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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 未來生物柴油計(jì)量 [打印本頁]

作者: vandyke 時(shí)間: 2009-3-30 22:50
標(biāo)題: 未來生物柴油計(jì)量
作者：Robert Ausura

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

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

生物柴油是一種以植物油和動(dòng)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(chǎn)商將其與石化柴油混合生產(chǎn)的產(chǎn)品滿足超低硫柴油的相關(guān)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(fā)展中國家，還具有刺激當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)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(chǎn)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(wù)部部長Robert Watters說:“這就是我們目前面臨的挑戰(zhàn),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(chǎn)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(jìn)行簡單的比較。”

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

NIST化學(xué)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的首席科學(xué)顧問Ellyn Beary引用歐洲現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的碘值作為例證。她說：“碘值體現(xiàn)了穩(wěn)定指標(biāo)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)基于芥花籽油的數(shù)據(jù)規(guī)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(nèi)也能發(fā)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(huì)達(dá)標(biāo)。” 美國、歐盟和巴西的技術(shù)專家們目前正在討論包括碘值在內(nèi)的規(guī)范，希望能夠建立全球兼容的產(chǎn)品規(guī)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(chǎn)，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(xiàng)條件之一：(1)擁有一種建立在通用規(guī)范基礎(chǔ)上的單一的、能夠被普遍接受的生物柴油標(biāo)準(zhǔn);或(2)全世界不同地區(qū)使用的標(biāo)準(zhǔn)之間具有一致性。而這兩種選項(xiàng)成立的前提條件都是技術(shù)一致性——即位于世界各地的實(shí)驗(yàn)室對幾乎相同的材料樣本進(jìn)行等效測試時(shí)，能夠得到幾乎相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種檢測一致性依賴于準(zhǔn)確和可靠的計(jì)量體系，為此，ASTM和NIST加強(qiáng)了合作，并聯(lián)合世界各地的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，以期盡快達(dá)到檢測一致性的目標(biāo)。

自從20世紀(jì)90年代中期開始，生物柴油的研發(fā)人員就和生產(chǎn)商一起，通過參與ASTM國際組織技術(shù)委員會(huì)D02《石油產(chǎn)品和潤滑油》的工作，幫助標(biāo)準(zhǔn)化組織為生物柴油國際標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。這些努力的成果包括：首先在燃料化學(xué)的基礎(chǔ)上對生物柴油進(jìn)行了技術(shù)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(guī)范》。D 6751于2001年首次發(fā)布，其后不斷進(jìn)行修訂，它的意義在于創(chuàng)立了B100生物柴油的規(guī)范——100%的生物柴油既可單獨(dú)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(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

D 6751對粘性、閃點(diǎn)、濁點(diǎn)、氧化穩(wěn)定性、含水量、甘油和微量元素等各項(xiàng)指標(biāo)均提出了具體要求。為進(jìn)行上述指標(biāo)的測試，該標(biāo)準(zhǔn)參考了40多種既定的測試方法、規(guī)范和指南。然而，D 6751計(jì)量法和世界各地其他機(jī)構(gòu)目前所采用的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量法，大多用于以石油為基礎(chǔ)的油料，而生物柴油是一種原料來源迥異，主要以動(dòng)物(和植物)為基礎(chǔ)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(jì)量法。

一場開發(fā)生物柴油計(jì)量法的競賽
Beary說：“行業(yè)內(nèi)針對這一問題開展了很多國際間的活動(dòng),因?yàn)檎l率先建立起一種每個(gè)人都可使用或以之為測量基礎(chǔ)的計(jì)量方法，誰就將具有競爭優(yōu)勢。”

2006年，ASTM國際組織與NIST開始著手制備生物柴油標(biāo)準(zhǔn)的參考物質(zhì)。作為技術(shù)委員會(huì)D02長期的參與者，NIST針對超低硫柴油開發(fā)了一種標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(SRM)。NIST測量服務(wù)部的物理科學(xué)家Bruce MacDonald介紹：“在這種技術(shù)環(huán)境下，我們同致力于生物柴油工作的廣大工作人員進(jìn)行了會(huì)晤和討論。這些人中包括國家生物柴油委員會(huì)、生物柴油產(chǎn)業(yè)在美國的代表——國家貿(mào)易協(xié)會(huì)技術(shù)總監(jiān)Steve Howell。” MacDonald說：“我們邀請他來NIST，與這里的科學(xué)家舉行座談。2007年1月他針對來自NIST 5個(gè)部門的25名代表舉行了演講報(bào)告。” Steve Howell和其他利益相關(guān)方的共同參與，導(dǎo)致化學(xué)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(CSTL)在2007財(cái)政年度將生物柴油列為優(yōu)先發(fā)展的項(xiàng)目。

在與其他行業(yè)進(jìn)行接觸后，NIST確定了其針對生物柴油的工作目標(biāo)就是開發(fā)出基礎(chǔ)性計(jì)量方法，而非涵蓋全部來源的SRM系列。Watter說：“我們只想開發(fā)出一套最低限度的SRM。”對于美國的生物柴油產(chǎn)業(yè)而言，即是一套大豆基生物柴油SRM和一套動(dòng)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(huì)已長時(shí)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(chǎn)品名稱為‘大豆黃金’，不同機(jī)構(gòu)已經(jīng)針對這種產(chǎn)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(gè)實(shí)驗(yàn)室交叉校驗(yàn)項(xiàng)目(ILCP)中還使用同樣的材料——?jiǎng)游镏净锊裼虰100。參與項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室通過ILCP得到生物柴油樣本，之后對樣本進(jìn)行D6751中的各項(xiàng)分析，然后向ASTM匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，ASTM對來自各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的所有結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總。通過將這些測試結(jié)果與世界范圍內(nèi)的其他實(shí)驗(yàn)室的測試結(jié)果進(jìn)行對比，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都可以評(píng)估自己的測試質(zhì)量。通過采用與首次ILCP生物柴油測試周期試驗(yàn)相同的樣品材料，NIST獲得了一組寶貴的測量數(shù)據(jù)，用以完善其自身現(xiàn)有的表征結(jié)果。

國際合作
   目前生物燃料參考物質(zhì)的制備工作正面臨著激烈的國際競爭，但高風(fēng)險(xiǎn)也導(dǎo)致了國際間的合作。通過美洲國家間計(jì)量系統(tǒng)(SIM)的努力，美洲成員國的34個(gè)計(jì)量機(jī)構(gòu)以及美國和巴西的計(jì)量機(jī)構(gòu)之間達(dá)成了合作關(guān)系，以求各個(gè)參與方的技術(shù)資源和經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛭锉M其用，避免不必要的重復(fù)性勞動(dòng)。
   巴西政府在國內(nèi)強(qiáng)制推行乙醇燃料已有30年，因此獲得了寶貴的技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，能夠以此指導(dǎo)美國發(fā)展其乙醇燃料工業(yè)。而美國擁有世界一流的科研和技術(shù)資源，從而具有帶領(lǐng)美國、巴西征服生物柴油挑戰(zhàn)的優(yōu)勢條件。為此，NIST正和巴西國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(INMETRO)合作開發(fā)能夠被國際社會(huì)廣為接受的、經(jīng)過認(rèn)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(zhì)。

對公信度的度量

MacDonald說：“包括D02、石油生產(chǎn)商、國家生物柴油委員會(huì)以及汽車制造商在內(nèi)的所有人都希望生物柴油的標(biāo)準(zhǔn)能夠成功執(zhí)行下去。這在很大程度上是因?yàn)榇蠹壹认肜蒙锊裼偷臐撛诤锰帲瑫r(shí)也要避免潛在的缺陷。”

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(chǎn)燃料提供了機(jī)會(huì)，但如果你推薦的燃料堵塞了你的引擎，你該作何反應(yīng)？考慮到生物柴油巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及一旦使用不當(dāng)而可能導(dǎo)致的公信力損失，標(biāo)準(zhǔn)的制定容不得半點(diǎn)馬虎。” 對于NIST來說,‘容不得半點(diǎn)馬虎’意味著向公眾提供他們需要的數(shù)據(jù)，借此提高世界對這種未來燃料的信心。

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