中國科學(xué)報：解開生物柴油的“引擎”之謎

1、.中國科學(xué)報：解開生物柴油的“引擎之謎隨著勘探開發(fā)技術(shù)的日益進(jìn)步，石油等化石能源的耗竭危機(jī)被不斷延后，但來自環(huán)境方面的詰問卻在不斷加劇。由此，尋找不可再生資源的替代品，成為世界各國的迫切選擇。作為一種可再生的綠色能源，生物柴油被認(rèn)為既可以緩解能源危機(jī)，又可以減緩溫室效應(yīng)，特別是隨著其合成方法和工藝不斷更新，生物柴油發(fā)動機(jī)的使用性能與排放物監(jiān)測領(lǐng)域的研究逐步走向深化，生物柴油作為一種理想替代品的作用日顯突出。在中國，十幾年來科研人員對生物柴油的性能與排放進(jìn)展了大量研究，這些研究為生物柴油的推廣使用打下了根底。原料短缺生物柴油誕生于1988年，由德國聶爾公司創(chuàng)造。生物柴油是以油料作物、野生油料植物

2、和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、廢棄油脂等為原料油通過酯交換工藝制成的甲酯或乙酯燃料。與石化柴油相比，生物柴油熱值略低、密度和粘度略高，具有良好的燃料性能、環(huán)保特性。美國能源專家如此評價：生物柴油的毒性比食鹽還小，降解速度比糖類還快;同時，使用生物柴油可以減少對石油的依賴，保障能源供給。因為生物柴油的可再生性和環(huán)保性，已經(jīng)在全世界很多國家得到使用。比方，歐盟生物柴油應(yīng)用的比例在2019年已經(jīng)到達(dá)5%，并提出到2020年生物燃料要占交通燃料的10%;馬來西亞從2019年11月起，將生物柴油在柴油中的摻混比例從5%進(jìn)步到7%;2019年7月開場，巴西生物柴油在柴油中的強(qiáng)迫摻混比例已從5%進(jìn)步

3、到6%，2019年還會進(jìn)一步進(jìn)步到7%?！拔覈锊裼烷g隔 大規(guī)模推廣仍有很長的路要走。北理工汽車動力性及排放測試國家專業(yè)實驗室主任葛蘊珊教授坦言，而目前的主要挑戰(zhàn)是原料來源缺乏。我國生物柴油的消費原料主要是廢棄油脂。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院教授譚丕強(qiáng)介紹，截至2019年6月底，中國主要生物柴油工程的產(chǎn)能超過200萬噸/年，但由于消費原料的缺乏，實際每年產(chǎn)量較低，不及產(chǎn)能的一半?！凹偃缭蠁栴}不解決，對生物柴油的應(yīng)用研究也會受影響。葛蘊珊認(rèn)為，步入應(yīng)用階段后更多的是靠產(chǎn)業(yè)開展驅(qū)動研究進(jìn)步。殊途同歸縱觀全球，一些具有開發(fā)研究生物燃料動力和原料根底的國家，幾乎都進(jìn)一步形成了該領(lǐng)域強(qiáng)大的研究實力?！皬纳锊?/p>

4、油的消費原料，包括怎么促進(jìn)產(chǎn)油生物快速生長、如何進(jìn)步產(chǎn)油率，到發(fā)動機(jī)使用，包括燃燒特性變化、排放物檢測、經(jīng)濟(jì)性改善等，歐盟都開展了比較系統(tǒng)的研究。北理工動力系統(tǒng)工程研究所教授張付軍介紹說。在生物柴油的應(yīng)用研究方面，譚丕強(qiáng)表示，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)均主要針對生物柴油的理化特性、發(fā)動機(jī)燃用不同摻混比例生物柴油的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能、耐久性能等，所得的結(jié)論也頗為類似。主要的區(qū)別那么在于：東南亞國家如印尼、馬來西亞主要研究棕櫚油制生物柴油，歐盟國家如德國主要研究菜籽油制生物柴油，美國主要研究大豆油制生物柴油，而我國重點研究廢棄油脂制生物柴油、麻瘋樹制生物柴油。國際上的研究趨勢也類似?！斑M(jìn)一步進(jìn)步生物柴油

5、在柴油中的摻混比例至20%甚至更高，且仍要保證發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能、耐久性能，是將來研究的一個瓶頸。譚丕強(qiáng)說。雙管齊下葛蘊珊是我國較早接觸生物柴油的科研人員。2019年，有個民營公司老板聽說北理工排放檢測和整車發(fā)動機(jī)試驗的條件在國內(nèi)屬于領(lǐng)先，就拿來一種用油腳油脂精煉后產(chǎn)生的殘渣做的生物柴油請他們做檢測?！爱?dāng)時還是頭一次聽說這種新燃料，聞起來挺香，味道跟柴油不一樣，更像食用油的味道。葛蘊珊說，“查資料后才知道，生物柴油當(dāng)時在國際上已經(jīng)很熱門了，我們國家相對滯后，僅有小規(guī)模的消費。基于對新穎事物的好奇，葛蘊珊團(tuán)隊開場著手生物柴油在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用研究。2019年他們獲得科技部工程資助，對

6、生物柴油的動力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等進(jìn)展了一系列研究。研究發(fā)現(xiàn)，燃用生物柴油可以降低顆粒物和一氧化碳的排放，但氮氧化物的排放量反而增加了10%20%。2019年之后，我國科研人員對生物柴油在使用性能方面的研究有了更多的關(guān)注。“開展發(fā)動機(jī)使用生物柴油后的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能、耐久性能等研究，探究與使用純石化柴油相比，發(fā)動時機(jī)有哪些問題，應(yīng)如何解決，為生物柴油的推廣使用提供實驗理論參考。秉持這個目的，譚丕強(qiáng)團(tuán)隊自2019年開場從事生物柴油的相關(guān)研究。他們重點探究了在不改變現(xiàn)有發(fā)動機(jī)構(gòu)造前提下，生物柴油的摻混比例優(yōu)選問題。使用廢棄油脂、棕櫚油、麻瘋樹油、棉籽油、花椒籽油等五種生物柴油以及不同生物柴

7、油摻混比的調(diào)和燃料，進(jìn)展了大量的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能研究，并進(jìn)展了長達(dá)400小時連續(xù)的發(fā)動機(jī)可靠性和耐久性試驗?！拔覀兊玫降脑囼灁?shù)據(jù)和研究成果，豐富了全球范圍內(nèi)發(fā)動機(jī)使用生物柴油的性能數(shù)據(jù)庫，為我國的發(fā)動機(jī)規(guī)?；瘧?yīng)用生物柴油提供了重要參考根據(jù)。譚丕強(qiáng)說。下一步，譚丕強(qiáng)方案逐步在公交車上進(jìn)展生物柴油的規(guī)模示范應(yīng)用。目前他們已經(jīng)在上海市100輛公交車上試用由廢棄油脂消費的生物柴油，摻混比例在10%以內(nèi)。我國生物柴油的主要消費原料為廢棄油脂，其來源較為復(fù)雜，需要通過消費工藝和技術(shù)措施來保證生物柴油質(zhì)量的穩(wěn)定性。因此，張付軍認(rèn)為，隨著發(fā)動機(jī)排放要求越來越高，生物柴油的相關(guān)研究不僅需要發(fā)動機(jī)的研究人

8、員參與，還需要油品研究的嚴(yán)密配合。微議因其可再生性和環(huán)保性，生物柴油已經(jīng)在全世界很多國家得到使用。為了防止燃料與食物之間的競爭，降低生物柴油燃料消費本錢，生物柴油的原料從食用油脂如菜籽油、豆油等開展到非食用油脂如棕櫚油、桐子油、麻瘋樹油、地溝油等，并進(jìn)一步開展到使用非油脂類生物質(zhì)作為原料。最新統(tǒng)計顯示，2019年全球生物柴油產(chǎn)量創(chuàng)下歷史新高，其總產(chǎn)量超過3000萬噸，比2019年增加約200萬噸，主要來自歐盟、美國、巴西、阿根廷、印尼、馬來西亞等國家和地區(qū)。生物柴油作為一種可替代燃料，其對原料的依賴程度較高，同時較適用于傳統(tǒng)能源較匱乏地區(qū)，所以那些具有開發(fā)研究生物燃料的強(qiáng)大動力和原料根底的國家，進(jìn)一步形成了該領(lǐng)域的強(qiáng)大研究實力。一方面，不斷更新生物柴油的合成方法和工藝;另一方面，研究生物柴油及生物柴油混合物與標(biāo)準(zhǔn)柴油混合的燃料性能、發(fā)動機(jī)使用性能如怠速性能等和排放特性，從而進(jìn)步生物柴油作為可替代燃料的適用性，為生物柴油燃料的推廣使用提供實驗理論參考。我國生物柴油的消費原料來源主要是廢棄油脂。原料來源缺乏，阻礙了生物柴