生物燃料與生物柴油課件

1、Biofuels生物燃料(biofuel)泛指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料是可再生能源開發(fā)利用的重要方向第一代生物燃料：使用糖類和淀粉類等原料進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生生物乙醇制得的燃料，還包括從以用做生物柴油的種子油緩解化石燃料供應(yīng)可循環(huán)、可持續(xù)污染小但是。生產(chǎn)生物燃料的農(nóng)作物往往需要土地、大量水資源和化學(xué)肥料。第三代生物燃料：利用以天然氣為原料的發(fā)電廠排出的二氧化碳養(yǎng)殖可以轉(zhuǎn)化為生物柴油或生物乙醇的藻類生物乙醇的優(yōu)勢一是乙醇辛烷值極高，可以取代污染環(huán)境的含鉛添加劑來改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃燒，減少發(fā)動機(jī)內(nèi)的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃燒污染物排放。三是汽油中只需摻入10

2、%，總體熱值減少不顯著，且不需要改造發(fā)動機(jī)即可以使用。四是纖維素乙醇商業(yè)化生產(chǎn)后生產(chǎn)成本低。生物乙醇的劣勢第一代生物乙醇是以糧食作物為原料的，從長遠(yuǎn)來看具有規(guī)模限制和不可持續(xù)性。生產(chǎn)纖維素乙醇的前期投資較大。生產(chǎn)生物乙醇需要額外的土地在一定程度上會占用耕地、消耗糧食和破壞生態(tài)環(huán)境。生物柴油的優(yōu)劣優(yōu)良的環(huán)保特性，可調(diào)和性，可降解性，可再生性較好的低溫發(fā)動機(jī)啟動性能生物柴油的潤滑性能比柴油好實用簡便，無須改動相關(guān)器械，具經(jīng)濟(jì)性具有優(yōu)良的燃燒性能較好的安全性能含水率較高，水分有利于降低油的黏度、提高穩(wěn)定性，但降低了油的熱值具有“老化”傾向，保存條件高在國家 “四不”政策下，生產(chǎn)原料的收集難，且成本較

3、高。酯交換方法合成生物柴油的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、能耗高、設(shè)備投入大；化產(chǎn)物難于回收，回收成本高；生產(chǎn)過程有廢堿液排放Global biomass volumes required to achieve a 50% reduction in greenhouse gas emissions by 2050. A wide range of densification options are possible, but even the most effective will still require several times the biomass-handling capacity that

4、the commodity grain system uses today.全球生物質(zhì)量需要在2050年實現(xiàn)到如今溫室氣體排放的50%減少量。廣泛的密集化選擇是可能的,但即使是最有效的方法仍然需要如今商品糧系統(tǒng)好幾倍的生物量處理能力。同時，也有缺陷無法擺脫生物燃料的致命缺陷，即能源密度低如此使得生產(chǎn)生物燃料的企業(yè)不得不保持巨大的能源供應(yīng)腹地，而運(yùn)輸這些原材料的能耗到底能不能被產(chǎn)生的燃料完全對沖還是一個未知數(shù)還有，原本應(yīng)該返回土地圈的秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物被用來制造能源可能會對生態(tài)產(chǎn)生影響，這種影響也許會導(dǎo)致生態(tài)的不平衡第三代生物燃料微藻隨著能源需求的劇增，世界正進(jìn)入衰退的不可再生能源時代，找到一個穩(wěn)

5、定清潔的可替代品來滿足世界能源需要是十分必要的。在此背景下生物柴油應(yīng)運(yùn)而生。生物柴油（Biodiesel）來源有三大類：動植物油脂，細(xì)菌及真菌油脂，廢棄油脂。目前最為廣泛的生物柴油來源是動植物油脂，其中又以植物油脂更為普及。美國的微型曼哈頓計劃2007年，美國推出微型曼哈頓計劃，其宗旨是向海洋藻類要能源，以幫助美國擺脫嚴(yán)重依賴進(jìn)口石油的窘境。能以“微型曼哈頓計劃”命名，其重要性可見一斑。微型曼哈頓計劃由美國點(diǎn)燃燃料公司倡導(dǎo)發(fā)起，以美國國家實驗室和科學(xué)家的聯(lián)盟為主體，到2010年實現(xiàn)藻類產(chǎn)油的工業(yè)化，達(dá)到每天生產(chǎn)百萬桶生物原油的目標(biāo)。為此，美國能源部以圣地亞國家實驗室牽頭，組織十幾家科研機(jī)構(gòu)的上

6、百位專家參與這一宏偉工程。新一代生物柴油原料微藻微藻是遍布全球水體的浮游植物，微藻把光合作用產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為油儲藏起來，在細(xì)胞內(nèi)形成油滴。將這些油通過轉(zhuǎn)酯化后可轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅峒柞?，即生物柴油。某些微藻能夠合成長鏈烯烴，也具有發(fā)展生物燃料的潛力。微藻和高等植物的油屬于三?；视王ィ伎勺鳛樯锊裼偷纳a(chǎn)原料。為什么關(guān)注微藻？采用微藻作為生物柴油的來源具有以下優(yōu)點(diǎn)：來源廣泛易于采集生命周期短，可全年不間斷培養(yǎng)產(chǎn)油能力高于其他綠色油料植物培養(yǎng)條件較低，易于進(jìn)行大規(guī)模養(yǎng)殖能在淡水海水等非農(nóng)業(yè)用地里培養(yǎng)，不與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)競爭土地資源，減少了農(nóng)藥帶來的環(huán)境污染有利于廢水的凈化，減少空氣中二氧化碳的含量，能緩解全球變暖

7、，等等。利用微藻制取生物燃料目前用于生產(chǎn)藻類型的生物燃料的方法主要有光合反應(yīng)器法、封閉環(huán)路系統(tǒng)法和開放池法。三者各有利弊。目前，養(yǎng)殖微藻的研究主要集中在封閉式光生物反應(yīng)器。大規(guī)模養(yǎng)殖的微藻種類主要有螺旋藻、小球藻、鹽藻、柵藻等。微藻熱解制備生物燃料技術(shù)目前利用微藻制備生物燃料技術(shù)主要由生物化學(xué)轉(zhuǎn)化與熱化學(xué)轉(zhuǎn)化兩種。生物化學(xué)轉(zhuǎn)化包括發(fā)酵和厭氧消化。發(fā)酵法被廣泛應(yīng)用于酒精工業(yè)當(dāng)中，由酶將富含糖類淀粉的底物轉(zhuǎn)化為乙醇等。厭氧消化可直接將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為主要由甲烷和二氧化碳組成的可燃?xì)怏w，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水的生物處理方面，是生產(chǎn)沼氣的基礎(chǔ)。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)是目前將生物量轉(zhuǎn)化為生物只能得主要技術(shù)手段之一，根

8、據(jù)最終產(chǎn)物的不同可以將熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)分為熱解碳化燃燒氣化與液化等幾種不同的轉(zhuǎn)化過程。熱解是指在絕氧條件下將生物量加熱到500度左右，導(dǎo)致生物量分解轉(zhuǎn)化為其他液、固、氣組分的過程。由于熱解較其他方法得到更多液體生物油，因此熱解是目前最有希望來制取生物油的技術(shù)之一。熱解包括快速熱裂解與慢速熱裂解兩種。兩者的比較如下：熱解對藻類的組成較不敏感，對它的品質(zhì)要求較低，產(chǎn)量極高。然而熱解油的顯著特點(diǎn)是相對于汽油與柴油其含氧量較高，熱值較低，如果想利用熱解油代替柴油用于內(nèi)燃機(jī)，還必須對它進(jìn)行處理、如催化加氫等，以改善其品質(zhì)。展望目前利用微藻制取生物燃料有大量問題需要解決。生產(chǎn)成本過高是主要問題。解決途徑有以

9、下三種：從生物學(xué)角度篩選和培育優(yōu)良藻種；通過化學(xué)方法改善微藻產(chǎn)油的品質(zhì)；設(shè)計微藻培養(yǎng)環(huán)境與收集方法來降低其生產(chǎn)成本。在眾多生物質(zhì)中，藻類具有生物量大，生長周期短，易培養(yǎng)，脂類物質(zhì)多等優(yōu)點(diǎn)。利用微藻生產(chǎn)生物柴油、制備熱裂解油作為新一代的生物燃料具有廣闊的發(fā)展前景。Biodiesel生物柴油定義？ 由動植物油脂（脂肪酸甘油三酯）與醇（甲醇或乙醇）經(jīng)酯交換反應(yīng)得到的脂肪酸單烷基酯。主要成分生物柴油與石化柴油對比辛烷值高可再生污染少閃點(diǎn)高低溫啟動性好第一代生物柴油酯交換法生產(chǎn)脂肪酸甲酯（FAME），同時產(chǎn)生副產(chǎn)物甘油改進(jìn)一用乙醇代替甲醇進(jìn)行酯交換生物 柴油生物 柴油文冠果文冠果是我國特有的一種優(yōu)良木本

10、食用油料樹種。文冠果種子含油率為30%-36%，種仁含油率為55%67%。其中不飽和脂肪酸中的油酸占52.8%-53.3%，亞油酸占37.8%39.4%，易被人體消化吸收。文冠果油種皮種仁果殼（主含纖維素半纖維素） （含油、皂苷、蛋白、淀粉） （主含纖維素半纖維素）油粕生物柴油高級食用油保健品皂苷類藥物精飼料產(chǎn)品植物蛋白產(chǎn)品蛋白飲料營養(yǎng)食品皂苷類藥物用于生產(chǎn)纖維素乙醇用于生產(chǎn)纖維素乙醇16 文冠果生物煉制技術(shù)SHFSSFSSCFCBP改進(jìn)二：第二代生物柴油通過動植物油脂為原料通過催化加氫生產(chǎn)的非脂肪酸甲酯工物柴油制備方法柴油摻煉油脂直接加氫脫氧 Ni-Mo/Al2O3 Co-Mo/Al2O3油

11、脂加氫脫氧異構(gòu)改進(jìn)三：第三代生物柴油利用非油脂類植物和微生物油脂研制生物柴油，這被稱作第三代生物柴油。微生物油脂生產(chǎn)生物柴油生物質(zhì)氣化合成生物柴油微生物油脂生產(chǎn)生物柴油生物質(zhì)原料 合成氣氣化系統(tǒng)氣體反應(yīng)系統(tǒng)Fischer-Tropsch synthesis催化加氫生物柴油氣體凈化系統(tǒng)和利用系統(tǒng)生物質(zhì)氣化合成生物柴油對比反思第一代生物燃料：糧食作物 高粱、玉米第二代生物燃料：非糧作物 纖維素 第三代生物燃料：藻類作物 微藻綜述原料產(chǎn)品工藝應(yīng)用第一代糧食作物生物柴油生物乙醇發(fā)酵法在發(fā)達(dá)國家已有廣泛應(yīng)用（巴西） 第二代非糧作物纖維素乙醇纖維素汽油催化加氫因成本問題未能廣泛應(yīng)用第三代藻類作物乙醇、丁醇

12、噴氣燃料柴油費(fèi)托工藝尚處開發(fā)階段作物特點(diǎn)糧食作物 種植范圍廣，油脂含量高 “與民爭糧”、干擾糧食生產(chǎn)非糧作物 成本低廉、產(chǎn)量大 不會干擾和危及糧食生產(chǎn)生產(chǎn)工藝第一代技術(shù)純熟，簡便易操作；原料成本高第二代原料成本低廉，設(shè)備成本高開放池塘法封閉環(huán)路系統(tǒng)法固化反應(yīng)器法對土地、淡水資源要求較低可利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳，減少環(huán)境污染 生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益微藻單位面積的產(chǎn)率高出高等植物數(shù)十倍，但不及太陽能電池作物產(chǎn)油量：加侖/英畝谷物18棉花35大豆48芥末籽61向日葵102油菜籽127麻瘋樹202棕櫚油635海藻（在15%TAG 下，收獲率10g/m2/d）1200海藻（在50%TAG 下，收獲率50g

13、/m2/d）10000各種原料及其產(chǎn)油潛力 在經(jīng)濟(jì)效益方面，相關(guān)學(xué)者根據(jù)以前開放型池塘微藻生產(chǎn)的研究，預(yù)測微藻生物燃油生產(chǎn)成本為39127美元/桶，按照2006年美元計價則相當(dāng)于50265美元/桶。他們分別運(yùn)行商業(yè)規(guī)模的2公頃面積的生物反應(yīng)器和開放型池塘微藻生產(chǎn)系統(tǒng)，評估生物燃油生產(chǎn)成本分別為84美元/桶和93美元/桶（2006年）。1020年后，當(dāng)世界能提供的石油快要耗盡時，微藻生物燃油作為高價石油的替代燃料（如頁巖油和瀝青砂油）具有更大的價格競爭力。如果考慮到全球變暖加劇，微藻生物燃油的價格競爭力更強(qiáng)。第三代生物燃料的應(yīng)用開發(fā)世界上首架使用純藻類生物燃料的“綠色”飛機(jī)美國能源部 2010年6月29日向三個研究財團(tuán)資助2400萬美元，以加速實現(xiàn)基于海藻的生物燃料的商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)?？沙掷m(xù)微藻生物燃料財團(tuán) 亞利桑那微藻生物燃料商業(yè)化財團(tuán) 加利福尼亞Cellana財團(tuán) 夏威夷荷蘭瓦赫寧恩（Wageningen）大學(xué)存在的問題1、藻類生長繁殖要求一定的條件，因此前期投資比較大 2、在最初培養(yǎng)