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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(dòng)機(jī)的使用性能與排放物監(jiān)測(cè)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(duì)生物柴油的性能與排放進(jìn)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(dòng)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(píng)價(jià)：生物柴油的毒性比食鹽還小，降解速度比糖類還快;同時(shí)，使用生物柴油可以減少對(duì)石油的依賴，保障能源供應(yīng)。

因?yàn)樯�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(dá)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(qiáng)制摻混比例已從5%提高到6%，還會(huì)進(jìn)一步提高到7%。

“我國生物柴油距離大規(guī)模推廣仍有很長(zhǎng)的路要走。”北理工汽車動(dòng)力性及排放測(cè)試國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室主任葛蘊(yùn)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(jì)大學(xué)汽車學(xué)院教授譚丕強(qiáng)介紹，截至6月底，中國主要生物柴油項(xiàng)目的產(chǎn)能超過200萬噸/年，但由于生產(chǎn)原料的不足，實(shí)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(duì)生物柴油的應(yīng)用研究也會(huì)受影響。”葛蘊(yùn)珊認(rèn)為，步入應(yīng)用階段后更多的是靠產(chǎn)業(yè)發(fā)展驅(qū)動(dòng)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(dòng)力和原料基礎(chǔ)的國家，幾乎都進(jìn)一步形成了該領(lǐng)域強(qiáng)大的研究實(shí)力。

“從生物柴油的生產(chǎn)原料，包括怎么促進(jìn)產(chǎn)油生物快速生長(zhǎng)、如何提高產(chǎn)油率，到發(fā)動(dòng)機(jī)使用，包括燃燒特性變化、排放物檢測(cè)、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(dòng)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(duì)生物柴油的理化特性、發(fā)動(dòng)機(jī)燃用不同摻混比例生物柴油的動(dòng)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(diǎn)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(shì)也類似。“進(jìn)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能、耐久性能，是未來研究的一個(gè)瓶頸。”譚丕強(qiáng)說。

雙管齊下

葛蘊(yùn)珊是我國較早接觸生物柴油的科研人員。2001年，有個(gè)民營公司老板聽說北理工排放檢測(cè)和整車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)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?jiān)?做的生物柴油請(qǐng)他們做檢測(cè)。

“當(dāng)時(shí)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(yùn)珊說，“查資料后才知道，生物柴油當(dāng)時(shí)在國際上已經(jīng)很熱門了，我們國家相對(duì)滯后，僅有小規(guī)模的生產(chǎn)。”

基于對(duì)新鮮事物的好奇，葛蘊(yùn)珊團(tuán)隊(duì)開始著手生物柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究。2003年他們獲得科技部項(xiàng)目資助，對(duì)生物柴油的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等進(jìn)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(duì)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(dòng)機(jī)使用生物柴油后的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)會(huì)有哪些問題，應(yīng)如何解決，為生物柴油的推廣使用提供實(shí)驗(yàn)理論參考。”秉持這個(gè)目標(biāo)，譚丕強(qiáng)團(tuán)隊(duì)自2006年開始從事生物柴油的相關(guān)研究。

他們重點(diǎn)探索了在不改變現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行了大量的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能研究，并進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)400小時(shí)連續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和耐久性試驗(yàn)。

“我們得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究成果，豐富了全球范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)使用生物柴油的性能數(shù)據(jù)庫，為我國的發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)�；瘧�(yīng)用生物柴油提供了重要參考依據(jù)。”譚丕強(qiáng)說。

下一步，譚丕強(qiáng)計(jì)劃逐步在公交車上進(jìn)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(rèn)為，隨著發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)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(jìng)爭(zhēng)，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(jìn)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(jì)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(duì)原料的依賴程度較高，同時(shí)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(dòng)力和原料基礎(chǔ)的國家，進(jìn)一步形成了該領(lǐng)域的強(qiáng)大研究實(shí)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(dòng)機(jī)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(dòng)機(jī)材料兼容性研究、發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)于生物柴油在交通領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，具有較為重要的參考價(jià)值。