生物柴油（biodiesel）是指以油料作物和微藻等水生植物油脂，以及动物油脂、废餐饮油等为原料油通过酯交换反应（transesterification reaction）工艺制成的甲酯或乙酯燃料。作为可替代石化柴油的清洁生物燃料，生物柴油的生产成本和使用性能都与现用石化柴油基本相当，且具有良好的环境特性和可生物降解性，具有广阔的发展前景。
生物柴油主要是由C、H、O三种元素组成。其主要成分是软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等长链饱和或不饱和脂肪酸同甲醇或乙醇等醇类物质所形成的酯类化合物。根据研究，作为柴油替代品的理想物质应当有如下的分子结构：① 拥有较长的碳直链。② 双键的数目应尽可能少，最好只有一个双键；并且双键位于碳分子链的末端或者是均匀分布在碳分子链中。③ 含有一定量的氧元素，最好是酯类、醚类、醇类化合物。④ 分子结构尽可能没有或只有很少的碳支链。⑤ 分子中不含有芳香烃结构。
与石化柴油的性能相比，生物柴油具有以下性质，同时这也是生物柴油的优越性所在：① 生物柴油比石化柴油具有相对较高的运动黏度，这使得生物柴油在不影响燃油雾化的情况下，更容易在汽缸内壁形成一层油膜，从而提高运动机件的润滑性，降低机件的磨损；② 生物柴油的闪点较石化柴油高，有利于安全运输、储存；③ 十六烷值较高，一般大于50，抗爆性能优于石化柴油；④ 生物柴油含氧量高于石化柴油，可达10%，在燃烧过程中所需的氧气量较石化柴油少，燃烧、点火性能优于石化柴油；⑤ 无毒性，而且生物分解性良好（98%可降解），健康环保性能良好；⑥ 基本不含芳香族烃类成分，所以不具致癌性，而且硫、铅、卤素等有害物质含量极少；⑦ 不需改动柴油机，可直接添加使用，同时无须另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练；⑧ 既可作为添加剂促进燃烧效果，又是燃料，具有双重效果；⑨ 生物柴油以一定的比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力特性，降低排放污染率；⑩ 环境友好，采用生物柴油的燃烧生成物中，颗粒物为普通柴油的20%，CO2和CO排放量仅为石化柴油的10%。
利用微藻生产生物燃料的想法最早提出于20世纪50年代，到60年代有关研究人员开始进行有关微藻大规模培养的研究。1970年，由于全球能源危机，美国国家可再生能源实验室首先发起了一项名为“水生生物物种计划”（ASP）的研究，旨在利用微藻生产可再生能源。微藻与其他能源作物生产生物燃料相比具有巨大的优势：① 微藻细胞的单位含油量超过产油性状优良的能源作物近百倍；② 微藻生长于水生环境中，但是其需水量少于陆地作物；③ 微藻可以在海水或者废水中生长，不占用陆地资源，不与粮食作物争夺土地，还能达到处理废水的目的；④ 微藻利用大气中的CO2进行生长，能够固定CO2，减少温室气体的排放；⑤ 微藻生产生物柴油的剩余产品，可用作肥料或食物，同时可以发酵生产乙醇等。
微藻具有种类多样、光合作用效率高、生物产量高、生长繁殖快、生长周期短和自身合成油脂能力强等特点，被许多学者认为是制备生物柴油最佳的生物质能原料之一。表10-1列出了部分微藻含油量的干质量比，大部分微藻含油量都在20%～50%，某些微藻的含油量甚至可以达到77%。
表10-1 部分微藻的油脂含量
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