生物柴油应用领域、全球市场及主要产地分析(2021年)

生物柴油是低碳环保的绿色能源

生物柴油性能优异，是优质的化石燃料替代品

生物柴油是可再生的油脂经过酯化或酯交换工艺制得的主要成分为长链脂肪酸甲酯的液体燃料，素有“绿色柴油”之称，是优质的石化燃料替代品。进入21 世纪以来，能源危机和环境污染已经成为全人类面临的重大课题。研究新的可替代绿色能源成为当务之急。根据中国石油经济技术研究院发布的《2019 年国内外油气行业发展报告》，2019 年中国原油净进口量首次突破5 亿吨，成品油净出口量首次突破5000 万吨，原油和石油对外依存度双破70%，严重危及到国家能源安全。此外，由于石化燃料大量应用所致的环境污染已成为全世界所面临的重大挑战，其中生物柴油以其优越的环保性能受到了各国的重视。

对比生物柴油与化石柴油的理化特性，生物柴油具有以下优点：

①优良的环保特性。与石化柴油相比，生物柴油中几乎不含硫，所以柴油机在使用时硫化物排放极低；尾气中颗粒物含量及CO 排放量分别约为石化柴油的20%、10%，排放指标可满足欧Ⅱ和欧Ⅲ排放标准。

②良好的润滑性能。生物柴油黏度大于石化柴油，可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率，延长其使用寿命。

③良好的安全性能。生物柴油闪点远高于石化柴油，运输、储存更加安全；另外其可降解性好，不会污染环境、危害人体健康。

表1：生物柴油与0#柴油主要理化特性对比

理化指标0#柴油生物柴油

密度(20℃)/(g/cm3)0.8 0.9

运动粘度(40℃)/(mm2/s) 2.7 4.4

凝点/℃0.0 -1.0 90%馏出温度/℃352.0 344.0

十六烷值61.0 46.0

热值/(MJ/L)38.6 32.0

闪点/℃60.0 132.0

氧含量/%0.010.0

硫含量/%0.2 <0.0

下游应用：国际以燃料为主，国内以生产绿色化工品为主

在国外生物柴油主要作为动力燃料用于交通运输及工业领域，我国主要作为绿色化学品用于化工领域。根据联合国统计司（UNDA）的统计，生物柴油应用领域中作为燃料用途占比98.5%，其他领域仅占 1.5%。

在燃料领域，一般将生物柴油掺混入化石柴油中制成混合柴油。混合柴油与化石柴油相比，在燃烧过程中降低对污染气体的排放，同时由于在燃料性质方面相近，因此无需对原用的柴油引擎、加油设备、储存设备和保养设备进行改动，降低了生物柴油的推广门槛。

在掺混比例上，全球推广使用生物柴油的国家根据自身的环保要求、生物柴油制备水平、经济补贴政策等，规定了不同的掺混比例。欧洲是生物柴油生产和应用最早的地区，也是生物柴油研究和推广的主要地区，具有多年的使用生物柴油的历史，是生物柴油应用的成熟市场，在生物柴油质量标准方面要求较为完善，欧盟2003 年颁布的车用生物柴油标准EN14214 是当时乃至目前世界上要求最严格的生物柴油标准。

表2：世界主要国家生物柴油掺混政策及比例

国家2019 年生物燃料混掺比例生物燃料混掺要求德国 4.0% 2020 目标6%

英国9.2% 2020 目标10.64% 法国7.9% 2020 年目标8.2% 荷兰12.5% 2020 年目标16.4% 意大利8.0% 2020 年目标9%

西班牙7.0% 2020 年目标8.5% 捷克 6.0% 2020 年目标10% 葡萄牙10.0% 维持10%

芬兰18.0% 2020 年目标20% 2030 年目标30%

波兰8.0% 2020 年目标8.5% 希腊7.0% 维持7%

挪威12.0% 2020 年目标20%

比利时 6.0% 2020 年初目标8.5% 2020 年末目标9.9%

瑞典20.0% 2020 年目标21% 澳大利亚 5.8% 2020 年目标8.75%

斯洛伐克 6.9% 2020 年目标7.6% 2021 年目标8.0% 2022-2030 年目标8.2%

匈牙利 6.4% 2020 年目标8.2%

马来西亚10.0% 2020 年目标20%

印度尼西亚20.0% 2020 年目标30%

巴西10.0% 2023 年目标15%

国内生物柴油暂未进入车用交通燃料领域，主要用于生产绿色化学品。我国生物柴油目前尚未进入国有成品油体系，在车用交通燃料油领域基本未有使用，只有部分与化石柴油等调合后用于民用砂船、挖掘机动力、工业锅炉燃料等领域。现阶段国内生物柴油主要用于生产环保型增塑剂、表面活性剂、工业溶剂、工业润滑剂等可降解生物基绿色化学品。其中，生物酯增塑剂的生产是国内生物柴油最主要的应用领域。

制备原料：生物柴油原料多样，中国以废油脂为主要原料

生物柴油的制备原料多样化，各国立足于基本国情并结合自身资源优势，发展不同原料的制备工艺。按原料分类，可分为传统生物柴油（食物基）和先进生物燃料（非食物基）。目前欧盟生物柴油的原料以菜籽油为主，美国、巴西、阿

根廷等美洲国家以大豆油为主，马来西亚、印尼、泰国等东南亚国家棕榈油资源丰富，都是主要的棕榈油生物柴油生产国。我国作为食用油消费大国，自给尚且不足需要进口，再依赖食用油脂制备生物柴油将会大大加剧与人争油的局面，引发粮油危机。2012 年工信部和农业部专门下发《粮食加工业发展规划（2011—2020 年）》，文件中明确中国将严格控制以粮食为原料的生物质能源加工业发展。因此我国无法像其他国家大力发展以食用粮油为基础的生物柴油产业，而以废油脂为原料进行生物柴油生产，代表着我国生物柴油的发展方向。

废油脂

制备工艺：一代生物柴油技术成熟，氢化工艺发展迅速

按制备工艺分类，可分为以脂肪酸甲酯为主要成分的第一代生物柴油和氢化处理后得到的第二代及第三代生物柴油。

第一代柴油技术成熟，是目前国内外生物柴油主要品种。一代生物柴油通过酯交换法生产, 将动植物油脂、地沟油等原料中的脂肪酸甘油三脂与小分子醇（多为甲醇）发生酯交换反应, 生成脂肪酸酯。酯交换法根据其反应特点可分为酸或碱催化法、生物酶法和超临界法等，其中酸或碱催化法目前使用较为普遍。 全球来看，由于一代柴油具有技术成熟、成本低等特点，目前占比在 85%以上， 是各生产国的主要产品。

第二代生物柴油与普通柴油相似度更高，可按任意比例混掺。二代生物柴油在一代基础上进行了加氢脱氧处理和异构化处理，被称为氢化衍生可再生柴油 （ Hydrogenation Derived Renewable Diesel ， HDRD ）， 或氢化植物油 （Hydrogenated Vegetable Oil ，HVO ）。其主要成分结构与普通柴油基本相同，具有与柴油相似的黏度和发热值、密度较低、十六烷值较高、含硫量较低、稳定性好、符合清洁燃料的发展方向。相比一代生物柴油，二代柴油可按照任何比例与普通柴油进行掺混，经过加工后甚至可替代传统航空煤油。目前二代生物柴油在美国、欧洲发展较快，根据 REN21 发布的《2020 全球可再生能源报告》，2019 年欧洲及美国的二代生物柴油全球占比分别为 44.6%和 38.5%。

图 1：第一代生物柴油反应机理

图 2：第二代生物柴油反应机理

第三代生物柴油原料更加环保，更符合碳减排政策。在第二代生物柴油氢化技术和异构化技术的基础上，逐渐发展出第三代生物柴油。第三代生物柴油与前两者的主要区别在于，该类燃料主要采用高纤维含量的非油脂类生物质和微生物油脂作为原料。该类原料制备的生物柴油被欧洲认定具有更高的碳减排效应， 但提取和分离难度较大，生产成本较高，目前全球占比不足 2%。随着生产技术

表 3：生物柴油分类（按原料） 原料来源

生产国/地区 优点 缺点

菜籽油(RME) 欧洲 植物油 大豆油(SME) 美国、阿根廷、巴西 油脂含量较高，种子收获、贮藏、运输和加工程序简便； 木本油料植物可在荒山种植、有绿化环境、改良生态的效 果

受可耕地面积影响，中国种植量有限；木本

油料植物油脂含量偏低，收获、存储成本高、 采收难度大

棕榈油(PME) 印度尼西亚、马来西 亚、泰国

动物油

欧洲、中国

不受可耕地面积的影响，其原料充沛且价格更为低廉，来 源广泛、产量巨大

相较植物油杂质较多，来源分散，收集需要 大量的人力物力

( 地沟油 UCOME) 欧洲、中国

来源广泛，储量巨大，可以有效解决中国废油污染的问题 油脂中各类杂质较多，预处理工艺复杂；来

源分散，收集需要大量人力物力

微生物油脂

欧洲、美国

原料供应充足，且不占据耕地和淡水资源，可规模化管理 和生产；产品附加值高

微生物种类众多，差异较大，研究难度较大， 产油成本较大