随着世界能源消耗量的不断剧增，能源危机正在愈来愈深刻地影响着全球社会和经济的发展。当前，我国高速发展的社会经济造成对能源的需求量急剧增加，油价高涨、资源短缺、环保压力和高速增长的需要，形成无法调和的矛盾，直接制约我国加速建设“全面小康”社会和国家的能源安全。
因此大力发展可再生能源已被提到政府议事日程中，胡锦涛总书记和温家宝总理专门对此做出重要批示，2006年1月1日正式实施的《可再生能源法》以及国家专门成立的能源工作领导小组，都显示了我国政府重视能源安全的决心和发展目标。寻求可再生能源解决当前和未来的能源问题已成为国际上倍受关注的研究热点和难点。
1 生物柴油的提出
生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的世界第四大能源，在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14%，其中在发展中国家占35%以上。相对于矿物燃料，生物质具有可再生、低污点、分布广等特点，特别重要的是生物质具有利用过程中CO2净排放量为零的优点和作为唯一可转化为液体燃料的可再生资源，这对于当前各国实现《京都议定书》中规定的温室气体减排目标和降低石油进口依存度、实现能源安全战略具有重大意义。所以现在无论是发达国家还是发展中国家都十分重视生物质能的开发和利用，并且有的已提高到作为国家能源战略重要组成部分的高度。
如何减少对石油的依赖，迫使科学家们努力寻找石油的替代物。生物柴油不仅可以使人类摆脱对石油的依赖，而且还是一种可再生能源。正是基于这些特性，目前生物柴油正在形成一个商机诱人的绿色产业。生物柴油于1988年问世，由德国聂尔公司发明，它是以菜籽油为原料，提炼而成的洁净燃油。突出的环保性和可再生性，引起世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。
2．生物柴油开发利用的国内外现状
2.1 生物柴油开发国外技术现状
生物柴油（Biodiesel）概念最早由德国工程师Dr. Rudolf Diesel(1858-1913)于1895年提出，生物柴油是以植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、废弃的食用油等作原料，与醇类（甲醇、乙醇）经交酯化反应获得。具有突出的环保性和可再生性，引起了世界发达国家，尤其是资源贫乏国家的高度重视。
生物柴油的研究始于上世纪50年代末60年代初，在70年代的石油危机之后得到大力发展，美国、英国、欧洲国家等许多国家都制定了相应的研究开发计划，并相继成立了专门的研究机构。在生物柴油研制领域，重点集中在选择可利用的植物种类，建立生物柴油原料利用基地和生物柴油改性技术研究上。
2.1.1 选择可利用的植物种类，建立生物柴油原料利用基地。
目前，发达国家用于规模生产生物柴油的原料有大豆（美国）、油菜籽（欧共体国家）、棕榈油（东南亚国家）。现已经对40种不同的植物油在内燃机上进行了短期评价试验，它们当中包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕榈油和蓖麻籽油。
自20世纪80年代以来，许多国家进行了能源植物种的选择、高含油种的引种栽培、遗传改良以及建立“柴油林场”等方面的工作。西方国家生物柴油产业发展迅速。近年来，西方国家加大生物柴油商业化投资力度，使生物柴油的投资规模增大，开工项目增多。美国、加拿大、巴西、日本、澳大利亚、印度等国都在积极发展这项产业。
2.1.2 生物柴油改性技术研究。
目前生物柴油主要用化学法生产，采用植物油与甲醇或乙醇在酸或碱性催化剂和230-250℃下进行酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯生物柴油。现还在研究生物酶法合成生物柴油技术。
在柴油成品性能方面，国外用于规模生产生物柴油的原料有大豆（美国）、油菜籽（欧共体国家）、棕榈油（东南亚国家）。现己对豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕榈油和蓖麻籽油等40种不同的植物油在内燃机上进行了短期评价试验，这些植物油的缺点主要体现在其油脂的分子较大（约为石化柴油的4倍），粘度较高（约为＃2石化柴油的12倍），而影响喷射时程，导致喷射效果不佳。其次，由于生物柴油的低挥发性，在发动机内不易雾化，与空气的混合效果差，造成燃烧不完全，形成燃烧积炭，以致易使油脂粘在喷射器头或蓄积在引擎气缸内而影响其运转效率，易产生冷车不易起动，以及点火迟延等问题。针对生物柴油本身性能的问题，可以通过筛选或利用现代生物技术改造和修饰能源植物能源成分的品质以及后期的化学修饰与改造等方法加以解决。例如利用脂肪酸脱饱和酶调控油脂的粘度、或者通过调控与脂肪酸延长相关的酶的数量和活性以达到控制脂肪酸链长的目的等。
2.2 国内研究与开发现状
我国政府为解决能源节约、替代和绿色环保问题制定了一些政策和措施，早有一些学者和专家己致力于生物柴油的研究、倡导工作。中国政府多年来支持开展了一些生物柴油的研究开发工作。2003年中国工程院院长徐匡迪与众多中国能源专家提出，立足于本国原料大规模生产替代液体燃料—生物柴油，对增强中国石油安全具有重要的战略意义。
我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、资源培育、遗传改良及其加工工艺和设备。目前各方面的研究都取得了阶段性成果，这无疑将有助于我国生物柴油的进一步研究与开发。可以预计，在2-3年内，我国在该领域的研究将会有突破性进展并达到实用水平。
原机械工业部和原中国石化总公司在上世纪80年代就拨出专款立项，由上海内燃机研究所和贵州山地农机所承担，联合研究长达10年之久，并联合中国石化科学院做了大量基础试验探索；中国农业工程研究设计院曾于1985年进行了生物柴油的试验工作；辽宁省能源研究所承担的中国－欧共体合作研究项目也涉及到生物柴油；中国科技大学、河南科学陆军化学所等单位也都对生物柴油作了不同程度的研究。
3 大力发展小桐子生物柴油，发挥我国能源植物资源优势
人类在近400年内，将地球25亿年累积的石油、媒、天然气等化石型能源几乎消耗尽。目前，三种能源可供开采的年限分别只剩40年、50年和240年。
据统计，全世界植物生物能源每年的生长量相当于600－800亿吨石油，为目前世界石油开采量的20－27倍。西方国家生物柴油产业发展非常迅速。目前美国有4家生物柴油生产厂，总产量达30万吨/年；2000年德国的生物柴油已达45万吨；目前法国、意大利和日本三国的生物柴油的生产能力分别达40万吨/年、33万吨/年和40万吨。
我国在发展生物柴油方面还有相当大的差距，未能形成生物柴油的产业化。2004年我国进口原油达1.2亿吨，已越居为世界第二大能源消耗国。能源危机已成为制约我国经济社会可持续发展的巨大挑战。按我国目前的消耗量（每年消耗柴油6000－7000万吨），如果在石化柴油中添加10％体积的生物柴油，则每年应配套生产生物柴油600万吨。预计未来10年内，生物柴油产品将占领20％－30％的市场份额。
只要把生物柴油的研究成果及时转化为生产力，形成基地化和产业化，生物柴油在柴油引擎、柴油发电和新农村燃料建设等发面的应用前景是非常广阔的。
我国拥有丰富的能源植物资源，分布范围广泛,至少拥有150多个科、1500多种含油植物，种子含油量在40%以上的植物有150多种，主要的科有大戟科（Euphorbiaceae）、樟科（Lauraceae）、桃金娘科（Myrtaceae）、夹竹桃科（Apocyanceae）、菊科（Compositae）、豆科（Leguminose）、山茱萸科（Cornaceae）、大风子科（Flacourtiaceae）和萝摩科（Asclepiadaceae）等。但是目前开发利用的仅10多种，加上近年来的引进品种，发展生物柴油的植物种类繁多。但通过油性、含油率和采收等方面的比较，小桐子生物柴油无疑具有比较优势。
近年来，国内外资源生物学家从小桐子的根、茎、叶、树皮和茎的汁液中均发现些生物活性物质，并证明在生物医药、生物农药和生物饲料等方面有广阔的应用前景。但小桐子的主要市场在生物柴油。
4 发展小桐子-生物柴油产业的可行性
4.1 小桐子的资源情况
小桐子，也称小油桐、麻疯树（Jatropha curcas L.），是大戟科植物，为小乔木、灌木或草本，全世界约有200种，属多年生木本油料植物，原产于美洲及非洲，分布于热带或亚热带地区。我国栽培有4种，为麻疯树(J．curcas L.)、棉叶小桐子(J．gossypiifolia L.)、佛肚树(J．prodagrica Hook.)和珊瑚花(J．multifida L.)，尤以小桐子种植面积较大，资源较为丰富。
该树种根系发达，主根深，侧根分布广，萌芽性强，结实丰富，种子大，林下天然更新良好。喜光，耐热，耐干旱瘠薄。可在年降水量480-2380mm，年平均气温18-28.5℃的环境下生存；通常生于海拔700-1600m的平地、丘陵坡地及河谷荒山坡地；在石砾质土、粗质土、石灰岩裸露地均能生长。小桐子分布较广，原产热带美洲，现几乎遍布于世界热带及高热量地区。小桐子结实量大，种子大，种子种仁含油量高约35％-50%，最高可达60%，据研究，野生小桐子的干果产量为4500-12000kg/hm2，平均产量约10000kg/hm2，可提取加工出约2700kg燃油，其流动性好，与柴油、汽油、酒精的掺合性好，经改良后可适用于各种柴油发动机，并在闪点、凝固点、硫含量、一氧化碳排放量、颗粒值等关键技术上均优于国内零号柴油。
在我国栽培或半野生于热带地区，种植面积较广。我国的小桐子主要分布于贵州、四川、广东、广西、云南、台湾、福建、海南等省区。
4.2 小桐子的优势
4.2.1 能源安全的需求：
中国是全球最大的发展中国家，能源资源问题是关系到国家安全和发展的全局性问题。与发达国家一样，我国也同样面临着能源短缺的巨大挑战。我国每年消费柴油6000-7000万吨，三分之一靠进口柴油来平衡市场的供需矛盾。
目前国家要大力发展生物能源产业的发展，实现生物质能产业的可持续发展。而产业的发展，必须拥有高产优质的原料资源和高产出、低能耗、低污染的生产技术和生产工艺，同时一个产业能否进行可持续发展，与其综合经济效益是密切联系的，而目前国内外限制生物柴油发展的主要因素是原料油成本过高，生物柴油产业的发展往往都需要政府的相关扶持政策。所以非常有必要开展技术攻关，通过高产优质能源专用植物新品种和微生物新型菌种和菌剂的培育，具有自主知识产权的高效、低耗、低污染生产工艺和配套设备的研制，以及相关的示范工程建设和综合开发利用，为我国的生物质能产业奠定扎实的技术基础。
与其它燃料植物相比，由于不占耕地、耐干旱、耐贫瘠、耕作方式简单，产油量和淀粉含量高，品质优良，均属于成本最低的燃料植物之列，目前每生产一吨小桐子生物柴油的加工成本不超过4000元，因此具有巨大的市场竞争优势。而巨大的柴油汽车市场为小桐子生物燃油提供了广阔的大市场。我国2005年进口原油1.27亿吨，占国家石油总供给量40%以上，到2010年，我国石油消费总量将达到4亿吨，届时的柴油需求量可能突破1亿吨。我国已将生物柴油这类可再生能源列入“十一五”重点发展规划之中。国家有关部门计划，未来5年国内生物柴油生产达到年产200万吨以上。
4.2.2 科学基础
近年来，多项国家和省部委科技攻关课题都对小桐子生物柴油技术的推广应用做了深入研究，如国家科技攻关项目“金沙江干热河谷地区小桐子资源的开发利用研究”（2002-2004年）、国家“十五”科技攻关课题“高产优质燃料油植物种质资源研究及规范化示范基地的建立”（2005-2007年）、国际科技合作项目“中国西南地区能源植物的开发与利用”（2004-2006年）四川省重大科技招标项目“生物能源新技术新产品开发”（2005-2007）、“能源植物小桐子大规模组织培养和生物工程技术育种研究”（2005-2007）、四川省重点项目“小桐子抗肿瘤活性成分研究”（2003-2005）、教育部重点科研项目“小桐子抗病毒成分研究”（2004-2006）等。在国内在重要学术刊物上发表了50余篇有关学术文章。已申请或正在申请多项专利。有关小桐子的研究在国际上产生了重要影响，近年来，各地研究机构已经筛选出一批高含油量，高品质的育种材料，在四川、云南等干热河谷地区建立了小桐子种质基地和近10万亩种植基地。
国内外很少有专门针对以小桐子为原料生产生物柴油的专门工艺，四川大学对小桐子油进行的多年的工作，试验并建立了一套成熟的生产工艺路线。该工艺的特点是：
① 具有连续性操作特点，易于控制；
② 采用稳定、可靠的碱催化技术和酸催化预处理技术，适用于处理小桐子油这样高酸价的油料；
③ 采用连续分离技术，有效降低甲醇用量，降低回收能耗；
④ 采用适当加压升温的办法，大幅度提高反应速率。
通过实验室评价试验和单元放大试验结果证明，该工艺具有稳定、易操作的特点，适用于以小桐子油为原料的生产过程。
除此之外，目前已经从小桐子基因组中克隆得到具有较好针对性的脂肪酶，利用毕赤酵母系统进行了全细胞脂肪酶催化小桐子生物柴油系合成的研究，并取得了阶段性的成果。因此，在此基础上，进一步优化表达反应条件，开展中试规模研究，对于建立具有我国自主知识产权的绿色生物柴油生产工艺具有深远和重大的意义。
在小桐子资源的综合利用方面取得了较为瞩目的成果。如较为系统地对小桐子中的活性成份进行了调查工作，研究了具有抗肿瘤、抗病毒潜力的核糖体失活蛋白，证明了其与葡聚糖酶的协同抗真菌作用；首次从小桐子种子油中分离鉴定了具有杀虫活性的化学成分，并进行了作用机理研究；利用小桐子枝叶的萜类提取物开发出具有抗病毒抗真菌的皮肤消毒剂，并已成功地进行了技术转化工作，协助企业完成了生产基地建设，目前设备已经安装到位，即将投产。
4.2.3 产业化基础
四川大学生命科学学院同四川长江科技公司、四川长江造林局合作建立了专门的小桐子技术开发平台，四川长江造林局从2004年起沿金沙江流域营造近20万亩小桐子。攀枝花市政府已拨专款用于小桐子规模化种植的示范工作。
云南红河州计划种植小桐子50万亩，已种植小桐子3万亩，计划在昭通地区种植30万亩小桐子。在广西，海南岛也已建立示范种植基地2000亩。现已在四川、云南、广西、海南岛等省种植小桐子、青刺果、乌桕等30余种能源植物达1.24亿株。
已与国内外多家科研单位和企业建立了合作研发关系，最近，同巴西ARGUS公司达成在巴西种植30万公顷小桐子及建生物柴油厂（10万吨）的协议。还同印度专门从事小桐子的研发机构建立了合作关系。还有荷兰中欧科技促进中心、英国约克大学、法国Eco-Carbon能源公司和全球环境研究所等；进行了小桐子生物柴油开发的综合利用研究（如：小桐子生物杀虫剂、生物肥料、生物饲料以及甘油附产品等）。
4.3 小桐子产业化存在问题
近年来尽管全国各地有多家企业都在声称已开展生物柴油生产工程建设，但是目前全国真正的生产能力不足3万吨，生物柴油产业的发展还受到多种因素的限制，主要表现在：
4.3.1 原料成本高。
生物柴油的成本75%来自于原料成本。而原料成本取决于原料的含油量和种植成本。从目前情况来看，小桐子尽管由于其含油量高、耐贫瘠、耐干旱，不占用农田、栽培成本，成为了原料成本最低的能源植物之一，但是大多数小桐子还处于野生状态，含油量、品质等都参差不齐，不同产地，甚至同一产地的不同植株，种子含油量可高至42%，也可低至20%。其脂肪酸组成、碘值、游离脂肪酸和皂化值等影响柴油成品品质的指标也变化很大。因此，缺乏高产优质的品种，原油成本和质量都无法保证。
4.3.2 没有规模化、规模化生产技术和原料供应基地。
4.3.3 规模化小桐子生物柴油生产工艺的缺乏。
国内关于生物柴油技术的报道较多，但实际成型的工艺报道较少。与其它植物相比，小桐子油除了在油脂含量上的差异外，其脂肪酸组成、游离脂肪酸含量、碘值和皂化值均有差异。如果利用根据其它油脂特点开发的现成的工艺和设备，会造成原料利用不完全、生产成本高、成品油酸值过高，对使用设备腐蚀大等问题。
4.3.4 副产物利用方式单一，综合效益低。
小桐子是一种多用途植物，除能源外，在医药、农药、肥料和化工方面都有较好的应用前景。但目前小桐子生物柴油的主要副产物是甘油和饲料。尽管两者目前的市场价格较高，但是随着生物柴油产业化规模的不断加大，则将来的市场前景很难预料。同时农民获益方式单一，全部依赖于种子出售和生物柴油生产。
5 发展小桐子生物柴油产业的意义
5.1 从生物质能源角度
5.1.1 能源安全的战略意义
自1993年我国成为石油净进口国，2000年以来每年进口石油已占我国石油消费量的1／3以上。因此，利用国内资源优势，开发生物柴油具有重要意义。
5.1.2 生态环境意义
生物柴油燃烧时不排放二氧化硫，生物柴油中不含对环境造成污染的芳香化合物，因而废气对人体损害也低于柴油；
5.2 小桐子资源综合利用价值高
5.2.1 小桐子自身植物资源利用价值
小桐子所生长的麻疯果主要用于生产生物柴油，同时，小桐子提油后的残渣和叶子、茎、皮、根也可以综合利用，例如：
5.2.1.1 麻疯果油饼和甘油回收与纯化
小桐子提油后的油饼经处理后得到饲料或肥料。副产物粗甘油也是重要的精细化学品，通过分子蒸馏纯化，以便获得精品甘油。同时，甘油又是重要的精细化学品中间体，在麻疯果生物柴油中试规模逐步扩大后，开展甘油的转化研究。目前，我国工业甘油主要依赖价格，根据纯度不同，其市场价格为7000～10000元/吨。
5.2.1.2 小桐子叶、茎、根、皮应用
小桐子提油后的残渣和叶子、茎、皮、根通过提取、分离、纯化利用。经过初步测试活性成分表明，小桐子的天然活性成份对某些癌细胞有抑制活性，并具有农药、医药的生物活性。
小桐子活性成分和其提取分离方法、小桐子活性成分的生物学评价（抗菌、抗癌、抗烟草花叶病毒和其它生物活性等）、新的化学结构的发现和结构鉴定在进行中。
小桐子（果）除了用于生产生物柴油外，小桐子叶、茎、根、皮可应用于生产医药、农药（小桐子具有抗菌、抗癌、抗烟草花叶病毒和其它生物活性）原料；提油后的残渣利用可用于生产肥料、“植物沥青”、铸造粘合剂、建筑防水涂料等。
5.2.2 小桐子生物柴油
经济效益：利用荒山荒地和山坡地种植能源植物，发展生物质液体燃料产业可成为贫困地区新的经济增长点。以小桐子为例，小桐子种植每年可增收741元/亩，小桐子系列产品的生产需要巨大的原料供应支撑：小桐子栽种三年开始结果，年亩采收叶，茎475公斤（收购价0.6元/公斤），采收种子380公斤(1.2元/公斤)；一户农户如利用荒山荒坡种植管理5亩地,每户每年可增收3700余元。若在四川凉山州、攀枝花市地区建立2万亩小桐子原料种植基地和年生产能力达万吨的小桐子生物柴油生产基地。副产品甘油（纯度98%）0.1万吨，脱毒饲料0.8万吨。生物柴油经济效益5000万元，甘油960万元，种植效益1500万元，脱毒饲料效益1000万元，合计8460万元。
生态效益:发展生物质产业有益于保护生态环境。可显著减少燃烧污染排放，减少温室气体排放，获得较大利益补偿。同时通过大面积种植能源植物，可使土地得到综合治理，提高土地利用率，防止水土流失，调节区域气候，改善生态环境。
社会效益:大力发展以能源植物小桐子为代表的生物质液体燃料产业同时也将带来显著的社会效益：首先该项产业符合国家和地方产业政策：有利于实施西部大开发战略，有利于当地实施生态建设工程，带动农户增产创收，提高生活水平。其次，还有利于调整农业产业结构：目前，在农业面临产业结构大调整时期，农业产业化在现代科技的带动下，正处于发展时期。因此发展生物质产业前景广阔，符合国家及地方对农业产业结构调整的方向。生物质产业化项目，充分发挥公司信息、营销、人才优势，把农户和千变万化的市场结合起来，围绕支柱产品，因地制宜发展生产，既可调动农民积极性，又能实现产品生产原料供应稳定发展。第三，由于项目发展地区多数为不发达地区，通过对能源植物的人工种植、开发利用，能够一定程度上解决当地农民增收和劳动力问题。既能促进民族团结，又能保持社会相对稳定，对贫困地区经济的发展将起积极的作用。
6 结论
以“高产、优质、高效、绿色”为指导思想，发挥高校和科研院所的技术优势和企业的产业优势，围绕缓解能源需求、调整农业结构及改善生态环境三个方面，通过产、学、研联合技术攻关和示范工程的建设，攻克小桐子生物柴油产业化开发的技术“瓶颈”，形成具有自主知识产权的从品种选育、原料种植、加工和综合利用的完整的麻疯树生物柴油产业化开发技术体系，加快我国在生物质能技术领域的技术创新步伐，巩固和提高我国的优势技术领域，迅速缩短在弱势技术领域与先进国家的技术差距。
加快我国生物质能源学科队伍建设，初步形成我国生物质能源技术创新体系。为我国生物质能产业提供理论和实践指导，促进西部大开发战略的实施，构建区域特色经济，促进区域社会与经济的可持续发展，促进我国生物质开发利用技术的产业化进程，促进生物质开发工业化成套技术的集成和应用，为我国能源结构的重大调整提供技术支撑和应用示范。
