中国科学报：解开生物柴油的“引擎”之谜

随着勘探开发技术的发展，石油等化石能源资源的枯竭危机得到了缓解，但环境问题日益突出。因此，寻找不可再生资源的替代品已成为世界各国的迫切选择。

生物柴油作为一种可再生的绿色能源，被认为能够缓解能源危机和温室效应。特别是随着其合成方法和工艺的不断更新，对生物柴油发动机使用性能和排放监测的研究逐渐深入，生物柴油作为理想替代品的作用日益突出。

在中国，近十年来，研究者们对生物柴油的性能和排放进行了大量的研究。这些研究为生物柴油的推广和利用奠定了基础。

原材料短缺

生物柴油诞生于1988年，由德国的尼尔有限公司发明。生物柴油是由油料作物、野生油料植物、工程微藻和其他水生植物油、动物油、废油等原料通过酯交换工艺生产的甲酯或乙酯燃料。

与石化柴油相比，生物柴油具有稍低的热值、稍高的密度和粘度，并具有良好的燃料性能和环保特性。美国能源专家说，生物柴油比盐毒性小，降解速度比糖快。同时，使用生物柴油可以减少对石油的依赖，并确保能源供应。

由于生物柴油的可再生性和环保性，世界上许多国家都在使用生物柴油。例如，2011年欧盟使用的生物柴油比例达到5%，提议到2020年生物燃料应占运输燃料的10%。从2014年11月起，马来西亚将把柴油中生物柴油的混合比例从5%提高到7%。从2014年7月开始，巴西生物柴油在柴油中的强制混合比例从5%提高到6%，并将在2015年进一步提高到7%。

“在大规模推广生物柴油之前，中国还有很长的路要走。”北方技术汽车动力与排放检测国家专业实验室主任葛云山教授坦言，目前面临的主要挑战是原材料短缺。

废油是我国生产生物柴油的主要原料。同济大学汽车学院教授谭培强表示，截至2014年6月底，中国主要生物柴油项目的年产量超过200万吨，但由于原材料短缺，实际年产量较低，不到产能的一半。

“如果原料问题得不到解决，生物柴油的应用研究也会受到影响。”葛云山认为，进入应用阶段后，更多的研究进展是由产业发展带动的。

所有的河流都流入大海。

在全世界范围内，一些拥有开发和研究生物燃料的动力和原材料基础的国家几乎都进一步发展了它们在这一领域的强大研究力量。

“从生产生物柴油的原料，包括如何促进产油生物的快速增长和如何提高产油率，到发动机的使用，包括燃烧特性的变化、排放检测、经济改进等。，欧盟进行了系统的研究。”北方技术电力系统工程研究所的教授张福君说。

在生物柴油的应用研究方面，谭培强表示，国内外研究机构主要关注生物柴油的理化特性，以及不同掺混比的生物柴油发动机的动力性、经济性、排放性能和耐久性，结论非常相似。

主要区别在于:东南亚国家(如印度尼西亚和马来西亚)主要研究棕榈油制成的生物柴油，欧盟国家(如德国)主要研究菜籽油制成的生物柴油，美国主要研究大豆油制成的生物柴油，而中国主要研究废油和麻疯树制成的生物柴油。

国际研究趋势相似。“进一步将柴油中生物柴油的混合比例提高至20%或更高，同时仍能确保发动机的功率、经济性、排放性能和耐用性，这是未来研究的瓶颈。”谭皮强说道。

同时采取两项措施或两件事来达到目的。

葛云山是一名科学研究员，他在中国早期接触过生物柴油。2001年，一家私营公司的老板听说北方技术公司的排放测试和汽车发动机测试条件在全国领先，所以他带了一种用油渣(炼油后产生的残渣)制成的生物柴油来测试。

“那是我第一次听说这种新燃料。它闻起来很好，味道不同于柴油，更像食用油。”葛云山说:“只有核对数据后，我们才能知道当时生物柴油已经在世界上非常流行。我们国家相对落后，生产规模很小。”

基于对新事物的好奇心，葛云山的团队开始研究生物柴油在发动机中的应用。2003年，他们获得了科技部的资助，并对生物柴油的动力、经济和环境保护进行了一系列研究。研究发现，燃烧生物柴油可以减少颗粒物和一氧化碳的排放，但氮氧化物的排放量增加了10% ~ 20%。

2005年以后，生物柴油的性能研究越来越受到我国研究者的重视。

“对使用生物柴油后的发动机的动力性、经济性、排放性能和耐久性进行研究，探索与使用纯石化柴油相比，发动机将存在哪些问题以及如何解决，为生物柴油的推广使用提供实验理论参考。”考虑到这个目标，谭培强的团队从2006年开始从事生物柴油的研究。

他们专注于在不改变现有发动机结构的情况下优化生物柴油混合比。使用废油、棕榈油、麻风树油、棉籽油和花椒籽油等5种生物柴油，以及不同生物柴油掺混比的混合燃料进行了大量的动态、经济和排放性能研究，并进行了400小时的连续发动机可靠性和耐久性试验。

“我们获得的实验数据和研究成果丰富了全球发动机用生物柴油的性能数据库，为生物柴油在我国发动机上的大规模应用提供了重要的参考依据。”谭皮强说道。

接下来，谭培强计划在公交车上逐步展示生物柴油的规模。目前，他们已经在上海的100辆公交车上试用了用废油生产的生物柴油，混合比例不到10%。

我国生产生物柴油的主要原料是废油，其来源比较复杂，需要通过生产工艺和技术措施来保证生物柴油质量的稳定性。因此，张福君认为，随着对发动机排放的要求越来越高，生物柴油的相关研究不仅需要发动机研究者的参与，还需要石油研究的密切合作。

浅谈

生物柴油因其可再生性和环保性，已在世界许多国家得到应用。为了避免燃料与食品之间的竞争，降低生物柴油燃料的生产成本，生物柴油的原料是从食用油(如菜籽油、大豆油等)中开发出来的。)非食用油(如棕榈油、桐油、麻风树油、地沟油等。)，并进一步开发使用非油生物质作为原料。

最新统计显示，2014年全球生物柴油产量创历史新高，总产量超过3000万吨，比2013年增加约200万吨，主要来自欧盟、美国、巴西、阿根廷、印度尼西亚、马来西亚等国家和地区。

生物柴油作为一种替代燃料，高度依赖原材料，更适合传统能源稀缺的地区。因此，拥有强大的生物燃料开发和研究力量和原料基础的国家在这一领域进一步形成了强大的研究力量。

一方面，生物柴油的合成方法和工艺不断更新；另一方面，燃油性能、发动机性能(如怠速性能等。)以及生物柴油和生物柴油混合物(与标准柴油混合)的排放特性，从而提高生物柴油作为替代燃料的适用性，为生物柴油燃料的推广和使用提供实验理论参考。

废油是我国生产生物柴油的主要原料。原料短缺阻碍了生物柴油的大规模推广应用。尽管如此，中国对生物柴油性能和排放的研究与世界同步，在生物柴油生产原料的多样性、发动机材料的相容性、发动机性能研究的系统性和全面性等方面处于相对先进的水平。所得结果对生物柴油在交通领域的实际应用具有重要的参考价值。