植物油燃料

宋洪川　张无敌　董锦艳

　　许多人认为，植物油，包括食用油和非食用油，作为一类替代能源是自然的选择。早在1900年巴黎博览会上，德国工程师鲁道夫·迪塞就曾使用花生油作发动机燃料；70年代末，石油制造商将汽油与发酵玉米胚芽中的乙醇混合，生产出清洁的混合燃料，这种燃料至今还在使用；80年代以来，全世界众多科技工作者在各方面深入进行植物油直接或深加工后作为内燃机用燃料的研究，对产油植物的种类和分布以及所产油的性质进行了分析，研究植物油作为燃料的技术可行性，特别是作柴油机燃料的可行性，揭示了某些植物油是柴油的理想替代燃料。
　　植物广泛分布在世界的各个角落，同样产油植物也分布广泛，种类多达千种。产油植物主要包括大戟科、蔓摩科、夹竹桃科、桑科、菊科、桃金娘科和豆科等植物。有的产油量大，所产油在燃料性能方面接近普通柴油，如油桐、小桐子、光皮树、油楠树等；有的繁殖能力强，生长周期短，生长量大，对环境的适应性强，如续随子、藿藿巴树、蒲公英、油莎草等。这些都是有前途的产燃料油植物。
　　我国植物资源丰富，产油植物有400余种，主要有花生、油菜、芝麻、向日葵、芥籽、棉、大豆、蓖麻等草木产油植物以及油茶、油桐、乌桕、油棕、小桐子、光皮树等木本产油植物。油菜主要产区在长江流域，是我国产量最大的油料作物，油菜籽含30～40％油；棉花是我国主要的农作物，主要产区有15个省、市，棉籽含17～23％油；油茶广泛分布在南方14个省、区，茶籽仁含油43～59％；油桐遍布南方各省，桐籽仁约含油62％；乌桕产地有10多个省、区，其籽含油43.3～55.5％，被称为“中国植物牛脂”；小桐子是一种小灌木，四川、云南等地盛产，种子含油60％。
　　植物油因种类、生长地区的不同存在着一些差别。从总体上看，植物油的主要化学成分是脂肪酸甘油酯以及少量非酯物质，含有碳原子、氢原子与氧原子，脂肪酸有饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸。普通柴油由不同结构的烃分子构成，这些分子只含碳原子和氢原子，分子呈长链状、枝状或环状。油分子的特性直接影响燃烧的方式。
　　植物油能否用于内燃机取决于其理化性能，尤其是热值、粘度、挥发性、着火性等指标。植物油具有比较高的热值(大于30000kJ/kg)，一般比柴油稍低，从热值上看植物油可以替代柴油作燃料；在常温下，植物油的粘度都比较大，这是植物油直接用作燃油的一个最不利因素，但可以增加温度使植物油粘度迅速降低，也可采取掺入柴油的方式来降低植物油粘度；植物油不易挥发，其着火点比柴油高(除桉树油外)，出现点火困难的现象，但运输、贮存更为安全。
　　植物油，除了可直接用作内燃机燃料或与柴油适量混合使用外，还可以进一步将植物油(脂肪酸甘油酯)转化为甲酯或乙酯类物质。燃用植物油，柴油机不需做任何改进，不需添加防爆剂等，动力性能良好，超负荷性能好，热效率高，但由于植物油具有粘度大、着火点高、挥发性差、浊点和混浊度高、含磷等不利因素，柴油机会出现活塞环粘结、输油管或滤清器阻塞、冷起动难、雾化不良、燃烧不完全、耗油量大等现象，长期使用将造成积碳严重等问题。将植物油与适量柴油混合使用，着火点迅速下降，积碳量减少，能改善燃料性能，但替代程度不高，最高只能替代50％。用酯化工艺把植物油转变为甲酯或乙酯类物质，其理化性质与燃烧性能大为改善，粘度降低，挥发性增大，常温下起动性能良好，运转平稳，燃烧状况良好，积碳减少，热效率高，高负荷时还稍高于柴油，略增加油量就可达到额定功率，发动机零部件磨损与柴油类似，排热、排烟降低，各种性能均优于直接燃用植物油，接近柴油，部分指标还优于柴油，是较为理想的柴油机代用燃料。
　　植物油能用于现有的发动机，它比其它石油替代品更具优势，如天然气等的燃烧性能与柴油差距很大，不能直接用于传统发动机。同石油产品比较，用植物油对环境的污染更少，燃烧时产生的悬浮粒子、挥发性有机化合物、聚芳香烃和二氧化碳等污染物的数量比普通柴油少，但产生的氮氧化物数量高于柴油。在标准化试验中，70～80％的植物油生物降解为小有机分子、二氧化碳和水，而传统的润滑油，只有20～40％被生物降解。另外，植物油不含硫，较少造成酸雨。同时，植物油是可再生能源，有利于缓解大气的温室效应，一方面产油植物的生长固定了太阳能，吸收了大气中的二氧化碳，当植物生长总量与植物油总消耗量相等时，大气中的二氧化碳量不会因燃用植物油而增加，当生长量大于消耗量时，大气中的二氧化碳量会因此降低；另一方面各种产油植物的栽种与繁殖有利于水土保持。
　　在美国，农场主们希望植物油开发获得成功，以扩大农作物市场和农产品综合利用的深度，增加经济效益，美国农业部国家农业应用研究中心的科研人员正在进行这方面的研究。同样，在我国，植物油及其各种深加工燃料作为内燃机代用燃料的研究试验也越来越深入，取得了一定成果，但有些关键、难点问题还需进行试验研究。在化石能源日渐枯竭的形势下，植物油燃料是一种有前途、有希望的代用燃料。