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生物柴油概述


生物柴油概论 第一章 生物柴油综述 第一节 生物柴油的概述 一、 生物柴油的定义 美国 ASTM 关于生物柴油的定义是从可再生脂质资源,如植物油或动物脂中得到 的长链脂肪酸烷基单酯, 是由长链脂肪酸的单烷基酯组成的燃料。 “生物”表示 它相对于石化柴油而言, 是一种可再生的生物资源; “柴油”指的是它可用于柴 油发动机。 生物柴油作为一种替代性燃料, 它能够以纯态或与石化柴油混合使用。 这里特别指出的是, 对于生物柴油这个名词, 从严格意义上来讲仅仅指的是符合 美国 ASTM 标准或者欧盟标准规定各种理化指标的脂肪酸甲酯,而不是原料植物 油、动物脂肪、特别是反应过的油和脂肪、煤浆、或任何“生物提取”的燃料, 或者乳化柴油、 复合柴油, 凡此种种未能满足上述定义和标准中指标的均不是生 物柴油,不可以将其与生物柴油混淆。 但是目前在中国来说, 对于生物柴油没有确切的定义, 对于可以用于柴油机燃烧 生物质制取的燃料来说, 都称为生物柴油。 但是从确切的欧盟或者美国的定义来 说,这些都只能是生物质燃料,而非符合标准的生物柴油。 生物柴油是由可再生的油脂原料, 诸如大豆和油菜籽等油料作物、 油棕和黄连木 等油料林木果实、 工程微藻等油料水生植物油脂以及动物油脂、 废餐饮油等为原 料,经合成(酯化或酯交换)所得的长链脂肪酸甲酯,可代替柴油的一种环保燃 料油, 生物柴油是柴油的替代产品。 经实验证明生物柴油可直接用于现有的柴油 引擎而不需做任何改动。 生物柴油由植物油、回收的烹饪油脂或油、动物油脂制成。植物生产的油来自阳 光和空气,可以在农田里年复一年的种植,所产生的油是可再生的。动物油是动 物消耗了植物油或其他脂肪产生的,因此,动物油也是可再生的。烹饪所用的油 绝大部分是植物油,当然也会有动物油。所以,用过的烹饪油是可回收的、也是 可再生的。 众所周知,柴油分子是由 15 个左右的碳链组成的,研究发现植物油分子则一般 由 14-18 个碳链组成, 与柴油分子中碳数相近。 因此生物柴油就是一种用油菜籽 等可再生植物油加工制取的新型燃料。 按化学成分分析, 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。 与石化柴油相比,生物柴油具有下述无法比拟的性能: 1.具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中含有 11% 的含氧量,燃烧 更充分;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。 2.具有较好的发动机启动性能。 3.具有较好的润滑性能。 使喷油泵、 发动机缸体和连杆的磨损率低, 使用寿命长。 4.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、使用方面的安全性又是显而易见的。 5.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。 6.具有可再生性能。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。 7.无须改动柴油机,可直接添加使用,同时无需另添设加油设备、储存设备及人 员的特殊技术训练。 8.生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用,可以降低油耗、提高动力性,并降 低尾气污染。 9. 生物柴油完全可以由本国生产,这就减少了对进口石油的依赖。 10. 生物柴油工业的发展可以增强本国经济,尤其是农业经济。 生物柴油的优良性能使得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 II 号标准,甚至满足在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲Ⅲ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, 从而改善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。因而生物柴油是一种真正的绿色柴油。 生物柴油不含石油, 但可以任何比例与从石油提炼出的柴油相混合, 形成生物柴 油混合物。 这种混合物以“BXX”表示, 其中“XX”代表生物柴油所占的比例(如 B20 表示含有 20%的生物柴油)。它可以在压燃式发动机上使用,而不需要对发 动机进行任何调整。 柴油生产商特别注意的一个问题就是柴油燃料中的硫含量一定要低, 因为硫会降 低燃料的润滑性能。生物柴油的含硫量仅为痕量,比新的 EPA 柴油标准还低,而 这一标准在 2006 年生效,同时生物柴油也有很好的润滑性,即使对硫含量没有 要求,人们也喜欢添加少量生物柴油来减少柴油机的磨损。 生物柴油的制造是将油和脂肪转化成长链的单烷基酯, 或生物柴油。这种化学物 质也称为脂肪酸甲酯或 FAME。 在生产过程中,100 公斤的纯净油或者脂肪与 10 公斤的短链的醇(经常用甲醇) 在催化剂(通常是氢氧化钠或氢氧化钾)的帮助下发生反应,生成 100 公斤生物 柴油和 10 公斤的甘油。甘油是生物柴油生产过程中的副产品。

原料植物油或者是精炼植物油, 或者是回收的油脂在未加工成生物柴油之前, 均 不能当生物柴油使用。研究显示,植物油和回收油脂在压燃发动机中,哪怕只使 用到 10%-20%,就会造成长期的发动机沉淀、活塞环粘连、润滑油凝结和其他一 系列的问题,并导致发动机寿命下降。这些问题多是由原料油的高粘性(达 40mm2/s)造成的,用于发动机的柴油燃料的粘度仅为 1.3-4mm2/s。为了避免这 类高粘度造成的问题,植物油被转化成生物柴油。通过这个转化过程,我们将这 些物质的粘度降到和普通柴油的粘度近似,达到 4-5mm2/s。 第二节、 柴油机和生物燃料 一、柴油机和生物燃料的历史 柴油机和生物燃料的发展历史随着技术的进步和政治经济的变化而共同发展起 来的。 柴油发动机的历史是技术发展史的另一写照, 这里很容易的看到生物燃料 的政治经济是如何影响柴油机的发展的。 在 19 世纪 80 年代后期, 占据统治地位的机械动力装置是蒸汽机, 但是蒸汽机的 效率非常低,大约只 10~12%。这种状况激励着德国发明家 Rudolph Diesel 着 手寻求一种新的机械动力装置以代替效率太低的蒸汽机。 那时候汽油发动机已经出现,但是还处于起步阶段,使用技术要求非常苛刻。为 了使汽油发动机平稳地运转, 所有相关的部件都必须近乎完美地工作: 化油器的 燃油空气混合比以及进气动作都要合适; 电气系统必须能够产生足够高的能量以 产生电火花; 火花塞必须保持清洁而且火花塞间隙要适当; 采用的汽油必须清洁, 没有金属碎屑和杂质; 汽油裂化过程必须一致, 以便在汽缸内能够产生正常的燃 烧过程。 即便上述所有这些条件都得到了满足, 汽油发动机的燃烧过程以及运转 时的高温和排放出的废气也会产生很多问题, 需要经常对其进行非常费力的维护 或修理工作。 根据汽油发动机存在的这些问题,Diesel 先生开始通过试验来寻找一种新的内 燃机设计方案。Diesel 的基本出发点是这样的:所设计的新内燃机对使用技术 条件的要求不能像汽油发动机那样苛刻, 它应该能够使用基于多种植物的生物燃 油来工作,而且其能量转化效率应该比汽油发动机更高。 狄塞尔在 1898 年法国巴黎的展览会上演示论证了他的发动机。该发动机代表了 柴油机的雏形, 因为它采用花生油作为燃料——这是“最早”的生物柴油。 他认 为生物质燃料的应用是他的柴油机的真正未来。 他希望这能够为小工业、 农场主 们以及“一般民众”提供一条可以和垄断大工业相竞争的道路, 当时的垄断大工 业控制了所有的能源产业, 同时可以作为没有效率的蒸汽内燃机的替代产品。 从 狄塞尔的初衷来看, 压燃式发动机使用生物质燃料如植物油, 并且这使用到 1920 年。1920 年后由于石油开采业的繁荣,石油柴油替代了高价的生物质燃料。今 天,随着石油开采成本的上升、石油逐渐枯竭,石油柴油的价格的上升,柴油机 再次使用生物柴油作为燃料了。

1892 年,Diesel 先生向德国皇家专利局申请了一个发动机专利权,并于 1 年之 后获得批准。 他所设计的发动机原理是将汽缸中的空气压缩到一定程度, 使之能 够自动点燃喷射到汽缸中的燃油, 也就是说是通过高压而不是电火花来点燃燃油 混合气体的。经过对专利设计方案持续 5 年的不断改进,他在 1898 年的法国巴 黎展览会上向世人展示了他的“高效热能发动机”。该发动机以花生油做为燃 料,燃料效率达到了 75%。此后,人们就以 Diesel 先生的名字为其发明的这种 发动机命名,称为 Diesel 发动机,中文译为“柴油发动机”。 此后,到了 20 世纪 20 年代,由于性能可靠的喷油泵已经研制出来,采用了喷油 泵的柴油发动机开始应用于欧洲的一些卡车上。 在柴油发动机发展的同时, 在技 术上也不断完善的汽油发动机也已经完全取代了蒸汽机在大西洋两岸工业中的 统治地位。直到 1936 年,才出现了世界上第一款批量生产的柴油发动机汽车, 即梅赛德斯-奔驰公司生产的 260D 型柴油发动机轿车。 从那个时候开始, 欧洲市 场上柴油发动机汽车的数量就一直在稳步增长。 然而在美国,柴油发动机的发展却进展得非常缓慢。1898 年,虽然圣路易斯的 酿酒大亨 Adolphus Busch 获得了在美国制造柴油发动机的专利许可授权,但他 却几乎没有做多少工作来推广这种新出现的发动机, 因此柴油发动机在美国的应 用并不广泛。 1919 年,美国的 Clessie L. Cummins 购买了柴油发动机的制造权,并改进了喷 油控制系统。 不过, 那时的柴油发动机以及后来改进设计的柴油发动机都在使用 从石油中提炼出来的燃油。 非常具有讽刺意味, 最初考虑用生物油作为燃料的柴 油发动机设计方案,其命运却居然跟石油工业紧密地联系在了一起。直到现在, 美国的康明斯(Cummins)公司仍然高举 Rudolph Diesel 先生的旗帜,在不断 地改进着柴油发动机的设计。 时间推进到 1973 年,石油输出国家组织(OPEC)开始施行石油禁运。一时间, 西方工业化国家几乎所有的加油站都排起了长队,燃油价格比以前高出了很多, 而且还是限量供应的。 在这种情况下, 美国的车主们开始青睐那些采用比较经济 的柴油发动机作动力的进口车辆。一股大力进口配备柴油发动机的梅赛德斯-奔 驰、标致、五十铃、大众、奥迪、沃尔沃和达特桑汽车的潮流开始猛烈地冲击着 美国汽车市场。 这段时间美国国内的汽车制造商也开始发展柴油发动机。通用汽车公司在 1978 年至 1985 年期间生产的 Oldsmobile 柴油发动机, 并将之用于他们开发的汽车上, 后来的事实证明, 这是历史上出现的几款最失败的发动机之一。 福特汽车公司也 开始在世界范围内推出了几款柴油发动机。这些老型号的柴油发动机很难启动, 需要的暖机时间超过了一般驾驶员的忍耐限度, 而且噪音非常大, 常常冒出浓浓 的黑烟,加油时还需要驾驶员能够忍受非常刺鼻的柴油气味。因此,当汽油的价 格下降之后, 美国公众对于那些使用柴油发动机的汽车的需求和兴趣也就跟着降

低了。 重型运货卡车的情况与轿车却有很大的不同。由于重型货车主要用于运货车队、 建筑工地、农场和工厂,想到柴油发动机的扭矩大、可靠性高、经济性好和维护 保养要求相对较低等优点, 驾驶员一般并不十分介意发动机产生的噪音和柴油气 味带来的不方便。重型卡车对于柴油发动机的青睐一直延续到今天。实际上,去 年售出的全尺寸重型卡车(0.75~1t)中,60%以上的都是采用柴油发动机。 二、 柴油发动机技术现状 从目前的情况来看, 柴油发动机在欧洲受到越来越大的欢迎, 在世界范围内也是 如此。现在,欧洲的乘用车中有 35%使用的是柴油发动机,其中在英国,乘用车 中柴油发动机的比例更是超过了 40%。 而在 1991 年这个比例还只有 15%。 如果加 上轻型卡车的话,柴油发动机所占的比例还要增加大约 10%。 居高不下的燃油成本使得欧洲和全球汽车市场上柴油发动机的数量在稳定地增 长着。顺便说明一下,对于消费者来讲,美国仍然是世界上为数不多的汽油价格 最低的市场之一。 在拥挤的欧洲大城市, 公众对清洁空气的要求也是柴油发动机 汽车数量不断增长的一个主要原因。 在亚洲市场上, 轻型卡车和乘用车中使用柴油发动机的数量也在稳步增长, 具有 领先地位的是日本五十铃公司的柴油发动机。 在亚洲的许多偏远地区, 燃油市场 上柴油比汽油更容易获得,而且这种情况非常普遍。因此在大城市以外的地方, 柴油发动机汽车一般是购车者的首选。 虽然柴油发动机的历史几乎与汽车的历史一样长, 但是柴油发动机在美国汽车上 应用的还不是很普遍,这主要由于以下几个方面的原因: 1、在美国,汽油的价格很低,而且很容易获得; 2、美国经济一直很繁荣,这就使得即便在汽油价格急剧上涨时车主仍然能够买 得起汽油; 3、柴油发动机的汽车在使用过程中还需要一些额外的费用支出; 4、柴油发动机噪音很大,气味刺鼻,而且还会冒黑烟; 5、柴油发动机的暖机时间比较长; 6、为柴油发动机补给燃料的货运站条件非常简陋; 7、很多人都把柴油发动机跟卡车和公共汽车联系到一起,认为使用柴油发动机

的轿车有损形象。 柴油发动机汽车在美国市场上现在变得越来越普遍, 是由两方面因素综合作用的 结果, 一个是汽车整车制造商的“推动”作用, 另一个是驾驶人员的“拉动”作 用。 汽车整车制造商在北美地区大力推广柴油发动机汽车, 是因为他们想要降低 他们企业的平均燃油经济(CAFE)等级。此外,他们也想给购车者提供更多的选 择,也让那些环保意识很强并具有责任心的购车者缓解道德感上的自责和内疚。 除了环境意识的责任心以外, 美国人还非常关注本国的经济形势。 美国人都知道, 他们必须减少对进口石油的依赖程度。 从个人角度而言, 美国的车主也希望他们 的车辆能够达到最高的燃油行驶里程数, 以便让他们的经济状况能够始终出于一 个健康的水平。 燃料电池汽车想要得到普遍的运用可能还需要再过几年。 现在可以大力推广的是 柴油发动机动力和混合动力汽车,它们很好的实现了我们的期望:油耗低,运行 经济好,排放的废气中有害物质含量更少。 柴油发动机和汽油/电动混合动力汽车,例如丰田汽车公司的 Prius 轿车以及本 田汽车公司的 Insight 和 Civic 轿车, 都为实现我们所期望达到的目标提供了一 种快捷的方式。从逻辑上讲,我们很容易就联想到是不是很快就会出现柴油/电 动混合动力汽车。 柴油和电力的结合作为动力的车辆, 将是在燃料电池汽车得到 实用之前经济性最好的车辆。 柴油/电动混合动力技术在美国的 FutureTruck(未来卡车)竞赛中已经应用过。 FutureTruck 是一年一度在美国几所技术类大学学生之间举行的一个竞赛活动, 目的是寻找能够降低汽车排放和节省能源的汽车动力形式。它是由美国能源部, 福特、通用和戴姆勒-克莱斯勒三大汽车制造商以及一些汽车技术公司和科研机 构共同主办的。 FutureTruck 竞赛活动在最初的几年被称为 FutureCar(未来轿车),只是由于 现在的重点在卡车方面,所以才改称 FutureTruck。参赛的每一所学校都要对给 定的一款卡车(目前是福特 Explorer)进行技术改进,把它改进成技术含量最 高的一款卡车。 改进后的车辆要进行行驶性能、 设计、 制造可行性等项目的测试。 虽然一些参赛队使用了燃料电池作动力, 但是最近在竞赛中占主导地位的还是柴 油发动机/电动混合动力汽车。 位于麦迪逊市的威斯康星大学在最近两年的竞赛中连续获胜。威斯康星大学在 FutureTruck 竞赛中的参赛车辆被称为“Moolander”,它采用的就是柴油/电动 混合动力,其中所使用的柴油发动机为 2.5L 涡轮增压共轨直喷柴油发动机,可 以产生 134hp 的功率, 使用的电动机为直流感应式, 能够输出高于 44hp 的功率。 三、柴油发动机新技术优势 大量柴油发动机新技术的出现为柴油发动机性能的不断改善提供了巨大的空间。 这些新技术不但提高了柴油发动机的效率, 而且也让公众对柴油发动机的接受程

度得到不断的提高。 a.改进的发动机管理系统 同汽油发动机的发动机管理系统一样, 柴油发动机的传感器网络连接到一个发动 机控制模块, 该模块不断监控发动机运转状况和车辆行驶工况, 并能够瞬时做出 所需的调节操作以维持最佳的发动机效率,同时有效地减小发动机的废气排放 量。 b.高压共轨燃油喷射系统 新的柴油发动机共轨燃油喷射系统能够让燃油以高达 2500psi(磅/平方英寸, 1psi=6.89kPa)的压力聚集在一起,不管发动机的转速为多少,燃油都可以以相 同的压力喷射到燃烧室。采用共轨燃油喷射系统可以使燃油经济性提高 30%。 c.燃油直喷系统 柴油发动机与汽油发动机的一个区别就在于燃油进入发动机的方式不同。 在汽油 发动机中,在进气冲程期间,燃油在进入汽缸之前就与空气混合。然后在压缩冲 程中, 燃油与空气的混合气体被压缩到一定的程度, 并通过火花塞产生的火化将 其点燃。 混合气体燃烧时产生的能量推动活塞向下运动, 并通过曲柄连杆机构带 动曲轴转动。空气和燃油的混合气体不能被无限地压缩,总的压缩比不能太高, 因此产生的能量也不会太高。如果压缩比太高的话,混合气体会过早地燃烧,产 生“爆震”现象。 与汽油发动机不同, 柴油发动机中只有空气先单独地被压缩, 因此压缩比可以比 汽油发动机高出很多。 在空气被压缩到一定程度之后, 柴油才直接地喷射到汽缸 中, 通过压燃的方式将其点燃。 因此柴油发动机能够产生的能量要比汽油发动机 高出许多。 d.高压喷油器 新的高压油泵和高压喷油器可以让燃油以前所未有的更高的压缩比喷射到汽缸 中,从而使得燃烧更加充分,产生的能量也更高。这样,发动机输出的功率也就 更大,排放出的废气也比以前更清洁。 e.多点喷射模式 由于燃油共轨技术能够使燃油压力持续地维持在一个很高的水平上, 高压喷油器 可以在一个循环内分几次向汽缸内喷油,这让燃油的燃烧变得更为充分。 采用最新技术的压电式喷油器可以在极高的压力下工作, 而且可以很快地打开和 关闭, 在每一个压缩冲程期间的喷油次数可以高达 9 次。 这就使得发动机的运转 变得更加平稳, 并且减低了发动机的噪声和振动。 同时也降低了废气排放物中氮 氧化物(NOx)和微粒(PM)的含量。 f.涡轮增压器 当我们想到涡轮增压器的时候, 我们认为虽然它会增加发动机的功率, 但是它一 般也会导致发动机燃油消耗的增加。 然而, 现代的涡轮增压器是由一个电子模块

来控制的, 可以通过提高燃烧效率来降低燃油的消耗。 如今的汽油发动机和柴油 发动机上使用的先进涡轮增压系统, 可以提高发动机性能或燃油经济性, 或者能 够同时提高发动机的性能和燃油经济性。 g.微粒过滤器 最近推出的柴油发动机车辆上使用了柴油发动机微粒过滤器(DPF)。作为排放 系统的一部分, 微粒过滤器能够捕捉尾气排放中的微粒, 然后通过与一种催化剂 进行反应来使微粒燃烧掉。 由于所采用的催化剂会受到燃油中硫的影响, 在定期 维护保养工作中必须检查或更换微粒过滤器。 h.新的生物燃油 由于认识到矿物燃料终有一天会枯竭, 人们必须寻找新的可再生能源。 世界范围 内的很多科学家和研究人员都在通过试验研究可以替代石油的新能源,如从大 豆、玉米、向日葵仔以及其它各种蔬菜中提取生物燃油。这些柴油发动机新技术 带来的好处主要表现在以下几个方面: ⑴.比早期的发动机具有更好的燃油经济性和发动机性能。 ⑵.降低了发动机的噪声和令人讨厌的柴油气味。 ⑶.降低了尾气中一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和碳氢化合物(HC)的含量。 ⑷.生物燃油得到广泛的试验和应用。 四、柴油发动机的缺点和生物柴油的应用 虽然柴油发动机有前面提到的诸多优点, 但是它也有它的缺点。 与汽油发动机相 比,柴油发动机会排放出更多的煤烟或微粒,以及较多的氮氧化合物(NOx)和 非甲烷碳氢化合物(NMHC)。虽然柴油发动机微粒过滤器可以捕捉到大部分的煤 烟微粒并通过催化剂将这些微粒进一步地燃烧掉了, 但是尾气中的氮氧化合物和 非甲烷碳氢化合物却是不容易消除的。 为了促使发动机制造商尽快解决这方面的 问题,美国环保署(EPA)通过了一项法律,要求从 2006 年 6 月 1 日起,只有柴 油中硫的含量不超过 15ppm 时才能准入燃油市场。这与目前允许的柴油 500ppm 的硫含量相比下降了 97%,这是一个非常苛刻的柴油市场准入标准。如果柴油中 硫的含量达到了这样低的水平, 就能够进一步提高柴油发动机排放物的标准。 添 加有 20%生物柴油的柴油,尾气污染物的排放量能够降低 50%以上。检测表明, 使用生物柴油可降低 90%的空气毒性,美国加利福尼亚一个大学研究表明,与使 用石化柴油相比,生物柴油可降低 94%患癌率。生物柴油中几乎不含硫,完全可 以满足美国现行的柴油标准中硫含量要求, 这种新的低硫柴油发动机燃油, 在借助于最新的涡轮增压技术、 先进的高压喷油

器和燃烧室以及排放装置中的微粒过滤器, 将使配置柴油发动机的汽车更容易被 美国公众所接受。 同时, 柴油机新技术的应用和严格的排放标准也促进了美国生 物柴油产业的发展。 在过去几年里,通用、福特和戴姆勒-克莱斯勒公司都推出了配备柴油发动机的 重型皮卡。 这三大汽车公司推出的柴油发动机汽车都非常成功, 最近他们都改进 了发动机的设计和发动机管理及排放控制系统, 与迅速更新的先进技术保持着同 步发展。 这三大汽车制造商推出的柴油发动机汽车在全球市场上的销量都非常好, 其中戴 姆勒-克莱斯勒公司还将目标放在了北美市场。 去年, 戴姆勒-克莱斯勒公司决定 停产已经销售了很长时间的道奇 Ram 大型货车, 以支持 1995 年起作为梅赛德斯奔驰公司产品在世界其它地区销售的 Sprinter 货车在美国市场的销售。 事实上, Sprinter 货车已经通过戴姆勒-克莱斯勒公司旗下的 Freightliner 分公司在北 美大陆销售了好几年了。 Sprinter 货车配备的是 2.7L5 缸中冷涡轮增压柴油发动机,在发动机转速为 3800r/min 时输出最大功率 154hp,转速在 1600~2400r/min 之间时的最大输出 扭矩为 243 英尺磅(1 英尺磅=1.35Nm)。该型发动机的汽缸体和汽缸盖采用 铸铁材料一体化设计,其最大的特点是采用了 20 气门双顶置凸轮轴(DOHC)设 计和燃油共轨技术。 具有大型运输车队的运营商如 UPS(美国联合包裹运送服务公司)物流集团购买 了大量的 Sprinter 汽车,表明他们对 Sprinter 汽车非常满意。虽然 Sprinter 汽车主要是面向运输车队销售的, 但是它也在积极地开拓着 B 级别墅汽车这一块 市场。可靠耐用的柴油发动机,加上与之匹配的梅赛德斯-奔驰 W5A 380 五挡自 动变速器,Sprinter 汽车提供了别墅汽车所追求的燃油经济性与整车耐用性。 2004 年年底,戴姆勒-克莱斯勒公司还将专门为美国客户推出柴油发动机动力的 Liberty 吉普车,该车配备从欧洲进口的四缸 2.8L 共轨柴油发动机(CRD)。柴 油发动机动力的 Liberty 吉普车在欧洲被称为切诺基(Cherokee),已经被证明 是一款非常成功的车型。由于 Liberty 吉普车在美国市场上非常成功,戴姆勒克莱斯勒很可能还会推出一款柴油发动机动力的大切诺基吉普车。 戴姆勒-克莱斯勒在德国的合作伙伴, 梅赛德斯-奔驰汽车公司, 今年夏季推出了 2005 款奔驰 E320 轿车,该车配备 3.2L 共轨燃油直喷(CDI)柴油发动机。这是 梅赛德斯-奔驰公司自 1999 年推出配备涡轮增压柴油发动机的 E300 轿车以后, 首次推出的另一款柴油发动机。 与采用汽油发动机动力的同级别车型相比, 配备 六缸涡轮增压共轨燃油直喷柴油发动机的奔驰 E320 能够多行驶 20%的里程,巡 航行驶的里程更长,从 0~100km/h 的加速时间也更短。 虽然梅赛德斯-奔驰公司也偶尔向北美市场出口柴油发动机轿车,但是大众汽车 公司才是目前唯一一家在北美市场成功销售柴油发动机轿车的公司。 大众公司此

前推出的小型 1.9L 涡轮增压燃油直喷 (TDI) 柴油发动机在北美地区非常受欢迎, 因此大众公司不久之后将在帕萨特车型中推出 2.0L 涡轮增压燃油直喷柴油发动 机,以及在 SUV 汽车 Touareg(途锐)上配备了功率为 313hp、排量为 5.0L 的涡 轮增压燃油直喷 V10 柴油发动机。 展望未来, 石油工业和对外国石油的依赖将驱动我们以更加开放的姿态开发可替 代能源。生物柴油的应用也许会使我们回到鲁道夫.狄塞尔以及其柴油发动机的 最初梦想。 第三节 生物柴油的重要性 一、 生物柴油与人类健康 当生物柴油取代石油制品时,可以减少全球温室气体的排放,如二氧化碳。比如 在大豆生长过程中,它从空气中吸收二氧化碳,用于制造茎、根、叶和种子。当 油从大豆中提炼出来, 转化成生物柴油, 燃烧时释放出二氧化碳和其他物质到大 气中。 这个循环并没有增加空气中的二氧化碳的含量, 因为下一批大豆将利用这 些二氧化碳来生长。 当化石燃料燃烧时, 100%释放的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量。 如果 化石燃料制造生物柴油,虽生物柴油循环的二氧化碳不是 100%,被生物柴油替 代的石化柴油减少 78%二氧化碳排放量。B20 则减少 15.66%。 生物柴油减少了绝大多数的现代四冲程压燃发动机汽车尾气中的微粒物质排放、 碳氢化合物排放和一氧化碳排放。这是由于 B100 自身含有 11%(重量比)的氧。 存在于燃料中的氧使燃料燃烧的更完全, 残留的排放未燃燃料的排放更少。 同样 理由, 有毒气体的排放也更少, 因为有害气体与未燃尽的碳氢化合物和微粒物质 排放有关。研究显示,微粒物质、碳氢化合物、一氧化碳排放的减少是不受原料 影响的。美国环境保护署查阅了 80 份压燃发动机的排放测试报告,确认排放减 少的益处是真实的, 并预计排放的减少可以发生在更广泛混合比例的生物柴油化 合物中。 对于老式的两冲程发动机,如果不消耗过多的润滑油,B20 可以减少一氧化碳、 碳氢化合物和微粒物质。 如果加大润滑油消耗, 那么 B20 中微粒物质排放可能比 表 1 显示的还要低。 另外,一般人首先感受到生物柴油或生物柴油混合燃料的好处是从它们的气味。 使用生物柴油可以使排放气味变得好一些,有点象烹饪的气味。 柴油燃烧后排放的有些微粒物质和碳氢化合物是有毒的或是有可能导致癌症和 其他危及生命疾病。 使用 B100 可以去除 90%气体毒素。 B20 可以将气体毒素减少 20%到 40%。许多研究证实了生物柴油对于气体毒素的效应,这些研究始于原来 的明尼苏达大学的矿物局的柴油研究中心。 能源部也进行过类似研究, 这项研究 是通过爱达荷大学、 西南研究所和蒙大拿环境质量部完成的。 国家生物柴油协会 也组织了 I 级和 II 级卫生效应研究,其结果支持了上述结论。

美国劳工部的矿业安全卫生署进行了测试,并批准在矿井下使用生物柴油设备, 在那里工作的工人暴露在高浓度柴油排放气体中。 使用生物柴油混合燃料可以降 低危及生命的疾病危害。 二、生物柴油与国家能源安全 从植物油中生产生物柴油所需要的化石燃料的能量只占其所含能量的一小部分 (31%)。你可以用 1 个单位的化石燃料的能量生产出 3.2 个单位能量的生物柴 油。上述估计也包括在其他能量的使用领域,如农场的使用柴油设备、运输工具 (卡车和机车头)、化石燃料用于化肥和杀冲剂的生产、化石燃料用于生产蒸汽 和电力、甲醇。由于生物柴油是高能效的燃料,它可以替代石化柴油,从而改变 对进口石油的依赖。 1.生物柴油是可再生能源,不必担心能源会被耗尽 生物柴油的生产、加工、消费是碳的一个有机的闭合循环过程。生物柴油的原材 料植物通过光合作用能把太阳能转化为能储存的生物能,通过加工制成生物柴 油,生物柴油经过人的消费,其中的碳以二氧化碳的形式回到大气中,作为下次 光合作用的原料。 因此, 生物柴油的生产、 加工和消费是一个可持续发展的过程。 生物柴油的可再生性可以解决一些石化能源枯竭而引起的能源危机, 保证能源安 全。 2.生物柴油可以作为一种战略资源储备 战略储备的作用归纳起来可以有以下三方面。1、保障供给。即保证一段时间内 的燃油应急供应,使国民经济各重要部门特别是军队能够正常运行。2、稳定能 源价格。庞大的战略燃料储备本身对市场就起着制衡作用。在 1990 年,国际能 源机构成员国的战略石油储备能维持 96 天的消费。这么大的储备量和库存量随 时都可以抛售到国际市场上抑制油价的上升。 正如西方媒体所评论的那样, 尽管 石油储备是对付石油短缺而设置的头道防线, 但其真正的作用不在于弥补损失掉 的进口量,而在于遏制油价的上升。3、威慑作用。在紧急的情况下,国家能及 时利用战略是有储备, 减轻和限制石油武器或者石油危机的冲击力, 为解决危机 和其他一系列问题赢得所需的时间。 同时, 还可使潜在对手认识到这种储备能在 相当长时间内起到石油供应的保护作用, 在做出使用“石油武器”的决策时, 不 得不顾及可能给自己的石油收入所带来的无法承受的损失。 生物柴油是一种生物质能, 能够广泛应用于生活、 生产、 军事等领域的新兴能源, 是石化柴油很好的替代品。 其不受地理等影响, 可以因地制宜种植生物柴油原料 植物,形成绿色能源储备库,加上生物柴油的生产不受地理环境的影响,可免去 勘探、钻井、采矿及长途运输等环节,比石化柴油更容易普及和推广。因此,生 物柴油的布局更合理, 在能源上更加独立, 使得各国的能源不易受到别国的干涉 和控制,减少对石油市场的依赖。即使在战争时期,生物柴油的生产与加工也不

会受到很大的影响。 所以在这个能源竞争的时代, 生物柴油是一种最好的战略石 油储备。 同时, 生物柴油的发展可以解决目前一些由于石油而引起的一系列斗争, 有利于维护国际环境安定。

3.生物柴油比核能更安全,不容易发生爆炸、泄露等安全事故

2004 年 6 月 26 日国际原子能机构向外界宣布,近几年西欧和美国已经停止了修 建核工厂, 专家纷纷表示出了对修建核能安全问题的担忧, 因为在此之前核泄漏 事件已经对世界环境造成了极大的危害,其中最为严重的是切尔诺贝利核事故。 而生物柴油具有核能所没有的优点,具有较高的闪点,可降解,无放射线危害。 生物柴油不管是生产、运输、使用等方面都比较安全。

总的说,生物柴油是一种可再生的能源,不会枯竭;生物柴油又是安全的能源, 不易发生爆炸;生物柴油更是对环境友好的能源,对人类健康无害。因此,可以 说生物柴油在保证国家能源安全上有着比石油更美好的前景。 第二章 生物柴油原材料 第一节 能源植物资源 生物质能源的含义包括有:能源林、能源作物、水生植物和各种有机废弃物。它 们都是通过植物的光合作用转化而成的可再生的生物资源, 一般都称为“绿色能 源”,是广义的太阳能。 中国、印度以及很多发展中国家,薪柴、秸杆这些传统的能源,至今仍是这些 地区人民赖以生存的物质基础。 随着生物工程的迅速发展, 已为能源树种的杂交 选种、快速繁殖开辟了新的途径,为实现能源生产工厂化创造了条件。当前“绿 色能源”发展有以下几种动向: 一、木质能源 森林每吨生物量可产生 1840 千瓦小时的能量,故人们将森林称之为“木质能 源”或“木质石油”。 人们期待有朝一日这一植物能源能缓解当今世界日趋严重 的石油危机。诺贝尔化学奖获得者、美国著名科学家卡尔文,早在 1976 年就栽 培了“续随子”和“绿玉树”,从中提取碳氢化合物和水组成的乳浊液,含有

30%~40%类似原油的烃类物质, 每年每公顷产油量达 25 桶, 最高可达 125 桶。 美国香槐树,是一种小乔木,树中提取的乳汁,经与别的元素混合即成为原油, 每公顷约产原油 12 桶。巴西的香胶树也是有名的“石油树”,每棵树每年可割 出 50 千克左右的胶汁,其成分是与石油相似的碳氢化合物,不用加工就能直接 使用。按树也是很好的“石油树”,一公顷按树一年能产“石油”91 升。现在 世界上有 600 多种桉树中,含油率高的有 50 种左右。巴西有一种叫“苦配巴” 的树,树高 30 米左右,只要在树杆上钻个孔,“油”便不断流出,一昼夜可产 “油”20 千克~25 千克,每隔 40 天可采一次。菲律宾的“海桐花树,”其果实 可当燃料,通过加氢处理,能得到一种类似汽油的油。据调查,地球上有上千种 可以生产“木质石油”的植物。80 年代,中国林业科学院热带林业研究所,在 海南岛的原始森林里发现一种能产“柴油”的油楠树。 这种属于苏木亚科的常绿 大乔木,树高可达 30 多米。一般树高 12 米~15 米,胸径在 40 厘米~50 厘米的 油楠树就能产油、通常每株油楠树可产油 20 千克~25 千克,最多可达 100 千克 以上。用棉花蘸上这种油,一点火就着,可燃性与柴油相似。 二、能源作物 很多农作物如木曹、甜菜、甘蔗、高粱、马铃薯以及秸杆、玉米芯等都是生产 酒精的上好原料。近年来,巴西的酒精生产量剧增,以解决汽油的短缺。如巴西 培育的“能源甘蔗”,其生产量大大高于普通甘蔗,专供酒精发酵之用。更重要 的资源开发是利用纤维的水解发酵, 如果这项技术获得成功, 将大大扩大酒精的 原料资源。世界上大量的木本和草本植物的纤维都将成为“绿色石油”取之不 尽,用之不竭的“矿床”。 三、“植物能源”工程 近几年,在我国一些先富起来的农村,农民买高价煤气或液化气罐,把世代使 用的秸杆、柴草当成了废物,胡乱堆放,如果把它变成能源,比用煤气、液化气 作能源更经济、更卫生,还可消除对环境的污染。大连市某科研所经过 3 年的研 究试验, 终于成功地解决了这一问题。 这项名为“废植物制气制油制炭综合利用 技术”(即“植物能源”工程)所用的原料就是广大农村中大量的作物秸秆、谷 物皮核、杂草、树枝叶、木屑等,属于可再生资源。经过一系列物理加工、化学 加工,都可以生产出优质炭、焦油和其他化工产品,达到了物质全部利用,且不 产生污染物,具有很高的经济效益和环境效益。由于原料广泛易得,不受枯竭威 胁,也不受运输限制。所生产的可燃气可作为农村的生活燃气和工业燃气。这对 改变农村燃料结构, 提高农村现代化建设起到了促进和保证作用。 这项技术的开 发, 将在广大农村兴起一批相配套的植物化工加工业, 这给解决中国农村劳动力 过剩、城乡差别、农村经济发展、农村建设规划等问题带来新的希望。 有关专家对“植物能源工程”进行了经济分析与前景预测。以 500 户一个村 (屯)为单位进行计算分析:每户按 4 人计,500 户农民,每年烧掉秸秆和杂草

2500 吨。如果建设植物能源加工厂,总投资 150 万元,可得到燃气 62.5 万立方 米,能供 1000 户居民生活用燃气,还可得到优质炭 600 吨,价值 120 万元;焦 油 250 吨,价值 75 万元;醋酸钙、甲醇、丙酮等化工原料 200 吨,价值 12.5 万元。总产值 250 万元,每年获利税 100 万元,投产一年半即可收回建厂投资。 从全国看,像 300 户~500 户的村屯有几十万个,如果每个农民提供 500 千克 秸杆进行加工, 每年得到的再生能源相当于增产 2.5 亿吨标准煤, 同时所获得的 醋酸相当于建立年产 10 万吨的醋酸生产工厂 130 个, 所获得的甲醇相当于建 200 个年产 1 万吨的甲醇工厂。在农村推广此项技术,就地取材,原料可年年再生, 省去了外运的费用。这就是说,不管在多偏远的山村,都可以实施该技术。目前 建设部已在大连市郊建立了一座样板工厂,可望不久向全国推广。 四、水生植物 地球表面有 71%以上是水域,水中繁衍着大量水生植物。仅就海洋中的水生植 物而言,储量相当丰富,每年通过光合作用产生的总量就有约 550 亿吨,储能达 9.2×1017 千焦能量,其中主要是海藻,而且种类繁多。可利用这类水生植物经 过嫌氧发酵作为制取沼气的原料; 有的也可作为制取燃料油的原料。 藻类植物的 适应性强, 代谢类型多, 生长快, 易制成生物反应器, 也便于诱导突变出新品种。 估计通过人工养殖,建立海洋或湖塘能源工厂,开采“绿色石油”资源,将是解 决今后能源问题的一个重要途径。 美国能源部能源研究所利用巨型藻研制成了柴 油,日本利用微细藻制取了醇。 植物的种类甚多,全世界已知的植物几十万种,其中以种子植物数量最多,约 有 20 万种。人类所利用的植物油脂全由种子植物得来,其中有的含油脂多,有 的含油脂少;有的可食用,有的不可食用。但它们是一项重要的能源。云南省生 产的一种茶藤果,其果仁的油脂含量高达 76%,我国已经发现的植物油源共计有 400 多种以上。 五、动物油脂 动物油脂主要指牛脂、羊脂、猪脂、黄油,其产量占油脂总量的 30%左右。作为 工业用的油脂,约占动物油量的 1/3。 1.牛羊油 牛羊油的主要成分是棕榈酸、硬脂酸和油酸的甘油酯。由于牛脂、羊脂的脂肪酸 组成相近,性能相似,加工时常掺和在一起,故称为牛羊油。 表:牛油的国际标准 项目 气味 色泽 水分及 相 对 密 度 折 杂质 (40℃) 射 率

(40℃)

工业级

有特征气味,无 奶 白 色 臭及异味 淡黄色

-

0.893-0.898 1.448-1.460

食 用 动 物 有特征气味,无 白 色 - 淡 油 臭及异味 黄色

-

0.893-0.904 1.448-1.460

项目

凝固点

酸值

皂化值

碘值

不皂化物/%

工业级

45.2-47

﹤2

190-200 32-47

﹤1

食用动物 油

40-49

﹤2.5

190-202 32-50

﹤1.2

中国的牛羊油主要产于内蒙古、新疆、陕西、山东、青海等地。目前其产量还不 能满足制皂工业及脂肪酸工业的需要,大部分仍从澳大利亚、新西兰、美国、加 拿大等国进口。 2.猪油 中国猪油资源比较丰富, 工业规格的猪油色泽较差, 酸值较高, 常混有较多水分、 杂质,如蛋白质等。 猪油脂肪酸成分主要是肉豆蔻酸 3%,棕榈酸 24%,硬脂酸 18%,油酸 42%,亚油 酸 9%,十六烯酸 3%。 表:为猪油国际标准 折射率 项目 气味 色泽 水分杂质 相 对 密 度 (40/20℃) nD40

猪油

有特征气味, 无臭 及异味

白色

-

0.896-0.904 1.448-1.460

浸出猪油

有特征气味, 无臭 及异味

白色

-

0.894-0.906 1.448-1.461

项目

凝固点

酸值

皂化值

碘值

不皂化物/%

猪油

32-45

﹤1.3

92-203

45-70

﹤1

浸出猪油 32-45

﹤2.5

92-203

45-70

﹤1.2

3.水产油脂 水产油脂一般具有如下特征: (1)碳数分布在 C14~C22,特别是 C20 以上的长链脂肪酸含量高。 (2)长链脂肪酸中以双键数多于两个的多元不饱和酸为主。重要的商品水产油 脂见表。 表:水产油脂 海洋动物油 组 成 ( 酸 值 C14:0 0.15%-10.63%) C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 C18:4 鲱鱼油 3-8 8-13 6-9 1-3 17-22 1-4 0-1 步鱼油 7-8 17-29 7-10 3-4 13-16 0-1 0-1 2-4 鲲鱼油 6-8 16-19 8-12 2-4 10-16 1-3 0-2 2-3 鲸鱼 4-8 7-12 7-18 1-3 28-32 1-2 不 皂 化 物 0.3-0.8 nD20 1.4772 d204 0.9232-0.924 海豹鱼

C20:1 C20:4 C20:5 C22:1 C22:5 C22:6 碘值 皂 化 性质 值 凝 固 点/℃ 六、废弃食用油脂

9-15

1-2 1-2

2-8 1-3 10-24 1-8 2-4 4-14

12-20

6-9 11-16 1-4 6-8

10-13 0-2 2-3 9-14

1-4 4-18 1-4 1-5 4.96 9.94

115-160 150-195 160-190 110-130 141-166 180-192 189-193 139-193 183-198 193-195 0.3-0.8 不皂 化物

23-27

31-33

28-34

22-24

废弃食用油脂是指食品生产经营单位在经营过程中产生的不能再食用的动植物 油脂,包括:油脂食用后产生的不可再食用的油脂、餐饮业废弃油脂,以及含油 脂废水经油水分离器或者隔油池分离后产生的不可再食用的油脂。据有关统计, 目前我国每年生产的废弃食用油达到食用油脂总量的 8%以上,在 100 万吨以上。 据专家介绍, 酸败油脂除了可以破坏食物中的营养外, 还会对人们肌体的细胞色 素酶等几种酶系统产生损害作用。 地沟油还能产生剧毒物“黄曲霉素”, 而黄曲 霉的毒性比氰化钾还高, 是目前发现的最强的化学致癌物质, 不仅能使人和动物 肝脏发生癌变, 而且还能使其他部位发生癌肿。 废弃食用油脂的脂肪酸组成见表。 废弃食用油脂的脂肪酸组成

≦C12
脂肪酸/% 原料

C14:0

C16:0

C16:1

C18:0

C18:1

C18:2

C18:3

≧C20

废 弃 油 脂 菜籽油 豆油 牛油

0 0 0 0

1 0 0 2

23 4 12 27

1 0 0 2

10 1 4 25

50 10 23 40

15 15 55 2

0 10 7 0

0 60 1 2

猪油

0

1

25

2

14

46

10

0

3

我国对废弃食用油脂除了少部分用于生产肥皂和脂肪酸外,大部分没有回收利 用。食用残油直接排入下水道,油脂氧化酸败产生气味难闻的挥发性成分醛、酮 等,油脂浮于水面,造成严重的水体污染。 以废弃食用油脂生产生物柴油, 可使废弃食用油脂变成一种有用的工业资源, 打 开了其回收利用的“瓶颈”, 从而切断了其重新流入食用领域的途径, 有效保障 人们身体健康。同时,也将使城市环境大为改善。 七、各种有机质废弃物 除了工农业生产及人们生活直接造成的废弃物质、 城市垃圾外, 还有各种糟渣、 废液也将是很好的能源资源, 经进一步的深转化, 实际是资源的有效再利用过程, 也是促进生态环境向良性循环发展的重要环节。 另外, 一个更有前途的生物能源 是直接利用或模拟植物光合作用产生氢燃料。 绿色植物在常温、 常压下利用太阳 光的作用,把水分解成氢和氧,是它特有的功能。一旦光合水解放出氢或它的人 工模拟系统研究成功, 并用于生产实践, 将是“绿色能源”开发的一个重大突破, 将为人类生存与发展作出巨大贡献。 植物能源之所以受青睐, 是因为它具有其它能源不可比拟的优点: ①分布范围 广,地球上植物分布的范围远超过矿物能源的储藏范围;②可以再生,现在使用 的能源中只有 15%的能源是可以再生,如水能、风能、太阳能等;而植物能源 是最有潜力的再生能源;③无污染,优于矿物能源;④安全性能好,优于核能和 氢能; ⑤可以充分利用土地, 能够在贫瘠地、 弃耕地和未开发的土地上大量种植。 此外,其投入也比水电少,而且不用更改现有用能设备。据专家测算,目前全球 植物能源(主要是森林)每年生长量相当于 600 亿吨~800 亿吨石油,而全球石 油开采量约 30 亿吨,仅相当于植物能源年生长量的 4.3%。 目前,美英等发达国家利用木材加工液体燃料(木质石油)已达到实用阶段。 美国俄勒冈州的一家以木片为原料加工原油的实验工厂,每吨木材可制取 300 千克“木质石油”。英国一家公司采用液化技术以 100 千克生产出 24 千克木质 石油、16 千克沥青和 16 千克蒸气,这种木质石油与中东地区的石油相近。植物 能源利用的关键是选好树种。美国能源部建立了五个由三角叶杨、桤木、黑槐、 桉树等树种组成的能源试验植物场; 菲律宾种植 1.2 万公顷银合欢树, 每年可产 木质石油 100 万桶;瑞士制订了一项“绿色能源计划”,准备用 10 年时间,在 全国种植 10 万公顷能源树,以解决年需石油量的 50%以上的供应问题。植物造 “油”, 实质上是研究与开发太阳能的一种形式。 绿色植物都要依靠阳光进行光 合作用, 才能把简单的无机物转化为有机物, 从而把太阳能“禁锢”在自己体内。 据测定,1 公顷森林每年可以生产 12.9 吨干物质,其固定的太阳能大约等于 5 倍粗制石油的能量。 全球绿色植物贮存的总能量大约相当于 8 万亿吨标准煤, 其

中 90%贮存在森林中。 因此, 利用植物造“油”, 大力研究与开发“植物能源”, 是解决今后乃至未来世界能源危机的一条经济而有效的途径。 第二节 能源植物及其资源概况 能源植物(Energy Plant)(又称“石油植物”或生物燃料油植物)通常是指那些 具有合成较高还原性烃的能力, 可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的 植物,以及富含油脂的植物。因此,能源植物包括:(1)富含类似石油成分的能 源植物,石油的主要成分是烃类,如烷烃、环烷烃等,富含烃类的植物是植物能 源的最佳来源, 生产成本低, 利用率高, 如目前已发现并受到专家赏识的续随子、 绿玉树、橡胶树和西蒙德木等;(2)富含碳水化合物的能源植物,利用这些植物 所得到的最终产品是乙醇,如木薯、甜菜、甘蔗等;(3)富含油脂的能源植物, 既是人类食物的重要组成部分, 也是工业用途非常广泛的原料, 世界上富含油的 植物达万种以上,我国有近千种以上,其中有的含油率很高,如木姜子种子含油 率达 66.4%,黄脉钓樟种子含油率高达 67.2%,还有苍耳子等植物。产油植 物大体有 3 类:一是大戟科植物,其植物油可制成类似石油的燃料,大戟科的巴 豆属制成的液体燃料可供柴油机使用。 二是豆科植物, 美国加利福尼亚大学化学 博士卡尔文在巴西发现,在苦配巴树干上钻个孔,就能流出油来,每个洞流油 3 h,就能得油 10 L~20 L。油可以直接在柴油机上使用。据估计,1 hm2 的苦配 巴植物每年可生产油 5O 桶。三是其他木本植物,如油棕榈树、南洋油桐树、澳 大利亚的阔叶木棉等。美国科学家通过试种,种植 1 hm2 含油大戟,1 a 至少可 收获 25 桶生物石油,经改进,甚至可能收获 125 桶,成本低于天然石油;巴西 试种油棕榈树,3 a 后开始结果产油,产油 1 万 kghm-2。

目前, 大多数的能源植物尚处于野生或半野生状态, 人类正在研究应用遗传改良、 人工栽培或先进的生物技术等手段, 通过生物质能转换技术提高利用生物能源的 效率,生产出各种清洁燃料,从而替代煤炭、石油和天然气等石化燃料,减少对 矿物能源的依赖, 保护国家能源资源, 减轻能源消费给环境造成的污染。 据估计, 绿色植物每年固定的能源, 相当于 600 亿至 800 亿 t 石油, 即全世界每年石油总 产量的 20 至 27 倍,约相当于世界主要燃料消耗的 10 倍;而作为能源的利用量 还不到其总量的 1%。目前,世界上许多国家都开始开展能源植物或“石油植 物”的栽种研究,并通过引种栽培,建立起新的能源基地,如“石油植物园”、 “能源农场”,以此满足对能源结构调整和生物质能源需求的需要。专家认为, 生物能源将成为未来持续能源重要部分,到 2015 年,全球总能耗将有 40%来自 生物能源。因此,能源植物具有广阔的开发利用前景。

全球目前开发利用的主要能源植物

名称

形态

原产地

产量

成分

使用

苦配巴

乔木

亚马孙河流域

50 桶 hm-2 或 10-20Lh-1

柴油

不经加工提炼

香槐

乔木

欧洲、美国

50 桶hm-2

汽油

稍经处理

海桐花

小乔木

菲律宾

50 gkg-1

汽油

加工

木棉

乔木

澳大利亚

0.1 kgkg-1 重油

干木加工

麻疯树

乔木

中国

1.5-3thm-2 柴油

稍经处理

黄鼠草

草本

美国

1-6 thm-2

石油

加工

桉树

乔木

澳大利亚

5 桶t-1

汽油

水蒸气蒸馏

棕榈

乔木

热带雨林

10 thm-2

可燃油

提炼

第三节 国外能源植物培育与开发利用概况

20 世纪 70 年代, 国际上出现了两次石油危机, 2000 年人们又在油价格猛涨中度 过,最近几年,原油一直在高价位运行,这给世界经济带来巨大影响,更使科技 工作者加大对新能源的关注。 不少植物学家试图用植物油脂这种植物能源作为对 石油日益膨胀需求量的对策之一。

自从诺贝尔奖获得者、美国加州大学的化学家卡尔文于 1986 年在加州福尼亚种 植了大面积的石油植物获得成功以来, 在全球迅速掀起了一股开发研究石油植物 的浪潮。 许多科学家们萌生了建立石油“能源林场”的设想。 “能源林场”有两 种:一是栽种的木本植物产生碳氢化合物,提取后即可制成燃料;二是木本植物 直接产生近乎石油的燃料。 在世界各地相继发现了一些“柴油树”、 “酒精树” 和“蜡树”。到目前为止,科学家们已发现了 40 多种“石油”植物,主要集中 在夹竹桃科、大戟科、萝摩科、菊科、桃金娘科以及豆科上。专家们正在进行品 种的选择和质量的优化,并准备尽快实行商业化生产。

有的直接从树中挤出就可发动汽车, 有的稍加工提炼后就可作燃料油和化工产品 的原料;能源植物大量种植,将在发展经济、解决能源短缺、保护环境等方面作 出巨大贡献。

在世界各地还先后栽培成功了各种石油植物, 许多国家纷纷建立一种全新的石油 生产基地——“石油植物园”。

产于澳大利亚的古巴树(也称柴油树),从成年树中每棵每年可获得约 25 L 燃料 油,且这种油可直接用于柴油机。巴西.、种野生的汉咖树,在它体内含有 15% 的酒精。产于美国的美洲香槐,它生活在干旱和半干旱地区,与我国西部很多环 境相似,在每公顷土地上我们可以从这种大戟科植物中能得到约 1600 L(合 10 桶)燃料油。 生长在中国海南岛的油楠树, 是一种能产柴油的树种, 一棵直径 0. 4 m、高 12 m 的油楠树,可年产拟柴油物质 l0 L~25 L,一棵大树可产 50 L。巴

西生长的香胶树是一种枝干粗大的常绿乔木,一年能分泌 40 kg~60 kg 胶液, 纯净的胶液不经提炼可直接当柴油使用, 每公顷香胶树可年产石油 225 桶。 巴西 还有一种油棕榈树,也是一种石油树,栽培三年后开花结果,每公顷可年产油 1 万公斤。另外,泰国、澳大利亚也分别从南洋油桐、阔叶木棉中提取出了石油物 质。这意味着,广泛种植能生产石油的树木,将使人类在未来获得稳定的新能源 之一。

某些野草也含有类似“石油”的成分, 美国加利福尼亚洲境内广泛生长着一种野 草,当地人称为“黄鼠草”或“鼠忧草”,1 hm 面积的黄鼠草可提炼 1 t 石油, 若经过杂交人工种植,每公顷产量可高达 6 t。目前美国已开始大面积种植这种 油料植物。日本科学家最近发现一种芳草类植物“象草”,属于芒属作物,是一 种理想的石油植物。其生长迅速,1 季就能长 3 m 高,从亚热带到温带的广阔地 区都能生长;1 hm2 平均每年可收获 12 t“生物石油”,比其它现有的任何能源 植物都高产,而且种植成本还不到种油菜成本的 1/3,可是变成石油所产生的 能量却相当于用菜籽油提炼的生物柴油的两倍。

另外, 还有一些通过提炼能生产燃油的植物, 目前在巴西高原的热带雨林中发现 近千种这类植物。 可从其所产生的乳液中用简单的工艺就能得到高品质的液态燃 料。在马来西亚的原始森林中,科学家们也正寻找着这类植物。有一种叫银合欢 树的豆科植物, 不但是荒山造林、 保持水土的好树种, 而且它的汁液含油量很高, 被誉为“燃烧的木头”,其燃烧能力可达到石油的 2/3 以上。生长在美洲沙漠 或半沙漠地区的霍霍巴,又名加州希蒙得木,体内含有 50%的液体蜡,能用作 抹香鲸油的代用品,在机械润滑、化妆品、医药及食品等方面有 20 多种用途, 人工栽培每公顷可产蜡 1 050 kg。巴西有一种名叫“苦配巴”的乔木,只要在 树干上钻一个直径 5 cm 的孔洞,就能流出金黄色的油状树液。每株成年树每年 能产“油”10kg~15kg, 成份非常接近柴油。 澳大利亚有一种叫阔叶木棉的植物, 能提取类似于重油的燃料油。巴西热带丛林的一种油棕榈树,栽种 3 a 后开始产 “油”,成份与柴油相仿,而且无需提炼,可用于柴油发动机,据估计,每公顷 可产油 1 万 kg。在澳大利亚北部,也发现了两种可以提取石油的多年生野草一 桉叶藤和牛角瓜,这些野草生长速度极快,每周长 30 cm,每年可以收割几次。 科学家们用溶解法从这两种野草的茎叶中提炼出一种白色汁液,可以制取石油。

目前看来,从植物体中获得石油既经济又省事。大面积栽培这些石油植物,人们 就可以从这些“活石油井”中源源不断地获得能源。石油植物与其它能源相比, 具有许多优点:

(1)石油植物是绿色植物,原料来源广泛,可利用各种动、植物油作原料.不 会造成环境污染。

(2)可得到经济价值较高的副产品,以供化工品、医药品等市场。

(3)相对于石化燃料油,生物石油贮存、运输和使用都很安全(不腐蚀溶器,非 易燃易爆,较之于核电等能源要安全得多),热值高(一般可达石化燃料油的 80 %,可再生性(一年生的能源作物可连年种植收获,多年生的木本植物可维持数 十年的经济利用期),现实效益高;可在自然状况下实现生物降解,减少对人类 生存环境的污染。

目前,发达国家用于规模生产生物柴油的原料有大豆(美国)、油菜籽(欧共体国 家)、 棕榈油(东南亚国家)。 现已对 40 种不同的植物油在内燃机上进行了短期评 价试验,其中包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕榈油和蓖麻 籽油。棉花籽、食用回收油,其价格低廉,取材广泛,亦是许多国家研究和利用 的对象。日本、爱尔兰等国用植物油下脚料及食用回收油作原料生产生物柴油, 成本较石化柴油低。

自 20 世纪 80 年代以来, 美国等国进行了能源植物种的选择, 富油种的引种栽培、 遗传改良以及建立“柴油林林场”等方面的工作与研究。 在能源植物特性和植物 燃料油的研制上, 在获得植物燃料油途径、 燃料油使用技术上都取得了较大进展。 石化能源价格的不断上涨,主要油料作物总产量迅速增加而导致油料农产品滞 销,为各个国家把部分农业用地转为可生产能源的原料作物提供了有利条件。

美国于 1986 年率先进行人工种植石油植物, 每年可收获石油 120~140 桶hm-2。 随之,英、法、日、巴西、菲律宾、俄罗斯等国也不甘落后,纷纷开展石油植物 的研究与应用, 建立石油植物园这一全新的石油生产基地。 人们还试图用遗传基 因技术培育新树种,采用更先进的栽培技术来提高产量。英、美等发达国家正在 对已发现的 40 多种石油植物进行品种选择和质量优化的工作,并准备尽快实行 商业化生产。目前,美国种植的石油植物已扩展到数十万 hm2,产量超过 500 万 t,菲律宾种植的 l 万多 hm2 石油植物,预计 6 年后可收获石油 13 万吨,瑞士准 备种植 10 万 hm2 石油植物,借此解决每年 50%左右的石油需求量。

欧美许多国家结合本国特点都制定了生物柴油发展纲要, 在其推广使用上出台了 相关的优惠政策,来组织生产生物柴油;在公共区,严格限制机动车辆有害气体 的排放量,有力地推动了生物柴油首先在公共区的使用。德国、法国、意大利、 奥地利、比利时、美国、马来西亚等国家对投放市场的生化柴油都采取了免税政 策和低税率政策以鼓励民众推广和使用生物柴油,保护生态环境。在加拿大,却 未采取这种减税或免税优惠措施,以致生化柴油仍无法与石化柴油竞争。1980 年美国制定了国家能源政策, 明确提出以生物柴油替代石化柴油战略, 目的在于 促进可再生能源应用; 1992 年的能源政策措施(Energy Police Act)规定, 2010 到 年止,计划以非石油替代燃料替代总进口石油燃料的 10%。欧共体为了鼓励开 发石油植物资源,从 1993 年起减免植物燃料 9O%的消费税。

英国、法国、日本、巴西、俄罗斯等国还相继开展石油植物的研究与应用,借助 于遗传基因技术培育新树种, 采用更先进的栽培技术来提高产量。 全球生化柴油 的生产已具备一定规模,其中欧洲已成为全球生化柴油的主要生产地。1997 年, 全球的生化柴油生产量约为 66.3 万 ta-1。其中大约 60 万 t 由欧盟所生产, 占有率为 90.5%。随着高技术的发展,一些石油植物的深开发研究已达到实用 阶段,如木屑生产石油转换率达到了 70%,用蒸汽蒸馏技术处理桉树,每公顷 桉树可提炼石油 20 多 t,这一切极大地鼓舞了人类,能源专家预言,21 世纪将 是石油农业新星耀眼的时代。

第四节 我国能源植物培育与开发利用概况

我国幅员辽阔,地域跨度大,水热资源分布多异,能源植物资源种类丰富多样, 据统计,主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夹竹桃科、菊科、豆科、山茱萸 科、大风子科和萝摩科等。仅以木本植物为例,就有 1 a~2 a 可收获的绿玉树、 麻疯树、桉树和一些樟科植物如沉水樟等,以及 3 a~5 a 可收获的光皮树、山 桐子、清香木和黄连木等。我国海南的油楠树,在海南岛尖峰岭、吊罗山、霸王 岭三大林区生长,高 30 余 m,心材部分能形成棕黄色的油状液体,似柴油,用 它可以直接来发动汽车,一棵大一点的树每天能产油 10kg~15kg。海南岛热带 植物牛角瓜,生长在琼岛西南部及沿海沙滩地上,生长速度极快,每周可长高约 30 cm,其茎、叶含碳氢化合物,用溶解法或机械法从牛角瓜中可以提炼出白色 汁液, 制取轻质石油。 生长在我国广东、 福建一带的光棍树, 它的枝条是肉质的, 具有白色乳汁。据分析,乳汁里含有极多的碳氢化合物,在国外被认为是最有希 望的石油植物。

在四川也有许多能源油料植物, 攀西地区的野生小桐子(麻疯树), 其果实含油率 40%以上,5 a 生每 hm2 可产油 1.5 t~3 t,可以直接参人柴油中使用;宜宾 地区的巴豆,四川盆地的黄连木、乌柏、油桐,盆周山地的木油桐、油茶、山桐 子、光皮树、巴山榧树,山区的清香木、四川扁桃、野八角等。目前,已引入四 川的石油植物有攀西干热河谷的生物油料植物有银合欢(新西兰)、 霍霍巴(美国, “948”项目)、光棍树(非洲)、橡胶树、椰子树、油棕树(热带)等,以及目前大 面积引种栽培的桉树(澳大利亚,“948”项目)。

在湖南,还从南非、美国和巴西引进了能源树种绿玉树(Euphorbia tirucalli) 等。热带的橡胶树、椰子树、棕桐树也是有潜力的石油植物。橡胶树乳浊液的主 要成分是碳氢化合物, 有与石油类似的分子结构, 经蒸馏分解最终得到的产物像 汽油的碳氢化合物液体燃料;椰子也是海南的一大特产,20%的柴油与 80%的 椰子油混合成的“椰子柴油”适合长时间开动的发动机。

我国生物石油的研究与开发虽起步较晚, 但发展速度很快, 一部分科研成果已达 到国际先进水平。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良等及 其加工工艺和设备。 目前各方面的研究都取得了阶段性成果, 这无疑将有助于我

国生物石油的进一步研究与开发。可以预计,在 3 a~5 a 内,我国在该领域的 研究将会有突破性进展并达到实用水平。

“七五”期间(1986 年~1990 年),四川省计划委员会能源办公室下达的“野生 植物油作柴油代用燃料的开发应用示范”项目, 四川省林业科学研究院等单位对 攀西地区野生小桐子(麻疯树)的适生立地环境、 栽培技术、 生物柴油提取与应用 等进行较为深入的研究, 利用野生小桐子树果实提取生物柴油也获得了成功, 每 亩地平均可产干果 650 kg,可提取加工出约 180 kg 燃油。

中国科学院的“八五”重点科研项目“燃料油植物的研究与应用技术”, 完成了 金沙江流域燃料油植物资源的调查研究,建立了 30 hm2 的小桐子栽培示范片。 自 20 世纪 90 年代初开始,在湖南省,“八五”期间,一些科研单位完成了光 皮树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性的研究; “九五”期间完成了国家 重点科研攻关项目“植物油能源利用技术”,同时,还从南非、美国和巴西引进 了能源树种绿玉树(Euphorbia tirucalli)优良无性系,开展了“能源树种绿玉 树及其利用技术的引进”研究。 河北省武安市正和生物能源公司应用黄连木种子 生产生物柴油项目通过了国家经贸委组织的鉴定。在此基础上,目前,中国林科 院林业所组织各省林业合作单位对主要燃油木本植物(黄连木、文冠果、绿玉树 等)全国资源进行摸底,并对上述母本植物分布的重点省市开展种质资源调查。

在水生油料植物方面,专家认为,藻类的生物量巨大,一旦高产油藻开发成功并 实现产业化, 我国生物柴油产业规模将达到数千万吨。 美国可再生能源国家实验 室运用现代生物技术,已经开发出含油超过 60%的工程微藻,每亩产品可生产 2 吨以上生物柴油。 中国科学院植物研究所和中国科学院水生生物研究所的专家介 绍了国际上运用基因工程技术研究开发油藻的情况, 认为我们可以借鉴美国的经 验和教训,用较短的时间,通过基因工程开发出高产的油藻品种。青岛海洋大学 十几年来承担了 30 多项国家及省部级海藻育苗育种生物技术研究,拥有一批淡 水和海水藻类种质资源, 积累了丰富的海洋藻类研究开发和产业化的经验。 专家 认为, 我国有 5,000 万亩可开垦的海岸滩涂和和大量的内陆水域, 只要我们将现 代生物技术和传统育种技术相结合,优化育种条件,到 2010 年,有可能实现大 规模养殖高产油藻。

目前, 国内较为成熟的石油替代品研究, 主要集中在生物柴油和生物醇类燃料两 类上。 对石油能源油料植物的开发利用处于起步阶段, 石油植物种类和数量等资 源情况尚不完全清楚; 石油植物良种筛选和高效培育技术还未开展研究, 大面积 经济种植的问题还没有得到解决; 生物石油的生产和开发利用也刚刚起步, 生物 石油提制技术有待于进一步深入研究等等;都与发达国家尚有较大的差异。

第五节 我国石油植物资源培育和利用的问题分析

我国政府极为重视发展新能源和可再生能源, 并制订了相关方针政策。 在政府的 鼓励和支持下,近 20 年来,我国新能源和可再生能源的开发利用有很大发展, 已成为现实能源系统中不可缺少的重要组成部分。1992 年联合国全球环境与发 展大会后,国务院明确提出了我国对环境与发展采取的 10 条对策和措施,明确 要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能 源”。

一、发展潜力与优势

我国的山地丘陵多,山地资源丰富。据统计,山地、高原和丘陵约占国土面积的 69%。木本油料植物具有野生性,耐旱、耐贫瘠,还具有一次栽植、多年受益的 特性,经济效益可观,对调整中国农村产业结构、提高人民生活水平等都具有不 可低估的作用。

结合我国正在全面实施的退耕还林生态工程, 大面积营造生物柴油原料林, 可以 变荒山劣势为优势。 在现有的经济水平和资源水平的前提下, 要大力开发应用生 物柴油原料林,充分利用山地资源,规模栽培木本油料植物,才是具有中国特色 的生物柴油发展的必由之路。从长远来看是利在当代,功在千秋的好事。制定石 化柴油的替代品战略,开发生物柴油技术,重复发达国家的老路是不可取的。中 国必须从本国的国情出发,扬长避短,走自己的生物柴油发展道路。

木本油料在利用上的一个很大优点是利用成熟的果实或树汁,与伐树取材不同, 选用新培育的优良树种,油材两用,或用油为主,或用材为主,用油为副,具有 很大的优越性。一是群众对这些树种的接受较好,或者较熟悉,容易成活成林; 二是发展较易,它不占良田好地;三是生长过程中就有油收入,最后又可以利用 木材。同时,合理采收利用产油植物,有利于植被和生态环境的保护,在保护和 利用之间采取积极态度和合理的收购政策,依资源量计划利用,不会竭泽而渔。

石油植物的利用, 不但弥补石油短缺, 而且还带来了大量的化工产品的生产原料。 用作油漆和涂料的油主要是干性油,如桐油、紫苏油、脱水蓖麻油等。用植物油 作于 I 生油用,具有空气干燥、柔软、粘合等特点;在油漆制造工业的产品中, 油性植物对新型油漆和涂料的合成具有很大的潜力; 在表面活性剂中, 如月桂醇 磺酸钠是牙膏、 牙净和洗发液等日用品不可缺少的发泡原料; 我国樟科植物的脂 肪油含月桂酸较高,用它作原料可代替进口的脂肪醇磺酸钠的原料。

因此,石油植物的利用,植被不但不会被破坏,反而会自觉保护发展,因为它解 决了社会、环境、经济三者之间的矛盾,有利于可持续发展。

二、存在的问题

我国已经开始进行能源植物的开发和应用研究, 但与西方发达国家相比, 这些研 究目前主要集中在引进、栽培与开发阶段,还没有真正意义上的应用。还存在许 多问题:

首先,石油植物资源不清。目前,我国石油植物资源分布情况还未进行过全面调 查,不同种类含油率差异大,如麻疯树(Jatropha curcas)含油率达 40%以上, 绿玉树(Euphorbia nrvcalli)含油率只有 17% ,光皮树(Cornus vilsooiana) 和山桐子(Idesiapolycarpa)的含油率在 30%左右,黄连木(Pistaciachinensis

Bunge)种子含油率 40% (25.6%~52.6%)。果实含油率 13.3%~37.8%(脂 肪酸组成:油酸 37.8%~51.6% ,亚油酸 23.2%~43.7%,棕榈酸 12.1 %~23. 3% , 少量硬脂酸 0. 8%~2. 3%和十六炭烯酸 1%~1. 9%及亚麻酸), 2.5 t 黄连木种子可生产 1 t 燃油;清香木(Pistacia~einmanifolia)果实含油 率 11.8%(脂肪酸组成:棕榈酸 44.0%,硬脂酸 4.6% ,油酸 22.8%和亚 油酸 28.6%)。因此,需要进行资源的清查与评价研究,建立一套合适的选择 指标体系(如资源分布、产量、含油率,推广应用范围等),制订生物石油的中长 期发展计划, 确定主要石油植物适生区划和发展栽培区划, 从而保证我国生物石 油产业的高速发展。

其次,品种良莠不齐,缺乏高品位生物石油植物优良品种。全球绿色植物每年将 400 亿~620 亿 t 碳和 77 亿~166 亿 t 氢化物合成类似石油的烷烃物质,能作为 人类绿色能源的石油植物的资源相当丰富。但是,目前可利用的石油植物种类、 品种不多, 人工栽培面积小且分布零散, 很多优良的石油植物品种尚处于野生状 态,未被驯化栽培。因此,在加大开发现有的石油植物资源的同时,可适当引进 新的高品位、 高效石油植物, 充分利用各种常规育种手段和现代生物技术手段培 育和筛选一些优良的石油植物, 进行遗传改良和人工栽培, 改变它们原来野生低 产的状态,提高产油量。同时,针对不同树种(品种),研究开发出配套丰产栽培 技术。从而,缩短生产周期,降低生产成本。

第三,我国生物石油的开发利用还处于发展初期,缺乏大面积栽培,尚未进行产 业化规模发展,更谈不上“石油林场”建设技术研究。因此,要从总体上降低生 物石油生产成本, 使其在我国能源结构转变中发挥更大的作用, 只有向基地化和 规模化方向发展,建立“石油林场”,实行集约经营,形成产业化,才能走符合 中国国情的生物石油发展之路。

第四, 我国生物石油的生产和开发利用, 刚刚起步, 与发达国家尚有较大的差距, 对一些生物石油的提取、 加工正处于初试阶段。 生物石油的提炼大多简单、 粗糙, 工艺流程较落后,油脂的水份、杂质含量偏多,造成生物石油得率不高,限制了 生化柴油的应用范围。 其次, 由于生物燃料油的低挥发性, 在发动机内不易雾化, 与空气的混合效果差,造成燃烧不完全,形成燃烧积炭,以致易使油脂粘在喷射

器头或蓄积在引擎气缸内而影响其运转效率, 易产生冷车不易起动, 以及点火迟 延等问题。目前,主要集中在城市公车、空调设备、柴油引擎、柴油发电厂、农 林业设施以及一些休闲处游艇的引擎,以清洁空气,保护环境,应用范围较为有 限。另外,生物燃料油的使用成本问题是限制生物柴油使用的最主要问题,只有 降低成本,才能有广阔的商业化应用前景。

生物能源的开发利用是当今国际上的一大热点,“石油植物”将成为 21 世纪人 类能源的新宝库。 据世界能源专家预测, 在未来 5 年内, 在人类整个能源比例中, 植物能源将占 5%以上; 按我国目前的消耗量(如每年消费柴油 6 000 万 t~7 000 万 t),如果在石化柴油中添加 10%体积的生物柴油,则每年应配套生产生物柴 油 600 万 t;预计未来 10 a 内,生化柴油产品将占 20%~30%的市场份额。随 着改革开放的不断深入, 在全球经济一体化的进程中, 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,对能源的需求会有增无减。因此,抓住当 前的大好时机,发挥资源培育优势,学习借鉴世界各国先进的研究成果,坚持自 主开发与引进消化吸收相结合, 有目的、 有选择地引进先进的技术工艺和主要设 备, 在高起点上发展我国的生物石油技术, 及时把生物石油的研究成果转化为生 产力, 形成栽培-加工-利用的产业链, 我国的植物能源与生物燃料油一定会有更 快的发展规模,为国民经济持续发展战略提供可靠的保证。

第五节 我国生物柴油产业发展的资源对策

欧美等生物柴油发展较快的国家均以油菜和大豆等植物油脂为原料, 东南亚国家 则可以利用优越的自然条件种植油棕, 获取油脂资源。 目前我国已提出了开发生 物柴油的能源战略,然而我国油料作物的生产成本和规模尚不适于生物柴油开 发。因此,要深入认识国情,理眭分析自然和资源条件,从多方面着手,狠抓油 脂资源开发, 发展创新油脂生产技术, 从以下三个方面着手保障我国未来油脂资 源供应。

一、发展木本油料植物

我国木本油料植物种类丰富,可用作建立规模化原料基地的乔灌木种近 30 种, 其中分布集中,并能利用荒山、沙地等宜林地进行造林,建立良种供应基地的油 料植物有 10 种左右。木本油料植物可利用占我国国土面积约 69% 的山地、高 原、丘陵地区甚至沙地生长,不仅可以为生物柴油产业提供丰富的可再生原料, 改善生态环境,还有利于农村产业结构调整,增加农民收入,解决部分农村剩余 劳动力的就业问题。木本油料植物抗逆性强,管理粗放,不与粮食争地,而且是 栽种一次,收获多年,采集时需要大量的劳动力,合乎我国国情。我国境内重要 的木本油料植物,如大戟科的麻疯树(Jatropha CUl"CaS)、漆树科的黄连木 (Pistaciachinensis)、山茱萸科的光皮树(Comus wilsoniana)、无患子科的文 冠果(Xanthoceras sorbifolia)、山茶科的油茶(Camellia oleifera)等,都具 有巨大的开发潜力和广阔的发展前景。 近年来虽然有一些研究单位开展了这方面 的工作,有的还建立了油料林示范基地,但同国家需求相比,仍有很大的差距, 需要继续加快推广。

二、发展微生物油脂技术

许多微生物,如酵母、霉菌和藻类等,在一定条件下能将碳水化合物转化为油脂 贮存在菌体内,称为微生物油脂,又叫单细胞油脂。过去曾因为技术经济原因, 单细胞油脂很少有规模化生产的报道。但是,随着工业生物技术的发展,微生物 油脂发酵从原料到过程都不断取得新进展。最近,美国国家可再生能源实验室 (NREL)的报告特别指出微生物油脂发酵可能是生物柴油产业和生物经济的重要 研究方向。 大部分微生物油脂的脂肪酸组成和一般植物油相近, C 和 C 系脂肪 以 酸,如油酸、棕榈酸、亚油酸和硬脂酸为主。

微生物油脂发酵周期短,不受场地、季节、气候变化等的影响,一年四季除设备 维修外,都可连续生产;而且产油微生物菌种资源丰富,能利用和转化各种农林 废弃木质纤维素原材料,对农业大国具有特殊的意义。因此,利用微生物转化法 获取油脂具有非常大的发展潜力。

1. 产油酵母和真菌

研究表明,一些产油酵母菌能高效利用木质纤维素水解得到的各种碳水化合物, 包括五碳糖和六碳糖,生产油脂并贮存在菌体内,油脂含量达到细胞干重的 70 %以上。 和当前乙醇发酵主要利用淀粉类和纤维素水解的六碳糖相比, 微生物油 脂发酵具有较明显的原材料资源优势, 对解决生物质经济公认世界难题之一“全 糖转化利用”很有价值。 微生物利用碳水化合物生产油脂, 理论转化率为 32% , 文献中实际报道的最高值为 25% 。废弃木质纤维素资源,以玉米秸秆为例,半 纤维素和纤维素含量近 70%。据估算,每 7 吨作物秸秆可产 1 吨菌油,利用木 质纤维素生产微生物油脂具有很可观的潜在经济效益。我国农林废弃物资源丰 富,仅农作物秸秆每年产量近 10 亿吨,目前还没有得到充分利用。近年来生物 技术的飞速发展使木质纤维素降解技术不断取得突破, 为合理利用生物质资源奠 定了良好的基础。

微生物基因工程改造技术不断进步, 发酵成本不断下降, 将加速微生物油脂规模 化生产进程。微生物油脂技术的发展还将为能源作物提供新的下游转化支撑技 术。自然界中一些具有高效光合能力的植物,能快速生长,积累生物量。这些植 物体经过适当处理即得到碳水化合物,是油脂发酵的理想原材料。

从 当 前 情 况 看 , 我 国 南 方 的 芒 获 类 植 物 , 包 括 芒 属 (Miscanthus) 和 获 属 (Triarrhena),可算是理想的生物燃料作物,具有适应能力强、生长迅速、可连 续多年收获、 产量高、 生产成本低等优势。 芒获类植物属禾本科多年生高大草类, 为高光效碳四(C4)植物, 在生长过程中能更多地吸收二氧化碳和放出氧气, 对降 低温室效应十分有利,是有价值的环保植物。据试验,芒属作物年产量可达 34 吨/公顷。如果利用微生物转化技术,油脂产量可达 5 吨/公顷,比现有其他任 何油料植物都高。现在欧洲一些国家已在大规模种植芒属植物,英国打算拿出 1.5×10 英亩的土地来种植这种生物燃料作物。

一些可粗放种植的高糖植物,如甘薯、木薯和菊芋等,也可以是未来微生物油脂 发酵的原料。菊芋是适宜于在滩涂地、盐碱地生长的多年生耐盐抗旱、高产、高

糖植物。在国家“863”计划长期支持下,利用滩涂地种植菊芋已获得成功,目 前正大面积推广。菊芋块茎干物质亩产可达 1.2 吨,茎叶干重 1.3 吨以上,超 过玉米和小麦的生物量单产水平。占菊芋干重 70%-80% 的物质经水解得果糖, 可作为微生物油脂发酵的碳源。如果微生物油脂发酵技术实现菊芋全生物量利 用,1 公顷滩涂地平均年收获 5 吨油脂,也高于油料作物的油脂年产量。

2. 产油微藻

含油藻类也是潜在的油脂生产原料,藻类光合作用转化效率可达 10%以上,含 油量达 30%。 NREL 曾支持海洋微藻研究长达 20 年之久。 利用微藻产油同其它产 油微生物一样, 具有不与农业争地的明显优势, 而且可用海水作为天然培养基进 行大量繁殖。然而,微藻属于低等植物,其基因工程改造技术远没有酵母和细菌 等成熟, 微藻进行高密度培养的技术难题也非常明显。 正因为认识到这些技术障 碍,NREL 在 1997 年决定不再资助微藻产油和微藻制氢的研究。当前,国内外仍 然有许多科学家在探索发现新的藻种, 并研制“工程微藻”, 希望能实现规模化 养殖,降低成本,为获取油脂资源提供一条可靠的途径。

三、发展油料作物

我国有丰富的草本油料作物资源,如油菜、大豆、棉花、蓖棘等,它们的单位面 积产油量比野生木本油料植物高, 但是, 在扩大油料作物种植时重点要放在可利 用非耕地或利用农闲地的品种,以较好地协调我国粮食安全与能源安全的矛盾。 据农业部统计,2003 年粮食作物播种面积近 1.0 亿公顷,油料作物播种面积为 1500 万公顷,其中油菜 720 万公顷、花生 500 万公顷、向日葵 120 万公顷(大豆 930 万公顷未计在内)。根据我国作物种植分布情况分析,继续扩大油料作物播 种面积的潜力非常有限。但是,加快转基因油料作物的研究和推广,大幅度提高 油料作物产量,降低生产成本,仍然具有非常重要的意义。故今后应致力于加速 利用具有自主知识产权的基因工程高油育种技术,培育出超高油油料作物新品 种。

用于规模生产生物柴油的原料包括大豆(美国)、油菜籽(德、法等欧盟国家)、棕 搁油(东南亚国家)、蓖麻油(巴西)等,均为各国的主要油料作物;日本因其石油 资源贫乏,加之国民喜食油炸食品,所用食油煎炸一次即弃之,故主要采用工业 废油、 废煎炸油为生产原料。 对不同原料制备的生物柴油多个性状的测试结果显 示,以菜籽油,特别是高油酸双低菜籽油制备的生物柴油品质较佳。

油菜是我国最主要的油料作物。 连续几年种植面积和产量均居世界首位。 作为生 物柴油的理想原料,油菜具有独特的优势:

(1)适应范围广,在我国广大地区均有种植。我国长江、黄淮流域、西北、东北 等广大地区都适宜于油菜生长,宜植耕地面积超过 15 亿亩。

(2)作为长江流域的优势春花作物,油菜与小麦等粮食作物相比具有较高的经济 效益。

(3)我国大部分油菜是冬种作物,避免了与粮食作物争地的矛盾,仅长江流域和 黄淮地区适于冬季种植油菜的稻田面积就有 3 亿亩以上。

(4)种植油菜可培肥地力,增加后茬作物产量。

(5)随着“双低”油菜的大面积推广,榨油后的菜籽粕也可被用作畜禽饲料,既 增加了高蛋白饲料资源,又在一定程度上提高了油菜的综合经济效益。

(6)油菜具有较大的单位面积生物量,在利用油菜籽作为生物柴油开发的同时, 所产生的大量秸杆尚可通过秸秆生物燃烧发电、 酒精发酵等途径为其它形式的生 物质能源开发提供原料。

(7)油菜作为生物柴油原料,使产业链由农业向化工等行业延伸,同时需要大量 的劳动力投入, 不仅为农民提供了一条广阔的增收之路, 也很好地解决了农村剩 余劳动力的问题。

(8)化学组成与柴油很相近:低芥酸菜油的脂肪酸碳链组成与柴油很相近,是 生物柴油的理想原料,目前德国的生物柴油标准就是以低芥酸菜油为原料制订 的;在欧洲.许多国家政府通过免税等优惠政策的扶植。使得以低芥酸菜油为原 料制取生物柴油已经规模化. 并已经成为其能源安全战略的重要组成部分。 2004 年,欧盟国家以低芥酸菜油为原料生产生物柴油约 160 万 t.占同期生物柴油生 产总量的 80%,有效缓解了其柴油紧缺的局面。到 2010 年,欧盟国家预期将以 低芥酸菜油生产生物柴油 340 万 t 以上。

油菜属十字花科,芸薹属,越年生或一年生作物,主要有白菜型油菜、芥菜型油 菜和甘蓝型油菜三大类。其中甘蓝型油菜种子含油量较高,一般在 42%左右, 高的达 50%以上。油菜抗性强,耐寒、耐湿、耐肥,产量高而稳定,增产潜力 较大。我国长江流域和黄淮地区的冬油菜,仅利用耕地的冬闲季节生长,基本上 不消耗地力,不影响主要粮食作物生产,不与主要粮食作物争地,是非常具有发 展潜力的作物。据估计,在不与粮争地的前提下,我国有 2 670 万公顷耕地可用 于发展能源油菜,按当前平均菜籽产量 1.6 吨/公顷,含油率 40%计,每年通 过能源油菜种植可为 1 700 万吨生物柴油提供原料。

根据欧洲油菜发展的经验和油料科技进步的情况分析, 在政府的重视和大力支持 下.政策、科技、投入三要素均能到位,在不影响粮食生产的情况下.经过 15 年的努力,到 2020 年,使我国油菜种植面积达到 4 亿亩.平均亩产达到 200kg, 含油量达到 50%左右。届时,我国每年可依靠能源油菜生产 6O00 万 t 的生物柴

油(其中 4O00 万 t 来源于菜油、2000 万 t 来源于油菜秸秆的加工转化),相当于 建造 3 个永不枯竭的“绿色大庆油田”。

此外,种植油菜还可培肥地力,增加后茬作物产量(如水稻可增产 15%左右), 每年可间接增产粮食 1000 万 t;增加高蛋白饲料资源,生产高蛋白饲料 4000 万 t;为农民增收开辟新途径,增加产值 2000 亿元以上。因此, 大力发展油菜生 物柴油。 既能为我国能源安全战略作出重要贡献, 还有助于保障我国的粮食安全, 促进农民增收,具有十分重要的战略意义。

我国油菜研究和育种工作具有较深厚的基础, 一些领域处于世界领先地位。 浙江 省农业科学研究院原子能研究所育出的“超油 2 号”甘蓝型油菜, 种子含油量高 达 52%,已获得多国专利。如果进一步加强科研投入,预计在不久的将来我国 能源油菜的平均产量可提高到 3.0 吨/公顷,菜籽含油量稳定在 50%以上。陈 锦清等从光合产物分配角度出发, 利用反义 PEP 基因调控籽粒油脂/蛋白质含量 比率,成功育成了转基因油菜超油 1 号和超油 2 号,其含油量分别达到 47.8% 和 54.2%,含油量提高幅度 25%以上,现已进入生产性试验阶段。

值得一提的是,油菜种植时每生产 1 吨菜籽将产生 2 吨秸秆。规模化种植时,如 果能结合微生物油脂发酵技术, 充分利用油菜秸秆资源, 不仅可以使单位耕地面 积得油率提高 70% 以上,而且具有显著的环境效益。

目前利用油菜制造生物柴油技术已有较为成熟的生产工艺, 特别是我国运用具有 自主知识产权的“底物竞争”基因调控技术,育成反义 PEP“超油”油菜,大幅 度提高了油菜含油量, 在此基础上, 以油菜为主要原料不失为我国生物柴油发展 的明智之举。

植物基因工程可为油菜种子基生物柴油发展作出重要贡献, 然而, 目前国内的油 菜生产成本和规模尚不能完全适应生物柴油发展战略的需要。 油菜种子基生物柴 油开发所迫切需要解决的主要问题是:

(1)与石化基燃油价值等同问题。

(2)大面积种植生物柴油专用油菜所需土地问题。

(3)生产高品位生物柴油所需特定成分油脂的高效积累。

国内外生物技术取得的一系列突破性进展, 显示了运用基因工程技术是完全有可 能解决限制油菜种子基生物柴油发展的“瓶颈”问题的。 目前, 作为双子叶模式 植物的拟南芥,全基因组近 2 万个基因中,约 70%基因编码产物的功能已被初步 确定, 其发育、 代谢等生理过程和生化机理在分子水平上取得前了所未有的认识。 油菜与拟南芥同属十字花科芸薹属,亲缘关系非常相近,在编码区,基因平均相 似性达 85%左右,拟南芥功能基因可直接应用于油菜的表达调控。同时随着大量 结构基因、 调控基因(转录因子)和时空特异表达启动子的相继克隆, 大片段基因 表达载体、 诱导型表达载体的开发, 为人们对植物基因的表达调控提供了更多的 手段, 按照人类的需要对植物代谢途径和基因表达调控进行人工设计和功能基因 聚合,创造具有所需特性的油菜新品种,正逐渐成为现实。

经过多年努力, 国内已有多个研究机构建立了成熟的油菜转化体系, 并在植物功 能基因研究领域取得了一系列令人瞩目的进展。张洪霞将拟南芥 Na+/H+交换蛋 白基因导人番茄和油菜后, 使转基因植株获得了抗盐性。 赵军等从玉米中克隆了 分属于 BZIP 和 BHLH 基因家族的两类共 7 种与 CATI 基因 ABRE 顺式元件特异结合 的转录因子基因,其中一个与 ABA 的响应元件 ABRE 相结合的调控因子基因转入 模式植物拟南芥后, 能明显提高拟南芥对干旱、 低温及盐渍等非生物逆境的抵抗 能力。田吉林等把 HALI 基因转入番茄,转化植株根系对 K+/Na+离子的选择吸 收和运输能力加强, 耐盐性显著提高。 武维华等克隆了拟南芥耐低钾/耐低磷基 因。 康国斌等克隆了低温协迫相关基因。 薛红卫等开展了油菜种子发育的基因表 达谱分析,并运用 EMS 诱变技术构建了油菜突变群体。

2003 年初,浙江省农科院培育出世界上含油量最高的油菜品系人选 2002 年度中 国十大科技进展新闻, 徐匡迪院长在点评其意义时指出了该成果对我国生物质燃 油开发的重要意义。 在此基础上, 又按照当前油菜育种和生物质能源开发的主要 目标,利用植物基因组学最新研究成果,克隆了一批重要性状相关的功能基因, 开展了基因工程创制油菜种子基生物柴油关键技术的系统研究, 并提出了通过代 谢工程途径进一步提高含油量、通过功能基因聚合育种培育具有高油、高产、广 适、 多抗、 适应轻型栽培等多种优异特性的“超级”油菜等一系列重要研究课题, 均取得实质性进展。

我国在油菜基因工程和植物功能基因研究领域取得的一系列研究成果, 为油菜基 因工程系统改良、 培育作为大规模生产生物柴油原料的“能源油菜”奠定了坚实 基础。另一方面,作为能源作物的油菜,可充分利用其不涉及食用安全的优势, 探索人工设计、基因聚合的育种模式,并辐射至其它作物,这也有助于实现油菜 育种理论和品种的综合创新, 使相关领域的研究和产业化水平均获得跨越式的提 高,带动我国油菜品种的更新换代。

油菜种子基生物能源发展战略构想:

近阶段, 随着我国政府对生物质能源开发的高度重视, 国内各研究机构纷纷开展 该领域的相关研究,在此形势下,如何进行合理的资源配置,科学地选择研究方 向,对油菜质基生物质能源的开发利用顺利推进,具有攸关重要的作用。根据我 国生物质能源发展所迫切需要解决的问题和生命科学现阶段的发展水平, 可着重 开展几个方面的研究。

1、 进一步提高产量、含油量——提高单位面积产油量

产量和含油量的提高是油料作物育种始终的追求目标, 也是降低生物柴油生产成 本、有效利用国土资源生产生物质能源原料的重要途径。据测算,如平均亩产达 到 200 公斤,含油量达到 5O%左右或含油量>4O%、小面积突破 300 公斤/亩、大

面积突破 250 公斤/亩, 以油菜籽为原料生产生物柴油, 其价格可与普通柴油的 现行价格基本持平。

在模式植物拟南芥上最近已克隆了一些与产量‘性状相关的功能基因, 显示了单 株产量提高的巨大空间。 这些基因的获得, 为油菜产量的提高提供了多个可供选 择的基因调控位点和调控途径, 但迄今为止,通过基因工程技术来大幅度提高作 物产量,仍是广大研究者所面临的挑战。

目前较为成功的基因工程提高油菜种子含油量的技术途径包括:

(1)增加脂肪酸合成底物来提高油脂合成水平。较为成功的有陈锦清等提出的反 义 PEP 技术途径,即通过抑制蛋白质合成关键酶 PEP-Case 基因表达以增加脂肪 酸生物合成底物 PEP 的供应(含油量提高可达 25%)。

(2)增强油脂合成途径关键酶基因表达。包括:超量表达脂肪酸合成关键酶基因 ACC 以提高脂肪酸合成能力(含油量提高 5; Roesler, 1997)和基因工程技术提高 溶血磷酯酸酰基转移酶(LPAAT)活性以增强脂肪酸与甘油骨架结合成油脂的能力 (含油量提高 13.5%;Zou,1997)。通过上述多个功能基因的聚合以及利用转录 因子来提高油脂合成整体代谢水平的研究也已在国内展开, 获国家基金重点项目 资助,正向 6O%含油量目标努力。

2、利用油菜种子作为口服疫苗等高值蛋白产物生物反应器——提高油菜种子蛋 白质部分价值,降低综合生产成本

以往的油菜品质育种,主要着重于其油脂的利用,包括提高含油量、改良脂肪酸 组成等。 植物基因工程的运用, 使运用油菜种子生产特种工业用脂肪酸成为可能。 然而对油菜种子中另一重要组分——蛋白质的利用却未有根本性的突破。“双

低”油菜的育成,使菜籽饼可用作饲料,并已有从菜籽饼提取植物蛋白的研究, 但这些产品价值均不高。

从商业角度来看, 植物是生产药用蛋白质最具诱惑力的系统之一, 特别是油菜种 子含油体,由单层磷脂一蛋白膜包围。Oleosin 是油体膜上的主要蛋白,在种子 中高水平表达。根据油体蛋白 Oleosin 的特点,可建立以油菜主要贮藏蛋白 ——Oleosin 为载体的高表达水平、易于下游分离的蛋白产物表达系统,使油菜 种子成为畜禽用口服疫苗、 生长素、 干扰素等生物活性蛋白和多肽的生物反应器, 重点研究利用转基因油菜生产饲用疫苗,以期在规模上与生物燃油原料相匹配, 大幅度提升油菜蛋白质组份的价值, 降低作为生物燃油原料专用油料作物的综合 成本。

3、基因工程提高油菜抗逆性和生态适应性——利用海涂、荒坡等非农业用地, 解决大规模发展油菜种子质基生物柴油原料种植所需土地问题

大规模发展油菜种子基生物柴油所需解决的一大难题是种植所需土地问题。 我国 虽然疆域辽阔,但现有耕地却不多,仅占国土面积的 14%,若按人均耕地计算, 则我国有 666 个县低于联合国粮农组织规定的 0.8 亩的警戒线。油菜由于是冬 种作物, 除了现有的冬闲田可用于生物柴油专用油菜生产, 我国还有广大的土地 资源可供开发:

(1)我国的山地丘陵多,山地资源丰富。据统计,山地、高原和丘陵约占国土总 面积的 69%,但由于山地土层薄、肥力差、缺水等因素不宜现有油料作物品种生 长。

(2)我国也是水资源缺乏的国家,同时冀、鲁、豫的冬、春、夏油菜兼种区因冬 季低温,难以高产、稳产,旱、寒等逆境条件制约了油菜产业的发展。

(3)我国广大的沿海滩涂也具有发展油菜生产的潜力。

在我国现有的高油、高产油菜品种中导入抗(耐)旱、耐低温协迫、耐盐碱等抗逆 基因,利用基因工程技术增强油菜对 N、P 等营养元素的吸收能力,培育可在恶 劣生态条件下生长的“能源油菜”, 这不仅有助于解决大面积营造生物柴油原料 耕地资源缺乏的困难,有益于缓解土壤沙化、改善我国生态环境,同时也将带动 我国油菜品种的更新换代。 在拟南芥等模式植物上已成功地通过功能基因的表达 调控, 提高了植株对非生物协迫的抗性。 但利用 CaMV35S 启动子驱动的抗性基因 的组成型表达, 常常会导致植株矮化等生理异常, 如何利用逆境诱导表达启动子 来实现这些基因的时空特异表达,是油菜抗逆基因工程育种所需要解决的问题。

4、作为生物燃油原料的特种脂肪酸组分定向调控技术——高品位生物柴油专用 油菜品种的培育

长碳链植物油粘度大,直接影响油的喷射、影响柴油机使用寿命。发达国家在运 用生物技术降低生物柴油的粘度、 提高十六烷值、 增加低碳脂肪酸含量以获得高 品位燃油等方面进行了长期的探索。 油料作物油脂中、 短链甘油三酸脂含量很低, Dehesh(1996)等在油菜(Canola)中转入萼距花(Cupheahookeriana)的硫酯酶基 因 Ch FatB2,使转基因油菜种子中短链脂肪酸(8:0 和 1O:O)大幅度提高。

此外, 利用代谢工程技术实现芥酸等超长链脂肪酸在油菜中的超量积累, 通过后 续双键位置裂解工艺,产生 13C 和 C9 脂肪酸,也是培育高品位生物柴油生产专 用品种的值得探索的重要途径。 该研究方向技术体系的建立, 也可为利用油菜生 产其它生物基产品原料提供相应的技术平台。

利用基因工程技术培育“能源油菜”, 是能源战略顺利实施所提出的重大战略性 课题, 我国对该领域的研究和产业发展有必要进行精心布局和政策引导, 对功能 基因组学、基因表达调控、功能基因聚合育种、植物代谢工程、植物生物反应器

等各个层面的研究进行系统集成, 这也将增强我国在农业生物技术和作物育种领 域的科技自主创新能力和核心竞争力,进而促进科学和经济的全面发展。

四、废油脂利用

废弃油脂是指人类在食用天然植物油和动物脂肪及油脂深加工过程中产生的一 系列失去食用价值的油脂废弃物,包括: (1)炒菜和煎炸食品过程产生的煎炸废油,如麦当劳、肯德基等国外品牌的快 餐店产生的煎炸废油, 以及我国传统煎炸食品如油条、 方便面和饼干加工过程中 产生的煎炸废油; (2)烤制食品过程中产生的动物性油脂,如烤鸭、烤羊肉过程中从动物体中烤 出的油脂; (3)动物制品常温加工过程中产生的下脚料经处理得到的动物性油脂,如用废 猪皮等下脚料熬制的油品; (4)餐饮废油,也称泔水油,主要指从剩余饭菜中经过油水分离得到的油脂; (5)地沟油,主要指在餐具洗涤过程中流入下水道中的油品。 (6)厨房通风系统的凝析油,如家庭与餐馆抽油烟机冷凝的油脂。据专家计算, 这些废弃油脂的量约占食用油消费总量的 20%-30%。以我国年均消费食用油量为 2100 万吨计,则每年产生废油 400-800 万吨。能够收集起来作为资源的废弃油 脂的量在 400 万吨左右。这是一笔很重要的替代石油资源。 目前,我国废弃食用油脂没有得到合理利用,相反,废弃食用油脂已成为一种环 境污染物,并冲击食品安全。废弃食用油脂的危害主要表现在以下几个方面: 1.污染水体与大气 在废弃食用油脂资源中污染比较严重的是地沟油。 地沟油在水体中经过复杂的生 物化学反应,产生一系列组成复杂的醛、酸等具有恶臭的物质,这些恶臭物质的 气味散发到空中,污染大气,恶化居住环境,居民反映强烈。地沟油堵塞污水管 道,造成污水反水;地沟油污染地下水,消耗水体氧气,造成水体富营养化,滋 生蚊子、 苍蝇等害虫; 废弃食用油脂流入江河, 容易导致鱼虾等由于缺氧而窒息。 2.废弃食用油脂被加工成劣质食用油,进入食用油系统,冲击食品安全 烤鸭油、 煎炸废油等被不法商贩购买或收集, 经简单加工或直接作为食用油销售; 猪皮等动物制品加工过程中产生的废油被不法商贩熬制后作为食用油销售; 地沟 油等被不法商贩经过脱色、脱臭、脱酸等处理后作为食用油销售;这些劣质食用 油品严重冲击食品安全。中央电视台《焦点访谈》2002 年曾报道福建无业人员 在京利用地沟油炸制食品的案例; 河北电视台和中央电视台曾报道河北某县将地

沟油加工成食用油的案例。京华时报(2002 年 7 月 11 日 A04)曾报道北京某公 司将烤鸭油勾兑到食用油中销售到河北、陕西、山东和内蒙古等案例。湖北曾发 生某著名快餐店将煎炸废油卖给小餐馆作为食用油食用的案例。 类似事件尚有多 起,已经严重冲击食用油安全。 另一方面, 废弃食用油脂也是一种优质资源。 废弃食用油脂可以作为化工原料制 取脂肪酸、肥皂、甘油等化工产品。同时,废弃食用油脂也是生物柴油的优良原 料。由废弃食用油脂制得的生物柴油,理化性质可以达到德国标准,动力与排放 性能与植物油得到的生物柴油相当, 可以达到欧洲三号排放标准。 由废弃食用油 脂得到的生物柴油具有很强的经济竞争性。 欧美等发达国家多采用优良的植物油 (如油菜子、大豆、芥末子)作为生物柴油的原料,我国开发废弃食用油脂制备 生物柴油的工艺设备可以占据世界前列。 目前,发达国家对废弃食用油脂的处理途径有以下几类:(1)地沟油等质量较 差的废弃食用油脂可以作为锅炉等设备的加热原料;(2)对炸货油、煎渣油等 质量较好的废弃食用油脂,一般用来制作宠物食品;(3)出口到第三世界国家; (4)埋到地下,任其自然分解;(5)少量作为化工原料使用。 总体而言,世界各国对废弃油脂的收集利用技术重视不够,利用率低,在政策与 管理方面存在漏洞。 下面从分析北京市废弃油脂收集利用体系方面存在的缺陷入 手,提出有效利用废弃油脂的对策,促使废弃油脂的循环利用,增加石油替代油 品供应,消除食品安全隐患,实现可持续发展。 废弃食用油脂收集利用体系中存在的问题可以从管理、 技术、 经济等层面进行分 析。 从管理层面看,相应的法规建设滞后,现有有关法规的可操作性有待改善。卫生 部、工商总局、环保总局、建设部于 2002 年 4 月 15 日联合颁布了《关于印发< 食品生产经营单位废弃食用油脂管理的规定>的通知》;北京市环保局、北京市 工商局曾联合于 1995 年下发《关于排放废水中油脂管理的规定》,但这些文件 的针对性有待进一步明确。负责管理的职能部门管理界限划分不清,如工商、环 保、环卫和市政等部门都在抓,但具体的管理权限不明,造成执法真空。管理措 施不到位, 不少餐馆对地沟油等废弃油脂没有采取相应的处理措施, 环卫部门也 是以罚代管, 餐饮经营单位则将罚款计入经营成本。 同时也存在管理权力越位的 问题,有的管理部门与经营部门联合,管理部门一方面作为管理单位,行使行政 监管权力; 另一方面又作为废弃油脂的经营单位, 进行经营, 造成市场混乱。 《信 报》曾报道北京市某行政单位出现过废弃油脂登记办公室与环发公司联合经营, 在经营过程中将烤鸭油卖给商贩作为食用油销售的事件, 现已将废弃油脂登记办 公室与环发公司取消。 从食用油形成废弃食用油脂, 废弃食用油脂再经过加工转化形成劣质食用油进入 餐桌,这本身是一个有机结合的序列,但我们在管理上却人为的将其划成几段,

废弃食用油的加工利用由工商部门监管, 废弃食用油从餐桌流入下水道由环保部 门负责, 捞取地沟油运输到加工地点由市政环卫部门负责监管, 废弃食用油经加 工后上了餐桌由卫生部门负责监管。结果,往往会出现一个部门罚了款,废弃食 用油脂接着向下一个职能部门管辖的范围流动。 缺乏长效的监管机制造成在政府 压得紧、新闻部门反响强烈、群众举报后严打一阵,对捞取地沟油的队伍、加工 地沟油的民工村、 生产泔水油的外来人员以及郊区垃圾场养猪户缺乏系统全面的 考虑,治标难治本。这些人一方面将废弃油脂从城市中清运出来做了贡献,另一 方面也错误地将废弃食用油脂转入食用系统危害食品安全,对这些人要一分为 二、辨证分析,出台合理的对策,不能仅仅以打击等手段短时间解决问题。如果 没有这些人的工作,城市废弃食用油脂的污染也将成为一个严重的环境问题。 缺乏有效的信息体系,在打击废弃食用油脂进入食用油过程中往往靠群众举报, 这些加工摊点分散,治理难度大、成本高,往往等执法人员赶到场时,加工人员 已逃之夭夭。管理部门条块分割,缺乏信息沟通,有些企业打着化工利用废弃食 用油脂的幌子购买废弃食用油脂, 然后转手倒卖给不法商贩, 至于是否加工成食 用油无人问津。 也有的将废弃油脂卖到外地, 废弃食用油脂在外地被加工成劣质 食用油后又销售到废弃食用油脂的原产地。 由于我国不同行政区域间在废弃食用 油脂管理方面缺乏足够的信息沟通, 难于进行有效的跟踪治理, 多数情况下是将 非法加工人员逐出本地完事。 从技术层面看,(1)缺乏废弃食用油脂捞取、运输等现代化工具。多数饭店、 餐馆的隔油池附近道路狭窄,不便机械化清理,往往还是靠人工捞取。在北京的 午夜以后,有很多人力车、机动三轮车都在捞取地沟油,这些三轮车在运输过程 中泄露严重,在夏天往往能看到运输地沟油的车漏下的废弃食用油脂汇成一条 线,许多苍蝇绕着线飞,造成环境污染。这些三轮车均是在夜间行使,由于设备 简单陈旧、超载、人员疲惫,存在很大的交通安全隐患。(2)在废弃食用油脂 加工过程中,往往采用简单的熬制办法,脱水、减压脱酸,臭气熏天,而且排放 的废水中含有大量油脂,造成废水污染。(3)检测手段落后,在打击废食用油 进入食用油系统的过程中, 往往发现缺乏技术支持, 常规的检测食用油的方法是 针对优良的动物植物油料资源来制定检测标准的, 检测标准中没有针对废弃食用 油脂的项目,如煎炸废油中的缔合物。煎炸废油中的缔合物含量很高,而现行食 用油标准根本无法检测。(4)执法部门在执法过程中也存在缺乏相应技术支撑 而难于对嫌疑人进行定性的问题。 如某工商所接到举报, 某食品厂利用烤鸭油制 作蛋糕,执法人员在现场发现了硫酸、火碱等化学药品,但犯罪嫌疑人却辩称这 些药品是用来清扫卫生的,事情只好不了了之。其实,如果有油脂加工方面的专 家在场,很容易定性。(5)对地沟油加工据点的举报也往往是周围群众靠强烈 的刺激性气味进行举报,缺乏遥感等高科技手段。在这一方面,科研支持的力度 不够。我国自然科学基金以及 863、973 等重大计划均未涉及这方面内容。在高

校科研单位开展这方面研究较少,缺乏相应的基础研究与应用研究。 相应对策 1.建立相应的行业协会,或在现有的行业协会或学会中设立相应的分支机构, 对技术、政策、管理措施进行综合研究,为政府决策提供指导。

2.加强相应法规建设,修改现有法规,根据废弃食用油脂产生、加工、销售等 整体系列的各个环节, 整合相应的管理部门, 合理划分管理权限, 进行高效管理。

3.建立高效的信息系统,全面监管废弃食用油的产生、加工、销售等各个环节, 充分利用遥感、互联网等现代信息手段,迅速获取废弃油脂有关信息。

4.加强技术研发,在国家自然科学基金、科技部等部门有关科技计划中予以支 持,重点支持废弃油脂抽取、运输、加工的方法与设备、工艺技术研究;用于现 场监测的分析仪器研究,加强有关废弃食用油脂使用与治理的软课题研究。

5.修改完善食用油检测标准,在强制检测项目中添加有关废弃油脂性质的检测 项目,保证能够有效地将掺入食用油中的废油检测出来。

6.有效监控废弃食用油脂的流动,对废弃食用油脂的产生单位,如各种快餐店 加强管理,对油脂去向要登记在册,对废弃食用油脂加工单位要严格管理,对其 产品的销售流向要实行一环扣一环不间断监控,确保其不流入食用油市场。

7. 在现有的餐饮行业强制推行隔油池等设备, 避免废弃油脂流入城市主要水系, 增加治理难度。同时,积极开发先进的隔油设备。

8.加强国际合作,与国外相关部门进行沟通,获取先进的技术信息与管理经验, 同时尽快争取建立我们的技术与标准。

9.建立有关废弃油脂使用、生产、交易的网站,公开信息,使地下黑经济公开 化。

10. 尽快开发大规模处理废弃食用油脂的设备与工艺, 大幅度消耗废弃食用油脂。 目前,化工行业不景气,尤其是制皂与洗涤剂行业受国外品牌的冲击,对废弃食 用油脂的消耗量日益萎缩, 因此需要开发新的废弃食用油脂利用途径。 将废弃食 用油脂转化为生物柴油可以为缓解目前的石油供应紧张做出贡献, 同时可以大规 模消耗废弃食用油脂。据悉,国家发展改革委员会已经将"工业规模生物柴油生 产及过程控制关键技术,利用油脂类废料和野生植物生产生物柴油关键技术"列 入"节能和新能源关键技术国家重大产业技术开发专项"予以支持。 这样, 有助于 大规模消耗废弃食用油脂,增加我国的生物柴油产量。

但是,由于我国油脂资源总量供应不足,废油脂的资源量也非常有限,对生物柴 油产业的实际影响不大; 不过这对减少环保压力十分有利, 所以具有一定的发展 空间。据估计,油脂行业约有 10%的下脚料,按当前我国植物油的产量计,资 源总量仅在 100 万吨左右。 餐饮业废油脂又称“地沟油”, 是城市废水中的重要 污染物。

据了解,北京市环保局有 2 个“地沟油”回收处理厂。日产废油脂 15 吨,可作 为生物柴油生产原料。 但是, 下脚料和废弃油脂的集中处理和回收利用在成本上 是否真正合适,还需要认真地试验和考察。总之,废油脂的利用可以促进生物柴 油产业的发展,但因为资源总量有限,供应不稳定,原料组成及性能变化大,只 能是生物产油产业发展的有益补充资源。

我国液体燃料短缺,能源消费结构性矛盾长期存在,发展生物柴油产业,部分替 代化石柴油, 已成为当前可再生能源发展的必然趋势。 生物柴油生产需要稳定的

油脂原料供给, 但我国是油脂资源短缺国家, 近年来虽然生物柴油生产尚未进行 规模化生产,但植物油进口量都在数百万吨,而且还呈现上升趋势。同时,我国 耕地资源匮乏,13 亿人口的粮食供应形势不容乐观。因此,仿效西方发达国家, 依靠扩大油料作物种植获取油脂资源,不符合我国国情。我国宜林地丰富,农林 废弃生物质资源量巨大。 我国应重点发展木本油料植物规模化种植和推广, 加快 微生物油脂发酵技术创新和产业化; 同时, 利用现代植物遗传育种技术提高油料 作物产量以及选择性发展不与粮争地的油料作物种植。

总之,油脂资源问题的解决,需要在理性认识综合国情的前提下科学决策,加大 科技投入, 发展创新的油脂生产技术, 才能保障我国生物柴油产业和油脂化工行 业健康发展。

第六节 燃料油植物生产生物柴油的策略

一、 科学筛选优化燃料油植物 1. 燃料油植物发展现状 燃料油植物主要包括油脂植物和具有制成较高还原形式烃的能力、 接近石油成分 且能代替石油使用的植物(或称“石油树”, 大多为含乳汁的植物)。 燃料油植物 的开发利用价值早已被有识之士所认识, 但到 1973 年石油危机以后, 各国才普 遍重视燃料油植物的利用。特别是 1981 年在肯尼亚首都内罗毕召开的国际新能 源和可再生能源会议以后, 国际上出现了开发利用植物燃料油的热潮。 我国幅员 辽阔, 纵跨热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带等五大气候带。气候、土壤的 多样性, 孕育着十分丰富的燃料油植物资源。据《中国油脂植物》记载, 我国有 108 科、397 属、814 种油脂植物, 我国油脂植物种类之多在世界上是屈指可数 的。我国有富油大科 6 科, 富油中、小科 14 科以上。美国科学院推荐的适于世 界不同气候带栽培的 60 多种优良能源树种中, 几乎有一半原产于我国, 或我国 已有引种。从这些丰富的油脂植物中可以筛选出大批有发展前途的燃料油植物。 2 几种极具潜力的燃料油植物 燃料油的原料资源是整个生物柴油产业中最重要的一部分, 它的成本高低对生

物柴油的价格起着决定作用。 目前, 我国的油料主要来自草本油料, 大部分都用 来生产食用油, 而我国同时还需要大量进口食用油来满足国民的需求, 所以我 国生产生物柴油的原料应该向木本油料转变。木本油料具有以下特点: 适应性 广;种植一次, 收获多年; 保持水土, 涵养水源, 改善环境;不与农作物争地; 可提供一些优质木材及某些特种化工原料。 木本油料具有巨大的开发潜力和广阔 的发展前景, 对于未来燃料油产业的发展具有不可替代的作用。 根据我国生态区 资源特点, 我们将燃料油植物的种植区进行了简单的划分。科学筛选优化出了 5 种木本油料植物和 1 种野生草本油料植物。 (1)麻疯树(Jatropha curcas) 麻疯树是大戟科麻疯树属落叶灌木或小乔木, 原产于巴西,广泛分布于热带、亚 热带地区。在我国主要分布在广东、广西、云南、四川、贵州、台湾、福建和海 南等省区。麻疯树喜光、喜暖热气候, 耐干早瘠薄, 在石砾质土、粗骨土、石灰 岩裸露地均能生长, 可用于荒山造林。麻疯树种子含油量为 35%~40%, 种仁的 含油量高达 50%~60%。每亩地平均可产麻疯树籽 650 kg, 可提取加工出油 180 kg。 虽然它的种子含油量多, 但是它的种子有毒, 一般忌食。 由于其种子含油率 高, 且流动性好, 它与柴油、汽油、酒精的掺合性很好,相互掺合后, 在长时间 内不分离。 它作为热带地区最适宜的、 可再生的生物燃料资源, 具有较好的发展 前景。 表:燃料油植物的区域分布 地区 东北 西北 华北 西南 东南 能源植物种类 耐寒的植物,如文冠果、蓖麻等 旱生灌木及草木,如欧李、沙棘等 黄连木等 亚热带植物,如麻风树等 光皮树、油桐、乌柏、棕榈、油楠等

(2)光皮树(Cornus wilsoniana) 光皮树是山茱萸科落叶灌木或乔木, 分布广泛, 在湖南、湖北、江西、贵州、四 川、广东、广西等省常分布于 1 000 m 以下的疏林中。光皮树是阳性树种(幼苗 较喜阴), 根系深广发达, 对土壤要求不严; 最适宜在土层深厚、质地疏松、肥 沃湿润、排水良好、pH 值在 5.5~7.5 之间的土壤中生长。 光皮树是一个很好的木本油料树种。果核、果肉均含油脂, 干全果含油率 33%~ 36%,出油率 25%~30%。它适应性强, 生长迅速。即使用实生苗栽植, 6~8 年便

可结实, 12 年左右便可进入盛果期。立地条件好的单株产量可达 52 kg 以上, 在 一般条件下每株产量可达 5~10 kg。若以每亩 60 株计, 亩产鲜果 300~600kg, 折油 42~84 kg。 (3) 文冠果(Xanthoceras sorbifolia) 文冠果是无患子科文冠果属落叶小乔木或大灌木, 也可栽培为高大乔木。 文冠果 自然分布于陕西、山西、河北、内蒙古、宁夏、甘肃、河南等地, 其中以陕西、 山西、 河北、 内蒙古比较集中。 文冠果根系发达, 萌蘖性强, 生长较快; 喜光, 耐 半阴; 对土壤适应性很强, 耐瘠薄、耐盐碱, 耐旱性也很强。 文冠果是我国特有的优良木本油料树种,种子含油量为 45%~50%, 种仁含油量 为 70%。它在播种当年就有花芽形成, 2~3 年就可开花结果, 10 年生树每株产 果 50 kg 以上, 30~60 年树单株产量也在 15~35 kg。油黄色而透明, 具药用功 效, 油饼可作饲料和肥料。它的木材纹理细致美观, 胸径可达 30 cm, 是做家具 的好材料。另外它的叶经加工可以代茶饮, 同时还是优良的绿化树种。 (4) 黄连木(Pistacia chinensis) 黄连木是漆树科落叶木本油料及用材树种, 高达 25 m。黄连木在中国分布很广, 北起河北、山东, 南至广东、广西, 东至台湾, 西至云南、四川、甘肃, 其中河 北, 河南、山西、陕西等省分布最多。黄连木喜光, 不耐严寒; 在酸性、中性和 微碱性土壤上均能生长; 对二氧化硫和烟的抗性较强, 抗烟力属Ⅱ级, 抗病力也 强。 黄连木种子含油率 42.5%, 出油率 20%~30%。每亩用种量 10 kg 左右, 当年生苗 高 60cm 左右, 亩产苗 20 000~25 000 株。寿命长, 能活 300 年以上。幼树生长 较慢, 以后生长加快,4 年后即可开花结实, 胸径 15 cm 时, 每株年产果 50~75 kg; 胸径 30 cm 时, 年产果 100~150 kg。 (5)欧李(Cerasus humilis) 欧李是蔷薇科落叶小灌木, 分布区广, 黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山 东等省区都有分布。 欧李是一种适应性极强的灌木树, 具有“四耐”特性, 即耐 寒、 耐盐碱、 耐瘠薄及耐干旱。 欧李仁中含有 50%左右的油脂, 但仁中含有约 6.2% 的苦杏仁苷, 在酸和酶的作用下分解产生剧毒物质氢氰酸, 一般不用作食用油。 欧李一般在栽后第 2 年便可开花结果。生长比较集中的地方, 每亩约有 2 000 多株, 在正常野生状态下, 每株产量为 110 g 左右。 (6) 海蓬子(Salicornia bigelivii) 海蓬子是藜科海蓬子属植物, 为 1 年生草本植物, 高 20~40 cm, 在亚热带地区

可长至 50~60 cm。海蓬子特别适合在我国亚热带海滨地区生长。欧洲海蓬子在 我国辽宁、河北、山西、陕西、宁夏、甘肃、山东、江苏等省区都有出产。 海蓬子耐旱不耐涝。 可种植在海滩盐碱地、 盐沼地或轻质沙土地, 用海水直接灌 溉, 也可混灌淡水并可施尿素、磷铵、硝酸铵等氮肥。一般 3~4 月播种,6 月中 旬开花, 9~10 月成熟,生育期 210 天左右。海蓬子的种子含有大量的油脂和蛋 白质,含油量 23%~33%, 超过大豆、向日葵籽以及其他许多蛋白质植物。同时, 海蓬子的经济价值很高, 除了能改良土壤外, 还能大量吸收 CO2,每公顷能固碳 5.2×10 kg。海蓬子秸秆是木材的优质替代品, 从而减少森林砍伐量, 保护森林 资源。 种植海蓬子与高密度水产品养殖结合在一起, 将有效根除养殖给海水造成 的有机污染。 能源林木资源产能潜力概况 种类 分布 广东、广西、 麻疯树 云南、四川、 贵州、福建、 台湾、海南 种值面积 平均产出 (吨 /公顷/年) 可能地区 可利用土地

在四川超过 16,000 公 9.75 顷

主 要 在 热 至少 带地区、亚 2,000,000 热带地区 集中在太 公顷

黄连木

河北、河南、 大约 66, 700 安徽、陕西 公顷

7.5

行山,河北 至少 300, 000 中南部,河 公顷 南北部

湖南、湖北、 光皮树 江西、贵州、 大约 10, 000 四川、广东、 公顷 广西 陕西、山西、 文冠果 湖北、 内蒙古、 大约 25, 000 45(仅指生物 宁夏、甘肃、 公顷 河南
柴油生产)

4.5-9.0

主 要 产 于 至少 2,000, 南方省份 000 公顷

主 要 在 西 至少 北 部 和 北 4,000,000 部中国 公顷

据国家林业部造林司统计, 目前我国尚有宜林荒山荒地 8×10 hm, 十分可观的 土地资源及丰富的燃料油植物资源,为我国发展人工燃料油植物林提供了雄厚的 物质基础。 可以预测, 绿色植物在给人类作出众多贡献的同时, 必将给人类提供 新的能源。 二、 筛选优化依据

燃料油植物是一种可更新的能源资源, 具有再生性, 即一次种植,多年收益。同 时植物能源又是一种“环境”资源, 筛选植物时一般除提供能源外, 还具有绿 化荒山、防治水土流失、保护环境及维护生态平衡的作用。植物能源没有核能的 危险性,也没有风能、潮汐能和地热能的局限性, 它几乎不受地区限制, 不需要 长途运输,可利用荒山、荒坡及非耕地种植,不与农业争地, 既能保护生态环境, 又能获得经济效益, 达到能源、经济、生态综合效益并举的目的。 燃料油植物资源虽主要分布在热带、 亚热带地区,但与石化能源相比,分布相对均 匀,几乎每个国家都有一些具开发潜力的植物能源资源。 因此,地理位置适合、 含 油量高、经济价值大、生态效益明显是燃料油植物筛选和优化的依据。 三、在政策上应大力推广燃料油植物的种植和加工 生物柴油的未来发展主要是受原料植物油产量少、 价格高的限制, 面临与石油柴 油竞争。 因此, 生物柴油的生产必须与农业生产相结合, 才有生命力。 一些国家 已经计划大规模种植油料植物, 由上千公顷的农场来提供植物油原料以生产甲 酯化的生物柴油。 我国拥有丰富的植物油资源, 可以因地制宜, 利用农业生产与 环境保护相结合来增加油料作物的种植面积, 为生物柴油生产提供原料。 在生产 生物柴油的同时, 对其提油后的固形物中有重要药理活性物质进行深加工获得 医药原料或动物饲料, 同时生产高附加值的可生物降解润滑油、 油漆溶剂、 工业 溶剂以及甘油等, 也是降低成本的途径。 目前, 种植高含油量的能源作物如麻疯树和黄连木已经走到了前面。 进一步的研 究将集中于他们的应用和种植面积的开发。 尤其是麻疯树, 是世界上公认的巨大 潜能的作物, 但在中国仍然是相对低种植的作物。 为了促进能源作物在边远土地 的生产, 这需要将此列入政府计划。 含油种子通过基因改变可以提高 10%的产量, 这样可以降低相应的成本。 许多中国的林地位于山区; 收集和运输能源林业作物 仍然很困难,需要政府提高基础设施水平。 生物柴油项目是一个系统工程,它涉及国家的能源政策、战略、环境保护法规、 财政政策、税收法、生物燃料网络、汽车技术的开发等一系列问题。从国外的情 况看, 美国将生物燃料列为国家战略和国家安全项目,在资金和税收上予以优惠, 在环境保护方面有立法保证, 例如国家清洁空气法有明确要求, 介入生物燃料 项目的部门, 除能源部外, 还有农业部和环境保护局、 各地方政府和工业部门以 及若干研究机构。在欧盟,为鼓励发展生物燃料,生物燃料产业的税收减少 90%。 到目前为止, 我国虽然在生物燃料方面没有具体的规定,但很多法规均可引用, 例如大气污染防治法等。 由于现在生物燃料的原料大多定位于废物利用, 作为再 生产品, 可引用相关的优惠政策(2005 年颁布、 2006 年正式实行的 《可再生能源 法草案》 因此在我国发展生物燃料已有政策基础,同时我国政府已将生物燃料 )。 作为“十一五”发展战略的重要内容,相信今后会推出一系列与其相关的优惠政

策。 在中国使用生物柴油对农业的支持作用要超过对环境的改善。据统计 1065 万吨 产能的生物柴油加工业可以创造 500 亿元/年的产值, 可以提供超过 20 万个就业 岗位。 相关的能源农林业可以吸纳大约 600 万的劳动力, 所以可以提高农村的就 业率和农村的经济。 如果农村就业是一个目标的话, 那么就要考虑政策补贴与其他政府支持的就业政 策,或者基础设施投资、教育及商业环境改善。 我国粮食生产能力过剩, 而将粮食转化成生物能源的效率和效益较低, 故出现有 些地方种田不赚钱, 土地荒芜现象。 所以需要政府出台相关政策通过调整农业结 构, 将这些地方发展成为生物柴油的原料基地, 发挥生物柴油的环境效益与社会 经济效益。 另外,发展生物柴油必将刺激油料林业的发展。中国地域辽阔,油料林木资源丰 富,但现有的资源没有充分开发利用。我国南方几千年来一直种油桐、油茶,产 量很高,但由于原有的市场大幅萎缩,现在衰落了,北方的黄连木也是这样。国 家目前大力推进退耕还林,建立长江天然屏障,实施天然林保护工程,所以完全 可以结合这些工程种植油料林木, 既为生物柴油产业发展提供原料, 又保护生态 环境,有利于可持续发展。 在选择和利用生物柴油原料的时候,必须要考虑原料油的产量、脂肪酸组成、酯 交换反应及得率等, 而制成的生物柴油的成本是最重要的因素。为了筛选分布 广、适应强、经济产量高和价格低廉的原料,应进行大量的科学研究, 为构建出 适合我国生物柴油发展框架提供理论支撑。 我国生物柴油产业已列入国家战略发展计划中,利用我国幅员辽阔、能源和物种 丰富的优势, 依据我国植物的生态地理空间分布格局,筛选、培育出多种与之相 适应的、 环境友好的高效燃料油植物, 并优化全国能源植物配置和生产格局, 建 设能源植物专类生产区, 对于能源植物种质资源保存、 能源植物繁殖推广和开发 利用有深远的意义和现实价值。 研究开发燃料油植物生产生物柴油将有利于缓解 我国目前经济发展中面临的能源短缺问题, 同时也有助于解决我国“三农问 题”及生态环保问题。 大力开展规模化燃料油植物种植, 提升化学酯化和生物酶 法合成生物柴油技术, 运用转基因技术, 以及政府对种植和制造生物柴油予以 补贴和税收优惠是目前生物柴油产业发展的主要策略。 总之, 发展油料植物生产生物柴油, 可以走出一条农林产品向工业品转化的富农 强农之路。 第三章 生物柴油的全球概况

生物柴油在近年来在全球得到了蓬勃的发展, 本章节是介绍目前全球生物柴油发 展的基本情况,为生物柴油的商业用途提供参考。 第一节 全球生物柴油基本概况 近年来生物柴油发展迅速, 其中以欧洲发展最快。 欧盟主要以油菜籽为原料生产 生物柴油,2001 年产量超过 100×lO4t,预计 2003 年达 230×lO4 t,2010 年达 830×lO4t。 德国 2001 年在海德地区投资 5000 万马克, 兴建年产 10×lO4t 的生 物柴油装置,现有 90 多家生物柴油加油站,生物柴油在奔驰、宝马、大众、奥 迪轿车上广泛应用。 意大利实行生物柴油零税率政策, 目前拥有 8 个生物柴油生 产厂,总生产能力为 75.2×lO4 t/年。法国亦实行生物柴油零税率政策,现 有 7 家生物柴油生产厂。奥地利有 3 个生物柴油生产厂,总生产能力为 5.5 × lO4t/年,税率仅为石油柴油的 4.6%。比利时有 2 家生物柴油生产厂,总生 产能力为 24×lO4t/年。美国主要以大豆为原料生产生物柴油,现有 4 家生物 柴油生产厂,总生产能力为 30×lO4 t/年,规划到 2011 年将生产 115×lO4 t, 根据美国能源部的统计,2001 年美国生物柴油消费量 8.5×lO4 t。亚洲一些国 家也在积极发展生物柴油产业。日本是较早研究生物柴油的国家,1999 年建立 了用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化实验基地, 目前日本生物柴油年产量已 达 40×lO4t。泰国第一套生物柴油装置已经投入运行,泰国石油公司承诺每年 收购 7×lO4 t 棕榈油和 2×lO4t 椰子油,实施税收减免政策。韩国等也在向全 国推广使用生物柴油。 一、政策和法律 近年来很多国家的法律规范都已经制定出来并处于实施阶段, 这些法律规范是根 据不同的政策目标和激励措施而改变的,具体情况如下: 减少当地有害污染物的排放风险(如 CO,HC,PM,NOX,PAH): 典型的案例为“清洁空气法”(USA),“燃料质量标准”(EU),“Off-Road 发动机的 EPA 标准”(USA),在“燃油排放项目 I 和 II”中定义的私家车及载 重卡车的“EURO 排放标准”(EU)。 减少温室气体排放产生的风险及由此造成的气候变化。 欧盟新颁布的“生物柴油应用促进法”及德国在矿物油燃油税的基础上增加了 一个特别的温室效应税;ACEA 的无偿协议和欧洲委员会制定的至 2008 年排放物 限制 140g CO2 /km。

减少运输环节能源供应的风险: 美国 EPA 法案;欧盟新颁布的“促进使用生物柴油的法案 降低有毒残余物产生的环境风险。 “规定”指出在康斯坦茨湖上行驶的所有船都只能使用可生物降解的燃料。 进一 步来说, 宏观因素如创造就业机会和提高贸易平衡方面法规的调整也是普遍涉及 的范围。 二、原料来源和适用性 在 1997 年 12 月份之前的报告中全球范围内商业用途的生物柴油生产中菜籽油是 占主导地位的原材料,在分析德国、法国、奥地利、捷克、丹麦、斯洛伐克以及 瑞典这些主要的生物柴油生产国时, 这种情况较为明显。 然而目前这种情况已经 有了很大的变化,混合多种原料成为其主要的原料来源: 菜籽油:由于其优越的特性(如相对高的氧化稳定性、碘值 IV 低于 120、可接 受的冬季操作性以及单位面积的高油菜产量) 使得菜籽油占据了原料市场的主导 地位。 向日葵油:过去的一段时间内,向日葵的产量比油菜籽低,但它是温暖干燥天气 国家的一种代表性的选择。向日葵油的碘值(IV)超过 120(欧洲标准 EN14214 要求低于 120),所以这种油可以和低碘值的油混合使用。 回收的废弃油和动物脂:在许多地方,这种油脂比较便宜而且利润空间很大。在 欧洲生物柴油燃料标准 EN14241 中有一些清洁参数要求,一些回收的废弃油脂 (如高聚合体含量的油脂) 就不能达到这些要求。 为了使回收的物料能够达到规 定的质量要求, “精细清洁回收法”应当建立起来。 成功的模式具体表现在奥地 利的 130 家麦当劳餐馆的实践,这些餐馆每年可产生超过 1300 吨的高质量的废 弃油脂,通过高效清洁收集系统“Olli”来处理。 大豆油:在美国、阿根廷和其他生产大豆的国家该原料是很好的选择,但是由于 大豆油的 IV 也高于 120 所以它不能达到 EN14214 的标准。由于美国标准 ASTM D-6751-02 没有关于 IV 的限制,所以大豆油可以在美国使用。为了达到欧洲标 准大豆油必须作为多种原料的混合成分来使用。

棕榈油: 早在 1987 年有报道称马来西亚的棕榈油甲酯就已经用在奔驰客车上了。 由于冷滤点(CFPP 为+11℃)的限制,这种生物柴油在寒冷的天气条件下使用是 其最大的缺陷,但是它也能和多种原材料混合使用。 其他的原料来源: 潜在可用的和已经使用油料的全部储量还没有探明, 许多油料 植物值得我们的注意, 已经测试过的有下面几种: 尼加拉瓜使用麻疯树油生产生 物柴油;希腊对棉籽油进行了测试;印度对婆罗树油(Sal)、麻花油(mahua) 和印度柬油(neem)很感兴趣。 新油料:为使生物柴油具有优良的特点,对脂肪酸的特性有如下要求: 多不饱和脂肪酸如亚麻酸(18:3)的最低可能标准来提高氧化稳定性。 单不饱和脂肪酸如油酸(18:1)的最高可能标准来确保提高冬季操作的稳定性。 饱和脂肪酸如棕榈酸(16:0)硬脂酸(18:0)的最低可能标准来提高冬季的可 操作性。 这些新品种已经被种植和使用(高油酸油菜籽和向日葵,低亚油酸油菜籽)并在 生物柴油的质量方面是一种很有吸引力的原料来源。 三、工艺技术发展 从 1988 年早期开始工业化的生产工艺技术已经得到显著的发展。随着已经建立 的生物柴油标准对高质量产品需求的提高以及现代柴油发动机数量的不断增加, 使得生物柴油的生产从单一的间歇工艺切换到更加复杂的连续工艺技术上来, 例 如甲酯和甘油的快速液-液分离及其更加精细的净化处理来保证最终的生物柴油 至少达到标准 EN 14214 或者更高的质量。 总体来看,在启动生物柴油项目的早期阶段,各国都是单步酯交换的简单工艺, 仅进行了基本的提纯测试, 这样的产品不会达到现代柴油发动机所需高标准燃料 的要求。 四、生物柴油燃料的标准和质量管理 对所有的消费群体(尤其是柴油发动机和机车的生产商)来说,燃料质量的保障 是发展生物柴油的关键因素。 除现存的与石化柴油相关的参数 (如十六烷值和碳 残余量) 与这种化合物相关新的指标和分析方法也得到了发展, 外, 如甘油单酯、 甘油二酯和甘油三酯标准。

1994 年奥地利颁布了第一个适用于油菜籽甲酯 (RME) 的生物柴油标准 ON C 1190, 随后又在 1997 年 7 月公布了适用于脂肪酸甲酯(FAME)的标准 ON C 1191,这 样使用于生产生物柴油的原料范围更加广泛。 其他国家针对 FAME 的标准也随之颁布,如捷克共和国(CSN 65 6507),法国(根 据该国法令),意大利(CUNA NC 635-01),瑞典(SS 15 54 36)和德国(DIN E 51606)。 为出台欧盟标准,欧盟委员会委任 CEN 编制生物柴油最低要求及测试方法的标 准。 该工作于 1997 年底由几个组织执行。 2003 年秋脂肪酸甲酯新标准 EN 14214 在 的官方文件出台,生物柴油质量标准的欧洲谅解协议成立。 ASTM 也已经为美国建立了生物柴油标准并在 2002 年公布了“馏出燃料用生物柴 油燃料(B100)混合材料的标准规范”(ASTM D-6751-02)。 在 2003 年 9 月澳大利亚公布脂肪酸甲酯的标准 (综合了欧洲和美国的一些标准) 后,澳大利亚环境和古迹部又公布了一个“生物柴油国标的讨论文件”。 值得一提的是, 生物柴油优越的润滑性被各个分销商大加赞扬, 但是在过去的任 一个生物柴油标准中该优点却没有被提及。 五、市场运做策略 毋庸置疑,我们可以看到相当多不同市场的运做策略,总结如下: A)产品策略 在加油站中, 生物柴油如果作为纯粹的燃料销售, 在竞争力方面与石化柴油相比 并没有明显的产品差别;一些现存的优势(如润滑性或超低硫含量)并没有向消 费者宣传。这样,生物柴油通常是作为廉价燃料来销售(如奥地利)。 另一种产品策略是在精炼厂将生物柴油以超过 5%的比例混合到石化柴油中去, 然后打入燃料泵匿名销售(如法国)。 B)质量策略 1)质量标示策略:生物柴油以 100%的纯度销售并以不同的产品质量来区分,在 泵上使用质量标签来注明, 这样消费者可以通过产品信息单来区分产品质量 (如 德国)。这也可以起到保护标准质量的生物柴油生产者不受劣质产品侵害。

2)商标策略:燃料(纯燃料或与石化柴油 1-20%的混合物)通过特别的商标来 区分 (如“Soygold”, “Envirodiesel”,“Bio-Plus”, “GlobalDiesel”)。 不同的优势被提升并与不同的价格策略相关联(如美国,英国)。 第二节 世界范围内的发展状况 一、欧洲 由于欧盟的法规直接或间接地影响大部分的欧洲国家, 所以在对单个欧盟国家介 绍之前都会引用一个特殊的欧盟章节。本资料涵盖了所有欧洲国家的报告资料。 具体情况如下。 1.1 欧盟 发展状况 1987 受商业驱动的生物柴油在欧洲开始于奥地利, 其第一个工业化的生物柴油生产工 厂在 1991 年投入运作,紧接着德国、法国和意大利也开始了生物柴油的运作。 1992 《 欧盟共同农业政策》 的改革指出由于使用一些土地用于粮食的生产而导 致了欧洲农业过剩, 并通过了自留地政策。 该政策刺激了使用自留地用于非食用 谷物的生产。 1998 作为 1997 年京都会议有关气候变化的结果, 欧盟成员国在 1998 年 6 月份决定到 2012 年排放物减少到 1990 年的 8%。可再生能源(包括液态生物燃料)使用量的 实质性增加对实现这个具有挑战性的目标具有很重要的意义。 2003 在减少交通系统温室气体的排放和增加能源供给的安全性驱动下, 欧洲理事会和 欧洲议会于 5 月份通过了“欧洲促进生物燃料使用的指示”。 过去的几年里,欧洲生物柴油的生产实现了实质性的飞跃。从 1996 到 2002 年, 生物柴油的产能增加了四倍,达到大约 200 万吨。 政策法律

欧盟能源总署 DG XVII 在 1998 年推出并公布了“未来能源:可再生能源—共同 战略和行动方案的白皮书”。 白皮书要求可再生能源的市场份额从 1995 年的 5.3%到 2010 年提升到 12%。 并期 望产生如下结果: 减少温室气体 4 亿吨, 降低石化资源的开采 增加 50 万个就业岗位 发展新技术,提高出口市场的机会 生物燃料在 2003 年的目标定为 500 万吨(原油当量);在 2010 年为 1800 万吨。 在 2000 年的 11 月欧盟运输和能源总署 DG TREN 公布了一个绿皮书“欧洲能源供 给的安全战略”来解决一个关键性的问题,即加强能源供给的实质安全性。 2003 年 5 月“欧洲促进生物燃料使用规范”出台,其目标是在每个成员国内使 生物燃料的销售达到一定的市场份额, 且要求 2005 年为 2%的市场份额, 2010 到 年达到 5.75%。 最初介入的一种强制混合的规定被终止了。 每个国家应该自由选择其发展道路来 适应市场份额的要求。 对许多国家来说, 完成该计划的目标也许在 2 年后才能实 现。 1996 年,在欧洲环境理事会 DG XI 的激励下,在欧洲燃油排放项目的倡导下, “汽油和柴油燃料的质量规范”(98/70/EC 指令)出台。该指令的主要目的是 减少尾气排放物(硫、氧化氮、未完全燃烧的氢和颗粒物、一氧化碳等)以及温 室气体排放物。 为进一步提高空气质量标准(将硫含量减少为最大 10mg/kg),包括非公路移动 机械和社区平均二氧化碳排放量不超过 120g/km 的目标 (生物柴油是一种超低硫 的可再生燃料,可以达到严格指标要求),上述指标在 2003 年 3 月份修改为 2003/17/EC 指标。 对于“京都协议”在减少温室气体排放方面规定的欧洲的义务,环境专员 Margot Wallstrm 女士指出:“欧盟外长已经强调他们承诺京都协议的义务并

准备批准履行该义务”。 该声明在 2001 年 6 月 12 日公布, 作为早先一些国家对 京都协议犹豫不决的最终答复。 京都目标的适当方案被并入“促进生物燃料使用的指令”和“燃料质量的指 令”中施行。 1992 年颁布的麦克萨里欧盟共同农业政策(CPA)改革,依靠非粮食自留地可以 提供给该工业大量具有竞争力的原料来源。 由于自留地的自然变动性,其不能每年都提供足够的原料来供给生物柴油生产, 尤其是在 1997 到 1998 年导致原料供给出现重大问题。 为保证生物柴油工业获得持续的原料供给,1999 年 3 月的柏林外长会议上对欧 洲共同农业政策(CAP)改革进行了再次改革:在 2000 到 2006 年期间 10%基准 率的自留地被强制执行。 在欧洲,大量的法律规范规定液体生物燃料享受许多税收减免和其他的财政激 励: 1994 年,协调这些法规的第一次努力在欧洲范围内采取行动: 减税计划(1994) “欧洲指示”以支持生物燃料 (生物乙醇和生物柴油) 在欧洲发展的第一份草案 于 1994 年被提议,该草案建议对上述两种生物燃料提供整体减税计划。欧洲议 会已经接受了这种激励措施,但是在欧洲理事会还没有达到一致同意。 当前,有关能源产品税收的指示再一次进行讨论,提议税收的减免上升到 100%。 原料供给 当前,油菜籽油作为一种最适宜的原材料在生物柴油原料供给中占绝对主导地 位,估计份额大约为 95%,第二位是向日葵油,占据少量的份额,紧随其后的是 回收油脂和动物脂。 从 1996 到 1998 年以生物柴油为目的的土地开垦量大大减少。 这主要是因为这些 年中强制性非食用自留地的比率减少, 使得从自留地播种面积上供给的非食用油 减少。随着小比率的重新提高,生产也再次增加。

预期由于原料需求的急剧增加, 除非食用的油菜籽外, 食用的油菜籽也将更多地 用于生物柴油的生产。这样就会在布莱尔议会协议限制外增加一些可变量。 回收植物油和动物脂已经获得了广泛的关注, 因为其代表了一种廉价的原料供给 资源,而且不受欧洲土地使用政策的限制。但是,这些油脂数量很有限,并且需 要一个严格的质量管理来确保收集的非风险性和达到 CEN 标准 EN14214 间接摄制 的质量要求。 从技术上来讲, 其他植物油也非常适合作为生物柴油的原料来源, 比如大豆油 (美 国、阿根廷)和棕榈油(马来西亚),这些国家已经表示他们对这些植物油进入 燃料市场持乐观态度。 质量管理 在 1997 年, 欧洲委员会委任 CEN 制定关于生物柴油最低要求和测试方法的标准。 在草案提出期间,这两项申请被决定使用相同的规定:

FAME 作为单一的柴油燃料,及 FAME 与 EN590 柴油燃料相混合。 在 2001 年如下两个草案被公布出来,并进行了 6 个月的调查程序: PrEN 14214—FAME 作为柴油发动机的机车燃料 PrEN 14213—FAME 作为取暖油使用 其中包括国民评议,最终的标准由正式投票来通过。从 2003 年 3 月 4 日开始该 标准用来定义世界范围内的高质量的生物柴油需求。 产品发展 从 1992 年开始生物柴油产品已经大量增加。 2001 年全欧洲的统计数字大约为 78 万吨, 1992 年的 14 倍。 是 当前的趋势表现为产能的增长要比实际的产品和生物 柴油销售市场增长的速度快。 2001 年欧盟 15 国的主要生物柴油生产国为德国(市场份额 45%)、法国(40%)、 意大利(10%)、奥地利(4%)和瑞典(1%)。 如图所示,生物柴油产能增长已经达到大约 200 万吨,德国是主要的发展国,然 而其工厂生产和实际消费滞后, 这是因为主要的投资都倾向于工厂而很少投向市 场开发。

市场策略 在 2003 年,大约有 35%-40%的欧洲人使用柴油驱动客车,这种趋势还会进一步 增加, 由于机车配备了现代化的柴油发动机, 在低二氧化碳排放标准下提高能源 效率可以减少燃料的消耗, 这就使得柴油机更有吸引力。 在重型和轻型交通运输 工具方面也会有持续的增加。 在市场策略方面,我们可以看到不同的方法之间有巨大的差别,表现如下: 100%的纯生物柴油由特定的路边加油机进行销售(如德国、奥地利) 在石化柴油里混合量超过 5%不添加区别标志(如法国) 在石化柴油里混合 5%的生物柴油并添加一个特殊的商标(如英国) 在石化柴油里混合 30%-40%的生物柴油并添加一个特殊商标(如捷克共和国) 总结

根据运输和能源、 农业和环境一系列新的指导意见, 欧洲委员会指定了在欧盟发 展液态生物燃料的基本框架。 2005 到 2010 年生物柴油产品需求量由如下国家 从 (欧盟 15 国)决定: 2004 年 5 月 1 日 10 个预备成员国(塞浦路斯、捷克共和国、爱沙尼亚、匈牙利、 拉脱维亚、立陶宛、马耳他、波兰、斯洛文尼亚和斯洛伐克)加入后,欧盟 25 国生物燃料的总产量会进一步提高。 1.8 希腊 最近几年私有的矿物油公司 ELINOIL 参与了两个 ALTENER 工程来研究潜在的物柴 油生产和市场状况。 雅典科技大学对这些项目提供技术支持,在希腊国内调查生物柴油技术的实用 性。 另一项 ALTENER 工程中位于伊拉克利翁(Heraklion)的能源署在克利特岛 (Crete)调查用于生产生物柴油的回收油脂的潜在量。该工程在与奥地利生物 燃料研究所的合作下完成。 有关最新的消息称,ELINOIL 正计划在希腊的港湾地区建一个生物柴油工厂。 1.9 匈牙利 90 年代早期,一个计划产能为 1.8 万吨的生物柴油工厂在西匈牙利的 Babolna 建立,但其没有进行实际生产。 后来国家规划在全国发展大批小规模生物柴油生产点,但一直没有实施。

1.10 爱尔兰 1992 年中心位于卡洛郡橡树园的国家农业研究组织 TEAGASC 发起了第一次试验, 为生物柴油进一步的发展提供了驱动力。 以实验为目的的小规模的生物柴油工厂使用多种不同的原料(包括动物脂)在 TEAGASC 完成,并进行了小规模的发动机和公共汽车测试。 1.11 意大利 发展概况 意大利的生物柴油生产开始于 1992 年,是意大利人和法国人共同参与的欧洲工 程, 由欧洲委员会共同投资。 意大利北部一些现存小型但非专业的甲酯工厂开始 生产,接着位于利沃诺(Livorno)港口的一个大型的专业工厂也开始生产。该工 厂由 Novaol 建设,然后加入 Cereol 加工精炼菜籽油和向日葵油。 在 1994 年生物柴油全部税收减免,也没有数量的限制。一年后意大利政府修改 了法律,介入了 12.5 万吨生物柴油税收减免的配额。然而,1998 年的产量仍然 低于 9 万吨/年,大量生物柴油用于质量需求和分销成本较低的取暖油也享受同 样的税收减免。在过去的四年生产增加的趋势很明显。 法律政策 支持性税收措施 2001 年的财政法案将税收减免扩展为 30 万吨/年 FAME(适用于生物柴油和取暖 油),这样提高了 FAME 的竞争地位。该措施原计划在 2004 年终止,但财政部仍 保持该税收优势的延续性。超出配额的产品全额征税,无法与石化柴油竞争。 其他调整措施 根据当前的规定, 比例超过 5%的生物柴油可以与取暖油混合, 比例超过 25%的生 物柴油可以与石化柴油混合用于交通运输。 原料供给 主要的原料为菜籽油, 主要从德国和法国进口, 但国内的向日葵油也用于生产生 物柴油,另外也考虑使用回收废弃油脂。 质量管理 以 CUNA 标准 NC 635-01 为基础,在 1993 年公布了 UNI 标准,其将被新标准 CEN 标准 EN 14214 取代。 生产发展 目前有 7 家大公司生产生物柴油: 公司 利沃诺集团 详细信息 位于利沃诺工厂的产能为 6 万吨/年, 2004 年 6 月扩大了两倍(2004 年利沃

诺集团的总产能为 25 万吨/年) 投产:1992 年 原料:中性油菜籽油、向日葵和其他油 最大的生物柴油生产商,是 Cereol 的 分支,2002 年 12 月被 Bunge 收购 产能:22 万吨/年 贝格莱特公司(Bakelite AG) 投产:1995 年(位于 Solbiate Olona) 2002 年的产量为 6 万吨是德国公司的子 公司 产能:8 万吨/年并与 1996 年投产 Fox Petroli 商标名称:“Bio-Fox” 原料:菜籽油 ItalBiOil Comlube De.fi.lu 产能:8 万吨/年 产能:4 万吨/年 投产:1992 年 产能:3.5 万吨/年 产能:3.5 万吨/年 Estereco 投产:1993 年 产量:从 2003 年统计为 2 万吨/年 国内生物柴油生产企业份额统计: 2002 年,生物柴油全部产能为 60 万吨/年, 在 产量却是 22 万吨; 由于恒定的市场状况, 短期内没有增加投资扩大产能的计划。

市场策略 脂肪酸甲酯在取暖油市场找到了其主要的销售区域, 这主要是因为与用作柴油机 燃料相比, 分销成本和质量要求都很低, 但却享受同样的税务标准和税收减免 (与 用于交通运输单元的石化柴油相比较)。 最近一些生产商扩大了他们的市场运作, 来争取生物柴油在运输领域的地位, 这 里,超过 5%的生物柴油与石化柴油相混合用于大型的运输公司。Novaol 公司进 一步推出了一项名叫“向日葵走进一百个城市”的工程,主要目的是推崇 30%的 生物柴油混合物用于公共交通(这个比例在法国已经成功使用)。 为 了 提 高 私 有 公 司 的 生 产 , 几 种 商 标 正 在 使 用 中 , 如 “Diesel-Bi”, “Bio-Fox”, “Ital Bio Diesel”, “Sun-Diesel”, Bio-Power V 100“等。

米兰、拉韦纳和佩萨罗的市政运输公司已经宣布他们有意切换成生物柴油。 总结 意大利所有的措施已经限制生物柴油主要用于取暖油而不用于交通运输市场。 随 着欧洲委员会新“指示”的推出, 设备完善和经验丰富的意大利生物柴油生产商 正在重新考虑其市场战略问题,以此来全力开拓在交通运输领域崭新的市场机 遇。 1.12 立陶宛 在首都考纳斯农业大学进行的深入的研发活动获得了详细且很有价值的研究成 果,同时也开始了实验性的生产。该大学企图参加 ALTENER 工程,使用多种原料 来源进行车用生物柴油的生产测试。 1.13 马耳他 奥地利生物燃料研究所参观了位于瓦莱塔(valetta)一个人造黄油化工公司, 该公司生物柴油的产量为 6000 吨/年, 并不全面进行质量分析, 而是作为一种石 化柴油添加剂销售。 马耳他也在考虑扩大生物柴油的产量。 马耳他大学分子遗传 实验室完成了从海水藻类提取油初步试验工作。 这将成为生物柴油生产的一种新 型的原料。 1.14 荷兰 直到现在,政府对生物柴油的消极态度限制了生物柴油的发展。尽管如此,位于 安海姆(Arnheim)附近 Kleefse Waard 的第一个商业性生物柴油工厂 ATEP Nederland B.V.,在 2004 年开始运作,产能为 10 万吨/年。这些生物柴油主要是 以出口为目的,直到荷兰制定国内生物燃料的相关法律。 1.15 挪威 多年以前 HABIOL – Hadeland Bio-Olje A/S 公司就着力将生物柴油介入挪威市 场。 矿物油公司 HYDRO-TEXACO 进口生物柴油用于市场测试, 并在 18 个燃料泵中 进行销售。 一项 ALTENER 工程沿着松恩峡湾(Sognefjord)在巴士公司对生物柴油 进行测试,该实验与奥地利 BLT 联合运作。 1.16 波兰 1996 年在华沙的 IBMER 研究所建立了一个小型的实验装置,并为国家试验工程 生产生物柴油。 Kwasniewski 总统否决近来充满野心的法律草案时, 当 尽管人们 可以看到一个深刻的市场准备期,但波兰仍然没有生物柴油生产。然而从 2003 年 7 月新的、 更加适中的生物柴油发展法律规范跳过了所有的障碍时, 一个更加 有吸引力的投资期期望在未来几年出现。 作为良好原材料的油菜籽在波兰有着优 越的种植环境以及现存的很有实力的投资者, 在未来的 2-3 年内生物柴油的市场 份额可以达到 3-4%。 1.17 斯洛伐克

发展概况 早在 1991 年,在前捷克斯洛伐克政府联邦体系下一项人造奶油工程已经实施, 该项工程的工艺发展和质量控质由布拉提斯拉瓦大学支持。 最早的小规模工厂在 1992 年开始运作,是由中小企业发展的油菜籽甲酯(RME) 生产设备的附加产物。 2001 年生物柴油的总产能超过 12.7 万吨,但是由于税收减免措施的改变使得 2001 年底整个生物柴油行业的生产进入瘫痪状态。 政策法律 支持性税收措施 1993 年初期的法律(法案号 316)对石化柴油的征税标准为 349.80 ,然而生 物柴油混合燃料(31%油菜籽甲酯+69%石化柴油)的征税标准为 71.90 ,税收 减免不仅适用于生物柴油, 而且适用于生物柴油混合燃料, 这对生物柴油的市场 地位很有吸引力。这使得斯洛伐克生物柴油的产能迅速扩张。 从 2002 年 1 月开始一项新的法律(法案号 239/2001)终止了这种对生物柴油混 合物的优惠措施, 大量地增加了混合物中石化柴油的征税份额, 同时保持了生物 柴油份额的全额减免。这导致生物柴油生产不再具有优势,产量迅速消减。 同时农业部对生物柴油和生物乙醇置备了一项新的法律程序使其用于汽车燃料, 目的在于重新恢复生物柴油的市场状况,在 2005 年是生物柴油市场份额占有率 为 5%,但这并没有得到财政部的批准。 其他调整措施 作为斯洛伐克共和国加入欧盟内部市场程序的一部分, 确保足够的车用生物燃料 生产将成为列于“能源法案”的任务之一。 生产发展 名称 详细信息 产能:5.1 万吨 Ekoil 是斯洛伐克最大 Ekoil Biodiesel 的生产商,其工艺技术在斯洛伐克境内 和国外都有市场 Slovakofarma 产能:2001 年非专门生产 3 万吨。 医药公司 产能:2 万吨 Palma 生物柴油的专业生产厂商;同时也生产 脂、油、日用化工品、肥皂和糖浆剂。 剩余的 6 个生产商 总产能:2.6 万吨 是一些小规模生产商

在斯洛伐克有两种不同的生物柴油生产规模: 500-5000 吨/年小规模生产单位 产能在 1-5 万的大规模工业化生产装置 原料供给 大多数公司以菜籽油为主要原料,同时也使用少量的向日葵油和大豆油。 市场策略 生物柴油主要以 30%(RME)/70%(矿物油)混合物的形式销售,主要市场为农 业机械和森林工业,主要是因为这两个市场实行税收减免;少量分额以纯 RME 的形式销售。 总结 生物柴油在前捷克斯洛伐克共和国推出后,斯洛伐克共和国独立后也一直延续, 从 2002 年 1 月开始在斯洛伐克市场上没有生物柴油的销售,这是由于法律的极 大限制。 斯洛伐克法律系统纳入欧盟法律体系后, 针对生物柴油的各项法规会有 进一步的发展,因此,斯洛伐克现存的生物柴油产能可能会很快复苏。预计相关 法律变更及颁布后,生物柴油的现实产能估计在 7.5 万吨。 1.18 西班牙 发展概况 从 1999 年开始,一些激励生物柴油发展的措施陆续推出: 1.2000 年 11 月 13 日的一项公告中,加泰隆尼亚州环保部通过卡塔兰废弃物署 公布了名为“Junta de Residus”的号召,呼吁企业对生物柴油的发展投标。两 家入选的公司为"BIONET EUROPA, SL" (位于 Reus) 和"STOKS DEL VALLS, SA" (位于 Montmeló)。只要成立条件符合,“Junta de Residus”将对每项工程进 行财政支持。 2.以皇家法令(RDL)6/2000 为基础,一个生物燃料使用研究委员会成立,来分 析相关利害各方的加入对西班牙经济的影响。 3.依据国家的标准, “西班牙可再生能源促进计划”提出在 1999 到 2010 年间生 物柴油的产量达到 10 万吨。 政策法律 支持性收受措施 在法律框架方面, 与生物柴油生产相关的主要问题是与生物柴油生产相联系的税 收减免政策。 在实际的法律框架中 (法案 38/1992, 法案 40/1995, RD1165/1995) 和 这种税收减免仅仅适用于环保产品技术发展的实验工程,并且有效期为 5 年。

原料供给 几乎所有的现有和在建工厂都是以回收油脂和动物脂作为主要原料来源的。 为了 达到充足的原料需求, 建立一个安全有效的物流体系使用清洁的方法收集合适的 废弃油脂和动物脂是成功的关键所在。 生产发展 当前有一个工厂正在运作,其他 3 个工厂正在建设中: 名称 详细信息 产能:6 千吨二期工程扩展到 1.8 万吨 加泰隆尼亚 Stocks del Valles 公司 投产:2002 年 原料:回收废弃油脂 Biodiesel-IDAE 产能:5000 吨(在建) 原料:回收废弃油脂 产能:1.8 万吨(在建) 原料:回收废弃油脂 产能:5 万吨(在建) 原料:回收废弃油脂

Bionor Transformación

Bionet Europa 如下两个工厂正在设计期: 名称 Biocarburants de Catalunya Biodiesel-Caparroso

详细信息 产能:10 万吨 产能:3 万吨

另外,一些小规模的实验和研发工厂正在运作或正在计划中(Minano,Madrid, Gijon)。 如果所有的计划工程完工后,可以达到如下期望的产能: 市场策略 目前西班牙计划建设或已经在建的生物柴油工厂将向公共交通公司销售生物柴 油用作汽车燃料,如在 Mataró 行政区。 然而, 2003 年二月开始可以在第一个供给生物柴油的加油站购买到 B-30 从 (70% 的石化柴油,30%的生物柴油)。Petromiralles 公司计划将生物柴油的销售扩 大到更多的加油站。 总结 生物燃料应用研究委员会公布了一些结论,包括在西班牙发展生物柴油的措施 等。最重要的部分如下:

在欧洲和西班牙法律允许的限制内考虑对生物燃料的税收减免; 该措施依赖于提 高生物燃料和能源产品税收指示的正确执行; 准予投资; 支持谷物能源用于生物 柴油生产;建立物流体系收集合适的废弃油脂,用作生物柴油的有价值的原料。 这些建议对发展生物柴油来说是很有利的工具。 正如列表中的所有生物柴油工程 所示, 实际的发展趋势比期望更加成功。 这主要是由于扩大了对废弃油脂的利用 量。尽管如此,“促进计划”中的目标(1999-2010 年期间 10 万吨/年)仍然没 有修改。 1.19 瑞典 发展概况 尽管瑞典乙醇发展基金会在生物乙醇作为汽油发动机燃料进入市场进行了积极 的运作, 但是生物柴油的地位仍然很弱, 还没有制定强力的政策来支持生物柴油 的发展。 80 年代末一些由农民运作的小规模生产工厂开始生产 RME。 在这段时间内税收减 免的力度很大,在 90 年代末减税标准达到 0.36 /l。在此期间如下公司获得了 税收的分配:Vsterviks Kemi AB;Fred Holmberg & Co;Agro Oil AB; Preem Petroleum AB;Sv Ecobrnsle AB。该项税收减免在 2001 年终止。从那 时开始新的税收规则每年都进行讨论。 目前仅剩下一家生物柴油生产工厂, 位于 瑞典南部的 Knislinge。 政策法律 支持性税收措施 2001 年的生物柴油配额为 2.112 万吨(2.4m3),但只利用了 7000 吨。2002 年 的配额也固定在相同的标准上,当时期望 2003 年的生物柴油免税配额量增加。 在此配额内,如果生物柴油以 100%纯燃料或最大 2%的比例与石化柴油混合使用 都是全额免税的。 矿物油的课税包括两部分,分别为能源税和温室气体税。目前,瑞典是根据环境 的标准来确定汽油和柴油燃料不同的税率。 另外, 在不同的环境级别下温室气体 税的份额保持不变,即汽油 SEK1.6 和石化柴油 SEK1.80。 通过使用低温室气体排放的燃料取代汽油或石化柴油可以使汽油或石化柴油的 温室气体税降低或减少。在获得欧盟的确认后,该项措施于 2003 年 1 月 1 日由 政府实施,并将于 2007 年 12 月 31 日终止。 生产发展 名称 Svenska Ecobrnsle AB 详细信息 产能:8000 吨/年 投产:2000 年 10 月

当前 Svenska Ecobrnsle AB 公司是瑞典市场上仅存的生产并销售生物柴油的公 司。在不久的将来该公司计划将产能扩展到 1.8 万吨/年。另一个产能为 2.64 万吨/年的生物柴油工厂正在设计阶段。 原料供给 当前油菜籽是使用的标准原料, 但在实验中也用到亚麻籽、 猪油和回收废弃油脂。 质量管理 瑞典的生物柴油标准 SS 1554 36 是质量保证的基础。在 2003 年 3 月 3 日后其使 用新的欧洲标准 EN 14214。 市场策略 Ecobrnsle 公司分销的生物柴油是通过油品公司来运作的,低混合物(在公共 加油站销售)和 100%纯生物柴油(主要用于特殊公司的汽车)都有销售。 在过去大约 80%的生物柴油以 100%的纯度销售, 15%的以 2%和石化柴油混合销售, 很少一部分作为油漆用的化学溶剂使用。 总结 瑞典已经采用多种方法来降低交通运输领域的排放物, 在欧洲是第一个介入低硫 柴油燃料的国家。 在使用可再生生物燃料, 如生物乙醇混合燃料用于汽油发动机 方面建立起一套经验。 由于瑞典南部对油菜籽生长很有利, 利用瑞典油籽进行生 物柴油生产有很大潜力, 通过进口东欧的原材料瑞典生物柴油的产能将会得到进 一步提高。关于支持性法律方面,现在有些新法规正在实施,这些法规对温室气 体减少的燃料所征的温室气体税实行不同的税率, 这使得生物柴油的扩展有一个 很好的法律框架。 1.20 瑞士 发展概况 90 年代早期由多个瑞士研究(如 FAT,EMPA)所发起的第一次研究后,一个 2000 吨的小型但恒定的生物柴油生产装置建立起来了。 政策法律 支持性税收措施 以可再生原材料进行的实验和示范型燃料生产可以减免矿物油税收。根据申请, 税收减免由财政部批准。 为了提高可再生原料的使用, 对实验和示范型工厂中加 工的油籽(如油菜籽,向日葵)实行价格补贴。 生产发展 名称 Eco Energie Etoy 详细信息 产能:2000 吨/年 投产:1996 年

原料:菜籽油 当前瑞士没有在建或计划建设的生物柴油新工厂。 原料供给 主要原料为菜籽油,少量向日葵油配合使用。在 3 万公顷适耕土地中,大约 20% 可以种植油菜籽,这表示石化柴油的替代率可达到 4%。中期的替代潜力大概为 3.6 万吨/年。 质量标准 德国的标准 DIN V 51606 暂时作为标准使用。 市场策略 生物柴油以两种方式销售: 直接与农业进行合作 在 5 个公共加油站(全部在 Bern 地区)以 100%纯生物柴油销售。 一些运输公司以 30%的生物柴油与石化柴油混合使用。甘油产品出口到德国,进 一步加工后用到化工行业和医药行业。生物柴油的市场价格大概比石化柴油低 10%。 总结 瑞士石化柴油的总消费量平均为 120 万吨/年,但生物柴油的市场份额却低于 0.2%,因此在未来几年内生物柴油会有所增长。 1.21 英国 发展概况 1991 年 10 月 BBC 在奥地利制作的有关生物柴油的电视文件第一次涉及到该领 域。不久之后一个研究团参观了奥地利,并在 1992 年成立了英国生物燃料和油 品协会(BABFO),作为促进生物柴油发展的组织。 1994 年格兰农业学院(SAC)和奥地利生物燃料研究所共同公布了第一份报告: “英国生物柴油工业的基本原理及经济性”,几个月后 Chemoxy 国际公司为东 达勒姆生物柴油工作组生产的第一批生物柴油用于替代燃料的发动机测试领域。 同时英国也采取合适的步骤发展生物柴油的生产并进行发动机测试, 但没有完成 其他欧洲国家已经实践过的税收体系。 一方面,1997 的“预算书”宣布“政府在使用的税收体系上设置了很高的优惠 措施来达到环境保护的目的”, 但是另一方面生物柴油的环境优势并没有得到充 分的认可。1999 年的税率见下表: 燃料种类 航空燃料 税收( 便士/升) 0

无铅汽油 超低含硫柴油(ULSD) 高辛烷无铅汽油 DERV(包括生物柴油)* *DERV=柴油发动机交通工具

48.82 48.82 50.89 51.82

1996 年 ETSU (能源技术支持单位/哈维尔实验室) 提供给英国贸易工业部的一项 研究对该税收政策的影响很大,其得出结论:生物柴油的优势将被忽略。 在该项研究中, 为确定类型和质量的甲酯被使用在一些发动机上, 得出的数据与 经验完善的欧洲其他国家和美国截然相反。 最终介入了一种 25.82 便士/升的生物柴油新税率,跟随欧洲的发展趋势,英国 生物柴油工业会有一个快速发展和成长的时期。 政策法律 支持性税收措施 2002 年 7 月 26 日新的生物柴油税率 25.82 便士/升生效。这与 ULSD 的当前税率 45.82 便士/升相比低了 20 便士(混合物按比例折算)。 生物柴油用作道路交通运输的燃料时, 其国内消费税应减少 40 便士/升, 以此来 确保生物柴油大规模的生产。 研发机构 其他单位: 原料供给 由于购买价格较低, 回收废弃油脂是当前最实用的原料。 良好的天气状况和生长 环境使得油菜籽将成为最有潜在优势的非食用谷物, 这在德国和法国都已经成为 事实了。 大量优良的港湾使得潜在投资者可选择在这些地方建立大型的生物柴油工厂, 这 样低成本的大豆油和棕榈油可通过进口获得。 质量管理 适用于 2003 年 3 月 3 日公布的欧盟的标准 EN 14214。 生产发展 名称 Rix 生物柴油公司 英国全球商品有限公司 Ebony solutions 详细信息 产能:3 万吨/年 原料:回收油脂 投产:2002 年,通过 Broadland 燃料公司分销 原料:回收油脂

商标“GlobalDiesel”,超过 5%的 FAME 和 绿色能源 ULSD 混合销售。 通过森利宝超市的油泵网络进 行分销。 Petroplus Marketing Ltd. 商标:“Bio-Plus”,超过 5%的 FAME 与石化 柴油相混合。其加油泵上标明温室气体减少。 原料:回收废弃油脂 Envirodiesel 小规模生物柴油供给商,提供 25 升/桶的生物 柴油以便家庭的储存和使用。 生物柴油工业联合有限公司 英国生物柴油供应商 小规模生物柴油供应网络。

据统计,当前生物柴油的生产大约在 5000 吨/年,但该数字不久就会改变,因为 新的税收政策将增加专业性工业化生物柴油工厂的数量。 如下是两个在建的生物柴油项目: 名称 Argent Energy Ltd. (Argent Group Europe) 详细信息 产能:5 万吨/年 起建:2004 年 1 月 原料:动物脂,牛油 先进的工艺建设一个现代化的生物柴 生物燃料合作有限公司 油工厂,产能 25 万吨,在英格兰东北 提滋赛德的一个港湾,靠近一家矿物油 精炼厂。 市场策略 主要的市场活动着眼于推动生物柴油和柴油 5%的混合物;部分生物柴油的销售 是从法国,德国,丹麦或海外进口过来。 大量的生物柴油或被直接销售到大型运输公司, 或被销售到 70 多个路边加油站。 靠近小规模甲酯生产点的燃料是以 25 到 1000 升的容器销售的。 可以确信这里的 质量管理保持在最低标准。 总结 生物柴油新税率代表着英国生物柴油工业崛起的驱动了。 为了达到欧洲指示所规 定的目标量, 对大规模生产的进一步激励是很有必要的。 这些激励措施已经在矿 物来源的 LPG 和 CNG 中实施过了。 当前英国石化柴油的消费大约为 1700 万吨,为在 2005 年使生物柴油达到 2%的 市场份额, 生物柴油的产量必须达到 34 万吨。 即使英国 50 万公顷的自留地都用

来种植油菜籽, 英国的生物柴油工业也必须在寻找足够的可利用的原料供给。 另 外, 价格便宜而且适合做生物柴油原材料的废弃油脂估计有 4 万吨, 我们还可以 看到进口的大豆油和棕榈油被认为是一种很经济的选择。 如果我们按照最大的估算,石化柴油的替代率为 10%,这意味着每年节省石化柴 油 170 万吨。 二、美洲 2.1 阿根廷 阿根廷是世界上最大的油料出口商, 油菜籽和食用油的出口占世界第三位, 主要 为大豆和向日葵;另外是第四大油籽生产商。因此,这对生物柴油的生产存在巨 大的潜在优势。不幸的是当前该国内的社会-经济危机影响了投资的决定,这是 该国生物柴油投资的主要障碍。 该国现存的生物柴油工厂有 7 家,产能范围为 10-50 吨/天。至少 11 个工程(小 到农民合作的工厂,达到 3000 万美元投资的大规模企业)正悬而未决。现在仅 有一个小规模家庭操作的设备有效运作。 2.2 巴西 在 2002 年 5 月巴西生物柴油发展计划(PROBIODIESEL)颁布了,该计划为生物 柴油的生产发展建立了法律框架。 该计划是与科技部、 技术和企业政策秘书处合 作发起的。 除了发展大豆油甲酯(SME)外,大豆油乙酯(SEE)也在巴西的考虑范围内,因 为巴西是传统的以甘蔗提取生物乙醇的主要国家。 (生物乙醇已经在运输方面作 为生物燃料使用了好几年)。SME 和 SEE 都将以 B-5 形势与石化柴油混合使用。 植物油工业(巴西植物油协会)将免费提供 8 万升油品来支持这些试验。 当前巴西有 4 家公司可以生产生物柴油, 但是由于商业化还没有得到授权, 所以 巴西还没有专业化的生物柴油工厂的运作。 有一家公司生产生物柴油作为其产品“AEP 102”的燃料添加剂,这是石化柴油 和生物乙醇以及 2%的 SME(大豆甲酯)的混合物。 2.3 加拿大 发展概况 加拿大萨斯卡通大学(University of Saskatoon)的科学家是 1994 年 3 月第一次 生物柴油会议的组织者。 在加拿大生物柴油仍不是一种商业性的燃料, 但是最近“加拿大生物柴油协会” 基金指出有关生物柴油的商业活动正在计划期间并会增加。 政策法律 支持性税收措施 当前在加拿大生物柴油与石化柴油相同的标准全额收税, 至于安大略省的税收减 免则是从生物柴油中减去地方的道路税。

由于石化柴油的低税率,加拿大联邦对生物柴油税收的减免水平为 4 美分/升, 同时结合地方激励措施(并不代表充分的激励措施)。 其他调整措施 加拿大环保署将生物柴油看作是燃料或燃料添加剂, 并达到其建立的清洁柴油标 准。纯生物柴油被联邦和地方实体指定为一种必需的替代燃料。 原料供给 加拿大大面积的油菜籽种植远近闻名, 但向日葵也同样在这里种植。 今天加拿大 是世界上第四大油籽出口国。 当前加拿大的生物柴油原料为植物油、 回收废弃油 脂和动物脂。 质量管理 在过去的几年中,加拿大一直努力推出加拿大通用标准局对生物柴油燃料的说 明。这些努力仍没有产生一个公开的说明书;德国标准 DIN 51606 FAME 和美国 标准 ASTM D 6751-02 FAME 保留了对加拿大质量管理标准的发展方向。 在加拿大,质量保障体系的介入对生物柴油市场的介入也同样必不可少。 产品发展 名称 Biox 公司 topia 能源公司 描述 投产:2001 年 4 月 第一个大规模示范工厂 使用有轨车和罐车供给生物柴油。

当前,一个示范工厂于2001年4月开始投产。技术提供方为多伦多大学。作 为挑战性的发展规划该公司计划根据如下步骤提高产能: 从2001年的80吨 /年增加到2002年的880吨/年,到2003年增加到15.8万吨,并 最终在2004年达到48万吨/年的产量。 市场策略/分销体系 155辆STM巴士汽车将使用生物柴油在蒙特利尔市区来获得在真实状态下 使用生物柴油的实践经验, 尤其是在寒冷的天气里 , 来证实对大型的运输公司 如STM来说供给生物柴油的可行性。 该工程同时考虑到使用这种燃料 (由回收 的非食品级植物油和动物脂来生产)的经济和环境影响。 在公路上的进一步测试在萨斯卡通进行, 萨斯卡通运输服务公司的2辆巴士汽车 使用B5为燃料驱动。 多伦多水电系统服务有限公司的船队服务开始于2001 年9月, 一个大规模的实验工程大约在80多辆船队发动机中使用生物柴油, 到 2002年该工程扩展到全部的400多个机车。 总结 随着油菜籽和向日葵的大量生产, 加拿大拥有足够的毛植物油可以使用。 加拿大 发展生物柴油潜在的关键缺陷就是冬季的可操作性(CFPP=冷滤堵塞点)。

添加剂或特殊的柴油混合燃料也许是一种解决方法,但这要增加产品的成本。 尽管这样, 由于安大略政府税收激励机制的介入, 一个或两个生物柴油工厂在商 业上是行得通的。 2.4 尼加拉瓜 90年代早期, 在奥地利发展计划的支持下, 一个产能为3000吨/年的生物 柴油工厂建立起来。 原材料为产于当地丛林中的麻风树或蓖麻, 这两种植物能生 产出非常适宜生物柴油生产的油品, 且可以达到奥地利的生物柴油FAME标准 ON C 1191。 2.5 美国 发展概况 在20世纪70年代前, 美国的矿物油生产可以自给自足。 由于国内生产的降低 和能源需求的增加,矿物油进口上升率不断提高。90年代早期,“清洁空气法 案”降低石化柴油的硫含量以及减少柴油尾气排放物的规定驱使美国对生物柴 油产生了兴趣。 1992年, 种植大豆的农民组成了“国家大豆柴油发展协会”, 该协会由美国大豆协会出资, 国家大豆代扣系统也提供财政支持, 它是美国最初 的领导组织,执行生物柴油方面的研究和市场发展。与此同时,第一批生物柴油 在非专业的工厂(如 Procter&Gamble)中生产并应用于最初的车队测试。 1992 年议会通过了“1992 年能源政策法令(EPAct)”,要求一些车队购买使用 非石化燃料的可替代燃料机车(AFVs),如使用 CNG, LPG, 生物乙醇和生物柴 油等。1994 年 9 月 NSDB 更名为“国家生物柴油协会”(NBB)。在 1996 年美国 仅有 2 家注册的生物柴油供给商;四年之后,大约有 14 家公司从事生物柴油的 研发、 生产及工业发展活动, 可利用的专业生物柴油产能为 20 万吨/年 (即 6000 万加仑)。 2001 年 6 月 20 日国内第一家生物燃料的零售加油站在南加利福尼亚的 Aiken 地 区为消费者提供全部的生物燃料,供其选择,包括:E-85(85%的生物乙醇和 15% 的汽油),B20(20%生物柴油混合 80%矿物柴油)及 B100。2002 年 12 月美国试 验与材料协会(ASTM)颁布了美国市场内针对生物柴油交易的第一个燃料标准, 这标志着生物柴油质量管理的第一个重要里程碑的诞生。4 月份,加利福尼亚成 为美国第一个将限制汽车二氧化碳排放的法案列入其法律框架内的洲。 政策法律 支持性税收政策 根据联邦的标准,在 2004 年之前生物柴油与标准 2 号石化柴油以相同的税率征 税,即 24.4 美分/加仑。后来联邦法律对生物柴油混合物超过 B20 后,每百分比 的税收减少 1 美分的方案悬而未决。 除联邦消费税外, 大多数洲也征收各自的燃 料税。当前,爱达荷州、伊利诺州、爱荷华州、夏威夷、马萨诸塞、蒙他拿洲、 北达科他州(该州建有一家生物柴油工厂)和费城对生物柴油提供激励政策。明

尼苏达州已经书面要求生物柴油的最小份额必须占柴油消费总量的 2%。一些州 (甚至一些地方社区)也对特殊的混合物或特别的集团使用者提供激励措施。 2002 年 4 月 25 日美国参议院通过了 2002 年能源政策法案“Bill S-517”,采 取多种措施来帮助拓展生物柴油的领域发展:国内消费税激励措施、税收信用、 可再生燃料标准、联邦车队使用以及在 EPACT 中除去 50%的生物柴油限制。 其他调整措施 另一项生物柴油的支持措施是美国农业部的商品信用公司 (CCC- Commodity Credit Corporation)计划每年提供至少 750 万美元的补贴来刺激农产品加工业 的发展,如大豆油工业。通过这些补贴,生物柴油当前的销售价格为 1.30 美元 到 1.50 美元/加仑(不含公路税)。CCC 计划提供给生产者大豆购买价值的 40% 用来生产燃料。 原料供给 就全部植物油量来看,大豆油占全部植物油市场的份额超过 75%。植物油和动物 脂产品的总量大约为 353 亿磅(1.589 亿吨)每年,每加仑油大概为 7.6 磅。 植物油产品 大豆 花生 向日葵 棉籽 谷物 其他 全部植物油 动物脂 食用牛油 非食用牛油 猪油和黄油 废弃油 家禽脂肪 全部动物脂 1.625 3.859 1.306 2.633 2.215 11.638 7.31 17.37 5.88 11.85 9.97 52.37 十亿磅 18.340 0.220 1.000 1.010 2.420 0.669 23.659 百万吨 82.53 0.99 4.50 4.55 10.89 3.01 106.47

美国全年的油脂产量 当前,美国 90%的生物柴油生产都使用大豆油,尽管其他油品也用于生物柴油的 生产,如黄油脂、菜籽油、棉籽油、动物脂和回收废弃油脂,大豆油仍然是生产 生物柴油的主要原料。 质量管理 美国试验和材料协会(ASTM)制定并公布了生物柴油燃料的标准 D 6751-02。 经过 ASTM 生物柴油专门工作组 7 年的努力后,2001 年 12 月 ASTM 委员会 D2 通 过了该标准。D6751-02 取代了 1999 年颁布的法案标准 PS 121-99。该新标准包 括纯生物柴油与矿物柴油以超过 20%体积比混合,接受更高的混合标准要依赖于 发动机生产公司的经验。 为了减少尾气排放所造成的公共健康的风险, 生物柴油 市场需要在美国环境保护署注册,以此来调节燃料和燃料添加剂。 生产发展 由于专业(如 Griffin 工业公司)和非专业(如 Procter&Gamble)生物柴油工 厂的区别并不明显,所以很难区分生物柴油生产商和市场运作商。 下表中列出了最主要的生物柴油相关公司: 公司 详细信息 原料:大豆油 NBB 的合作成员 Ag Environmental Products 公司 生物柴油商标名称:申请范围包括船用 生物柴油,添加剂和冬季使用的生物柴 油 生物柴油工业 BIDIESEL INDUSRES NBB 的合作成员,是位于奥地利南威尔 士的第一个大规模生产装置的技术提 供方。 columbusfoods Columbus Foods 公司 NBB 协会成员 原料:回收废弃油脂、黄油及动物脂 NBB 协会成员 产能:60 万加仑(2000 吨/年) 太平洋生物柴油公司 投产:1986 年 10 月 原料:回收废弃油脂

Griffin Industries 公司

最早生产生物柴油的工厂之一 宝洁公司 Stepan Company Corsicana Technologies 美国最大的甲酯生产商,以合同的形式 销售给生物柴油生产商。 NBB 的合作成员 油脂化工工厂,以合同方式为 NBB 成员 提供甲酯。 产能:120 万加仑(4 万吨/年) 投产:2002 年 12 月 NBB 的成员 原料:回收废弃油脂 前身为 NOPEC;NBB 的成员 产能:计划将其产能扩大到 150 万加仑 (5 万吨/年)NBB 的成员 计划投资生物柴油生产装置,产能为 300 万加仑/年(1 万吨) NBB 成员 投产:1982 年 示范工厂

West Central Soy

Ocean Air Environmental 公司

American Biofuels 公司

Southern States Power Company Imperial Western Products Superior Process Technologies

上表中的大多数工厂为专业性工厂,然而,宝洁公司 Columbus Foods 和 Stepan Chemical 是非专业的工厂。 当前专业生产公司的产能估计在 6000-8000 万加仑(20-26.5 万吨)每年。这个 产能在很短的时间内将会提高两倍或三倍。 另外, 一些油脂化工厂将过量的甲酯以合同的形式提供给 NBB 成员。 这些公司有 宝洁公司、Corsicana Chemical 公司和 Soy Solutions 公司。 尽管油脂化工公司的这些过剩的产能没有详细的统计,但生物柴油供应商报告 说,经过与现存的生物柴油市场公司的产品协议,有效产能超过了 66 万吨/年。 至少有 15 个州正计划投资生物柴油工厂。 市场策略 最近几年生物柴油工业的影响主要集中在 4 种市场: 市内运输, 政府及规定用车, 海运和地下矿井, 主要是在这些行业中, 生物柴油的属性可以调节每加仑产品的 附加成本。 生物柴油主要以三种形式应用于三种不同的市场领域: B100 (纯生物柴油) B20 ; (20%生物柴油/80%石化柴油)和 B2(2%生物柴油)。最大的市场是在 EPACT 影 响的车辆,其要求大量的交通工具使用可替代燃料。 2002 年度生物柴油的总销售量估计在 3.3-5 万吨之间(1000-1500 万加仑)。 200 多个车队商业性地使用生物柴油。包括联邦的车队如美国农业部和黄石国际

公园; 各州的车队如密苏苏里运输部; 地方车队如科罗拉多泉的皮特森空军基地; 地区校车如新泽西的 Medford 学校和密歇根的 St. John's 学院;公共设施公司 如 Florida Power & Light 公司以及 Alabama Power 公司。 2003 年 6 月 29 日加利福尼亚的伯克里市将 180 辆城市公用柴油车 (总量的 90%) 切换成生物柴油 B100。 有好多方法可以购买该燃料: 直接通过生物柴油提供商, 通过石油分销商或在公 共加油站购买。 国内有几百个石油分销商运营生物柴油和生物柴油混合物, 在加油站和燃料码头 有超过 35 个生物柴油泵对外销售生物柴油和生物柴油混合物。 总结 新的能源政策法案也接触了其他使用可替代燃料的重要的地区, 如包括绿色校车 试验计划和临时的生物柴油信用扩张。 所有的这些措施将有助于可再生燃料的进 一步成长。 三、澳洲 澳大利亚 发展概况 今天澳大利亚的生物柴油生产仍然在幼稚期,但是液态生物燃料逐渐地获得重 视。这种趋势是由如下两个主要的事实引发的: 石油进口占总使用量的半数以上,也是导致贸易逆差的重要因素 机械运输成为澳大利亚城市空气污染的主要来源, 这样减少道路运输的尾气排 放是联邦、州和地方政府制定的空气质量管理策略的关键因素。 联邦政府颁布了一个对生物柴油和生物乙醇“进入障碍的研究”, 暂定结果预期 会在 2002 年 11 月底得出,其结果的文件期望在 2003 年底公布。 政策法律 支持性税收措施 2003 年 5 月 30 日新的生物柴油税收调整公布,包括: 政府对生物柴油征收国内消费税,无论是纯生物柴油还是混合物,从 2003 年 9 月 18 日开始征税率和柴油相同。 在 2008 年 6 月 30 日前提供给国内生物柴油生产商和进口商 38.143 美分/升的补 贴,超过这段时期后净有效消费税率为零。 从 2008 年 7 月 1 日到 2010 年 7 月 1 日, 通过五部甚至每年一次来调整生物柴油 的净有效消费税率。 制定生物柴油燃料标准, 之后在“能源准予信用计划”中, 将生物柴油列为交通 准予的合格替代燃料。 从 2012 年 7 月 1 日制定一个适用于生物柴油的新的消费税率。 在现存的消费税和补贴分配下, 对国内生产的生物乙醇的有效零消费税一直延续 到 2008 年 6 月 30 日。

其他调整措施 联邦环境部长 David Kemp 和农业部长 Warren Truss 宣布 500 万澳元的财政拨款 用于为期两年的研究, 主题为在运输中增加生物燃料 (主要为生物乙醇和生物柴 油)的市场障碍。 该研究将为 2010 年增加生物燃料的产量 3.5 亿升提供广泛的战略。 该研究将检验指导市场进入困难的选择, 包括国家指导的对运输燃料和自主安排 燃料各自有点的评估。 现存的生物燃料生产商报告指出, 即便国内消费税全免, 对他们进入市场还是有 困难的。 除此之外还有其他的调整争论: 各个州及联邦级别的“贸易措施调整实体”已经 拒绝柴油加油机用于生物柴油。 原料供给 当前的产品原料来源主要是回首的废弃油脂 (也出口到亚洲用于肥皂的生产) 和 动物脂(如牛油)。多种油籽在澳大利亚都有种植,多种油脂如油菜籽、向日葵 和大豆油的混合物将用于生产生物柴油。 质量管理 直到 2003 年早期在澳大利亚没有生物柴油的标准。每一批产批都在一个小型的 生产工厂中进行多次测试,来观测其储存稳定性。 下一步将要制定一个国家生物柴油标准。 接着澳大利亚政府推出了“生物柴油的 国家标准-讨论文件 6”,综合了欧洲 EN 14214 和美国 ASTM 6751-02 的最新信 息和数据资料,让公众进行讨论。 讨论期截止到 2003 年 5 月 23 日星期五,将获得的信息综合并于 2003 年 9 月公 布了澳大利亚生物柴油标准, 与欧洲标准相比, 该标准的一些参数具有很少的改 变。 生产发展 据报道澳大利亚有许多小规模的“家庭式工厂”, 有三个大规模的工厂, 其中两 个是商业性公司。 总产能估计为 4.8 万吨/年。 名称 详细信息 产能:3.5 万

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中国生物柴油市场研究分析报告 - 2017-2023 年版中国生物柴油市场 专题
生物柴油及生产概述_论文.pdf
生物柴油及生产概述 - 对生物柴油的产生背景、概念、成分、生产、以及生物柴油的标准等方面进行了概述,并对生物柴油在我国的应用前景进行了展望。
国外生物柴油产业化发展经验概述_论文.pdf
国外生物柴油产业化发展经验概述 - 本文通过总结国外发达国家可再生能源产业化发展经验,特别是国外生物柴油产业化发展的成功经验,表明生物柴油的发展和应用是国家战略...
中国生物柴油行业调研分析报告目录.doc
中国生物柴油行业调研分析报告目录 - 2017-2023 年中国生物柴油行业深 度调研及投资战略分析报告 中国市场调研在线 中国市场调研在线 2017-2023 年中国生物柴油行业...
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第一代生物柴油工艺概述 - 第一代生物柴油工艺流程简述 原料油→酯化→酯交换→分离→粗酯→蒸馏→精酯→脱色→生物柴油。 在我国目前的国情和当前的油价下,...
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生物柴油工艺流程图 CAD图== - 生物柴油工艺流程图 CAD 图一、概述 1.1 生物柴油概述生物柴油 (Biodiesel) ,又称脂肪酸甲酯 (Fatty Acid Ester) 是以...
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(目录)中国生物柴油行业发展预测及投资咨询报告(目录) - 2017-2022 年中国生物柴油行业发展 预测及投资咨询报告 报告信息 报告类型 报告编号 报告价格 网上阅读 多...
毕业论文-生物柴油.doc
毕业论文-生物柴油 - 本科生毕业设计(论文) 摘 要 本文主要对利用废食用油制备生物柴油的预酯化酯交换工艺进行了研究。 通过预酯化的单因素实验,考察了乙醇用量...
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