn)量占世界生物柴油的17.7％，預(yù)計(jì)2020年達(dá)到64.53億升（中國生物技術(shù)信息網(wǎng)）。

　　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(fèi)市場的主要組成部分之一。歐盟生物柴油生產(chǎn)目前主要集中在3個(gè)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(chǎn)國，2006年生物柴油生產(chǎn)量已達(dá)250萬t，預(yù)計(jì)2010年將達(dá)到500萬t以上。已經(jīng)制定的法規(guī)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(nèi)奔馳、寶馬、大眾和奧迪等汽車生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的柴油動(dòng)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(fā)領(lǐng)域的競爭，并結(jié)合本國實(shí)際情況制定了各自的發(fā)展戰(zhàn)略，在生物柴油研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。

　　巴西以自己的在農(nóng)業(yè)方面的優(yōu)勢，生物質(zhì)能源研究的進(jìn)展很快，尤其是乙醇燃料技術(shù)的推廣，在發(fā)展酒精燃料的基礎(chǔ)上，巴西近幾年加大了研發(fā)生物柴油的計(jì)劃。巴西政府于2004年12月6日公布了實(shí)施生物柴油的臨時(shí)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(chǎn)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(wǎng)）。

　　日本也是較早研究生物柴油的國家，日本是島國，盛產(chǎn)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(fèi)量為200萬t，產(chǎn)生的廢食用油達(dá)40萬t，為生產(chǎn)生物柴油提供了原料(張?bào)K，2009)。日本1995年開始研究用飯店剩余的煎炸油生產(chǎn)生物柴油，在1999年建立了259L/d用煎炸油為原料生產(chǎn)生物柴油的工業(yè)化試驗(yàn)裝置，可降低原料成本。目前日本生物柴油年產(chǎn)量可達(dá)40萬t。日本市民也都積極支持這一計(jì)劃，積極把廢棄油脂送往煎炸廢油回收站點(diǎn)，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(yīng)生物柴油的加油站政府實(shí)行補(bǔ)貼。

　　3我國生物柴油研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　國際上，生物柴油的研發(fā)及其生產(chǎn)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代末60年代初，于20世紀(jì)80年代以后迅速發(fā)展。相比之下，中國對生物柴油的基礎(chǔ)性研究起步較晚，1981年進(jìn)行了用菜籽油、棉籽油等生產(chǎn)生物柴油的試驗(yàn)研究，2001年，海南正和生物能源有限公司建成年產(chǎn)近1萬kt的生物柴油試驗(yàn)廠，油品經(jīng)石油化工科學(xué)研究院、中國環(huán)境科學(xué)研究院測試，主要指標(biāo)達(dá)到美國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，它成為我國生物柴油產(chǎn)業(yè)化的標(biāo)志（冀星等，2002），從2002年起，生物柴油產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展迅速，四川古衫油脂化學(xué)有限公司、福建省龍巖卓越新能源公司、武漢達(dá)瑞科技有限公司等在生物柴油的工藝生產(chǎn)技術(shù)方面都取得了一批成果。2006年，第一套生物酶法新工藝生產(chǎn)生物柴油的工業(yè)化裝置在湖南益陽海納百川生物有限公司正式投產(chǎn)，以廢棄油脂為原料，使用清華大學(xué)研發(fā)的脂肪酶轉(zhuǎn)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(chǎn)新工藝的又一進(jìn)步。

　　2005年我國生物柴油生產(chǎn)能力約為8.5萬t，2006年有40多家工廠投入生產(chǎn)，2007年，中國推出生物柴油的各項(xiàng)具體發(fā)展規(guī)劃，如生物產(chǎn)業(yè)、能源、原料林等發(fā)展規(guī)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(chǎn)量達(dá)到千萬噸級，這將對國家能源安全做出重大貢獻(xiàn)。

　　4我國生物柴油產(chǎn)業(yè)化前景

　　雖然有些人認(rèn)為隨著石油價(jià)格上漲，經(jīng)濟(jì)放緩，世界對石油需求也因而減少。這個(gè)說法對發(fā)達(dá)國家或許有些準(zhǔn)確，但是對于中、印這兩個(gè)剛崛起的超級發(fā)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(jīng)濟(jì)水平將進(jìn)一步提高，對能源的需求也會(huì)有增無減，國際能源署估計(jì)中國從現(xiàn)在至2015年，能源的需求增長率是每年4%左右，中國“十五”計(jì)劃發(fā)展綱要也提出發(fā)展各種石油替代品，將發(fā)展生物液體燃料確定為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，生物柴油產(chǎn)業(yè)得到了國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)和國家計(jì)委、國家經(jīng)貿(mào)委、科技部等政府部門的支持，并已列入有關(guān)國家計(jì)劃，這些都表明我國生物柴油的發(fā)展前景是很令人期待的。