柴油为什么叫柴油(朋友：食用油可以加到柴油机中吗？我：柴油机是为柴油而发明的？)

Posted 2023-05-29

篇首语：不学习历史的人注定要重复错误。——丘吉尔本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了柴油为什么叫柴油(朋友：食用油可以加到柴油机中吗？我：柴油机是为柴油而发明的？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

柴油为什么叫柴油(朋友：食用油可以加到柴油机中吗？我：柴油机是为柴油而发明的？)

大家好，上文我们提到了地沟油的种类，来源和危害。将这些废弃油脂转会燃料是一个非常棒的想法，今天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。首先先让我先提几个问题，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，我们还需要把时间到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，当时的蒸汽机的热效率是非常低的，基本在10%左右。现在一般的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，它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地加到锅炉中，烧水驱动机器前进，那些烧煤的引擎需要在气缸旁边加一个汽化室，使燃气汽化升温才能推动活塞前进，因此这些机械效率低，汽化性差，同时也需要一定数量的人工配合才能使用所有使用。

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，法国人Rudolf diesel博士便有了一个想法，希望能够制造一个能使用食用油作为燃料、效率更高的、结构更加合理的引擎，可以在更加贫困的地方持久的用作动力，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。必须解决一个关键问题，如何在汽缸内部点燃燃料，而不是通过外加热的方法。

偶尔一次他看到了当时流行的雪茄点烟器，他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？通过做了一系列的实验，最终在1893年研发出第一种实用性的柴油机，并申请了德国的专利。因此，Rudolf diesel博士的名字也曾为柴油的代名词，现在柴油的英文的写法就叫diesel，具体的柴油机的原理是使用四冲程循环。首先将空气和花生油喷进气缸，通过惯性活塞对其进行压缩，当温度达到花生油得燃点以后，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。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不了，涡轮增压以及柴油直喷技术的加入，使得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可以超过54%，柴油发展到这个阶段，燃料基本已被石化柴油主宰，然后经过石油危机，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，美国是大豆生产的大国，是否可以利用过剩的食用油，如油、大豆油作为柴油使用？

然而柴油机经过了半个世纪的发展，显然已经不再使用植物油作为燃料，同食的食物油的粘度也远远高于石化柴油，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呢？这个时候，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叫做甘油三酯，通过加入甲醇或者是乙醇，在一定条件下将分子上的脂肪酸链拆下来，生成脂肪酸甲酯或者乙酯。将副产物甘油除掉以后，这些产物就可以用作现代柴油机的燃料。

经过二十多年的研究都证明，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，现在欧美国家使用的柴油都是勾兑了10%~30%比例的生物柴油，运到加油站进行出售的，每个国家经济状况都不一样。对于发展中国家而言，直接使用本应该作为食物的植物油，作为生物柴油燃料是非常不现实的，尤其对于我们中国而言，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，对中国而言，我们国家有着大量的废弃油脂，如川菜馆，快餐店等等，直接丢弃，重新精炼回收，喂养牲畜以及让其污染环境，危害餐桌，倒不如将其回收收集后，利用转化方法进行燃料的制备。

它是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，有些爱好者在家里都可以制作，这是一个非常棒的点子，而且现在已经有好多工厂利用收集来的废弃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用植物油做原料及制备工艺上还是有少许区别的，具体是这样子的，现在针对生物柴油的生产方法有两种，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优质油，精炼后的植物油及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，条件温和，物料和催化剂来源广，操作性强。

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的过程中水解，脂肪链断裂变成了游离脂肪酸，这种油再加入氢氧化钾的情况下，游离脂肪酸和碱产生的酸碱中和，这里称为皂化反应，催化剂被破坏反应便无法进行下去，那么针对这种游离脂肪酸存在的情况下又怎么办呢？科学家们开发了两步法，原理是加入甲醇和硫酸，在酸催化的情况下进行酯化反应。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了脂肪酸甲酯，然而这种方法带来的问题是，酯化阶段需要加入大量的甲醇，因此也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综合的步骤，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，相关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为甘油酯，这里可能为单脂或者二酯，然后再通过检测酯化交换反应，把所有的甘油此一起变回脂肪酸甲酯。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，通过碱催化剂的使用，我们也避免了需要酸碱综合的问题。同时，酯化后的产物为均一的混合物，无需分层便可继续下一步，工艺复杂性进一步简化。

简单的概括一步法虽然工艺简单，但是对于原料要求高，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，而两步法虽然工艺成本稍高，但是可以适应不同低质量来源的油脂，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，每天会产生多少能量？答案是可以提供近1000架飞机从纽约飞到洛杉矶的需要。