可再生能源有哪些

1．市场成熟度低，保障能力不足

尽管我国在建立可再生能源市场方面做了许多工作，但也还存在很多问题，主要表现在：对建立完善可再生能源市场的战略性、长期性和艰巨性的认识不足；由于成本相对过高以及产品自身特点原因，目前可再生能源还缺乏广泛的社会认同和完善的市场环境。

2．政策体系不完善，措施不配套

虽然我国颁布了可再生能源法，其制度建设要求也比较全面，但是政策措施和制度建设不配套，尚未完全适应可再生能源发展的要求。

主要是：

（1）各种可再生能源发展的专项规划或发展路线图未能及时出台，尚未形成明确的规划目标引导机制；

（2）缺乏市场监管机制，对于能源垄断企业的责任、权力和义务，没有明确的规定；也缺乏产品质量检测认证体系；

（3）可再生能源的规划、项目审批、专项资金安排、价格机制等缺乏统一的协调机制；

（4）规划、政策制定和项目决策缺乏公开透明度；

（5）缺乏法律实施的报告、监督和自我完善体系。

（6）缺乏可再生能源与社会和自然生态环境保护的协调发展保障机制和政策，特别是水电、生物质能还需要完善移民安置、土地利用和生态保护配套政策。

3．技术研发投入不足，自主创新能力较弱

为了尽快降低成本、克服电网等外部支撑条件的限制，必须依赖持续不断的技术创新和产业化应用。虽然我国在可再生能源利用关键技术研发水平和创新能力方面有所提高，但总体上和国外发达国家相比仍然明显落后，主要表现在：

（1）基础研究薄弱，创新性、基础性研究工作开展较少、起步较晚、水平较低，如光伏发电技术、纤维素制乙醇等技术，缺乏大规模发展所需的技术基础；

（2）缺乏强有力的技术研究支撑平台，难以支持科技基础研究和提供公共技术服务；

（3）缺乏清晰系统的技术发展路线和长期的发展思路，没有制定连续、滚动的研发投入计划；

（4）用于研发的资金支持明显不足。

4．产业体系薄弱，配套能力不强

我国近年来产业的快速发展是建立在国内外资金快速投入的基础之上。在技术上，我国仍落后于世界最先进水平，产品缺乏竞争力；在关键工艺、设备和原材料供应方面，仍严重依赖进口，受制于国外技术的垄断，如大型风电机组的轴承、太阳能电池的核心生产装备、纤维素乙醇所需的高效生物酶等。尽管近来经过努力，这些情况有了改观，但从产业长远发展考虑，产业体系薄弱仍是困扰行业发展的重要问题。

美国的科技一直走在前列，那就以美国为例，说说工业酶在新能源方面的科技进步。

节能环保是发展动力 2006年，美国工业酶市场规模为3.9亿美元（不包括医药行业）。预计到2013年，这一市场的规模将达到7.5亿美元，其间年均增长率为9.6%。

技术的更新将引领工业酶市场发展。节能降耗是推动美国工业酶市场发展的首要因素。美国总统在2007年的国情咨文演讲中提出，用《替代燃料标准》法案取代原有的《可再生燃料标准》法案。美国政府在新的标准中提出，至2017年，生物乙醇产量应达到全美年度汽油用量的15％，即350亿加仑。生物乙醇产业的发展促进了工业酶研发的巨额投入。诺维信和杰能科都在生物乙醇酶领域投入了更多的研发经费。

进入2007年，美国全国上下动作频频，大力促进纤维素乙醇技术的开发和纤维素乙醇的商业化生产。美国舆论认为，生物技术的应用由此进入了“第三次浪潮”

诺维信公司在基于生物技术的工业酶制剂和微生物制剂领域处于世界领先地位，在这两个领域全球市场份额均占40%，其业务是向以玉米为原料的燃料乙醇生产商提供各种酶制剂。近年来，它与美国能源部及国家可再生能源实验室合作开发以玉米秸秆等农林业剩余物为原料生产燃料乙醇的酶技术。

美国工业酶市场的竞争格局较为明朗，两家主要的生产商诺维信和杰能科占据了大部分的市场份额。

工业酶的产业链构成较为复杂。出于利用中游企业丰富的人力资源和既有分销渠道为客户服务的考虑，诺维信和杰能科等工业酶制造商多将产品出售给配方设计公司或者德固赛、巴斯夫、巴克曼等化工企业，后者再将制成的化学品销售给纺织、皮革、纸浆和造纸等行业的终端客户。工业酶制造商提供工业酶产品，下游的化工企业根据客户需求制造成品，这样的互补模式很好地利用了双方的长处。

作为间接供货方式的补充，部分工业酶制造商也直接向终端用户供货。但这种方式对制造商的整体实力、销售网络和直销经验等提出了更高的要求，只有居于领导地位的公司才可能采取这一方式，诺维信就借助其自身分销网络向皮革、纸浆和造纸行业的客户直接供货。

此外，终端应用行业的领军企业也在向上整合产业链。以洗衣粉行业和医药行业为例，汉高和花王分别在欧洲和亚洲洗衣粉市场占据首把交椅，这两家公司都生产洗衣粉酶供自家产品使用；而医药行业的巨头们对药用酶制造的垄断就更为彻底了。

在主流产业链之外，美国这一市场还存在着数量众多的服务商、独立工业酶制造和微生物培养商以及设备供应商。

市场发展面临挑战

然而，工业酶市场的发展也面临不少的挑战。特别是产品生命周期已处于成熟和衰退阶段的工业酶市场（如洗衣粉、纺织和制革）面临销售下滑的局面。

另一个限制市场壮大的重要因素来自于酶对人体的影响。因为工业酶具有生物活性，过量接触有可能导致人体出现不适反应。市场面临的其他挑战还包括产品质量、技术支持、客户需求、价格竞争力和质量一贯性。

未来价格仍将上涨

由于应用领域不同，每种工业酶的价格趋势有所不同。但总的来看，产品未来的价格都将缓慢上涨。这主要归因于美国市场原料、人工、电力和能源价格的不断提高。

2006年，美国纤维素酶的平均价格是7美元/千克，洗衣粉用酶的平均价格是10.9美元/千克。预计至2013年，纤维素酶价格随着生产成本上升会有上涨，但受制于纺织制造商控制成本的压力，上涨幅度将保持在每年2.0%左右。洗衣粉用酶新品的价格会高于现有产品，产品价格也将以每年2.0%左右的幅度上涨。

可作为能源的植物种类很多，主要是某些农作物及有机残留物，林木、森林工业残留物，藻类、水生植物也是有待开发的能源植物。使用植物作为能源，可以作为固体燃料，或借助科学方法转换为炭、可燃气或生物原油等。林业能源方面，培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强的树木在国外已受到重视。中国林业科学研究院试验研究，列出60余种能源植物。森林能源的利用方法有两种：通过干馏来提取煤气、焦油和炭；直接进行燃烧，石油植物也是近年来开辟的一个新领域。

石油是不可再生的能源，故它的枯竭是不可避免的，必然的。所以许多国家都在进行替代能源的研究，能源植物的研究便应运而生了。美国诺贝尔奖获得者卡尔教授，早在1984年就开发出首个人工石油植物，得到每公顷120-140桶原油的收成。美国现已种植石油植物达几百万亩之多，英国也开发了150万亩，而瑞士更制订计划利用植物石油取代全国半数石油消耗量。

欧洲和北美也大量种植多年生草本植物，作为燃料发电，如象草就是这样一种植物。英国还查明，草原网草，大网茅和高沙草等植物的生长速度快，是种植的重要能源植物。还有大戟科的大戟属，红雀珊瑚属和海漆属，也是理想的燃料植物。

树海桐，又叫石油果 ，是一种潜在的石油代用品。巴西的香波树，在树上挖个洞，油就会流出来。美国的黄鼠草，西海岸的巨型藻，澳大利亚的丛粒藻等也能提炼出石油来。

我国也不乏石油植物，如海南的汕楠树，还有桉树，都能高产石油。经科学家鉴定，有生产价值的能源植物，生长在亚太地区的，就有10多种草本植物，18种灌木，23种乔木和18种灌木。

富含类似石油成分的能源植物

续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等均属此类植物。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与石油成分极其相似，不需提炼就可以直接作为柴油使用，每一株树年产量高达40L。我国海南省特产植物油楠树的树干含有一种类似煤油的淡棕色可燃性油质液体，在树干上钻个洞，就会流出这种液体，也可以直接用作燃料油。

富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水化合物

利用这些植物所得到的最终产品是乙醇。这类植物种类多，且分布广，如木薯、马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料。

富含油脂的能源植物

这类植物既是人类食物的重要组成部分,又是工业用途非常广泛的原料。对富含油脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的有效途径。世界上富含油的植物达万种以上，我国有近千种，有的含油率很高，如桂北木姜子种子含油率达64.4%，樟科植物黄脉钓樟种子含油率高达67.2%。这类植物有些种类存储量很大，如种子含油达15%～25%的苍耳子广布华北、东北、西北等地，资源丰富，仅陕西省的年产量就达1.35万吨。集中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、黑沙蒿，种子含油16%～23%，蕴藏量高达50万t。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高等淡水植物也有很大的产油潜力。

用于薪炭的能源植物

这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作薪炭的树种，如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐等，有的地方种植薪炭林3~5年就见效，平均每公顷薪炭林可产干柴15t左右。美国种植的芒草可燃性强，收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃料用于电厂发电。

可再生能源的发展前景随着越来越多的国家采取鼓励可再生能源的政策和措施，可再生能源的生产规模和使用范围正在不断扩大，2007年全球可再生能源发电能力达到了24万兆瓦，比2004年增加了50%。2007年至少有60多个国家制订了促进可持续能源发展的相关政策，欧盟已建立了到2020年实现可持续能源占所有能源20%的目标，而中国也确立了到2020年使可再生能源占总能源的比重达到15%的目标。

自2006年1月可再生能源法实施以来，中国可再生能源已经进入快速发展时期。2007年中国可再生能源项目的投资总额已达到120亿美元，名列世界第二。2008年11月起陆续公布的4万亿投资计划中，也毫无悬念地出现了发展新型清洁能源的投资计划，天然气、核能、水能已经成为优先发展的目标。

根据中国中长期能源规划，2020年之前，中国基本上可以依赖常规能源满足国民经济发展和人民生活水平提高的能源需要，到2020年全国可再生能源利用总量将相当于6亿吨标准煤，对中国能源结构调整，减少温室气体排放，保护生态环境将发挥更大作用。

生产技术

生物柴油生产

化学法

国际上生产生物柴油主要采用化学法，即在一定温度下，将动植物油脂与低碳醇在酸或碱催化作用下，进行酯交 换反应，生成相应的脂肪酸酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相 同，生产过程中副产10%左右的甘油。但化学法生产工艺复杂，醇必须过量；油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油 得率及质量；产品纯化复杂，酯化产物难于回收，成本高；后续工艺必须有相应的回收 装置，能耗高，副产物甘油回收率低。使用酸碱催化对设备和管线的腐蚀严重，而且使用酸碱催化剂产生大量的废水，废碱（酸）液排放容易对环境造成二次污染等。

生物酶法

针对化学法生产生物柴油存在的问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即利用脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯乙酯。酶法合成生物柴油对设备要求较低，反应条件温和、醇用量小、无污染排放。需以大豆油为原料，采用固定化酶的工艺，酶用量为 油的30%，甲醇与大豆油摩尔比为12:1，反应温度40℃，反应10h生物柴油得率为92%。因酶成本高、保存时间短，使得生物酶法制备生物柴油的工业化仍不能普及。此外，还有些问题是制约生物酶法工业化生产 生物柴油的瓶颈，如脂肪酶能够有效地对长 链脂肪醇进行酯化或转酯化，而对短链脂肪醇转化率较低（如甲醇或乙醇一般仅为40%—60%）；短链脂肪醇对酶有一定的毒性，酶易失活；副产物甘油难以回收，不但对产物形成抑制，而且甘油也对酶也有毒性。

超临界法

即当温度超过其临界温度时，气态和液态将无法区分，于是物质处于一种施加任何压力都不会凝聚的流动状 态。超临界流体密度接近于液体，粘度接近于气体，而导热率和扩散系数则介于气体和 液体之间，所以能够并导致提取与反应同时 进行。超临界法能够获得快速的化学反应和很高的转化率。Kusdiana和Saka发现用 超临界甲醇的方法可以使油菜籽油在4min 内转化成生物柴油，转化率大于95%。但反 应需要高温高压，对设备的要求非常严格，在大规模生产前还需要大量的研究工作。

生物乙醇生产

生物乙醇的生产是以自然界广泛存在的纤维素、淀粉等大分子物质为原料，利用 物理化学途径和生物途径将其转化为乙醇的一种工艺，生产过程包括原料收集和处理、糖酵解和乙醇发酵、乙醇回收等三个主要部分。发酵法生产燃料酒精的原料来源很多，主要分为糖质原料、淀粉质原料和纤维素类物质原料，其中以糖质原料发酵酒精的 技术最为成熟，成本最低。木质纤维原料要先经过预处理再酶解发酵，其中氨法爆破（ammonia fiber explosion）技术， 被认为是最有前景的预处理方法。随着耐高温、耐高糖、耐高酒精的酵母的选育和底物流加工艺，发酵分离耦合技术的完善，工业 发酵酒精的成本还将越来越低。

生物质能源的“美”还在于它是可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源。它不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。

生物质能源的“美”还在于它可以有效促进能源农业的发展，能够助推社会主义新农村建设的发展。能源作物的大面积种植可以开发利用闲置的荒漠地、盐碱地，有利于这些质地差的土壤逐渐改良，更有利于农业产业结构调整，还可以培育出致力于可再生能源利用领域的新型农民。不仅如此，它还可以吸纳农村剩余劳动力，增加农民收入，农民的收入来源也变得更加多元化。

生物能源又称绿色能源,是指从生物质得到的能源,它是人类最早利用的能源.古人钻木取火,伐薪烧炭,实际上就是在使用生物能源.

“万物生长靠太阳”，生物能源是从太阳能转化而来的，只要太阳不熄灭，生物能源就取之不尽。其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环，理论上二氧化碳的净排放为零。生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此，利用高新技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容。

但是通过生物质直接燃烧获得的能量是低效而不经济的.随着工业革命的进程,化石能源的大规模使用,使生物能源逐步被煤和石油天然气为代表的化石能源所替代.但是,工业化的飞速发展,化石能源也被大规模利用,产生了大量的污染物,破坏了自然界的生态平衡,为了进行可持续发展,以及化石能源的弊端日益显现,生物能源的开发和利用又被人们所侧重. 张国宝会见美国能源部助理部长卡斯纳先生

因此,人类走向以生物能源开发利用为标志的可再生能源时代,意义十分重大:能大量利用农村的土地,提高农民收入.直接增加能源供给,改善大气环境,使二氧化碳的排放与吸收形成良性循环,缓解二氧化碳排放的压力.当前生物能源的主要形式有沼气,生物制氢,生物柴油和燃料乙醇.

沼气是微生物发酵秸秆,禽畜粪便等有机物产生的混合气体,主要成分是可燃的甲烷.生物氢可以通过微生物发酵得到,由于燃烧生成水,因此氢气是最洁净的能源.生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料,作为柴油的替代品更加环保.燃料乙醇是植物发酵时产生的酒精,能以一定比例掺入汽油,使排放的尾气更清洁.虽然现在的主要能源还是化石能源,但是生物能源的前途无量.虽然生物能源的开发利用处于起步阶段,生物能源在整个能源结构中所占的比例还很小,但是其发展潜力不可估量.以我国为例,目前全国农村每年有7亿吨秸秆,可传化为1亿吨的酒精.南方有大量沼泽地,可以种植油料作物,发展生物柴油产业.加上禽畜粪便,森林加工剩余物等.我国现有可供开发用于生物能源的生物质资源至少达到4.5亿吨标准煤,相当于我国2000年全部一次能源消费的40%.

生物能源的开发利用,可带来以可持续发展为目标的循环经济.以巴西以例,垃圾正在变成有价值的能源.根据巴西有关行业协会统计,2004年巴西回收铝易拉罐90亿个,回收率达到96%,居世界第一.其他各类垃圾的回收率也居世界前列,创造了循环经济模式.回收的垃圾,根据分类,被用于不同的方面,其中大部分非金属类的垃圾均可以转化为能源.生物能源作为绿色能源,具有可再生的特点,而化石能源却是不可再生能源,这是生物能源的一大优势.根据估算,地球的石油枯竭期最多可延长到百年,而对于中国这个石油资源相对贫乏的国家来说,石油稳定供给不会超过20年.而生物能源主要利用淀粉质生物如植物,薯类,作物秸秆等加工成其他燃料,从大范围来看具有大量的来源.据专家估计,全球每年产生的生物质能的储量为1800亿吨,是取之不尽,用之不竭的资源.因此,生物能源在将来大有可为,尤其是在石油供应紧张的时候,生物能源将大显身手.

面对如此数量巨大的生物质资源,如何提高生物能源的开发利用水平也是一个科学性的问题.在化石能源仍为主要能源的时代,生物能源的开发技术也异常重要,因为化石能源是不可再生能源.以 生物能源和生物化工非粮引导政策文件我国为例,国内大约有20亿亩荒山荒地可用于发展能源农业和能源林业,而且我国的产能微生物研究,生物转化研究,过程与设备研究等已趋成熟,石油替代产品的开发技术也具备进行大规模工业化生产的条件.因此,政府应适应形势发展的需要,制定生物能源的发展政策焉规划,合理利用各种手段来支持和推进生物能源的开发利用.应借鉴国外的成功经验,与我国的实际相结合,极大地推动生物能源的开发利用.

21世纪是生物的世纪,是科学技术飞速发展的新世纪,可持续发展是当前经济发展的趋势所在.面对化石能源的枯竭和环境的污染,生物能源的开发利用为经济的可持续发展带来了曙光.生物能源作为可再生,污染极小的能源,具有无可比拟的优越性,必将为21世纪的经济发展和环境保护注入强大的推动力.

随着人类活动对自然平衡破坏产生的一系列环境、能源和人口健康问题，人们认识到可持续发展是人类社会生存的根本，而生物技术在可持续发展中正显示着不可替代的重要作用。其中，极端微生物更以其耐受其他生物无法承受的如高温、低温、高盐碱、高辐射等极端环境的不可比拟的优势，为人类提供着不可替代的资源。

日前，中科院微生物所研究员黄力、东秀珠向记者介绍了极端微生物的经济和环境前景。

目前，极端微生物的酶和代谢产物已成为生物技术创新的源泉之一，并已经创造了财富。仅就嗜热酶而言，由于它们的热稳定性和对化学变性剂的抗性、高温酶促反应所允许的高底物浓度、低黏稠度和低污染率，及在中温受体生物中表达时易于纯化，使得它们具备了潜在的应用优势。

目前在国际上已经实现大规模产业化的极端酶有两个，一个是嗜热菌产生的聚合酶，年销售利润达到上亿美元；另一个是嗜碱菌产生的一种纤维素酶作为洗涤剂的添加剂，已有数十亿美元的全球市场。

此外，嗜盐古菌的质子泵“紫膜”蛋白，由于在吸收1个光子并泵出1个质子的过程中，伴随着一系列中间态的出现并产生电场变化，已成为目前光电响应元件，和生物信息贮存领域最具开发前景的生物纳米材料。极端嗜盐菌的PHA是合成生物可降解塑料的前体，将成为用于降低环境白色污染的有效途径。

与化学方法相比，生物催化的优点是反应条件温和及高选择性，但正是这些优点又限制了生物催化的能力与应用范围。许多工业过程需要高压、高温、低温、高盐碱或有机溶剂，而一般生物催化剂难以在此苛刻的化学过程中保持催化能力与稳定性。极端微生物的特殊生理功能有望使生物催化突破这个屏障。

因此，极端微生物特殊的产物有可能形成新的产业方向，其特殊的功能和适应机制，是改造传统生产工艺和提升生物技术的有效途径。

由于工业污水的大量排放，我国1200条河流中已有80%受到不同程度的污染。现阶段环境生物技术的核心是微生物技术，依靠微生物的生物净化、生物转化和生物催化作用，实现污染治理、清洁生产和可再生资源利用。然而，污染环境往往属于极端环境，使得普通微生物，甚至是在实验室构建的工程菌在实际应用中不能发挥作用。如造纸工业中的化学漂白产生大量有毒、致癌的含氯废水，生物漂白技术是造纸业实现清洁生产的发展方向。利用嗜碱菌产生的木聚糖酶，由于其在高酸碱和高温时的活力，显示了普通酶无法比拟的优越之处，正在成为关注和开发的目标。

工业生产中的有机废物废水、生活垃圾污水、农业废弃物，既是巨大的环境污染源，又是再生能源的主要资源。据统计，我国农作物秸秆年产出量超过6亿吨，相当于3亿吨标准煤，或折算为电能可达人均50万瓦，是目前世界人均能耗的420倍。秸秆、废渣等在高温、酸、碱等条件下易于处理，极端微生物及其极端酶能够在此类极端环境中实现普通微生物不能完成的对纤维素半纤维素的有效转化。利用微生物混合菌群，尤其是嗜碱和嗜热微生物或产甲烷菌的合理组合，有望直接从秸秆发酵产生乙醇或甲烷，实现环境整治和可再生能源的有机结合。

酒精是理想的清洁能源，但目前的酒精发酵仍存在乙醇浓度低、发酵周期长、生产菌株耐受乙醇浓度低的问题，严重影响着产量。利用高温菌的高温酒精发酵，可实现发酵和蒸馏的同步化，提供了解决上述关键问题的新思路、新途径和新技术，可望大大降低生产成本，其产生的效益将达到数亿元。

我国地理环境复杂多样，高寒、干旱和高盐碱地区面积广大，限制了农业生产。极端微生物能够耐低温、耐高盐碱、及耐干旱等极端环境的特殊功能基因，如嗜盐、嗜碱菌能够在5%以上的盐浓度到饱和盐度的环境中生活，耐辐射球菌不仅可耐受比人高几万倍的辐射量，而且具有耐干旱的特性，研究发现一个和DNA修复相关的调控基因，同时控制着该菌对干旱的耐受力。因此极端微生物将是我国大面积的盐碱地生物改造、高温高盐碱环境的污染治理的重要基因资源。

生物柴油的主要特性

众所周知，柴油分子是由15个左右的碳链组成的，研究发现植物油分子则一般由14-18个碳链组成，与柴油分子中碳数相近。因此生物柴油就是一种用油菜籽等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化学成分分析，生物柴油燃料是一种高脂酸甲烷，它是通过以不饱和油酸C18为主要成分的甘油脂分解而获得的.与常规柴油相比，生物柴油具有下述无法比拟的性能：

1.具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30%(有催化剂时为70%)；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低94%的患癌率；由于生物柴油含氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相比减少约10%(有催化剂时为95%)；生物柴油的生物降解性高。

2.具有较好的低温发动机启动性能。无添加剂冷滤点达-20℃。

3.具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长。

4.具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的安全性又是显而易见的。

5.具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。

6.具有可再生性能。作为可再生能源，与石油储量不同，其通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。

7.无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。

8.生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。

生物柴油的优良性能使得采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲II号标准，甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲Ⅲ号排放标准。而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳，从而改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。因而生物柴油是一种真正的绿色柴油。

生物柴油的生产方法

目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和高温(230-250℃)下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。

目前生物柴油的主要问题是成本高。据统计，生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。美国己开始通过基因工程方法研究高油含量的植物，日本采用工业废油和废煎炸油，欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。

但化学法合成生物柴油有以下缺点：工艺复杂，醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高：色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，成本高；生产过程有废碱液排放。

为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。但目前主要问题有：对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%-60%。由于目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低，而且短链醇对酶有一定毒性，酶的使用寿命短。副产物甘油和水难于回收，不但对产物形成抑制，而且甘油对固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短。

“工程微藻”生产柴油，为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上。而一般自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适的分子载体，使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步将修饰的ACC基因引入微藻中以获得更高效表达。利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意义和生态意义，其优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境，发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。

国外生物柴油的发展状况

生物柴油于1988年诞生，由德国聂尔公司发明，它是以菜籽油为原料，提炼而成的洁净燃油。突出的环保性和可再生性，引起了世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。西方国家为发展生物柴油，在行业规范和政策鼓励下采取了一系列积极措施。为了便于推广使用，美德意等国都制定了生物柴油技术标准，如美国权威机构ASTM相继在1996年和2000年发布标准，完善生物柴油的产业化条件，并且政府实行积极鼓励的方式，在生物柴油的价格上给于一定的补贴。如德国农民种植为生物柴油作原料的油菜籽可获得1000马克／公顷补贴，并对制造生物柴油予以免税。

欧洲和北美利用过剩的菜籽油和豆油为原料生产生物柴油获得推广应用。目前生物柴油主要用化学法生产，采用植物油与甲醇或乙醇在酸或碱性催化剂和230-250℃下进行酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯生物柴油。现还在研究生物酶法合成生物柴油技术。与普通柴油相比，生物柴油更有利环保，使柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1／10，颗粒物为20%，C02和CO排放量仅为10%。按照京都议定书，欧盟2008-2012年间要减少排放8%。就燃料对整个大气C02影响的生命循环分析看，生物柴油排放的C02比矿物柴油要少约50%。为此，欧盟最近发布了两项新的指令以推进生物燃料在汽车燃料市场上的应用，这将进一步推动欧洲生物柴油工业的发展。与常规柴油相比，生物柴油价格要贵一倍以上，为此新指令要求欧盟各国降低生物柴油税率，并对生物柴油在欧洲汽车燃料中的销售比例作出规定。

西方国家生物柴油产业发展迅速。近年来，西方国家加大生物柴油商业化投资力度，使生物柴油的投资规模增大，开工项目增多。美国、加拿大、巴西、日本、澳大利亚、印度等国都在积极发展这项产业。目前，美国有4家生物柴油生产厂，总能力为30万吨／年。欧盟国家主要以油菜为原料，2001年生物柴油产量已超过100万吨。2000年德国的生物柴油已达45万吨，德国还于2001年月11日在海德地区投资5000万马克，兴建年产10万吨的生物柴油装置。法国有7家生物柴油生产厂，总能力为40万吨／年，使用标准是在普通柴油中掺加5%生物柴油，对生物柴油的税率为零。意大利有9个生物柴油生产厂，总能力33万吨／年，对生物柴油的税率为零。奥地利有3个生物柴油生产厂，总能力5.5万吨／年，税率为石油柴油的4.6%。比利时有2个生物柴油生产厂，总能力24万吨／年。日本生物柴油生产能力也达到40万吨／年。

我国生物柴油的发展状况

我国政府为解决能源节约、替代和绿色环保问题制定了一些政策和措施，早有一些学者和专家己致力于生物柴油的研究、倡导工作。我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良及其加工工艺和设备。目前各方面的研究都取得了阶段性成果，这无疑将有助于我国生物柴油的进一步研究与开发。可以预计，在2-3年内，我国在该领域的研究将会有突破性进展并达到实用水平。

著名学者闵恩泽院士在《绿色化学与化工》一书中首先明确提出发展清洁燃料生物柴油的课题：原机械工业部和原中国石化总公司在上世纪80年代就拨出专款立项，由上海内燃机研究所和贵外I山地农机所承担课题，联合研究长达10年之久，并邀请中国石化科学院的专家詹永厚做了大量基础试验探索；中国农业工程研究设计院的施德路先生也曾于1985年进行了生物柴油的试验工作；辽宁省能源研究所承担的中国——欧共体合作研究项目也涉及到生物柴油；中国科技大学、河南科学陆军化学所等单位也都对生物柴油作了不同程度的研究。

系统研究始于中国科学院的“八五”重点科研项目：“燃料油植物的研究与应用技术”，完成了金沙江流域燃料油植物资源的调查及栽培技术研究，建立了30公顷的小桐子栽培示范片。自20世纪90年代初开始，长沙市新技术研究所与湖南省林业科学院对能源植物和生物柴油进行了长达10年的合作研究，“八五”期间完成了光皮树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性的研究；“九五”期间完成了国家重点科研攻关项目“植物油能源利用技术”。

1999-2002年，湖南省林业科学院承担并主持了国家林业局引进国外先进林业技术(948项目)——《能源树种绿王树及其利用技术的引进》，从南非、美国和巴西引进了能源树种绿玉树(Euphorbia tim-calli)优良无性系；研制完成了绿玉树乳汁榨取设备；进行了绿玉树乳汁成份和燃料特性的研究：绿玉树乳汁催化裂解研究有阶段性成果。

但是，与国外相比，我国在发展生物柴油方面还有相当大的差距，长期徘徊在初级研究阶段，未能形成生物柴油的产业化：政府尚未针对生物柴油提出一套扶植、优惠和鼓励的政策办法，更没有制定生物柴油统一的标准和实施产业化发展战略。因此，我国进入了WTO之后，在如何面对经济高速发展和环境保护和双重压力这种背景下，加快高效清洁的生物柴油产业化进程就显得更为迫切了。

我国生物柴油的产业化前景

2003年，受国民经济持续快速增长的拉动，中国石油市场需求增势强劲，石油产品需求总量增长幅度达到两位数，为11.4%，比上年提高了7.4个百分点，这促进了石油进口量的大幅攀升，使我国成为石油消费和进口大国。石油市场资源供应出现紧缺，价格全面上涨。据中国物流信息中心统计，2003年我国石油及制品累计平均价格比上年提高11.8%。初步分析2004年中国石油市场供需形势与2003年情况基本相似，将继续保持消费需求旺盛，供需基本平衡的格局，但不排除受季节、运输等因素影响而出现局部性和结构性的供应紧张。预计2004年中国原油消费量为2.7亿吨，净进口量有可能超过1亿吨。

我国是一个石油净进口国，石油储量又很有限，大量进口石油对我国的能源安全造成威胁。因此，提高油品质量对中国来说就更有现实意义。而生物柴油具有可再生、清洁和安全三大优势。专家认为，生物柴油对我国农业结构调整、能源安全和生态环境综合治理有十分重大的战略意义。目前，汽车柴油化已成为汽车工业的一个发展方向，据专家预测，到2010年，世界柴油需求量将从38%增加到45%，而柴油的供应量严重不足，这都为油菜制造生物柴油提供了广阔的发展空间。发展生物柴油产业还可促进中国农村和经济社会发展。如发展油料植物生产生物柴油，可以走出一条农林产品向工业品转化的富农强农之路，有利于调整农业结构，增加农民收入。

柴油的供需平衡问题也将是我国未来较长时间石油市场发展的焦点问题。业内人士指出，到2005年，随着我国原由加工量的上升，汽油和煤油拥有一定数量的出口余地，而柴油的供应缺口仍然较大。预计到2010年柴油的需求量将突破1亿吨，与2005年相比，将增长24%；至2015年市场需求量将会达到1.3亿吨左右。近几年来，尽管炼化企业通过持续的技术改造，生产柴汽比不断提高，但仍不能满足消费柴汽比的要求。目前，生产柴汽比约为1.8，而市场的消费柴汽比均在2.0以上，云南、广西、贵州1等省区的消费柴汽比甚至在2.5以上。随着西部开发进程的加快，随着国民经济重大基础项目的相继启动，柴汽比的矛盾比以往更为突出。因此，开发生物柴油不仅与目前石化行业调整油品结构、提高柴汽比的方向相契合，而且意义深远。

目前我国生物柴油技术已取得重大成果：海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司都已开发出拥有自主知识产权的技术，相继建成了规模超过万吨的生产厂，这标志着生物柴油这一高新技术产业已在中国大地上诞生。

中国工程院有关负责人介绍，中国“十五”计划发展纲要提出发展各种石油替代品，将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。生物柴油产业得到了国务院领导和国家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的支持，并已列入有关国家计划。

发展生物柴油，我国有十分丰富的原料资源。我国幅员辽阔，地域跨度大，水热资源分布各异，能源植物资源种类丰富多样，主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夹竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大风子科和萝摩科等。目前我国生物柴油的开发利用还处于发展初期，要从总体上降低生物柴油成本，使其在我国能源结构转变中发挥更大的作用，只有向基地化和规模化方向发展，实行集约经营，形成产业化，才能走符合中国国情的生物柴油发展之路。随着改革开放的不断深入，在全球经济一体化的进程中，在中国加入WTO的大好形势下，中国的经济水平将进一步提高，对能源的需求会有增无减，只要把关于生物柴油的研究成果转化为生产力，形成产业化，则其在柴油引擎、柴油发电厂、空调设备和农村燃料等方面的应用是非常广阔的。

信息来源：北京燕山石化公司研究院信息中心

参考资料：http://info.oil.hc360.com/html/001/002/003/113233.htm

而生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池。

它的研究始于上世纪50年代,最初人们希望利用人的体液或代谢物实现电能转换,应用于人体内微型电源或在航天飞行中处理宇航员的生活垃圾等。生物燃料电池最早出现在1964年,为植入体内的心脏起博器提供电源,但由于电池产生电量小而没有实现市场化。1980年代,研究人员试图用生物燃料电池从天然作物的废弃物中产生电能,出现了采用固定酶电极和电子介体的生物燃料电池。近年来,固定化酶电极技术取得很大进展,如分子自组装方法、溶胶-凝胶法以及氧化还原聚合物(redoxpolymer)的设计与合成等先后应用于生物燃料电池研究中,得到无膜生物燃料电池。这不仅在电池的输出功率、微生物或酶活性的保持等方面有了较大提高,同时体积更加微型化,使生物燃料电池的研究进入新一轮活跃期。生物燃料电池能量转化效率高、生物相容性好、原料来源广泛、可以用多种天然有机物作为燃料,是一种真正意义上的绿色电池。它在医疗、航天、环境治理等领域均有重要的使用价值,如糖尿病、帕金森氏病的检测、辅助治疗以及生活垃圾、农作物废物、工业废液的处理等。同时生物原料贮量巨大、无污染、可再生,因此生物燃料电池产生的电能也是一个潜力极大的能量来源。它可以直接将动物和植物体内贮存的化学能转化为能够利用的电能。近年来随着对可再生能源和人体医疗技术发展的要求,生物燃料电池逐渐引起更广泛的关注。

生物燃料电池可以分为直接使用酶的酶燃料电池和间接利用生物体内酶的微生物燃料电池。虽然生物燃料电池具有酶燃料电池所不具备的优点,如长期工作稳定性好以及对燃料的催化效率较高等,并且由于在传质过程受到生物膜的阻碍导致电能转换效率较低。虽然酶燃料电池中酶在生物体外催化活性保持比较困难,电池稳定性差,但由于酶催化剂浓度较高并且没有传质壁垒,因此有可能产生更高的电流或输出功率,在室温和中性溶液中工作,满足一些微型电子设备或生物传感器等对电能的需求。

结构

图1是一个两极室酶燃料电池的基本结构模型。用电子介体修饰的葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4,GOx)电极作为电池的阳极,固定化微过氧化物酶-11(MP-11)电极作阴极。电池工作时,在GOx的辅因子FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)的作用下葡萄糖转化为葡萄糖酸内酯并最终转化为葡萄糖酸,产生的电子通过介体转移到电极上,H+透过隔膜扩散到阴极区在阴极区,H2O2从电极上得到电子,在MP-11的作用下与H+反应,生成H2O2