新興柴油替代品
——棕櫚油甲酯作為生物柴油

李彥

作為大型車輛、鐵路機(jī)車、船艦等交通工具燃料的輕質(zhì)石油產(chǎn)品——柴油，雖然比汽油更環(huán)保和健康，但是比起汽油來，柴油含更多的雜質(zhì)，它燃燒時(shí)也更容易產(chǎn)生煙塵，造成空氣污染。隨著國際原油價(jià)格的持續(xù)走高和二氧化碳減排壓力的增加，許多國家都在積極發(fā)展可再生能源。而一種通過動(dòng)植物油脂等原料制備的生物柴油，成為理想的柴油替代燃料。

柴油界的“潛力股”生物柴油

生物柴油是指由動(dòng)植物油脂生產(chǎn)的、物化性質(zhì)與石化柴油相似的可再生液體生物燃料，其主要成分為脂肪酸甲酯（FAME），可代替石化柴油使用。由于生物柴油的可再生性能及優(yōu)良的環(huán)保特性，自2000年以來迅速發(fā)展，2015年全球生物柴油產(chǎn)能達(dá)2980萬噸。

生物柴油原料來源廣泛，主要是天然的動(dòng)、植物油脂，這些原料可以分為5大類：本油料植物，如大豆、油菜籽、棉籽、花生等；木本油料植物，如棕櫚樹、麻瘋樹、光皮樹、黃連木、烏柏樹等；廢棄油脂，如餐館的地溝油、各種油脂加工廠的下腳料、酸化油等；動(dòng)物油脂，如豬、牛、羊等加工過程產(chǎn)生的各種油脂 ；微生物油脂及工程微藻。

目前，生物柴油主要是將植物油或動(dòng)物油脂進(jìn)行酯化或酯交換后生成酯。經(jīng)過酯化后的生物柴油與石化燃料相比它具有優(yōu)良的環(huán)保特性，燃燒所排放的污染物含量很低，與石化柴油相比含硫量低，使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大減少。權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，生物柴油產(chǎn)生的CO減少65%，C02減少8%．SO減少90%，未燃燒的碳?xì)浠衔餃p少50%。

生物柴油作為富有潛力的替代燃料，以其良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值受到越來越多的關(guān)注。

新型原材料的創(chuàng)新提取方法

目前，世界上超過90%的生物柴油都是用菜籽油生產(chǎn)，這勢必造成與人類爭糧油，與糧油爭土地的狀況，將使國際糧油供應(yīng)更加緊張。

我國并不提倡采用可食用油脂發(fā)展生物柴油，生產(chǎn)生物柴油使用的原料是酸值高的廢棄油脂，多采用先酸催化酯化降酸值然后堿催化酯交換的技術(shù)，最后精制得到生物柴油產(chǎn)品。這種酸堿催化工藝流程較復(fù)雜，酸催化法反應(yīng)速率較慢，副反應(yīng)多，堿催化過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物皂容易引起乳化，而且設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)品收率偏低。因此，新原材料的選取尤為重要。

而隨著世界能源的緊缺問題的出現(xiàn)，棕櫚油以其價(jià)格及可再生資源的優(yōu)勢將成為替代燃料可行性研究的最佳選擇之一。

油棕是重要的油料植物，其果實(shí)和種仁的含油量高達(dá)50%～60%，有“油王”譽(yù)，棕櫚油是從油棕樹上的棕果中榨取出來的，是全球的第二大的食用油原料，也是世界上最具價(jià)格優(yōu)勢的植物油，棕櫚油既可提供食用油源、工業(yè)油源，又可作為動(dòng)力油源，作為生物柴油的原料油是一種取之不盡的可再生油源。

目前，國內(nèi)外棕櫚油生物柴油加工技術(shù)研究顯示目前應(yīng)用棕櫚油制備生物柴油的方法主要有，一是用濃硫酸將棕櫚油預(yù)酯化，再以氫氧化鉀為催化劑進(jìn)行酯交換反應(yīng)。二是采用鎂鋁水滑石固體堿催化酯交換棕櫚油制備生物柴油，但是，反應(yīng)時(shí)間需8小時(shí)，生產(chǎn)成本較高。而以棕櫚油為原料油，通過甲醇酯交換一步反應(yīng)制備生物柴油。當(dāng)甲醇用量為原料油質(zhì)量的40%～60%，催化劑（SXL）用量為原料油質(zhì)量的1.0%～5.0%，反應(yīng)溫度為40℃～60℃，反應(yīng)時(shí)間為40～80min，酯交換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%以上。利用IR和GC-MS分析酯交換產(chǎn)物，結(jié)果表明用棕櫚油制得的生物柴油由四種脂肪酸甲酯組成：十六酸（棕櫚酸）甲酯，占48.62%； 8-十八碳烯酸9（油酸）甲酯，占39.41%；9,12-十八碳二烯酸甲酯，占7.59% ；十八酸(硬脂酸)甲酯，占4.37%，四種成分總和占全部混合脂肪酸甲酯的99%以上。棕櫚油脂肪酸甲酯是理想的柴油替代品。

對(duì)棕櫚油制得的生物柴油與石化柴油及其混合物進(jìn)行應(yīng)用性能的比較，棕櫚油甲酯適合替代柴油，添加棕櫚油甲酯可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，同時(shí)減少NOx、CO、HC的排放量。

未來發(fā)展趨勢

近年來，國家政策鼓勵(lì)生物質(zhì)新型燃料的發(fā)展。2014年底，國家能源局印發(fā)了《生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》，提出要構(gòu)建適合我國資源特點(diǎn)，以廢棄油脂為主，木（草）本非食用油料為輔的可持續(xù)原料供應(yīng)體系。但是，我國生物柴油原料的供應(yīng)問題十分突出，資源沒有得到合理的引導(dǎo)和配置，市場上對(duì)于生物柴油的推廣難度大，終端用戶抵觸心理，利潤分配不均衡等一系列問題。

國內(nèi)外目前已經(jīng)對(duì)棕櫚油生物柴油有了相當(dāng)多的研究，并且所制備的生物柴油基本符合生物柴油國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。在馬來西亞和泰國等國家已將生物柴油用于工業(yè)化生產(chǎn)并在發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用，而目前我國有關(guān)棕櫚油生物柴油的研究成果尚不多，且沒有工業(yè)化的生產(chǎn)。

隨著能源的日益危機(jī)，利用生物柴油取代石化燃料是未來發(fā)展的方向。據(jù)有博思數(shù)據(jù)發(fā)布的《2015年-2020年中國生物柴油行業(yè)研究及投資規(guī)劃建議分析報(bào)告》：2014年，我國生物柴油產(chǎn)量約為121萬噸，年產(chǎn)5000噸以上的廠家超過40家，并向大規(guī)模化趨勢發(fā)展。而當(dāng)前國內(nèi)生物柴油總產(chǎn)能約為300～350萬/噸，行業(yè)缺口達(dá)400多萬噸，市場空間廣闊。

為此，我國應(yīng)重視此類技術(shù)的開發(fā)，尤其是開發(fā)適合工業(yè)化生產(chǎn)的方法和技術(shù)，以適應(yīng)我國生物柴油消費(fèi)的需求。我國生物柴油生產(chǎn)相對(duì)發(fā)展緩慢，從我國成品油需求來看，柴油相對(duì)汽油更加短缺，在我國發(fā)展生物柴油不僅有助于降低車輛尾氣污染物排放，而且對(duì)緩解柴油資源短缺、促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展和提高農(nóng)民收入有著非常重要的作用和意義。