牛晓娟
（贵州师范大学生命科学学院）
【摘要】能源危机是一个全球化的问题，开发新能源是我国新兴产业发展战略的一项重要规划。来源于动植物油脂的生物柴油具有易于被生物降解、可再生以及类似于石化柴油的动力和燃烧等特性受到专家的关注。本文从生物柴油的生产原料、国内外应用现状、我国生物柴油的发展状况等方面进行了综述，并对我国生物柴油产业化的发展前景进行了展望。
一个国家的经济发展与能源有着非常密切的关系，也是国家战略安全保障基础之一。目前世界能源主要依赖于石油、煤炭和天然气等不可再生资源，这些能源迟早会枯竭。20世纪80年代后，石油的需求呈现出快速增加的趋势，全世界能源短缺的问题愈发突出，开发新能源已经成为经济发展的必然趋势，来源于动植物油脂的生物柴油(脂肪酸甲酯)以其易于生物降解、可再生以及类似于石化柴油的动力和燃烧特性得到了专家首肯(KalligerosS.etal，2003)。
1生物柴油的生产原料
各种油料作物是发展生物柴油产业的原料，如美国的大豆、欧洲的菜籽、巴西的蓖麻籽、东南亚的棕榈，但是大量种植油料作物会破坏农业产业结构。所以人们都开始寻找新的原料，主要集中在以下几个方面：
（1）利用廉价的餐饮废油、工业废弃的油脂等制取生物柴油。不仅可以缓解废油脂所带来的环境负担，还能减少废油重新进入食用油系统，最重要的是能降低生产生物柴油的成本。万祯等人采用自制复合固体酸催化剂对火锅店餐饮废油和甲醇的酯交换反应制取生物柴油。符太军等人以地沟油为原料，硫酸为催化剂，采用脂交换法进行生物柴油的试验室制取试验，所得产品性能指标接近矿物柴油，符合美国相关标准。应用餐饮废油制取生物柴油存在废油脂供应数量有限，成分复杂，转化成生物柴油前期处理环节多、转化成生物柴油工艺要求较高等缺点。
（2）大面积种植油料林木果实，如麻疯树，乌桕、黄连木。我国的云南，四川，贵州等地建立了全国重点生物柴油原料林基地。研究表明，麻疯树种仁含油量达到50%(邓志军，2005)，且产量很高。乌桕是我国特有的木本油料树种，种子的出油率高达40％以上(刘玉环，2007)。且产量很高。用它们制备的生物柴油具有燃烧性能好，闪点好，污染小等优点（薛勇等人，2004）。李宜海等人以麻疯树油为原料，根据小试中确定的工艺参数进行中试试验，研究中试过程中的酯交换反应特性和工艺条件，为实现麻疯树生物柴油的工业化提供了参考。
（3）工程微藻法。工程微藻法就是通过基因工程技术，改变微藻细胞的生理结构，制备出高产量、高含油量的工程微藻。美国国家可再生能源试验室(NREI)的研究人员通过现代生物技术构建成的“工程微藻”，在试验室条件下可使脂质含量增加到60%以上。清华大学缪晓玲等人利用异养转化细胞工程技术获得了高脂含量的异养小球藻细胞，其脂含量是自养藻细胞的4倍，并利用正己烷对油脂进行成功提取。工程微藻法的优点在于微藻生长周期短，生产能力强，油脂含量比陆生植物单产油脂高；生产的生物柴油可被微生物降解，不污染环境(李元广等人，2009)。劣势在于最初培养藻类时需要用到纯净CO2和有机物(乙酸盐、葡萄糖等)，并且要求用化合物作为矿物营养的来源，成本较高。
（4）通过微生物发酵生产微生物油脂。目前能够用来生产微生物油脂的微生物主要有酵母菌、霉菌和细菌，其中以酵母菌和霉菌类的真核微生物居多。希腊学者报道利用深黄被孢霉(M.isabellina)在限定氮源的情况下进行高浓度糖发酵（初始糖浓度达100g/L），油脂产量达到18.1g/L，显示出很好的应用前景（PapanikolaouS.etal，2004）。在国内，中科院大连化物所试验室对10株酵母菌利用不同单糖为碳源条件下菌体内积累油脂的能力进行了初步考察，有4株产油酵母表现出对碳源利用的广谱性，能转化五碳糖木糖和阿拉伯糖并在菌体内积累油脂（李永红等人，2005）。
2世界各国对生物柴油的应用
目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术。欧洲已成为全球生物柴油的主要生产地。
美国是最早研究生物柴油的国家，1983年美国科学家GrahamQuick首先将亚麻籽油甲酯用于发动机，燃烧了1000h，并将可再生的脂肪酸单酯定义为生物柴油。
1984年美国和德国等国的科学家研究了脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采用来自动物或植物的脂肪酸单酯代替柴油燃烧。1990年，美国开始以小规模使用大豆油生产生物柴油，1992年美国能源署及环保署都提出把生物柴油作为清洁燃料，进行推广应用。据美国生物柴油协会调查，2008年1月，已有商业性生物柴油生产商171家，具有生产生物柴油22.4亿加仑的能力。2009年美国生物柴油生产量占世界生物柴油的17.7％，预计2020年达到64.53亿升（中国生物技术信息网）。
欧盟一直是生物柴油研究和推广的主要地，并且成为欧盟油菜籽消费市场的主要组成部分之一。欧盟生物柴油生产目前主要集中在3个成员国，即德国、法国和意大利。1988年，德国聂尔公司以菜籽油为原料制备生物柴油的研制获得成功。到目前为止，德国已成为世界上最大的生物柴油生产国，2006年生物柴油生产量已达250万t，预计2010年将达到500万t以上。已经制定的法规要求所有出售的石化柴油中至少含5％的生物柴油。德国国内奔驰、宝马、大众和奥迪等汽车生产厂家生产的柴油动力汽车均可以使用生物柴油。法国、意大利、丹麦等欧洲国家也都参与生物柴油研发领域的竞争，并结合本国实际情况制定了各自的发展战略，在生物柴油研究开发和产业化方面取得了相当大的进展。
巴西以自己的在农业方面的优势，生物质能源研究的进展很快，尤其是乙醇燃料技术的推广，在发展酒精燃料的基础上，巴西近几年加大了研发生物柴油的计划。巴西政府于2004年12月6日公布了实施生物柴油的临时法令，宣布巴西于2007年开始必须在矿物柴油中掺加2%的生物柴油，到2012年增加到5%。巴西生产生物柴油的主要原料是蓖麻油、棕榈油、大豆油、棉籽油、葵花籽油和玉米油等（中国生物柴油信息网）。
日本也是较早研究生物柴油的国家，日本是岛国，盛产鱼虾，日本人民喜欢煎炸鱼虾等食品。日本每年的食用油消费量为200万t，产生的废食用油达40万t，为生产生物柴油提供了原料(张骥，2009)。日本1995年开始研究用饭店剩余的煎炸油生产生物柴油，在1999年建立了259L/d用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化试验装置，可降低原料成本。目前日本生物柴油年产量可达40万t。日本市民也都积极支持这一计划，积极把废弃油脂送往煎炸废油回收站点，同欧洲国家一样，日本也对生物柴油采取零税率的政策，并对制造生物柴油的工厂予以免税，对供应生物柴油的加油站政府实行补贴。
3我国生物柴油研究及应用现状
国际上，生物柴油的研发及其生产技术的研究始于20世纪50年代末60年代初，于20世纪80年代以后迅速发展。相比之下，中国对生物柴油的基础性研究起步较晚，1981年进行了用菜籽油、棉籽油等生产生物柴油的试验研究，2001年，海南正和生物能源有限公司建成年产近1万kt的生物柴油试验厂，油品经石油化工科学研究院、中国环境科学研究院测试，主要指标达到美国生物柴油标准，它成为我国生物柴油产业化的标志（冀星等，2002），从2002年起，生物柴油产业在我国发展迅速，四川古衫油脂化学有限公司、福建省龙岩卓越新能源公司、武汉达瑞科技有限公司等在生物柴油的工艺生产技术方面都取得了一批成果。2006年，第一套生物酶法新工艺生产生物柴油的工业化装置在湖南益阳海纳百川生物有限公司正式投产，以废弃油脂为原料，使用清华大学研发的脂肪酶转化可再生油脂合成生物柴油的新工艺，这是我国生物柴油生产新工艺的又一进步。
2005年我国生物柴油生产能力约为8.5万t，2006年有40多家工厂投入生产，2007年，中国推出生物柴油的各项具体发展规划，如生物产业、能源、原料林等发展规划，这些举措将加速生物柴油的市场化。至2010年，我国生物柴油产量达到千万吨级，这将对国家能源安全做出重大贡献。
4我国生物柴油产业化前景
虽然有些人认为随着石油价格上涨，经济放缓，世界对石油需求也因而减少。这个说法对发达国家或许有些准确，但是对于中、印这两个刚崛起的超级发展中国家来说，对能源的需求是多多益善的，在中国加入WTO的大好形势下，中国的经济水平将进一步提高，对能源的需求也会有增无减，国际能源署估计中国从现在至2015年，能源的需求增长率是每年4%左右，中国“十五”计划发展纲要也提出发展各种石油替代品，将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向，生物柴油产业得到了国务院领导和国家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的支持，并已列入有关国家计划，这些都表明我国生物柴油的发展前景是很令人期待的。
