基于计算机模拟的棕榈油超临界乙醇转酯化生物燃料环境风险评估及其可持续生产优化研究

本研究针对传统生物柴油生产过程中催化剂毒性大、副产物利用率低等问题，创新性地采用超临界乙醇转酯化技术生产生物燃料。通过计算机模拟(EPI Suite?)评估了不同温度(350-450°C)和压力(10.3-17.2 MPa)条件下产物的生态毒性参数，发现450°C/10.3MPa和350°C/17.2MPa条件下制备的样品(S2/S3)具有更低的生物富集因子(Log Kow<3.5)和更高的生物降解性(BIOWIN 3>2.75)，为开发环境友好型生物燃料提供了重要理论依据。

　　

随着全球能源转型的加速推进，生物燃料作为可再生碳中性能源备受关注。然而，传统生物柴油生产面临诸多挑战：甲醇等有毒催化剂的使用、复杂的纯化系统、以及副产物甘油的处理难题。更令人担忧的是，现有生命周期评估(LCA)往往忽视燃料泄漏、储存等环节的环境风险，且简化了燃料成分的复杂性。这些问题严重制约着生物燃料的可持续发展。

针对这些瓶颈问题，来自哥伦比亚的研究团队在《The Journal of Supercritical Fluids》发表了一项创新研究。他们采用超临界乙醇转酯化技术，在连续流管式反应器中制备棕榈油生物燃料，通过计算机模拟系统评估了不同工艺条件下产物的环境风险。研究设置了四组实验条件：S1(350°C/10.3MPa)、S2(450°C/10.3MPa)、S3(350°C/17.2MPa)和S4(450°C/17.2MPa)，并采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析产物组成，运用EPI Suite?软件预测生态毒性参数。

关键技术方法包括：1)超临界连续流反应系统(316L不锈钢，1.2m反应管)；2)GC-MS成分分析(DB-23色谱柱，氦气载气)；3)计算机毒性预测模型(BCFBAF生物富集模型、BIOWIN生物降解模型、KOCWIN土壤吸附模型等)；4)与商业柴油B8(含8%生物柴油)的对比分析。

分子量分布研究显示，高温(450°C)促进热分解和聚合反应，S4样品中高分子量化合物(约300g·mol^-1)占比达52.8%。生态毒性评估获得突破性发现：S2和S3样品中超过50%化合物的Log Kow<3.5，生物富集风险较低；且90%以上化合物可快速降解(BIOWIN 3>2.75)。相比之下，S1和S4含有更多高生物富集潜力的化合物。

土壤吸附特性分析表明，所有生物燃料样品的高土壤吸附化合物(Log Koc>4.5)比例(47.5-59.2%)均显著低于B8柴油(69.2%)。挥发性评估发现，生物燃料含有更多低Log Koa(<5.5)的挥发性成分(34.2-45.6%)，这虽然带来储存挑战，但降低了土壤残留风险。

这项研究的重要意义在于：首次系统评估了超临界乙醇转酯化生物燃料的环境风险，发现中等条件(高温或高压单因素)制备的样品兼具低生态毒性和良好降解性。研究证实用乙醇替代甲醇可降低燃料毒性，FAEE比传统FAME更环保。创新性地将计算机毒理学应用于生物燃料评估，为可持续能源选择提供了新思路。该成果不仅推动了绿色燃料工艺优化，更建立了环境风险评估的新范式，对实现联合国可持续发展目标(SDG 7、12、13)具有重要实践价值。