桐油能夠用來制取可再生能源－生物柴油

據(jù)《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2010年7月報(bào)道，作為可再生的、對(duì)環(huán)境友好的替代能源，生物柴油已經(jīng)引起了世界范圍的廣泛關(guān)注。我國也于上世紀(jì)90年代開始了生物柴油的研究，但目前工業(yè)化生產(chǎn)中普遍采用化學(xué)催化劑、間歇反應(yīng)工藝，具有催化劑不能重復(fù)使用、經(jīng)濟(jì)成本較高等缺點(diǎn)。固定化脂肪酶催化油脂制取生物柴油反應(yīng)條件溫和、催化劑能夠重復(fù)使用，如果能夠?qū)崿F(xiàn)固定化脂肪酶連續(xù)催化油脂制取生物柴油，則能夠提高其生產(chǎn)效率、降低其生產(chǎn)成本，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從而推動(dòng)生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

油桐是中國廣泛種植的一種油料植物，桐籽含油量60%左右，在河南南陽、洛陽等山區(qū)廣泛種植，盛產(chǎn)期20～30年，每公頃產(chǎn)桐油籽1800公斤以上。桐油的主要成分為α、β桐油酸、硬脂酸、油酸和棕櫚酸，這些成分適用于生產(chǎn)生物柴油。

作者利用商品化的固定化脂肪酶NOVO435成功地連續(xù)催化桐油與甲醇酯交換反應(yīng)制取生物柴油，為利用桐油工業(yè)化制取生物柴油提供了一種可行的工藝路線。

此研究報(bào)告刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2010年第7期，題為“脂肪酶連續(xù)催化桐油酯交換反應(yīng)制取生物柴油”，第一作者為河南農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授、碩士生導(dǎo)師徐桂轉(zhuǎn)，通信作者為張百良教授。

生物柴油是由動(dòng)植物油脂與短鏈醇經(jīng)酯交換反應(yīng)得到的液體燃料，其成分為多種脂肪酸甲酯。由于原料具有可再生性能、資源豐富、無污染、可生物降解使其具有與優(yōu)質(zhì)石油柴油相近的燃燒性能，排放性能大大優(yōu)于石化柴油，是石化柴油的良好替代燃料，可在內(nèi)燃機(jī)中直接使用。國內(nèi)外對(duì)生物柴油的研究已有30余年，利用化學(xué)催化法生產(chǎn)生物柴油也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。但由于化學(xué)法生產(chǎn)過程中要求甲醇加入量過大，造成產(chǎn)物分離困難、成本較高；催化劑與產(chǎn)物不易分離，廢棄的催化劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染；生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)皂化現(xiàn)象，產(chǎn)品不穩(wěn)定。利用固定化脂肪酶作為催化劑，則不需要過量的甲醇，產(chǎn)物后處理簡(jiǎn)便；反應(yīng)條件溫和，固定化脂肪酶可以重復(fù)利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；脂肪酶催化油脂高效、專一，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

我國《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》指出，到2020年生物柴油的年利用率要達(dá)到200萬噸，而目前我國生物柴油的年實(shí)際生產(chǎn)量只有50萬噸左右，主要存在生產(chǎn)技術(shù)和原料供應(yīng)兩方面的問題。目前，國內(nèi)依然采用化學(xué)催化法制取生物柴油，生產(chǎn)效率低、催化劑不能重復(fù)使用，利用固定化脂肪酶則可以克服以上缺點(diǎn)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)酶法制取生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)則可以大大降低生物柴油的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，從而提高生物柴油的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

作者在研究中首次提出利用流化床反應(yīng)器進(jìn)行酶法制取生物柴油連續(xù)生產(chǎn)工藝的研究。目前，甲醇對(duì)脂肪酶的抑制作用和副產(chǎn)物甘油在催化劑上的粘附是困擾酶法連續(xù)制取生物柴油的主要原因。為了解決這兩個(gè)問題，作者提出了多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)操作的思路，在每個(gè)反應(yīng)器中提供少于反應(yīng)所需的理論甲醇量，從而減小甲醇的抑制作用，使反應(yīng)速率總保持在較高的水平。同時(shí)，作者提出了利用流化床反應(yīng)器形式，加熱油脂，降低油脂的黏性，提高油脂的流動(dòng)性，使反應(yīng)器內(nèi)底物呈現(xiàn)流態(tài)化的流動(dòng)狀況，該流動(dòng)狀況下，流動(dòng)的底物會(huì)對(duì)粘附在催化劑上的甘油有一種沖刷作用，促使甘油從催化劑上分離開來，保證催化劑與油脂、甲醇反應(yīng)底物的結(jié)合，從而有利于反應(yīng)的連續(xù)不斷的進(jìn)行。

作者提出的生產(chǎn)工藝中沒有使用有機(jī)溶劑，甲醇沒有過量，產(chǎn)物分離工藝簡(jiǎn)單，相比間歇反應(yīng)過程，勞動(dòng)強(qiáng)度大為降低；在相同的反應(yīng)器體積情況下，間歇反應(yīng)單位時(shí)間能處理的最大油脂量為0.014毫升/分鐘，而連續(xù)反應(yīng)的油脂處理量則為0.33毫升/分鐘，連續(xù)反應(yīng)使生產(chǎn)效率大幅提高；在相同反應(yīng)器體積下，間歇反應(yīng)固定化脂肪酶的填充密度為0.105克/毫升，連續(xù)反應(yīng)的填充密度為0.15克/毫升，雖然連續(xù)反應(yīng)脂肪酶用量稍大于間歇反應(yīng)，但間歇反應(yīng)每次結(jié)束時(shí)對(duì)酶的過濾會(huì)引起酶的損失，綜合考慮，連續(xù)反應(yīng)的酶用量只會(huì)少于間歇反應(yīng)。因此，作者提出的連續(xù)反應(yīng)工藝比間歇反應(yīng)具有更高的生產(chǎn)效率、更小的勞動(dòng)強(qiáng)度和更少的脂肪酶損失，這些都將有利于生物柴油生產(chǎn)成本的下降，從而使其具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。