生物柴油是什么？生物柴油指标以及与可再生柴油的区别

生物柴油是什么

根据国家能源局，生物柴油通常指由植物油、动物油或废弃油脂(俗称“地沟油”)与甲醇或乙醇反应形成的脂肪酸甲酯或乙酯，也称BD100生物柴油，具有十六烷值高、低硫、无芳竖等特点，可作为车用柴油调和组分，是国际公认的可再生清洁燃料。在国际上，此种酯基生物柴油通常对应英文“Biodiesel”，以及根据原料区分的FAME、RME、SME、PME、TME、UCOME等，有时也用“传统生物柴油”与加氢生物柴油相区别。生物柴油利用各种动物油、餐厨废油、植物油等原料中所含有的脂肪酸甘油三酯，与甲醇等低链醇经过酯化反应制取得到的清洁燃料。组成生物柴油的各种脂肪酸酯的性质决定了生物柴油燃料的整体性质，而各种脂肪酸酯的性质又由脂肪酸和组成脂肪酸酯的醇基的结构特征决定。

生物柴油主要由肉豆蔻酸甲酯(C₁₅H₃₀O₂)、棕榈酸甲酯(C₁₇H₃₄O₂)、硬酸甲酯(C₁₉H₃₈O₂)、油酸甲酯(C₁₉H₃₆O₂)、亚油酸甲酯(C₁₉H₃₄O₂)、亚麻酸甲酯(C₁₉H₃₂O₂)等各类长链脂肪酸甲酯构成。“:”前的数字表示脂肪酸甲酯碳链的长度，之后的数字表示其所含C=C双键的个数。以C18:0为例，其表示碳链长度为18且不含有C-C双键的饱和脂肪酸甲酯，相比于饱和脂肪酸甲酯，C18:1表示碳链长度为18且含有一个C=C双键的不饱和脂肪酸甲酯^[1]。

生物柴油指标

(1)十六烷值(CN)：十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标，它与发动机的粗暴性及启动性有密切关系。一般认为柴油适宜的CN值为45-60，生物柴油的CN值比化石柴油略高，通常在50-60之间。

(2)热值：热值是燃料能量含量的一个尺度。脂肪酸甲酯燃烧所放出的热量接近于与其碳氢比类似的化石柴油。

(3)低温流动性：黏度是燃料流动性的尺度，表示燃料内部摩擦力的物理特性，它影响柴油的雾化质量。生物柴油的碳链长度一般为12-22个碳原子，而化石柴油为8-10个碳原子，因此生物柴油的黏度要比化石柴油稍高一些，其低温流动性能略差。

(4)碘值(IV)：碘值的高低反应油脂的不饱和度，碘值越高则不饱和程度越大。然而，不饱和度低的生物柴油碘值低、CN值高、低温性能差﹔不饱和度高的生物柴油碘值高、CN值低、低温性能优异。碘值、CN值和低温性能相互矛盾。化石柴油不存在该类指标。

(5)氧化安定性：氧化是油品的重要性质之一。生物柴油的使用和贮运过程中不可避免地会与氧气接触，在一定的条件下，油品与氧会发生反应生产新的氧化产物，从而影响油品的性质。因此，生物柴油与化石柴油在储存、运输过程均需添加抗氧化剂以提高其氧化安定性。

(6)闪点：闪点高于化石柴油，不属于危险化学品燃料，在运输、储存、使用等方面安全性高。

(7)燃烧性能：生物柴油分子含有氧元素，与化石柴油掺混后，在发动机燃烧时更为彻底，燃烧效果更好，可降低PM2.5等颗粒物排放。

生物柴油与可再生柴油的区别

根据美国能源信息署EIA、北美第一大可再生柴油生产商DGD和第一大生物柴油生产商REG定义，可再生柴油与生物柴油均属于生物质柴油(Biomass-based diesel)，但具有不同的分子结构:生物柴油是一种主要由大豆油制成的甲酯，对应ASTM D6751；可再生柴油用可持续的原料生产，包括餐厨废油脂uco、提炼的动物脂肪、以及不可食用的玉米油等，采用加氢处理-异构化-分馏的方式加工而成，是一种清洁燃料，可将温室气体排放量减少80%。可再生柴油是一种真正的碳氢化合物，在分子结构和化学成分上与化石柴油相同，符合ASTM国际柴油燃料油标准(D975)，被称为“石油柴油的低碳双胞胎”。其与现有引擎和基础设施100%兼容，可以在任何使用柴油的地方使用，且无需修改发动机或管道。可再生柴油的能量密度值与超低硫柴油(ULSD)相当，并且在寒冷和温暖的气候下都表现良好^[2]。

生物柴油与化石柴油的区别

对比生物柴油与化石柴油的理化特性，生物柴油具有以下优点:

(1)优良的环保特性。与石化柴油相比，生物柴油中几乎不含硫，所以柴油机在使用时硫化物排放极低；尾气中颗粒物含量及CO排放量分别约为石化柴油的20%、10%，排放指标可满足欧Ⅱ和欧Ⅲ排放标准。

(2)良好的润滑性能。生物柴油黏度大于石化柴油，可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率，延长其使用寿命。

(3)良好的安全性能。生物柴油闪点远高于石化柴油，运输、储存更加安全；另外其可降解性好，不会污染环境、危害人体健康^[3]。

生物柴油的原料

生物柴油因其生产原料的不同主要分为四类：(1)以植物油脂为原料的生物柴油；(2)以动物油脂为原料的生物柴油；(3)以微生物油脂为原料的生物柴油；(4)以餐饮废油为原料的生物柴油。

(1)用于生产生物柴油的植物油脂主要有大豆、油菜、蓖麻等农作物，以及棕榈树、麻疯树等林木类作物。其中大豆油在欧美国家生物柴油原料中占比很高，达55%以上，大豆油、菜油等农作物在我国很多地方都有大面积种植，但主要用于食用。而棕榈树、麻疯树等林木作物广泛分布在我国广东、海南、福建、广西、台湾等地，大规模种植可荒山造林，且不占用耕地，种植成本低。利用棕榈油、疯麻油等为原料生产生物柴油还可在当地完成从第一产业向第二产业调整，改善产业结构。

(2)用于生产生物柴油的动物油脂主要包括牛油、羊油、猪油、鱼油等，畜牧业或渔业发达的欧美、日本、澳大利亚等国家开始用动物油脂为原材料生产生物柴油，而我国动物油脂的缺口较大，每年需要大量进口，因此在我国以动物油脂为原料生产的生物柴油形成产业化规模并不现实。

(3)微生物油脂主要是一些单细胞生物，比如酵母菌、霉菌、细菌、藻类等在某些特定的条件下，利用碳氢化合物、碳水化合物在细胞体内发生化学反应而产生的油脂。这类油脂具有原料丰富、价格便宜、不受地域气候等环境影响等优点，在未来有巨大的应用前景和商业价值。

(4)用于生产生物柴油的废弃油脂主要是餐饮废油，合理使用废弃油脂既可以减少废弃油脂的存量，又可以减少对化石能源的依赖，废弃油脂可通过酯交换法变为理化性质与柴油相似的油品，完全能满足柴油机对油品的要求。我国人口众多，餐饮废油数量庞大，因此废弃油脂可作为生产生物柴油的重要原料。

生物柴油的制备

一般采用废弃油脂、动植物油脂和微生物油脂作为原料生产生物柴油，具有可再生、来源广泛、不含硫等优点。当前，生物柴油的制备方法主要有包括物理方法中的直接混合法和微乳法，化学方法包括高温裂解法和酯交换法。

(1)物理方法制备生物柴油操作简单不破坏油脂结构，直接混合法是将生物油和矿物油混合，在一定程度上改善生物油粘度大问题，但燃烧过程中这种方法制备的生物柴油燃油雾化效果差，燃烧不充分，且容易积碳，长期使用发动机有损害。微乳法是利用乳化剂进一步降低生物油的粘度，但这种方法稳定性差，且容易产生破乳现象。

(2)化学法是目前最常用的制备生物柴油的方法

高温裂解法是采用快速加热的方式使长链分子断裂成短链分子，使生物柴油的粘度降低，最终获得燃油的理化性质和柴油接近，但这种方法效率低，成本高，不适合大规模生产。

酯交换法是目前公认较好的生物柴油制备方法，包括酸催化法、碱催化法、超临界法、生物酶法和工程微藻等。

酸碱催化法主要是通过甲醇等一些低碳醇在催化剂作用下进行酯化反应，反应后既能得到生物柴油还能得到具有较高经济价值的甘油。

生物酶法主要是脂肪酶与油脂进行酯化反应，得到生物柴油，这种方法无污染、反应条件温和，但脂肪酶成本较高。

超临界法是近几年新提出来的方法，该方法具有生产效率高、对原材料要求低等特点，但是反应条件较为苛刻，需要高温高压环境。

工程微藻法是利用微藻生产油脂，优点在于微藻繁殖能力强，可利用海水繁殖不占用农业土地资源。得到的海藻油脂通过酯交换获得生物柴油，该方法也是未来生物柴油发展的一大趋势，具有广泛的应用前景^[4]

生物柴油的特点

生物柴油的原料来源十分广泛，生活中随处可见的食用油和餐饮废油等都可以作为制备生物柴油的原料。生物柴油是将这些原料与甲醇或乙醇等低碳醇发生酯化反应生成的甲酯或乙酯燃料，被归类于可再生绿色能源，可以很好地替代传统的石化燃料，直接应用在柴油机上。目前，欧洲主要以菜籽油为原料，北美主要以大豆油为原料，东南亚主要以棕榈油为原料制取生物柴油，我国由于原料供应问题，目前主要以餐饮废油为原料。在未来，以我国北方地区的黄连木、南方地区的麻风树以及沿海地区的微藻为原料来制取生物柴油具有较大的发展潜力。生物柴油作为一种替代燃料，与传统柴油相比，具有以下优点：

(1)对大气环境的污染小；(2)可以在-20℃的环境中作业；(3)噪声低、振动小；(4)燃烧过程中对内燃机的损伤小；(5)润滑性能优；(6)燃点高，储存运输安全；(7)原料来源广泛，可再生性强；(8)副产品具有经济价值；(9)理化性质与柴油类似，可直接在柴油机上应用^[5]。

不同国家生物柴油概况

美国

美国生物柴油产业始于上世纪八十年代，丰富的大豆产量为美国生物柴油提供了发展空间，2010年美国生物柴油产量突破10亿加仑(37亿升)，是2007年产量的两倍。2019年美国生物柴油产量超过74亿升。美国材料试验协会ASTM制定生物柴油系列标准，2018年ASTM制定生物柴油的标准，对生物柴油的调和做出进一步规定。美国作为生物柴油第二大生产国，已经对欧盟生物柴油产生巨大冲击。

其他国家

印度尼西亚、菲律宾、巴西、阿根廷等国家在世界生物柴油市场上占有重要地位，各国立足各自资源优势，大力发展生物柴油。印度尼西亚主要采用棕榈油为原材料，菲律宾采用椰子油为原材料，巴西和阿根廷主要以植物油为原材料。各国生物柴油的发展不仅降低了碳排放，还实现了对外出口创造外汇，减少了对石油资源的依赖。

中国

中国生物柴油发展较晚，直至本世纪我国才正式发展生物柴油产业。我国生物柴油主要原材料来自餐饮废油(地沟油)。为了鼓励我国生物柴油行业健康发展，我国政府在2009年和2014年分别出台了《可再生能源法》、《生物柴油产业发展政策》，这也极大地促进了我国生物柴油的发展，实行生物柴油税收优惠政策，对生物柴油免征消费税和70%的增值税。但是，受制于原材料产量不足，价格昂贵，我国生物柴油的产量依旧很低，根据《Renewables2020 Global Status Report》公布数据，2019年全球生物柴油(FAME)产量为409亿升，全球生物柴油(HVO)产量为70亿升，合计近4000万吨。随着生物柴油添加比例的政策性提升，全球生物柴油消费量有望持续提升，据经合组织-粮农组织预测，未来全球生物柴油消费量有望超过5100万吨^[6]。中国的生物柴油产量为6亿升。未来很长一段时间，中国的生物柴油的发展仍需政策和资金的大力扶持。

生物柴油鼓励政策

2014年底，国家能源局印发了《生物柴油产业发展政策》，提出要构建适合我国资源特点，以废弃油脂为主，木(草)本非食用油料为辅的可持续原料供应体系。《生物柴油产业发展政策》提出“国家制定出台清晰明确的价格、税收、财政、投资等长期扶持政策。有关地区原则上应出台相关地方配套扶持政策”。相应扶持政策的出台及细化，为生物柴油企业带来发展动力。

国家对生物柴油行业实行增值税先征后退政策。根据财政部、国家税务总局《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》，公司生物柴油类产品系第四类“农林剩余物及其他”中“4.3综合利用废弃动物油和植物油”的产品，享受增值税即征即退70%的税收优惠政策。

根据国家税务总局颁发的《关于资源综合利用企业所得税优惠管理问题的通知》(国税函[2009]185号)，规定以《资源综合利用企业所得税优惠目录(2008年版)》规定的资源作为主要原材料，生产国家非限制和非禁止并符合国家及行业相关标准的产品取得的收入，企业所得税减按90%计入企业当年收入总额。销售以地沟油自产的生物柴油时享受该优惠。根据财税〔2010]118号“关于对利用废弃的动植物油生产纯生物柴油免征消费税的通知”的规定，生产原材料中废弃动物油和植物油用量所占比重不低于70%，且生产的纯生物柴油符合国家《柴油机燃料调和生物柴油(BD100)》标准的生物柴油，免征消费税。(每吨柴油消费税为1411.2元)