大家好，上文我們提到了地溝油的種類，來源和危害。將這些廢棄油脂轉會燃料是一個非常棒的想法，今天我們就來講一講關於生物柴油的歷史、柴油機演變，看看如何通過適當的方法讓我們的環境變得更加美好。首先先讓我先提幾個問題，為什麼食用油更適合轉化為柴油而不是汽油，柴油機一開始真的是為燒柴油發明的嗎？
關於柴油機的發展，我們還需要把時間到放到歐洲的工業革命時期，當時工業的主要動力還是以蒸汽為主，現在看來，當時的蒸汽機的熱效率是非常低的，基本在10%左右。現在一般的汽油機的效率可以達到40%以上，同時這些引擎還有一個共同的弱點，它們結構和操作比較複雜，它們還不是現代意義上的內燃機，蒸汽機需要一個獨立的燃燒室，工人在工作的過程中將煤塊不斷地加到鍋爐中，燒水驅動機器前進，那些燒煤的引擎需要在氣缸旁邊加一個氣化室，使燃氣汽化升溫才能推動活塞前進，因此這些機械效率低，汽化性差，同時也需要一定數量的人工配合才能使用所有使用。
19世紀，法國希望在他們非洲的殖民地發展工業，考慮到以上情況，將上述複雜的機械運到非洲並訓練當地工人使用是不現實的。這個時候，法國人Rudolf diesel博士便有了一個想法，希望能夠製造一個能使用食用油作為燃料、效率更高的、結構更加合理的引擎，可以在更加貧困的地方持久的用作動力，想要以內部燃燒的方式推動活塞，這也是現代內燃機的雛形。必須解決一個關鍵問題，如何在汽缸內部點燃燃料，而不是通過外加熱的方法。
偶爾一次他看到了當時流行的雪茄點菸器，他可以通過快速壓縮空氣將棉花點燃，那麼是否可以通過壓縮的方式來實現內燃機內部燃料的燃燒？通過做了一系列的實驗，最終在1893年研發出第一種實用性的柴油機，並申請了德國的專利。因此，Rudolf diesel博士的名字也曾為柴油的代名詞，現在柴油的英文的寫法就叫diesel，具體的柴油機的原理是使用四衝程循環。首先將空氣和花生油噴進氣缸，通過慣性活塞對其進行壓縮，當溫度達到花生油的燃點以後，燃料點燃並推動活塞對外做功，最後通過活塞的循環將廢氣排出氣缸。這個過程不需要額外的裝置對其進行加熱和汽化。
基於此，第一代的柴油機其實使用的就是植物來源的油脂，用花生油，是第一代的生物燃料，隨著石油時代的來臨，由於石化柴油的來源廣，純度高，相比植物油更加穩定，而且價格便宜，通過原油的提煉可以獲得燃燒性能更好的石化柴油。經過一戰，二戰的迅速發展，柴油機的性能也大大提高不了，渦輪增壓以及柴油直噴技術的加入，使得柴油機的熱效率大大提高，目前效率最高的柴油引擎它的熱效率可以超過54%，柴油發展到這個階段，燃料基本已被石化柴油主宰，然後經過石油危機，歐美國家，尤其是美國開始重新考慮國家層面的燃料安保問題，對柴油機燃料的關注重新回到了生物燃料方面，美國是大豆生產的大國，是否可以利用過剩的食用油，如油、大豆油作為柴油使用？
然而柴油機經過了半個世紀的發展，顯然已經不再使用植物油作為燃料，同食的食物油的粘度也遠遠高於石化柴油，穩定性差，同時在低溫地區容易產生燃料凝結的問題，這些問題將如何解決呢？這個時候，化學家們發現有個化學反應，可以利用食用油製造出適合現代柴油機的燃料。這就是酯交換反應，這個是食用油的主要成分叫做甘油三酯，通過加入甲醇或者是乙醇，在一定條件下將分子上的脂肪酸鏈拆下來，生成脂肪酸甲酯或者乙酯。將副產物甘油除掉以後，這些產物就可以用作現代柴油機的燃料。
經過二十多年的研究都證明，這種方法製造出來的生物柴油分子是可以完全替代石化柴油，現在歐美國家使用的柴油都是勾兌了10%~30%比例的生物柴油，運到加油站進行出售的，每個國家經濟狀況都不一樣。對於發展中國家而言，直接使用本應該作為食物的植物油，作為生物柴油燃料是非常不現實的，尤其對於我們中國而言，首先食用油要滿足我們的食品消費，因此在世界範圍內出現了燃料和食品的大討論，對中國而言，我們國家有著大量的廢棄油脂，如川菜館，快餐店等等，直接丟棄，重新精煉回收，餵養牲畜以及讓其汙染環境，危害餐桌，倒不如將其回收收集後，利用轉化方法進行燃料的製備。
它是社會和環境更為友好的方法，而且製備生物柴油的條件非常溫和，有些愛好者在家裡都可以製作，這是一個非常棒的點子，而且現在已經有好多工廠利用收集來的廢棄油脂進行燃料的製備了，地溝油製備生物柴油相比直接使用用植物油做原料及製備工藝上還是有少許區別的，具體是這樣子的，現在針對生物柴油的生產方法有兩種，一個是一步法，一個是兩步法。首先，一步法是針對質量比較好的優質油，精煉後的植物油及甘油三酯含量比較高，可以直接使用酯交換反應製備生物柴油，具體是加入一定比例的植物油和甲醇，在鹼的催化下，甲醇取代甘油骨架生成脂肪酸甲酯和副產物甘油，這是一個轉化率很高的反應，條件溫和，物料和催化劑來源廣，操作性強。
對於地溝油等劣質油脂來說，情況就有些不一樣了，食用油中的甘油三酯在氧化的過程中水解，脂肪鏈斷裂變成了游離脂肪酸，這種油再加入氫氧化鉀的情況下，游離脂肪酸和鹼產生的酸鹼中和，這裡稱為皂化反應，催化劑被破壞反應便無法進行下去，那麼針對這種游離脂肪酸存在的情況下又怎麼辦呢？科學家們開發了兩步法，原理是加入甲醇和硫酸，在酸催化的情況下進行酯化反應。先把游離脂肪酸酯化成脂肪酸甲酯，然後再加入鹼進行剛才說到的一步法反應，兩種物質在兩種反應下最終都生成了脂肪酸甲酯，然而這種方法帶來的問題是，酯化階段需要加入大量的甲醇，因此也需要大量的能耗用於加熱，同時酸鹼催化劑的使用需要加入綜合的步驟，而且這個反應溫度要求更高，酯化反應的轉化率相比酯交換反應更低，約為90%左右。
針對上述的情況，相關團隊近年來開發了新的方法，首先，我們在酯化過程中，加入的原料從甲醇換成了甘油，通過鹼催化酯化的方式將游離脂肪酸轉化為甘油酯，這裡可能為單脂或者二酯，然後再通過檢測酯化交換反應，把所有的甘油此一起變回脂肪酸甲酯。通過以上的改變，我們解決了轉化率低，物料用量大的問題。相應的能耗也大幅下降，通過鹼催化劑的使用，我們也避免了需要酸鹼綜合的問題。同時，酯化後的產物為均一的混合物，無需分層便可繼續下一步，工藝複雜性進一步簡化。
簡單的概括一步法雖然工藝簡單，但是對於原料要求高，需要精煉的植物油，這在人口眾多，食品供應壓力大的國家，使用高質量的植物油製作燃料是不現實的，而兩步法雖然工藝成本稍高，但是可以適應不同低質量來源的油脂，通過不斷的工藝優化對發展中國家的社會和環境來說，兩步法更為友好，經濟效益更高。經過計算，如果把紐約每天產生的廢棄食用油進行轉化，每天會產生多少能量？答案是可以提供近1000架飛機從紐約飛到洛杉磯的需要。