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绿色生物能源资料
生命科学概论论文
题目：
新型生物质能源—生物柴油
10国贸二班陈媛
摘要
生物能源作为一种环保的能源，它以生物为载体的能量。
直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭。
阐述了我国能源危机、环境污染以及汽车行业发展的现状，提出以生物能源作为汽车的替代燃料。
介绍了生物柴油的应用现状，对此类汽车代用燃料的未来发展进行了展望。
生物柴油是绿色可再生能源，本文由生物柴油的特性出发，阐述了国内外生物柴油的发展现状，讨论了生物柴油的各种制备方法，着重介绍了酯交换法及其中的超临界工艺。
另外，文中还对生物柴油的多种生产原料进行了概述，并对生物柴油生产工艺进行了成本核算。
关键词生物能源生物柴油发展酯交换酶超临界
正文
随着社会的进步，人类对石油的依赖越来越强烈，石油供应与消费的平衡关系制约着世界各国的经济发展。
因此探索发展绿色可再生能源--生物柴油，就成为世界各国能源研究、环境保护及资源战略的重要任务。
生物柴油（即脂肪酸酯）是一种含氧清洁燃料，由菜籽油、大豆油、回收烹饪油、动物油等可再生油脂与甲醇、乙醇发生酯化反应制得。
生物柴油以其突出的“环保性”和“可再生性”，已引起了世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。
目前，它围绕着几种主要油脂原料的盛产区，已经形成三大生物柴油生产基地，并逐步向世界普及和扩展。
在人类向低消耗、低排放和低污染的“低碳经济”迈进的时代，大力开拓和发展生物柴油产业是一条可持续发展之路。
生物柴油作为优质的柴油代用品，是典型的“绿色能源”，生物柴油产业在我国具有巨大的发展潜力，对保障石油安全、保护生态环境、调整农业结构、促进农业和制造业发展均具有相当重要的积极作用。
1.生物柴油的性质特点
2.1生物柴油的特性
柴油分子由l5个左右的碳链组成，植物油分子一般由14～18个碳链组成，与柴油分子的碳数相近。
与普通柴油相比，生物柴油具有如下特性：
（1）优良的环保特性。
因生物柴油中的硫含量低，所以二氧化硫和硫化物的排放量少，其排放量可减少约30%（有催化剂时可减少约70%）；因生物柴油中不含芳香烃，使用生物柴油可降低90%的空气污染；生物柴油含氧量高，其燃烧时一氧化碳的排放量与普通柴油相比减少约10%（有催化剂时可减少约95%）；生物柴油可生物降解，对土壤和水的污染较少。
（2）发动机低温启动性能。
生物柴油具有较好的发动机低温启动特性，无添加剂时冷滤点达-20℃。
（3）较好的润滑特性。
生物柴油使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率降低，延长设备的使用寿命。
（4）较好的安全特性。
由于生物柴油的闪点高，不属于危险品，其运输、储存和使用均较安全。
（5）良好的燃烧特性。
十六烷值高（52.9），其燃烧性能优于普通柴油，燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命延长。
（6）可再生性能。
生物柴油具有可再生性，作为一种可再生能源，资源不会枯竭。
（7）其他特性。
无须改动柴油机，生物柴油可直接添加使用（生物柴油以一定比例与普通柴油调和使用），可降低油耗、提高动力性，降低尾气污染。
美国科学家的研究结果表明，一氧化碳、总碳氢化合物、芳香烃、二氧化硫及炭粒随燃料中生物柴油含量的增加而减少。
与普通柴油相比，生物柴油作为柴油汽车的替代燃料，汽车尾气中有毒有机物排放量仅为10%、颗粒物为20%、二氧化硫排放量为60%、一氧化碳排放量为10%，排放指标可满足欧Ⅱ和欧Ⅲ排放标准。
由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于植物生长过程中所吸收的二氧化碳，所以可改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖的环境问题。
生物柴油是一种真正的绿色柴油。
2.2生产生物柴油的能耗
以生产1MJ燃料的总能耗和效率作对比，生物柴油与普通柴油总能耗及效率基本相似，但生物柴油的石油消耗仅为0.311MJ，远低于普通柴油，且榨油植物生长过程中大部分能量来自太阳能。
若植物油酯交换过程采用可再生的乙醇时，则石油消耗还可下降。
在生产生物柴油的过程中，每消耗1个单位的矿物能量就能获得3.2个单位的能量，在所有的替代能源中生物柴油的单位热值最高。
2.3生物柴油燃烧排放物对人体健康的影响
美国研究人员通过有害气体对人的体重、食欲、死亡率、血液、神经、肺部、眼睛及脱氧核糖核酸（DNA）等方面的影响得到结论，生物柴油的燃烧尾气对人体没有明显的副作用。
B-20（含20%生物柴油的混合油）可使毒性危害程度降低16%，B-100（100%生物柴油）可使毒性危害程度降低80%。
2.生物柴油发展现状
3.1国外生物柴油发展现状
生物柴油诞生于1988年，由德国聂尔公司发明。
它是以菜籽油为原料，提炼而成的洁净燃油，其突出的环保性和可再生性引起了世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。
近十几年来，生物柴油产业在世界各国发展很快。
美国是最早研究生物柴油的国家，20世纪90年代初开始生产生物柴油，目前生产能力为300kt/a，产品用户是汽车运输公司、公交和政府车辆。
1998年制定了有关技术标准，联邦政府和国会以及有关州政府先后发布和通过政令和法案，支持生物柴油的生产和消费。
为了降低生物柴油的生产成本，一般在普通柴油中加入10%-20%的生物柴油，如美国的B-20生物柴油，其尾气污染物排放量可降低50%以上。
近年又在深度加氢精制的普通柴油中加入5%的生物柴油，以改善其润滑性能。
美国生物柴油的税率为零。
为进一步鼓励使用生物柴油，美国农业部决定每年拿出1.5亿美元补贴生物柴油等生物燃料的使用，美国至少有5个州正在考虑制订生物柴油税收鼓励政策。
生物柴油使用最多的是欧洲，其份额已占到成品油市场的5%。
欧盟制定了一系列促进机制和激励政策，鼓励生物柴油等生物质燃料的产业发展，将生物燃料的市场份额从2005年的2%逐步增加到2010年的5.75%。
西方国家为发展生物柴油，在行业规范和政策鼓励下采取了一系列的积极措施。
制定了生物柴油技术标准，欧洲联盟即将出台鼓励开发和使用生物柴油的新规定，如对制造生物柴油的企业免征增值税，规定机动车使用的生物动力燃料占动力燃料营业总额的最低份额。
新规定的出台不仅有助于欧洲联盟生物柴油市场的稳定，而且生物柴油营业额将从2000年的5.035亿美元猛增至24亿美元，平均年增25％。
2003年欧盟国家生物柴油的产量达到2Mt，比1996年增加了4倍。
2003年欧盟各国生物柴油的产量见表1。
表12003年欧盟各国生物柴油的产量
国家
产量/（kt.a-1）
国家
产量/（kt.a-1）
德国
1109
丹麦
60
法国
440
奥地利
45
意大利
350
瑞典
30
捷克
60
英国
30
从表1可看出，德国是欧洲最大的生物柴油生产国，德国现有23家生物柴油生产厂，生物柴油总产量2003年达到了l109kt，2010年计划达到8Mt。
德国制定了生物柴油的标准DINV51606；德国有300多个生物柴油加油站，规定在主要交通要道只准销售生物柴油；农民种植生物柴油原料油菜籽可获得1000马克/hm的补贴；对制造生物柴油的企业予以免税。
日本也是较早研究生物柴油的国家。
1995年开始研究生物柴油，1999年建立了用煎炸油为原料生产259L/d生物柴油的工业化试验装置。
目前日本生物柴油产量可达400kt/a。
3.2国内生物柴油发展现状
我国开展生物柴油的课题是闵恩泽院士在《绿色化学与化工》一书中首先明确提出的。
目前，我国已研制成功利用菜籽油、大豆油、米糠下脚料和野生植物小桐籽油等为原料生产生物柴油的工艺。
2001年9月，海南正和生物能源有限公司建成年产近10kt的生物柴油试验厂，油品经石油化工科学研究院、中国环境科学研究院测试，主要指标达到美国生物柴油标准，它成为我国生物柴油产业化的标志。
四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司也开发出了拥有自主知识产权的生物柴油生产技术，并相继实现工业化，其生产规模超过10kt/a。
近年来，采用脂肪酶代替酸碱催化剂催化合成生物柴油也有较多报道。
中国农业科学院油料作物研究所的黄庆德等利用碱作为催化剂对油脂合成生物柴油的生产工艺进行了研究；江苏大学汽车学院的杨军峰等研究了双低菜籽油在催化剂氢氧化钠的作用下与乙醇发生转酯化反应生成脂肪酸乙酯；北京化工大学生物工程系邓利等研究了采用酯化和酯交换两条工艺路线合成生物柴油的工艺。
目前，我国科学家已成功从玉米中提取加工出燃油乙醇，并投入使用。
采用酯化、酯交换法、生物酶法制备生物柴油的技术已申请了中国专利。
由于对生物燃料行业的发展前景比较乐观，许多大型石化和粮油公司也纷纷涉足生物柴油领域，进行生物柴油的研发和生产。
已初步形成了民营企业、大型国企、外资企业共同参与的格局。
如2007年4月，中国石油天然气集团公司与国家林业局签署了发展林业生物质能源的框架协议，拟投资20亿元，在四川攀枝花建设12万公顷麻疯树生物柴油原料基地，预计在2015年建成相应加工能力的生物柴油加工厂。
年产6万吨生物柴油产业化示范项目今年初在海南投产。
这是海南首个建成投产的生物柴油项目，也是国家发改委批准的“首批国家级生物柴油产业化示范项目”中最早投产的一个。
该项目位于海南东方工业园区内，由中国海洋石油总公司投资兴建。
该套生物柴油加工装置与中石化石油科学研究院合作，将其开发的高压酯交换生物柴油生产工艺进行首次工业放大，形成具有国内自主知识产权的专利技术和专有设备。
同时，在海南省推广BD5、BD10生物柴油销售，形成国内首个生物柴油销售示范市场。
项目原料选用以小桐子（麻疯树）为主的能源林树种。
项目的建成每年将减少二氧化碳排放约14万t，减少一氧化碳排放约400t，减少二氧化硫排放量约60t，减少可吸入颗粒物排放量约100t，海南由此成为国内第一个全省率先使用“绿色柴油”的省份。
据介绍，中海油海南生物柴油项目由能源林选种育苗、示范种植基地、油脂加工、生物柴油加工及产品销售等构成，目标是建设成为国内集能源林树种优选及种植研发、生物柴油工艺技术研发及工业应用放大、小桐子（麻疯树）油籽制油及副产物综合利用等多功能于一体的“林-油-体化”生物能源示范项目。
中海油相关负责人透露，因小桐子原料基地还未建成，目前装置主要利用酸化油作为原料生产，加上产品调配和销售仍未理顺，产品正式进入海南市场销售尚需时日。
随着生物柴油产业的发展，政府也相继出台了一系列政策、措施。
如生物柴油项目已于2003年5月被列为“国家科技产业化项目计划”；2004年科技部高新技术和产业化司启动了“十五”国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目；2005年，国家专项农林生物质工程开始启动，规划到2010年我国生物柴油产量达到200万吨，2020年达到1200万吨；2005年2月28日，十届全国人大通过了《可再生能源法》，2006年1月1日，《可再生能源法》生效；2007年5月1日中国制定的首个柴油机燃料调和用生物柴油的国家标准B100开始正式实施等等。
这些政策和措施为生物柴油替代石化柴油进入市场的认可和支持，为金融机构提供有财政贴息的贷款、税收优惠提供了法律保障。
3.生物柴油制备方法
生物柴油制备方法可分为三大类：
物理法、化学法及生物酶催化法，其中物理法包括直接使用法，混合法和微乳液法，化学法包括高温裂解法和酯交换法[1]。
4.1物理法
4.1.1直接使用法
国内外试验研究表明，植物油能作为柴油的替代品，发动机功率与使用柴油几乎相同，热效率接近[2]。
1895年RudolfDiesel发明发动机时就没有计划用石油做燃料。
1900年巴黎博览会上第一次展示发动机时就是用花生油作为燃料。
他在1912年美国密苏里工程大会报告中说：
“用菜籽油作发动机燃料尽管目前看来没有太大意义，但将来一定会成为和石油一样重要的燃料[3]。
”但植物油和柴油燃烧性能差异大，柴油机长期使用植物油可产生：
（1）流动性差及积炭。
由于植物油粘度大，通过柴油机供油系较困难，特别是通过喷油咀后雾化不良，油滴大，燃烧不完全，使植物油中高级脂肪酸甘油酯分子间发生热聚合而在燃烧室壁上形成积炭。
这种积炭附着较牢，导致活塞、活塞环与缸套之间的磨损增大，粘结活塞环，丧失密封性，降低柴油机热效率。
（2）润滑油变质。
未燃烧和燃烧不全的植物油沿气缸壁进入曲轴箱，使润滑油受污染而变质和各摩擦部位磨损加剧。
（3）由于植物油浊点高，柴油机冷起动性较差。
因此，直接使用植物油作为柴油机的燃料会缩短柴油机的寿命，降低植物油粘度是提高植物油效能的重要途径[2]。
4.1.2直接混合法
直接混合法又称稀释法，就是将植物油和矿物油按一定比例混合后直接作为发动机燃料使用，目前各国通常采用5%～20%的混合比。
在生物柴油研究初期，研究人员设想将天然油脂与柴油、溶剂或醇类混合以降低其黏度，提高挥发度[4]。
20世纪80年代初对于植物油作为生物柴油进行了大量的研究。
Anon[5]在柴油中掺入95%的回收煎炸油，发现每运行4～4.5Km就必须更换润滑油，这是因为植物油的高黏度引起不饱和成分的聚合使润滑油变质。
Amans等[6]将脱胶的大豆油与2号柴油分别以1:
1和1:
2的比例混合，在直接喷射涡轮发动机上进行600小时的试验。
当两种油品以1:
1混合时，会出现润滑油变浑以及凝胶化现象，而1:
2的比例不会出现该现象，可以作为农用机械的替代燃料。
Ziejewski等人[7]将葵花籽油与柴油以1:
3的体积比混合，测得该混合物在40e下的黏度高于ASTM（美国材料实验标准）规定的最高黏度，因此该混合燃料不适合在直喷柴油发动机中长时间使用。
而对红花油与柴油的混合物进行的试验则得到了令人满意的结果，但是在长期的使用过程中该混合物仍会导致润滑油变浑。
将植物油与柴油直接混合后使用会使着火点迅速下降，积碳量减少，能部分改善燃料性能，但并没有从根本上改变植物油的高粘性能，因此还是不能完全满足柴油机对燃料的要求。
4.1.3微乳液法
将动植物油与溶剂混合制成微乳状液也是解决动植物油高黏度的办法之一。
微乳状液是一种透明的、热力学稳定的胶体分散系，是由两种不互溶的液体与离子或非离子的两性分子混合而形成的直径在1~150nm的胶质平衡体系[7]。
1982年Georing等[8]用乙醇水溶液与大豆油制成微乳状液，这种微乳状液除了十六烷值较低之外，其他性质均与2号柴油相似。
Ziejewski等[6]以53.3%的冬化葵花籽油、13.3%的甲醇以及33.4%的1-丁醇制成乳状液，在200h的实验室耐久性测试中没有出现严重的恶化现象，但仍出现了积炭和润滑油黏度增加等问题。
Neuma等[9]使用表面活性剂（主要成分为豆油皂质、十二烷基磺酸钠及脂肪酸乙醇胺）、助表面活性剂（成分为乙基、丙基和异戊基醇）、水、炼制柴油和大豆油为原料，开发了可替代柴油的新的微乳状液体系.其中组成为柴油3.160g、大豆油0.790g、水0.050g、异戊醇0.338g、十二烷基碳酸钠0.676g的微乳状液体系的性质与柴油最为接近。
微乳化法虽然也是解决动植物油高黏度的办法之一，但在试验室规模的耐久试验中发现会产生积炭严重的现象，燃烧不完全，以及润滑油黏度增加等问题[3]。
物理法虽简单易行，能降低动植物油的黏度，但其十六烷值不高，是一种分散的多相体系，一直存在稳定性问题，而且其物化性能指标难以控制和达到所要求的数值，因此物理法生产的生物柴油在生物柴油产业中所占比重很小[10]。
以上几种物理方法都会出现发动机喷嘴不同程度的结焦、活塞环卡死，积碳饱和酸的聚合引起润滑油失效等问题，因此只有通过化学方法将动植物油脂转化为粘度低、挥发度大的小分子，才可作为燃料直接用于内燃机[1]。
4.2化学法
4.2.1高温裂解法
裂解法是在热或热和催化剂的作用下，由热能引起化学键断裂而产生小分子，一种物质转变成另一种物质的过程[10]。
最早对植物油进行热裂解的目的是为了合成石油。
Schwab等[11]对大豆油热裂解的产物进行了分析，发现烷烃和烯烃的含量很高，占总质量的60%；裂解产物的黏度比普通大豆油下降了3倍多，但是仍远高于普通柴油的黏度值。
在十六烷值和热值等方面，大豆油裂解产物与普通柴油相近。
Pioch等[12]将椰油和棕榈油以SiO2/Al2O3为催化剂，在450℃裂解，得到的产物分为气液固三相，其中液相的成分为生物汽油和生物柴油。
分析表明，该生物柴油与普通柴油的性质非常相近。
高温热裂解法过程简单，没有污染物产生。
缺点是裂解过程必须在高温下进行、需催化剂、设备昂贵、反应难以控制，且主要产品是生物汽油，产量不高，所以生物柴油的生产很少采用裂解法[10]。
由于以上措施不能从根本上改善植物油的使用性能，研究者们又提出了对植物油进行酯化或酯交换反应来制备生物柴油的新方法，通过这种方法得到的产物燃烧性能接近轻柴油，燃烧后排放性能大大优于轻柴油，可直接代替石化柴油在柴油机上使用。
4.2.2酯交换法
酯交换法即用动物或植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在催化剂和高温下进行酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥制得生物柴油，是目前研究及应用最多的生物柴油制备方法[13]。
甘油三酸酯（动植物油脂的主要成分）是羧酸官能团衍生物的一种，所有羧酸的官能团衍生物都含有同样的官能团—酰基，不管分子其它部分的结构如何，官能团的性质基本是一样的。
羧酸的衍生物中含有羰基C=O，羧基决定了羧酸衍生物的性质。
由于甘油三酸酯分子中存在羰基，决定了甘油三酸酯的特征和活性。
羰基是由σ键和其它三个原子相连接的，由于这些键所利用的是sp2轨道，所以它们处于同一个平面之中，间隔是120°。
碳所剩下的P轨道与氧的P轨道重叠而形成一个二键。
这样，碳和氧就以双键连接起来，分子中紧靠羰基碳的周围部分是平的，氧羰基碳和直接连在羰基碳上的两个原子同处在一个平面中。
如图1所示：
图1.羰基化学空间结构
电子因素和空间因素两者都使羰基特别易于在羰基碳上发起亲核进攻：
（a）氧即使带上一个负电荷还是与获取电子的倾向；（b）差不多没有空间阻碍的过渡态导致三角形的反应物变成四面体中间体。
这些因素也使酰基化合物易于遭受亲核进攻。
酯交换反应如图2所示。
它是通过甲醇，将甘油三酸酯的甘油酯基取代下来，形成长链脂肪酸甲酯，经过酯基转移反应之后，使一个植物油或动物油的大分子分成3个单独的脂肪酸甲酯，缩短了碳链的长度，使产品的粘度降低，挥发度提高，低温流动性大大改善[14]。
图2.酯交换反应
Freedman等认为酯交换反应是由一连串可逆反应组成，甘油三酸酯逐步转化为二脂肪酸甘油酯、甘油单酯和甘油，每一步生成一种酯化产物。
酯交换反应的机理如图3所示。
图3.酯交换反应机理
从上面的反应机理来看，酯交换法制备生物柴油的过程简单，所需的催化剂易得，工艺条件缓和，低温常压下便可大量生产，易于实现工业化生产。
酯交换法制备生物柴油的技术关键是反应所用的催化剂，根据催化剂的不同，酯交换法可分为：
均相催化法、非均相催化法及超临界无催化法。
4.3生物酶催化法
传统的酸碱催化方法存在制备工艺复杂、醇消耗量大、产物难回收、产生的废酸、碱液易腐蚀设备，污染环境等缺点，因此研究者们开始关注使用脂肪酶取代酸、碱作为酯交换法制备生物柴油的催化剂，即酶催化法制备生物柴油[1]。
MukeshKumar[15]等对脂肪酶催化植物油进行了研究。
研究表明，葵花籽油在50℃，催化剂用量10%，醇油摩尔比3：
1，反应12h得到的转化率达92.7%。
但是，反应必须使用有机溶剂才能达到高转化率。
相对于化学法制备生物柴油，酶催化法具有很多优点，其反应条件的温度和能耗较低，受游离脂肪酸和水的影响较小，且脂肪酶也可以将废弃油脂中的脂肪酸转化为甲酯。
另外酶催化法反应消耗的醇量较少，产品中回收甘油等副产物时过程简单，操作简便[16]。
但在生物柴油的生产中直接使用脂肪酶催化也存在一些缺陷，如脂肪酶对短链脂肪醇的转化率较低，而且短链醇对酶有一定的毒性，使酶的使用寿命缩短，另外，脂肪酶的价格昂贵，生产成本较高，脂肪酶在亲脂有机溶剂中易于富集，影响催化效果，副产物甘油极易黏附在固定化酶的表面，影响传质效果，从而对酶催化活性及稳定性产生严重的负面影响等，这些缺点限制了其在工业规模生产生物柴油中的应用[1]。
4.4生物柴油制备方法总结
上述六种生物柴油制备方法的优缺点汇总于表2中。
表2不同生物柴油制备方法比较
工艺
主要生产过程
优点
缺点
直接使用法
直接使用植物油
液态，轻便，可再生，热值高
高粘度，流动性差，易积炭，导致润滑油变质
直接混合法
植物油与矿物柴油、溶剂或醇类相混合
降低植物油的粘度，工艺简单
燃油雾化特性差，燃烧不充分，会发生积炭结焦现象
微乳液法
利用乳化剂将植物油分散到粘度低的甲醇、乙醇等溶剂中
植物油稀释，降低粘度，以满足柴油机燃料的要求
微乳化方法收到环境的限制，性质不稳定，不能普遍使用
高温裂解法
高温、催化剂下把植物油的长链分子断裂成短链的碳氢化合物
该生物柴油与普通柴油的性质非常相近（不含氧）
产品质量稳定性差，工艺复杂，设备庞大，使生产成本增加，很难达到商业化目的
化学酯交换法
低碳醇与动植物油脂发生酯交换反应，得到脂肪酸甲酯
产品基本符合0#柴油的标准
低温性能差，碘值高，烟气中NOx含量高
生物酶催化法
使用脂肪酶取代酸、碱作为酯交换法制备生物柴油的催化剂
游离脂肪酸和水的含量对反应无影响，相对清洁
酶价格偏高，且易失活，反应时间较长
通过对比以上生物柴油制备方法可以看出，各种方法有一个共同点是降低植物油的粘度、提高其挥发度、改善低温性能，使植物油可以作为柴油发动机燃料使用。
但在制备方法上各有各的优缺点：
如混合法和微乳液法，只是简单地通过与其它原料混合来降低粘度，因而产品性质不稳定，长期使用会对发动机造成很大的损害；高温裂解法通过化学法改变了分子结构，故从根本上解决了粘度大、挥发性低的缺陷，但得到的产品质量较差。
比较而言，酯交换法不仅能从根本上改变分子结构，而且其工艺简单，设备投资小，适合大规模生产，故酯交换法是目前人们研究的重点。
生物酶催化法是利用脂肪酶作为酯化反应的催化剂，也属于酯化反应的一种。
4.生物柴油酯交换法生产工艺
酯交换法是目前制各生物柴油最主要的方法。
酯交换法是指在催化剂的存在下，甘油三酸酯和甲醇发生反应生成脂肪酸甲酯和甘油的过程，或者是甘油三酸酯和处于超临界状态下的甲醇发生反应得到脂肪酸甲酯的过程。
各种天然的植物油和动物脂肪以及食品工业的废油，都可以作为酯交换生产生物柴油的原料。
可用于酯交换的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。
由于甲醇的价格较低，同时其碳链短、极性强，能够很快地与脂肪酸甘油酯发生反应，且碱性催化剂易溶于甲醇，使甲醇成为酯交换法最常用的交换醇，其一般生产工艺如图4所示，此部分主要是总结不同催化剂作用下的酯交换工艺过程。
酯交换反应的催化剂可以使酸、碱或酶。
通过酯交换反应可以使天然油脂的分子量降至原来的三分之一，黏度降低约8倍，同时也提高了燃料挥发度，各项指标与柴油接近[18]。
图4生物柴油的一般生产过程
5.1均相催化法
均相催化法包括均相酸催化法和均相碱催化法
5.1.1液体酸催化
催化酯交换过程较常用的液体酸催化剂包括硫酸、磷酸、盐酸、有机磺酸、固体酸及酸性离子液体催化剂。
钟鸣等[19]研究了以磷酸为催化剂，催化地沟油与甲醇发生酯交换反应制取生物柴油，在优化条件下生物柴油的收率可85%以上。
张谡等[20]研究了在微波辐射条件下硫酸催化酯交换反应转化喜树种子油制备生物柴油的工艺,转化率可达95％以上。
液体酸催化的优点是不受原料中游离脂肪酸含量等因素的影响，对任何品质的原料均可直接应用，尤其是当甘油酯中游离脂肪酸和水含量较高时。
用硫酸催化，虽价格低廉，但由于液体硫酸腐蚀严重，对设备要求高，易引
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