河南生物柴油產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)與發(fā)展方向

文/梁峰

生物柴油是以生物質(zhì)為原料，通過(guò)物理、化學(xué)和生物的方法轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)鏈烴類或脂肪酸甲酯為主的液體燃料。與燃料乙醇不同，生物柴油能量密度高，不會(huì)腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)，可以完全替代石油。根據(jù)原料來(lái)源和生產(chǎn)工藝的不同，生物柴油分為兩大類：一是以生物油脂為原料經(jīng)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)生成的脂肪酸（C12-C18）甲酯，即傳統(tǒng)的生物柴油。根據(jù)生物油脂的來(lái)源不同，傳統(tǒng)的生物柴油又可以分為動(dòng)、植物生物柴油（第一代生物柴油）和微生物生物柴油（第二代生物柴油）。二是生物質(zhì)經(jīng)酸解、熱解、催化加氫、脫氧形成小分子中間體后再經(jīng)聚合反應(yīng)形成的長(zhǎng)鏈（C8-C16）烴類液體燃料（第三代生物柴油）。河南省生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，已經(jīng)成為生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，并具有很強(qiáng)的發(fā)展后勁。

第一代生物柴油產(chǎn)業(yè)走向成熟

第一代生物柴油的原料是動(dòng)、植物油脂，包括動(dòng)物脂肪、植物油以及餐飲剩余物油脂（地溝油）和食品加工廢油（高溫降解、氧化、酸化油）。生物油脂轉(zhuǎn)酯反應(yīng)生成生物柴油主要有酸堿催化、金屬氧化物催化和脂肪酶催化三種工藝，其中最成熟、成本最低的是酸堿催化，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的一種工藝。河南省生物柴油企業(yè)均采用酸堿催化工藝，但在以下幾方面具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)：一是具有高酸值的地溝油、廢油為原料生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)難題已經(jīng)解決，使餐飲業(yè)和食品加工業(yè)回收油脂得到高值利用，解決了食用油的安全問(wèn)題。二是攻克了連續(xù)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)工藝的難題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備成套化，生物柴油的分批釜式反應(yīng)器被連續(xù)管道式反應(yīng)器取代，不僅大大降低能耗、縮短工藝時(shí)間，還有利于自動(dòng)控制和降低設(shè)備的腐蝕程度。三是高品質(zhì)航空生物柴油取得重要進(jìn)展，中試級(jí)生產(chǎn)工藝產(chǎn)品達(dá)到歐洲航空燃油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前，河南省傳統(tǒng)生物柴油年總產(chǎn)能約70萬(wàn)～80萬(wàn)噸，其中，年產(chǎn)5萬(wàn)噸生產(chǎn)線3條，年產(chǎn)萬(wàn)噸以上企業(yè)10多家，已經(jīng)形成一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。但是，第一代生物柴油的產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題十分突出，主要瓶頸是原料來(lái)源不足。隨著打擊地溝油、廢油流回食用油市場(chǎng)的力度加大，回收率逐步提高，緩解了原料不足的矛盾，但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，即使全部回收用于生物柴油，仍然不能滿足生產(chǎn)需求。種植生物柴油油料植物（如文冠果和麻風(fēng)樹(shù)等）也受地域和荒山面積的限制，同時(shí)還有收集難、加工難和區(qū)域生態(tài)惡化的問(wèn)題。

第二代生物柴油潛力巨大

為了突破生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瓶頸，一種數(shù)量巨大、可再生的原料，木質(zhì)纖維素物質(zhì)引起了人們的廣泛興趣。秸稈是一個(gè)非常巨大的木質(zhì)素纖維資源，然而每年屢禁不止的秸稈焚燒不僅浪費(fèi)了巨大的能量，同時(shí)也污染了環(huán)境。另外，工業(yè)有機(jī)廢水，大量市政固體廢棄物中含有豐富的有機(jī)質(zhì)，也是一種可觀的資源?；谶@些原料，微藻、酵母菌和霉菌等微生物的培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用到廢物處理和再利用，不僅具有環(huán)保意義，同時(shí)產(chǎn)生新的可再生能源。微生物油脂在脂肪酸組成上與植物油相似，富含豐富的長(zhǎng)鏈脂肪酸（C12-C18），是生產(chǎn)生物柴油的理想原料。因此，使用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)生物柴油，尤其是秸稈和其他非糧食原料是一種非常好的選擇，可以有效解決食品安全、能源短缺和環(huán)境污染的問(wèn)題。生物精煉河南省工程實(shí)驗(yàn)室、亞太新能源科技集團(tuán)等單位正致力實(shí)現(xiàn)微生物柴油的產(chǎn)業(yè)化。目前已經(jīng)在高產(chǎn)菌株選育、微生物原位轉(zhuǎn)酯等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破性進(jìn)展，逐步提高轉(zhuǎn)化效率，尤其是木質(zhì)素的利用效率。

第三代生物柴油前景誘人

生物質(zhì)經(jīng)酸解、熱解、催化加氫、脫氧形成小分子中間體后再經(jīng)聚合反應(yīng)形成的長(zhǎng)鏈（C8-C16）烴類液體燃料，可稱為第三代生物柴油。從化學(xué)性質(zhì)上來(lái)看，第三代生物柴油和現(xiàn)在使用的汽油、柴油最接近，是最理想的生物燃料。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還在于對(duì)原料種類和性質(zhì)要求低，最容易與石油精煉工業(yè)接軌。目前有關(guān)單位已經(jīng)解決秸稈熱解液化的效率問(wèn)題，以及催化加氫工藝條件優(yōu)化，中試級(jí)規(guī)模綜合轉(zhuǎn)化效率達(dá)到20%，即5-6噸秸稈（秸稈種類不同）可產(chǎn)生1噸成品油。但是，這種工藝路線復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的要求較高，尤其是高溫、高壓設(shè)備的安全連續(xù)運(yùn)行問(wèn)題需要進(jìn)一步解決。

生物柴油產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新體系形成

河南省生物柴油研發(fā)平臺(tái)建設(shè)工作突出，現(xiàn)已建成的研發(fā)平臺(tái)包括：車(chē)用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（天冠集團(tuán)），河南省生物能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（省科學(xué)院），生物精煉河南省工程實(shí)驗(yàn)室（商丘師范學(xué)院），河南省生物柴油煉制與裝備制造工程技術(shù)研究中心（星火生物能源），河南省餐廚垃圾及廢棄物生物柴油工程技術(shù)研究中心（僑聯(lián)生物能源）。并成立了河南省生物質(zhì)能化產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，正協(xié)積極調(diào)籌建河南省生物質(zhì)能化產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新，相信未來(lái)河南的生物柴油產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新會(huì)更高更快，為打造生物能源產(chǎn)業(yè)強(qiáng)省提供技術(shù)支撐。