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生质柴油对环境的影响

生质柴油是种源自植物或动物的柴油燃料，由长链脂肪酸酯组成，通常由动物脂肪（如牛脂）、[1][大豆油]][2]或其他某些植物油[3]等脂类，与醇发生化学反应，经酯交换反应而产生甲基脂、乙基脂或丙基脂。

生质柴油与用于改装柴油发动机作为燃料的植物油和废油（英语：waste oil）不同，它是种理论上可直接使用的生物燃料，表示它与现有的柴油发动机和柴油配送基础设施兼容。而实际上通行的做法是与石油制成的柴油混合（生质柴油含量通常低于10%），因为大多数发动机尚无法在未经改造的情况下使用纯生质柴油。[4][5]掺有有生质柴油的混合油也可用作取暖用油。

而对生质柴油对环境的影响（英语：Environmental impact of biodiesel），争论甚多。倡导者认为它与属于化石燃料的常规柴油相比，有减少温室气体排放的效果，但质疑者认为这类产品的生命周期评估尚无法充分显现，尤其是在土地利用变化（而可能会间接增加温室气体排放）的影响，另外还有产油作物的种植效率，以及作物吸收二氧化碳的功效等因素，目前仅依照假设而推算。针对使用这种燃料的环境效果仍须进行更多的研究。

温室气体排放

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英国政府为可再生运输燃料义务（英语：Renewable Transport Fuel Obligation）计划，对从美国进口的大豆油制成的生质柴油在英国使用时，造成温室气体排放强度（英语：emission intensity）（也称碳强度）的计算结果。[6]
 
英国对不同生物燃料乙醇和化石燃料的温室气体排放强度估计，生物燃料对土地利用改变的间接影响并未列入考虑（即假设生物燃料直接在生产地使用，同时所用原料由当地既有农地产出）。[7]

一般针对生质柴油的批评是这种产品会导致土地利用改变（参见生物燃料对土地利用改变的间接影响），而可能会比单独使用化石燃料产生更多的温室气体排放。[8]但这个问题可透过利用藻类生质燃料解决，因为这种藻类可在不适合农业耕作的土地上生产。

二氧化碳是种主要的温室气体。燃烧生质柴油会产生二氧化碳，与使用化石燃料相同，但生产生质柴油原料的植物在成长过程中，会从大气吸收二氧化碳，再透过光合作用，把能量以糖和淀粉的形式储存。生物质转化为生质柴油，经燃烧后，把之前储存的能量和碳再次释放。其中一部分能量可为发动机提供动力，产生的二氧化碳则进入大气。

因此，在考虑生质柴油涉及的温室气体排放总量时，要紧的是把整个生产过程以及其可能产生的间接影响都列入考虑。对二氧化碳排放的影响在很大程度上取决于生产方法和所用原料的种类。计算生物燃料的温室气体排放强度是个复杂且不精确的过程，同时要高度依赖所列入的假设。计算时通常会包含下列因素：

  • 种植生质柴油原料的过程中所产生的排放（例如使用化肥，而用到的石化产品）
  • 把上述原料运输到工厂的过程中所产生的排放
  • 把原料加工为生质柴油的过程中所产生的排放
  • 产出原料的植物在成长过程中所吸收的二氧化碳

有些因素会很重要，但有时并未被列入考虑，包括有：

  • 土地利用变化后，用于种植原料所产生的排放。
  • 生质柴油由工厂运输到使用点，过程中产生的排放
  • 生物柴油的使用效率与石化柴油的比较
  • 排气管排出的氮氧化物数量。（完全使用生质柴油，会比使用石化柴油多出8.89%[9]:vi）
  • 由于可生产有用的副产品（例如养牛饲料或是甘油）而带来的好处

如果不把土地利用变化列入考虑，并采用今日的生产技术，用菜籽油和葵花籽油生产的生质柴油，其产生的温室气体排放数量比石化柴油低45%-65%。[10][11][12][13] 但目前仍在研究提高生产原料的效率。[10][12]采用使用过的食用油或其他废弃脂肪所生产的生质柴油可减少多达85%的二氧化碳排放量。[6]只要原料是由现有农田上种植，土地利用变化对温室气体排放的影响将会很小，或是没影响。但人们会担心为增加原料产量，而直接导致森林砍伐的速度增快。这种皆伐会把储存在森林、土壤和泥炭层中的碳释放。森林砍伐造成的温室气体排放量非常巨大，长期而言，由生质柴油能产生较低排放的好处与之相比，实在微不足道。[6][8]因此，由如棕榈油等所生产的生物燃料可能会比某些类型的化石燃料造成更多的二氧化碳排放。[14]

污染

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在美国，生质柴油是唯一成功通过1990年清洁空气法案（英语：Clean Air Act (United States)）的健康影响测试要求（一级和二级）的替代燃料。

生质柴油与低硫 (< 50 ppm) 石化柴油相比，可对配有过滤器车辆的废气中直接减少悬浮微粒的排放，最多达到20%。与一般的石化柴油相比，悬浮微粒排放量可减少约50%。[15]

生物降解

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爱达荷大学从事的的一项研究，比较生质柴油、纯植物油、生质柴油掺入石化柴油以及纯二号燃料油（N0.2 feul oil）的生物降解率。在营养液和污泥修饰溶液中使用低浓度（10ppm）的前述油料，显示生质柴油在28天内的降解速度与对照的葡萄糖相同，是石化柴油降解速度的5倍，而混有生质柴油的石​​化柴油，因有共同代谢（英语：cometabolism）的作用，降解速度会加倍。[16]同一项研究分别用10,000ppm的生物柴油和石化柴油，检查其在土壤中降解的情况，而发现生物柴油的降解速度是石化柴油的两倍。在前述实验中，也发现生物柴油比石化柴油降解得更彻底，石化柴油会产生不易降解的不明中间体。同一项目中所做的毒性研究显示，对大鼠和兔使用高达5,000克/公斤的生质柴油，并未造成死亡，也只有很少的毒性作用。相同浓度的石化柴油并未造成动物死亡，但发现浓度在>2,000克/升时对兔有毒性作用，例如脱毛和尿液变色。[17]

对水生环境影响

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随着生质柴油使用日益广泛，知道这种燃料会对水质和水生生态系统产生何种影响，是件重要的事。对不同生质柴油生物降解能力的研究发现，所有被研究的（包括纯菜籽油、纯大豆油及其改性酯产品）都是“易于生物降解”的化合物，在水中均具有相对较高的降解率。[18]此外，因混合油含有生质柴油，可透过共同代谢，而提高整体的生物降解速率。随着混合柴油中的生质柴油比例增加，这类柴油的生物降解会变得更快。另一项采用受控条件进行的研究也显示，生物柴油中的主要分子 - 脂肪酸甲酯 - 在海水中的降解速度比石化柴油快得多。[19]

羰基排放

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在考虑使用石化燃料和生质燃料所产生的排放时，研究通常会侧重于主要污染物如碳氢化合物。人们普遍认为利用生质柴油代替石化柴油，可大幅减少受监管的气体排放，但研究文献中缺乏关于非受监管化合物的资讯，这些化合物也对空气污染发挥作用。[20]有项研究侧重于研究重型柴油发动机中使用纯石化柴油和石化生质混合柴油，经燃烧后所产生的羰基化合物排放。研究结果发现混有生质柴油的燃料，所产生的甲醛、乙醛、丙烯醛、丙酮、丙醛和丁醛等羰基化合物的排放量会高于纯石化柴油。使用生质柴油会有较高的羰基化合物排放量，及较低的碳氢化合物排放量，因此生质柴油可能更适于作为替代燃料。其他研究所得与前述研究的结果发生冲突，由于研究之间存在不同的因素（例如使用的燃料和发动机类型并不相同），因此难以进行比较。在一份针对12篇关于使用生质柴油燃料而产生羰基排放的论文的综述研究，发现其中8篇论文中报告羰基化合物排放量增加，而另4篇则有相反的结果。[20]显示对这些化合物仍须做更多的研究。

参见

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参考文献

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  1. ^ AustraliaBiofuels.pdf (application/pdf Object) (PDF). bioenergy.org.nz. 2008 [2012-03-23]. （原始内容 (PDF)存档于2012-05-03）. 
  2. ^ Monthly_US_Raw_Material_Useage_for_US_Biodiesel_Production_2007_2009.pdf (application/pdf Object) (PDF). assets.nationalrenderers.org. 2010 [2012-03-23]. （原始内容存档 (PDF)于2012-10-19）. 
  3. ^ Costa, Gustavo GL; Cardoso, Kiara C.; Del Bem, Luiz EV; Lima, Aline C.; Cunha, Muciana AS; de Campos-Leite, Luciana; Vicentini, Renato; Papes, Fábio; Moreira, Raquel C.; Yunes, José A.; Campos, Francisco AP. Transcriptome analysis of the oil-rich seed of the bioenergy crop Jatropha curcas L. BMC Genomics. 2010-08-06, 11 (1): 462 [2023-04-26]. ISSN 1471-2164. PMC 3091658  . PMID 20691070. doi:10.1186/1471-2164-11-462. （原始内容存档于2023-07-03）. 
  4. ^ Omidvarborna; et al. Characterization of particulate matter emitted from transit buses fueled with B20 in idle modes. Journal of Environmental Chemical Engineering. December 2014, 2 (4): 2335–2342. doi:10.1016/j.jece.2014.09.020. 
  5. ^ Nylund.N-O & Koponen.K. 2013. Fuel and Technology Alternatives for Buses. Overall Energy Efficiency and Emission Performance. IEA Bioenergy Task 46 (PDF). [2021-04-18]. （原始内容存档 (PDF)于2020-02-16）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Carbon and Sustainability Reporting Within the Renewable Transport Fuel Obligation (PDF). UK Department for Transport. January 2008 [2008-04-29]. （原始内容 (PDF 1.41 MB)存档于2008-04-10）. 
  7. ^ Graph derived from information found in UK government document.Carbon and Sustainability Reporting Within the Renewable Transport Fuel Obligation 互联网档案馆的存档，存档日期2008-06-25.
  8. ^ 8.0 8.1 Fargione, Joseph; Jason Hill; David Tilman; Stephen Polasky; Peter Hawthorne. Land Clearing and the Biofuel Carbon Debt. Science. 2008-02-29, 319 (5867): 1235–8 [2008-04-29]. PMID 18258862. S2CID 206510225. doi:10.1126/science.1152747. （原始内容 (fee required)存档于2008-04-13）. 
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  10. ^ 10.0 10.1 Mortimer, N. D.; P. Cormack; M. A. Elsayed; R. E. Horne. Evaluation of the comparative energy, global warming and socio-economic costs and benefits of biodiesel (PDF 763 KB). Sheffield Hallam University. UK Department for Environment, Food and Rural Affairs (DEFRA). January 2003 [2008-05-01]. （原始内容存档 (PDF)于2016-03-04）. 
    *Summary: Biodiesel Life Cycle Assessment. [2008-05-01]. （原始内容存档于2019-12-05）. 
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  12. ^ 12.0 12.1 European Environment Agency. Transport and environment : facing a dilemma : TERM 2005: indicators tracking transport and environment in the European Union (PDF). Copenhagen: European Environment Agency ; Luxembourg : Office for Official Publications of the European Communities. 2006 [2008-05-01]. ISBN 92-9167-811-2. ISSN 1725-9177. （原始内容 (PDF 3.87 MB)存档于2006-07-19）. 
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  19. ^ DeMello, J. A.; Carmichael, C. A.; Peacock, E. E.; Nelson, R. K.; Arey, J. S.; Reddy, C. M. Biodegradation and Environmental Behavior of Biodiesel Mixtures in the Sea: An Initial Study. Marine Poll. Bull. 2007, 54, 894-904
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