1　生物燃料的發展現狀與趨勢

1.1　生物燃料的環保性

1.1.1　使用生物燃料的減排效果

生物燃料作為從有機質中提取的燃料，為交通運輸業提供了一種向低碳、非石油燃料過渡的方式。

可再生的生物燃料原料包括從大豆、油菜籽等作物中提取的油，從微藻、細菌等微生物中提取的油以及從動物脂肪中提取的油。這些油（脂肪）典型的由甘油三酯（TAG）混合物構成，通常碳數范圍約為C₁₀～C₂₂。可再生油加氫處理的第一步是加氫脫氧（HDO），它從甘油骨架中有效地分離出脂肪酸，并采用氫氣替代脂肪酸中氧，生成正構烷烴。

使用可再生的生物燃料可減少溫室氣體排放。與化石燃料相比，利用生物燃料的溫室氣體減排效應包括：①小麥乙醇、甜菜乙醇和巴西甘蔗乙醇分別為71%、80%和79%；②生物柴油為68%；③從牧草作物、甜菜和玉米生產的生物燃料分別為86%、85%和75%。

麻瘋樹生物柴油（JBD）與費-托合成柴油（FT）的調和油，與純費-托合成柴油相比，可降低CO、THC（尾氣總碳氫排放）、煙塵和PM（顆粒物）等污染物排放。但是，氮氧化物（NO_x）排放量較高，發動機的熱效率也比較高的JBD調和油低。研究人員測試了JBD與FT燃料進行的調和性能，調和體積比分別為0∶100、25∶75、50∶50、75∶25和100∶0（B0、B25、B50、B75和B100）。

測試表明：

①與石油柴油（DF）相比，FT燃料具有相似的燃料消耗量（BSFC）和熱效率。與FT燃料相比，較高的JBD調和物具有更高BSFC和較低的熱效率。

②采用FT燃料與DF相比，CO、煙塵、THC、TPM（微粒總質量）和NO_x排放均有減少。排放減少是由于在FT燃料中有較高的十六烷值、低含硫和極低的芳香族化合物。

采用B25、B50、B75和B100，與FT燃料相比，排放量顯著降低，包括CO、黑煙、THC和TPM。這些排放的減少，主要是由于在調和燃料分子中存在氧。較高的十六烷值也是低排放的原因。然而，采用JBD調和燃料，氮氧化物（NO_x）排放在高負荷下有增加。

日本航空公司（JAL）使用亞麻薺煉制的生物燃料進行了第一次驗證飛行。驗證時，使用的是波音747-300飛機，并將四臺發動機中的一臺采用了50%生物燃料和50%傳統的Jet-A噴氣（煤油型）燃料。圖1-1示明亞麻薺基燃料與石油基燃料的CO₂排放比較。

美國密歇根技術大學（MTU）研究人員發布報告，從亞麻薺基可再生噴氣燃料的碳足跡生命循環分析發現，與傳統石油基噴氣燃料相比，其溫室氣體排放可減少75%，通過相同工藝過程生產的可再生柴油可使溫室氣體排放減少80%。亞麻薺基可再生噴氣燃料的生產采用UOP公司的加氫處理技術。生物柴油和加氫處理可再生噴氣燃料（HRJ）的溫室氣體生命循環排放分別為每兆焦燃料18.12g和22.4g，與石油基產品相比，可分別減少80%和75%。

隨著交通運輸業的大量發展以及對全球運輸燃料的需求上升，IEA（國際能源署）估計，來自生物質的液態和氣態燃料將成為減少二氧化碳排放和降低對液態運輸燃料依賴的關鍵技術之一。報告認為，當生產實現可持續性時，預計使用生物燃料可望每年避免約2.1Gt的二氧化碳排放。圖1-2示明生物燃料對運輸業溫室氣體減排的貢獻。盡管提高汽車效率將是減少運輸排放最重要和最具成本效益的方法，但生物燃料仍將是為飛機、船只和其他重型交通工具提供低碳燃料替代品所必需的，并且最終將為交通部門減排至少貢獻1/5（2.1Gt CO₂）。圖1-3示明不同的常規和先進生物燃料的生命循環溫室氣體排放及技術現狀。

全球可再生燃料聯盟（Global Renewable Fuels Alliance）于2015年12月8日在世界氣候峰會上發布的一份新報告指出，2015年世界生物燃料生產和使用使溫室氣體（GHG）實現了減排。該報告發現，從全球生物燃料使用的增加，年復一年使總的溫室氣體排放實現了減排。在2014年，全球生物燃料使用使總的溫室氣體減排達到1.69億噸。報告預測，即使在通常的情況下，從生物燃料的使用達到溫室氣體總量的減排在2030年也可望上升到2.64億噸，比2014年增長56%。

1.1.2　生物燃料生產的碳足跡

表1-1列出常規和替代燃料的碳足跡。生物燃料最低的碳足跡原料是黃脂（餐飲業的烹調廢油），其次是牛油脂和大豆油，最差的碳足跡是偏遠天然氣轉化的費-托合成柴油。石油、柴油和汽油處于碳足跡區域的中間，不比許多生物燃料好，也不比最差的壞。

生物燃料最低的碳足跡將來自于廢棄產物、廢棄土地或高效率的種植體系。

環境科學家發布的一項研究表明，生物燃料與化石燃料碳足跡的比較表明，占用生產糧食的農業耕地而生產生物燃料，會使生物燃料生產的碳足跡增大。據估算，美國生產的大豆，間接碳足跡為150kg/GJ。而傳統的汽油或柴油為85kg/GJ。歐洲由油菜生產的生物柴油間接碳足跡為150kg/GJ，而來自歐洲甜菜生產的生物乙醇經計算間接碳足跡為100kg/GJ，兩者均高于常規柴油，這是由于間接使用了土地替代了糧食作物的生長。而相比之下，來自于拉丁美洲甘蔗和來自于東南亞棕櫚油的生物乙醇，其間接排放相對較低，分別為82kg/GJ和73kg/GJ，不過，此值仍較高，是因為雖然沒有占用耕地，但為種植生物燃料作物而使雨林面積減小了。