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各位同学大家好
欢迎大家回来
这节课我们继续讲述
“美好生活油此而来”的课程内容
我是“油与美好环境”的主讲老师汪勇
上节课我们提到了地沟油的种类
来源和危害
将这些废弃油脂
转化为燃料
是一个非常棒的想法
这节课我们就来讲一讲
关于生物柴油的历史
柴油机演变
看看如何通过适当的方法
让我们的环境变得更加美好
首先 先让我提几个问题
为什么食用油更适合转化为柴油
而不是汽油
柴油机一开始真的是为烧柴油发明的吗
关于柴油机的发展
我们还需要把时间倒放到
欧洲的工业革命时期
当时工业的主要动力还是以蒸汽为主
现在看来当时蒸汽机的
热效率是非常低的
基本在10%左右
现在一般汽油机的效率可以达到40%以上
同时 这些引擎还有一个共同的弱点
他们结构和操作比较复杂
它们还不是现代意义上的内燃机
蒸汽机需要一个独立的燃烧室
工人在工作的过程中
将煤块不断加入到锅炉中
烧水驱动机器前进
那些燃煤的引擎
则需要在气缸旁边加一个汽化室
使燃料气化升温
才能推动活塞前进
因此 这些机械效率低
耐用性差
同时也需要一定数量的
人工配合才能使用
19世纪法国希望在他们非洲的殖民地发展工业
考虑到以上的情况
将上述复杂的机械运到非洲
并训练当地工人使用是不现实的
这个时候 法国的Rudolph Diesel博士
便有了一个想法
希望能制造一个能使用食用油的
作为燃料的 效率更高的
结构更合理的引擎
可以在更加贫困的地方
用上持久的动力
想要以内部燃烧的方式推动活塞
这也是现代内燃机的雏形
必须解决一个关键的问题
如何在气缸内部点燃燃料
而不是通过外部加热的方法
偶尔一次 Diesel博士看到了
当时流行的雪茄点烟器
它可以通过快速压缩空气将棉花点燃
那么是否可以通过压缩的方式
来实现内燃机内部燃料的燃烧
Diesel博士做了一系列的实验
最终在1983年研发出
第一步实用性的柴油机
并申请了德国专利
因此 diesel博士的名字
也成为了柴油的代名词
现在柴油英文的写法就叫“diesel”
具体的柴油机原理是
使用四冲程循环
首先将空气和花生油喷射进气缸
通过惯性活塞对其进行压缩
当温度达到花生油的闪点以后
燃料点燃并推动活塞对外做功
最后通过活塞的循环
将废气排出气缸外
这个过程 不需要额外的装置
对其进行加热和汽化
基于此 第一代的柴油机
其实使用的就是植物来源的油脂
用花生油是第一代的生物燃料
随着石油时代的来临
由于石化柴油的来源广 纯度高
相比植物油更加稳定
而且价格便宜
通过原油的提炼可以获得
燃烧性能更好的石化柴油
经过一战 二战的迅速发展
柴油机的性能也大大提高
涡轮增压以及柴油直喷技术的加入
使到柴油机的热效率大大提高
目前效率最高的柴油引擎
它的热效率也超过54%
柴油发展到这个阶段
燃料基本已被石化柴油主宰
然而经过石油危机
欧美国家尤其是美国
开始重新考虑国家层面的燃料安保问题
对柴油机燃料的关注
重新回到了生物燃料方面
美国是大豆生产大国
是否可以利用过剩的食用油如大豆油
作为柴油使用
然而柴油机经过半个世纪发展
显然已经不再适用植物油作为燃料
同时 植物油的粘度远远高于石化柴油
稳定性差
同时在低温地区
容易产生燃料凝结的问题
这些问题将如何解决问题呢
这时候 化学家们发现
有个化学反应可以利用食用油
制造出适合现代柴油机的燃料
这就是酯交换反应
这个是食用油的主要成分甘油三酯
通过加入甲醇(乙醇)
在一定的条件下
将分子上的脂肪链拆下来
生成脂肪酸甲酯或乙酯
将副产物甘油除掉以后
这些产物就是可以用作
现代柴油机的燃料了
你可能会问 为什么
大家看
这个就是石化柴油的分子结构
放在一起 生物柴油和石化柴油是不是很像
除了一个酯键外
大家都是14-18个碳链长度的分子
一个是长链烷烃 一个长链酯
同时 他们不止是长得像
经过近二十年研究
都证明这种方法制造出来的
生物柴油分子是可以完全替代石化柴油的
现在欧美国家使用的柴油
都是勾兑了10%-30%比例生物柴油
运到加油站进行出售的
每个国家经济情况都不一样
对于发展中国家而言
直接使用本应该作为食物的植物油
作为生物柴油的燃料
是非常不现实的
对于我们中国而言
比如人口众多
首先食用油要满足我们的食品消费
因此在世界范围内出现了
燃料和食品的大讨论
对于中国来而言
我们国家有着大量的废弃用油脂
如川菜馆 快餐店等等
直接丢弃 重新精炼回收 喂养牲畜
与其让其污染环境
危害餐桌和牲畜
不如将其收集
利用上述提到的转化方法
进行燃料的制备
是对社会和环境更为友好的方法
而且制备生物柴油的条件非常温和
甚至有些爱好者在家里都可以制作
这是一个非常棒的点子
而且现在已经好多工厂
利用收集来的废弃用油脂
进行燃料的制备了
地沟油制备生物柴油
相比直接使用植物油做原料
其制备工艺上还是有少许不同的
具体是这样子的
现在针对生物柴油的生产有两种方法
一个是一步法 一个是两步法
首先 一步法是针对质量比较好的油脂
如精炼后的植物油等
其甘油三酯含量比较高
可以直接使用酯交换反应制备生物柴油
具体是加入一定比例的植物油和甲醇
在碱的催化下
甲醇取代甘油骨架
生成脂肪酸甲酯和副产物 甘油
这是一个转化率很高的反应
且条件温和
物料和催化剂来源广 操作性强
而对于地沟油等劣质油脂来说
情况就有些不一样了
食用油中的甘油三酯在氧化过程中水解
脂肪链断裂
变成了游离脂肪酸
这种油在加入氢氧化钾的情况下
游离脂肪酸和碱产生了酸碱中和
这里称为皂化反应
催化剂被破坏
反应便无法进行下去了
那么针对这种游离脂肪酸存在的情况下要怎么办呢
科学家开发了两步法
其原理是加入甲醇和硫酸
在酸催化下进行酯化反应
先把游离脂肪酸酯化成脂肪酸甲酯
然后 再加入碱
进行刚才说到的一步法反应
两种物质在两种反应下
最终都生成脂肪酸甲酯
然而 这种方法带来的问题是
酯化阶段需要加入大量甲醇
因而需要大量的能耗用于加热
同时 酸碱催化剂的使用
需要加入中和的步骤
而且这个反应温度要求更高
酯化反应的转化率相比酯交换反应更低
约为90%左右
针对上述的情况
我们的团队近年来开发了新的方法
首先我们在酯化过程中加入的原料
从甲醇换成了甘油
通过碱催化酯化的方式
将游离脂肪酸转化回甘油酯
可能为单酯或双酯
然后在通过碱催化酯交换反应把所有的甘油酯
一起变成脂肪酸甲酯
通过以上的改变
我们解决了转化率低
物料用量大的问题
相应的能耗也大幅下降
通过碱催化剂使用
我们也避免了需要酸碱中和的问题
同时 酯化后的产物为均一的混合物
无需分层即可继续下一步工艺
复杂性进一步简化
简单的概括
一步法虽然工艺简单
但是对原料要求高
需要精炼的植物油
这在人口众多
食品供应压力大的国家
使用高质量的植物油制作燃料是不现实的
而二步法虽然工艺成本稍高
但是可以适应不同的低质量来源的油脂
通过不断的工艺优化
对发展中国家的社会和环境来说
两步法更为友好
经济效益更高
经过计算 如果把纽约每天产生的
废弃食用油进行转化
每天产生多少能量呢
答案是可以提供近1000架飞机
从纽约飞到洛杉矶的需要
这就是这节课的主要内容
关于生物柴油现阶段状况
为什么在家里都可以制作生物柴油
以及生物柴油对环境的影响
下节课我们将请来我们的老朋友
也是生物柴油领域的专家
加拿大Martin Reaney教授和我们一起分享
-1.1 Journey of Edible Oil Discovery
--Journey of Edible Oil Discovery
--Journey of Edible Oil Discovery - Notes
--Journey of Edible Oil Discovery - Study Questions
-1.2 Present Episode of Edible Oil
--Present Episode of Edible Oil
--Present Episode of Edible Oil - Notes
--Present Episode of Edible Oil - Study Questions
-1.3 The Mystery of Chocolate Cake
--The Mystery of Chocolate Cake
--The Mystery of Chocolate Cake - Notes
--The Mystery of Chocolate Cake - Study Questions
-1.4 Why Deep-fried Food Tastes Good?
-- Why Deep-fried Food Tastes Good?
--Why Deep-fried Food Tastes Good? - Notes
--Why Deep-fried Food Tastes Good? - Study Questions
-1.5 An Interview with Professor Tan: Palm Oil-King of Frying Oil
--An Interview with Professor Tan: Palm Oil-King of Frying Oil
--An Interview with Professor Tan: Palm Oil-King of frying oil - Notes
--An Interview with Professor Tan: Palm Oil-King of frying oil - Study Questions
-1.6 Uniqueness of Sichuan Cuisine
--Uniqueness of Sichuan Cuisine
--Uniqueness of Sichuan Cuisine - Notes
--Uniqueness of Sichuan Cuisine - Study Questions
-1.7 Lipid Processing Technologies
--Lipid Processing Technologies
--Lipid Processing Technologies - Notes
--Lipid Processing Technologies - Study Questions
-1.8 The Champion of Dairy Products- Butter
--The Champion of Dairy Products- Butter
-- The Champion of Dairy Products- Butter Notes
--The Champion of Dairy Products- Butter Study Questions
-2.1 Oils and Obesity
--Oils and Obesity - Study Questions
-2.2 Oils that Keep You Slim
-- Oils that Keep You Slim - Notes
--Oils that Keep You Slim - Study Questions
-2.3 Oils and Cardiovascular Health
--Oils and Cardiovascular Health
--Oils and Cardiovascular Health - Notes
--Oils and Cardiovascular Health - Study Questions
-2.4 “Safeguard” of Health—n-3 Polyunsaturated Fatty Acids
--“Safeguard” of Health—n-3 Polyunsaturated Fatty Acids
--“Safeguard” of Health—n-3 Polyunsaturated Fatty Acids - Notes
--“Safeguard” of Health—n-3 Polyunsaturated Fatty Acids - Study Questions
-2.5 Nutrition Facts of Vegetable Oils
--Nutrition Facts of vegetable Oils
--Nutrition Facts of Vegetable Oils - Notes
--Nutrition Facts of Vegetable Oils - Study Question
-2.6 Nutrition Facts of Animal Fats
--Nutrition Facts of Animal Fats
--Nutrition Facts of Animal Fats - Notes
--Nutrition Facts of Animal Fats - Study Questions
-2.7 Health Risks of Trans Fatty Acids
--Health Risks of Trans Fatty Acids
--Health Risks of Trans Fatty Acids - Notes
--Health Risks of Trans Fatty Acids - Study Questions
-2.8 How to choose Edible Oils Correctly?
--How to choose Edible Oils Correctly?
--How to choose Edible Oils Correctly? - Notes
--How to choose Edible Oils Correctly? - Study Questions
-Discussion：Share your experiences and/or suggestions on fitness diet plan with us.
-3.1 Introduction to Essential oils-Ⅰ
--Introduction to Essential oils-Ⅰ Video
--Introduction to Essential oils-Ⅰ Notes
--Introduction to Essential oils-Ⅰ Study questions
-3.2 Introduction to Essential oils-Ⅱ
--Introduction to Essential oils-Ⅱ
--Introduction to Essential oils-Ⅱ Notes
--Introduction to Essential oils-Ⅱ Studies Questions
-3.3 Distillation History-Ⅰ
-- Distillation History-Ⅰ Notes
--Distillation History-Ⅰ Study questions
-3.4 Distillation History-Ⅱ
--Distillation History-Ⅱ Notes
--Distillation History-Ⅱ Study questions
-3.5 Introduction to Aromatherapy-Ⅰ
--Introduction to Aromatherapy-Ⅰ
--Introduction to Aromatherapy-Ⅰ Notes
--Introduction to Aromatherapy-Ⅰ Study questions
-3.6 Introduction to Aromatherapy-Ⅱ
-- Introduction to Aromatherapy-Ⅱ
--Introduction to Aromatherapy-Ⅱ Notes
--Introduction to Aromatherapy-Ⅱ Study Questions
-3.7 New Favorites for Beauty-Ⅰ
--New Favorites for Beauty-Ⅰ Notes
--New Favorites for Beauty-Ⅰ Study Questions
-3.8 New Favorites for Beauty-Ⅱ
--New Favorites for Beauty-Ⅱ Notes
--New Favorites for Beauty-Ⅱ Study Questions
-DIY: Essential oil blending design for acne treatment
-4.1 Origin of Waste Cooking Oil (Gutter Oil)
--Origin of Waste Cooking Oil (Gutter Oil)
--Origin of Waste Cooking Oil (Gutter Oil) Notes
--Origin of Waste Cooking Oil (Gutter Oil) - Study Questions
-4.2 Discriminating Recycled Cooking Oil
--Discriminating Recycled Cooking Oil
--Discriminating Recycled Cooking Oil - Notes
--Discriminating Recycled Cooking Oil - Study Questions
-4.3 Evolution of Biodiesel
--Evolution of Biodiesel - Notes
--Evolution of Biodiesel - Study Questions
-4.4 An Interview with Professor Reaney: Biodiesel and Our Life
-- An Interview with Professor Reaney: Biodiesel and Our Life
--An Interview with Professor Reaney: Biodiesel and Our Life - Study Questions
-4.5 Evolution of Lubricant
--Evolution of Lubricant - Notes
--Evolution of Lubricant - Study Questions
-4.6 Biolubricant, for Better Future
--Biolubricant, for Better Future
--Biolubricant, for Better Future - Notes
--Biolubricant, for Better Future- Study Questions
-4.7 Magical Insect Biorefinery
--Magical Insect Biorefinery - Notes
--Magical Insect Biorefinery - Studies Questions
-4.8 Case studies: insect factory
-- Case studies: insect factory
--Case Studies: Insect Factory- Notes
--Case studies: insect factory - Study Questions
