一、释义:
生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种,它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯,指由动植物油脂(脂肪酸甘油三酯)与醇(甲醇或乙醇)经酯交换反应得到的脂肪酸单烷基酯,最典型的是脂肪酸甲酯。与传统的石化能源相比,其硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、具有良好的润滑性,可部分添加到石化柴油中。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物,这些混合物主要是一些分子量大的有机物,几乎包括所有种类的含氧有机物,如:醚、醛、酮、酚、有机酸、醇等。复合型生物柴油是以废弃的动植物油、废机油及炼油厂的副产品为原料,再加入催化剂,经专用设备和特殊工艺合成。
二、生物柴油的优缺点:
优点
(1)具有优良的环保特性:生物柴油和石化柴油相比含硫量低,使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大减少。权威数据显示,二氧化硫和硫化物的排放量可降低约30%。生物柴油不含对环境造成污染的芳香族化合物,燃烧尾气对人体的损害低于石化柴油,同时具有良好的生物降解特性。和石化柴油相比,柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为10%,颗粒物为20%,二氧化碳和一氧化碳的排放量仅为10%,排放尾气指标可达到欧洲Ⅱ号和Ⅲ号排放标准。
(2)低温启动性能:和石化柴油相比,生物柴油具有良好的发动机低温启动性能,冷滤点达到-20℃。
(3)生物柴油的润滑性能比柴油好:可以降低发动机供油系统和缸套的摩擦损失,增加发动机的使用寿命,从而间接降低发动机的成本。
(4)具有良好的安全性能:生物柴油的闪点高于化石柴油,它不属于危险燃料,在运输、储存、使用等方面的优点明显。
(5)具有优良的燃烧性能:生物柴油的十六烷值比柴油高,因此燃料在使用时具有更好的燃烧抗暴性能,因此可以采用更高压缩比的发动机以提高其热效率。虽然生物柴油的热值比柴油低,但由于生物柴油中所含的氧元素能促进燃料的燃烧,可以提高发动机的热效率,这对功率的损失会有一定的弥补作用。
(6)具有可再生性:生物柴油是一种可再生能源,其资源不会像石油、煤炭那样会枯竭。
(7)具有经济性:使用生物柴油的系统投资少,原用柴油的引擎、加油设备、储存设备和保养设备无需改动。
(8)可调和性:生物柴油可按一定的比例与化石柴油配合使用,可降低油耗,提高动力,降低尾气污染。
(9)可降解性:生物柴油具有良好的生物降解性,在环境中容易被微生物分解利用。
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,甚至满足随后即将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。
缺点
生物柴油做为石化柴油的替代品,本身没有什么缺点,只是在生产过程中有一些缺点:
一、在国家“不能与粮争地”、“不能与人争粮”、“不能与人争油”、“不能污染环境”的“四不”政策下,提炼生物柴油的原料只能用油料作物或者地沟油,而地沟油的收集是一个难题。据统计,生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。
二、用酯交换方法合成生物柴油有以下缺点:
(1)工艺复杂、醇必须过量,后续工艺必须有相应的醇回收装置,能耗高,设备投入大;
(2)色泽深,由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质;
(3)酯化产物难于回收,回收成本高;生产过程有废碱液排放。
在这个问题上,直接裂解法不存在上述问题,可参考“动植物油料生产生物柴油的催化裂化方法”。
三、生物柴油生产方法及工艺
(1)直接混合法
在生物柴油研究初期,研究人员设想将天然油脂与柴油、溶剂或醇类混合以降低其粘度,提高挥发度。Adans等(1983)将脱胶的大豆油与2号柴油分别以1:1和1:2的比例混合,在直接喷射涡轮发动机上进行600h的试验。当两种油品按1:1混合时,会出现润滑油变浑以及凝胶化现象,而1:2的比例不会出现该现象,可以作为农用机械的替代燃料。Ziejewski等(1983)将葵花籽油与柴油按1:3的体积比混合,测得该混合物在40℃下的粘度为4.88×10-6 m2/s,而ASTM(美国材料试验标准)规定的最高粘度应低于4.0×10-6 m2/s,因此该混合燃料不适合在直喷柴油发动机中长时间使用。而对红花油与柴油的混合物进行的试验则得到了令人满意的结果。但是在长期的使用过程中该混合物仍会导致润滑油变浑。
(2)微乳液法
将动植物油与溶剂混合制成微乳状液也是解决动植物油高粘度的办法之一。微乳液状液是一种透明的、热力学稳定的胶体分散系,是又两种不互溶的液体与离子或非离子的两性分子混合而形成的直径在1~150nm的胶质平衡体系。1982年Georing等用乙醇水溶液与大豆油制成微乳状液,这种微乳状液除了十六烷值较低以外,其它性质均与2号柴油相似。Ziejewski等(1983)以53.3%的冬化葵花籽油、13.3%的甲醇以及33.4%的1-丁醇制成乳状液,在200h的实验室耐久性测试中没有严重的恶化现象,但仍出现了积炭和使润滑油粘度增加等问题。
Neuma等(2001)使用表面活性剂、助表面活性剂、水、炼制柴油和大豆油为原料,开发了可替代柴油的新的微乳状液体系,其中组成为柴油63%、大豆油15.8%、水0.9%、异戊醇6.7%、十二烷基碳酸钠13.48%的微乳状液体系的性质与柴油最为相似。
(3)高温热裂解法
裂解法反应原理:
R1 COO CH2
R2 COO CH + 催化剂 —— CH3(CH2)14CH3 + C3H4O + H2O
R3 COO CH2
最早对植物油进行热裂解的目的是为了合成石油,Schwab等对大豆油热裂解的产物进行了分析,发现烷烃和烯烃的含量很高,占总质量的60%。还发现裂解产物的粘度是普通大豆的1/3,但是该粘度还是远高于普通柴油的粘度值。在十六烷值和热值等方面,大豆油裂解产物和普通柴油相近。
1993年,Pioch等对植物油经催化裂解生产生物柴油进行了研究。将椰油和棕榈油以SiO2/Al2O3为催化剂,在450℃裂解。裂解得到的产物分为气液固三相,其中液相的成分为生物汽油和生物柴油。分析表明,该生物柴油与普通柴油的性质非常相近。
酯化法反应原理:
R1 COO CH2
R2 COO CH + 3MeOH( EtOH)——R1 (R2,R3 ) COOMe[ R1 (R2,R3 ) COOEt ] +2CH2 (OH) CH(OH)
R3 COO CH2
① 碱催化酯交换反应
酸和碱是目前普遍使用的生产生物柴油的催化剂,其生产根据原料的不同包括多种工艺。以精炼油脂为原料的生产工艺是在60~70℃、0.1Mpa下,由碱性催化剂催化的间歇或连续反应,一般采用6:1的醇油比。混合产物经静置分为上下两层,下层为甘油层,上层是甲酯层。将上层的甲酯取出,洗去带出的甘油,再进一步反应得到最终产品。过量的甲醇经冷凝被送入精馏塔中纯化后再循环使用
② 生物酶催化催化酯交换反应
新的研究结果表明,脂肪酶是一种很好的催化醇与脂肪酸甘油酯的酯交换反应的催化剂。酶作为一种生物催化剂,具有高的催化效率和经济性,日益受到关注。目前化学法生产生物柴油使用的催化剂存在难以分离以及所需能量太大等问题,都可以通过使用酶催化剂加以解决。例如,以多孔高岭石作为载体的固定酶催化剂,与其它催化剂相比,不但寿命长,无需经常更换,而且活性高,易于分离,是一种性能上和经济上都具有竞争力的新型催化剂。Ban等(2001)以橄榄油和油酸为原料进行酶催化反应,产物中的甲酯含量达到90%。如何提高酶的活性和防止酶中毒是该方法的关键。
③ 无催化剂条件下生产生物柴油
为了解决酯交换反应中遇到的成本高、反应时间长、反应物与催化剂难于分离等问题,研究人员开发了不使用催化剂的新工艺。研究了在加热条件下大豆油与甲醇的酯交换反应,进行了动力学研究,得到了无催化剂条件下反应的特点。醇油比21:1,在235℃下反应10h,甲酯含量超过了质量分数85%;醇油比27:1,220℃下反应8h甲酯含量质量分数达到67%。同时发现甘油二酸酯和甘油三酸酯的转化率明显高于甘油一酸酯,即在无催化剂条件下三步反应中前两步反应进行的快,而最后一步反应则进行得很慢。Saka和Kusdiana(2001)提出了生产生物柴油的临界法。反应在一预加热的间歇反应器中进行,反应温度350~400℃、压力45~65Mpa,菜籽油与甲醇的原料比为1:42。研究发现,经过超临界处理的甲醇能够在无催化剂存在的条件下与菜籽油发生酯交换反应,其产率高于普通的催化过程,且反应温度较低,同时还避免了使用催化剂所必需的分离纯化过程,使酯交换过程更加简单、安全和高效。
不同生产工艺生产生物柴油的优缺点对比表
生产方法 | 原料 | 优缺点 | |
直接混合法 | 植物油 | 可再生,热值高,但粘度高易变质,燃烧不充分 | |
微乳化法 | 动植物油 | 有助于充分燃烧,可和其它方法结合使用 | |
高温裂解法 | 植物油 | 高温下进行,需要常规的化学催化剂,反应物难以控制,设备昂贵 | |
酯交换反应法 | 碱催化法 | 动植物油及食品工业废油 | 其优点是反应时间短,成本较低。缺点:使用大量甲醇;反应物中混有游离脂肪酸与水,对酯交换反应有妨害作用;残留碱时柴油中有皂生成,容易堵塞管道,改酯交换反应生成物必须水洗,洗涤过程产生含碱催化剂、甘油、甲醇的废液必须处理 |
酸催化法 | 动植物油及食品工业废油 | 油脂中游离脂肪酸和水的含量高时催化效果比碱好 | |
酶催化法 | 动植物油及食品工业废油 | 游离脂肪酸和水的含量对反应无影响,相对清洁;缺点:如不使用有机溶剂就达不到高酯交换率;反应系统中如甲醇达到一定量,脂酶就会失活;酶价格偏高,反应时间较长 |
“工程微藻”法
“工程微藻”生产柴油,为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”,即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上,户外生产也可增加到40%以上,而一般自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达,在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前,正在研究选择合适的分子载体,使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达,还进一步将修饰的ACC基因引入微藻中以获得更高效表达。利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意义和生态意义,其优越性在于:微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源;比陆生植物单产油脂高出几十倍;生产的生物柴油不含硫,燃烧时不排放有毒害气体,排入环境中也可被微生物降解,不污染环境,发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。
四、生物柴油对普通柴油的比较
能量:普通柴油的热值为35.5MJ/L,十六烷值为50(标准);生物柴油热值为32.4~36.7MJ/L,十六烷值为52~70。虽然生物柴油热值稍低,但其十六烷值高,而且生物柴油成分中含氧,与普通柴油混合时燃烧更为完全,热效率更高,所以,混合使用可获得良好的动力性,能达到利用柴油的最大功率,并有良好的超负荷特性。
环境污染 :与普通柴油相比,采用生物柴油的汽车尾气中有毒有机物排放量仅为10%,颗粒物仅为20%,一氧化碳排放量(有催化剂时)可减少95%,无二氧化硫和铅等有毒物质的排放。
性质 :生物柴油的性质与普通柴油十分接近。如运动粘度普通柴油为3~8,生物柴油为5~10,单独使用或与柴油按任何比例掺混使用,对发动机和油路均无需作任何改动,除单独使用感觉动力稍小外,低于50%掺混使用与普通柴油无任何区别
机械损伤:对发动机、油路无腐蚀、喷咀无结焦、燃烧室无积炭。具有良好的润滑性能,使喷油泵、发动机缸体和连杆磨损率降低。
安全性:生物柴油由于闪点高,不属于危险品,储存、运输、使用较为安全。
五、国外生物柴油发展概况
随着世界能源短缺和价格的不断上涨,以及各国环保法规的日益完善,原料易得、价格低廉、优质清洁的生物燃料脱颖而出,开发热潮不断升温,技术进展屡屡获突破。柴油作为一种重要的石油炼制产品,在各国燃料结构中的份额逐年提高。随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快,未来柴油的需求量会愈来愈大,而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高,大大促进了世界各国加快柴油替代燃料的开发步伐,尤其是进入了20世纪90年代,生物柴油以其优越的环保性能受到了各国的重视。2006年全球生物柴油总产量达到500万吨,预计2010年可达3000万吨以上。
(1)欧洲
生物柴油应用最多的是欧洲,生产原料主要是菜籽油。欧洲议会免除生物柴油90%的税收,欧洲国家对替代燃料的立法支持,差别税收以及油菜自生产的补贴,共同促进了生物柴油产业的快速发展。欧洲的生物柴油份额已占成品油市场的5%以上。据欧盟植物油工业联盟(Fedio1)称,2006年中期,欧盟生物柴油产量已超过400万吨。
(2)美国
美国是最早研究生物柴油的国家,商业应用始于20世纪年代90年初,联邦政府、国会以及有关州政府通过政令和法案支持生物柴油的生产和消费,并采取补贴等措施。使生物柴油产业迅速发展起来。
目前。美国已经有多家生物柴油生产厂和供应商,生产原料主要以大豆油为主。年生产生物柴油30万吨以上,且税率为零。在生产大豆生物柴油的同时,美国也积极探索其它途径生产生物柴油。美国可再生资源国家实验室通过现代生物技术制成“工程微藻”。实验室条件下可以使其脂质含量达到40%~60%。预计每英亩“工程微藻”可年产6400升~16000升生物柴油。为生物柴油的生产开辟了一条新途径。
2002年美国材料试验学会(ASTM)通过了生物柴油标准,同时制定了更加严格的石油柴油标准,将于2006年开始执行,以促进生物柴油的生产能力持续增长。美国的生物柴油的发展迅速,并计划于2012年使美国的生物柴油消费量增加到4.62亿升。
(3)加拿大
在加拿大,添加了生物柴油的柴油称作绿色柴油。尾气和发动机测试表明。绿色柴油的性能和添加商用硝酸盐的传统柴油一样。目前,在加拿大生物柴油和绿色柴油还没有付诸商业应用,但关于绿色柴油的车辆测试正在进行中。
(4)日本和巴西
日本1995年开始研究生物柴油,由于植物油资源贫乏,日本主要以煎炸油为原料,1999年建成了259升/天的工业化实验装置,目前日本生物柴油年生产能力达40万吨。巴西以蓖麻油为主要原料生产生物柴油,正在推广实验中,2004年生物柴油产量达4吨,预计到2007年将增加到2.5万吨。
(5)其他国家
韩国目前有年生产能力20万吨的生物柴油生产厂;泰国发展生物柴油计划已于2001年7月发布。并实施税收减免政策。第一套生物柴油生产装置已经投入使用;冈比亚已在2003年上半年投产建设第一套以花生油为原料生产生物柴油装置。并获得政府支持;保加利亚、加拿大、澳大利亚等国近年来也开始推广使用生物柴油。
国家 | 生物柴油比例 | 原料 | 现状 |
美国 | B10~B20 | 大豆 | 推广使用中 |
德国 | B5~B20 | 油菜籽、豆油、动物脂肪 | 广泛使用中 |
法国 | B5~B30 | 各种植物油 | 研究推广中 |
意大利 | B20~B100 | 各种植物油 | 广泛使用中 |
奥地利 | B100 | 油菜籽、废油脂 | 广泛使用中 |
保加利亚 | B100 | 向日葵、大豆 | 推广使用中 |
巴西 | 蓖麻油 | 行车试验中 | |
澳大利亚 | B100 | 动物脂肪 | 研究推广中 |
瑞典 | B2~B100 | 各种植物油 | 广泛使用中 |
比例时 | B5~B20 | 各种植物油 | 广泛使用中 |
阿根廷 | B20 | 大豆 | 推广使用中 |
加拿大 | B2~B100 | 桐油、动物脂肪 | 推广使用中 |
韩国 | B5~B20 | 地沟油、回收食用油和豆油 | 推广使用中 |
马来西亚 | 棕榈油 | 研究推广中 |
2011年世界生物柴油总产量约2050万吨,其中欧盟占51%,南美地区(巴西为主)占24%,亚洲13%,中北美为11%,其他地区1%。
六、中国生物柴油的发展概况
中国政府为解决能源节约、替代和绿色环保问题制定了一些政策和措施,早有一些学者和专家己致力于生物柴油的研究、倡导工作。中国生物柴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,这无疑将有助于中国生物柴油的进一步研究与开发。可以预计,在2-3年内,中国在该领域的研究将会有突破性进展并达到实用水平。
著名学者闵恩泽院士在《绿色化学与化工》一书中首先明确提出发展清洁燃料生物柴油的课题:原机械工业部和原中国石化总公司在上世纪80年代就拨出专款立项,由上海内燃机研究所和贵外I山地农机所承担课题,联合研究长达10 年之久,并邀请中国石化科学院的专家詹永厚做了大量基础试验探索;中国农业工程研究设计院的施德路先生也曾于1985 年进行了生物柴油的试验工作;辽宁省能源研究所承担的中国——欧共体合作研究项目也涉及到生物柴油;中国科技大学、河南科学陆军化学所等单位也都对生物柴油作了不同程度的研究。
系统研究始于中国科学院的“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及栽培技术研究,建立了30公顷的小桐子栽培示范片。自20世纪90年代初开始,长沙市新技术研究所与湖南省林业科学院对能源植物和生物柴油进行了长达10年的合作研究,“八五”期间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”。
随着中国能源危机警钟的敲响,以能源集约化利用为前提,充分开发利用生物能、太阳能等清洁能源,越来越成为一种共识。据专家预测:新能源与可再生能源将成为全世界和企业发展的新领域。
中国作为一个发展中的国家,面临着经济增长和环境增长保护的双重任务,为了保护环境并实现经济的持续增长,改变能源发展和消费方式,开发利用可再生能源是必要的选择,因此,可再生能源具有广阔的潜力和发展前景。
生物能源是我国第三大能源,仅次于煤和石油,在全部能源消耗中约占15%,是唯一可运输和储存的可再生能源,既可作为燃料用于发电,又能转化为“柴油”等。生物能源转化为生物柴油,其主要原料来自植物油脂、动物油脂、植物油精练后的下脚料:酸化油、消水油(地沟油)及各种油炸食品后的废弃动植物油脂。
柴油是国家战略物质,广泛用于工程机械、锅炉、工业窑炉、船舶、军舰、农用机械、交通、动力等设备的柴油机燃料。目前国内对柴油的年需求量超过1亿吨,为此,国家每年要花大量的资金进口柴油和原油以满足日益增长的需求。生物柴油是可再生能源,具有开发利用的广阔前景,具有开发的战略性意义。
七、生物柴油的市场分析
1.生物柴油成本分析
目前,原料价格和供应是制约国内生物柴油发展的关键。生物柴油价格应该采用两种方法计算,一种是净生产端价格,一种是考虑到消费端以及环境因素的综合价格。
以净生产端价格计算,欧美等国得到的生物柴油价格是石油柴油的数倍,没有竞争力。以南联盟为例,1吨油菜籽可制取约360千克生物柴油,同时可副产16千克甘油。生物柴油根据等级和纯度的不同,价格在250~750美元/吨,均价为500美元/吨。这种价格与石油柴油相比没有竞争力。但是,纯度为99.7%的甘油价格为2000美元/吨。南联盟每公顷油菜田大概可以生产3吨油菜籽,每公顷地的生产总值为336美元,尚具有一定的经济竞争力。而中国海南正和生物能源公司以食用油厂的食用油废渣为原料,每1.2吨食用油废渣生产1吨生物柴油,同时获得50~80千克甘油,所得生物柴油的售价为2300~2500元/吨。每生产1吨生物柴油获利为300~500元,具有一定的市场竞争力。考虑到环境因素以及设施投资计算的生物柴油综合价格,其具有很强的竞争力。由于生物柴油的优良环保特性, 目前在欧洲生产生物柴油可享受政府税收政策优惠,其零售价低于普通柴油。如德国对生物柴油实行免税政策,生物柴油在加油站的零售价格约1.45马克/升,而柴油为1.60马克/升,生物柴油竞争力大于普通柴油。
满足生物柴油行业的原材料需求对于全球来说将是一个巨大的挑战。其中大豆用量将受到豆粕供应过剩的制约。大豆属于含油低的粕籽,因此压榨量增长后会导致豆粕供应过剩,而豆粕不易储存。所以相比之下,其他油籽,如含油量高的油菜籽在满足生物柴油行业需求上的潜力更大。目前世界上制生物柴油的原料主要是菜籽油,所占比例84%左右,其次是葵花籽油,其他原料比例很小。在中国,生物柴油原料以废弃油脂为主,大规模的植物油原料应用还有待进一步发展。
因受原料供应限制,短期内中国应利用现有的各种废油脂和含油脚料制造生物柴油,如餐饮业废油,皮革、橡胶产业等工业废油、油脚料等。此种原料路线发展空间不大。据统计,2005年中国食用油总供给量2095.9万吨,其中国产食用油供给量为1014万吨,仅占总供给量48.4%。按照废食用油量占食用油量的20%计算,所产生的废油为400万吨。榨油过程产生的油渣以食用油量15%计算,则油渣量为150万吨,从中可提取10%左右的废油,即15万吨。中国皮革产业每年处理的皮革以牛皮计为,生产过程中产生的废油合4万~6万吨。如果以小规模生产方式利用这些废油生产生物柴油,将其中的50%转化为生物柴油,理论上其产量可达到200万吨。
从目前情况来看,原料供应和价格成了最棘手的问题。首先原料价格猛涨,以从快餐店回收的棕榈油为例。已从2006年3月份的2800元/吨上涨到3500元/吨,接近进口价格,而10号生物柴油价格每吨5000元左右,利润很有限,相比于5700元的标准石化柴油价格,生物柴油的成本也在失去优势。再有就是原料来源,已投产的生物柴油项目已经明显感到了原料的压力。目前国内仅有的几个项目都是以废弃油脂做原料,很大比例来自废泔水,数量非常有限。福建龙岩卓越新能源发展有限公司是国内较大规模正式投产的生物柴油生产基地,以地沟油为原料,2万吨的年产量,其原料需要全国调配。
一般来说,植物油的价格占生物柴油成本的70%~80%,植物油性质和组成决定着加工流程与产品方案。从长远来看,中国生产生物柴油原料应采用植物油,并在降低其成本上下功夫。首先,所选用的含油植物尽可能不要同食用油的来源冲突;其次它的生产量要大,生产周期要短。中国工程院院士、中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院的闵恩泽研究员建议从以下几个途径解决原料供应问题,以降低生物柴油成本:以菜籽油为原料建设5万~20万吨/年的生物柴油炼油厂据统计,中国冬季有闲田约1.35亿亩,具有生产300万吨菜籽油的能力,这些闲田可以利用起来种植油菜。采用菜籽油生产柴油的不足是其价格高,约5000元/吨。
以棉籽油为原料建设5万~l0万吨/年的生物柴油炼油厂。中国是世界上最大的棉花及棉籽生产大国。2004年,棉籽产量800万吨,推算应产棉籽油180万吨,而消费量只有88万吨。由于棉籽油品质不如大豆油和菜籽油,作为食用油消费的比例不断下降。因此。将棉籽油作为生物柴油生产原料是合适的。目前,棉籽油的价格,毛油约在4000元/吨左右,比菜籽油便宜。如用现代化大规模生产模式对棉籽进行加工,可以使棉籽油的价格低于3600元/吨。
开发适应木本植物油料特点、小于l万吨/年的工厂。以木本植物油为原料开发生物炼油化工厂具有中国特色和优势。中国有丰富的木本油料植物资源,包括麻疯树、绿玉树、黄连木、光皮树、油桐、乌桕等,它们具有野生性。耐寒、耐贫瘠。中国现有含油量15%以上的野生油料植物约1000种。含油量20%以上的约300种。以黄连木为例,中国目前需要造林的面积达0.6亿公顷,如果其中有5%种植黄连木,每公顷种植3330棵,以每棵树产籽20千克,产油率按照20%~30%计算,如其中有50%用来制取生物柴油,则4年后,以这些树木所产油料,可生产生物柴油2000万吨。因此,应在政府的支持和引导下,扩大野生木本油料植物的种植和生产,在10年后才有望较大量提供生物柴油原料,必须长期坚持,才有收获之路。
不同原料生产生物柴油成本见表:
不同原料生产生物柴油成本比较(单位:元)
原料 | 原料价格 | 完全成本 | 柴油价格 | 盈利空间 | 备注 |
棉籽油 | 4800 | 5100 | 4450 | -650 | 除动物油和地沟油有盈利外,其他原料生产生物柴油略有亏损,如有政府补贴,可保本微利。 |
菜籽油 | 5100 | 5200 | 4450 | -750 | |
动物油 | 2791 | 3798 | 4450 | 652 | |
地沟油 | 2200 | 3650 | 4450 | 800 | |
棕榈油 | 3175 | 4650 | 4450 | -200 | |
下脚料 | 600-800 | 4750 | 4450 | -300 |
2.生物柴油的竞争力分析
生物柴油是一种优质清洁柴油,可从各种生物质提炼,因此可以说是取之不尽,用之不竭的能源,在资源日益枯竭的今天,有望取代石油成为替代燃料。
相比于汽油动力车,柴油车的经济性不容置疑,比同档次的混合动力车便宜不少,比同档次的汽油车省油不少,排放时温室效应也低了不少。在欧洲,柴油车以其高效节能而大行其道,在许多国家甚至占了“半壁江山”。
1998年6月4日,为了改善汽车的运行性能和降低汽车尾气中害物质的排放量,美国、欧洲和日本汽车工业协会提出了汽车燃料质量国际统一标准即"世界燃油规范"Ⅲ类标准。柴油"世界燃油规范"Ⅱ类、Ⅲ类标准。Ⅱ类标准在目前基础上,提出了芳烃含量的限制,对硫含量、十六烷值等提出了更高的标准,Ⅲ类标准则在各项指标上比Ⅱ类标准都有更严格的规定。