什么是生物柴油？揭秘原理以及优缺点

生物柴油是由生物质而非石油（石油柴油）制成的柴油。它主要用于交通运输，但也可用于家庭取暖、发电和其他用途。生物柴油的常见来源是富含脂类（脂肪）的有机材料，例如食用油、动物脂肪和藻类。

生物柴油经常被宣传为一种更可持续的方式，可以满足世界对运输燃料不断增长的需求，同时限制化石燃料对环境的影响。例如，在 2018 年，作为其努力履行其对《巴黎气候协定》承诺的一部分，欧盟将可再生生物柴油确定为柴油发动机的合适燃料，同时减少了排放。

但生物柴油作为可持续燃料的地位存在争议。

石油柴油的问题

自 1997 年减少温室气体 (GHG) 排放的京都议定书以来，石油柴油一直被视为比汽油更环保的运输燃料。

石油基柴油比汽油具有更高的能量密度，它在柴油发动机中的燃烧方式（通过压缩而不是火花塞）使其更节能，这意味着它每英里产生的温室气体排放量低于汽油。压缩点火还为柴油车辆提供更大的扭矩，这就是为什么这么多重型和长途运输车辆（轮船、火车、卡车）和发电机使用它以及其他工业用途的原因。虽然柴油在泵上的成本更高，但使用成本降低了约 30%，并减少了发动机的磨损。

柴油机尾气对人类和环境健康产生巨大影响

然而，燃烧柴油会对健康和环境造成严重后果。当交通部门产生的温室气体排放量占美国温室气体总排放量的 27% 和全球的 14% 时，“比汽油还差”并不是一个很好的卖点。

温室气体排放并不是柴油的唯一问题。虽然“更清洁”的柴油发动机确实存在，但柴油仍然会产生一定水平的颗粒物和氮氧化物，这些颗粒物和氮氧化物已知会增加呼吸道疾病的死亡率，这对低收入社区和有色人种社区的影响尤为严重。

交通运输也占美国黑碳（烟灰）排放量的 90%，而柴油机尾气占其中的大部分。

生物柴油是如何制成的？

生物柴油是通过将甘油（存在于肥皂、牙膏和其他国内产品中）从其生物质来源中分离出来，留下甲酯（生物柴油的化学名称）而制成的。纯生物柴油只能在柴油发动机改装后以其纯净形式使用，因此生物柴油通常与石油柴油混合用于运输。

生物柴油和石油柴油的常见混合物含有 2% 至 20% 的生物柴油，混合物标有生物柴油百分比，例如 B2 或 B20。美国的大多数柴油发动机可以使用高达 B20 的混合物，通常使用 B20。生物柴油也可以与取暖油混合用于家庭取暖。

生物柴油的生产通常分为三代，具体取决于其来源：

第一代使用工业粮食作物；
第二代从生物质残渣（如秸秆）、非食用作物和餐厅油脂等废物中生产生物柴油；
第三代主要是指藻类衍生的生物柴油。

可再生但不一定可持续

生物柴油可以由可再生资源生产，但当今生产的大多数生物柴油是不可持续的，而且通常甚至不是可再生的。第一代生物柴油通常由油菜籽、玉米油、大豆、甘蔗和棕榈油等单一作物来源制成。虽然这些原料作物根据定义是可再生的，但它们的生产会付出高昂的环境代价，例如森林砍伐、土壤退化和养分污染。

鉴于生物柴油目前仅占运输燃料需求的不到 1%，大幅增加第一代来源的生物柴油产量以替代石油柴油将对环境造成破坏。它还以更换为养活不断增长的世界人口所需的宝贵农田为代价。

砍伐热带雨林以生产可再生生物柴油很难

虽然尚未达到商业规模，但微藻越来越被视为生物柴油的可再生和可持续来源。微型藻类的环境足迹较低，不在耕地上生长，不会导致土壤退化，也不会与食用油脂的生产竞争。

微藻需要更少的空间来产生与农作物相同的能量。9微藻是负碳生物，从大气中吸收的二氧化碳几乎是它们作为生物质产生的二氧化碳的两倍。10

以藻类为基础的柴油的生产也有附带好处，包括产生有价值的副产品，如生物肥料，以及吸收废水中造成藻类大量繁殖的营养污染。

生物柴油的好处

多项研究表明，生物柴油在环境方面优于石油柴油。一般来说，混合柴油中生物柴油的百分比越高，燃料越清洁。

据美国能源部称，B20 混合物最多可将柴油发动机的温室气体排放量减少 15%。11生物柴油排放的生命周期分析——考虑到燃料生产和消耗的所有方面——发现，与石油柴油相比，生物柴油可将温室气体排放量减少 40% 至 69%，具体取决于燃料的生物质来源生物柴油。从用过的食用油等回收资源中提取生物柴油实现了更高的减排量，高达 86%。

生物柴油的缺点

生物柴油的能效通常低于其他形式的柴油，从而产生较低的发动机性能——这是柴油优于汽油的主要吸引力之一。13在藻类生物柴油中，随着混合柴油中生物柴油的百分比增加，燃料的可燃性降低，从而产生“点火延迟”并降低发动机的扭矩。14

在考虑生产生物柴油所需的能源时，能源投资回报率 (EROI) 很低；在使用某些生物质资源时，它的能源效益甚至可能微乎其微。用油菜籽/油菜籽生产生物柴油的 EROI 几乎不会超过 1，这意味着它需要几乎等量的能量来产生该过程所需的能量。15在一些需要更多肥料来种植农作物或耕作方式效率较低的地区，油菜籽/油菜籽的 EROI 甚至可能为负。

确实存在一些技术可以提高生物柴油生产和消费的能源效率，但它们仍然达不到石油柴油的效率，并使产品更加昂贵。

生物柴油展望

就其生命周期排放而言，电动汽车是柴油（和汽油）发动机的绝佳替代品。然而，向零排放车辆的转变不会在一夜之间发生，因为汽车和轻型卡车平均在路上行驶 12.1 年。16在石油柴油中添加生物柴油可能为仍在使用的车辆提供短期、低排放的选择，但“低排放”并不意味着“零排放”，扩大使用短期“桥梁”的时间窗口燃料”正在快速关闭。17

目前，生物柴油的生产成本高于石油柴油，需要私人和公共融资才能使其成为可行的替代运输燃料。在迫切需要减少排放的情况下，欧盟和美国许多州已禁止在 2035 年之前销售新的汽油和柴油汽车，而绿色和平组织等环保组织则呼吁尽快开始实施禁令。面对交通领域生物柴油市场日益有限，开发该技术的投资可能会枯竭。