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《生命世界》:生物柴油的现状与思考


来源:中国餐厨废弃物网     2010-07-09     

□ 撰文 / 冀星

  在传统能源日益枯竭的今天,可再生能源的研究和发展无疑成为维持人类生存必由之路。来自动植物油脂的生物柴油,就是这样一种可再生能源。现在生物柴油已经在一些发达国家成为了传统柴油的有效补充,通过与传统柴油混合,发挥着节约资源、降低污染物等积极作用。

  1983年,美国科学家将亚麻子油的甲酯用于发动机,并将可以再生的脂肪酸甲酯定义为生物柴油。其后,随着技术的不断发展,生物柴油的概念有所拓宽。生物柴油是动植物油脂通过酯化或者酯交换生成的脂肪酸甲酯或者乙酯,其碳链集中在C14-C18.(石油柴油的碳链集中在C11-C22,石油柴油是烃类,不含氧; 生物柴油是酯类,含氧)。由于不含硫和芳烃,所以混有生物柴油的柴油产品可以大大降低污染物的排放。生物柴油还具有润滑性能好,十六烷值高(国家标准要求常规柴油的十六烷值不低于45,一般在45-50之间,超过52的很少,但是生物柴油的十六烷值高达56-62),所以重车半坡停车后再起步性能很好。当然,生物柴油也有不及石油柴油的地方,例如热值低。生物柴油的热值只有传统柴油的90%,所以单独使用生物柴油的油耗要高于石油柴油,混合使用油耗没有明显变化。另外生物柴油的低温启动性差。但是,生物柴油因其自身的特点,成为了石油柴油的最好的替代品。生物柴油和石油柴油的相互配合使用,是未来柴油应用的方向。

原料篇

  根据凝点和酸值可以把生物柴油的原料——各种动植物油脂分为四大类:低凝点中性油(例如菜子油、豆油、芥末籽油、煎炸废油、泔水油、厨房通风系统的凝析油、从多种野生树木的种子得到的油品等)、高凝点中性油(例如棕榈油、牛羊鱼等动物油);高凝点酸性油(如地沟油、棕榈油下脚料等)、低凝点酸性油(如酸化油脚、腐败的植物油)。比较好用的是低凝点低酸值的原料,即豆油、菜子油等。国外用的多是是菜子油、豆油等酸值低、成分简单,容易转换为生物柴油的原料,

  美国主要以大豆油、芥末籽油、欧盟等主要以菜籽油为原料生产生物柴油。但是种植油菜、大豆需要大量土地,而且因为所生产的生物柴油价格较高,欧美都对生物柴油的生产有政策性的补贴。

  我国地少人多,不可能大面积种植油料作物,而且实行政府财政直接补贴也不太现实,所以不能效仿欧美利用可耕地大量种植油料作物。我国生物柴油原料的特色是一方面利用野生含油树木种子,一方面利用大量的废弃油脂(包括地沟油、泔水油、煎炸废油、烤制食品过程中产生的动物性油脂、动物制品下脚料经处理得到的动物性油脂、厨房凝析油、酸化油脚),为废弃油脂特别是地沟油找到出路,使地沟油重新得到利用。

  在野生树木种子方面,我们国家应该分三个阶段进行。首先我国应该广泛利用野生油料树木种子,充分利用现有的资源;第二阶段,在充分考虑到生物多样性、不破坏自然生态平衡的前提下,适当种植野生油料树木;第三阶段是发展工程藻类和基因改良的油料树种。

不过遗憾的是在管理混乱和非理性发展的情况下,我国的生物柴油产业在第一阶段没有打好基础的情况下,大规模扩大设计产能,一些地区盲目发展种植油料树木,一些地方采用的树种过于单一。专家虽然强调有至少1500多种植物的含油种子适合用来作为生物柴油的原料来源,但是我国不能形成在生物柴油的油料树木方面“南只有麻风树、北只有黄连木”的局面。要考虑生物多样性。大面积种植单一树种增加虫害风险,种子产量未必能够像设想的那么高。

  值得注意的是,现在有些发达国家利用我国的土地资源,在我国利用可耕地种植油料作物,生产生物柴油出口。这不仅占用了我国的水土资源,而且还对我国的生物柴油的发展形成了很大的压力。

  在废弃油脂方面,我们目前最应该解决的问题是废弃油脂的收集、运输等一系列管理程序。由于部门管理混乱,缺乏有效的组织体系,所以“地沟油“、泔水油、牛羊皮油等各种废弃油资源真正得到利用的只是很少一部分。目前北京市一些许多小型的、老的饭店甚至没有隔油池,有些饭店将隔油池垃圾(根据香港、新加坡、美国亚利桑那州、澳大利亚昆士兰州等国家和地区环保署的定义,隔油池垃圾是指家庭、饭店、宾馆、食堂等在洗涤餐具过程中,随水流入下水道并最终进入隔油池的异类特殊垃圾。是以废弃油脂为主,以食物残渣构成的混合物。国内尚没有明确提出隔油池垃圾的定义,这也是造成隔油池垃圾管理水平低下的一个原因)直接被排除厕所,从源头上造成了混乱。北京的隔油池垃圾还多采用人工处理方式,由人力三轮车夜间掏取。在隔油池垃圾处理方面,北京市多采用水煮的方式将隔油池垃圾烧开,将油撇出来,废水废渣直接排放。这种处理技术能耗高,而且严重污染环境。

技术与设备篇

  生物柴油的产业化链条中,包括了很多环节的技术。其中核心的当然是生物柴油的合成技术。目前国际上通用的工业化技术是以酸碱或改性酸碱为催化剂处理低凝点低酸值的原料油来生产生物柴油。超临界与酯酶催化技术作为储备技术,目前多停留在实验室或者中间实验阶段或工业试验阶段。

  我国的生物柴油技术为了适应成分复杂的原料,形成了原料适应性较强的工艺路线。目前,形成了以废弃油脂和野生树木种子为原料,以常规酸碱和改性酸碱,固体分子筛为催化剂的实用工业技术以及脂酶为催化剂和超临界无催化剂的技术储备体系。这种工艺路线由于原料成本低、竞争力强,将引导世界向此领域发展。

  但是在设备方面,发达国家的生物柴油生产设备已经很现代化了,但是我国的生物柴油设备却远远落后于发达国家。现在我国一些民营生物柴油公司上市变为国际化公司后,由于外资介入,加上国外先进的设备制造技术,很容易使得我国的生物柴油合成技术优势流失,为我国的生物柴油发展带来了很大的压力。

  我国在发动机实验上还处于低水平的重复研究。目前我国科研部门在支持生物柴油发动机实验方面存在的主要问题是:由于我国没有统一的生物柴油标准,不同的发动机实验所采用的生物柴油油样不同,凝点、酸值、运动黏性相差很大,所以实验结果不具有可比性。

产业化进程篇

  在国外,生物柴油层掀起了三次热潮。第一次是因为70年代第一轮石油危机,第二轮是由于环保运动的刺激,现在生物柴油正处于第三轮浪潮中,而其刺激因素是越来越高的油价、环保和石油安全的需要。国际上已经把生物柴油放到很重要的战略位置。美国正在酝酿和巴西共建非石油的OPEC组织。其他国家也很积极地发展生物柴油产业,以期与现有的OPEC国家抗衡。

  在几轮热潮的推动下,生物柴油已经在一些欧美国家和日本形成产业。以美国为例,美国1999年还只有3个主要的汽车运输公司使用生物柴油,到2000年就已经超过了40个。生物柴油在美国主要用于有集中加油站的大巴和卡车运输公司,其中美国联邦政府是生物柴油的最大用户。绝大多数运输公司用的是B20号生物柴油(即生物柴油占20%,石油柴油占80%)。布什总统在2007年1月23日的《国情咨文》提出(TWENT IN TEN ),其中就包括发展生物柴油等可再生液体油品。

  德国现有的生物柴油加油站已经达到了900多个,并且规定在主要交通要道只准销售生物柴油。奔驰、宝马、大众和奥迪汽车生产厂家的汽车均允许使用生物柴油而无需对发动机进行改装。为了解决由于疯牛病危机大量屠宰动物而带来的动植物油脂污染问题,德国一家公司成功地用动物脂肪制造出了生物柴油,并实现了工业化生产。同样,为了保证生物柴油质量和产业的健康发展,德国也制订了生物柴油国家标准。

英国的BP公司在澳大利亚昆士兰州的BULWER炼厂利用动物油脂生产生物柴油,计划2008年每年提供2亿升生物柴油。

  日本每年产生废弃用油40万吨,为生产生物柴油提供了丰富的原料。日本动静和长夜(需要核实一下)已经有四家生物柴油公司,以废弃用油(基本为煎炸废油,是中性油)为原料生产生物柴油,而且产品价格低于石油柴油。在新西兰,人们利用肉联厂的副产品油脂来生产生物柴油,其十六烷值高达70.

  我国有丰富的植物油脂和动物油脂资源,如果充分加以利用,生物柴油在我国将有很大的发展空间。但是目前生物柴油在我国还没有形成从原料到生物柴油成品的完整的产业链。我国多数生物柴油工厂采用收购的方式获得废弃油脂,但是没有废弃油脂的处理能力,而且生产技术落后,污染严重、效率低下。2005年我国生物柴油产量达到了约20万吨,但是由于行业垄断以及缺乏生物柴油标准,这些生物柴油还没有出现于任何一家中石油或者中石化的加油站中。其出口主要是地方加油站,以及通过混入生物柴油降低污染物排放以迎合欧Ⅲ和欧Ⅳ标准的炼油厂。目前我国的生物柴油已经形成以民营、外资以及国有大公司共同参与的格局。

  管理篇

  可以说,想建立中国的生物柴油产业,管理必须先行。

 首先,生物柴油产业的发展,必须有生物柴油标准来保驾护航。发达国家都已经相继建立了自己的生物柴油标准。这些标准不仅有生物柴油质量标准,还是一个生物柴油标准体系,包括B100/B5/B20等不同混比产品的标准、氧化安定性的标准、生物柴油抗氧化添加剂的标准、生物柴油原料储存标准,油料作物采集、干燥、储存、榨油标准,隔油池垃圾的收集、运输、处理标准,生物柴油加工设备的设计规范和流程等一系列完备的标准体系。

  由于我国一直没有自己的生物柴油标准,造成民营企业生产的生物柴油就无法进入官方销售渠道。没有标准,生物柴油的质量处于混乱状态。许多人弄不清楚生物柴油的定义,有的甚至把地沟油和甲醇简单勾兑起来,有的把植物油直接混入柴油。结果使得柴油机积炭严重。我国正和、古衫、卓越等几个民营企业发展很好,但是他们生产的生物柴油没有通过官方系统销售到中石油、中石化的销售网络中。缺乏共同承认的产品标准,两大石油公司当然会担心不合格的生物柴油进入市场,影响自己的声誉。

  另外,在种植油料树木的时候,应该充分考虑到树种的选择、种植面积、和生物多样性保持的问题,不要为生物柴油的发展付出生态被破坏的巨大代价。澳大利亚大面积种植桉树(含油量高)引起火灾教训值得我们吸取。

原料始终是制约我国生物柴油发展的瓶颈。我们应该下决心攻克废弃油脂的处理问题,让废弃油脂有效地得到回收和分离,从而得到再次利用。这方面,我们可以学习香港的管理经验。香港环保署对隔油池垃圾产生者、收集者、处理者进行了规范管理,建立了封闭的产生收集运输处理管理体系,保证了隔油池垃圾能够得到规范处理,有效避免了目前大陆存在的收集者给饭店付费收集隔油池垃圾废物、得到的废弃油脂部分混入食用油系统的尴尬局面。环保署具有垃圾排污收费、垃圾收集、运输、处理等管理权以及隔油池垃圾处理的费用补偿等权限。同时他们还有严密的可操作性很强的法规,处罚措施很严格,例如相关饭店将隔油池垃圾倒入大海,将被判处监禁或罚款。同时环保署作为执法主体有非常具体的行政权力。

  我国还需要建立生物石油产业方面的行业准入标准,防止投资过热,使得一个地方有过多生物柴油企业,造成互相抢夺资源,造成整个社会资源的浪费;应该对生物柴油的生产建立有效的监管机制,防止发生生产事故。

  近两年,中石油、中石化、中海油三大石油集团开始介入生物柴油。国家林业局、发改委、环保局可以和三大公司密切合作。建立我国的生物柴油质量标准和生物柴油标准体系、充分利用三大石油集团的力量将我国改善我国生物柴油设备落后的状况、在林业局的管理下合理种植油料树木,保持生物多样性;环保部门切实建立起我国的废弃油脂处理系统,在资金和政策的保证下,建立起我国的生物柴油产业。

作者简介:

  冀星,博士,中国工程院副教授、研究生导师。研究方向为替代性油品。
 

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