生物柴油是如何工作的

国家生物柴油委员会 大豆可以制成生物柴油。

生物柴油如此吸引人和有趣的部分原因是它可以由多种自然来源制成。虽然可以使用动物脂肪，植物性油是生物柴油的最大来源。你可能在厨房里用过一些。科学家和工程师可以使用从大豆、油菜籽、菜籽油、棕榈、棉籽、向日葵和花生等常见作物中提取的油来生产生物柴油。生物柴油甚至可以由回收的烹饪油脂制成!

所有生物柴油来源的共同点是它们都含有脂肪以某种形式。油就是在室温下呈液体状态的脂肪。这些脂肪三酰甘油(有时称为甘油三酯)是由碳、氢和氧原子结合在一起，并按特定的模式排列而成的。这些三酰甘油非常普遍。除了家用植物油，它们也存在于黄油和猪油等常见食品中。如果你去看医生，做过血液检查，你可能会看到甘油三酸酯计数。

把这些三酰甘油形象化的一种方法是想象一个大写的“e”构成这个E的垂直主干的是一种叫做甘油的分子。甘油是制造肥皂、药品和化妆品的常见原料。与这个甘油主链相连并形成E的水平元素的是由碳、氢和氧组成的三个长链。这些被称为脂肪酸。

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那么这些三酰甘油是如何进入汽车、卡车或船只的呢?生物柴油不是纯植物油。尽管生植物油过去曾被用于柴油发动机的燃料，但它通常会引起问题。原料脂肪或油必须首先经历一系列化学反应才能成为燃料。生产生物柴油有几种不同的方法，但大多数生产设施生产工业生物柴油的过程称为酯交换．在这个过程中，脂肪或油首先被纯化，然后与酒精反应，通常是甲醇(CH3OH)或乙醇(CH3CH2OH)，催化剂如氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)存在。当这种情况发生时，三酰甘油转化为酯和甘油。剩下的酯就是我们所说的生物柴油。

这是旧闻吗?在下一节中，我们将研究生物燃料运动背后的一些历史和动机。

图片由Bob Allan提供 目前美国生物柴油的生产主要来自黄豆或回收的餐厅食用油。

生物燃料的概念惊人地古老。鲁道夫·迪塞尔的发明现在以他的名字命名，他设想植物油作为发动机的燃料来源。事实上，他早期的许多工作都是围绕生物燃料的使用展开的。例如，在1900年法国巴黎世界博览会在美国，迪塞尔用花生油来演示他的发动机。同样，亨利·福特希望他的T型车使用乙醇，一种玉米产品。最终，在迪塞尔和福特的案例中，石油进入了市场，并被证明是最合理的燃料来源。这是基于供应、价格和效率等因素。虽然这不是普遍做法，但在20世纪30年代和40年代，植物油也被用作柴油。

直到20世纪70年代和80年代，美国才重新考虑使用生物燃料的想法。最重要的事件之一发生在1970年清洁空气法案由环境保护署(EPA)。这使得环保局可以更严格地监管二氧化硫、一氧化碳等污染物的排放标准，臭氧和氮氧化物。这为开发更清洁的燃料奠定了基础。这也为燃料添加剂制定了标准。

海外活动如1973-1974年阿拉伯石油禁运和1978 - 1979年伊朗革命再加上国内石油产量的下降，推动了油价的上涨。根据美国能源部的能源信息管理局在禁运期间，美国原油进口减少了30%，“世界原油价格从1979年初的每桶14美元左右飙升到1981年1月的每桶35美元以上，之后趋于稳定。”直到1983年，世界油价稳定在每桶28美元至29美元之间，油价才有明显下降。”

随着石油价格的上涨，研究人员开始将目光投向其他领域。1982年8月，第一届植物和植物油国际会议在北达科他州法戈举行。这次会议讨论了从燃料成本、植物油的影响到燃料添加剂和提取方法等问题。

在1990年,《清洁空气法》进行了修订还包括对车辆排放更严格的限制。修正案引入了诸如增加氧气含量等条款汽油(这降低了一氧化碳的排放)和柴油中的硫含量。

1992年，环保局通过了能源政策法或闰余。此举旨在增加美国政府运输船队使用的替代燃料数量，以减少对外国石油的依赖。1998年EPACT修正案规定，在现有的政府柴油车中使用生物柴油作为购买替代燃料汽车的可接受的替代品。

在所有这些规章制度都到位的情况下，任何可行的石油替代品都会引起喧嚣是可以理解的。但生物柴油并不是汽油的完美替代品。我们将在下一节中讨论它的优缺点。

• 生物柴油对环境无害。
• 这有助于减少对外国石油的依赖。
• 它有助于润滑发动机本身，减少发动机磨损。
• 它可以用于几乎任何柴油，几乎或不需要修改发动机。
• 它比传统柴油更安全。

排放控制是生物柴油争论的核心，尤其是在立法方面。排放物中有几个成分是特别有害的，引起了科学家、立法者和消费者的关注。硫及其相关化合物有助于酸雨的形成;一氧化碳是一种公认的毒素;二氧化碳导致了温室效应．还有一些鲜为人知的化合物引起了人们的关注，如多环芳香烃(PAHs)，一种与某些类型癌症的形成有关的环状化合物。颗粒物(PM)对健康有负面影响，未燃烧的碳氢化合物有助于形成烟雾和臭氧。

生物柴油确实能减少有害气体的排放。在目前的生物燃料中，生物柴油是唯一一种根据《清洁空气法》成功完成排放测试的生物燃料。

此外，B100可以减少78%的二氧化碳排放，降低94%的柴油的致癌性(国家生物柴油委员会，美国能源部运输技术办公室)。

生物柴油的另一个特点是它是可生物降解的这意味着它可以被细菌等自然因素分解。根据美国环保署的数据，生物柴油的降解速度是传统柴油的四倍。这样，一旦发生泄漏，清理工作就会更容易，后果也不会那么可怕。这也适用于生物柴油混合物。

生物柴油还可以降低美国对进口石油的依赖，提高我们的能源安全。美国大部分生物柴油都是由大豆油这是一种主要的国内作物。随着美国石油需求的增加和世界供应的减少，生物柴油等可再生燃料，如果适当实施，可以缓解美国的能源需求。

生物柴油还有助于发动机的润滑，或使其易于移动。生物柴油作为一种溶剂，有助于从发动机内部松动沉淀物和其他可能导致堵塞的黏液。由于纯生物柴油本身不会留下沉淀物，这就导致增加引擎的生活．据估计，1%的生物柴油混合物可以使燃料的润滑性提高65%(美国能源部交通技术办公室)。

生物柴油也更安全。它是无毒(毒性约为食盐的10倍)高闪点比传统的柴油。因为它在较高的温度下燃烧，所以不太可能意外燃烧。这使得移动和存储规则更容易适应。接下来，我们来看看生物柴油的缺点和未来。

图片由Paul Roessler提供
微藻是一种生物，可以从中提取类似柴油的燃料:在美国西南部的沙漠中培养，NREL美国开发的微藻有一天可能会生产大量的脂类转化为生物柴油燃料。

当然，没有什么是没有惩罚的，生物柴油也有它的缺点。有些与燃料本身有关，有些则与大局有关。

燃料本身的一个问题是增加氮氧化物在生物柴油的排放。通常，在柴油制造中，当排放的颗粒物数量减少时，氮氧化物的数量也会相应增加，而氮氧化物有助于雾霾的形成。虽然有些问题可以通过调整引擎本身来解决，但这并不总是可行的。目前正在研究减少生物柴油中氮氧化物排放量的技术。

另一个问题是生物柴油作为一种溶剂．尽管这个属性很有用，但它是一把双刃剑。一些较老的柴油车(如1992年以前生产的汽车)可能会因高浓度的生物柴油而堵塞。由于生物柴油能够释放发动机中积累的沉淀物(这些沉淀物可能来自旧柴油)，因此生物柴油会导致燃油滤清器被新释放的沉淀物堵塞。生物柴油制造商建议在改用高浓度生物柴油混合物后不久更换燃油泵。这些旧燃料系统中的部件也可能会退化。除了在燃料系统内沉淀，生物柴油还能分解橡胶成分。旧系统中的一些部件，如燃油管路和燃油泵密封件，可能因其橡胶或类橡胶成分而损坏。这通常是通过更换这些组件来补救的。尽管许多制造商已经在保修单中加入了生物柴油，但潜在的问题仍然存在。 For more information on biodiesel and vehicle warranties, check out生物柴油标准．

此外，在一些发动机中，可能会有轻微的燃油经济性和动力下降．平均而言，大约会减少10%的电力。换句话说，大约1.1加仑的生物柴油相当于1加仑的标准柴油。

生物柴油的主要缺点与更大的图景有关，即市场和相关的物流。其中，最重要的是成本．根据美国环保署的数据，纯生物柴油(B100)每加仑的价格在1.95美元到3.00美元之间，而B20混合柴油每加仑平均比标准柴油贵30到40美分。这一切都取决于使用的原料和市场条件等变量。

另一个，也许更重要的问题是数量和可用性．虽然生物柴油不一定在所有50个州都生产，但在所有州都可以获得。获得生物柴油的方法主要有三种，每一种方法都更适合特定类型的客户。生物柴油可以直接从供应商、石油经销商或公共泵处购买。目前在美国有19个生产和销售生物柴油的nbb成员。要了解如何获得生物柴油，请联系国家生物柴油委员会．此外,替代燃料数据中心有一个搜索功能，允许您定位加油站的城市或州。

有关在美国以外的地方设置生物柴油站的信息，请与当地生物燃料机构联系。

那么我们能赚多少钱呢?考虑到不同生产者(即联邦、私人、工业)和作物来源的数量，很难给出一个清晰的数字。目前，美国每年生产约7500万加仑生物柴油(国家生物柴油委员会)．这种生产是灵活的，可以根据需要增加或减少。

无论它是否能吸引风头，生物柴油都将是一项不断进步的工作。

目前，最大的生物柴油市场是车队。根据国家生物柴油委员会的数据，在美国有超过100个使用生物柴油的车队。这些组织包括联邦和公共组织，如美国邮政总局,美国空军，美国陆军，美国国家航空航天局,美国能源部杜克能源，以及佛罗里达电力与照明．许多公共交通服务也在寻找生物柴油，以补充石油的使用。辛辛那提地铁等城市公共汽车也在使用生物柴油。未来的潜在目标包括海洋和农业应用以及家庭供暖等领域。

随着公众意识的提高，生物柴油和生物燃料可以很容易地出现在晚餐对话中。政治上的支持也在增加，随着1998年EPACT修正案等立法的通过，替代燃料来源在不远的将来将成为一种必需品。

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