隨著勘探開發(fā)技術(shù)的日益進步，石油等化石能源的耗竭危機被不斷延后，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，生物柴油被認為既可以緩解能源危機，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)動機的使用性能與排放物監(jiān)測領(lǐng)域的研究逐步走向深入，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行了大量研究，這些研究為生物柴油的推廣使用打下了基礎(chǔ)。
原料短缺
生物柴油誕生于1988年，由德國聶爾公司發(fā)明。生物柴油是以油料作物、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，保障能源供應(yīng)。
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。比如，歐盟生物柴油應(yīng)用的比例在已經(jīng)達到5%，并提出到2020年生物燃料要占交通燃料的10%;馬來西亞從11月起，將生物柴油在柴油中的摻混比例從5%提高到7%;7月開始，巴西生物柴油在柴油中的強制摻混比例已從5%提高到6%，還會進一步提高到7%。
“我國生物柴油距離大規(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)是原料來源不足。
我國生物柴油的生產(chǎn)原料主要是廢棄油脂。同濟大學(xué)汽車學(xué)院教授譚丕強介紹，截至6月底，中國主要生物柴油項目的產(chǎn)能超過200萬噸/年，但由于生產(chǎn)原料的不足，實際每年產(chǎn)量較低，不及產(chǎn)能的一半。
“如果原料問題不解決，對生物柴油的應(yīng)用研究也會受影響。”葛蘊珊認為，步入應(yīng)用階段后更多的是靠產(chǎn)業(yè)發(fā)展驅(qū)動研究進步。
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基礎(chǔ)的國家，幾乎都進一步形成了該領(lǐng)域強大的研究實力。
“從生物柴油的生產(chǎn)原料，包括怎么促進產(chǎn)油生物快速生長、如何提高產(chǎn)油率，到發(fā)動機使用，包括燃燒特性變化、排放物檢測、經(jīng)濟性改善等，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，譚丕強表示，國內(nèi)外研究機構(gòu)均主要針對生物柴油的理化特性、發(fā)動機燃用不同摻混比例生物柴油的動力性、經(jīng)濟性、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)別則在于：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。“進一步提高生物柴油在柴油中的摻混比例至20%甚至更高，且仍要保證發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、排放性能、耐久性能，是未來研究的一個瓶頸。”譚丕強說。
雙管齊下
葛蘊珊是我國較早接觸生物柴油的科研人員。2001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。
“當(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)模的生產(chǎn)。”
基于對新鮮事物的好奇，葛蘊珊團隊開始著手生物柴油在發(fā)動機上的應(yīng)用研究。2003年他們獲得科技部項目資助，對生物柴油的動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性等進行了一系列研究。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%。
2005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)動機使用生物柴油后的動力性、經(jīng)濟性、排放性能、耐久性能等研究，探索與使用純石化柴油相比，發(fā)動機會有哪些問題，應(yīng)如何解決，為生物柴油的推廣使用提供實驗理論參考。”秉持這個目標，譚丕強團隊自2006年開始從事生物柴油的相關(guān)研究。
他們重點探索了在不改變現(xiàn)有發(fā)動機結(jié)構(gòu)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油摻混比的調(diào)和燃料，進行了大量的動力性、經(jīng)濟性、排放性能研究，并進行了長達400小時連續(xù)的發(fā)動機可靠性和耐久性試驗。
“我們得到的試驗數(shù)據(jù)和研究成果，豐富了全球范圍內(nèi)發(fā)動機使用生物柴油的性能數(shù)據(jù)庫，為我國的發(fā)動機規(guī)�；瘧�(yīng)用生物柴油提供了重要參考依據(jù)。”譚丕強說。
下一步，譚丕強計劃逐步在公交車上進行生物柴油的規(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生產(chǎn)的生物柴油，摻混比例在10%以內(nèi)。
我國生物柴油的主要生產(chǎn)原料為廢棄油脂，其來源較為復(fù)雜，需要通過生產(chǎn)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，張付軍認為，隨著發(fā)動機排放要求越來越高，生物柴油的相關(guān)研究不僅需要發(fā)動機的研究人員參與，還需要油品研究的緊密配合。
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。為了避免燃料與食物之間的競爭，降低生物柴油燃料生產(chǎn)成本，生物柴油的原料從食用油脂(如菜籽油、豆油等)發(fā)展到非食用油脂(如棕櫚油、桐子油、麻瘋樹油、地溝油等)，并進一步發(fā)展到使用非油脂類生物質(zhì)作為原料。
最新統(tǒng)計顯示，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)研究生物燃料的強大動力和原料基礎(chǔ)的國家，進一步形成了該領(lǐng)域的強大研究實力。
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(與標準柴油混合)的燃料性能、發(fā)動機使用性能(如怠速性能等)和排放特性，從而提高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。
我國生物柴油的生產(chǎn)原料來源主要是廢棄油脂。原料來源不足，阻礙了生物柴油的大規(guī)模推廣應(yīng)用。盡管如此，我國對生物柴油的性能與排放研究與世界同步，在生物柴油生產(chǎn)原料來源的多樣性研究、發(fā)動機材料兼容性研究、發(fā)動機性能研究的系統(tǒng)性與全面性等方面，均處于較為領(lǐng)先的水平，所得成果對于生物柴油在交通領(lǐng)域的實際應(yīng)用，具有較為重要的參考價值。
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