生物柴油合成制備研究中哪些問題有待解決

利用油脂原料合成生物柴油的方法；用動物油制取的生物柴油及制取方法；生物柴油和生物燃料油的添加劑；廢動植物油脂生產(chǎn)的輕柴油乳化劑及其應(yīng)用；低成本無污染的生物質(zhì)液化工藝及裝置；低能耗生物質(zhì)熱裂解的工藝及裝置；利用微藻快速熱解制備生物柴油的方法；用廢塑料、廢油、廢植物油腳提取汽、柴油用的解聚釜，生物質(zhì)氣化制備燃料氣的方法及氣化反應(yīng)裝置；以植物油腳中提取石油制品的工藝方法；用等離子體熱解氣化生物質(zhì)制取合成氣的方法，用淀粉酶解培養(yǎng)異養(yǎng)藻制備生物柴油的方法；用生物質(zhì)生產(chǎn)液體燃料的方法；用植物油下腳料生產(chǎn)燃油的工藝方法，由生物質(zhì)水解殘渣制備生物油的方法，植物油腳提取汽油柴油的生產(chǎn)方法；廢油再生燃料油的裝置和方法；脫除催化裂化柴油中膠質(zhì)的方法；廢橡膠(廢塑料、廢機油)提煉燃料油的環(huán)保型新工藝，脫除柴油中氧化總不溶物及膠質(zhì)的化學(xué)精制方法；阻止柴油、汽油變色和膠凝的助劑；廢潤滑油的絮凝分離處理方法。 生物柴油的化學(xué)法生產(chǎn)是采用生物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氫氧化鈉(占油脂重量的1%) 或醇甲鈉 (Sodium methoxide) 做為觸媒，在酸性或者堿性催化劑和高溫（230～250℃）下發(fā)生酯交換反應(yīng)（transesterification），生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯，再經(jīng)洗滌干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生產(chǎn)過程中可循環(huán)使用，生產(chǎn)設(shè)備與一般制油設(shè)備相同，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生10%左右的副產(chǎn)品甘油。
但化學(xué)法合成生物柴油有以下缺點：反應(yīng)溫度較高、工藝復(fù)雜；反應(yīng)過程中使用過量的甲醇，后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的醇回收裝置，處理過程繁復(fù)、能耗高；油脂原料中的水和游離脂肪酸會嚴(yán)重影響生物柴油得率及質(zhì)量；產(chǎn)品純化復(fù)雜，酯化產(chǎn)物難于回收；反應(yīng)生成的副產(chǎn)物難于去除，而且使用酸堿催化劑產(chǎn)生大量的廢水，廢堿（酸）液排放容易對環(huán)境造成二次污染等。
化學(xué)法生產(chǎn)還有一個不容忽視的成本問題：生產(chǎn)過程中使用堿性催化劑要求原料必須是毛油，比如未經(jīng)提煉的菜籽油和豆油，原料成本就占總成本的75%。因此采用廉價原料及提高轉(zhuǎn)化從而降低成本是生物柴油能否實用化的關(guān)鍵，因此美國己開始通過基因工程方法研究高油含量的植物（見下文“工程微藻”法），日本采用工業(yè)廢油和廢煎炸油，歐洲是在不適合種植糧食的土地上種植富油脂的農(nóng)作物。 為解決上述問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油，即用動物油脂和低碳醇通過脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，制備相應(yīng)的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有條件溫和、醇用量小、無污染排放的優(yōu)點。2001年日本采用固定化Rhizopus oryzae細(xì)胞生產(chǎn)生物柴油，轉(zhuǎn)化率在80%左右，微生物細(xì)胞可連續(xù)使用430小時。
2005年6月4日，《中國環(huán)境報》報道：清華大學(xué)生物酶法制生物柴油中試成功，采用新工藝在中試裝置上生物柴油產(chǎn)率達(dá)90%以上。中試產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)符合美國及德國的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，并滿足中國0號優(yōu)等柴油標(biāo)準(zhǔn)。中試產(chǎn)品經(jīng)發(fā)動機臺架對比試驗表明，與市售石化柴油相比，采用含20%生物柴油的混配柴油作燃料，發(fā)動機排放尾氣中一氧化碳、碳?xì)浠衔?、煙度等主要有毒成分的濃度顯著下降，發(fā)動機動力特性等基本不變。
由于利用生物酶法合成生物柴油具有反應(yīng)條件溫和、醇用量小、無污染物排放等優(yōu)點，具有環(huán)境友好性，因而日益受到人們的重視。但利用生物酶法制備生物柴油目前存在著一些亟待解決的問題：脂肪酶對長鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而對短鏈脂肪醇(如甲醇或乙醇等)轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%-60%；甲醇和乙醇對酶有一定的毒性，容易使酶失活；副產(chǎn)物甘油和水難以回收，不但對產(chǎn)物形成一致，而且甘油也對酶有毒性；短鏈脂肪醇和甘油的存在都影響酶的反應(yīng)活性及穩(wěn)定性，使固化酶的使用壽命大大縮短。這些問題是生物酶法工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油的主要瓶頸。 1．采用固定床式酶反應(yīng)器，以植物油及廢油等為原料生產(chǎn)生物柴油，轉(zhuǎn)化率均可達(dá)到95%以上，最高轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到96%。
2．建立了生物柴油精餾裝置，分離精制收率高于86%，分離后產(chǎn)品中甲酯含量大于97%，分離后產(chǎn)品各項指標(biāo)完全符合德國生物柴油生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)(DIN5160697)。
3．建立了年產(chǎn)500t的生物柴油中試生產(chǎn)裝置。反應(yīng)器內(nèi)固定化酶使用壽命超過20天。
4．以地溝油為原料生產(chǎn)生物柴油，成本約為3058元/t，以普通菜籽油為原料生產(chǎn)生物柴油，成本約為4300元/t。
5．燃燒性能明顯優(yōu)于0號柴油。在0號柴油中添加20%生物柴油的燃燒試驗表明，燃燒尾氣中有毒物質(zhì)的排放降低35%以上。 “工程微藻”生產(chǎn)柴油，為柴油生產(chǎn)開辟了一條新的技術(shù)途徑。美國國家可更新實驗室(NREL)通過現(xiàn)代生物技術(shù)建成“工程微藻”，即硅藻類的一種“工程小環(huán)藻”。在實驗室條件下可使“工程微藻”中脂質(zhì)含量增加到60%以上，戶外生產(chǎn)也可增加到40%以上，而一般自然狀態(tài)下微藻的脂質(zhì)含量為5%-20%?！肮こ涛⒃濉敝兄|(zhì)含量的提高主要由于乙酰輔酶A羧化酶(ACC)基因在微藻細(xì)胞中的高效表達(dá)，在控制脂質(zhì)積累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究選擇合適的分子載體，使ACC基因在細(xì)菌、酵母和植物中充分表達(dá)，還進(jìn)一步將修飾的ACC基因引入微藻中以獲得更高效表達(dá)。利用“工程微藻”生產(chǎn)柴油具有重要經(jīng)濟意義和生態(tài)意義，其優(yōu)越性在于：微藻生產(chǎn)能力高、用海水作為天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源；比陸生植物單產(chǎn)油脂高出幾十倍；生產(chǎn)的生物柴油不含硫，燃燒時不排放有毒害氣體，排入環(huán)境中也可被微生物降解，不污染環(huán)境，發(fā)展富含油質(zhì)的微藻或者“工程微藻”是生產(chǎn)生物柴油的一大趨勢。