本文圍繞2022年度上海市科技進步獎一等獎項目“餐廢油脂生物柴油制備及車用關鍵技術”展開，該獎項由同濟大學汽車學院汽車發動機設計研究所樓狄明教授領銜獲得。

2017年11月某日下午，貨車司機劉師傅駛入上海市奉賢區的一處加油站。劉師傅是這家加油站的?？土?，很快便發現了新標識：綠底白字的“B5柴油”以及下方“便宜0.3元/升”的字樣。精打細算的劉師傅很是感興趣，但心中也有疑慮，便詢問工作人員詳細情況。后者告訴他，B5柴油是生物柴油，性能上和普通柴油一樣，更加環保，現在剛試點推廣，所以便宜。吃了定心丸的劉師傅便嘗試了這種新柴油，加滿一箱算下來比加普通柴油便宜了小二十元。

送完貨后，劉師傅在司機群里跟同行們交流了這個事兒，大多數群友都表示想試試，但也有群友提出疑問：聽說這B5柴油用的是地溝油，用多了對發動機不好，省下來的油錢到時候都不一定夠修車。

那么，B5柴油到底是什么？真的是用地溝油做的嗎？B5柴油真的會損害發動機嗎？

B5柴油就是將生物柴油（從動物油、植物油等生物油中提煉出的燃料油，屬于可再生能源）與石化柴油（從原油中提煉出的燃料油，屬于不可再生能源）按1：19的比例（也即生物柴油占5%）調和得到的一種新型燃油。

有人可能會好奇：柴油用得好好的，為啥要摻生物柴油呢？原因主要是兩個：一是能源安全；二是減碳環保。

石油號稱“工業的血液”，對工業時代的人類社會重要性不言而喻。然而，石油是一種不可再生能源，用完了就沒了，而且在地球上的分布很不均勻，有些地區“富得流油”，而有些則真是“沒有一點油水”。這樣的客觀情況導致全球石油價格經常大幅波動，在遭遇俄烏沖突這樣的政治問題時，石油進口國更是會感受到能源保障性差的痛楚。而生物柴油就沒有這個問題。

另一方面，生物柴油在燃燒性能不遜于石化柴油的前提下環保表現遠勝后者。據估計，相比石化柴油，燃燒1噸生物柴油可減排2噸左右二氧化碳。另外，生物柴油排放的有害物質（顆粒物、一氧化碳等）也比石化柴油少得多，且具有更好的潤滑效果?？偠灾?，相比石化柴油，生物柴油更環保，也更有保障。

在這樣的背景下，生物燃料迅速在全球推廣開來，比如歐洲早在2009年就頒布并實施了《可再生能源指令》（RED），并于2018年修訂（RED II），規定在2030年前將地面交通中生物燃料的使用比例提高到14%。中國作為全球最大的石油進口國之一，自然也相當重視生物燃料的發展。不過，中國同時也是食用油使用大國，常見的生物燃料原料棕櫚油、大豆、菜籽等均須依靠大量進口方能滿足國民使用需求，沒有多少余量用于生產生物燃料。因此，在生物柴油“不與人爭糧”的原則下，餐廢油脂就成了中國生產生物柴油的重要原料。

嚴格來說，餐廢油脂包含煎炸廢油、泔水油、地溝油等多個類別，其中以地溝油衛生狀況最為惡劣，并且曾引發公眾的食品安全恐慌，于是，在目前的大眾語境下，地溝油基本上和餐廢油脂畫上了等號。而劉師傅加的B5柴油中摻混的生物柴油正是由餐廢油脂制成，所以的確可以說B5柴油在生產過程中用到了地溝油。那么，B5柴油真的會損害車輛嗎？

首先，燃油品質不佳確實會損害車輛，而地溝油總是與“臟”“臭”聯系在一起，怎么也和高品質不沾邊，所以老司機們的擔心并非空穴來風、杞人憂天。不過，經過充分提煉、加工、處理的地溝油制成的生物柴油完全能滿足車用的品質要求，這當然離不開技術研發人員的努力。

早在2006年，現同濟大學教授、汽車學院汽車發動機設計研究所所長樓狄明參與的國家“十一五”863課題“生物柴油組分及汽車匹配技術研發”就攻克了生物柴油混合柴油燃料與發動機匹配的關鍵技術。這樣一來，就無須為生物柴油專門研發相應發動機了，直接給原來就使用柴油發動機的車輛加摻了生物柴油的新油即可。而且，相比傳統石化柴油，這種新燃料在經濟性、動力性和對發動機的損耗方面表現都不遜色。因此，這個課題的成果“混合柴油燃料車用關鍵技術及應用”榮獲了2012年度上海市科技進步一等獎。

在實驗室中證明生物柴油可行后，上海市前后有50輛公交車在2013年12月至2014年10月間試點使用“地溝油柴油”。試點結果令人欣喜：混合了“地溝油”的新柴油，油耗僅比純石化柴油多 1%~3%；保證車輛動力不減的前提下，新柴油一氧化碳等污染物排放量都更低，顆粒物排放則少了近一成；此外，使用混合柴油的發動機活塞頂部、氣門、噴油器等關鍵零部件表面都沒有積碳，也未出現與油路相關的故障?？梢哉f，這種新型生物柴油完全符合“性能不減、更加綠色”的期待。2017年，B5生物柴油正式亮相上海社會加油站。截至2023年年中，上海全市供應B5生物柴油的社會加油站已近300座，累計供應180余萬噸，平均而言，每4輛柴油車中至少有一輛加了B5生物柴油。另外，在供應B5生物柴油的加油站中，這種環保柴油的加油量占到了全部柴油使用量的1/3以上。

毫無疑問，這種脫胎于地溝油的環保燃料經受住了實踐的檢驗。如今，司機師傅們加B5柴油已不像2017年劉師傅的同行那樣疑慮重重，越來越多的司機師傅選擇了性能不減、價格實惠的B5生物柴油。

不過，B5生物柴油之所以能保持每升0.3元的價格優惠，主要還是來自政策補貼。要想進一步擴大市場規模，甚至全面取代純石化柴油，生物柴油還需進一步優化生產過程、降低生產成本，真正在價格方面取得優勢。

在這樣的背景下，在生物柴油領域耕耘多年的樓狄明同濟大學團隊研發了“餐廢油脂生物柴油制備及車用關鍵技術”，為生物柴油的進一步產業化發展奠定了堅實的技術基礎，同時也榮獲2022年度上海市科技進步獎一等獎。

說到這里，很多讀者或許有疑問：一桶原油動輒近百美元，而地溝油可以說幾乎不要錢，怎么以地溝油為原料的生物柴油成本還降不下來呢？沒錯，地溝油本身確實沒幾個錢，可回收、處置地溝油，使其達到足以生產生物柴油的品質標準，那可就代價不菲了。其中最關鍵的問題是：地溝油與地溝油之間的差距實在是太大了。地溝油誕生于各大餐廳飯館的廚房，而廚房環境的多樣性可就大了去了。畢竟，麻辣香鍋產生的廢油能和糖醋排骨、黃燜雞一樣嗎？每道菜產生的廢油各不相同，它們互相混合產生的地溝油就更是千差萬別了?？梢哉f，每一桶地溝油都是一個新世界。另一方面，作為合格的車用油，必須具有穩定、均一的化學性質，適用于所有發動機。這種原料多樣性與產品標準化需求之間的矛盾就是餐廢油脂生物柴油生產過程中的“一致性”制備難題。

從化學角度上說，地溝油多樣性的一大具體表現就是酸值波動極大。而合格的成品生物柴油必須將酸值降低至一定程度以下，否則就可能腐蝕車輛部件。為此，樓狄明團隊創新地在反應過程中摻雜納米級金屬氧化物，強化催化劑活性成分的粘附力，從而適應餐廢油脂的巨大酸值波動，同時也提高了催化劑的活性、選擇性和使用壽命。

與此同時，樓狄明團隊還在生產流程上發力，首創了全連續、全自動、一體化、分步式四塔聯蒸餐廢油脂制車用生物柴油成套技術，通過多級處理、空間酯化、智能精餾、在線調和等技術實現了復雜來源餐廢油脂全過程連續化、自動化高質量生產。

樓狄明團隊首創的四塔聯蒸生物柴油成套技術

這樣一來，無論地溝油來自哪里，無論地溝油的前身是哪道菜，無論地溝油和哪種調味劑、洗潔劑混在了一起，只要進入了樓狄明團隊的這一套生產流程，只要使用了團隊的特制催化劑，就能得到品質穩定、一致的生物柴油。

解決了油料的問題之后，樓狄明團隊又在生物柴油發動機的用油方式上下了大力氣。

團隊成員胡志遠說：“車用生物柴油在使用過程中應用比例靈活，柴油機工況瞬變，導致生物柴油發動機‘噴油控制自適應難、靈活比例高效燃燒難、PM與NOx排放協同控制難’等痛點?！?/p>

發動機要做到高效運轉，精準噴油、油料高效燃燒是關鍵。在實際使用中，生物柴油總是與石化柴油混合使用，且混合比例靈活，再加上柴油發動機工作狀況瞬息萬變，這就對精準噴油提出了更高要求，也就是“噴油控制自適應難”問題。為此，樓狄明團隊創新地提出根據生物柴油比例和柴油機工作狀況在線調整噴油的想法，發明了多模型耦合的生物柴油發動機自適應燃料噴射控制方法，通過采集燃油溫度、冷卻液溫度、車速、油門位置等多源傳感器信號，進行多模型耦合，在線調整噴油控制策略，從而實現定時、定點、定量精準噴油。簡單來說，就是通過放置在全車各關鍵部位的傳感器持續實時收集各項關鍵數據，匯總到處理器后，由后者根據數據計算出最佳噴油方案再反饋給各部件執行。

樓狄明團隊提出的多模型耦合自適應燃料噴射控制方法

另外，同樣是因為混合比例靈活的原因，生物柴油要做到高效燃燒也更為困難。團隊成員王忠表示，這個困難的核心在于“燃燒模式控制”。為此，樓狄明團隊首先做了靈活比例生物柴油燃燒基礎研究，從而認清了靈活比例生物柴油“微爆破碎”和“復合火焰傳播”的本質，并在此基礎上提出了“活性預混主導、含氧基團催化、多點著火擴散、湍流燃燒可控”的高效燃燒模式，提高了靈活比例生物柴油燃燒效率。

樓狄明團隊提出的靈活比例生物柴油高效燃燒模式

生物柴油及發動機自身特性帶來的另一個問題就是顆粒物（PM）與氮氧化物（NOx）排放協同控制難。樓狄明表示，這一難題的核心是“PM和NOx排放此消彼長的矛盾”，也就是說，PM排得少了NOx排得就多了，NOx排得少了PM排得就多了。我們知道，PM和NOx都是汽車排放的主要污染物，必須都做到盡可能少排才能滿足綠色環保的要求，否則，生物柴油的綠色優勢就會大打折扣。

為了解決這個問題，樓狄明團隊提出了以NO2為調控介質，解耦PM和NOx控制矛盾的想法，獨創了靈活比例生物柴油后處理系統自適應控制技術，提高了尾氣凈化系統對生物柴油比例和發動機燃燒情況的適應性，同時降低PM與NOx排放。

樓狄明團隊獨創的靈活比例生物柴油后處理系統自適應控制技術

此外，為了保證車輛硬件能夠滿足生物柴油的使用需要，樓狄明團隊還通過技術改進發動機關鍵零部件顯著提升了燃料供給系統、燃燒系統、排氣系統及后處理系統的可靠性，從而保證使用靈活比例生物柴油發動機的車輛能累計可靠運行上億公里。

可以說，樓狄明團隊從油料本身、用油方式、配套硬件升級等方面入手，系統性解決了從地溝油到生物柴油投入實際使用的一系列難題，為餐廢油脂生物柴油的進一步產業化奠定了堅實的基礎。

在全球減排、能源危機日益凸顯的大背景下，生物柴油越發受到全球各國的青睞。從原料角度看，生物柴油原料大約75%為植物油，具體來說，棕櫚油占比約為30%，豆油占比約25%，菜籽油占比約20%。而以餐廢油脂為原料制成的生物柴油大約只占20%。許多國家并不用餐廢油脂作為生產生物柴油的原料?？v觀全球，只有中國、日本以及少部分歐盟國家以餐廢油脂為原料。

然而，以植物油為原料，從道德和環保兩個維度來講，都比不上以餐廢油脂為原料。首先，從道德角度上說，大豆、菜籽等農作物的生產初衷都是供人食用，在全球仍有六七億人面臨饑饉的前提下，用植物榨油進而生產生物柴油，顯然存在道德方面的隱憂，并且也確實有可能威脅到糧食安全，也即“糧與油”的矛盾。其次，從環保角度上說。種植經濟作物，尤其是大規模種植油料作物，勢必會導致土地使用方式的變化，比如砍伐森林使其變成耕地，這顯然也與減排的初衷背道而馳。而以餐廢油脂為原料生產生物柴油則完全沒有這兩方面的擔心，同時還能進一步保障食品安全。

實際上，生物柴油的最大市場歐盟已經意識到了這個問題，并且付諸法令。例如，《可再生能源指令》提倡以廢棄物、非食物纖維或木質纖維為原料生產生物燃料，規定以這些原料生產的生物柴油可享受雙倍積分。《可再生能源指令》修正案則明確提出限制直接使用糧食和飼料生產生物柴油，并且最晚到2030年逐步在生物柴油原料中淘汰棕櫚油。

綜上，我們完全可以得到一個結論：柴油市場的未來發展方向在生物柴油，而生物柴油的未來發展方向必然是以餐廢油脂等非糧產品為原料。從這個角度上說，樓狄明團隊的“餐廢油脂生物柴油制備及車用關鍵技術”成果對整個生物柴油研發領域都有重要且深遠的影響，并且具備相當廣闊的市場應用前景，是“產學研用”的一大經典案例。