上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：BI913班级号：℉1303009 姓名： 陈奕新 学号：5130309309专业：电子信息与电气工程学院 课程小论文 题目编号 8 得分 序号 选题 1 生物技术的由来与发展 2 基因工程与农业革命 3 “黄金水稻”所引发的故事 4 “绿色革命”与农业基因工程 5 转基因食品安全吗？ 6 舌尖上的生物技术 7 功能食品与生物技术 8 新能源的希望-生物柴油 9 化解能源危机的微生物 10 “白色革命”与生物技术 11 改变环境的基因科学 12 “红色革命”与基因工程 13 非典型战争一生物战与基因武器 14 抗生素与耐药菌 15 转基因的影响 6 基因的伦理 17 试管婴儿的是与非 18 转基因与生物多样性 19 人类基因与专利 20 自选题目（限在粮食或视频、能源或人类健康领域）
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程号： BI913 班级号： F1303009 姓名： 陈奕新 学号： 5130309309 专业： 电子信息与电气工程学院 课程小论文 题目编号 8 得分 序号 选题 1 生物技术的由来与发展 2 基因工程与农业革命 3 “黄金水稻”所引发的故事 4 “绿色革命”与农业基因工程 5 转基因食品安全吗？ 6 舌尖上的生物技术 7 功能食品与生物技术 8 新能源的希望-生物柴油 9 化解能源危机的微生物 10 “白色革命”与生物技术 11 改变环境的基因科学 12 “红色革命”与基因工程 13 非典型战争—生物战与基因武器 14 抗生素与耐药菌 15 转基因的影响 16 基因的伦理 17 试管婴儿的是与非 18 转基因与生物多样性 19 人类基因与专利 20 自选题目（限在粮食或视频、能源或人类健康领域）
新能源的希望-生物柴油 陈奕新5130309309 摘要：化石燃料是当前人类使用的主要能源，但其日益消耗殆尽，同时造成了严 重的温室效应和环境污染问题。生物柴油是一种优良的可再生新能源，在世界各 国的能源计划中都占有重要地位。本文综述了生物柴油世界主要国家中的发展现 状及其研发动态，分析研究了生物柴油的生产原料和生产技术，并且对中国发展 生物柴油的现状和未来进行了分析。 关键词：能源；生物柴油：原油：生产技术 The hope of new energy-Biodiesels Abstract:Fossil fuels is the dominating energy used by human beings.But it caused serious environmental pollution and the greenhouse effect and died out gradually.Biodiesels is a kind of excellent and renewable energy, which plays an important part in many countries'energy plan.This essay illustrate the essence and development of biodiesels in large countries in the world,discusses the raw material and production technology of biodiesels,and analyses the essence and future of China developing biodiesels. Key word:energy;biodiesels;crude oil;production technology
新能源的希望-生物柴油 陈奕新 5130309309 摘 要：化石燃料是当前人类使用的主要能源，但其日益消耗殆尽，同时造成了严 重的温室效应和环境污染问题。生物柴油是一种优良的可再生新能源，在世界各 国的能源计划中都占有重要地位。本文综述了生物柴油世界主要国家中的发展现 状及其研发动态，分析研究了生物柴油的生产原料和生产技术，并且对中国发展 生物柴油的现状和未来进行了分析。 关键词：能源；生物柴油；原油；生产技术 The hope of new energy-Biodiesels Abstract: Fossil fuels is the dominating energy used by human beings. But it caused serious environmental pollution and the greenhouse effect and died out gradually. Biodiesels is a kind of excellent and renewable energy, which plays an important part in many countries’ energy plan. This essay illustrate the essence and development of biodiesels in large countries in the world, discusses the raw material and production technology of biodiesels, and analyses the essence and future of China developing biodiesels. Key word: energy; biodiesels; crude oil; production technology
1.国内外概况 生物柴油是指由动植物油脂（脂肪酸甘油三酯）与醇（甲醇或乙醇）经酯交 换反应得到的脂肪酸单烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯。与传统的石化能源相比， 其硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、具有良好的润滑性，可部分添加到化 石柴油中。 生物柴油是一种安全、清洁、高效的生物燃料是典型的“绿色能源”，因而 成为石化燃料的替代品。随着环境保护和石油资源枯竭两大难题越来越被关注， 生物柴油己成为新能源研制和开发的热点，近年来发展极为迅速。 1.1.美洲地区 美国是最早研究应用生物柴油的国家，1980年美国制定了国家能源政策，明 确提出以生物柴油替代石化柴油战略，目的在于促进本国可再生能源应用。1990 年，美国制定空气清洁法案，要求降低柴油燃料里硫含量和废气排放量，从而促 进生物柴油投入商业应用（美国通过机动车排放立法控制尾气污染，2004）。据 2004年美国国家生物柴油委员会(National biodiesel board NBB)统计，美国 现有已投产或正在建设中的商业化生物柴油厂22家，另据美国政府商品信用组织 生物能源组(US Government Commodity Credit Corporation(CCC)Bioenergy Program)报告，2003年美国生产生物柴油6x10^7kg(B100),较2002年产量 (3X10^7kg)增长了一倍。 巴西是最早掌握生物柴油技术的国家，由Expedito Parente教授于l980 年研究成功。随后，巴西政府推出“生物柴油计划”，年产量曾一度达到5x10^8kg 雌，但因生产成本过高，市场需求不旺，年产减少到1x108kg。2003年7月，巴 西政府重新启动“生物柴油计划”，巴西科技部计划生物柴油在2020年至少要占 到市场份额的20%，目前一个日最大生产5.6x10^6kg的生物柴油治炼厂已经在北 大河州的Mossoro投入运营 目日前，加拿大国内生物柴油开发技术已非常成熟(Biodiesel Association of Canada,2004)。Ocean Nutrition(位于Nova Scotia),Milligan Bio Tech(位于 Foam Lake,Saskatchewan)和Rothsay Pilot(位于Montreal)公司都在生产生物
1. 国内外概况 生物柴油是指由动植物油脂（脂肪酸甘油三酯）与醇（甲醇或乙醇）经酯交 换反应得到的脂肪酸单烷基酯 ，最典型的是脂肪酸甲酯。与传统的石化能源相比， 其硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、具有良好的润滑性，可部分添加到化 石柴油中。 生物柴油是一种安全、清洁、高效的生物燃料是典型的“绿色能源”，因而 成为石化燃料的替代品。随着环境保护和石油资源枯竭两大难题越来越被关注， 生物柴油已成为新能源研制和开发的热点，近年来发展极为迅速。 1.1. 美洲地区 美国是最早研究应用生物柴油的国家，1980 年美国制定了国家能源政策，明 确提出以生物柴油替代石化柴油战略，目的在于促进本国可再生能源应用。1990 年，美国制定空气清洁法案，要求降低柴油燃料里硫含量和废气排放量，从而促 进生物柴油投入商业应用（美国通过机动车排放立法控制尾气污染，2004）。据 2004 年美国国家生物柴油委员会（National biodiesel board NBB）统计，美国 现有已投产或正在建设中的商业化生物柴油厂 22 家，另据美国政府商品信用组织 生物能源组（US Government Commodity Credit Corporation (CCC) Bioenergy Program）报告，2003 年美国生产生物柴油 6x10^7 kg (B100)，较 2002 年产量 (3X10^7kg)增长了一倍。 巴西是最早掌握生物柴油技术的国家，由 Expedito Parente 教授于 1980 年研究成功。随后，巴西政府推出“生物柴油计划”，年产量曾一度达到 5x10^8kg 雌，但因生产成本过高，市场需求不旺，年产减少到 1x10^8kg。2003 年 7 月，巴 西政府重新启动“生物柴油计划”，巴西科技部计划生物柴油在 2020 年至少要占 到市场份额的 20%，目前一个日最大生产 5.6x10^6kg 的生物柴油冶炼厂已经在北 大河州的 Mossoro 投入运营. 目前，加拿大国内生物柴油开发技术已非常成熟(Biodiesel Association of Canada, 2004)。Ocean Nutrition(位于 Nova Scotia),Milligan Bio Tech(位于 Foam Lake, Saskatchewan)和 Rothsay Pilot(位于 Montreal)公司都在生产生物
柴油，总产约1.5x10^7kg,主要是自产自用。Biox公司采用Toronto大学开发的 工艺，于2004年在Hami1ton0 ntario开发建设年产6xl0^7。 1.2.欧洲地区 欧洲是目前世界上生物柴油生产及使用的主要地区，2003年世界生物柴油总 产量的一半以上就集中在欧洲，而这其中又以德国、法国、意大利和捷克为主， 分别占到总生产量的50%，22%，18%和5%。 德国对生物柴油研究应用十分突出，1998年，德国的生物柴油产量还只有微 不足道的5X10^7kg,到2003年，德国就已有24个生物柴油生产厂，生产1.15X 10ˆ9kg,成为世界最大的生物柴油生产国与出口国(Bockey,2003)。全国有超 过1600个生物柴油加油站，在萨尔州和下萨克州，平均每20km就能找到一个 生物柴油加油站。近年来，德国生物柴油产量年均增长率都达到40%50%。德国 政府的免税政策（生产生物柴油企业享受全额免），使生物柴油零售价低于石化 柴油，这极大地刺激并促进国内生物柴油的生产应用。 法国生物柴油生产曾处于世界领先地位，但2001年以后被德国取代。法国生 物柴油厂虽不多，但生产能力很强。2003年，法国主要有4个生物柴油厂，生物 柴油产量就达到3.1X10^8kg。2004年7月，法国制定国家生物能源发展计划，2007 年前，把国内用于生产生物燃料的作物面积增加到1Xx10^6m^2,从而超过德国， 成为欧洲最大的生物能源作物生产国；建设4个年均生产2X10^8kg的新一代生物 柴油厂，力争2010年国内生物柴油产量达到8x10^9-10x10^10kg。 意大利是欧洲第三大生物柴油生产国，2003年国内有9个生物柴油生产厂， 年总生产能力为3.3X108kg,2003年实际生产生物柴油2.73X10^8kg,产量比 2002年增长了30%。 捷克是目前欧盟几个新成员国中唯一生产生物柴油的国家，2003年约生产生 物柴油6X10^7kg。 1.3.亚洲地区 在亚洲，日本是发展生物柴油最早的国家，也是目前亚洲第一生物柴油 生产大国。1999年，日本开始了生物柴油的生产试验与商业开发。目前，在日 本东京和长野有4家生物柴油工厂，年生产生物柴油4X10ˆ8kg
柴油，总产约 1.5x10^7kg，主要是自产自用。Biox 公司采用 Toronto 大学开发的 工艺，于 2004 年在 Hamilton Ontario 开发建设年产 6x10^7。 1.2. 欧洲地区 欧洲是目前世界上生物柴油生产及使用的主要地区，2003 年世界生物柴油总 产量的一半以上就集中在欧洲，而这其中又以德国、法国、意大利和捷克为主， 分别占到总生产量的 50%,22%,18%和 5%。 德国对生物柴油研究应用十分突出，1998 年，德国的生物柴油产量还只有微 不足道的 5 X 10^7kg，到 2003 年，德国就已有 24 个生物柴油生产厂，生产 1. 15X 10^9kg，成为世界最大的生物柴油生产国与出口国（Bockey, 2003）。全国有超 过 1 600 个生物柴油加油站，在萨尔州和下萨克州，平均每 20 km 就能找到一个 生物柴油加油站。近年来，德国生物柴油产量年均增长率都达到 40% ~50%。德国 政府的免税政策（生产生物柴油企业享受全额免），使生物柴油零售价低于石化 柴油，这极大地刺激并促进国内生物柴油的生产应用。 法国生物柴油生产曾处于世界领先地位，但 2001 年以后被德国取代。法国生 物柴油厂虽不多，但生产能力很强。2003 年，法国主要有 4 个生物柴油厂，生物 柴油产量就达到 3.1X10^8kg。2004 年 7 月，法国制定国家生物能源发展计划，2007 年前，把国内用于生产生物燃料的作物面积增加到 1 Xx10^6 hm^2，从而超过德国， 成为欧洲最大的生物能源作物生产国；建设 4 个年均生产 2X10^8kg 的新一代生物 柴油厂，力争 2010 年国内生物柴油产量达到 8x10^9-10x10^10kg。 意大利是欧洲第三大生物柴油生产国，2003 年国内有 9 个生物柴油生产厂， 年总生产能力为 3.3X 10^8kg, 2003 年实际生产生物柴油 2.73 X 10^8kg，产量比 2002 年增长了 30%。 捷克是目前欧盟几个新成员国中唯一生产生物柴油的国家，2003 年约生产生 物柴油 6X10^7kg。 1.3. 亚洲地区 在亚洲，日本是发展生物柴油最早的国家，也是目前亚洲第一生物柴油 生产大国。1999 年，日本开始了生物柴油的生产试验与商业开发。目前，在日 本东京和长野有 4 家生物柴油工厂，年生产生物柴油 4X10^8kg
除日本外，亚洲许多国家正处于着手发展生物柴油的起步阶段。印度政 府在德国戴姆勒-克莱斯勒公司的援助下，正在实施“印度清洁空气计划”，预计 2005年将进行商业化生物柴油生产：泰国UTIC-foods和SKYfood两家食品公司计 划与日本PowwowPoo.1公司合作，在泰国黎府进行商业化生产生物柴油，而泰国国 营石油公司PTT、泰国汽车技术者协会、泰国海军部也正在联手开发生物柴油产业。 韩国生产的生物柴油已经在城市清洁车和垃圾运输车中试验使用。另外，菲律宾 和印度尼西亚都在积极开发生物柴油产业。 2.生物柴油的主要原料 生物柴油是生物油脂经甲醋化而形成的脂肪酸甲醋，所以任何形式的来自动 物、植物和微生物的脂肪酸都能用作生物柴油的原料。地球上，动物和微生物基 本上都是直接或间接地以植物为食物的，可以说动物和微生物脂肪酸都是来源于 植物。绿色植物通过光合作用把太阳能直接转化为生物能，从而为其它生物（动物 和微生物)提供生命的物质和能量，因此，植物，特别是油脂产量与含油量高的油 料植物，才是生产生物柴油的最重要原料。目前，生物柴油主要是在美国和欧洲 国家进行商业化生产与消费，美国主要用大豆(Glycine max),欧洲主要用油菜 (Brassica campestris),大豆和油菜成为当前世界生产生物柴油的主要原料。 2.1.大豆 大豆是一种重要的农作物，种子含油量16%-18%，而美国应用基因工程技术改 良大豆使其含油量提高到20%。虽然含油量不是很高，但大豆种子中含有40%左右 蛋白，加工生物柴油后的豆粕是动物高蛋白饲料，这使大豆种子能得到充分利用， 因而美国等许多国家都选用大豆作原料生产生物柴油。据报道，目前每1000kg 大豆可生产得到180kg豆油和880kg豆粕。 美国是世界大豆生产第一大国，近5年平均年产量约7.8X10^10kg,国内55% 以上的生物柴油是用大豆生产的。根据Sheehan等(1998)研究，在良好生产条件 下，用精炼生物油脂生产出优质生物柴油的比率可以高达99.9%粗略地把生物油脂 的生物柴油产出率用100%来考虑，结合大豆平均18%含油量，根据美国国家生物 柴油委员会(National Biodiesel Board NBB)公布的数据，2003年生物柴油(B100) 产量8X10^7kg(即4X10ˆ8kgB20生物柴油)，计算可知美国2003年生产生物柴油 实际消耗大豆8X55%÷18%÷100%=2.4X10^8kg,约占该国大豆总产量(7.8X10^10kg)
除日本外，亚洲许多国家正处于着手发展生物柴油的起步阶段。印度政 府在德国戴姆勒-克莱斯勒公司的援助下，正在实施“印度清洁空气计划”，预计 2005 年将进行商业化生物柴油生产;泰国 UTIC-foods 和 SKYfood 两家食品公司计 划与日本 PowwowPool 公司合作，在泰国黎府进行商业化生产生物柴油，而泰国国 营石油公司 PTT、泰国汽车技术者协会、泰国海军部也正在联手开发生物柴油产业。 韩国生产的生物柴油已经在城市清洁车和垃圾运输车中试验使用。另外，菲律宾 和印度尼西亚都在积极开发生物柴油产业。 2. 生物柴油的主要原料 生物柴油是生物油脂经甲醋化而形成的脂肪酸甲醋，所以任何形式的来自动 物、植物和微生物的脂肪酸都能用作生物柴油的原料。地球上，动物和微生物基 本上都是直接或间接地以植物为食物的，可以说动物和微生物脂肪酸都是来源于 植物。绿色植物通过光合作用把太阳能直接转化为生物能，从而为其它生物(动物 和微生物)提供生命的物质和能量，因此，植物，特别是油脂产量与含油量高的油 料植物，才是生产生物柴油的最重要原料。目前，生物柴油主要是在美国和欧洲 国家进行商业化生产与消费，美国主要用大豆(Glycine max)，欧洲主要用油菜 (Brassica campestris)，大豆和油菜成为当前世界生产生物柴油的主要原料。 2.1. 大豆 大豆是一种重要的农作物，种子含油量 16%-18%，而美国应用基因工程技术改 良大豆使其含油量提高到 20%。虽然含油量不是很高，但大豆种子中含有 40%左右 蛋白，加工生物柴油后的豆粕是动物高蛋白饲料，这使大豆种子能得到充分利用， 因而美国等许多国家都选用大豆作原料生产生物柴油。据报道，目前每 1000 kg 大豆可生产得到 180 kg 豆油和 880 kg 豆粕。 美国是世界大豆生产第一大国，近 5 年平均年产量约 7.8X10^10kg，国内 55% 以上的生物柴油是用大豆生产的。根据 Sheehan 等(1998)研究，在良好生产条件 下，用精炼生物油脂生产出优质生物柴油的比率可以高达 99.9%粗略地把生物油脂 的生物柴油产出率用 100%来考虑，结合大豆平均 18%含油量，根据美国国家生物 柴油委员会(National Biodiesel Board NBB)公布的数据，2003 年生物柴油(B100) 产量 8X10^7kg(即 4X 10^8kg B20 生物柴油)，计算可知美国 2003 年生产生物柴油 实际消耗大豆 8X55%÷18%÷100%=2.4X10^8kg，约占该国大豆总产量(7.8X10^10kg)
的0.3%。目前，美国大豆有很大部分直接以未加工产品直接出口，每年约2.4X 1010kg~2.8X10^10kg,占总产量(7.8x10^10)的1/3左右。 2.2.油菜 生物柴油最先是由德国聂尔公司在1988年用菜籽油生产诞生的，目前油菜仍 在国际生物柴油生产中占统治地位，这归因于欧洲是世界生物柴油的主要生产地， 而油菜又是欧洲生物柴油的主要原料。当前欧洲地区生物柴油80%以上是用油菜生 产的，而法国和德国生产的油菜籽分别就有27%和40%用于生产生物柴油。 在世界油料作物中，无论是面积，还是总产量，油菜都仅次于大豆，位居第 二。据报道，一些优良油菜品种其种子含油量可超过50%(Wolfgang&Wilfried,. 1998),但总体来说，世界油菜籽平均含油量在40%左右，另含约40%蛋白。1000kg 油菜籽除了可生产出400kg菜籽油外，还可得到600kg菜籽粕用作饲料。 中国油菜种植面积和总产量均位居世界第一，但国内油菜单产仍低于世界平 均水平，品种含油量偏低。目前，中国生产油菜不能满足国内食用需求，据海关 统计数据，2003年中国进口油菜和菜油均达到2.5X10ˆ9左右。 2.3.麻疯果油 麻疯树又名小桐子、膏桐，一般生长在海拔300-1600m的河谷、荒山、荒坡， 对干旱、高热、瘠薄土地的适应能力极强。我国可用来发展麻疯树的面积估计在 100万公顷以上，广东、广西、云南、四川、台湾、福建、海南等省区均能种植麻 疯树。 麻疯树由于自身有毒，可以免受害虫和动物的侵害。麻疯树人工栽培条件下3 年可以结果，5年进入盛果期，可以采收至第30年，收获期长达26年以上，且产 量逐年上升。每公顷可生产种子5000-8000kg坛，可生产生物柴油1250-2000kg。 2.4.微藻 微藻是指一些微观的单细胞群体，是最低等的、自养的放氧植物，是水生植 物的一种。它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群，无论是海洋、 淡水湖泊等水域，或是潮湿的土壤、树干等处，几乎在有光和潮湿的任何地方微 藻都能生存。 微藻细胞的主要化学成分是脂类、纤维素、木质素和蛋白质等。根据微藻细 胞这种特有的化学成分，利用高温高压液化技术或超临界CO2萃取技术，可以获 得细胞中的油脂，再通过醋交换技术转变为生物柴油
的 0.3%。目前，美国大豆有很大部分直接以未加工产品直接出口，每年约 2.4X 10^10 kg ~2.8X10^10kg，占总产量(7.8x10^10)的 1/3 左右。 2.2. 油菜 生物柴油最先是由德国聂尔公司在 1988 年用菜籽油生产诞生的，目前油菜仍 在国际生物柴油生产中占统治地位，这归因于欧洲是世界生物柴油的主要生产地， 而油菜又是欧洲生物柴油的主要原料。当前欧洲地区生物柴油 80%以上是用油菜生 产的，而法国和德国生产的油菜籽分别就有 27%和 40%用于生产生物柴油。 在世界油料作物中，无论是面积，还是总产量，油菜都仅次于大豆，位居第 二。据报道，一些优良油菜品种其种子含油量可超过 50%(Wolfgang &Wilfried, 1998)，但总体来说，世界油菜籽平均含油量在 40%左右，另含约 40%蛋白。1000 kg 油菜籽除了可生产出 400kg 菜籽油外，还可得到 600kg 菜籽粕用作饲料。 中国油菜种植面积和总产量均位居世界第一，但国内油菜单产仍低于世界平 均水平，品种含油量偏低。目前，中国生产油菜不能满足国内食用需求，据海关 统计数据，2003 年中国进口油菜和菜油均达到 2.5X 10^9 左右。 2.3. 麻疯果油 麻疯树又名小桐子、膏桐，一般生长在海拔 300-1600m 的河谷、荒山、荒坡， 对干旱、高热、瘠薄土地的适应能力极强。我国可用来发展麻疯树的面积估计在 100 万公顷以上，广东、广西、云南、四川、台湾、福建、海南等省区均能种植麻 疯树。 麻疯树由于自身有毒，可以免受害虫和动物的侵害。麻疯树人工栽培条件下 3 年可以结果，5 年进入盛果期，可以采收至第 30 年，收获期长达 26 年以上，且产 量逐年上升。每公顷可生产种子 5000 -8000kg 坛，可生产生物柴油 1250-2000kg。 2.4. 微藻 微藻是指一些微观的单细胞群体，是最低等的、自养的放氧植物，是水生植 物的一种。它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群，无论是海洋、 淡水湖泊等水域，或是潮湿的土壤、树干等处，几乎在有光和潮湿的任何地方微 藻都能生存。 微藻细胞的主要化学成分是脂类、纤维素、木质素和蛋白质等。根据微藻细 胞这种特有的化学成分，利用高温高压液化技术或超临界 CO2 萃取技术，可以获 得细胞中的油脂，再通过醋交换技术转变为生物柴油
3.生产技术 酯交换法是目前生产生物柴油最普遍的方法，即油脂在催化剂作用下与短链 醇作用形成长链脂肪酸单酯。该反应需要催化剂（如酸或碱）分裂甘油三酯与短 链醇重新结合为单醋，同时副产甘油。因为甲醇成本最低，从而成为最常用的短 链醇。但甲醇主要来源于不可再生的天然气或煤炭，使第一代生物柴油多为不完 全可再生。而巴西拥有丰富的甘蔗资源，生物基乙醇取代了甲醇用来生产生物柴 油，成为完全可再生的绿色产品。其他短链醇，如丙醇、正丁醇、异丁醇等也有 研究，但无产业化报道。目前实际应用的工业催化剂多为酸、碱和脂肪酶，其中 N0H因价格低廉、催化活性较高而被广泛使用。按照催化剂的种类可以将生物柴 油的制备方法划分为：化学法（酸、碱催化法）、生物酶催化法和无需催化剂的超 临界法。 3.1.化学法 目前工业化的生物柴油生产方法主要是在液体酸、碱催化剂的存在下动植物 油脂与甲醇进行的酯化或/和酯交换反应。优点是反应速度快、时间短、转化率高、 成本较低等，缺点是液体催化剂难以分离回收再利用，副反应较多，存在乳化现 象，副产物甘油精制困难，产品后续水洗与中和产生大量的工业废水，造成环境 污染等。非均相固体催化剂可以重复使用，而且反应条件温和，容易实现自动化 连续生产，对设备腐蚀小，对环境污染小，成为生物柴油生产新工艺的研发热点。 化学法制备生物柴油的一般流程如图3-1所示
3. 生产技术 酯交换法是目前生产生物柴油最普遍的方法，即油脂在催化剂作用下与短链 醇作用形成长链脂肪酸单酯。该反应需要催化剂（如酸或碱）分裂甘油三酯与短 链醇重新结合为单醋，同时副产甘油。因为甲醇成本最低，从而成为最常用的短 链醇。但甲醇主要来源于不可再生的天然气或煤炭，使第一代生物柴油多为不完 全可再生。而巴西拥有丰富的甘蔗资源，生物基乙醇取代了甲醇用来生产生物柴 油，成为完全可再生的绿色产品。其他短链醇，如丙醇、正丁醇、异丁醇等也有 研究，但无产业化报道。目前实际应用的工业催化剂多为酸、碱和脂肪酶，其中 NaOH 因价格低廉、催化活性较高而被广泛使用。按照催化剂的种类可以将生物柴 油的制备方法划分为:化学法（酸、碱催化法）、生物酶催化法和无需催化剂的超 临界法。 3.1. 化学法 目前工业化的生物柴油生产方法主要是在液体酸、碱催化剂的存在下动植物 油脂与甲醇进行的酯化或/和酯交换反应。优点是反应速度快、时间短、转化率高、 成本较低等，缺点是液体催化剂难以分离回收再利用，副反应较多，存在乳化现 象，副产物甘油精制困难，产品后续水洗与中和产生大量的工业废水，造成环境 污染等。非均相固体催化剂可以重复使用，而且反应条件温和，容易实现自动化 连续生产，对设备腐蚀小，对环境污染小，成为生物柴油生产新工艺的研发热点。 化学法制备生物柴油的一般流程如图 3-1 所示
0i1 Vent Biodiesel Methanol Water Methanol NaOH Water Oil Glycerol 图3-1生物柴油的生产流程 3.2.酶催化法 利用脂肪酶催化油脂与短链醇（主要是甲醇和乙醇）进行酯交换反应。该方 法对原料品质要求低、副产物甘油易分离、耗能低，但反应时间长、酶容易失活。 常用的脂肪酶包括Novozym435脂肪酶、南极假丝酵母Candida antarctica脂肪 酶、固定化假丝酵母Candida sp.99-l25脂肪酶、米根霉Rhizopus oryzae脂肪 酶、洋葱假单胞菌Pseudomonas cepacia脂肪酶。 固定化酶或细胞可以克服游离脂肪酶分散不均易聚集结块、不便回收重复利 用等缺陷，如Novozym435作为一种固定化脂肪酶被广泛应用于生物柴油 的制备研究中，固定化细胞Candida sp.99-l25也被北京化工大学应用于连续制 备脂肪酸甲酯中，并建立了200t/年的中试装置。 提高脂肪酶对短链醇的耐受性是解决酶易失活的重要途径。采取批式流加甲 醇、添加惰性溶剂（如正己烷）降低醇的浓度、用乙酸甲醋作为酞基受体等措施 可以在一定程度上减小甲醇和甘油对酶的毒性，延长酶的使用寿命。 复合脂肪酶能有效地克服单一脂肪酶的底物专一性，改善不同脂肪酶的协同 催化效应，提高转酯效率。用固定化米根霉Rhizopus oryzae和玫瑰假丝酵母 Candida rugosa脂肪酶作为复合酶催化植物油脂与甲醇的反应，反应4h后生物 柴油的转化率达到了98%，反应时间比单一酶催化大大缩短
图 3-1 生物柴油的生产流程 3.2. 酶催化法 利用脂肪酶催化油脂与短链醇（主要是甲醇和乙醇）进行酯交换反应。该方 法对原料品质要求低、副产物甘油易分离、耗能低，但反应时间长、酶容易失活。 常用的脂肪酶包括 Novozym 435 脂肪酶、南极假丝酵母 Candida antarctica 脂肪 酶、固定化假丝酵母 Candida sp. 99-125 脂肪酶、米根霉 Rhizopus oryzae 脂肪 酶、洋葱假单胞菌 Pseudomonas cepacia 脂肪酶。 固定化酶或细胞可以克服游离脂肪酶分散不均易聚集结块、不便回收重复利 用等缺陷，如 Novozym435 作为一种固定化脂肪酶被广泛应用于生物柴油 的制备研究中，固定化细胞 Candida sp. 99-125 也被北京化工大学应用于连续制 备脂肪酸甲酯中，并建立了 200t/年的中试装置。 提高脂肪酶对短链醇的耐受性是解决酶易失活的重要途径。采取批式流加甲 醇、添加惰性溶剂（如正己烷）降低醇的浓度、用乙酸甲醋作为酞基受体等措施 可以在一定程度上减小甲醇和甘油对酶的毒性，延长酶的使用寿命。 复合脂肪酶能有效地克服单一脂肪酶的底物专一性，改善不同脂肪酶的协同 催化效应，提高转酯效率。用固定化米根霉 Rhizopus oryzae 和玫瑰假丝酵母 Candida rugosa 脂肪酶作为复合酶催化植物油脂与甲醇的反应，反应 4 h 后生物 柴油的转化率达到了 98%，反应时间比单一酶催化大大缩短
3.3.超临界法 超临界甲醇可以在无催化剂的情况下与油脂反应生成脂肪酸甲酯，需要相 当高的温度和压力条件(350℃，20-50MPa)。利用共溶剂可以改善超临界的工艺条 件，但不能将温度降到临界点附近。少量碱性催化剂可以减少甲醇的用量，也能 降低反应温度和压力，从而大大降低该方法的成本。 4. 我国发展生物柴油的困难与方法 4.1.困难 我国生物柴油生产技术并不落后于欧美等发达国家，例如，脂肪酸烷基酯的 生产方法、棉籽油皂脚料合成脂肪酸甲酯的专利技术、高酸值动植物油脂共沸蒸 馏醋化却酯化技术、短链脂肪酸酯作为酞基受体的酶法生物柴油技术等。清华大 学化工系再生资源与生物能源试验室的一条全新生产工艺路线的生化酶催化剂生 产生物柴油工艺问世，并在湖南海纳百川生物工程有限公司生物柴油中试装置上 得到成功应用。可见，技术与设备条件不是限制我国发展生物柴油的主要问题， 而真正的限制因素是原料，如何获得充足量的生物油脂才是我国生物柴油产业的 瓶颈。 世界生物柴油发达国家都是以植物油为主要生产原料。我国是一个以种植业 为支柱的发展中农业国家，全国畜牧和养殖业的比例很小，所以动物油脂不可能 成为我国发展生物柴油的主要原料。另外，我国植物油脂生产不足。中国虽然是 全球最大的油菜籽、棉籽以及花生生产国，以及全球第四大豆生产大国，但油料 生产不能满足人们食用需求。我国的油料生产尚不能满足人们的食用需求，更何 谈生产生物柴油。有人提议扩大油料作物的种植面积，但是其实难以实现，我国 是粮食需求大国，由于环境污染工业生产等原因每年耕地面积还在减少，要保证 粮食产量已经对耕地造成了足够大的压力，没有多余的耕地扩大油料作物的种植。 4.2.方法 中国发展生物柴油不可能通过耕地种植油料作物获得原料，那么一个很明显 的发展思路就是从非耕地过去非传统的油料作物 4.2.1. 开发盐碱地发展生物柴油原料 中国目前存在盐碱化土地2.6x10^6平方千米，占国土总面积的27.32%，并以
3.3. 超临界法 超临界甲醇可以在无催化剂的情况下与油脂反应生成脂肪酸甲酯，需要相 当高的温度和压力条件(350℃,20-50 MPa)。利用共溶剂可以改善超临界的工艺条 件，但不能将温度降到临界点附近。少量碱性催化剂可以减少甲醇的用量，也能 降低反应温度和压力，从而大大降低该方法的成本。 4. 我国发展生物柴油的困难与方法 4.1. 困难 我国生物柴油生产技术并不落后于欧美等发达国家，例如，脂肪酸烷基酯的 生产方法、棉籽油皂脚料合成脂肪酸甲酯的专利技术、高酸值动植物油脂共沸蒸 馏醋化却酯化技术、短链脂肪酸酯作为酞基受体的酶法生物柴油技术等。清华大 学化工系再生资源与生物能源试验室的一条全新生产工艺路线的生化酶催化剂生 产生物柴油工艺问世，并在湖南海纳百川生物工程有限公司生物柴油中试装置上 得到成功应用。可见，技术与设备条件不是限制我国发展生物柴油的主要问题， 而真正的限制因素是原料，如何获得充足量的生物油脂才是我国生物柴油产业的 瓶颈。 世界生物柴油发达国家都是以植物油为主要生产原料。我国是一个以种植业 为支柱的发展中农业国家，全国畜牧和养殖业的比例很小，所以动物油脂不可能 成为我国发展生物柴油的主要原料。另外，我国植物油脂生产不足。中国虽然是 全球最大的油菜籽、棉籽以及花生生产国，以及全球第四大豆生产大国，但油料 生产不能满足人们食用需求。我国的油料生产尚不能满足人们的食用需求，更何 谈生产生物柴油。有人提议扩大油料作物的种植面积，但是其实难以实现，我国 是粮食需求大国，由于环境污染工业生产等原因每年耕地面积还在减少，要保证 粮食产量已经对耕地造成了足够大的压力，没有多余的耕地扩大油料作物的种植。 4.2. 方法 中国发展生物柴油不可能通过耕地种植油料作物获得原料，那么一个很明显 的发展思路就是从非耕地过去非传统的油料作物 4.2.1. 开发盐碱地发展生物柴油原料 中国目前存在盐碱化土地 2.6x10^6 平方千米，占国土总面积的 27.32%，并以
每年3.0x10^3平方千米的速度在扩大。有限的耕地面积，注定广阔的盐碱化土地 必将成为中国发展生物柴油原料的主要载体。在中国境内，分布着多种特别抗盐 碱、抗干旱的野生油料植物，如盐角草，耐盐度高达6.5%，种子含油量约30%： 油莎豆耐旱涝、瘠瘦、盐碱，其核状根苹果油量约20%一30%。总之，中国有许多 抗逆性强的野生油料植物，通过政府引导，严格的科学规划，相信一定能在广阔 的盐碱化土地上将生物柴油原料蓬勃发展起来。 4.2.2.在森林中种植木本油料作物获得生物柴油原料 中国的山地丘陵多，山地资源丰富，山地、高原和丘陵约占国土总面积的69%。 由于山地土层薄、肥力差和缺水等因素一定程度地限制了植物生长，加之过去对 林木的乱砍乱伐，致使许多地方植被退化，水土流失。据统计，目前我国森林覆 盖率只有世界平均水平的62%，人均森林面积只有世界平均水平的20%，国内水土 流失面积已占到国土面积的38%。面对日益恶化的生态环境，我国当前正在大力实 施退耕还林工程，2004年我国退耕7.3x10^3平方千米，占总耕地减少量的77.3%。 结合对发展生物柴油的迫切需要及有限耕地资源对发展生物柴油原料的限制，在 退耕还林中种植木本油料植物是中国发展生物柴油原料的重要出路。退耕地虽然 贫瘠，作物生长极大受限，而我国一些野生木本油料植物具有很强抗逆性，耐旱、 耐贫瘠，如黄连木，耐旱、耐瘠薄，果壳、种子和种仁含油量分别为3%，35%和 56%;文冠果抗寒、抗旱和抗盐碱，种子含油率高达50%；麻疯树抗旱，种子含油 量高达52.4%在退耕还林中，依据科学分析，因地制宜，合理区划发展特种抗逆油 料植物，将是我国获取生物柴油原料的重要出路。 5.结语 从全球能源形势与发展趋势来看，生物柴油是大力开发的一种重要绿色能源， 并且世界各国都在研究开发，目前已有较为成熟的技术，进行了商业化生产。原 料是我国发展生物柴油需要解决的主要问题。我国人口多，耕地少，这种状况决 定了我国不具备像欧美等国家那样专门种植大豆、油菜等油料作物来发展生物柴 油的条件。因此，充分开发和利用大面积的荒漠与盐碱化土地，以及退耕还林地， 针对性地选种特种油料植物可能是我国获取大量生物柴油原料的重要思路
每年 3.0x10^3 平方千米的速度在扩大。有限的耕地面积，注定广阔的盐碱化土地 必将成为中国发展生物柴油原料的主要载体。在中国境内，分布着多种特别抗盐 碱、抗干旱的野生油料植物，如盐角草，耐盐度高达 6.5%，种子含油量约 30%； 油莎豆耐旱涝、瘠瘦、盐碱，其核状根苹果油量约 20%一 30%。总之，中国有许多 抗逆性强的野生油料植物，通过政府引导，严格的科学规划，相信一定能在广阔 的盐碱化土地上将生物柴油原料蓬勃发展起来。 4.2.2. 在森林中种植木本油料作物获得生物柴油原料 中国的山地丘陵多，山地资源丰富，山地、高原和丘陵约占国土总面积的 69%。 由于山地土层薄、肥力差和缺水等因素一定程度地限制了植物生长，加之过去对 林木的乱砍乱伐，致使许多地方植被退化，水土流失。据统计，目前我国森林覆 盖率只有世界平均水平的 62%，人均森林面积只有世界平均水平的 20%，国内水土 流失面积已占到国土面积的 38%。面对日益恶化的生态环境，我国当前正在大力实 施退耕还林工程，2004 年我国退耕 7.3x10^3 平方千米，占总耕地减少量的 77.3%。 结合对发展生物柴油的迫切需要及有限耕地资源对发展生物柴油原料的限制，在 退耕还林中种植木本油料植物是中国发展生物柴油原料的重要出路。退耕地虽然 贫瘠，作物生长极大受限，而我国一些野生木本油料植物具有很强抗逆性，耐旱、 耐贫瘠，如黄连木，耐旱、耐瘠薄，果壳、种子和种仁含油量分别为 3%，35%和 56%；文冠果抗寒、抗旱和抗盐碱，种子含油率高达 50%；麻疯树抗旱，种子含油 量高达 52.4%在退耕还林中，依据科学分析，因地制宜，合理区划发展特种抗逆油 料植物，将是我国获取生物柴油原料的重要出路。 5. 结语 从全球能源形势与发展趋势来看，生物柴油是大力开发的一种重要绿色能源， 并且世界各国都在研究开发，目前已有较为成熟的技术，进行了商业化生产。原 料是我国发展生物柴油需要解决的主要问题。我国人口多，耕地少，这种状况决 定了我国不具备像欧美等国家那样专门种植大豆、油菜等油料作物来发展生物柴 油的条件。因此，充分开发和利用大面积的荒漠与盐碱化土地，以及退耕还林地， 针对性地选种特种油料植物可能是我国获取大量生物柴油原料的重要思路