2.生物柴油的生产技术。
生物柴油的生产方法有化学法生产和生物合成两种。目前生物柴油主要是用化学法生产,即用甲醇或乙醇等低碳醇在酸性或碱性催化剂和高温(230~250℃)下进行酯化反应,生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯,再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用,生产设备与一般制油设备相同,生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。除了化学法,人们还研究用生物酶法合成生物柴油,即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行酯化反应,制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。
目前,生物柴油生产的主要问题是甲醇及乙醇的转化率低,一般仅为40%~60%。目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化有效,而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低;而且短链醇对酶有一定毒性,酶的使用寿命短。副产物甘油和水难以回收,不但对产物形成抑制,而且甘油对固定化酶有毒性,使固定化酶使用寿命缩短。
3.生物柴油展望。
生物柴油的主要问题是成本高。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率从而降低成本是生物柴油实现实用化的关键。美国已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物,日本采用工业废油和废煎炸油,欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。
生物柴油是利用植物油或动物脂肪等可再生资源制造出来的新型燃料,具有清洁环保、可再生等优点,通常与传统柴油混合使用,以提高发动机性能,减少废气排放。第一代生物柴油主要使用菜籽油原料,而第二代生物柴油还可以使用棕榈油、大豆油、动物脂肪等原料,比以往的生物柴油更加清洁。
我国现有耕地资源贫乏,用来发展能源作物的耕地十分有限,依靠种植油料作物为生物柴油提供油源在我国还有个渐进的过程。我国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。国家已批准建设4个生物燃料乙醇生产试点项目,已形成每年102万吨的生产能力。要严格控制用玉米加工乙醇汽油,减小对粮食安全及百姓利益带来的严重冲击,把政府财税补贴倾斜到目前成本高于陈化粮的用于加工燃料乙醇的麦秸秆、木薯等上面来,享受陈化粮补贴政策,鼓励发展作物秸秆生产燃料乙醇。
自然界中少量微生物在适宜条件下能产生并贮存质量超过其细胞干重20%的油脂,具有这种表型的菌种称为产油微生物。产油微生物利用可再生资源,得到的微生物油脂与植物油脂具有相似的脂肪酸组成。产油微生物具有资源丰富,油脂含量高,生长周期短,碳源利用广,能在多种培养条件下生长等特点。同时微生物油脂生产工艺简单,高值化潜力大,有利于进行工业规模生产和开发。因此具有广阔的开发应用前景。目前中国、日本、德国、美国等国已有商品微生物菌油或相应下游加工产品面市,但生产成本还较高。
随着现代生物技术的发展,将可能获得更多的微生物资源。如通过对野生菌进行诱变、细胞融合和定向进化等手段能获得具有更高产油能力或其油脂组成中富含稀有脂肪酸的突变株,提高产油微生物的应用效率。
微藻生产柴油,为柴油生产开辟了另一条技术途径。美国国家可再生能源实验室(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。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。
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,燃烧时不排放有毒气体,排人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。
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