從地溝油到生物柴油，還需做到六個統(tǒng)籌：統(tǒng)籌生物柴油規(guī)劃布局、統(tǒng)籌使用廢棄油脂、統(tǒng)籌技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)籌市場機制、統(tǒng)籌財稅政策、統(tǒng)籌監(jiān)管。
近年來，生物柴油成為國際新能源研究的熱點。不過，生物柴油也曾讓清華大學(xué)化工系教授劉德華一度非常失望，他在12月1日于北京舉辦的2018年中國清潔能源行業(yè)年會生物柴油論壇上坦言，“任何一個新能源領(lǐng)域的發(fā)展，離開政府強有力的政策支持，都做不起來。”
讓劉德華重拾信心的是近年來相關(guān)政策的不斷出臺，尤其是2017年出臺的國家標(biāo)準(zhǔn)《B5柴油》(GB 25199-2017)是我國第一代生物柴油的國家標(biāo)準(zhǔn)，也是我國第一個生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，為我國生物柴油的大規(guī)模發(fā)展和利用開啟了政策之門。
而劉德華帶領(lǐng)的酶法生物柴油研究及產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新團隊也為生物柴油的制備貢獻(xiàn)了新的方法和技術(shù)。經(jīng)過十多年的研究，其團隊研發(fā)了酶促轉(zhuǎn)化制備生物柴油關(guān)鍵技術(shù)和裝備。該項技術(shù)主要是將潲水油、地溝油等非食用油脂原料轉(zhuǎn)化成生物柴油能源和生物基礎(chǔ)材料，與傳統(tǒng)工藝相比具有綠色環(huán)保、節(jié)約能源、轉(zhuǎn)化率高等特點。目前相關(guān)技術(shù)和裝備已顯示出良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
酶法工藝凸顯
“生物柴油是指由動植物油脂(大豆油、菜籽油、廢食用油等)與一些短鏈的醇(常用甲醇)在催化劑的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)酶反應(yīng)后，生成的長鏈脂肪酸酯類物質(zhì)。”劉德華給出了生物柴油的化學(xué)定義，“從制備方法來看，生物柴油的生產(chǎn)方法可分為化學(xué)法、超臨界法和生物酶法。”
均向化學(xué)催化法制備生物柴油是最廣泛采用的工業(yè)化生產(chǎn)工藝，即利用動植物油脂與甲醇在均相酸或堿催化劑作用下發(fā)生酯化或轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，生成脂肪酸甲酯(生物柴油)。
“雖然技術(shù)成熟，但局限性同樣很明顯。”劉德華表示，首先生產(chǎn)過程污染嚴(yán)重，反應(yīng)過程會有廢酸、廢堿排放，生產(chǎn)過程需要大量水來清洗;另外，使用堿性催化劑時對原料油要求苛刻，油脂里的游離脂肪酸及水含量必須非常低，原料油預(yù)處理工藝復(fù)雜。
超臨界法制備生物柴油則較為綠色，過程中無需溶劑和催化劑，后續(xù)分離和純化工藝簡單，對油脂原料的品質(zhì)要求也并不嚴(yán)格，并且反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率高、無污染。“但是超臨界狀態(tài)的實現(xiàn)條件較為苛刻，對設(shè)備制作及運行要求很高，投資及運行成本高。”劉德華指出。
他介紹，生物酶法制備生物柴油具有反應(yīng)條件溫和、對原料油品質(zhì)要求較低、無需復(fù)雜的預(yù)處理工藝、產(chǎn)品分離回收簡單、無污染排放等優(yōu)點。
技術(shù)之外，原料是生物柴油發(fā)展的另一瓶頸。“整合地溝油行業(yè)，打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，使地溝油得到循環(huán)利用，用地溝油生產(chǎn)生物柴油，不僅給地溝油找到了一個容易監(jiān)管的安全出路，在保障食品安全的同時，助力京津冀大氣污染治理，還解決了生物柴油廠無米下鍋的問題，一舉三得。”北京清潔燃料行業(yè)協(xié)會副會長、本次論壇組織者宋建國表示。
攻克技術(shù)瓶頸
雖然生物酶法合成生物柴油具有反應(yīng)條件溫和、醇用量小、無污染物排放等優(yōu)點，但傳統(tǒng)酶法工藝中反應(yīng)物甲醇容易導(dǎo)致酶失活、副產(chǎn)物甘油影響酶反應(yīng)活性及穩(wěn)定性，從而使得酶的使用壽命太短，導(dǎo)致酶的使用成本過高，經(jīng)濟上難以與化學(xué)方法相競爭，這也是實現(xiàn)酶法產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)生物柴油的關(guān)鍵瓶頸。
清華大學(xué)發(fā)明的新工藝可以完全解除甲醇和甘油對脂肪酶的抑制，成百倍地延長酶的使用壽命。
針對傳統(tǒng)酶法工藝瓶頸問題，清華課題組提出利用新型有機介質(zhì)體系進行酶促油脂原料和甲醇進行生物柴油制備的新工藝，解除了傳統(tǒng)工藝中反應(yīng)物甲醇及副產(chǎn)物甘油對酶反應(yīng)活性及穩(wěn)定性的負(fù)面影響，大大延長了酶的使用壽命。另外，在該新工藝中，脂肪酶不需任何處理就可直接連續(xù)循環(huán)使用，并且表現(xiàn)出相當(dāng)好的操作穩(wěn)定性。
劉德華同時指出，生物柴油產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，還將帶來一個嚴(yán)峻的問題，那就是副產(chǎn)物甘油的出路。清華大學(xué)已經(jīng)成功解決了副產(chǎn)物甘油的深度加工問題，率先提出利用生物轉(zhuǎn)化的方法直接將生物柴油副產(chǎn)物甘油(不需經(jīng)過任何處理)發(fā)酵生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品1，3—丙二醇(PDO)，進而實現(xiàn)了兩個生物轉(zhuǎn)化過程的高效耦合，顯著提升了整個過程的綜合經(jīng)濟效益。
劉德華坦言，下一步，他將尋求有實力有遠(yuǎn)見的企業(yè)合作，“生物柴油潛力很大，如果有企業(yè)與我合作，整個生產(chǎn)線上所有的設(shè)備都是可以國產(chǎn)的”。
推動地溝油循環(huán)利用
一項產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)總是百花齊放，酶法新工藝固然有進步性，但傳統(tǒng)工藝歷經(jīng)多年的研究和改進，更趨完善和成熟。
唐山金利海生物柴油股份有限公司采用的就是化學(xué)法。“技術(shù)經(jīng)過更新?lián)Q代，生物柴油轉(zhuǎn)化率不斷提高，目前正常運行的生產(chǎn)線，不僅產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計能力，綜合能耗遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且所用原料除水雜外全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。”該公司董事長李艾軍表示。另外，檢測技術(shù)和清潔生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新，也為唐山金利海被確定為全國循環(huán)經(jīng)濟標(biāo)準(zhǔn)化試點示范單位加分。
河北金谷再生資源開發(fā)有限公司采用的高溫中酯化工藝則屬于超臨界法。“采用這種工藝，河北金谷實現(xiàn)了連續(xù)自動化生產(chǎn)，原料適應(yīng)廣、運行穩(wěn)定、收率提高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且不造成二次污染。”該公司總經(jīng)理趙匯行表示。
對地溝油收運過程做過詳細(xì)調(diào)研的劉德華認(rèn)為，“地溝油做生物柴油不是技術(shù)的問題，而是政策問題。”
“盡管推廣使用生物柴油意義重大，但仍然存在諸多問題，尤其是缺乏國家層面的協(xié)調(diào)機制。”原國家能源局副局長吳吟建議，應(yīng)盡快制訂生物柴油的計劃，建立生物柴油原料供應(yīng)保障機制，暢通銷售渠道，加快推廣應(yīng)用試點示范建設(shè)，完善生物柴油的產(chǎn)業(yè)扶持政策。
北京市政府參事王維平表示，京津冀廢棄油脂、生物柴油行業(yè)借助現(xiàn)有資源，統(tǒng)籌布局，充分發(fā)揮社會組織作用，設(shè)立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和產(chǎn)業(yè)基金，建設(shè)上下游企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，整合行業(yè)資源，推動相關(guān)政策落地，地溝油循環(huán)利用治霧霾的愿景就有可能實現(xiàn)。
宋建國強調(diào)，從地溝油到生物柴油，還需做到六個統(tǒng)籌：統(tǒng)籌生物柴油規(guī)劃布局、統(tǒng)籌使用廢棄油脂、統(tǒng)籌技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)籌市場機制、統(tǒng)籌財稅政策、統(tǒng)籌監(jiān)管。
