众所周知,柴油是一种石油炼制产品,在各国燃料结构中占有较高的份额,已成为重要的动力燃料,并且随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快,柴油的需求量会愈来愈大。据预测在2010年以前,世界柴油需求年均将增长3.3%,到2010年,世界柴油的需求量将增加到45%。然而专家预测石油资源从2070年到本世纪末将会逐渐枯竭。习惯于以车代步的人们自然会问:“未来汽车”喝“什么?
英国有句古话“需要是发明之母”。当人们把视角伸向农田,发现那是生产可再生能源的宝库。由于农作物可以年年生产,因此可以“取之不尽”,是解决能源危机的一条重要途径。研究发现植物油分子一般由14至18个烃链组成,由于柴油分子是由15个烃链组成的,与植物油分子相似,因此科学家们就从植物油入手开发出了生物柴油供汽车“饮用”,测试结果表明它是未来汽车的一种“非常可乐”。
生物柴油,亦称燃料甲酯,是一种用油菜籽油等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化学成份分析,生物柴油燃料是一种高脂酸甲烷,它是通过以不饱和油酸C18为主要成分的甘油脂分解而获得的。与普通柴油相比,生物柴油在下述方面具有无法比拟的性能:
具有优良的环保特性 主要表现在由于生物柴油中硫含量低,使得二氧化硫和硫化物的排放低,可减少约30%(有催化剂时为70%);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。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;由于生物柴油含氧量高,使其燃烧时排烟少,一氧化碳的排放与普通柴油相比减少约10%(有催化剂时为95%);生物柴油的生物降解性高。
具有较好的润滑性能 喷油泵,发动机缸体和连杆的磨损率低,使用寿命长。
有较好的低温发动机启动性能 无降凝剂冷滤点可达-20℃。
具有较好的安全性能 由于闪点高,生物柴油不属于危险品。因此,在运输、储存、使用方面的优点是显而易见的。
具有良好的燃料性能 十六烷值高,使其燃烧性好于柴油,燃烧残留物呈微酸性使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。
具有可现生性能 作为可再生能源,与石油储量不同其通过农业和生物科学家的努力,可供应量不会枯竭。
生物柴油的生产工艺是用甲醇或乙醇等短链醇和菜籽油进行酯化反应,再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用,生产设备与一般制油设备相同,生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。生产1吨生物柴油约需耗1.042吨脱胶菜籽油,即1吨油菜籽可制取约160千克生物柴油,同时可副产16千克甘油。在国际市场上,生物柴油根据等级和纯度的不同,价格在250~750美元/吨左右,而纯度高达99.7%的特级甘油价格为2000美元/吨。1吨油菜籽生产的生物柴油价格按500美元/吨计,可售得80美元,甘油可售得32美元,两项合计为112美元,由此可大大提高油菜籽的附加值。因此,制取生物柴油与精制甘油工艺联产,将能取得较为理想的经济效益。若能建年产10万吨具有一定工业化生产规模的生物柴油装置,其经济效益更为可观。
使用生物柴油的发动机即是使用普通柴油的发动机(对有些机型仅需换密封圈和滤芯),无需作任何改动,生物柴油可与普通柴油在油箱中以任何比例相混,并对驾驶无任何影响,驾驶者根本无法区分两者的驾驶动力差别。采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲2号标准,甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲3号排放标准。而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳,与使用普通柴油不同,理论上其用量的增加不仅不会增加、反而会降低由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。因此生物柴油是一种真正的绿色柴油。
近几年来,石油价格越来越高,而粮食价格却非常低,开发生产和推广应用生物柴油的优越性是显而易见的:
(1)原料易得且价廉。用油菜籽和甲醇为生产原料,可以从根本上摆脱对石油制取燃油的依赖。
(2)有利于土壤优化。种植油菜可与其他作物轮种,改善土壤状况,调整平衡土壤养分,挖掘土壤增产潜力。
(3)副产品具有经济价值。生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品市场前景较好。
(4)环保效益显著。生物柴油燃烧时不排放二氧化硫,排出的有害气体比石油柴油减少70%左右,且可获得充分降解,有利于生态环境保护。因此,生物柴油已受到越来越多的重视,有很多大公司纷纷开拓这一业务,期望在开始时就能占领市场。
目前在美国、欧洲、亚洲的一些国家和地区已开始建立商品化生物柴油生产基地,并把生物柴油作为代用燃料广泛使用。建设一套年产1000吨生物柴油的生产装置,总投资约需100万元。据Frost & Sullivan企业咨询公司最新发表的“欧盟生物柴油市场”报告,为实现“京都协议”规定的目标(在2008年-2012年期间,欧盟将减少二氧化碳排放量8%),欧盟即将出台鼓励开发和使用生物柴油的新规定,如对生物柴油免征增值税,规定机动车使用生物动力燃料占动力燃料营业总额的最低份额。新规定的出台不仅有助于欧盟生物柴油市场的稳定,而且生物柴油产量将大幅上升。至2007年,欧盟生物柴油营业额将从2000年的5.035亿美元猛增至24亿美元,平均年增25%。
柴 油 的 供 需 平衡 问 题 也将是我国 未 来 较 长 时 间 石 油 市 场 发 展 的 焦 点 问 题 。 预 计 到 2010年 柴 油 的需 求 量 将 突 破 1亿 吨 , 与 2005年 相 比 ,将 增 长 24% 。 至 2015年 市 场 需 求 量 将会 达 到 1.3亿 吨 左 右 。 业 内 人 士 指 出 , 到 2005年 , 随 着 我 国 原 油 加 工 量 的 上 升 , 汽 油 和 煤 油 拥 有 一 定 数 量 的 出 口 余 地 , 而 柴 油的 供 应 缺 口 仍 然 较 大 。 按 照 低 原 油 加 工 量 ( 2300万 吨 ) 计 算 , 我国 柴 油 产 量 到 2005年 可 达 到 8050万 吨, 仍 有 缺 口 60~ 240万 吨 。近几年来,尽管炼化企业通过持续的技术改造,生产柴汽比不断提高,但仍不能满足消费柴汽比的要求。目前,生产柴汽比约为1.8,而市场的消费柴汽比均在2.0以上,云南、广西、贵州等省区的消费柴汽比甚至在2.5以上。随着西部开发进程的加快,随着国民经济重大基础项目的相继启动,柴汽比的矛盾比以往更为突出。因此,开发生物柴油不仅与目前石化行业调整油品结构提高柴汽比的方向相契合,而且意义深远。
国内也已研制成功利用菜籽油、大豆油、米糠油脚料、工业猪油、牛油及野生植物小桐籽油等作原料,经预酯化、再酯化生产生物柴油的工艺。生产出的生物柴油,不仅能代替燃料直接使用,而且也可作为柴油清洁燃烧的添加剂。就目前而言,每公顷土地(1万m3)可生产约30t菜籽(含油量约40%),我国有很多地区油菜籽种植面积很大,在加工传统的食用油的同时不失时机地开发生产生物柴油燃料是油菜籽利用的一个重要方向。另外,研究发现棉籽油与双低菜籽油的脂肪酸组成相似,因此在我国采用棉籽油作为生物柴油的原料还是可行的。总之开发生物柴油原料不会存在问题。
科学家Bernie Tao预言,几十年以后,“绿金”将代替“黑金”,也就是说,菜籽、向日葵籽、蓖麻油和黄豆等这些植物中的植物油,将代替石油成为人们生活中不可缺少的一部分。那时农民朋友将成为富有的油类大亨,也许农民兄弟们现在还没有意识到这一点,但这将成为现实。