【中國科學(xué)報(bào)】北理工科研人員參與解開生物柴油的“引擎”之謎
發(fā)布日期：2015-01-06 供稿：中國科學(xué)報(bào) 編輯：新聞中心 趙琳 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：解開生物柴油的“引擎”之謎
■本報(bào)記者 陸琦
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、密度和黏度略高,，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石油的依賴,，保障能源供應(yīng),。
因?yàn)樯锊裼偷目稍偕院铜h(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2011年已經(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2014年11月起,，將生物柴油在柴油中的摻混比例從5%提高到7%；2014年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%,，2015年還會(huì)進(jìn)一步提高到7%,。
“我國生物柴油距離大規(guī)模推廣仍有很長的路要走。”北理工汽車動(dòng)力性及排放測試國家專業(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2014年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、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,、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)┳龅纳锊裼驼埶麄冏鰴z測,。
“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,，我們國家相對滯后,，僅有小規(guī)模的生產(chǎn)。”
基于對新鮮事物的好奇,，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。
《中國科學(xué)報(bào)》 (2015-01-05 第1版 要聞)
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