生物柴油的简介（上）：应用场景与产品分类

生物柴油的简介（上）：应用场景与产品分类 核心观点 投资咨询业务资格 近期，网络关于“2025年为SAF(可持续航空燃料)行业爆发元年”的讨论热度较高。这大概有两层含义：其一，2025年1月1日起，欧盟（含英国）对SAF实施2%的强制掺混比例；其二，2025年5月6日，“嘉澳环保”发布公告称，其控股子公司“连云港嘉澳新能”成功1.34万吨SAF的成功出口至欧洲。也许，当下国际环球正逐步启动未来数十年SAF的生产与消费的新进程，而我国也将参与其中。 证监许可【2011】1772号 广金期货研究中心 农产品研究员苏航期货从业资格证号：F03113318期货投资咨询证书：Z0018777 本文先概括“三代”生物柴油的特征，及其具体应用场景。生物柴油是一种清洁能源，但面临着光伏、锂电池等其他新能源的直接替代和强烈挑战；“锂电池与BMS-电调-电机”系统，和“燃油-内燃机或燃气轮机”系统，似乎形成了强烈的相互替代关系。而且，近两年还出现了“绿色甲醇”“可控核聚变”等比较深奥的新概念，可能扰乱正常的投资交易节奏。因此，我们来回顾燃油动力系统的应用场景，和生物柴油在其中的角色。 本文再尝试概括生物柴油的市场需求。综合网络公开信息和同行观点来看，很可能是“政策驱动”贡献了生物柴油（含SAF等先进生物燃油）的新增需求，而且发达国家推动可再生能源的积极性要显著大于发展中国家，毕竟生物柴油比传统石化柴油更昂贵。但发达国家的能源政策时常摇摆，导致生物柴油的生产补贴和预期年度总需求也变化，进而使植物油和UCO等原料价格也跟着波动。 相关图表 2025年1-11月，出现过一些和生物柴油等清洁燃料相关的投资机会，如期货市场中，印尼B40政策和美国RVO义务量的政策变化引起过国际植物油价格的涨跌；而股票市场A股今年整体上涨，也有一些生柴相关的投资机会，尤其是涉及SAF生产或废弃食用油UCO回收的企业。但本文不去讨论交易机会，而主要仍是总结生物柴油和其他清洁能源在应用场景上的差异。 本人认为第三代生物柴油离商业应用还有很漫长的距离；而第一代和第二代生柴，若要大规模生产、替代部分化石燃油，则需要全球去显著扩大油料作物的种植面积与总产量。 一、燃油机——被部分年轻人逐渐淡忘 前不久友商们聊起“我国油料作物的种植面积不足”，本人提议去周边国家开拓新的油料耕地，谁知友商们直接回复“用储能或动力电池、电机就可以，生物柴油不是必选项”。本人惊讶之余，却也能体会其观点的合理之处：其一，我国西北至中亚地区年均日照充足、幅员辽阔，光伏发电战略潜力巨大；其二，大中小用电设备，大至施工起重机、小至家庭用电器，其中的动力电池、储能电池等从电网中取电是比较方便的，如果用传统的汽油或柴油，运输方面的成本更高。其三，燃油机属于“20世纪设备”，电池电机属于“兼容21世纪”，智能驾驶、无人机主板、智慧工厂和智慧农场的x86和ARM嵌入式服务器主板，连接电池BMS和电机调速器（也有叫“车载控制器”）都是电子系统的对接；如果想接入燃油机且达到同样的电子智能化，就必须要在燃油机各个部位装上温度、压力传感器，改进传统燃油机很麻烦。这是传统燃油车企等需要付诸努力去跨越的研发门槛，以至于现在年轻一代的用户们都更偏好于电动系统的载具、无人机、农机设备。 然而，本人还是认为在未来几十年，电动机可能替代大部分、但不会替代全部的燃油机；尤其是在恶劣环境下有过驾驶经验的小伙伴们，应该更能体验到这一点。相对电池-电机，燃油-燃油机（内燃机和燃气轮机等）经济性确实偏低，但燃油机是更结实耐耗的：1.燃油机无惧瞬时大功率，比如低速高力矩的起重机和大功率载客的大型客机；若换成电池，暂时还没有哪款电池能承受如此大功率的放电。2.燃油在添加抗冻剂后，能够适应西伯利亚、加拿大、南极等寒冷地区；若换成铅酸或锂电池，暂时无商用可行的材料能适应低温作业。3.补充燃料的速度，目前还是燃油的加注，显著快于车载电池的充电。 在号称“SAF元年”的2025年，整理网络上的常识，大致可以窥见生物柴油的几种“未来形态”；也可以通过回顾历史，感知它的出现，不仅是因人类对能源的渴望，还有环保减碳主义机构在积极推动。 生物柴油不是魔法，枯草桔梗要变成汽油柴油并不容易；有生之年的长期叙事，我们能用上哪几种生物柴油，既要看其性价比、又要看其大规模制造的可行性，当前公知们大致将生物柴油分成了三代：1.FAME脂肪酸甲酯、2.HVO和SAF、3.藻类微生物、液态阳光等技术将有机垃圾“变废为宝”的高级生物燃料。它们的共同点，都是“无需改造现有的燃油机，即可以直接加注燃烧”！ 内燃机、燃气轮机，对比电动机，结构原理差异巨大；但是生物柴油、生物航煤却和传统化石柴油、传统航空煤油极其相似、甚至相等。我们将生物柴油和传统柴油对比一遍，就能知道21世纪的生柴，可被20世纪的内燃机直接使用。 来源：网络公开信息，广金期货研究中心 炼油厂对原油进行蒸馏，按蒸馏设备生产产品所需的温度从低到高依次分离的依次是：石油气（气体组分，主要是C1到C4）、轻石脑、重石脑、汽油、煤油、柴油、润滑油、渣油（沥青），产品密度也是依次增大。汽油中的碳氢化合物具有多种不同长度的碳链，碳链越长、沸点越高；因此可以通过蒸馏的方式将它们分离。在常温常压下： CH4（甲烷）、C2H6（乙烷）、C3H8（丙烷）和C4H10（丁烷）都是气体。 C5、C6和C7都是非常轻、极易蒸发的清澈液体，称为石脑油。 C7到C12的混合物为汽油。汽油燃点低，在内燃机里可以用电活塞点燃；同时，储存需要注意安全性，比如秋冬静电的瞬间释放也可能引起火星。 C11到C17的混合物为煤油。煤油可用电活塞点燃，且燃烧稳定、适合大中小各种燃气轮机。解放初期，我国大部分农村点的灯都是用煤油，而航空煤油需要特别提纯然后再调制。此处碳链长度是约数，具体请参考生产商的闪点、燃点等。 C10到C22的混合物为柴油。柴油不能被普通火柴或零星火种点燃，安全性比汽油高；同等燃烧热值的柴油，通常也比汽油廉价。 生活中，我们使用的汽油、煤油、柴油都是经过炼油厂加工处理或添加过其他物质的，增加了稳定性和防爆性能等。 来源：网络公开信息，广金期货研究中心 化石燃油在内燃机或燃气轮机中燃烧，气体膨胀推动连接外部设备的机械结构，从而做功、将燃烧产生的化学能转化为对外的机械能（应急时也可以发电）。 正常情况下，柴油和汽油，是在内燃机中燃烧；而煤油或轻质柴油，在燃气轮机中燃烧。各类车辆和载具中，广泛使用的四冲程内燃机，原理如上图；而燃气轮机，具体的结构和工作方式和内燃机有较大区别。故三种燃油的场景不同。 汽油型内燃机，优点是可广泛应用于各种车辆和中小型飞行器中，甚至手持的轻便农具（如燃油电锯、割草机等），缺点是汽油存放相对不安全。 柴油型内燃机，优点是发动机怠速时也有很大的力矩，且价格比汽油便宜；缺点是柴油机很难造得短小精悍，而且发动机高转速时反而功率不足，且当今柴油机普遍震动比汽油机大，驾驶体验不够平稳（比如农村的拖拉机）。五大三粗的柴油内燃机适合装入拖拉机、起重机等，而不是赛车等高速载具。 燃气轮机，其燃烧室的结构和内燃机差异较大，而且没有“活塞”装置，再者地球氧气20%左右需要经过压缩，才能持续燃烧。其优点是，雾化燃油（或可燃气体）混合着被压缩的空气，燃烧非常平稳且持续、没有活塞往复运动和内燃机点火时的震动感；其缺点是，发动机怠速（低转速）时表现较差，因此时空气被压缩得不充分。燃气轮机广泛运用于航空器，也应用于各种大型舰艇，甚至是发电厂；值得一提，燃气轮机偶尔也可以燃烧较重质的柴油（油气雾化要充分）。 接下来，我们将看到，生物柴油和生物航煤和传统石化燃油高度相似，甚至可以无需改装旧时代的内燃机、燃气轮机，就可直接使用。（当然，公共事业部门在推行B50等高掺混比例时，经历严格的交通运输实验才稳妥。）按照欧盟等国际组织的设想，用生物燃油替代传统化石燃油，既不用大规模改造现有交通系统的动力设备，又可以给这颗星球显著的减少二氧化碳排放、抑制全球变暖。 二、第一代、第二代、第三代生物柴油-截然不同的制造过程 2.1第一代生柴FAME脂肪酸甲酯 FAME，fattyacidmethylester，脂肪酸甲酯；它就是一种容易大规模制造的生物基可燃液体，被归类为第一代生物柴油，它的化学分子式也一目了然。 还记得“甘油三脂”吗？尤其是在医院体检的血常规清单上。动植物体内的脂肪酸，绝大部分不是游离分子，而是以“甘油三脂”形态存在才最稳定，肉眼可见的状态通常是脂肪细胞壁包裹着内部的固体或液体，呈现金黄色或乳白色。 脂肪酸甲酯，基本可以当做柴油，直接添加入柴油内燃机中使用。仅混合10%，即B10以下基本不会对油箱和动力设备有负面后果；如果用纯的脂肪酸甲酯，即B100则可能腐蚀橡胶类零部件，但偶尔应急用一次也无妨。由于化学原理简单，原料容易大量取得（去除杂质的动植物油），FAME被冠名“第一代生物柴油”；尽管反应还需使用甲醇作为原料，增加成本，但产出物还附有甘油，整个制造过程也是经济划算的。 这个反应的原理是如此简单，也不需要高温高压或催化剂，甚至有爱好者在自己家中就成功制备了脂肪酸甲酯；此“土制生柴”可偶尔在柴油汽车上使用。 经过充分醇置换反应和杂质去除的脂肪酸甲酯，在常温下呈现液体。若其“脂肪酸”是硬脂酸、二十号酸等长链饱和脂肪酸，常见从棕榈油制取，则此液体的凝固点较高，可能寒冷地区的冬天会结块；而以大豆油、菜籽油为原料制取的FAME，则凝固点较低，更适合寒冷地区使用。也可添加额外防凝剂。 印尼近年推行的B35、B40、B50等，生柴标准均为棕榈油基的FAME，在交通设备上充分实验后可大规模制造和运用；我国目前仅在上海等地试行B5。 2.2第二代生柴HVO加氢植(动)物油和SAF生物航煤 第二代生柴则需要运用催化剂物质，和深厚化工基础，普通小作坊无法制作。 HVO，HydrogenatedVegetableOil，氢化植物油；其化学表达式就和“脂肪酸甲酯”不同。尽管中文称“氢化植物油”，它也可以使用动物油作为原料，油脂在高温高压条件下通过合适的催化物，通过加氢的化学反应，生成直链烷烃（只含C原子和H原子的分子，且C原子之间没有环状等复杂结构）。 回顾上文，汽油、煤油、柴油的CnHx表达式，可知HVO的化学式与石化柴油基本相同（石化可能额外含有环状芳香烃等）；因此，HVO能以任意比例添加到石化柴油中，性能也符合ASTM国际柴油燃料油标准（D975）。 网络资料显示：HVO生产工艺主要有油脂直接加氢脱氧工艺、油脂加氢脱氧再临氢异构工艺、油脂加氢脱羧工艺、油脂与石化柴油混炼工艺等。 任何一种工艺，其原理都超出了本人的认知范围。在有限的化学认知中，FAME的酯置换反应是释放热量的，原料化学势能的总和降低，因此只需原料分子充分接触即可自动完成；但HVO“加氢脱氧”反应，须将脂肪酸分子中的氧原子脱去，用氢原子取而代之，直观上就感受到这很困难，很可能需要催化剂作为反应过程的中介物、而且可能需高温高压等特定环境；而生物航空煤油SAF，还需要将反应最终产物的分子CnHx，控制在航空煤油标准适用范围内。 在本人的有限认知中，HVO和SAF的制备考验的是企业的化工实力，和其他行业的商业应用研究进程类似，估计未来第二代生物柴油的产能提升、工艺改进、成本降低是一个漫长的过程；各种成本投入、项目落地、最终产品情况，也会反映在生柴制备企业们的季度、年度的新闻动态与财务报表。 官方媒体报道，连云港嘉澳生物航煤项目，由连云港嘉澳新能源有限公司投资建设，新建2套50万吨/年生物航煤装置、1套400吨/年硫磺回收装置1座1000吨级内河码头、配套罐区、公用工程及辅助设施等。项目于2022年9月签约，2023年4月开工建设。“据连云港嘉澳新能源的何总经理介绍，公司斥资1.1亿元在连建设SAF实验室，核心研发团队40人。自主研发的废弃油脂差异化预处理技术，结合世界500强企业霍尼韦尔UOP国际先进的高转化率加氢工