未來生物柴油計量

作者：Robert Ausura

ASTM國際組織和美國國家標準與技術研究所(NIST)正聯手制備生物柴油的標準參考物質，以便在世界范圍內首次為生物柴油這種具有廣闊發展前景的替代燃料制定出一套綜合測量系統。

      生物柴油的自相矛盾之處在于，其本身所具有的最大優勢也是其所面臨的最艱難的技術挑戰。

      生物柴油是一種以植物油和動物脂肪為原料制備的無毒、可生物降解的柴油燃料。大部分生物柴油中的含硫量極少，故而，有助于燃料生產商將其與石化柴油混合生產的產品滿足超低硫柴油的相關要求。引擎制造商則傾心于生物柴油的高潤滑性和高于石化燃料的十六烷值(大致類似于汽油辛烷值)。再者，生物柴油是一種完全可再生資源，可有力緩解世界對石油資源的依賴；在那些缺少其他燃料資源的發展中國家，還具有刺激當地經濟發展的作用。最重要的是，我們可以利用任何一種含有脂肪的生物材料生產生物柴油，從大豆和葵花籽到藻類和魚頭，可供利用的材料極其廣泛。

      NIST測量服務部部長Robert Watters說:“這就是我們目前面臨的挑戰,試想一下，從地下抽出原油并提煉的過程相比于生物柴油的生產過程要簡單而又直接得多，一切都來自于相同的原材料；而對于生物柴油來說，由于其原材料太過廣泛，則很難對其進行簡單的比較。”

      基于以上原因，具有不同化學和性能特性的生物柴油燃料能夠輕易地充斥市場。這關系到從燃料生產商、引擎制造商到消費者和監管者每一個人。為此，世界各地的標準化組織均迅速著手制訂了生物柴油標準——其中以ASTM國際組織、歐洲標準化委員會(CEN)、德國標準化協會(DIN)以及英國標準協會(BSI)為主。而相繼形成的規范和測試方法也兼具驚人的相似之處和亟待解決的嚴重分歧。

      NIST化學科學與技術實驗室的首席科學顧問Ellyn Beary引用歐洲現行標準中的碘值作為例證。她說：“碘值體現了穩定指標，歐洲標準基于芥花籽油的數據規定了碘值上限。不過，如果您希望另一種來源(比如大豆)的生物柴油在引擎內也能發揮相同的作用，那么這種源于大豆的生物柴油的碘值就不會達標?！?美國、歐盟和巴西的技術專家們目前正在討論包括碘值在內的規范，希望能夠建立全球兼容的產品規范。

一種商品，多種來源

      如果希望生物柴油成為一種全球性的商品，即能用任何原材料生產，并能夠在世界各地放心大膽地混合、交易和使用，那么需要滿足以下兩項條件之一：(1)擁有一種建立在通用規范基礎上的單一的、能夠被普遍接受的生物柴油標準;或(2)全世界不同地區使用的標準之間具有一致性。而這兩種選項成立的前提條件都是技術一致性——即位于世界各地的實驗室對幾乎相同的材料樣本進行等效測試時，能夠得到幾乎相同的實驗結果。這種檢測一致性依賴于準確和可靠的計量體系，為此，ASTM和NIST加強了合作，并聯合世界各地的標準化機構，以期盡快達到檢測一致性的目標。

      自從20世紀90年代中期開始，生物柴油的研發人員就和生產商一起，通過參與ASTM國際組織技術委員會D02《石油產品和潤滑油》的工作，幫助標準化組織為生物柴油國際標準奠定了基礎。這些努力的成果包括：首先在燃料化學的基礎上對生物柴油進行了技術定義；然后催生了ASTM D 6751《生物柴油燃料(B100)作為中間餾分燃料基料的規范》。D 6751于2001年首次發布，其后不斷進行修訂，它的意義在于創立了B100生物柴油的規范——100%的生物柴油既可單獨使用，也可在與石油柴油混合形成混合油后使用(如B10)，這種含有10%生物柴油和90%石油柴油的B10目前已經得到了廣泛應用。

      D 6751對粘性、閃點、濁點、氧化穩定性、含水量、甘油和微量元素等各項指標均提出了具體要求。為進行上述指標的測試， 該標準參考了40多種既定的測試方法、規范和指南。然而，D 6751計量法和世界各地其他機構目前所采用的生物柴油標準計量法，大多用于以石油為基礎的油料，而生物柴油是一種原料來源迥異，主要以動物(和植物)為基礎的油料。因此，世界各地的組織正在競相努力，以率先制定出一種真正的生物柴油計量法。

一場開發生物柴油計量法的競賽
      Beary說：“行業內針對這一問題開展了很多國際間的活動,因為誰率先建立起一種每個人都可使用或以之為測量基礎的計量方法，誰就將具有競爭優勢?！?br />

      2006年，ASTM國際組織與NIST開始著手制備生物柴油標準的參考物質。作為技術委員會D02長期的參與者，NIST針對超低硫柴油開發了一種標準參考物質(SRM)。NIST測量服務部的物理科學家Bruce MacDonald介紹：“在這種技術環境下，我們同致力于生物柴油工作的廣大工作人員進行了會晤和討論。這些人中包括國家生物柴油委員會、生物柴油產業在美國的代表——國家貿易協會技術總監Steve Howell。” MacDonald說：“我們邀請他來NIST，與這里的科學家舉行座談。2007年1月他針對來自NIST 5個部門的25名代表舉行了演講報告?！?Steve Howell和其他利益相關方的共同參與，導致化學科學與技術實驗室(CSTL)在2007財政年度將生物柴油列為優先發展的項目。

      在與其他行業進行接觸后，NIST確定了其針對生物柴油的工作目標就是開發出基礎性計量方法，而非涵蓋全部來源的SRM系列。Watter說：“我們只想開發出一套最低限度的SRM?！睂τ诿绹纳锊裼彤a業而言，即是一套大豆基生物柴油SRM和一套動物脂肪基生物柴油的SRM。

      第一步是獲取以上兩種類型生物柴油的代表性樣本。MacDonald說：“國家生物柴油委員會已長時間向引擎制造商和其他各種組織提供(大豆)生物柴油樣品。這種大豆柴油的產品名稱為‘大豆黃金’，不同機構已經針對這種產品做了很多測量工作。因此，我們選擇了‘大豆黃金’作為樣本。”

      ASTM在其生物柴油多個實驗室交叉校驗項目(ILCP)中還使用同樣的材料——動物脂肪基生物柴油B100。參與項目的實驗室通過ILCP得到生物柴油樣本，之后對樣本進行D6751中的各項分析，然后向ASTM匯報實驗結果，ASTM對來自各個實驗室的所有結果進行統計匯總。通過將這些測試結果與世界范圍內的其他實驗室的測試結果進行對比，每個實驗室都可以評估自己的測試質量。通過采用與首次ILCP生物柴油測試周期試驗相同的樣品材料，NIST獲得了一組寶貴的測量數據，用以完善其自身現有的表征結果。

國際合作
      目前生物燃料參考物質的制備工作正面臨著激烈的國際競爭，但高風險也導致了國際間的合作。通過美洲國家間計量系統(SIM)的努力，美洲成員國的34個計量機構以及美國和巴西的計量機構之間達成了合作關系，以求各個參與方的技術資源和經驗能夠物盡其用，避免不必要的重復性勞動。
      巴西政府在國內強制推行乙醇燃料已有30年，因此獲得了寶貴的技術和實際應用經驗，能夠以此指導美國發展其乙醇燃料工業。而美國擁有世界一流的科研和技術資源，從而具有帶領美國、巴西征服生物柴油挑戰的優勢條件。為此，NIST正和巴西國家標準實驗室(INMETRO)合作開發能夠被國際社會廣為接受的、經過認證的無水乙醇、水合乙醇以及幾種從不同原料獲取的生物柴油參考物質。

對公信度的度量

      MacDonald說：“包括D02、石油生產商、國家生物柴油委員會以及汽車制造商在內的所有人都希望生物柴油的標準能夠成功執行下去。這在很大程度上是因為大家既想利用生物柴油的潛在好處，但同時也要避免潛在的缺陷?！?/div>      Beary問道:“生物柴油為減緩氣候變化、減少我們對外國石油資源的依賴程度，使我們能夠利用本土的自然資源生產燃料提供了機會，但如果你推薦的燃料堵塞了你的引擎，你該作何反應？考慮到生物柴油巨大的經濟價值及一旦使用不當而可能導致的公信力損失，標準的制定容不得半點馬虎?！?對于NIST來說,‘容不得半點馬虎’意味著向公眾提供他們需要的數據，借此提高世界對這種未來燃料的信心。