《Biotechnology Advances》：Navigating alternative diesel pathways for a diversified energy future: Biodiesel or renewable diesel?
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摘要
在电池和氢能源存在实际应用限制的运输领域（尤其是重型车辆、海洋运输和航空领域），液体燃料仍然至关重要。生物燃料通过生物质生产实现光合作用碳捕获，为短期内实现脱碳提供了有希望的途径。其中，生物柴油和可再生柴油已成为替代石油基柴油的首选方案。尽管它们源自相似的原料，但在化学
摘要
在电池和氢能源存在实际应用限制的运输领域（尤其是重型车辆、海洋运输和航空领域），液体燃料仍然至关重要。生物燃料通过生物质生产实现光合作用碳捕获，为短期内实现脱碳提供了有希望的途径。其中，生物柴油和可再生柴油已成为替代石油基柴油的首选方案。尽管它们源自相似的原料，但在化学性质、生产路径、发动机兼容性和生命周期排放方面存在显著差异。本综述从四个关键维度对这两种燃料进行了深入比较：原料、环境性能、工艺效率以及催化技术方面的最新进展（涵盖了从均相催化剂到非均相催化器的转变）。文章还探讨了影响其在能源转型中作用的主要权衡因素、部署障碍以及市场和政策因素。通过明确这些区别，本综述为促进液体燃料的多元化研究、监管和投资提供了框架。最后，文章强调了人工智能和机器学习（AI/ML）在优化生物燃料生产过程和加速技术发展方面的新兴作用。
引言
交通运输行业是全球最大的能源消耗领域之一，约占全球能源需求的29%，石油产品使用量的近65%（Solaymani, 2019）。虽然轻型车辆领域的电气化进展迅速，但长途货运和海洋运输等运输方式仍需要高能量密度和长续航能力，而目前的电池和氢能源技术尚无法在成本效益和规模方面满足这些需求。因此，在这些运输领域，传统的石油基燃料（如柴油）仍然不可或缺。在这种情况下，开发非石油基液体燃料对于提高能源多元化和燃料安全具有战略意义，尤其是在严重依赖进口化石燃料的地区。
在各种可再生能源选项中（包括太阳能和风能），基于生物质的能源受到了特别关注，因为它可以转化为有价值的燃料和化学品。生物质通过光合作用产生，植物在此过程中将大气中的二氧化碳吸收为有机物，为燃料、化学品和材料生产提供了可再生的碳源。据估计，全球陆地植物每年吸收大约26亿吨二氧化碳（Skrzypczak等，2025年），这突显了生物质在全球碳循环中的重要作用。除了直接用于能源生产外，生物质的转化还能将光合作用捕获的碳转化为高附加值的燃料、化学品和材料。这种综合利用日益被视为能源-水-食品关联以及可持续资源管理和脱碳工作的重要组成部分（Ghiat和Al-Ansari, 2021）。
在各种基于生物质的燃料中，生物柴油和可再生柴油已成为最突出且具有商业可行性的石油基柴油替代品。这两种燃料通过利用来自生物质的有机碳来减少碳排放。尽管生物柴油和可再生柴油的原料相似，但它们的生产过程、燃料特性、基础设施兼容性和环境影响存在显著差异，这引发了关于它们在碳约束型运输系统中作用的重要问题。本综述旨在全面比较这两种燃料，重点关注其原料、生产工艺、燃料特性和环境足迹。以往的对比研究主要集中在燃料特性和发动机性能上（Knothe, 2010；Manchanda等，2018；Xu等，2022），而较少关注原料多样化、催化剂和工艺开发、可持续性指标、技术经济评估以及新兴数字工具等方面的最新进展。为弥补这些不足，本综述整合了技术、环境和经济视角，评估了这两种燃料途径的相关机会和权衡。同时，也特别关注了人工智能（AI）和机器学习（ML）在过程建模、优化和性能预测中的应用。
章节摘要
生物柴油和可再生柴油：定义、原料和生产方法
生物柴油（脂肪酸甲酯，FAME）和可再生柴油（加氢处理植物油，HVO）是两种主要的可再生柴油替代品。它们都源自相似的原料，如植物油、动物脂肪、食用油以及越来越多的藻类油和残渣；然而，在化学性质、生产路径、燃料特性和增长趋势方面存在根本性差异。美国材料与试验协会（ASTM）对生物柴油的定义为...
生物柴油和可再生柴油在交通运输领域的全球趋势和市场增长
生物燃料是交通运输领域长期可再生能源的重要组成部分，在现有燃料体系中提供了可靠的区域资源。短期内，它们在利用特定废弃物、发展农村制造业和保障轻型车辆能源安全方面发挥着重要作用；而长期来看，它们为难以实现减排的领域（如重型卡车、海上运输和航空）提供了可行的解决方案。生物柴油主要是...
生物柴油和可再生柴油生产中的催化剂
催化剂在生物燃料生产中至关重要，因为它们可以加速反应速率并提高产量，无论是通过酯交换反应生产生物柴油，还是通过脱氧/加氢处理生产可再生柴油。生物柴油合成中的催化剂通常分为三类：均相催化剂、非均相催化剂和酶制剂（基于脂肪酶的催化剂），每种催化剂都有其优势和局限性。均相催化剂（如KOH或H?SO?）在温和条件下具有较高的反应活性和快速转化效果...
利用人工智能优化生物燃料生产
非均相催化剂通过简化下游产物分离和实现催化剂重复使用，提高了生物燃料生产的实用性。然而，其性能受多种相互作用变量的影响，包括催化剂组成和碱性、原料中的游离脂肪酸含量、甲醇与油的比例、温度和反应时间。这些因素之间的非线性关系难以通过传统的试错方法或经典响应面方法进行优化...
对比评估：生物柴油与可再生柴油
表2总结了生物柴油和可再生柴油之间的根本差异，这些差异主要源于它们的生产路径和最终组成。生物柴油在温和条件下（50-65°C，常压）通过酯交换反应生成，产物FAME（C16-C18）含有10-12%的氧（Doppalapudi等，2024）。氧的存在和不饱和度降低了生物柴油的加热值，影响了其氧化稳定性，并增加了...
(h3 class="section-title u-h4 u-margin-l-top u-margin-xs-bottom">技术经济分析和生命周期评估关于生物燃料的决策必须基于证据，确保其生产过程在环境和经济上是可持续的。生命周期评估（LCA）量化了整个燃料生命周期内的资源使用、排放和环境影响，而技术经济分析（TEA）则评估生产成本、成本驱动因素和最低销售价格（MSP）。这些信息有助于选择合适的原料、设计生产工艺，并确保符合可持续发展法规，同时便于比较不同燃料的成本效益和环境影响...
结论
本综述指出，生物柴油和可再生柴油对于向低碳运输燃料的转型都至关重要，但它们适用于不同的用途。生物柴油技术成熟且可立即应用，适用于农业、城市交通和重型机械领域的传统柴油发动机（混合物比例最高可达B20）。可再生柴油（HVO/HEFA）是一种可以直接使用的碳氢燃料，浓度可达到100%，其低温流动性和十六烷值更优，更适合寒冷环境...
未引用的参考文献
Das和Rokhum, 2023
Diesel等, 2026
交通运输总司等, 2018
国际能源署（IEA），2023
Power, E. 《可再生柴油市场：2025-2032年全球行业分析与预测》
《2026年可再生柴油市场规模》
Rozina Ahmad等, 2024
美国农业部（USDA），2024
Yang等, 2023
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
第一作者SA希望感谢Fulbright Nehru博士研究计划（项目编号：3000/FNDR/2024-2025），该计划由美国印度教育基金会（USIEF）资助，为作者提供了赴美国进行研究的资金支持。AJR、XM、SZ和CK得到了田纳西大学的支持。
