1 生物燃料的发展现状与趋势
1.1 生物燃料的环保性
1.1.1 使用生物燃料的减排效果
生物燃料作为从有机质中提取的燃料，为交通运输业提供了一种向低碳、非石油燃料过渡的方式。
可再生的生物燃料原料包括从大豆、油菜籽等作物中提取的油，从微藻、细菌等微生物中提取的油以及从动物脂肪中提取的油。这些油（脂肪）典型的由甘油三酯（TAG）混合物构成，通常碳数范围约为C10～C22。可再生油加氢处理的第一步是加氢脱氧（HDO），它从甘油骨架中有效地分离出脂肪酸，并采用氢气替代脂肪酸中氧，生成正构烷烃。
使用可再生的生物燃料可减少温室气体排放。与化石燃料相比，利用生物燃料的温室气体减排效应包括：①小麦乙醇、甜菜乙醇和巴西甘蔗乙醇分别为71%、80%和79%；②生物柴油为68%；③从牧草作物、甜菜和玉米生产的生物燃料分别为86%、85%和75%。
麻疯树生物柴油（JBD）与费-托合成柴油（FT）的调和油，与纯费-托合成柴油相比，可降低CO、THC（尾气总碳氢排放）、烟尘和PM（颗粒物）等污染物排放。但是，氮氧化物（NOx）排放量较高，发动机的热效率也比较高的JBD调和油低。研究人员测试了JBD与FT燃料进行的调和性能，调和体积比分别为0∶100、25∶75、50∶50、75∶25和100∶0（B0、B25、B50、B75和B100）。
测试表明：
①与石油柴油（DF）相比，FT燃料具有相似的燃料消耗量（BSFC）和热效率。与FT燃料相比，较高的JBD调和物具有更高BSFC和较低的热效率。
②采用FT燃料与DF相比，CO、烟尘、THC、TPM（微粒总质量）和NOx排放均有减少。排放减少是由于在FT燃料中有较高的十六烷值、低含硫和极低的芳香族化合物。
采用B25、B50、B75和B100，与FT燃料相比，排放量显著降低，包括CO、黑烟、THC和TPM。这些排放的减少，主要是由于在调和燃料分子中存在氧。较高的十六烷值也是低排放的原因。然而，采用JBD调和燃料，氮氧化物（NOx）排放在高负荷下有增加。
日本航空公司（JAL）使用亚麻荠炼制的生物燃料进行了第一次验证飞行。验证时，使用的是波音747-300飞机，并将四台发动机中的一台采用了50%生物燃料和50%传统的Jet-A喷气（煤油型）燃料。图1-1示明亚麻荠基燃料与石油基燃料的CO2排放比较。
图1-1 亚麻荠基燃料与石油基燃料的CO2排放比较
（BD Forward 3000、GD Forward 3000、GJ Forward 3000分别指不同等级的亚麻荠基燃料）
美国密歇根技术大学（MTU）研究人员发布报告，从亚麻荠基可再生喷气燃料的碳足迹生命循环分析发现，与传统石油基喷气燃料相比，其温室气体排放可减少75%，通过相同工艺过程生产的可再生柴油可使温室气体排放减少80%。亚麻荠基可再生喷气燃料的生产采用UOP公司的加氢处理技术。生物柴油和加氢处理可再生喷气燃料（HRJ）的温室气体生命循环排放分别为每兆焦燃料18.12g和22.4g，与石油基产品相比，可分别减少80%和75%。
随着交通运输业的大量发展以及对全球运输燃料的需求上升，IEA（国际能源署）估计，来自生物质的液态和气态燃料将成为减少二氧化碳排放和降低对液态运输燃料依赖的关键技术之一。报告认为，当生产实现可持续性时，预计使用生物燃料可望每年避免约2.1Gt的二氧化碳排放。图1-2示明生物燃料对运输业温室气体减排的贡献。尽管提高汽车效率将是减少运输排放最重要和最具成本效益的方法，但生物燃料仍将是为飞机、船只和其他重型交通工具提供低碳燃料替代品所必需的，并且最终将为交通部门减排至少贡献1/5（2.1Gt CO2）。图1-3示明不同的常规和先进生物燃料的生命循环温室气体排放及技术现状。
图1-2 生物燃料对运输业温室气体减排的贡献
图1-3 不同的常规和先进生物燃料的生命循环温室气体排放及技术现状
全球可再生燃料联盟（Global Renewable Fuels Alliance）于2015年12月8日在世界气候峰会上发布的一份新报告指出，2015年世界生物燃料生产和使用使温室气体（GHG）实现了减排。该报告发现，从全球生物燃料使用的增加，年复一年使总的温室气体排放实现了减排。在2014年，全球生物燃料使用使总的温室气体减排达到1.69亿吨。报告预测，即使在通常的情况下，从生物燃料的使用达到温室气体总量的减排在2030年也可望上升到2.64亿吨，比2014年增长56%。
1.1.2 生物燃料生产的碳足迹
表1-1列出常规和替代燃料的碳足迹。生物燃料最低的碳足迹原料是黄脂（餐饮业的烹调废油），其次是牛油脂和大豆油，最差的碳足迹是偏远天然气转化的费-托合成柴油。石油、柴油和汽油处于碳足迹区域的中间，不比许多生物燃料好，也不比最差的坏。
表1-1 生物燃料与石油燃料的碳足迹
生物燃料最低的碳足迹将来自于废弃产物、废弃土地或高效率的种植体系。
环境科学家发布的一项研究表明，生物燃料与化石燃料碳足迹的比较表明，占用生产粮食的农业耕地而生产生物燃料，会使生物燃料生产的碳足迹增大。据估算，美国生产的大豆，间接碳足迹为150kg/GJ。而传统的汽油或柴油为85kg/GJ。欧洲由油菜生产的生物柴油间接碳足迹为150kg/GJ，而来自欧洲甜菜生产的生物乙醇经计算间接碳足迹为100kg/GJ，两者均高于常规柴油，这是由于间接使用了土地替代了粮食作物的生长。而相比之下，来自于拉丁美洲甘蔗和来自于东南亚棕榈油的生物乙醇，其间接排放相对较低，分别为82kg/GJ和73kg/GJ，不过，此值仍较高，是因为虽然没有占用耕地，但为种植生物燃料作物而使雨林面积减小了。