能源危机是本世纪中叶即将面临的巨大挑战。据统计，若按目前的水平开采世界已探明的能源，煤炭资源尚可开采100年，石油30～40年，天然气50～60年。生态危机是当今社会已经面临的巨大挑战。石化能源燃料燃烧时所产生的有害物质，严重污染了环境，导致温室效应、全球气候变暖、生物物种多样性降低、荒漠化等诸多生态问题，严重影响着国家的资源安全和社会经济持续发展，威胁着人类的生存。为满足社会发展对能源的需求，实现资源的永续利用，维持和促进资源、环境、社会经济的协调发展。 1．生物柴油概述

    生化柴油（Biodiesel），又称脂肪酸甲酯（Fatty Acid Ester）是以植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、废弃的食用油等作原料，与醇类（甲醇、乙醇）经交酯化反应（Transesterification reaction）获得。生物柴油这一概念最早由德国工程师Dr．RudolfDiesel（1858－1913）于1895年提出，在1900年巴黎博览会上，Dr．Rudolf Diesel展示了使用花生油作燃料的发动机。 生物柴油较系统的研究工作始于上世纪50年代末60年代初，在70年代的石油危机之后得到了大力发展，许多国家都制订了相应的研究开发计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场等。 生物柴油具有许多优点：

①原料来源广泛，可利用各种动、植物油作原料。

②生物柴油作为柴油代用品使用时柴油机不需作任何改动或更换零件。

③可得到经济价值较高的副产品甘（Glycerine）以供化工品、医药品等市场。

④相对于石化柴油，生物柴油贮存、运输和使用都很安全（不腐蚀溶器，非易燃易爆）；热值高（一般可达石化燃料油的80%）：可再生性（一年生的能源作物可连年种植收获，多年生的木本植物可一年种维持数十年的经济利用期入现实效益高；可在自然状况下实现生物降解，减少对人类生存环境的污染。生化柴油因其甲酯的运用性质与石化柴油类同，目前最常用的制取方法是将植物油脂与甲醇予以交酯化反应，并使用氢氧化钠（对油脂重量的1%）或甲醇钠（Sodium methoxide）做为触媒，大约混合搅拌反应2小时，即可制得。由于原料不同，生物柴油的生产工艺和标准亦不一样。

1．1 国外研究与开发现状

    1．1．1选择可利用的植物种类，建立生物柴油原料利用基地 诺贝尔奖获得者，美国加州大学的化学家卡尔文于1986年在加州福尼亚种植了大面积的石油植物，每公顷可收获120桶一140桶石油。他的成功，在全球迅速掀起了一股开发研究石油植物的浪潮。许多国家纷纷建立一种全新的石油生产基地--石油植物园。美国种植有几百万英亩的石油速生林；菲律宾有18万亩的银合欢树，6年后可收1000万桶石油。美国加州的“黄鼠草”每公顷可提炼1000公升石油。 自二十世纪八十年代以来，美国等国进行了能源植物种的选择，富油种的引种栽培、遗传改良以及建立“柴油林林场”等方面的工作与研究。在能源植物特性和植物燃料油的研制上，在获得植物燃料油途径、燃料油使用技术上都取得了较大进展。石化能源价格的不断上涨，主要油料作物总产量迅速增加而导致油料农产品滞销，为各个国家把部分农业用地转为可生产能源的原料作物提供了有利条件。 目前，发达国家用于规模生产生物柴油的原料有大豆（美国）、油菜籽（欧共体国家）、棕搁油（东南亚国家）。现己对40种不同的植物油在内燃机上进行了短期评价试验，它们当中包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕搁油和蓖麻籽油。棉花籽、食用回收油，其价格低廉，取材广泛，亦是许多国家研究和利用的对象。日本、爱尔兰等国用植物油下脚料及食用回收油作原料生产生物柴油，成本较石化柴油低。 近年来，美国农业部、能源部又提出了能源作物的全株利用课题并取得了阶段成果。

    1．1．2新技术在生物柴油研究与开发中的应用 长碳链植物油粘度大直接影响油的喷射，与甲醇进行脂化反应产生的甘油会影响柴油机使用寿命。发达国家在运用生物技术降低生物柴油的粘度，提高十六烷值，增加低碳脂肪酸含量，获得高品位燃油等方面进行了长期的探索。 如针对很少有植物合成短链甘油三酸脂（SCT，short－chain triglycerides），而已有的植物资源其SCT含量少于1％，美国科学家利用生物技术诱导出胶粘萼距花（CupheaViscosissima）突变体vs－320，其C6：0，C8：0，C10：0含量分别达4％，40％，71％（野生植株C6：0，C8：0，C10：0含量仅为1％，18％，38％。而豆油C6：0--，C14：0含量为0）。突变体植株油脂可以不经转化直接取代石化柴油。

1．1．3政府制定法令扶持，组织规模生产 欧美许多国家结合本国特点都制定了生物柴油发展纲要，在其推广使用上出台了相关的优惠政策，来组织生产生物柴油。 在公共区，严格限制机动车辆有害气体的排放量，有力地推动了生物柴油首先在公共区的使用。 德国、法国、意大利、奥地利、比利时、美国、马来西亚等国家对投放市场的生化柴油都采取了免税政策和低税率政策以鼓励民众推广和使用生物柴油，保护生态环境。在美国及加拿大，却未采取这种减税或免税优惠措施，以致生化柴油仍无法与石化柴油竞争。 1980年美国制定了国家能源政策，明确提出以生物柴油替代石化柴油战略，目的在于促进本国可再生能源应用。1992年的能源政策措施（Energy Polier Act）规定，到2010年止，计划以非石油的替代燃料替代总进口石油燃料的10% 。 全球生化柴油的生产已具备一定规模，其中欧洲已成为全球生化柴油的主要生产地。以1997年为例（见图1），全球的生化柴油生产量约为66．3万吨/年，其中大约60万吨由欧盟所生产，占有率为90．5％。



    1．1．4积极推广生物柴油商业化应用 为了让生物柴油获得大众的认可和接受，国外许多政府在宣传力度、建立或增加生物柴油加油站等销售设施、改良生物柴油的生产工艺、采用先进的生产线等方面做了大量的工作，以积极推动生物柴油的商业化应用。

    1．1．5制定生产标准以保护消费者的利益和规范市场 由于原材料不同、生产工艺不一致，目前国际上尚无纺统一的生物柴油生产标准。1996年美国颁布了生物柴油生产草案及测试方法（ASTM法）。同年德国颁布了更为详细的生物柴油的生产标准即DIN51606和测试方法。1998年奥地利颁布了菜籽油为原料生产的生物柴油生产标准（Cll90—Cll91）。生物柴油的生产标准评定指标包括比重、动态粘度、闪火点、硫含量、残留量、十六烷值、灰份、水份、总杂质、三酸甘油脂、游离甘油等。

1．2 国内研究与开发现状

    我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良等及其加工工艺和设备。目前各方面的研究都取得了阶段性成果，这无疑将有助于我国生物柴油的进一步研究与开发。可以预计，在2—3年内，我国在该领域的研究将会有突破性进展并达到实用水平。

    系统研究始于中国科学院的“八五”重点科研项目：“燃料油植物的研究与应用技术”，完成了金沙江流域燃料油植物资源的调查及栽培技术研究建立了30公顷的小桐子栽培示范片。自二十世纪九十年代初开始，长沙市新技术研究所与湖南省林业科学院对能源植物和生物柴油进行了长达十年的合作研究，“八·五”期间完成了光皮树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性的研究；“九·五”期间完成了国家重点科研攻关项目“植物油能源利用技术”。

    1999～2002年，湖南省林业科学院主持承担了国家林业局引进国外先进林业技术（948项目）—《能源树种绿玉树及其利用技术的引进》，从南非、美国和巴西引进了能源树种绿玉树（Euphorbia tirucalli）优良无性系；研制完成了绿玉树乳汁榨取设备：进行了绿玉树乳汁成份和燃料特性的研究；绿玉树乳汁催化裂解研究有阶段性成果。