生物柴油

菜油甘油三酯之转酯化反应

生质柴油制程

生产生物柴油分别为酯交换反应、氢化裂解、不使用催化剂的超临界方法、e-柴油、高温分解、微乳状液等方法。生物柴油最普遍的制备方法是酯交换反应。由植物油和脂肪中占主要成分的甘油三酯与醇（一般是甲醇）在催化剂存在下反应，生成脂肪酸酯。脂肪酸酯的物理和化学性质与柴油非常相近甚至更好。

酯交换反应是将植物油和甲醇或乙醇混合，生成脂肪酸酯，即生物柴油。催化剂可以是酸，也可以是碱，但是由于碱催化的转化率更高（>98%），若要提高为98%转化率必需二级反应以上，通常一级反应酯化率在98%以下，而且常压反应，没有中间步骤，对设备的要求也低，因此一般是采用碱催化反应。

回锅油、废弃食用油转化

• 酸碱中和法：容易产生大量的酸与废水制造污染，同时利用锅炉加热也极为耗费能源。[3][4][5][6]

• 利用微波加热，加入3~4%的甲醇做为反应物，以固态氧化锶为触媒，将5公升废食用油转化成3公升生质柴油以及2公升甘油，耗电量仅0.3度，约1.2新台币。至于氧化锶触媒为固态性质，可以重复使用，没有二次污染问题。[3][4][5][6]

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  实验室中通过转酯化反应研制出的生物柴油
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  空间填充模型，亚油酸甲酯，一种产生于豆油或菜籽油和甲醇的常见的甲基酯。
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  空间填充模型，乙酸乙酯，硬脂酸或硬脂酸乙基酯，一种产生于豆油或菜籽油和乙醇的乙基酯。

1853年，两个化学家E达菲（E. Duffy）和J.帕特里克（J. Patrick），第一次试验成功将植物油酯交换制造肥皂。[7]

西元1876年德国工程师鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）发明了柴油引擎，最初使用花生油当燃料，但花生油成本太贵，难以与汽油竞争，后来便使用石化柴油做为燃料。用油脂来做为现今柴油引擎的燃料会遇到一个问题，油脂的黏度太高难以喷成细雾状使用，1990年后开始使用转脂化技术将高黏度的油脂转化为低黏度的单链脂肪酸甲酯，做为柴油引擎的原料使用，因此各国皆开始利用为加工过的油脂或者是废弃的油脂经炼成生质柴油。[8][9][10]当时，为纪念该次活动，宣布8月10日为「国际生物柴油日」。[11][12]

生产生物柴油的原料往往根据各地区可以得到的原料种类不同而不同。实际产油效率和技术不同。下面列出了一些国家和地区所采用的主要原料：

• 美国：大豆、玉米、动物脂肪
• 欧洲：油菜籽、动物脂肪
• 日本：动物脂肪
• 马来西亚：棕榈油
• 中国大陆：大豆、地沟油、棉籽油、油菜籽（菜油）
• 印度：桐油树
• 台湾：废食用油、国外进口之植物油、高酸油等。

从原理上说，未经加工的植物油只能在柴油发动机里短期直接使用。这是由于植物油含有饱和度不同的物质而会使柴油发动机上的润滑油发生聚合。而且植物油和柴油分子结构不同，这也可能造成雾化不良、燃烧不完全、喷嘴堵塞等问题。

原料每亩产油效率（收率）引向原料以后的工业化和市场化的可行性，因为产量必须能够供应给整个国家或全世界。以下是现有技术所能够出产的原料效率：

• 藻（藻类生质燃料）：每公顷16837升（公升，下同）（每英亩1800加仑）（估计数据）[13][14]
• 麻：每公顷9354升（每英亩1000加仑）[15]
• 乌桕：每公顷4705-9073升（每英亩503-970加仑）[16][17]
• 棕榈油：每公顷4752升（每英亩508加仑）[18]
• 椰子：每公顷2151升（每英亩230加仑）[18]
• 油菜籽：每公顷954升（每英亩102加仑）[18]
• 大豆：每公顷554-922升（每英亩59.2-98.6加仑）[19][20]
• 花生：每公顷842升（每英亩90加仑）[18]
• 向日葵：每公顷767升（每英亩82加仑）[18]

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  一张贴在京都市营巴士车窗上的布告，说明此车使用生物柴油作为燃料，并鼓励大家踊跃回收炸天妇罗废油作为原料。
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  一辆位于蒙特利尔的生物柴油动力巴士
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  使用生物柴油运行的巴士
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  老式柴油梅赛德斯因使用生物柴油行驶而广受欢迎
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  在某些国家，生物柴油比常规柴油便宜

生物柴油一般不是直接作为燃料使用；而是与普通柴油混合使用。一个公认的经验值是调和20%生物柴油（B20，参见B100）。但是这个比例在使用有毒性成分的生质柴油时，可能会有争议，例如非食品级的蓖麻油可能含有蓖麻毒素，如果燃烧不完全，可能导致安全性隐忧。因此在台湾采用98:2的低混合比[21]。

生质柴油另一个环保优势，是其可降低引擎废气排放。生物柴油几乎「没有含硫化物」，排放的废气自然也没有硫化物。研究显示如果用20%生质柴油的比例混合的话，柴油引擎NOx排放会增加2%，但微粒排放会降低15%，碳氢化合物排放会降低30%，一氧化碳的排放会降低20%，硫氧化合物的排放量会降低20%

如果生质柴油的来源是「回锅油」[22]，可以减少餐厅换油成本，减少油炸用油的健康风险。以台湾为例，大统长基公司2013年问题油品约140万瓶油品，后续分别有2680公吨作为生质柴油（B2合成燃料）、39公吨作为马路标线用料及机械润滑油。[23]

一般认为，生物柴油的优点在于可以减少「一氧化碳等废物」的排放量，而且运输也比普通柴油安全。此外，研究发现，生物柴油的润滑性能很高。有趣的是，调和5%以内可以提高润滑性能，但是如果高于5%，润滑性能却不再增强。

生质柴油在制作时必须将酸价给控制在0.50mgKOH/g以下，酸价过高会有腐蚀性。

生物柴油的大量使用会让许多原本生产食品的农地改种植经济作物，很可能造成粮价上涨，威胁贫穷人口：而开垦新的农地则会破坏生态，而一些研究显示，开垦新农地所制造的二氧化碳可以提供这块农地上的作物吸收数十年，换句话说就是在环保上不值得。

可能避免负面效应的方法是采用痲疯树提供油脂（痲疯树生产的油脂有毒、不可食用），痲疯树不但产油效率佳，而且可以在贫瘠缺水的环境生存，换句话说就是可以利用无法种植作物的土地。但有些人认为就算是采用具有类似痲疯树特性的植物生产生质柴油，还是有降低粮食生产的可能性，因为有些第三世界国家的农民会在经济利益的驱使下，将原本用来种植作物的土地给拿来改种痲疯树。另一种可行方案是种植辣木。

利用废弃物（例如废油）生产生物柴油几乎无环保及道德上的缺点；还可以减少商人使用回锅油及地沟油的诱因。但是回收废油及废油内部不纯物仍然是问题。

未来可能利用藻类（如海藻）生产生质柴油，以增加生质能源效率，和减轻生质能源可能对农产品价格的影响。但除了技术上还需突破外，由于生产的藻类很可能是基因改造品种，因此预防这些藻类混入生态系统也是个课题。[33][34][35][36]

• 可再生能源
• 生物燃料
• 生物质能
• 甲醇
• 燃料乙醇
• 藻类生质燃料
• 回锅油
• 食物与燃料之争 (Food vs. fuel)
• 经济作物
• 可再生能源商业化
• 中国生物能源
• Second-generation biofuels
• Lignocellulosic biomass

• 可持续性生物柴油联盟 （英文）
• 国家生物柴油教育计划，爱达荷大学 （页面存档备份，存于）（英文）-公正的以科学为基础的关于生物柴油的信息，提供给生物柴油生产商和分销商，车队经营者，农民和原料生产商，政策制定者和消费者。