上海交通大学：《生物技术与人类》通识课程教学资源（小论文）新能源的希望——生物柴油.pdf_大学文库

新能源的希望一生物柴油糜贞洁 (上海交通大学材料科学与工程学院，上海200240) 摘要：生物柴油是一种可再生的车用燃料，由脂肪酸甲酯组成，通常由植物油和动物脂肪的酯交换反应产生。在原料的选取范围方面内存在相当多的选取空间：例如椰子、棕榈和牛油就含有大量饱和脂肪酸；而玉米、油菜、红花、大豆和向日葵以不饱和脂肪酸为主。山2) 在一些国家，生物柴油的相关项目己经实施，以减少对化石燃料的依赖和对环境的损害（其中较为重要的一点就是减缓全球气候变化）。目前全球生物柴油产量来自不同的脂肪原料，每年达到约60亿升，占整个生物燃料产量的10%。尽管如此，在很多情况下，生物柴油生产和使用的实际优势还没有得到明确评估。山，) 本文通过追溯生物柴油的制备，成分与性能，对其在未来的应用做出分析。关键词：生物柴油，生物技术，能源，未来资源 The Hope of New Energy-Biodiesel Zhenjie Mi (School of Material Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China) Abstract:Biodiesel is a renewable fuel consisting of fatty acid methyl esters, usually produced by transesterification of vegetable oils and animal fats.There is a large range from which the raw materials can select from:for example,coconut,palm,and tallow contain a lot of saturated fatty acids,while corn,rapeseed,safflower,soy and sunflower are consisted mainly of unsaturated fatty acids. In some countries,biodiesel related projects have been implemented to reduce the reliance on fossil fuels,the damage to the environment,and of course to slow down the global climate change.At present,the world's biodiesel output comes from different raw materials.The total production has reached about 6 billion liters per year,accounting for 10%of the total biofuel production.Nevertheless,in many cases,the actual advantages of biodiesel production and use have not been clearly assessed.This article reviews the preparation,composition and properties of biodiesel and analyzes its application in the future Key Words:Biodiesel,Biotechnology,Energy,Future resources

新能源的希望—生物柴油糜贞洁（上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240）摘要：生物柴油是一种可再生的车用燃料，由脂肪酸甲酯组成，通常由植物油和动物脂肪的酯交换反应产生。在原料的选取范围方面内存在相当多的选取空间：例如椰子、棕榈和牛油就含有大量饱和脂肪酸；而玉米、油菜、红花、大豆和向日葵以不饱和脂肪酸为主。[1, 2] 在一些国家，生物柴油的相关项目已经实施，以减少对化石燃料的依赖和对环境的损害(其中较为重要的一点就是减缓全球气候变化)。目前全球生物柴油产量来自不同的脂肪原料，每年达到约 60 亿升，占整个生物燃料产量的 10％。尽管如此，在很多情况下，生物柴油生产和使用的实际优势还没有得到明确评估。[1, 2] 本文通过追溯生物柴油的制备，成分与性能，对其在未来的应用做出分析。关键词：生物柴油，生物技术，能源，未来资源 The Hope of New Energy-Biodiesel Zhenjie Mi (School of Material Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract: Biodiesel is a renewable fuel consisting of fatty acid methyl esters, usually produced by transesterification of vegetable oils and animal fats. There is a large range from which the raw materials can select from: for example, coconut, palm, and tallow contain a lot of saturated fatty acids, while corn, rapeseed, safflower, soy and sunflower are consisted mainly of unsaturated fatty acids. In some countries, biodiesel related projects have been implemented to reduce the reliance on fossil fuels, the damage to the environment, and of course to slow down the global climate change. At present, the world’s biodiesel output comes from different raw materials. The total production has reached about 6 billion liters per year, accounting for 10% of the total biofuel production. Nevertheless, in many cases, the actual advantages of biodiesel production and use have not been clearly assessed. This article reviews the preparation, composition and properties of biodiesel and analyzes its application in the future. Key Words: Biodiesel, Biotechnology, Energy, Future resources

1.背景介绍液态生物燃料，主要是由甘蔗，玉米和其他谷物生产的生物乙醇以及油料作物生产的生物柴油，目前约占全球运输燃料的1.6%。即使考虑到生物能源的实际影响与一些限制，全球科学家们对运输用生物燃料的兴趣也在不断增长，特别是在欧洲，巴西，北美和亚洲。事实上，如今生物燃料的研发与使用表现出显著的扩张趋势。科学家们预测，生物燃料的使用量在2030年可达到公路运输燃料总量的约7%。生物燃料生产发展的主要驱动力还是传统能源的日益枯竭以及环境保护的需要。这使得开发新的可再生的，环保的，又可满足汽车工业发展需要的清洁油料能源成为了大势所趋。生物柴油是以植物或动物及其产物为原料制成的可再生能源，可以作为优质的石油柴油代用品)，在我国具有的巨大潜力。发展生物柴油将对保障石油安全、保护环境生态、促进农业和制造业发展、提高农民收入，产生相当重要的作用4。 2.生物柴油的定义生物柴油被ASTM定义为由来自植物油或动物脂肪的长链脂肪酸的单烷基酯组成的燃料山。简而言之，生物柴油是植物柴油与动物柴油的总称，主要成分是脂肪酸甲酯(FAME),是以可再生资源（如油菜籽油、大豆油、玉米油、棉籽油、花生油、葵花子油、棕榈油、椰子油、回收烹饪油及动物油等)为原料而制成，具备与石油柴油相近的性能)。用于生产生物柴油的植物和动物来源的原料被称为三酰基甘油酯(TAG),或者更简单地称为甘油三酯。生物柴油通过被称为酯交换的化学过程生产，甘油三酯在催化剂催化下与醇反应生成脂肪酸烷基酯。酯交换的副产物是甘油，也称为甘油。由于用于生产生物柴油的最常见酒精是甲醇，生物柴油的另一个名称是脂肪酸甲酯(FAME)[1

1. 背景介绍液态生物燃料，主要是由甘蔗，玉米和其他谷物生产的生物乙醇以及油料作物生产的生物柴油，目前约占全球运输燃料的 1.6％ [2]。即使考虑到生物能源的实际影响与一些限制，全球科学家们对运输用生物燃料的兴趣也在不断增长，特别是在欧洲，巴西，北美和亚洲。事实上，如今生物燃料的研发与使用表现出显著的扩张趋势。科学家们预测，生物燃料的使用量在 2030 年可达到公路运输燃料总量的约 7％。生物燃料生产发展的主要驱动力还是传统能源的日益枯竭以及环境保护的需要。这使得开发新的可再生的, 环保的，又可满足汽车工业发展需要的清洁油料能源成为了大势所趋。生物柴油是以植物或动物及其产物为原料制成的可再生能源, 可以作为优质的石油柴油代用品[3]，在我国具有的巨大潜力。发展生物柴油将对保障石油安全、保护环境生态、促进农业和制造业发展、提高农民收入, 产生相当重要的作用[4]。 2. 生物柴油的定义生物柴油被 ASTM 定义为“由来自植物油或动物脂肪的长链脂肪酸的单烷基酯组成的燃料[1]。简而言之，生物柴油是植物柴油与动物柴油的总称, 主要成分是脂肪酸甲酯（FAME）, 是以可再生资源(如油菜籽油、大豆油、玉米油、棉籽油、花生油、葵花子油、棕榈油、椰子油、回收烹饪油及动物油等)为原料而制成, 具备与石油柴油相近的性能[3]。用于生产生物柴油的植物和动物来源的原料被称为三酰基甘油酯（TAG），或者更简单地称为甘油三酯。生物柴油通过被称为酯交换的化学过程生产，甘油三酯在催化剂催化下与醇反应生成脂肪酸烷基酯。酯交换的副产物是甘油，也称为甘油。由于用于生产生物柴油的最常见酒精是甲醇，生物柴油的另一个名称是脂肪酸甲酯（FAME）[1,5]

3.生物柴油的性质与优点将燃料生物柴油替代石油用于生产运输燃料，这被认为是相较于其他替代能源相比而言最好的替代品。为了用作运输燃料，生物柴油被混合并命名为B5、B10、 B20或B100,其中5、10,20和100代表了生物柴油在石油柴油中的百分比)。生物柴油是一种具有长链脂肪酸的甲基酯类混合物，由各种来源的植物油、动物脂肪和废弃食用油制成。用生物柴油替代普通的从石油中提炼而来的柴油主要有以下几处性质与优势： 3.1物理化学性质生物柴油基本不含硫和芳烃，十六烷值高达52.9，可被生物降解、无毒而且对环境无害。它的高含氧CN值十分有利于压燃机的正常燃烧从而降低尾气有害物质排放，所以被称为低污染燃料。] 与柴油相比，生物柴油有较好的发动机低温启动性能，无添加剂时冷凝点达 -20℃，因此也有有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸和连杆的磨损率，延长其使用寿命。而生物柴油闪点高的特性又使其有较好的安全性能（生物柴油的闪点值远高于美国(93℃)和欧洲(101℃)标准的最低标准四。)，储存、使用、运输都非常安全，不在危险品之列。从其分子构成可知生物柴油还有含氧量高，十六烷值高的性质，故燃烧性能也优于普通柴油：可生物降解，燃烧时也没有硫散发，对土壤和水的污染较少。可减少酸雨发生。当然最后也是最重要的一点就是生物柴油具有可再生性，是一种可再生能源，资源不会枯竭。 3.2尾气排放物较为环保美国科学家发现：燃烧产生的尾气中CO、HCV、芳香烃、SO2及炭粒的量随燃料中的生物柴油含量增加而减少)。使用生物柴油作为柴油汽车的替代燃料后，与普通柴油相比，汽车尾气中有毒有机物排放量仅为10%、颗粒物为20%、SO2排放量为70%、C0排放量为10%，排放指标可满足欧洲Ⅱ和Ⅲ排放标准。纯生物柴油C02排放量比柴油减少78.45%，若使用生物柴油，则每年可减少一千多吨 CO2排放，可以大大缓解温室效应的加剧B,4鬥

3. 生物柴油的性质与优点将燃料生物柴油替代石油用于生产运输燃料，这被认为是相较于其他替代能源相比而言最好的替代品。为了用作运输燃料，生物柴油被混合并命名为 B5、B10、 B20 或 B100，其中 5、10, 20 和 100 代表了生物柴油在石油柴油中的百分比[5]。生物柴油是一种具有长链脂肪酸的甲基酯类混合物，由各种来源的植物油、动物脂肪和废弃食用油制成。用生物柴油替代普通的从石油中提炼而来的柴油主要有以下几处性质与优势： 3.1 物理化学性质生物柴油基本不含硫和芳烃，十六烷值高达 52.9 , 可被生物降解、无毒而且对环境无害。它的高含氧 CN 值十分有利于压燃机的正常燃烧从而降低尾气有害物质排放, 所以被称为低污染燃料。[3] 与柴油相比，生物柴油有较好的发动机低温启动性能，无添加剂时冷凝点达 -20℃，因此也有有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸和连杆的磨损率，延长其使用寿命。而生物柴油闪点高的特性又使其有较好的安全性能（生物柴油的闪点值远高于美国（93℃）和欧洲（101℃）标准的最低标准 [1] 。），储存、使用、运输都非常安全, 不在危险品之列。从其分子构成可知生物柴油还有含氧量高，十六烷值高的性质，故燃烧性能也优于普通柴油；可生物降解，燃烧时也没有硫散发，对土壤和水的污染较少。可减少酸雨发生。当然最后也是最重要的一点就是生物柴油具有可再生性，是一种可再生能源，资源不会枯竭。 3.2 尾气排放物较为环保美国科学家发现：燃烧产生的尾气中 CO、HCV、芳香烃、SO2 及炭粒的量随燃料中的生物柴油含量增加而减少[3]。使用生物柴油作为柴油汽车的替代燃料后, 与普通柴油相比，汽车尾气中有毒有机物排放量仅为 10%、颗粒物为 20%、SO2 排放量为 70%、CO 排放量为 10%，排放指标可满足欧洲Ⅱ和Ⅲ排放标准。纯生物柴油 CO2 排放量比柴油减少 78.45 %，若使用生物柴油，则每年可减少一千多吨 CO2 排放，可以大大缓解温室效应的加剧[3,4]

3.3高能量转化率以每生产1M厅燃料的总能耗和效率表示。生物柴油与石油柴油总能耗及效率基本相近。但生物柴油的石油消耗仅为0.311MJ,远低于柴油。而且榨油植物生长过程中大部分能量来自太阳能。若植物油酯交换过程采用可再生的乙醇，石油消耗还可下降]。而在实际生产生物柴油的过程中，每消耗1单位的能量就能获得 3.2单位的能量，在所有的替代能源中它的单位热值是最高的4。 3.4燃烧排放物对人体健康影响较小由于生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。美国研究人员通过有害气体对人的体重、食欲、死亡率、血液、神经、肺部、眼睛及DNA等方面的影响得到结论：生物柴油的燃烧尾气对人体没有明显副作用。检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低 94%的患癌率6。 4.生物柴油存在的限制生物柴油的发展也导致了另一个急需解决的问题的出现一一生物柴油的生产会导致大量废水的产生。生物柴油废水是一种不透明的白色粘性液体，具有高pH、高浓度的己烷萃取油、低氮和磷。这使得该废水难以降解，因为这些条件使其不利于微生物的生长。Suehara等人的研究发现生物柴油废水的主要组分是剩余油，因此，将生物柴油废水排放到公共排水系统中可能会造成污水的堵塞，也会影响正常污水处理的生物活性。此外，科学家还发现生物柴油废水含有水、甘油、肥皂、甲醇、催化剂和部分甲酯的，这些皂、甘油、甲醇都不能通过单一的方式有效地得到处理，使得生物柴油废水的处理成为一个难题。 5.结论生物柴油虽然有很多优点，但是也有其限制因素。用其完全取代化石燃料目前而言并不可能实现。但是，生物柴油长期上有助于限制温室气体排放量的增长，并在引领当前以石油为基本能源的社会向更可持续发展方式的过渡过程中起着至

3.3 高能量转化率以每生产 1 MJ 燃料的总能耗和效率表示。生物柴油与石油柴油总能耗及效率基本相近。但生物柴油的石油消耗仅为 0.311MJ，远低于柴油。而且榨油植物生长过程中大部分能量来自太阳能。若植物油酯交换过程采用可再生的乙醇，石油消耗还可下降[3]。而在实际生产生物柴油的过程中，每消耗 1 单位的能量就能获得 3.2 单位的能量，在所有的替代能源中它的单位热值是最高的[4] 。 3.4 燃烧排放物对人体健康影响较小由于生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃, 因而废气对人体损害低于柴油。美国研究人员通过有害气体对人的体重、食欲、死亡率、血液、神经、肺部、眼睛及 DNA 等方面的影响得到结论：生物柴油的燃烧尾气对人体没有明显副作用。检测表明, 与普通柴油相比, 使用生物柴油可降低 90 %的空气毒性, 降低 94 %的患癌率[6]。 4. 生物柴油存在的限制生物柴油的发展也导致了另一个急需解决的问题的出现——生物柴油的生产会导致大量废水的产生。生物柴油废水是一种不透明的白色粘性液体，具有高 pH、高浓度的己烷萃取油、低氮和磷。这使得该废水难以降解，因为这些条件使其不利于微生物的生长。Suehara 等人的研究[7]发现生物柴油废水的主要组分是剩余油，因此，将生物柴油废水排放到公共排水系统中可能会造成污水的堵塞，也会影响正常污水处理的生物活性。此外，科学家还发现生物柴油废水含有水、甘油、肥皂、甲醇、催化剂和部分甲酯[5]，这些皂、甘油、甲醇都不能通过单一的方式有效地得到处理，使得生物柴油废水的处理成为一个难题。 5. 结论生物柴油虽然有很多优点，但是也有其限制因素。用其完全取代化石燃料目前而言并不可能实现。但是，生物柴油长期上有助于限制温室气体排放量的增长，并在引领当前以石油为基本能源的社会向更可持续发展方式的过渡过程中起着至