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生物柴油是一种可再生燃料，有望成为石油产品的可持续、碳中和替代品。然而，生产成本仍然是其广泛应用的一大障碍。如今，研究人员开发出一种利用路易斯安那州河湾沿岸常见材料——藻类和牡蛎壳——低成本生产生物柴油的方法。研究人员将在2026年美国化学学会春季会议上公布他们的研究成果。
亚特兰大，2026年3月25日——生物柴油是一种可再生燃料，为石油产品提供了一种可持续且可能实现碳中和的替代方案。然而，生产成本仍然是其广泛应用的一大障碍。如今，研究人员开发出一种利用路易斯安那州河口岸边常见的材料——藻类和牡蛎壳——低成本生产生物柴油的方法。
研究人员将在美国化学学会（ACS）春季会议上公布他们的研究成果。2026年ACS春季会议将于3月22日至26日举行，届时将有近11000场报告，涵盖一系列科学主题。
生物柴油在全球范围内生产和使用，但其生产并非一帆风顺。提供初始油脂的植物，例如大豆和油菜籽，需要占用大量原本可用于种植粮食作物的土地；在某些地区，农场扩张还会破坏珍贵的自然生态系统。此外，由于氧化钙基催化剂等成分成本高昂，生物柴油的生产成本也可能很高。
这两个挑战是促使尼科尔斯州立大学的贝洛·马卡马及其研究团队着手解决这一难题的关键动力，他们转而从当地环境中寻找解决方案。他们没有采用传统的农作物和牡蛎壳，而是从实验室附近的一条沟渠中采集藻类来生产催化剂。
“作为一名化学家，我坐下来开始思考我可以和学生们一起做哪些项目，”马卡马回忆道。“我们观察路易斯安那州南部，那里沟渠和河湾里生长着大量的藻类，我们想知道，如果我们能把这种既造成环境问题又带来物流问题的东西，赋予它新的价值，那会怎么样呢？”
于是，马卡马和他的实验室里的本科生研究员萨米娅·埃拉什里合作研制了一种新型生物柴油。首先，他们将从大学附近沟渠中采集的藻类粉碎，提取其中的油脂。然后，他们将油脂与甲醇和化学催化剂混合，加热反应生成甘油和生物柴油。通常用于此过程的化学催化剂，例如生石灰或氢氧化钠，价格昂贵。为了寻找更经济的替代方案，研究人员利用当地富含钙质的牡蛎壳开发了一种新型催化剂。他们将牡蛎壳粉末放入炉中，将牡蛎壳中的碳酸钙转化为氧化钙。马卡马的初步成本模型显示，与市售氧化钙催化剂相比，这种牡蛎基催化剂使他们的生物柴油生产成本降低了约70%至85%。
在会议上，埃拉什里将展示团队通过改变催化剂浓度和甲醇油比等生产参数，优化藻类-牡蛎生物柴油产量和质量的研究成果。她还将展示初步测试数据，以确定该生物柴油是否符合国际标准以及成本效益。这项研究成功的关键在于证明藻类生物柴油的能量平衡；也就是说，生产最终产品所需的能量是否低于其燃烧产生的能量？
“我在路易斯安那州立大学的一位同事告诉我，能源平衡是扼杀生物柴油发展的一大因素，”马卡马回忆道。“你投入的钱比得到的多。”
现在，研究人员正与路易斯安那州的一家公司合作，扩大其标准测试工作，例如寒冷天气下的适用性和可燃性。
“我们居住的地方拥有丰富的可再生资源，但却没有得到充分利用，”埃拉什里说。“到田间采集藻类，亲眼目睹藻类变成生物柴油，让我意识到我们需要更加努力地改善环境，创造更可持续的资源。”
马卡马强调，他们开发的生物柴油生产工艺并不局限于路易斯安那州。“藻类几乎遍布全球；它富含脂质，而且不会占用耕地，”他说道，并补充说，牡蛎壳也同样随处可见，否则就会被填埋。
马卡姆表示，如果这项研究能够帮助世界各地的人们利用当地资源经济高效地生产生物柴油，他将感到非常高兴。
该研究由尼科尔斯州立大学研究委员会拨款资助。
访问ACS 2026 年春季会议日程，了解更多关于本次演讲“利用废弃牡蛎壳衍生的催化剂将路易斯安那州南部藻类转化为生物柴油”以及其他科学演讲的信息。
Title
Converting southern Louisiana algae to biodiesel using waste oyster shell:derived catalysts
摘要：
本项目探索利用路易斯安那州南部拉福什教区沟渠中的牡蛎壳废料和藻类生物质作为当地资源生产生物柴油。我们还旨在为学生开发一个绿色有机化学实验室实验。牡蛎壳主要成分为碳酸钙，经800–900 °C煅烧生成氧化钙（CaO），一种非均相催化剂。同时，藻类生物质经干燥后进行溶剂萃取，得到一种可再生生物柴油合成原料。通过施加不同浓度的CaO来评估催化性能，以阐明其对生物柴油产率的影响。初步实验表明，牡蛎壳衍生的CaO可作为藻油酯交换反应的高效可重复使用催化剂，在相对温和的条件下促进生物柴油的生产。优化研究集中于煅烧温度、催化剂用量和甲醇油比等参数，获得了令人满意的转化效率。表征工作包括对煅烧后的壳材进行傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析，并辅以气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析生物柴油产品，以确认脂肪酸甲酯（FAME）的组成。此外，正在根据ASTM D6751标准对所生产的生物柴油进行评估，以确定其质量、安全性和作为可再生燃料的可行性。
