生物柴油是从作为油类植物或脂肪动物的天然脂质获得的液体，无论是否已经使用过，通过酯化和酯交换的工业过程获得，并且用于制备全部或部分替代石油衍生的石油醚或瓦斯油。 生物柴油可与来自石油精炼的柴油混合，用量不同。
生产
生物柴油通常通过植物油或动物脂肪原料的酯交换以及其他非食用原料如煎炸油等来生产。进行该酯交换反应的方法有多种，包括常规分批方法，非均相催化剂，超临界过程，超声波方法，甚至微波方法。
化学上，酯交换的生物柴油包含长链脂肪酸的单烷基酯的混合物。 最常见的形式是使用甲醇（转化为甲醇钠）生产甲酯（通常称为脂肪酸甲酯 – FAME），因为它是最便宜的酒精，尽管乙醇可用于生产乙酯（通常称为作为脂肪酸乙酯 – FAEE）也使用生物柴油和高级醇如异丙醇和丁醇。 使用较高分子量的醇改善了所得酯的冷流性质，代价是酯交换反应效率较低。 脂质酯交换制备方法用于将基础油转化为所需的酯。 基础油中的任何游离脂肪酸（FFA）或者转化成皂并从该过程中除去，或者使用酸性催化剂将它们酯化（产生更多的生物柴油）。 在这种处理之后，与直接植物油不同，生物柴油具有与石油柴油非常相似的燃烧特性，并且在大多数当前用途中可以替代它。
大多数生物柴油生产过程中使用的甲醇是使用化石燃料输入制成的。 然而，有使用二氧化碳或生物质作为原料制造的可再生甲醇的来源，使其生产过程不含化石燃料。
酯交换过程的副产物是甘油的生产。 对于每1吨生产的生物柴油，生产100千克甘油。 最初，甘油有一个宝贵的市场，这有助于整个过程的经济性。 然而，随着全球生物柴油产量的增加，这种粗甘油（含有20％的水和催化剂残留物）的市场价格已经崩溃。 正在全球范围内进行研究以将该甘油用作化学结构单元（参见维基百科文章“甘油”下的化学中间体）。 英国的一项举措是甘油挑战赛。
通常，这种粗甘油必须通过进行真空蒸馏来纯化。 这是相当耗能的。 然后可以直接使用精制甘油（98％+纯度），或将其转化为其他产物。 以下公告于2007年公布：亚什兰公司和嘉吉的合资公司宣布计划在欧洲从甘油生产丙二醇，陶氏化学公司宣布了类似的北美计划。 陶氏还计划在中国建立一家工厂，从甘油中生产表氯醇。 表氯醇是环氧树脂的原料。
生产水平
2007年，生物柴油产能增长迅速，2002 – 06年的平均年增长率超过40％。 2006年是最新的实际产量数据，世界生物柴油总产量约为5-6百万吨，欧洲加工量为490万吨（其中270万吨来自德国），其余大部分为来自美国。 仅2008年欧洲的产量就增加到780万吨。 2009年7月，欧盟为美国进口生物柴油增加了一项关税，以平衡欧洲，特别是德国生产商的竞争。 2008年欧洲的产能总计为1600万吨。 相比之下，美国和欧洲对柴油的总需求量约为4.9亿吨（1470亿加仑）。 2005/06年度世界各种植物油的总产量约为1.1亿吨，棕榈油和豆油各约为3400万吨。 截至2018年，印度尼西亚是世界上最大的基于棕榈油的生物燃料供应商，年产量为350万吨，预计将出口约100万吨生物柴油。
2011年美国生物柴油的生产为该行业带来了一个新的里程碑。 根据EPA可再生燃料标准，已经为生物柴油生产工厂实施了目标，以便与总需求相比监测和记录生产水平。 根据美国环保署发布的年终数据，2011年生物柴油产量超过10亿加仑。 该产量远远超过美国环保署规定的8亿加仑目标。 预计2020年的产量将近120亿加仑。
可用性和价格
2005年全球生物柴油产量达到380万吨。大约85％的生物柴油产量来自欧盟。
2007年，在美国，B2 / B5的平均零售价（包括联邦和州燃油税）低于石油柴油约12美分，B20混合物与石油柴油相同。 然而，作为柴油定价剧烈变化的一部分，截至2009年7月，美国能源部报告的平均成本为B20每加仑15美分，高于石油柴油（2.69美元/加仑，2.54美元/加仑）。 除非地方政府提供税收激励或补贴，否则B99和B100的成本通常高于石油柴油。 在2016年10月，生物柴油（B20）比石油柴油低2美分/加仑。
生物柴油原料
多种油可用于生产生物柴油。 这些包括：
维珍油原料 – 油菜籽和大豆油是最常用的，大豆油约占美国产量的一半。 它也可以从Pongamia，田野pen and和麻风树以及其他作物如芥末，荷荷巴油，亚麻，向日葵，棕榈油，椰子和大麻中获得（更多信息见生物燃料植物油清单）;
废植物油（WVO）;
动物脂肪，包括牛油，猪油，黄油脂，鸡油脂，以及从鱼油中生产Omega-3脂肪酸的副产品。
藻类，可以使用诸如污水之类的废物来生长，而不会取代目前用于食品生产的土地。
盐生植物（Salicornia bigelovii）中的油，可以在不能种植常规作物的沿海地区用盐水种植，产量等于使用淡水灌溉种植的大豆和其他油籽的产量
污水污泥 – 污水到生物燃料领域吸引了像废物管理和InfoSpi这样的创业公司等主要公司的兴趣，他们认为可再生污水生物柴油可以在价格上与石油柴油竞争。
许多倡导者认为，废植物油是生产生物柴油的最佳石油来源，但由于现有供应量大大低于世界上运输和家庭供暖燃烧的石油基燃料的数量，因此本地解决方案无法实现。扩大到目前的消费速度。
动物脂肪是肉类生产和烹饪的副产品。 虽然仅仅为了减肥而饲养动物（或捕鱼）效率不高，但副产品的使用为畜牧业（猪，牛，家禽）增加了价值。 如今，多原料生物柴油设施正在生产高品质的动物脂肪生物柴油。 目前，美国正在建造一座价值500万美元的工厂，目的是每年在当地生产的估计10亿公斤（22亿磅）鸡肉脂肪中生产1140万升（300万加仑）生物柴油。泰森家禽厂。 同样，一些小规模的生物柴油工厂使用废鱼油作为原料。 欧盟资助的项目（ENERFISH）表明，越南一家从鲶鱼（basa，也称为鲶鱼）生产生物柴油的工厂，可以从81吨鱼类废物中生产13吨/天的生物柴油（反过来从130吨鱼）。 该项目利用生物柴油为鱼类加工厂的CHP装置提供燃料，主要用于为鱼类冷冻装置提供动力。
所需原料数量
目前全世界植物油和动物脂肪的生产不足以取代液体化石燃料的使用。 此外，一些人反对生产额外的植物油所需的大量农业和由此产生的施肥，农药使用和土地利用转化。 根据美国能源部能源情报署的数据，美国使用的运输柴油和家用取暖油估计约为1.6亿吨（3500亿磅）。 在美国，估计所有用途的植物油产量约为1100万吨（240亿磅），估计动物脂肪产量为530万吨（120亿磅）。
如果美国的整个耕地面积（4.7亿英亩，或190万平方公里）用于生产大豆生物柴油，那么这将提供1.6亿吨所需（假设乐观的98美元加仑/英亩的生物柴油） 。 如果可以克服障碍，原则上可以使用藻类显着减少该陆地面积。 美国能源部估计，如果藻类燃料取代美国的所有石油燃料，则需要15,000平方英里（39,000平方公里），比马里兰州大几千平方英里，比比利时面积大30％。假设产量为140吨/公顷（15,000美国加仑/英亩）。 鉴于更实际的产量为36吨/公顷（3834美国加仑/英亩），所需面积约为152,000平方公里，或大致相当于格鲁吉亚州或英格兰和威尔士。 藻类的优点是它可以生长在非耕地如沙漠或海洋环境中，潜在的石油产量远远高于植物。
产量
每单位面积的原料产量效率影响了将生产提高到为相当大比例的车辆提供动力所需的巨大工业水平的可行性。
一些典型的产量
作物 产量
升/公顷 美国加仑/英亩
棕榈油 4752 508
椰子 2151 230
莎草（Cyperus esculentus） 1628 174
菜子 954 102
Soy（印第安纳州） 554-922 59.2-98.6
中国牛脂 907 97
花生 842 90
向日葵 767 82
麻 242 26
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藻类燃料产量尚未准确确定，但据报道，DOE表示藻类每英亩的能量比大豆等陆地作物多30倍。 海法海洋研究所的Ami Ben-Amotz认为36吨/公顷的产量是实用的，他已经在海藻养殖20多年。
麻风树被认为是生物柴油的高产来源，但产量高度依赖于气候和土壤条件。 低端的估计数表明每种作物的产量约为200美国加仑/英亩（每公顷1.5-2吨）; 在更有利的气候条件下，每年可以完成两种或更多种作物。 它生长在菲律宾，马里和印度，具有抗旱性，可与其他经济作物共享空间，如咖啡，糖，水果和蔬菜。 据其倡导者称，它非常适合半干旱地区，有助于减缓荒漠化。
效率和经济论据
根据Drs的一项研究。 田纳西河谷管理局的Van Dyne和Raymer，平均美国农场以每公顷82升（8.75美国加仑/英亩）的土地消耗燃料来生产一种作物。 然而，油菜籽的平均作物平均产量为1,029升/公顷（110美国加仑/英亩），而高产油菜籽产量约为1,356升/公顷（145美国加仑/英亩）。 在这些情况下，输入与输出的比率大致为1：12.5和1：16.5。 已知光合作用具有约为总太阳辐射的3-6％的效率，并且如果将作物的整个质量用于能量生产，则该链的总效率目前约为1％，而这可能与太阳能相比不利。电池与电动传动系统相结合，生物柴油的部署成本较低（太阳能电池每平方米成本约250美元）和运输（电动汽车需要的电池目前能量密度比液体燃料低得多）。 2005年的一项研究发现，使用大豆生产生物柴油比生产生物柴油需要多27％的化石能源，使用向日葵需要多118％的能源。
然而，这些统计数据本身并不足以说明这种变化是否具有经济意义。 必须考虑其他因素，例如：加工所需能源的燃料当量，原油燃料产量，种植食物的回报，生物柴油对食品价格的影响以及生物柴油的相对成本与石油柴油，农田径流造成的水污染，土壤枯竭以及旨在控制石油柴油价格的石油生产国政治和军事干预的外部化成本。
关于生物柴油能量平衡的争论正在进行中。 如果使用传统粮食作物（尽管可以利用非粮食作物），完全过渡到生物燃料可能需要巨大的土地。 对于经济规模较大的国家来说，这个问题尤其严重，因为能源消耗会随着经济产出而扩大。
如果仅使用传统食品工厂，大多数此类国家没有足够的耕地来为国家的汽车生产生物燃料。 虽然许多地区无法将土地从粮食生产中转移出去，但经济规模较小（因此能源消耗较少）和耕地面积较大的国家可能处于更好的状况。
对于第三世界国家来说，使用边际土地的生物柴油来源可能更有意义; 例如，沿着铁路沿着公路或沿着铁路线生长的麻疯树生长的pongam油树坚果。
在马来西亚和印度尼西亚等热带地区，生产棕榈油的工厂正在快速种植，以满足欧洲和其他市场对生物柴油需求的增长。 科学家们已经证明，由于油棕种植园的扩张对自然雨林和生物多样性构成了威胁，因此移除雨林为棕榈种植园在生态上并不合理。
据估计，德国棕榈油生物柴油的含量不到油菜籽生物柴油生产成本的三分之一。 生物柴油能量含量的直接来源是植物在光合作用过程中捕获的太阳能。 关于生物柴油的正能量平衡：
当秸秆留在田间时，生物柴油的产生强烈能量积极，每0.561 GJ的能量输入产生1 GJ生物柴油（产量/成本比率为1.78）。
当秸秆作为燃料燃烧并且油籽油菜用作肥料时，生物柴油生产的产率/成本比率甚至更好（3.71）。 换句话说，对于生产生物柴油的每一个能量输入单位，产量为3.71单位（2.71单位的差异来自太阳能）。
经济影响
关于生物柴油生产的经济影响已经进行了多项经济研究。 由国家生物柴油委员会委托进行的一项研究报告称，2011年生产的生物柴油在美国支持了39,027个就业岗位和超过21亿美元的家庭收入。 生物柴油的增长也有助于显着提高GDP。 2011年，生物柴油的国内生产总值超过30亿美元。 从可再生燃料标准的持续增长和生物柴油税收激励的延长来看，到2012年和2013年，就业人数可增加到50,725，收入27亿美元，达到50亿美元。
能源安全
采用生物柴油的主要驱动力之一是能源安全。 这意味着减少了一个国家对石油的依赖，取而代之的是使用当地可用的资源，如煤炭，天然气或可再生能源。 因此，一个国家可以从采用生物燃料中受益，而不会减少温室气体排放。 虽然总能量平衡存在争议，但很明显，对石油的依赖性降低了。 一个例子是用于制造肥料的能源，其可以来自除石油之外的各种来源。 美国国家可再生能源实验室（NREL）表示，能源安全是美国生物燃料计划背后的首要推动力，白宫“21世纪的能源安全”文件清楚地表明，能源安全是促进能源安全的主要原因。生物柴油。 前欧盟委员会主席何塞·曼努埃尔·巴罗佐在最近的欧盟生物燃料会议上发言时强调，妥善管理的生物燃料有可能通过能源多样化来加强欧盟的供应安全。
环境影响
对生物柴油的兴趣激增突显了与其使用相关的许多环境影响。 这些可能包括减少温室气体排放，砍伐森林，污染和生物降解速度。
根据美国环保署于2010年2月发布的可再生燃料标准计划监管影响分析，与石油柴油相比，大豆油生物柴油平均减少了57％的温室气体，废油脂生产的生物柴油产生了86％减少。 有关更多详细信息，请参阅EPA报告的第2.6章。
然而，环境组织，例如雨林救援和绿色和平组织，批评用于生产生物柴油的植物的种植，例如油棕榈，大豆和甘蔗。 他们说，热带雨林的砍伐加剧了气候变化，敏感的生态系统被摧毁，以清除油棕，大豆和甘蔗种植园的土地。 此外，生物燃料有助于世界饥饿，因为耕地不再用于种植粮食。 环境保护局（EPA）于2012年1月公布了数据，显示由棕榈油制成的生物燃料不会计入国家的可再生燃料要求，因为它们不适合气候。 环保主义者欢迎这一结论，因为油棕种植园的增长推动了热带森林砍伐，例如印度尼西亚和马来西亚。
食物，土地和水与燃料
在一些贫穷国家，植物油价格上涨正在引发问题。 一些人认为燃料只能用非食用植物油制成，例如亚麻荠，麻风树或海滨锦葵，它们可以在边缘农业土地上生长，许多树木和农作物不会生长，或者产量很低。
其他人认为问题更为根本。 即使新作物不可食用，农民也可能从生产粮食作物转向生产生物燃料作物以赚更多钱。 供求法则预测，如果生产食品的农民越来越少，食品价格就会上涨。 这可能需要一些时间，因为农民可能需要一些时间来改变他们正在增长的东西，但对第一代生物燃料的需求增加可能导致许多种食品的价格上涨。 有人指出，由于植物油价格较高，贫困农民和穷国赚钱更多。
来自海藻的生物柴油不一定取代目前用于粮食生产的陆地土地，并且可以创造新的藻类养殖工作。
通过比较，应该提到沼气的生产利用农业废物产生生物燃料，称为沼气，并且还产生堆肥，从而增强农业，可持续性和粮食生产。
目前的研究
目前正在研究寻找更合适的作物和提高石油产量。 其他来源可能包括人类排泄物，加纳建造了第一个“粪便污泥喂养的生物柴油厂”。 利用目前的产量，需要大量的土地和淡水来生产足够的石油来完全取代化石燃料的使用。 这将需要美国陆地面积的两倍用于大豆生产，或三分之二用于油菜籽生产，以满足当前美国的供暖和运输需求。
特别繁殖的芥菜品种可以产生相当高的油产量，并且在谷物作物轮作中非常有用，并且具有额外的好处，即油压出后剩余的食物可以作为有效且可生物降解的农药。
总部位于圣巴巴拉的生物柴油工业公司的NFESC正致力于为美国海军和军队开发生物柴油技术，这是世界上最大的柴油燃料用户之一。
一群为Ecofasa公司工作的西班牙开发商宣布推出一种由垃圾制成的新型生物燃料。 燃料来自一般城市垃圾，由细菌处理产生脂肪酸，可用于生产生物柴油。
另一种不需要使用化学品进行生产的方法涉及使用遗传修饰的微生物。
藻类生物柴油
从1978年到1996年，美国NREL在“水生物种计划”中尝试使用藻类作为生物柴油来源。 UNH生物柴油集团的迈克尔·布里格斯（Michael Briggs）发表的一篇自行发表的文章，通过利用天然油含量大于50％的藻类，用生物柴油实际替代所有车用燃料，估计可以在藻类池塘上种植。在污水处理厂。 然后可以从系统中提取这种富含油的藻类并加工成生物柴油，干燥的剩余物进一步再加工以产生乙醇。
用于生物柴油的藻类的生产还没有在商业规模上进行，但是已经进行了可行性研究以达到上述产量估算。 除了预计的高产量外，与作物为基础的生物燃料不同，藻类养殖不会导致粮食减产，因为它既不需要农田也不需要淡水。 许多公司正在寻求用于各种目的的藻类生物反应器，包括将生物柴油生产扩大到商业水平。
来自阿拉巴马大学亨茨维尔分校的Rodrigo E. Teixeira教授展示了使用离子液体中简单而经济的反应从湿藻中提取生物柴油脂质。
水黄皮
鸡血藤（又称Pongam Oiltree或Pongamia）是一种豆科油籽树，已被确定为非食用植物油生产的候选树种。
用于生物柴油生产的Pongamia种植园具有双重环境效益。 树木都储存碳并生产燃料油。 Pongamia生长在不适合粮食作物的边缘土地上，不需要硝酸盐肥料。 产油树的产油量最高（约40％重量的种子是油），而在含盐量高的营养不良的土壤中生长。 它正成为许多生物柴油研究组织的主要焦点。 Pongamia的主要优点是比其他作物具有更高的回收率和油质，并且没有与粮食作物直接竞争。 然而，边际土地上的增长会导致石油产量下降，从而导致与粮食作物竞争更好的土壤。
麻疯树
各个部门的几个小组正在对麻风树（Jatropha curcas）进行研究，麻风树是一种有毒的灌木状树，其产生的种子被许多人视为生物柴油原料油的可行来源。 这项研究的大部分内容都集中在通过遗传学，土壤科学和园艺实践的进步来提高麻风树的每英亩总产油量。
总部位于圣地亚哥的麻风树开发商SG Biofuels利用分子育种和生物技术生产麻风树的优良杂交种子，与第一代品种相比，产量显着提高。 SG生物燃料还声称这些菌株带来了额外的好处，包括改善开花同步性，对病虫害的抗性更高，以及增加的寒冷天气耐受性。
国际植物研究所是荷兰瓦赫宁根大学和研究中心的一个部门，它正在进行一项正在进行的麻风树评估项目（JEP），该项目通过实地和实验室实验研究了大规模麻风树种植的可行性。
可持续能源农业中心（CfSEF）是一家位于洛杉矶的非营利性研究机构，致力于麻风树在植物科学，农学和园艺领域的研究。 预计这些学科的成功探索将在未来十年内将麻风树农场的产量提高200-300％。
菌类
莫斯科俄罗斯科学院的一个小组于2008年9月发表了一篇论文，指出他们从单细胞真菌中分离出大量脂质，并以经济有效的方式将其转化为生物柴油。 对这种真菌种类的更多研究; Cunninghamella japonica等可能会在不久的将来出现。
最近发现的真菌Gliocladium roseum的变体指向从纤维素生产所谓的myco-diesel。 这种生物最近在巴塔哥尼亚北部的雨林中被发现，具有将纤维素转化为柴油中常见的中等长度碳氢化合物的独特能力。
来自二手咖啡渣的生物柴油
里诺内华达大学的研究人员已经成功地从用过的咖啡渣中提取了生物柴油。 他们对使用过的地面的分析显示含油量为10％至15％（按重量计）。 一旦提取出油，就将其进行常规加工成生物柴油。 据估计，成品生物柴油每加仑可生产约1美元。 此外，据报道，“技术并不困难”，并且“咖啡周围有这么多咖啡，每年可能会产生数亿加仑的生物柴油。” 然而，即使世界上所有的咖啡渣都用于制造燃料，产量也不到美国每年使用的柴油的1％。 “这不会解决世界的能源问题，”米斯拉博士谈到他的工作。
异国情调的来源
最近，鳄鱼脂被确定为生产生物柴油的来源。 每年，大约1500万磅鳄鱼油被丢弃在垃圾填埋场作为鳄鱼肉和皮肤工业的废物副产品。 研究表明，由鳄鱼脂制成的生物柴油的成分与大豆生产的生物柴油相似，并且由于它主要是废物，因此更便宜。
生物柴油对氢电池的影响
已经开发出微型反应器以将生物柴油转化为氢蒸汽以为燃料电池提供动力。
蒸汽重整，也称为化石燃料重整，是由烃类燃料产生氢气的过程，最显着的是由于其效率而产生生物柴油。 **微反应器**或重整器是其中水蒸气在高温和高压下与液体燃料反应的处理装置。 在700-1100℃的温度范围内，镍基催化剂可以生产一氧化碳和氢气：
碳氢化合物+H2O⇌CO+ 3 H2（高度吸热）
此外，通过进一步氧化一氧化碳以产生更多的氢气和二氧化碳，可以利用更高的氢气产量：
CO + H2O→CO2 + H2（轻度放热）
氢燃料电池背景信息
燃料电池的运行类似于电池，因为电力来自化学反应。 与电池相比，燃料电池的不同之处在于它们能够通过大气中恒定的氢气流动力。 此外，它们仅产生水作为副产品，并且几乎是无声的。 氢动力燃料电池的缺点是在压力下储存高度可燃氢的成本和危险性很高。
新的处理器可以克服运输氢气的危险的一种方法是在必要时生产氢气。 可以连接微反应器以产生在高压下加热烃以产生氢气和二氧化碳的系统，该过程称为蒸汽重整。 这产生高达160加仑的氢气/分钟，并且可以为氢气加油站提供动力，甚至可以为氢电池车辆提供车载氢燃料。 实施汽车将允许富含能量的燃料（如生物柴油）转化为动能，同时避免燃烧和污染副产品。 手工大小的方形金属片包含具有催化位点的微观通道，其连续地将生物柴油，甚至其甘油副产物转化为氢。
关注
发动机磨损
燃料的润滑性在发动机中发生的磨损中起重要作用。 柴油发动机依靠其燃料来为彼此不断接触的金属部件提供润滑性。 由于存在酯，生物柴油与石油柴油相比是更好的润滑剂。 测试表明，在柴油中加入少量生物柴油可以在短期内显着提高燃料的润滑性。 然而，在更长的时间（2 – 4年），研究表明生物柴油失去其润滑性。 这可能是由于不饱和分子的氧化导致的随时间的腐蚀增加或者生物柴油中的水含量增加导致吸湿。
燃料粘度
关于生物柴油的主要问题之一是其粘度。 柴油的粘度在40°C时为2.5-3.2 cSt，由大豆油制成的生物柴油的粘度在4.2到4.6 cSt之间。柴油的粘度必须足够高，以便为发动机部件提供足够的润滑，但又足够低以便在工作温度。 高粘度会堵塞发动机中的燃油滤清器和喷射系统。 植物油由具有长链烃的脂质组成，为了降低其粘度，脂质被分解成较小的酯分子。这是通过使用酯交换将植物油和动物脂肪转化为烷基酯以降低其粘度来实现的。然而，生物柴油粘度仍然高于柴油，并且由于流速缓慢，发动机可能无法在低温下使用燃料。燃油滤清器。
发动机性能
与柴油相比，生物柴油具有更高的制动比燃料消耗，这意味着相同扭矩需要更多的生物柴油燃料消耗。然而，已经发现B20生物柴油混合物可以最大限度地提高热效率，降低制动比能耗，降低有害排放。发动机性能取决于燃料的性质，以及燃烧，喷射器压力和许多其他因素。由于存在各种生物柴油混合物，这可能导致关于发动机性能的矛盾报告。