燃料电池发生电化学反应的实质是氢气的燃烧反应。它与一般电不同之处在于燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用。所需燃料(氢或通过甲烷、天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取)和氧(或空气)不断由外界输入，因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的装置。以熔融碳酸盐型燃料电池为例，图1为燃料电池的结构示意图。 图1 熔融碳酸盐燃料电池单电池结构示意图
在燃料电池电极上反应如下：
阳极反应：H2+CO32-＝H2O+CO2+2e-
阴极反应：1/2O2+CO2+2e-＝CO32-
总反应：1/2O2+H2＝H2O
燃料电池多种分类。按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型。按电解质种类又可分为磷酸盐型燃料电池(PAFC)--第一代FC；熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)--第二代FC；固体氧化物型燃料电池(SOFC)--第三代FC。表1列出了几种主要类型燃料电池的燃料、电解质、电极和工作温度等基本特点。 表1 燃料电池的分类 类型 磷酸盐型燃料电池(PAFC) 融碳酸盐型燃料电池(MCFC) 固体氧化物型燃料电池(SOFC) 聚合物离子膜燃料电池(PEMFC) 燃料 煤气,天然气,甲醇等 煤气,天然气,甲醇等 煤气,天然气,甲醇等 纯H2 电解质 磷酸水溶液 KLiCO3溶盐 ZrO2-Y2O3(8 YSZ) 离子(Na离子) 阳极
电极
阴极 多孔质石墨
(Pt催化剂)
含Pt催化剂+多孔
质石墨+Tefion 多孔质镍
(不要Pt催化剂)
多孔NiO(掺锂) Ni-ZrO2金属陶瓷(不要Pt催化剂)
LaxSr1-xMn(Co)O3 多孔质石墨或Ni
(Pt催化剂)
多孔质石墨或Ni
(Pt催化剂) 工作温度 -200℃ -650℃ 800-1000℃ -100℃
近20多年来，燃料电池经历了碱式、磷酸、熔融碳酸盐和固体电解质等几种类型的发展阶段。美、日等国已相继建立了一些碳酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂、质子交换膜燃料电池电厂作为示范(表2)。 表2 一些国家的燃料电池电厂 磷酸盐燃料电池电厂 ONSI公司建设的200KWPAFC电厂 质子交换膜燃料电池电厂 Ballard Generation System建设的250KW PEM燃料电池厂
Avista实验室建造的7.5W民用PEM燃料电池电厂,它具有60W热交换调制.
Northwest Power System建设的5KW民用PEM燃料电池电厂
Plug Power建造的7KW民用PEM燃料电池电厂 熔融碳酸盐烯料电池电厂 M-C Rower Corporation建造的熔融碳酸盐碳燃电孙电厂
Energy Research Corporation建造的250KW熔融碳酸盐燃料电池厂
Energy Research Corporation在加州Santa Clara建造的2M熔融碳酸盐燃料电池示范电厂 固体氧体物燃料电池电厂 Siemens Westinghouse建设的管状固体氧化物燃料电池电厂
燃料电池电厂所以具有如此大的吸引力，是因为它与传统的火力发电、水力发电或核能发电相比，具有无可比拟的特点和优势。
1.能量转换效率高 燃料电池能量转换效率比热机和发电机能量转换效率高得多。目前汽轮机或柴油机的效率最大值为40～50%，当用热机带动发电机时，其效率仅为35～40%，而燃料电池的有效能效可达60～70%，其理论能量转换效率可达90%。其他物理电池，如温差电池效率为10%，太阳能电池效率为20%，均无法与燃料电池相比。
2.污染小、噪声低 燃料电池作为大、中型发电装置使用时其突出的优点是减少污染排放(表3)。对于氢燃料电池而言，发电后的产物只有水，可实现零污染。另外，由于燃料电池无热机活塞引擎等机械传动部分，故操作环境无噪声污染。
表3 燃料电池与火力发电的大气污染比较
(单位：kg.10-6(KWh)-1) 污染成分 天然气火力发电 重油炎力发电 煤火力发电 燃料电池 SO2 2.5-230 4550 8200 0-0.12 NOx 1800 3200 3200 63-107 烃类 20-1270 135-5000 30-104 14-102 尘末 0-90 45-320 365-680 0-0.14
3.高度可靠性 燃料电池发电装置由单个电池堆叠至所需规模的电池组构成。由于这种电池组是模块结构，因而维修十分方便。另外，当燃料电池的负载有变动时，它会很快响应，故无论处于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行，它都能承受且效率变化不大。这种优良性能使燃料电池在用电高峰时可作为调节的储能电池使用。
4.比能量或比功率高
5.适用能力强
燃料电池可以使用多种多样的初级燃料，如天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油；也可使用发电厂不宜使用的低质燃料，如褐煤、废木、废纸，甚至城市垃圾，但需经专门装置对它们重整制取。虽然燃料电池有上述种种优点，然而由于技术问题，至今一切已有的燃料电池均还没有达到大规模民用商业化程度。为此，美、日等国相继拨出巨资来发展燃料电池。
燃料电池开发现状与发展趋势
在燃料电池研究开发方面，美国、日本和德国处于世界领先地位。美国早在1967年就制定了TARGET和FCG-1燃料电池研究发展计划。近年美国能源部对燃料电池研究资助每年均在2 000万美元以上。日本在1981年制定了“月光计划”，进行燃料电池研究。1989年欧洲燃料电池集团成立。
在所有燃料电池中，磷酸盐型燃料电池(PAFC)由于磷酸易得，反应温和，成为发展最快、研究最成熟的一种燃料电池。1977年美国通用公司首先建成兆瓦级PAFC发电站。1991年日本电力公司在东京湾兴建的1MW PAFC发电站也已投入运行。目前美国已有少量销售，其商品化阶段已经开始。
熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)正处于10-20KW向兆瓦级发展阶段。1994年12月美国已建成迄今最大功率为250KW的MCFC电站。日本1989年已完成25KW的MCFC试验，按其“新阳光计划”-1MW的MCFC中间试验电厂现正在实施中。
聚合物电介质燃料电池(PEMFC)不仅是人造卫星上可靠、低成本的动力源，还可作为陆地上市区交通车辆和水下潜艇的动力源。1996年美国能源合作公司推出实验型的由三块薄膜组成的以1.5KW PEMFC为动力的“绿色轿车”。德国奔驰公司在前两年开发出NECARⅡ存储式燃料电池驱动电车(燃料电池生产电能为250KW，一次行程为250公里)，并在慕尼黑、斯图加特市作为试行公共电车之后，在1998年8月又作为世界首创，开发出NECARⅢ燃料电池驱动电车。它用质子交换膜(PEM)燃料电池为动力，以甲醇为原料，通过车辆后部的反应器产生氢气，再以氢和空气中氧反应产生电能来驱动，当压下踏脚板后，在不到2秒的时间内动力系统的能量将达到90%，其最大行程为400公里，预期2004年投放市场。最近，Daimler Chrysler设计的燃料电池和电池混合引擎轿车NECAR 4由于具有零污染、宽阔的操作范围和良好的驾驶特性等最佳的设计而获得北美“1999国际引擎年奖”。新近美国Ballard Power System开发的第二代燃料电池公共客车已在芝加哥运行。美国至今已开发的具有代表性的运输用的燃料电池公共客车、轿车已达30多种。
第三代燃料电池SOFC正在积极研制开发中，1991年6月美国能源部和威斯汀豪斯公司投资1.4亿美元加速固体燃料电池的商业化。目前美国西屋公司处于SOFC领先地位，它们所制造的一个由576个管式SOFC组成的25KW发电系统已创13 000多小时运行的世纪记录。其下一步计划是建立100KW的SOFC热电联产系统交付荷兰/丹麦电力公司使用。目前美国已有5KW的SOFC产品出售。一些公司还打算把SOFC和储氢合金结合起来，用于开发汽车用燃料电池。
近年因环境保护要求而新兴起的生物电池，用生物原料(包括林场杂木、稻草、麦杆、玉米杆、青草、草垃圾、含能源的植物、动物粪便等)生产电能。即将生物原料通过反应器转换成燃烧气体(主要是H2、CO、CH4)，经加工处理后作为燃料电池的原料用于建立分散电站，供家庭或城市用电；也可转换成H2，用于电动汽车。据〈Moder Power System〉报道，一个以垃圾场生产的燃料气体为燃料的燃料电池厂正在美国康涅狄州格罗顿镇运行，它生产国际燃料电池公司的200KW磷酸燃料电池。该电池厂装有燃料洁净系统，使垃圾场的燃气在进入燃料电池堆之前已被去除掉其中的氯化合物、硫化合物和共它污染物。目前德国巴伐利亚州的Bad Bruckenan正在建造一个生物能源-氢气工程。
燃料电池中另一亮点是细菌电池。其基本原理是通过细菌发酵，把酸或糖类转化为氢气，再将氢导入磷酸燃料电池后发电。美国1984年设计出一种供遨游太空用的细菌电池，原料是宇航员的尿液和活细菌。日本也研制过用特制糖浆作原料的细菌电池。
燃料电池今后的发展方向除了电动车辆(包括工交车辆、拖拉机、叉式装卸机、高尔夫车和军事车辆等)和热电站外，另一方向是使燃料电池小型化。燃料电池替代普通电池在膝上电脑、便携式电子器件等方面的应用列于表4。据《科学美国人》报道，美国洛斯阿拉芙斯国家实验室罗伯特.G.霍克最近研制成功微型燃料电池，其电池尺寸和价格可与传统的镍隔电池相比，重量仅为镍隔电池的一半，但供电能力为镍隔电池的50倍。预期这种微型燃料电池用于移动电话，可连续待机40天，而仅消耗不到2盎司的甲醇。霍克目前正把微电子技术引入微型燃料电池制作中，准备制作25μm厚的微型电池。另外，还有把燃料电池用于电子广告牌和电动自行车的报道。 表4 燃料电池替代普通小电池在膝上电脑、便携式电子器件等方面应用 便携式烯料电池 Warsitz制作的便携式燃料民池电源 替代电池用的燃料电池 Ballard的燃料电池膝上电脑
An H Power燃料电池电源公司提供的美国新泽西州高速公路广告牌
An H Power燃料电池电源公司提供的职业电神摄像机
Fraunise ISE发展的峰窝电话用微型燃料电池 教学用烯料电池 美国木醇研究所提供的教学用木醇燃料电池
燃料电池发生电化学反应的实质是氢气的燃烧反应。它与一般电不同之处在于燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用。所需燃料(氢或通过甲烷、天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取)和氧(或空气)不断由外界输入，因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的装置。以熔融碳酸盐型燃料电池为例，图1为燃料电池的结构示意图。 图1 熔融碳酸盐燃料电池单电池结构示意图
在燃料电池电极上反应如下：
阳极反应：H2+CO32-＝H2O+CO2+2e-
阴极反应：1/2O2+CO2+2e-＝CO32-
总反应：1/2O2+H2＝H2O
燃料电池多种分类。按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型。按电解质种类又可分为磷酸盐型燃料电池(PAFC)--第一代FC；熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)--第二代FC；固体氧化物型燃料电池(SOFC)--第三代FC。表1列出了几种主要类型燃料电池的燃料、电解质、电极和工作温度等基本特点。 表1 燃料电池的分类 类型 磷酸盐型燃料电池(PAFC) 融碳酸盐型燃料电池(MCFC) 固体氧化物型燃料电池(SOFC) 聚合物离子膜燃料电池(PEMFC) 燃料 煤气，天然气，甲醇等 煤气，天然气，甲醇等 煤气，天然气，甲醇等 纯H2 电解质 磷酸水溶液 KLiCO3溶盐 ZrO2-Y2O3(8 YSZ) 离子(Na离子) 阳极
电极
阴极 多孔质石墨
(Pt催化剂)
含Pt催化剂+多孔
质石墨+Tefion 多孔质镍
(不要Pt催化剂)
多孔NiO(掺锂) Ni-ZrO2金属陶瓷(不要Pt催化剂)
LaxSr1-xMn(Co)O3 多孔质石墨或Ni
(Pt催化剂)
多孔质石墨或Ni
(Pt催化剂) 工作温度 -200℃ -650℃ 800-1000℃ -100℃
近20多年来，燃料电池经历了碱式、磷酸、熔融碳酸盐和固体电解质等几种类型的发展阶段。美、日等国已相继建立了一些碳酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂、质子交换膜燃料电池电厂作为示范(表2)。 表2 一些国家的燃料电池电厂 磷酸盐燃料电池电厂 ONSI公司建设的200KWPAFC电厂 质子交换膜燃料电池电厂 Ballard Generation System建设的250KW PEM燃料电池厂
Avista实验室建造的7.5W民用PEM燃料电池电厂，它具有60W热交换调制.
Northwest Power System建设的5KW民用PEM燃料电池电厂
Plug Power建造的7KW民用PEM燃料电池电厂 熔融碳酸盐烯料电池电厂 M-C Rower Corporation建造的熔融碳酸盐碳燃电孙电厂
Energy Research Corporation建造的250KW熔融碳酸盐燃料电池厂
Energy Research Corporation在加州Santa Clara建造的2M熔融碳酸盐燃料电池示范电厂 固体氧体物燃料电池电厂 Siemens Westinghouse建设的管状固体氧化物燃料电池电厂
燃料电池电厂所以具有如此大的吸引力，是因为它与传统的火力发电、水力发电或核能发电相比，具有无可比拟的特点和优势。
1.能量转换效率高 燃料电池能量转换效率比热机和发电机能量转换效率高得多。目前汽轮机或柴油机的效率最大值为40～50%，当用热机带动发电机时，其效率仅为35～40%，而燃料电池的有效能效可达60～70%，其理论能量转换效率可达90%。其他物理电池，如温差电池效率为10%，太阳能电池效率为20%，均无法与燃料电池相比。
2.污染小、噪声低 燃料电池作为大、中型发电装置使用时其突出的优点是减少污染排放(表3)。对于氢燃料电池而言，发电后的产物只有水，可实现零污染。另外，由于燃料电池无热机活塞引擎等机械传动部分，故操作环境无噪声污染。
表3 燃料电池与火力发电的大气污染比较
(单位：kg.10-6(KWh)-1) 污染成分 天然气火力发电 重油炎力发电 煤火力发电 燃料电池 SO2 2.5-230 4550 8200 0-0.12 NOx 1800 3200 3200 63-107 烃类 20-1270 135-5000 30-104 14-102 尘末 0-90 45-320 365-680 0-0.14
3.高度可靠性 燃料电池发电装置由单个电池堆叠至所需规模的电池组构成。由于这种电池组是模块结构，因而维修十分方便。另外，当燃料电池的负载有变动时，它会很快响应，故无论处于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行，它都能承受且效率变化不大。这种优良性能使燃料电池在用电高峰时可作为调节的储能电池使用。
4.比能量或比功率高
5.适用能力强
燃料电池可以使用多种多样的初级燃料，如天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油；也可使用发电厂不宜使用的低质燃料，如褐煤、废木、废纸，甚至城市垃圾，但需经专门装置对它们重整制取。虽然燃料电池有上述种种优点，然而由于技术问题，至今一切已有的燃料电池均还没有达到大规模民用商业化程度。为此，美、日等国相继拨出巨资来发展燃料电池。
燃料电池开发现状与发展趋势
在燃料电池研究开发方面，美国、日本和德国处于世界领先地位。美国早在1967年就制定了TARGET和FCG-1燃料电池研究发展计划。近年美国能源部对燃料电池研究资助每年均在2 000万美元以上。日本在1981年制定了“月光计划”，进行燃料电池研究。1989年欧洲燃料电池集团成立。
在所有燃料电池中，磷酸盐型燃料电池(PAFC)由于磷酸易得，反应温和，成为发展最快、研究最成熟的一种燃料电池。1977年美国通用公司首先建成兆瓦级PAFC发电站。1991年日本电力公司在东京湾兴建的1MW PAFC发电站也已投入运行。目前美国已有少量销售，其商品化阶段已经开始。
熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)正处于10-20KW向兆瓦级发展阶段。1994年12月美国已建成迄今最大功率为250KW的MCFC电站。日本1989年已完成25KW的MCFC试验，按其“新阳光计划”-1MW的MCFC中间试验电厂现正在实施中。
聚合物电介质燃料电池(PEMFC)不仅是人造卫星上可靠、低成本的动力源，还可作为陆地上市区交通车辆和水下潜艇的动力源。1996年美国能源合作公司推出实验型的由三块薄膜组成的以1.5KW PEMFC为动力的“绿色轿车”。德国奔驰公司在前两年开发出NECARⅡ存储式燃料电池驱动电车(燃料电池生产电能为250KW，一次行程为250公里)，并在慕尼黑、斯图加特市作为试行公共电车之后，在1998年8月又作为世界首创，开发出NECARⅢ燃料电池驱动电车。它用质子交换膜(PEM)燃料电池为动力，以甲醇为原料，通过车辆后部的反应器产生氢气，再以氢和空气中氧反应产生电能来驱动，当压下踏脚板后，在不到2秒的时间内动力系统的能量将达到90%，其最大行程为400公里，预期2004年投放市场。最近，Daimler Chrysler设计的燃料电池和电池混合引擎轿车NECAR 4由于具有零污染、宽阔的操作范围和良好的驾驶特性等最佳的设计而获得北美“1999国际引擎年奖”。新近美国Ballard Power System开发的第二代燃料电池公共客车已在芝加哥运行。美国至今已开发的具有代表性的运输用的燃料电池公共客车、轿车已达30多种。
第三代燃料电池SOFC正在积极研制开发中，1991年6月美国能源部和威斯汀豪斯公司投资1.4亿美元加速固体燃料电池的商业化。目前美国西屋公司处于SOFC领先地位，它们所制造的一个由576个管式SOFC组成的25KW发电系统已创13 000多小时运行的世纪记录。其下一步计划是建立100KW的SOFC热电联产系统交付荷兰/丹麦电力公司使用。目前美国已有5KW的SOFC产品出售。一些公司还打算把SOFC和储氢合金结合起来，用于开发汽车用燃料电池。
近年因环境保护要求而新兴起的生物电池，用生物原料(包括林场杂木、稻草、麦杆、玉米杆、青草、草垃圾、含能源的植物、动物粪便等)生产电能。即将生物原料通过反应器转换成燃烧气体(主要是H2、CO、CH4)，经加工处理后作为燃料电池的原料用于建立分散电站，供家庭或城市用电；也可转换成H2，用于电动汽车。据〈Moder Power System〉报道，一个以垃圾场生产的燃料气体为燃料的燃料电池厂正在美国康涅狄州格罗顿镇运行，它生产国际燃料电池公司的200KW磷酸燃料电池。该电池厂装有燃料洁净系统，使垃圾场的燃气在进入燃料电池堆之前已被去除掉其中的氯化合物、硫化合物和共它污染物。目前德国巴伐利亚州的Bad Bruckenan正在建造一个生物能源-氢气工程。
燃料电池中另一亮点是细菌电池。其基本原理是通过细菌发酵，把酸或糖类转化为氢气，再将氢导入磷酸燃料电池后发电。美国1984年设计出一种供遨游太空用的细菌电池，原料是宇航员的尿液和活细菌。日本也研制过用特制糖浆作原料的细菌电池。
燃料电池今后的发展方向除了电动车辆(包括工交车辆、拖拉机、叉式装卸机、高尔夫车和军事车辆等)和热电站外，另一方向是使燃料电池小型化。燃料电池替代普通电池在膝上电脑、便携式电子器件等方面的应用列于表4。据《科学美国人》报道，美国洛斯阿拉芙斯国家实验室罗伯特.G.霍克最近研制成功微型燃料电池，其电池尺寸和价格可与传统的镍隔电池相比，重量仅为镍隔电池的一半，但供电能力为镍隔电池的50倍。预期这种微型燃料电池用于移动电话，可连续待机40天，而仅消耗不到2盎司的甲醇。霍克目前正把微电子技术引入微型燃料电池制作中，准备制作25μm厚的微型电池。另外，还有把燃料电池用于电子广告牌和电动自行车的报道。 表4 燃料电池替代普通小电池在膝上电脑、便携式电子器件等方面应用 便携式烯料电池 Warsitz制作的便携式燃料民池电源 替代电池用的燃料电池 Ballard的燃料电池膝上电脑
An H Power燃料电池电源公司提供的美国新泽西州高速公路广告牌
An H Power燃料电池电源公司提供的职业电神摄像机
Fraunise ISE发展的峰窝电话用微型燃料电池 教学用烯料电池 美国木醇研究所提供的教学用木醇燃料电池
一、高油价时期，各国政府推动燃料乙醇快速发展
近年来，高油价促使美国、欧盟和亚洲等国的生物燃料政策发生重大变化，大幅提高生物燃料的发展目标，同时加大政策支持力度，推动燃料乙醇产能不断扩大，产量迅速增长。2006年世界燃料乙醇产量达到380亿升，相当于全球汽油消费量的2.5%。与2000年194亿升的产量相比，2006年增长了95.9%。预计2007年世界燃料乙醇产量可达440亿升，同比增长15.8%，世界燃料乙醇的产量主要集中在美国和巴西，2006年两国产量分别达到183.8亿升和160亿升，占世界总产量的90.5%。
（一）美国超越巴西成为世界最大燃料乙醇生产国，未来十年消费量将增加五倍多
对美国这个全球最大的能源消费国来说，确保能源安全至关重要。2005年8月，美国颁布《能源政策法案》，在全国范围内实施可再生燃料标准（RFS），该标准规定燃料生产商混合生物燃料的年生产量2006年为40亿加仑（151亿升），2012年要达到75亿加仑（284亿升）。2007年初，美国总统布什在《国情咨文》中再次呼吁扩大乙醇和生物柴油的消费量，要求到2017年，替代燃料和可再生燃料的使用量增加到每年350加仑（1325亿升），将汽油使用量降低20%。2007年12月，美国总统布什签署了新能源法案，该法案规定到2020年汽车制造商必须将燃料效能提高40%，达到行业平均水平35英里/加仑，也就是每100公里6.7升。到2022年乙醇年使用量将增至360亿加仑（1363亿升）。
美国政府自1978年起就对生物乙醇生产实施各种补贴，各个州政府还另有补贴。2005年《能源政策法案》颁布后，美国政府加大了在财政方面的支持力度，对燃料乙醇销售实行每加仑补贴51美分。另外，美国联邦政府为发展可再生能源提供了16亿美元的发展基金，21亿美元的纤维素乙醇发展专项担保贷款，5亿美元生物能源和生物产品研究补贴，5亿美元发展可再生能源体系和提高能源效率的补助资金。
美国燃料乙醇的产量因此迅速增加，2004年至2006年，美国燃料乙醇产量年均增长20.2%，2007年预计产量为246亿升，同比增长33.8%。目前，美国正在运行的乙醇厂有124个，新建76个，扩建7个，产能达到245.4亿升。但是，美国燃料乙醇的消费增长快于产量的增长，2004至2006年，美国燃料乙醇消费量年均增长24.7%，2006年的消费量达到206.3亿升，同比增长34.3%。供需缺口由进口补充，主要从巴西和中美洲国家进口，2006年美国从巴西进口17.6亿升，占其进口总额的77.9%。目前，美国年消费汽油1400亿加仑（5300亿升），其中约1/3混合乙醇，大部分为E10（乙醇汽油中乙醇含量为10%），少部分为E85（乙醇汽油中乙醇含量为85%）。早在1997年，美国福特汽车公司就推出使用E85燃料乙醇的灵活燃料车（FFV），目前有超过500万辆灵活燃料汽车(FFV)在美国销售。
（二）巴西燃料乙醇最具竞争优势，为世界最大的燃料乙醇出口国
20世纪70年代的两次石油危机给正在快速发展的巴西经济造成了沉重打击，为实现能源自给，巴西政府于1975年开始强力实行“国家燃料乙醇计划”，此后不断扩大燃料乙醇生产目标，并相继出台全国推广使用燃料乙醇的强制性法规和鼓励生产和使用的优惠政策。
早在1931年，巴西首次制定推动燃料乙醇使用的法规，规定在所有出售的汽油中混合至少5%的乙醇。1975年实施国家燃料乙醇计划后，巴西政府对汽油中混合乙醇的比例进行了多次调整，从1979年的15%提高到1998年的24%，自2002年以来，规定在20―25%的范围内浮动。目前，巴西汽油中混合乙醇的比例在世界上是最高的。为鼓励农业综合企业生产燃料乙醇，巴西政府提供专项低息贷款；为鼓励发展乙醇汽车，对购买乙醇汽车和使用可再生燃料实行税收优惠政策；实施燃料乙醇发展计划初期，为鼓励使用乙醇汽油，巴西政府对乙醇的零售价进行严格的限定，加油站出售的燃料乙醇价格比汽油价格低41%。随着乙醇生产效率的提高，成本大幅下降，市场竞争力提高，巴西政府于1999年放开了对燃料乙醇零售价的限制，让市场自由调节。2007年初，巴西国家石油管理部门公布，巴西26个州有11个州的乙醇汽油销售量超过汽油的销售量。巴西“国家燃料乙醇计划”已实施三十多年，随着燃料乙醇产业化的不断推进，所采取的上述政策和措施大多已被取消。但巴西政府保留了一个重要的政策规定，即在销售的汽油中必须混合至少20-25%的乙醇。正因为有这个强制性的规定，加上2003年以来大量灵活燃料车的市场销售，有力地拉动了燃料乙醇的需求。到2006年底，灵活燃料车已占巴西新车销售的90%。巴西燃料乙醇成功替代了40%的汽油需求，在2006年首次实现了车用燃料的供需平衡。燃料乙醇产业成为巴西经济重要的支柱产业。
（三）欧盟建立生物燃料发展目标，减免税政策推动燃料乙醇产量大幅增长
1992年原欧共体通过法律，对以可再生资源为原料生产燃料的试验性项目，成员国可采取免税政策，包括燃料乙醇都可实行税收优惠。由于税收优惠政策的推动，欧盟成员国中的法国、西班牙和瑞典开始生产和使用燃料乙醇，此后德国、荷兰等国也相继开始发展燃料乙醇工业。
对进口石油的依赖使欧盟经济极易受国际石油市场波动的影响，同时交通运输业大量使用汽油导致欧盟未能完成《京都议定书》规定的二氧化碳减排任务。为改变这一状况，2003年5月，欧盟通过《生物燃油指令》，规定到2005年生物燃料（生物柴油和燃料乙醇）的使用应达到燃料市场的2%，2010年达到5.75％。近两年油价的高位运行促使欧盟国家加大力度促进包括燃料乙醇的生物燃料发展。法国计划到2008 年实现生物燃料占总燃料的5.75%(比欧盟的目标早两年)，到2010 年达到7%，到2015 年达到10%。德国首次强制使用生物燃料，要求从2007 年起，生物柴油使用量占总燃料的4.4%，燃料乙醇占2%。2010 年生物燃料使用量达到5.75%。英国确定到2010年生物燃料占运输燃料的5%。2007年3月，欧盟出台了新的共同能源政策，计划到2020年实现生物燃料乙醇使用量占车用燃料的10%。
为促进生物燃料目标的实现，欧盟国家先后颁布了生物燃料税收减免的政策，目前已在至少九个欧盟国家开始实施，包括法国、德国、希腊、匈牙利、波兰、意大利、西班牙、瑞典、和英国，大多数税收减免政策是在2005-2006 年颁布。2006年11月，欧盟提出加大对生物燃料作物种植的扶持力度，把对生物燃料作物45欧元／公顷的补贴从17个成员国扩大到所有的25个成员国，获得直接补贴的生物燃料作物种植面积从150万公顷扩大到200万公顷。欧盟允许各成员国为多年成材的生物燃料作物提供50％的种植成本补贴，并针对新加盟的八个成员国的补贴制度期限从2008年延长至2010年。
2004-2006年，欧盟燃料乙醇的产量大幅增长，年均增长率达到44.5%。欧盟燃料乙醇的产量主要集中在德国、西班牙和法国，2006年三国的产量分别为4.31亿升、3.96亿升、2.93亿升，占欧盟总产量的70.4%。产量增长最快的是意大利和波兰，2006年分别增长987.5%和151.6%。尽管产量大幅增长，欧盟生物乙醇燃料消费量依然高于产量，欧盟2006年燃料乙醇的消费量达到17亿升，供需缺口由进口来补充，主要从巴西进口，进口量为2.3亿升，瑞典、英国和芬兰为主要进口国。
截至2007年9月，欧盟生物乙醇产能达到32.76亿升，其中法国、德国和西班牙的产能分别为11.2亿升、7.06亿升和5.21亿升，三国乙醇产能占欧盟燃料乙醇总产能的71.6%。欧盟在建产能40.16亿升，主要集中在德国、法国、荷兰和英国，分别为5.6亿升、5.5亿升、4.8亿升和4亿升，四国在建产能占总在建产能的49.6%。
（四）亚洲国家推广应用燃料乙醇的国家增多，中国和印度的生产初具规模
近年来，高油价也使长期依赖石油进口的一些亚洲国家启动燃料乙醇推广应用计划。2003年6月，日本资源能源厅决定在汽油中添加不超过3%的乙醇。2006年日本环境省制定新的环保计划，在2008-2012年日本国内50%的汽车改用E3燃料乙醇。从2020年开始供应E10燃料(酒精含量为10%)，2030年所有车用燃料都将使用E10燃料乙醇。印度于2003年启动燃料乙醇计划。按照政府规定，第一阶段北部9个邦和4个联邦区在汽油中加入5%的乙醇，由于甘蔗减产，导致计划没有完全实行。2006年11月进入第二阶段燃料乙醇计划，在20个邦和8个联邦区实行5%乙醇汽油。计划在2008年末把汽油中乙醇的比例提高到10%。印尼和菲律宾也推出了E10燃料乙醇发展目标。
中国从2001年开始发展燃料乙醇，目前中国推广E10乙醇汽油的省份从原来试点的四个扩大到九个。2005年燃料乙醇产量102万吨（13.6亿升），2006年达到144万吨（19.2亿升），成为仅次于美国、巴西的世界第三大燃料乙醇生产国。预计2007年燃料乙醇产量将达到144万吨（19.2亿升）。2007年8月，中国政府公布《可再生能源中长期发展规划》，提出发展以非粮食物质为原料的燃料，到2010年，增加非粮燃料乙醇年利用量200万吨，到2020年，生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨。
在亚洲，只有中国和印度燃料乙醇生产初具规模。2006年，印度燃料乙醇产量达到2.5亿升，同比增长150%。印度具有大规模生产燃料乙醇的潜力，但须提高生产效率、降低成本。日本没有大规模生产燃料乙醇的资源条件，2007年3月，日本计划投资80亿美元购买巴西40个乙醇生产厂的部分股份。据巴西国家石油公司估计，日本每年的需求量为18亿升。
二、燃料乙醇国际贸易扩大，但缺少全球性贸易规范，并受美欧贸易壁垒的阻碍
目前，关于燃料乙醇国际贸易很难有精确的统计，因为乙醇国际贸易中，包含了燃料、工业、医药、饮料等多种用途。2005年，世界乙醇贸易从2000年的30亿升增至60亿升，约占世界乙醇产量450亿升的13%。1999-2002年，世界乙醇贸易增长35.7%，2002―2005年世界乙醇贸易增长加快，增长率达到57.9%。随着各国能源消费需求的增长和石油价格的上升，燃料乙醇作为替代能源的推广应用力度在加大。然而，除巴西以外，各国燃料乙醇生产难以满足不断增长的消费需求，美国、欧盟等国家和地区对进口燃料乙醇的需求不断扩大，巴西作为最大的出口供应国，也在加大出口力度。因此，近年世界乙醇贸易的增长很大程度在于燃料乙醇贸易的扩大。根据国际知名农产品分析机构德国的F.O.Lcht估算，2005年60亿升世界乙醇贸易中有78.3%（即47亿升）为燃料乙醇贸易。
与世界燃料乙醇产量和消费量相比，燃料乙醇的国际贸易量还很小。缺乏单一的被世界各国广泛接受的统一质量标准是限制燃料乙醇国家贸易的一个重要因素，此外，美国和欧盟为保护国内燃料乙醇工业都在设置进口关税同时给与国内生产企业大量补贴。这些重要的贸易壁垒阻碍了燃料乙醇国际贸易的发展。目前，美国在最惠国体制下对进口乙醇征收每加仑0.54美元（每升0.14美元）的关税和2.5%的从价税，而对国内乙醇和汽油混合供应商提供每加仑减税0.51美元（每升0.13美元），美国每年用于燃料乙醇的补贴费用达到70亿美元。欧盟是在最惠国体制下对进口变性乙醇和非变性乙醇（两者都可用作燃料）分别征收每立方米192欧元、每立方米102欧元。巴西是唯一作为最惠国有能力大量出口的国家。
WTO贸易谈判的议程中没有明确生物燃料的贸易壁垒问题，但由于生物燃料来自农业原料，涉及农产品贸易自由化而同样受到关注。在2006年7月的多哈谈判中，对农产品立法保护成为主要讨论问题，焦点是发展中国家要求发达国家（主要是美国、欧盟）削减农业补贴，发达国家则要求发展中国家相应开放其他领域，降低进口其产品和服务的贸易壁垒。农产品谈判失败，生物燃料的贸易壁垒问题也就没有得到解决。但多哈回合中的另一个问题是环境产品和贸易自由化，多数的讨论是如何定义环境产品和确定识别标准，一些国家同意将可再生能源产品（燃料乙醇和生物柴油）及相关产品定义为环境产品，但也有不少反对意见。
由于巴西在燃料乙醇生产上的优势，美欧日等国都在寻求与其合作，其中美国与巴西建立的燃料乙醇战略联盟备受关注。2007年3月，美国总统布什访问巴西期间，巴美双方签署了两国乙醇燃料合作备忘录，决定建立战略联盟，通过双边、第三国和全球途径合作发展生物燃料（主要指乙醇）；进行新一代生物燃料技术的研究和开发；通过建立国际生物燃料论坛和设立乙醇统一标准和规则，共同扩大全球生物燃料市场。美国和巴西希望能够为燃料乙醇的生产和销售制定标准，努力推动燃料乙醇在国际市场上的推广和使用，使燃料乙醇在未来也能够像石油一样在国际市场上销售，同时向其他有意生产燃料乙醇的国家转让生产技术。拉美地区，特别是中美洲、加勒比地区也有条件大规模生产燃料乙醇，美国和巴西融合双方的资金和技术优势在这些地区合作生产，巴西可以在今后三十年内继续保持其作为全球最大乙醇出口国的地位，而美国则可以获得稳定的燃料乙醇供应。
尽管燃料乙醇国际贸易面临质量标准、认证、进口关税等贸易壁垒限制，但燃料乙醇消费需求增长旺盛，经济上的高回报推动着美巴扩大产能的步伐，未来大规模燃料乙醇国际贸易仍是可以期待的。
三、燃料乙醇发展面临粮食安全和保护生态环境的挑战
目前，世界各国燃料乙醇生产主要以粮食和经济作物为原料，美国是以玉米为原料，巴西以甘蔗为原料，欧盟国家则以小麦和甜菜为主要原料。燃料乙醇产能的迅速扩大，势必大幅增加对上述粮食与经济作物的需求。2000年，美国用于燃料乙醇生产的玉米数量仅占其总产量的5%，2005年升至11%，2007年达到20%，预计2008年将大幅升至30%。近两年全球粮价持续大幅上涨引起国际社会普遍关注，对粮食安全和生态环境影响的质疑在2007年达到高潮。
（一）世界燃料乙醇产能扩张对全球粮食安全产生重要影响
2007年11月，联合国粮农组织《粮食展望》，认为石油价格飙升增加了农业生产的成本，也扩大了对用于生物燃料的原料作物的需求，从而推高了农产品价格。在未来数年内，高油价和对环境问题的重视可能会继续扩大对玉米、小麦等生物燃料原料的需求。12月，联合国粮农组织发表《2007年粮食及农业状况》报告，指出如果世界农业成为生物燃料产业的主要来源，对粮食安全和环境将带来无法预知的影响。生物能源是新领域，需要给予更多的关注和深入研究，以便了解这一发展对粮食安全和扶贫所带来的影响。
2007年12月，在北京召开的国际农业研究磋商组织年会上，国际食物政策研究所(IFPRI)所长、著名农业经济学家Joachim von Braun博士发表了关于《世界粮食形势：新动力，新行动》的报告。他指出，包括收入增长、气候变化和生物燃料生产在内的新驱动力正重新定义世界粮食形势。为应对油价上涨，生物燃料作为一种能源替代产品，对世界粮食形势的变化也产生了深刻影响。强调生物燃料产量的扩大造成了粮食价格上涨。对此国际食物政策研究所根据生物燃料可能对价格造成的影响，通过计算机建模，规划出了到2020年可能出现的两个场景：场景一是假定有关国家按实际生物燃料生产计划扩大产量，那么玉米价格会提高26%；场景二是假定生物燃料的产量迅速扩大，是实际计划产量的两倍，那么玉米价格会提高72%。粮价每增长一个百分点，发展中国家食品消费支出就下降0.75个百分点。粮价上涨已威胁到粮食安全，并可能导致贫困人口的增加。随着越来越多的农田和资金投入到生物燃料的生产中，粮食和燃料之间的矛盾将不断升级。
在石油价格居高不下的大背景下，生物燃料产业的经济性已日益显现，这也是燃料乙醇在一些国家不断扩张的动力。目前，美国以玉米为原料生产燃料乙醇的成本约为0.56美元/升；欧盟以小麦为原料生产燃料乙醇的成本约为0.75-1.27美元/升，以甜菜为原料的生产成本为0.83-1.22美元/升；巴西以甘蔗为原料生产乙醇，成本仅为0.46美元/升。而美国2007年11月汽油的零售价格已经达到3美元/加仑左右（即0.8美元/升）。因此，与目前高昂的油价相比，燃料乙醇的价格越来越具有竞争力。但如果考虑发展生物燃料对于粮价的抬升作用，燃料乙醇的经济性就需要打折扣了。而且，原料价格的持续上涨也影响燃料乙醇的利润空间，因为原料占燃料乙醇成本的50-70%。只有依靠技术进步，提高生产效率，降低生产成本，才能在高油价时期保持经济竞争力。
（二）世界燃料乙醇产能扩张也使生态环境受到威胁
目前，清洁发展机制(CDM)项目咨询机构普遍测算，每吨生物燃料乙醇能够产生两吨二氧化碳减排量。因此，许多国家将发展生物燃料乙醇列为实现温室气体减排的重要途径。2007年9月，经济合作与发展组织（OECD）的报告却认为生物燃料产业的增长很可能对环境和生物的多样性产生负面影响，为了追求经济利益种植专门的生物能源作物会破坏对自然生态系统的保护。如果考虑到酸化、化肥应用、生物转化损失以及农业杀虫剂的毒性，乙醇和生物柴油对整个环境造成的影响很容易超过汽油和矿物油造成的影响。该报告的结论是：通过现有技术生产的生物燃料乙醇对于节能减排的贡献极为有限。2008年1月，英国议会环境审计委员会提出一份报告称，如果考虑到肥料、运输等因素，最终生物燃料比汽油或柴油导致更多的温室气体排放，加剧气候变化。为此，报告建议欧盟放弃为生物燃料制定的目标。报告认为，英国政府和欧盟支持生物燃料的举措过快，没有引入有效的规则和监管，以确保可持续性。1月在曼谷举行的地区生物能源论坛上，有专家对亚洲一些国家没衡量潜在风险便强制推行生物燃料的做法提出了批评。1月23日欧盟出台的一揽子能源环保方案强调，在欧盟销售的生物燃料不得来自“被认为生物多样性价值高的土地”，包括森林、湿地、自然保护区和有大量野生动物生存的草原，提出要对进口生物燃料产品实行环境认证。联合国《生物多样性公约》秘书处Ahmed Djoghlaf 博士1月在新加坡举办的环境讲座上谈到，生物燃料是否是绿色燃料仍具争议性，他深信这一问题有待进一步探讨，目前没有一刀切的解决方案，各个国家必须根据自身的情况来衡量生产生物燃料的利与弊。
（三）国际社会普遍认同的发展原则和方向
尽管面临诸多质疑甚至批评，但许多国家现行的生物燃料发展战略有其自身根源，反映了不同国家在社会经济、能源和资源环境等基础条件方面的差异。总的来说，目前国际社会认为，世界燃料乙醇产业在替代化石能源和促进社会经济和自然可持续发展方面有很大潜力，但其发展前景及影响取决于各国的发展目标和实行的政策是否符合其客观实际。
目前，国际社会普遍认同燃料乙醇产业的发展应采取以下基本原则和方向：粮食安全问题应予以高度重视和优先考虑，应加快发展纤维素乙醇等第二代生物燃料；应鼓励可持续利用生物质能源，保护草原和森林等自然生态，建立国际认证计划，其中包括温室气态的核查，以确保生物燃料符合环保标准。
四、纤维素乙醇技术创新是未来燃料乙醇发展的关键
目前工业化生产的燃料乙醇是以粮食和经济作物为原料的，从长远来看具有规模限制和不可持续性。利用秸秆、禾草和森林工业废弃物等非食用纤维素生产乙醇，不存在与人争粮的问题，并且作为一种清洁燃料，它符合我们在能源上一贯坚持的可持续发展思路。因此，以纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是决定未来大规模替代石油的关键。
美欧日等国研究开发纤维素乙醇已有十多年，美国近年来更是加大了对纤维素乙醇发展的支持力度。2005年的美国《能源政策法案》规定，在2012年以前使市场上的纤维素乙醇的占有量达到2.5亿加仑（9.5亿升）。为实现这一目标，美国政府对率先建设纤维素乙醇生产厂将提供优惠的贷款保证，且每加仑纤维素乙醇将享受2.5倍的（51美分）免税待遇。美国联邦政府在对生物燃料生产实行优惠税收政策过程中每年减免税收约20亿美元。美国企业同时也加大了对生物能源的研发力度。2007年6月，英国BP公司宣布将在十年内投入5亿美元，与加州伯克利大学、伊利诺斯大学合作，建设世界上第一个能源生物科学研究院，重点研究纤维素燃料乙醇。经过各方的努力，美国的纤维素乙醇产业化已经进入起步阶段。目前，美国农业部和能源部共同投资8000万美元支持了三个纤维素乙醇产业化示范项目。
由于技术上的限制，目前还没有一家纤维素乙醇制造厂的产量达到商业规模，最大的技术障碍是预处理环节(将纤维素转化为通过发酵能够分解的成分)的费用过于昂贵。美国和欧洲的一些企业已加快了这方面的技术研究步伐。依目前的技术发展来看，纤维素燃料乙醇在原料预处理技术和降低酶成本方面的重大突破仍然具有很大的不确定性。美国能源部预计纤维素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破，而欧洲的一些研究机构则认为大约在2015－2020年，此外还有一些研究机构认为有可能在2025年之后纤维素燃料乙醇才能进入规模生产和市场应用阶段。
目前美国企业生产纤维素乙醇的成本在3-4美元/加仑（即0.8-1美元/升）之间。在纤维素燃料乙醇实现商业化生产之后，预计其生产成本在0.53美元/升左右，稍低于目前的玉米乙醇价格。如果玉米等粮食作物的价格继续上涨，纤维素乙醇实现量产之后的价格极具竞争力。但生产纤维素乙醇的前期投资较大，根据美国一些研究机构的测算，生产规模相同的条件下，纤维素燃料乙醇需要的投资是玉米燃料乙醇的7-8倍。
综合对生物燃料乙醇的经济性、环保性和技术可行性等方面的分析，可以看到世界燃料乙醇产业正在经历一个工业路线再选择的过程。面对国际油价日趋高涨的趋势，燃料乙醇作为石油替代能源之一，实现行业整体繁荣发展是可以期待的。但考虑到粮食安全，第一代燃料乙醇的发展将不可避免地面临瓶颈，而技术创新是突破此瓶颈的关键。
五、对中国的启示
在替代化石能源、提高环境质量和促进经济发展等目标的驱动下，世界燃料乙醇产业呈现规模持续扩大、影响日益深远、国际化程度不断提高的发展趋势。我国燃料乙醇产业尚处于起步阶段，原料结构单一，生产和使用技术落后，国家政策支持体系不完善，缺乏科学合理的产业布局和长远发展战略规划。世界燃料乙醇产业的新发展给与了我们许多有益的启示。
（一）立足国情，因地制宜解决好原料多元化问题
我国地少人多，生产燃料乙醇所需粮食和经济作物原料有很大的局限性。目前我国燃料乙醇生产以玉米为原料，占总原料的70%，原料结构单一，而且2007年我国出台的《生物燃料乙醇暨车用乙醇汽油中长期发展规划》明确提出发展生物燃料产业必须坚持非粮原料路线。因此，需要加大原料多元化的探索和实践，积极稳步推进目前以木薯和甜高粱为原料的非粮乙醇试点。
（二）加强国际合作，缩短与国外的技术差距，致力于纤维素乙醇技术创新
目前世界燃料乙醇生产技术分为三类：以玉米等为原料的淀粉类技术，以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技术，以农、林废弃物等为原料的纤维素类技术。对于前两种，国外技术已十分成熟，巴西的甘蔗乙醇生产效率最高，成本最具竞争优势，美国的玉米乙醇生产成本也远低于中国。中国的玉米乙醇虽以进入规模化生产，但成本偏高，木薯淀粉乙醇和甜高粱乙醇还处于试验示范阶段。中国不仅在燃料乙醇生产技术上与国外有较大差距，在燃料乙醇使用技术上如灵活燃料车的研发，燃料乙醇副产品的综合利用技术上，也落后于国外。我国应在自主创新的同时，加强国际合作，注重引进国外先进技术，提高生产和使用效率。
代表着未来燃料乙醇发展方向的纤维素乙醇，中国尝试起步较早，近年研究力度加强，有所突破，开始工业化试验。但与美欧等国相比，在纤维素乙醇开发技术上也同样存在差距。需要有足够的科技投入才能取得较快进展。因此，国家财税应重点支持纤维素乙醇技术开发，努力抢占未来生物燃料乙醇工业的技术制高点。
（三）适当进口燃料乙醇，减轻原油进口压力，关注有关国际标准或贸易规则的进展
在通过技术进步提高玉米乙醇经济性、扩大非粮乙醇产能的时期内，可以考虑从巴西适量进口乙醇。原因有两点：第一，进口巴西乙醇在经济性上优于国内的玉米乙醇。根据巴西农业部的统计资料，2007年上半年，巴西出口乙醇的平均价格为0.45美元/升（折合人民币4258.8元/吨），巴西到中国的船运费为30-50美元/吨，到岸价预计为4487.7―4640.3美元/吨，相当于原油价格在51-53美元时的汽油价，低于国内玉米乙醇5471.2元/吨的销售价格。
第二，利用进口乙醇培育市场，理顺后端销售机制，有利于今后我国自己生产的燃料乙醇进入市场，也将使国内外乙醇价格逐渐接近，等我国乙醇产品大量上市时有望与国外的乙醇产品竞争。此外，我国经济发展带来的能源消费的增长，预示着我国对燃料乙醇的需求将是长期的。美国和巴西这两个生产大国在燃料乙醇全球标准上联手应引起我国关注，在相关国际机构，如国际生物燃料论坛等为我国争取空间，以避免将来被动适应与我国利益相悖的国际标准或贸易规则。
（四）开发和利用灵活燃料车，拓展燃料乙醇产业的发展空间
巴西的实践证明，发展灵活燃料汽车可以有效扩大需求，促进燃料乙醇产业快速发展，为此，我国也应鼓励开发和利用灵活燃料汽车，加快灵活燃料汽车的研发和推广使用，并率先在乙醇汽油封闭运行的地区或城市使用灵活燃料汽车。巴西的测算表明，E25以下的乙醇汽油对现有上路的机动车发动机和油路没有任何不良影响。因此，我国也可在乙醇汽油封闭运行的地区或城市开展E25乙醇汽油试点。
山西是煤炭大省，燃煤取暖是最普遍的形式，但其带来的环境污染也不容小觑。因此，研发节能环保微排锅炉、炉灶、生物质燃料等等来防治环境大气污染具有重要意义。
自2001年以来，朔州市朔城区荣申达新能源技术服务有限公司在创始人席礼工程师的带领下，顺应了当今世界和我国低碳排放保护环境的大趋势，积极探索新能源的研制与开发，经过不懈努力，现已成为一家专业从事北方燃煤地区大气污染防治、物质气化环保节能炉及成型燃料气化、固化研究开发、生产销售于一体的公司。公司拥有生物质燃料成型技术、生物质无烟系列炉灶锅炉产品技术等20多项国家专利，技术路线独特，工艺先进，属国内首创。其开发的“荣申达”牌生物质成型燃料及无烟炉具等系列产品具有如下特点：半气化、层燃、直燃、返烧、正反烧，多回程，二次、多点高温加氧助燃，无烟、节能；生物质能源、煤炭两用；自然、动力配风两用；结合螺旋热管换热；火力威猛、热效率高；自身除尘脱硫；触火处设铸件、耐火耐高温材料；无焦油产生、无焦油蒸汽排放、无二次污染，降低黑烟排放等。锅炉系列产品已通过国家有关部门检测，各项环保性能均已达到并优于国家标准《GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准》，及北京市地方标准《DB11/139-2002锅炉大气污染物排放》的要求，得到了社会各界及专家的认可和称赞。
公司还根据不同地区的市场需求，在掌握国际国内高端技术的同时，潜心研发、攻克难关，发明创造、更新技术，完善产品设备，发挥企业机械加工制造能力强的优势，在新产品的开发上，突出一个“精”字，在高新技术应用上突出一个“新”字，按照国家产业政策和市场需求，努力做到生产一代，研制一代，储备一代。
技术创新
荣申达新能源研发的锅炉系列产品从北方燃煤地区大气污染的防治出发，不仅外形美观、结构紧凑，还打破了燃煤锅炉传统的结构设计和燃烧方式，采用正反对流燃烧和双层炉排燃烧技术，应用负压配氧燃烧原理，将变频技术和多回程烟管绕动等技术带入设计之中，达到自行消烟、脱硫、除尘的效果。其特点是热效率高，升温快，燃烧充分，烧烟煤不冒烟，灰渣少，省煤40%～50%，节能、环保、安全。结合现代微电子技术，在锅炉主机上附加了电脑设备，全自动恒温控制燃烧，无需专人值守看管，安全省工；适合洗浴中心、企业、宾馆、政府机关、学校、医院、花卉温室、住宅社区、私人别墅等场所取暖和洗浴使用。同时，煤种适应广泛，褐煤、烟煤、无烟煤、柴煤都适用。
为了保证北方燃煤地区大气污染防治项目的顺利开展，公司还进行了充分的实验。如小型立式锅炉的消烟除尘问题一直以来都是一个严重问题，为了掌握第一手的实验数据与资料，席礼工程师带领技术人员对燃烧的过程进行了无数次的模型分析，用计算机CAD进行辅助设计，优化锅炉设计，分别进行了多台样机的多次实验，使得锅炉结构、燃烧方式、换热方式和配风方式均突破了传统模式，达到了预期效果，解决了气化燃烧稳定性、强化燃烧等多项问题。
采用以上技术还具有如下优点：一、生物质能颗粒直接投入锅炉燃烧，可以不加任何添加剂，无需另行处理，操作简单，气化燃烧过程可使生物质能颗粒中可燃成分燃烧完全，具有较高的燃烧效率；消烟除尘效果显著，烟气黑度小于林格曼一级，烟尘排放浓度小于8mg/m3，SO2排放浓度小于0.5mg/m3，符合国家环保一类区Ⅱ时段标准。二、燃烧利用率高，锅炉热效率80%以上，有效节约能源。三、锅炉燃用可再生能源替代化石能源，燃烧一吨生物质能颗粒能替代二类烟煤0.8吨左右，替代柴油0.35吨左右，大大降低了化石能源燃烧造成的CO2排放，环保效益显著。四、废物的循环利用符合经济规律，生物质能颗粒燃烧后形成的灰分是优良的天然钾肥，回收后返回农田符合生态要求，有很好的经济社会效益。
管理科学
早在20世纪30年代，美国就开始研究压缩固体成型燃料技术，并研制了螺旋式挤压成型机。我国在这方面的研发和生产起步较晚，1998年中国林业科学研究院林产化学工业研究所也成功研制了生物质颗粒燃料成型制造机，同年江苏正昌粮机集团公司开发了内压环模式颗粒成型机，其生产能力为250～300kg/h，生产的颗粒成型燃料可用于家庭或暖房取暖。2000年以后，一些科研院所和大专院校等从降低生物质成型技术能耗的目的出发，开展了生物质常温成型技术研究，如河南省科学院能源研究所研制了一种在常温下生产颗粒燃料的环模式成型机(专利号：200520030243.6，法律状态：未缴年费专利权终止，法律状态公告日：2008.05.14)，颗粒燃料的生产效率可达到300～500kg/h。
2 专利分析
2.1 生物质成型燃料专利申请整体状况及发展趋势分析
2.1.1 专利申请的整体状况
截至本次检索截止时间2009年10月21日，涉及生物质复合成型燃料生产技术与设备的中国专利申请共194件。其中国内专利申请184件，占全部申请总量的94.8％，国外来华专利申请10件，占全部申请总量的5.2％。生物质复合成型燃料的专利总体申请量不多，国外来华专利申请量也较少，一方面说明国内相关研究人员对于生物质成型燃料这种技术领域的研究及知识产权的保护还不够重视，对该领域的研究起步较晚，同时国外的研究人员及企业尚未看重中国这个潜在的市场；另一方面也说明我国政府部门对生物质成型燃料产业扶持的力度不够，相应的政策法规还不够完善。
2.1.2 专利法律状态总体分析
专利的法律状态主要分为授权、公开和失效三种类型。截至检索截止时间，授权、公开和失效状态的专利分布比较平均，分别为62、67、65件，失效专利达1/3之多，授权专利不到1/3。其中，国外来华授权专利3件，处于公开状态2件，失效5件(未缴年费)。另外，实用新型专利在授权专利中占了绝大部分，发明专利只有8件，所占比例相当低，其中国内发明专利占授权专利的8.1％，占专利申请总量的2.6％，这说明目前国内生物质成型燃料的技术水平还相对比较低。
2.1.3 申请(公开)年度总体趋势分析
从图2-1上看，我国生物质成型燃料的发展大致经历了以下两个主要阶段：第一阶段从1986年至2003年，生物质成型燃料专利技术处于技术引入期，发展缓慢，年申请量总量停留在一个较低水平，低于6件，且增长规律呈现不规则波动状态；第二阶段，进入2004年之后，申请量出现较快速度的增长，增长率基本保持稳定，到2007年时，年申请量已达到45件。2008年后申请量呈现降低态势，这与专利申请公开时间滞后有关，2008年部分专利申请还处于未国内公开状态，同时国外来华的国际专利申请也尚未进入中国国家阶段，故越靠近检索截止日的年份，其统计数据受上述公开因素的影响程度越大，因此，为更清晰、准确地显示该领域专利申请的相关趋势，保证数据分析的有效性，本报告中涉及与年份相关的统计图，其数据均截止至2008年。
2.2 专利申请地域分析
2.2.1 中国专利申请国内各省市分布情况
从图2-2可以看出，辽宁、河南、山东、黑龙江、北京、河北、湖南、江苏、广东、广西分列1至10位。而前5位地区的申请量与其他地区相比相对较多，这也反映了国内生物质成型燃料技术领域的研发分布状况，主要是北方采暖地区。同时，这些专利中存在大量的个人申请，也说明了国内生物质成型燃料产业化发展程度及技术水平还有待提高。
从所占比重来看，前5位地区的申请量占总量的60％，但并没有哪一个地区或省份的申请量明显超出其它地区或省份，呈“散而不专”的态势，这些地区的平均申请量在20件左右，这一方面反应了我国生物质成型燃料领域的研究起步较晚，取得的成功不显著，从而专利申请量普遍不足，没有哪一个省份或地区能走在研发的前列；另一方面也反映出在政策的鼓励和扶持下，各地区均逐渐开始重视生物质成型燃料的研究，从而各个地区均有一定数量的关于生物质成型燃料的专利申请。
2.2.2 国外来华专利情况分析
在194件与生物质成型燃料生产技术与设备相关的中国专利申请中，国外来华专利申请量为10件，占比5.2％。所占比例较低，分别为日本6件、德国2件、法国和韩国各1件。从数量上看，生物质成型燃料领域日本的来华专利申请较明显高于其他国家，这与日本在该领域的技术水平有关，也与日本看重中国市场的发展战略有关。从专利类型来看，该领域国外来华专利申请均为发明专利，其中日本、德国、法国的发明PCT申请各1件，这说明该领域国外来华专利申请的技术水平相对较高。从国外来华专利申请所在的技术领域、申请人类型和法律状态等来看。生产技术方面：德国(个人、PCT授权)、法国(个人、PCT授权)、韩国(企业、公开)各1件，日本6件(企业，授权1件，失效4件)；生产设备方面：德国(企业、失效)1件；国外来华专利申请覆盖了生物质成型燃料生产技术和设备领域，且基本为企业申请，但在企业申请中只有日本国际成套设备株式会社的来华专利处于授权状态。尽管如此，仍不容忽视国外来华较高水平的专利技术。
2.3 主要技术领域分析
专利主要技术领域的研究主要针对专利IPC分类号进行分析，通过IPC可以直接掌握目前相关技术的分布。IPC分成部、大类、小类、大组和小组等5级结构，涉及与发明专利有关的全部技术领域。
生物质复合成型燃料生产技术及设备涉及A、B、C、F等部，主要集中于B30811(专门适用于细粒或塑料状态的材料成型的压力机)、B3089(专门适用于特殊用途的压力机)、C10L5(固体燃料)大组。更进一步细分，设备技术领域主要分布于B3089/28(用于成型物品成型用的压力机)、B30811/22(挤压机；所用的模具)等小组，其中B30811/22小组主要包括B30811/24(使用螺杆的)、B30811/28(使用带孔的辊或盘)等；生产技术领域主要分布于C10L5/40(基 于非矿物来源为主的物质)和C10L5，04(以含碳的矿物质为主所组成的煤砖所用的原料、预处理)等小组，其中基于非矿物来源为主的物质主要为C10L5/44(基于植物物质)和C10L5/46(基于污物、家庭的或城市的垃圾)等。
2.4 专利申请人分析
在检索到的生物质成型燃料中国专利申请中，涉及各类申请人共191人，其中国内申请人181人，占申请人总数的94.8％，人均申请0.98件；国外申请人10人，占申请人总数的5.2％。人均申请量为1件。由此可见，国内申请人较为分散，人均申请量不足1件，呈现参与度过大的局面。
目前在生物质成型燃料领域的中国专利申请中，国内个人的申请量最大，占到全部中国专利申请总数的57％，国内企业、国内高校、国内科研单位、国外企业、国外个人分别占22％、11％、5％、4％、1％。这表明目前国内生物质成型燃料技术非职务发明比重过高，其技术含量及市场价值仍有待进一步提高；另外，国外的专利技术尚未充分进入中国市场，因此国内申请人，特别是国内企业应更注重专利自身的实际价值与作用，通过专利制度更好的保护自己的创新成果，占据国内市场，更有利地抵抗国外专利技术的侵入。
2.5 授权发明专利状况分析
在检索到的62件授权专利中，绝大部分是实用新型专利，只有8件是发明专利，其具体信息如表2-1所示。
在这8件授权发明专利中。有5件是国内专利申请，其申请地区分别为黑龙江、北京、辽宁、河南和湖南，申请人类型包括个人和高校，技术领域包括了生物质成型燃料的成型设备及生产技术。在国外来华的3件授权发明专利分属德国、法国和日本，其中德国和法国的专利为PCT发明专利，均为个人申请，通过国际申请进入我国，日本的专利为企业来华申请。
2.6 广西生物质成型燃料专利申请状况分析
目前，广西在生物质成型燃料技术领域专利的申请量为5件。占申请总数的2.6％，虽然在全国省市地区排名中位列第10，但相对于前五名地区的二十多件专利申请来说还较低，具体信息如表2-2所示。
从表2-2中可以看出。广西的5件专利申请均为个人申请，只有一件生物质成型设备的实用新型专利获得授权，属于使用螺杆的用于细粒或塑性状态材料成型的压力机技术领域，主要特征是在常温下即可挤压成型；而在生物质成型燃料生产技术领域的4件发明专利申请中，3件仍处于为公开状态，1件失效，都属于以非矿物来源为主的物质的技术领域(C10L5/40)。包括基于污物、家庭的或城市的垃圾(C10L5/46)和基于植物物质(C10L5/44)的领域。
3 综合评述
3.1 生物质复合成型燃料专利分析总结
我国生物质成型燃料技术的研究起步较晚，在发展初期一直未得到重视，发展缓慢。直到2004年后，该技术才逐渐受到重视，经过几年的探索和深入，目前这项技术已进入一个快速发展期，局面已在全国范围内铺开，竞争格局也将逐渐形成。其中辽宁、河南、山东、黑龙江、北京等北方主要采暖地区的发展较为突出。同时这也说明了生物质成型燃料目前主要作为家庭炊事、取暖用燃料。在从事生物质成型燃料技术研究的主体中，企业相对较少，个人居多。且分布都比较分散，行业领军者也尚未形成，导致在全国范围内生物质成型燃料行业的主要竞争者还不明显。虽然涉及的技术基本覆盖了生物质成型燃料的所有领域，但从专利申请类型及授权情况看，获得授权的发明专利的数量却少之又少，这些都说明了我国生物质成型燃料的技术水平还较低。在国外来华的专利中，目前只有3件专利处于授权状态，分属德国(个人)、法国(个人)和日本国际成套设备株式会社，均为生物质成型燃料生产技术领域。国内生物质成型燃料的主要竞争者体现在成型设备领域，如辽宁鑫能机械设备制造有限公司、阜新市颗粒饲料机械厂、珠海慧生能源技术发展有限公司等。
3.2 广西生物质成型燃料发展建议
广西地处热带、亚热带，热带作物种植区面积达11.40万平方公里，占全国的38.42％，非粮生物质能源非常丰富，木薯、甘蔗产量非别占全国的70％和63％以上。据此，为广西生物质成型燃料的发展，提出以下参考建议：
一、加大对科技创新的投入力度，并注重知识产权的保护，这是发展的基础。
二、充分利用木薯、甘蔗等具有广西特色的生物质资源，开发具有高燃烧值的工业锅炉、生物质发电等专用的成型燃料及其相应成型设备。目前生物质成型燃料主要作为家庭炊事、取暖用燃料，由于其对燃料的要求较低，所以技术含量也比较低。那么，广西的生物质成型燃料研发企业应根据木薯秸秆、木薯渣、甘蔗渣等的结构、性质等，从助剂、预处理及成型工艺进行研究及创新，开发出适合工业锅炉、生物质发电等专用的成型燃料。此外。要根据市场条件、地方经济发展政策导向来优化生物质成型燃料的原料种类结构、生产规模。例如，目前广西的甘蔗渣除用于锅炉燃烧外，主要用于制浆造纸，那么就要对甘蔗的种植情况及甘蔗渣的利用率进行分析，确定能用于成型燃料的总量。
三、在成型设备方面，由于国内目前已存在较多专利，覆盖的技术领域也比较广，要产生创造性的发明不易。因此，可在充分调研国内主要生产设备的基础上，根据所采用的原料特点，找出该领域的技术空白点或者存在的弊端，进行创造或者改进，特别是要注重节能及流水线方面的创新。
燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术，国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。
l 燃料电池发电的技术特点和应用形式
1．1 技术特点
燃料电池发电是在一定条件下使燃料(主要是H2)和氧化剂(空气中的02)发电化学反应，将化学能直接转换为电能和热能的过程。与常规电池的不同：只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。与常规的火力发电不同，它不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。与常规发电相比燃料电池具有以下优点：
(1)理论发电效率高，发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50%一60％，组成的联合循环发电系统在(10-50)MW规模即可达到70％以上的发电效率。
(2)污染物和温室气体排放量少。与传统的火电机组相比，C02排出量可减少40％一60％。Nox(＜2ppm)和SOx(＜1ppm)排放量很少。
(3)小型高效，可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。
(4)低噪音。在距发电设备3英尺(1．044米)处噪音小于60dB(A)。
(5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。
(6)变负荷率高。变负荷率可达到(8％一lO％)／min，负荷变化的范围大(20%一120%)。
(7)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。
(8)模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短。
(9)占地面积小，占地面积小于lm2／KW。
(10)自动化程度高，可实现无人操作。
总之，燃料电池是一种高效、洁净的发电方式，既适合于作分布式电源，又可在将来组成大容量中心发电站，是2l世纪重要的发电方式。制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是：高价格和寿命问题。
2．1 燃料电池的应用形式
(1)现场热电联供，常用的容量为200KW一1MW。
(2)分布式电源，容量比现场用燃料电池大，约(2-20)MW。
(3)基本负荷的发电站(中心发电站)，容量为(100-300MW)。
(4)燃料电池还可用于100W-100KW多种可移动电源、便携式电源、航空电源、应急电源和计算机电源等。
2 为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术?
2．1 采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率的重要途径之一
以高温燃料电池组成的联合循环发电系统，可使发电效率达到60%-75%(LHV)，这一目标将在2005年左右实现。预计到2010年，发电效率可超过72％。煤气化燃料电池联合循环(IGFC)的发电效率可达到62％以上。以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85％以上。燃料电池本体的发电效率基本不随容量的变化而变化，这使得燃料电池既可用作小容量分散电源，又可用于集中发电应用范围广泛。
2．2 燃料电池发电可有效地降低火力发电的污染物和温室气体排放量
燃料电池发电中几乎没有燃烧过程，NOx排放量很小，一般可达到(O．139一 0．236)kg／MW·h以下，远低于天然气联合循环的NOx排放量(1kg／MW·h一3kg/MW．h)。由于燃料进入燃料电池之前必须经过严格的净化处理，碳氢化合物也必须重整成氢气和CO， 因此，尾气中S02、碳氢化合物和固态粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。与常规燃煤发电机组相比，C02的排放量可减少40％一60%．在目前CO2分离和隔绝技术尚不成熟的状况下，通过提高能源转换效率减少CO2排放是必然的选择。
2. 3 采用燃料电池发电可提高供电的灵活性和可靠性
燃料电池具有高效率、低污染、低噪声、模块化结构、体积小、可靠性高等突出特点，是理想的分布式电源。与目前一些可做为分布式电源的内燃机相比，燃料电池的发电效率更高、污染更低。在250KW-lOMW的功率范围内，具有与目前数百兆瓦中心电站相当甚至更高的发电效率。作为备用电源的柴油发电机由于污染和噪声大不宜在未来的城市中应用。低温燃料电池不仅发电效率高，而且启动快、变负荷能力强，是很好的备用电源。现代社会对供电的可靠性和环境的兼容性要求越来越高，高效、低污染的分布式电源系统日益受到重视。近年来美国、加拿大、台湾相继发生因自然灾害或人为因素造成的大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电，给社会和经济造成了巨大的损失。北约轰炸南联盟，使电力系统严重受损。这些由不可抗力引起的电网破坏无不使人引发出一个重要的思考：提高我国电力系统供电的可靠性和供电质量，虽然主要依靠电网的改造和技术革新，但如果在电网中有许多分布式电源在运转，供电的可靠性将会大大提高。
对于象军事基地、指挥中心、医院、数据处理和通讯中心、商业大楼、娱乐中心、政府要害部门、制药和化学材料工业、精密制造工业等部门，对电力供应的可靠性和质量要求很高。目前采用的备用电源效率低、污染严重、电压波动大。而采用燃料电池作为分布式电源向这些部门提供电力，会使供电的可靠性和电力质量大大提高。他们将是燃料电池发电技术的第一批用户。
对于边远地区，负荷小且分散，若建设完善的电网，不仅投资大，线损大，且电网末端地区电力质量不稳定。对于这些区域若辅助燃料电池发电的分布式电源，更能有效地解决这些地区的电力供应问题。燃料电池的重量比功率和体积比功率均比常规的小型发电装置大，因此，它也是理想的移动电源，适合于各种建设工地、野外作业和临时急用。
2．4 发展燃料电池发电技术是提高国家能源和电力安全的战略需要
美国已将燃料电池发电列为国家安全关键技术之一。美、日之所以能在燃料电池技术方面处于世界领先地位，与国家从战略高度予以组织、资助和推动密不可分。在目前复杂的国际环境下，高技术的垄断日趋严重，掌握清洁高效发电的高新技术对未来国家的能源和电力安全具有重要的战略意义，而燃料电池发电技术，正是这种高效清洁的高新发电技术之一。燃料电池突出的优点，以及发达国家竟相投入巨资研究开发的行动，足以说明燃料电池发电技术在21世纪会起到越来越重要的作用。
2．5 发展燃料电池发电技术是国电公司“加强技术创新，发展高科技，形成高新技术产业”的需要
燃料电池发电技术是电力工业中的高新技术，己受到普遍重视。美国燃料电池发电技术的研究开发主要由美国能源部组织实施，其中一个重要的目的就是形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力。日本的东京电力公司、关西电力公司及其它公用事业单位是日本燃料电池开发及商业化的主要承担者和推动者，其目的也是为电力公司注入新的经济增长点以获得巨大的经济效益和社会效益。
国家电力公司处在完成“两型”、“两化”、 “进入世界500强”的历史时刻，恰逢党中央国务院号召全国各行业“加强技术创新，发展高科技，实现产业化”的有利时机，在国家电力公司内不失时机地进行燃料电池发电技术的研究开发是非常必要的。采取引进、消化、吸收和再创新的技术路线，以高起点，在尽可能短的时间内初步形成自主产权的燃料电池发电关键技术，不仅可以使我国在燃料电池发电技术领域与国外的差距大大缩小，而且，对国家电力公司进行发电系统的结构调整、技术创新、形成高新技术产业、实现跨越式发、提高国际竞争能力都具有非常重要的意义。
2．6 燃料电池发电技术在我国有广阔的发展前景
未来二十年，随着我国“西气东送”，全国天然气管网的不断完善及液化天然气(LNG)的广泛应用，燃用天然气的燃料电池发电将会有很大市场。煤层气也是燃料电池的理想燃料。我国丰富的煤层气资源也将是燃料电池发电的巨大潜在能源之一。燃料电池可与常规 燃气一蒸汽联合循环结合，形成更高效率的发电方式。与煤气化联合循环(IGCC)结合，形成数百兆瓦级的大型、高效、低污染的中心发电站，比IGCC效率更高，污染更小。
燃料电池可与水电、风电和太阳能发电等结合，在高出力时，利用电解水制氢，低出力时用燃料电池发电，达到既储能，又高效发电的目的。采取气化或厌氧处理的方法将生物质变为燃料气，通过燃料电池发电，提高能源转换效率，并降低污染物排放量。对一些经济欠发达但有丰富的沼气资源的地区，利用燃料电池发电技术有可能更有有效地解决这些地区的电力供应问题。
2．7 与国外有较大的差距
在燃料电池发电技术方面，我国与国际先进水平有较大的差距。在MCFC和SOFC技术方面，国外已分别示范成功了2MW和100KW的燃料电池发电机组，而我国在这方面才刚刚起步，2000年才可望研制出2KW左右的试验装置。在PAFC和PEFC技术方面，国内与国外的差距更大。倘若我们现在不开始研究开发燃料电池发电技术，等到燃料电池完全成熟后再引进，不但会受制于人，还将付出更大的经济代价，更谈不上尽快形成燃料电池发电的产业化。若不能形成燃料电池的产业化并在电力系统广泛应用，那么，也谈不上提高发电效率和降低污染物的排放。只有从现在开始，在国外的基础上，高起点研究，经过10-20年的努力，有可能在国电公司形成燃料电池的产业和广泛的商业应用。
2．8 在我国电力系统发展燃料电池发电技术是市场经济条件下的迫切要求
分散式电源作为大电网的有效补充己得到许多国家的重视，而电源提供者的多元化更是一种趋势。我国电网的容量大、技术水平和可靠性还较低、抵御各种灾害的能力较差，在这种情况下，小型高效的燃料电池分布式电源随着技术的商业化市场潜力巨大。
倘若电力系统不及时进行研究开发，在未来几年内，有可能被国外企业和国内其它其它行业或民营企业占领燃料电池分散电源市场。在市场经济条件下，国电公司既是用户，又是开发者。对于燃料电池这样重要的发电高新技术，应不失时机地着手研究开发，联合国内一些基础研究单位，争取纳入国家的攻关计划，获得国家支持，在尽可能短的时间内，形成燃料电池发电技术研究开发的优势，开发燃料电池发电关键技术和成套技术，形成国电公司的高新技术产业，既可优化调整电力结构，又能满足市场的不同需求。
3 国外燃料电池发展计划及商业化的预测
研究美、日、欧洲等国家和地区燃料电池的发展进程及商业化的预测，对我们制定燃料电池的发展战略和预测应用前景会有一定的参考价值。
3．1美国燃料电池发电技术研究开发状况
(1)美国燃料电池发电技术的研究开发计划
1997年，美国总统克林顿颁发了"改善气候行动计划”， 燃料电池被确定为一项关键技术，联邦政府为此制定了一项“美国联邦燃料电池发展计划”，目的是通过燃料电池的商业化来减少温室气体排放量。在这项计划中，对每一个燃料电池的新用户资助l000／KW的优惠。结果，仅在1998年，就有42台200kw PAFC发电机组投入运行。
美国政府鼓励在一些对环境敏感的地区建立燃料电池发电站。此外，政府已促使美国所有的军事基地安装200KW燃料电池发电机组。通过这些措施，加速燃料电池的商业化，并提高国家能源的安全性。美国政府投入巨资研究开发燃料电池发电技术的另一个目的，就是要保持美国在这一领域的领先地位。随着商业化过程不断深入，将逐步形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力，提供更多的就业机会。
美国DOE的燃料电池发展计划如下：
PAFC己商业化，不再投入资金进行研究开发。PAFC目前的发电效率为40％一 45%(LHV)，热电联产的热效率为80％(LHV)。
已完成250KW和2MW MCFC的现场示范，预计2002年进行20MW的示范；2003年左右，使250KW和MW级MCFC达到商业化；2010年，燃用天然气的250KW一20MW MCFC分散电源达到商业化，100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化; 2020年，100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃，发电效率达到60％(LHV)，组成联合循环的发电效率为70%(LHV)，热电联产的热效率达到85%(LHV)以上。
目前，己完成25kw和100kw SOFC现场试验，正在进行SOFC的商业化设计。预计2002年左右，进行MW级SOFC示范；2003年左右，100kw一1MW SOFC进行商业化：2010年，250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化，100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化；2020年，100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是：运行温度为1000℃，发电效率达到62％(LHV)，组成联合循环的发电效率达到72％(LHV)，热电联产的热效率达到85%(LHV)以上，燃煤时发电效率可达到65％(LHV)，这一目标预计2010完成。
美国是最早研究开发PEFC的国家，但在大容量化和商业应用方面已落后于加拿大。目前美国生产的质子交换膜仍居世界领先水平。美国在PEFC的开发方面是面向家庭用分散式电源，实现热电联供。Plug Power公司与GE合作，计划2001年使10kw PEFC进入商业化，价格达到S750-1000／kw，大批量生产后，使PEFC的价格达到＄350／kw。
(2)市场预测
美国能源部(DOE)对美国潜在的燃料电池市场的预测认为：在2005年一2010年，美国年需求燃料电池发电容量约2335MW一4075MW。现在美国的燃料电池年生产能力为60MW，商业化的价格为＄2000一＄3000／kw，若年生产能力达到100MW／a，商业化的价格则可达到＄l000-＄1500/Kw。 若能达到(2000-4000)MW／a的生产能力，燃料电池的原材料费仅＄200一＄300／kw。那么燃料电池的价格则有可能达到＄900-＄l100／kw，此时可完全与常规的发电方式竞争。
3．2 日本燃料电池发电技术的发展进程及应用前景预测
一、 引言
中国的经济持续增长伴随着能源消耗的同步增加，在我国能源消费结构中，原油占到总量的20%左右，它与电力构成能源体系中两大主要能源类型。近年来，高增长下的中国通过大量进口石油，保证经济快速发展。2010年，我国原油表观消费量首次突破4亿吨，而进口原油达2.39亿吨，对外依存度已经突破50%。我国国内原油产能已经接近饱和，对国际原油输入的依赖越来越大，这将导致我国面临能源供给和能源价格安全的双重压力。为了缓解能源供给安全压力，国家已经在海外积极拓展油田投资和开发，着力解决原油供给问题。但是，现阶段国际形势为我国原油的海上运输蒙上了一层阴影，以日本、韩国及其列岛构成的我国外海第一岛链①，若出现政治动荡，会对石油海运造成阻隔之势。马六甲海峡是我国航海贸易运输的主要咽喉，从该海峡运输的石油占总进口石油的4/5以上（马晓宇等，2007），而美国在东南亚（特别是泰国）的势力渗透更是试图掐住马六甲海峡这个国际海运的咽喉，若遭遇紧张国际形势，中国的原油输入障碍将直接影响能源安全和国民经济运行。另一方面，我国没有国际石油的定价权，大量原油输入国内，其价格传导效应将十分明显，国际原油价格的居高不下将会影响国民经济运行的成本，甚至可能会引起通货膨胀。
能源从供给和价格两个方面对经济造成影响。一方面，能源的充足供给保证经济稳定发展。龚志民（2006）从可持续发展角度出发测算了能源缺口下的中国经济；东部地区能源与经济之间的互动机制基本形成（于全辉和孟卫东，2008），能源缺口一旦出现，将直接导致我国经济增长的重点区域的产出减少。能源缺口对产业的影响程度不一，能源密集型产业较非能源密集型产业更易受到供给影响（Lee and Ni，2002），所以，我国以劳动密集型和能源密集型产业为主的产业结构对能源的依赖程度理应引起我们的警觉。赵涛等（2009）利用嵌入能源消费的CD函数模型，推导并实证研究了能源与经济增长之间相互依存相互影响的辩证关系，再次验证了能源作为基础要素投入的重要性。另一方面，能源作为工业产出的基础性原料，其价格波动将通过生产成本反映在价格体系的各个层面。Davis and Haltiwanger（2001）通过分析油价波动对创造就业和失业的影响，发现石油价格和货币政策造成的失业作用要比创造就业的作用大得多。林伯强和王锋（2009）研究了能源价格上涨对我国一般价格水平的影响，指出各类能源价格上涨导致指数上涨幅度最大的是PPI和GDP平减指数，并可能引起成本推进型的通货膨胀。
在国际能源价格出现波动和全球能源供给紧张的局面下，众多学者将目光转向液态生物质燃料的发展。然而中国发展液态生物质燃料的必要性一直存在争议，争议的焦点在于：第一，生物质燃料是否是缓解原油安全威胁的唯一途径；第二，全面发展生物质燃料是否会导致对耕地资源配置的影响；第三，全面推广生物质燃料是否会影响使用燃料的机械设备的技术改进或者替换问题；第四，生物质燃料较传统能源是否具有优越的成本收益率。明确回答上述问题是后续研究的重要前提。
首先，石油产品（汽油和柴油等）是交通运输和动力机械的能源，不能被煤炭直接替代，电力替代（如电动汽车）的可能性从短期来看也不高。这是因为：液态能源的发动机已经广泛深入社会生活，通过液态质的生物质燃料替代具有较好的可持续性，巴西、美国和欧盟等国家和地区的生物质燃料利用给出了很好证明。目前巴西的汽车均使用100%生物乙醇或22%~25%的混合乙醇汽油；欧盟出台政策规定将生物柴油使用混合比例到2020年提高至10%；美国更是通过立法明确了燃料乙醇作为替代燃料的社会地位（曹俐和吴方卫，2010）。上述各国的生物质燃料产业的发展，一方面充分发掘了当地的资源禀赋（如巴西甘蔗含糖量居世界首位，美国的玉米产量世界第一），另一方面在生物质燃料的技术研发方面有重要成果。反观中国，国民经济处于快速发展阶段，对燃料的需求将持续一段时间，因此通过各类能源作物的生产来提炼生物燃料存在可行性。
其次，中国液态生物质燃料，特别是燃料乙醇的原料已经过渡到非粮食作物的阶段，即通过边际土地的开发避免“与粮争地”问题的出现。2007年出台的《可再生能源中长期发展规划》中也明确提出不再增加以粮食为原料的燃料乙醇生产能力，合理利用非粮食生物质原料生产燃料乙醇，提出扶持以木薯、甘薯、甜高粱等为原料的燃料乙醇技术。在这个前提下，中国液态生物质燃料的发展不会对有限耕地的配置造成负面影响。
第三，发展液态生物质燃料的可能影响属于外部性范畴。液态生物质燃料在生产和利用过程中的正负外部性并存。正外部性包括：在能源安全约束和经济持续增长背景下，当石油供给出现缺口时，生物质燃料弥补汽油和柴油所带来的经济溢出，表现在对整体经济的促进、对资本和劳动要素合理配置的优化和吸纳农村剩余劳动力的贡献；非粮能源作物种植、原料搜集和燃料利用过程，生物质燃料具有在固碳释氧、保持水土、温室气体减排等方面的生态溢出效应。而负外部性指的是生产液态生物质燃料过程中的能源消耗以及燃料推广使用过程中的成本，甚至包括原料种植对生态环境的可能影响。对上述问题的既有研究还没有明确结论，特别是对外部性问题涉及的研究不多。但是从宏观经济层面分析，中国正处于能源需求的关键阶段，增长对中国而言十分重要。虽然液态生物质燃料的生产成本较传统能源没有优势，甚至略高于传统能源，表面上不具有竞争力，但由于液态生物质燃料发展存在外部性，发生了市场失灵现象。只要清醒认识影响生物质燃料产业市场失灵的真正原因，充分分析该产业的对社会经济作用机理，理清正外部性和负外部性的综合影响，通过政府补贴等手段，就可以达到既能弥补能源缺口又能健康发展液态生物质燃料产业的目地，而国外生物质燃料利用较好的国家就是良好例证2009年，美国燃料乙醇产量突破2000万吨油当量，巴西也突破1300万吨油当量，欧盟的生物柴油产量在2010年为2200万吨，而中国的燃料乙醇仅有100万吨左右，生物柴油则更少。。
众多学者也对液态生物质燃料的社会经济影响做了研究。中国的能源安全和粮食安全因石油价格和生物原料将受到国际市场波动的影响(Yang et al.， 2008)，寻求发展新的生物质燃料原料将十分必要，同时能够给供给不足的汽油提供有益的补充。发展非粮液态生物质燃料能够避开可能的“与粮争地”和“与人争粮”困境。张锦华等（2008）通过构建燃料乙醇的行为分析框架，分析了短期和长期动态均衡下的生物能源发展对粮食安全的影响，并给出通过开发非粮食原料来补充能源供给缺口和避免粮食安全的建议。王子博（2009）利用历史数据构建潜在产出测算模型，认为液态生物质燃料（燃料乙醇和生物柴油）作为汽油或柴油的替代品，对缓解能源缺口具有重大意义。章辉和吴方卫（2009）通过对未来汽油市场的供给情况的预测，分析模拟了我国发展燃料乙醇对我国能源安全和经济发展的影响，得出燃料乙醇对缓解汽油需求和保障经济可持续增长具有一定作用的结论。上述研究从不同层面分析了液态生物质燃料发展的可能影响，但是较少将液态生物质燃料乙醇的补充对原油供给和原油价格波动同时联系起来。
液态生物质燃料产业发展正外部性中的经济溢出是值得关注的话题，特别是对经济增长的影响不容忽视。为此，需要准确分析发展燃料乙醇对我国能源供给不足和价格波动的潜在威胁缓解机理进行梳理。同时，当我国面临因能源供给不足造成的产出不足以及因价格传导引致的成本推进型通货膨胀时，燃料乙醇的补充途径如何？对其研究具有指导性意义。本文首先分析目前中国能源结构与国际能源价格对中国的影响，进而建立一个以燃料乙醇为例的理论模型及分析框架，基于原油供给不足和原油价格过度波动所引起的国民经济影响，并结合我国液态生物质燃料产业的实际状况，回答生物质能源的发展对国家能源安全、国民经济的影响及可能的解决路径。
二、 中国燃料乙醇产业发展必要性的现实依据：能源结构与价格冲击
（一） 能源结构、原油对外依存度与燃料乙醇利用现状
1990年以来，中国的GDP从4.5万亿增长至2009年的34万亿元以上2009年不变价格计算。。在这个过程中，能源消费总量也呈现同趋势增长。1990年全国能源消费总量仅为9.7亿吨标准煤，而到2009年已经超过30亿吨标准煤。从增长速度分析，历年GDP增速一直维持在8%以上，并于1992年和2007年前后达到高位。相对而言，能源增长速度的波动较为明显，整体呈现波浪型曲线。在1999年前后的能源消耗增速一度下降至原点，随后与2005年前后达到高位，在2008年国际金融危机后下滑势头较为明显。
中国能源消费的绝对数量一直不断增加，而能源消费结构长期以来没有发生根本性变化。原煤比重远远高于其他能源，一直维持在70%左右。原油的消费比重仅次于原煤，平均维持在20%左右。其余能源的比重与前两类能源差距明显。
中国原油消费数量不断上升，2009年达到3.8亿吨。中国原油国内产量一直维持在较为稳定的水平，较大幅度提升国内产能很难实现。因此，随着中国经济的发展，对原油需求剧增，从国际进口原油成为主要选择。例如，2003年中国原油净进口量超过1亿吨，到2009年已经突破2亿吨，对外依存度已经高达53%。在煤炭和电力充分自给的情况下，中国原油供给出现了不容忽视的危机。居高不下的能源强劲需求以及无法逆转的原油大量进口，导致中国的经济增长面临能源供给安全问题。
燃料乙醇是汽油的有益补充，而中国的燃料乙醇产量2008年仅为102万吨油当量数据来源：2010年《BP能源统计年鉴》。，2009年仍然维持在这个水平，但是汽油的消费量在2008年已经达到6145万吨，是燃料乙醇总量的60倍左右，明显的能源结构差异反映出中国燃料乙醇产业整体规模不足的状态。按燃料乙醇生产原料划分，中国的燃料乙醇产业发展可以分为以粮食作物为原料和以非粮食作物为原料两个过程。中国最早的燃料乙醇研究和发展规划开始于20世纪80年代中期。发展初期的侧重点是燃料乙醇生产技术的实验室科学研究。20世纪90年代后期，燃料乙醇生产开始进入试点阶段，这个阶段的特点是国家投入资金建设燃料乙醇的生产基地，并给予相应的政策扶持。随着中国陈化粮的消耗和中央政府对粮食安全的逐步重视，以粮食作物为原料的燃料乙醇项目受到限制。2007年颁布的《可再生能源中长期发展规划》中明确提出，不再增加以粮食为原料的燃料乙醇生产能力。在这个背景下，2007年政府批准在广西建立以木薯为原料的燃料乙醇企业，年生产能力为20万吨，并于2008年初正式投产。纤维素生产燃料乙醇研究工作已接近完成实验室研究阶段，步入中试和产业化培育阶段，其中，中国科学院于在2007启动了“纤维素乙醇的高温发酵和生物炼制”重大项目，山东大学微生物技术国家重点实验室也有相应研究课题，同时来自华东理工大学、天津大学、中国农业科学院麻类研究所和陕西师范大学等高校和研究机构都在进行创新性研究。虽然纤维素产业化生产尚未实现，但是现有的以粮食作物为原料的燃料乙醇生产企业也在积极拓展纤维素应用的领域。中国的燃料乙醇生产技术正在不断创新，更高效率的提炼技术推陈出新。美国、巴西和欧盟的经验说明，燃料乙醇是目前技术最成熟、使用最大且商业化程度最好的生物燃料，乙醇混合汽油的性能与传统汽油相似，可以预见，中国的生物质燃料产业具有广阔的市场前景。
（二） 国际原油价格的冲击：燃料乙醇产业发展的现实依据
外部冲击对国内能源价格存在影响（中国经济增长与宏观稳定课题组，2008），而国内能源价格上涨对经济体系也会产生影响：外部价格输入将提高下游产品的生产成本，之后会移动一国的菲利浦斯曲线并造成通货膨胀的压力。能源价格上涨主要通过两个渠道影响中国的价格水平，第一是通过生活资料的渠道直接反映到消费者价格指数（CPI）上，第二是以原材料和生产要素价格上涨的形式，从工业产业链的上游传导到下游，间接地影响生产者价格指数(PPI)和消费者价格指数（林伯强和王锋，2009）。
向量自回归（VAR）模型可用于时间序列系统的预测和随机扰动对变量系统的动态影响。该方法避开了结构建模方法中需要对系统中每个内生变量关于所有内生变量滞后值函数的问题。在向量自回归的基础上，可以通过脉冲响应函数随机扰动项的一个标准差变动来考察它对内生变量及其未来取值的影响。为了反映国际原油价格对国内各类价格体系的影响，本文下面进行VAR脉冲响应分析，考察随机扰动所产生的影响以及其影响的路径变化。
下面利用VAR脉冲分别对国际原油价格与燃料动力价格、工业品出厂价格指数（PPI）和居民消费价格指数（CPI）变动进行分析。对平稳性检验结果分析可知（如图3、图5和图7所示），VAR模型的全部特征根倒数均在单位圆内，这说明VAR模型平稳，进而可以分析国际原油价格变动对国内燃料动力购进价格、工业品出厂价格指数（PPI）和居民消费价格指数（CPI）的冲击影响。从脉冲结果可知（如图4、图6和图8所示），国际原油价格波动对上述三类价格的冲击存在明显稳定性，国际原油价格对国内燃料动力购进价格、工业品出厂价格指数和居民消费价格指数都有正向影响，这进一步说明原油对外依赖将带来对国内市场冲击的威胁的判断。
通过上述分析可知，中国的能源结构和国际能源价格环境都显现出液态生物质燃料产业发展的必要性，而其中燃料乙醇产业如何缓解可能的能源安全威胁需要进一步分析。
三、 模型的基本假设
本研究着眼于汽油和燃料乙醇构成的液态能源市场。 D(x) 代表液态能源市场的总需求， S(x) 代表液态能源市场的总供给，在局部均衡分析中，取得均衡时满足：
D(x)=S(x)（1）
把总需求分成两个部分： x1 代表汽油数量， x2 代表燃料乙醇数量，表示总需求的液态生物质燃料需求部分，并且假定化石燃料和燃料乙醇的使用效果相近，即两者具有明显替代性。总需求表达式为：
D(x)=D(x1)+D(x2)（2）
通常情况下，影响液态能源市场的总需求有如下因素：汽油的价格（ Pp ），燃料乙醇价格（ Pb ），政府对燃料乙醇消费的补贴（ Ps ），居民收入（ Y ），国内生产总值（ G ）。通过下述函数表示：
D(x1)=F1(P－p,Pb+,Y+,G+) （3）式中函数 F1中的自变量都是D(x1)的自变量，自变量变动对通过影响x1后作用于D(x1)，下同。 （3）
D(x2)=F2(P+p,Pb－,Y+,G+,P+s)（4）
其中，字母上方符号表示该变量变动对函数的影响，如 P－p 表示 Pp 价格上升将导致 D(x1) 需求量下降。
由此，总需求可表示为：
D(x)=F(Pp,Pb,Y,G,Ps)（5）
在现有文献中需求分析的主要方法有：近似理想需求模型（Almost Ideal Demand System，简称AIDS）、线性近似模型（Linear Approximate Almost Ideal Demand System，简称LA/AIDS）、FAO需求预测中的各种恩格尔曲线模型以及恩格尔函数模型。考虑到本研究的一般性探讨，本文采用较易分析的双边对数形式，即：
ln D(xt1)=a′1 ln Ptp+a′2 ln Ptb+a′3 ln Yt+a′4 ln Gt （6）
ln D(xt2)=a″1 ln Ptp+a″2 ln Ptb+a″3 ln Yt+a″4 ln Pts+a″5 ln Gt （7）
ln D(x)=a1 ln Ptp+a2 ln Ptb+a3 ln Yt+a4 ln Pts+a5 ln Gt （8）式中a1和a2的符号是由（6）（7）两式对应系数决定，考虑到现阶段汽油使用的绝对性比重，燃料乙醇的替代不会对整体能源结构产生根本性改变，认为合并后的（8）式中的符号与（6）式符号相同。（8）
另一方面，本文把总供给分成两个部分，即：液态化石燃料汽油的供给函数 S(x1) 和生物乙醇供给函数 S(x2) ，其中 S(x1) 包含国内原油产出和国外原油进口，可表示为：
S(x)=S(x1)+S(x2) （9）
通常情况下，影响总供给的因素有：燃料乙醇价格（ Pb ），汽油提炼的技术进步（ T1 ），影响原油供给的冲击（Shock）（包括国际原油供给不足和国际原油价格过快上涨），燃料乙醇生产的技术进步（ T2 ），生产燃料乙醇的生产补贴（ I ），燃料乙醇原料的开发和生产成本（C）通过下述函数表示：
S(x1)=G1(P+p,P+b,T+1,Shock－) （10）
S(x2)=G2(P+p,P+b,T+2,I+,C－)（11）
在农业供给分析中，现有研究主要运用一般性里昂惕夫生产函数模型、投入需求系统模型等，本研究运用农业供给反应模型。为便于对比分析，供给分析仍然采用双边对数形式，即：
ln S(x1)=b′1 ln Ptp+b′2 ln Ptb+b′3 ln Tt1+b′4 ln Shocktb （12）
ln S(x2)=b″1 ln Ptp+b″2 ln Ptb+b″3 ln Tt2+b″4 ln It+b″5 ln Ct （13）
ln S(x)=b1 ln Ptp+b2 ln Ptb+b3 ln Tt1+b4 ln Tt2+b5 ln It+b′6 ln Ct+b7 ln Shock（14）
四、 框架分析与解决路径
框架分析是一种较为理想的分析方法，它依赖严格的前提假设和约束设定。为了满足分析的合理性，本文对液态能源市场进行宏观假定：
第一，能源消费结构中，燃料乙醇对汽油的替代是通过乙醇汽油形式进行，且此种替代可以瞬时完成。
第二，国家为了确保粮食安全和避免因粮价上涨带来的通货膨胀，不提倡使用粮食作物（如玉米）生产液态生物质燃料，本框架中所涉及的燃料乙醇都是指由非粮作物原料生产的燃料乙醇。
第三，国家财政有能力通过补贴和其他倾斜政策促进边际土地开发和非粮作物原料的种植。
第四，燃料乙醇具有替代和互补的双重性。乙醇汽油中的燃料乙醇与该部分汽油是互补的关系，而作为混合状态下的乙醇汽油与传统汽油是替代关系。
（一） 开放经济下的市场出清：需求不变，供给结构可变
在短期内，我国经济对能源的需求不变，但是不同的能源结构下的经济运行平稳性不同，本节试图通过能源供给角度分析国际原油价格波动对我国经济生活的影响，回答缓解能源安全的途径和出路。
情形1：短期市场出清下的汽油供给
t 期的汽油需求比例为 at% ， t+1期 的比例调整为 at+1% ，短期市场出清条件下有：
S(xt1)=at%D(xt) （15）
S(xt+11)=at+1%D(xt+1) （16）
因为短期需求不变，当 at%≤at+1% ，有
S(xt1)≤S(xt+11) （17）
此时出现能源需求结构调整，两边取对数可得：
b′1 ln Ptp + b′2 ln Ptb + b′3 ln Tt1 + b′4 ln Shockt
b′1 ln Pt + 1p + b′2 ln Pt + 1b + b′3 ln Tt + 1 1 + b′4 ln Shockt + 1 （18）
短期内考虑技术进步不发生变化， Tt+11=Tt1 ，则：
Pt+1pPtp>Shockt+1Shockt－(b′4/b′1)•Pt+1bPtb－(b′2/b′1) （19）
当中国经济未能改变对传统汽油的依赖时，中国国内油价将受到国际油价波动的直接影响。从（19）式可知，国内汽油价格 Pp 的上升幅度受到国际原油价格（Shock）以及燃料乙醇价格 Pb的 直接影响。由于燃料乙醇在液态化石能源的结构所占比例较小，其价格变动对汽油价格的影响程度有限。由此可知，我国国内汽油价格直接受制于国际市场原油价格。一旦出现短期能源价格过快上涨，高度依存度下的中国国内油价势必同步上涨，从而传导至国民经济的其他行业领域，并最终通过PPI和CPI等价格指数显现出来。
情形2：短期市场出清下的燃料乙醇供给
t 期的汽油需求比例为 at% ， t+1 期的比例调整为 at+1% ，短期市场出清条件下有：
S(xt2)=(1－at%)D(xt) （20）
S(xt+12)=(1－at+1%)D(xt+1)（21）
因为短期需求不变，当 (1－at%)≤(1－at+1%) ，有
S(xt2)≤S(xt+12) （22）
此时出现能源需求结构调整，两边取对数可得：
b″1 ln Pt+1p+b″2 ln Pt+1b+b″3 ln Tt+12+b″4 ln It+1+b″5 ln Ct+1
< b″1 ln Ptp+b″2 ln Ptb+b″3 ln Tt2+b″4 ln It+b″5 ln Ct（23）
短期内，燃料乙醇生产的技术进步T2和开发和生产成本C不变，那么可得：
Pt+1pPtp
从燃料乙醇发展对国内汽油价格的影响角度分析可以看出，由于乙醇汽油和传统汽油的替代关系，汽油价格Pp可以依靠大量的燃料乙醇Pb输入市场得到释放，即利用乙醇汽油的价格来影响传统汽油的价格。国家对燃料乙醇生产和使用的补贴越高，燃料乙醇的价格越便宜，由此可以带动传统汽油价格的下降。所以，要降低国内传统汽油的价格波动，可以通过扩大燃料乙醇的市场注入实现。
推论一：在开放经济条件下，国际原油通过价格传导影响我国汽油价格，在需求不变的条件下，我国面临能源价格波动安全隐患。如果我国液态能源市场仍以传统汽油为主，那么国际原油价格的波动将通过价格传导影响我国一般价格水平，甚至导致成本推进型的通货膨胀；如果我国液态能源市场的结构得到优化，可以通过扩大燃料乙醇供给，以及乙醇汽油价格的调控缓解因外部原油价格造成的国民经济影响。
（二） 开放经济条件下的长期市场出清：供给可变
在长期状态下，能源供给可变，我国将面临来自国际原油价格波动和原油供给不足的双重压力，本节试图通过分析上述情形出现时的能源结构分配问题，探讨如何通过发展液态生物质燃料乙醇来缓解因能源安全带来的不利影响。
情形1：燃料乙醇供给总量不变条件下的国外原油价格影响
燃料乙醇供给不变，随着我国液态能源需求的增加，能源结构趋向于传统汽油的主导优势的加强。由此，我国传统汽油的供给和需求在第t期和第t+1期可分别表示为：
由（27）可知，我国的原油价格波动方向与国民经济增长的波动方向相同，由于燃料乙醇的供给幅度不变，其价格对汽油价格的波动不造成影响。当不存在外部原油价格冲击时，通过提高我国汽油提炼和使用的技术可以一定程度上保证物价稳定（Pp）和经济增长（G）。但是，出现外部原油价格波动时，我国将面临稳定物价和保证经济持续快速增长的矛盾，这是因为中国存在较高的原油对外依存度，要控制国内汽油价格的上升幅度只能通过闲置汽油的使用，这将导致 GDP的减少。若要保证国民经济的持续增长，只能通过牺牲高物价带来的社会分配成本。由此可见，我国过高的原油对外依存度将面临成本推进型的通货膨胀与经济增长放缓的双重压力。
情形2：燃料乙醇供给总量不变条件下的国外原油供给影响
如果燃料乙醇供给不变，随着我国液态能源需求的增加，能源结构趋向于传统汽油的主导优势的加强，这 时出现k%的原油进口缺口。我国传统汽油的供给和需求在第t期和第t+1期可表示为：
当我国出现外部原油供给不足时，我国GDP面临增速放缓的威胁。此时，原油缺口比例 k %越高，GDP增长速度减少的幅度 e－(a′4)－1k% 越大，来自汽油价格和燃料乙醇的价格缓解将无任何作用。由此可见，在我国燃料乙醇发展空间没有得到扩展时，由于国际原油供给紧张将直接导致我国国民经济产出减少的严重后果。
情形3：燃料乙醇供给增加条件下的国外原油价格影响
假设我国开始扩大燃料乙醇原料的种植，燃料乙醇产量按照 m %速度增长。由此，在第 t 期和第 t+1期 我国燃料乙醇所占比例分别为 qt% 和 qt+1% ：
当燃料乙醇的加快供给未能根本改变能源结构时，即 (1+m%)qt%qt+1%>1 ，此时有：
由此可见，我国仍将面临我国过高的原油对外依存度将面临成本推进型的通货膨胀与经济增长放缓的双重压力。
当燃料乙醇的加快供给已经根本改变能源结构时，即 (1+m%)qt%qt+1%
此时可以保证在高增长下的汽油价格波动平缓，还可以利用对燃料乙醇的补贴来降低乙醇汽油的价格，同时完成经济高速增长和价格水平基本稳定的任务。
情形4：燃料乙醇供给增加条件下的国外原油供给影响
假设我国开始扩大燃料乙醇原料的种植，燃料乙醇产量按照 m %速度增长，那么在第 t期和第t+1 期我国燃料乙醇所占比例分别为 qt% 和 qt+1% ，此时若出现国际原油供给紧张的局面（ k %为正常条件下的原油供给缺口），即：
当燃料乙醇的加快供给未能根本改变原油缺口带来的能源供给不足时，即 (1+m%)qt%(1－k%)qt+1%>1 ，此时有：
所以，我国仍将面临因能源缺口导致的经济增速放缓的困境。
当燃料乙醇的加快供给已经根本改变能源结构时，即 (1+m%)qt%(1－k%)qt+1%
此时可以保证在高增长下的汽油价格波动平缓，还可以利用对燃料乙醇的补贴来降低乙醇汽油的价格，同时完成经济高速增长和价格水平基本稳定的任务。
推论二：在开放经济条件下，国际原油通过价格传导影响我国汽油价格。在供给可变的条件下，要解决我国面临能源价格波动安全隐患，需要大力推动我国液态生物质燃料乙醇的供给，改变我国以传统汽油为绝大多数比例的供给结构，缓解国际原油价格的波动对我国一般价格水平波动产生的负面影响。如果我国液态能源市场的结构得到根本性优化，可以保证国内经济保持较快速度增长而不需要受到能源供给安全的威胁。
五、 结论
我国国内原油产能上升空间有限，经济增长引致的对原油的需求将从国外进口补充，由此造成的国际原油输入的依赖将威胁我国能源安全和国民经济的运行。
（一） 调节能源结构将缓解国际油价的输入性影响
短期市场出清条件下，我国对液态燃料的需求不变，国际原油将从价格渠道影响我国经济增长。外部油价通过价格传导影响我国汽油价格，从而我国面临能源价格波动安全隐患。如果我国液态能源市场仍以传统汽油为主，那么国际原油价格的波动将影响我国一般价格水平，甚至导致成本推进型的通货膨胀。我国若扩大燃料乙醇在能源结构中的比例，使得液态能源市场的结构得到优化，那么当我国遇到国际原油价格波动时，燃料乙醇扩大供给，可以缓解因外部原油价格造成的国民经济影响。
（二） 增加燃料乙醇产能将最终缓解能源安全
在长期市场出清的开放经济条件下，国际原油通过价格传导和供给缺口影响我国经济和民生。首先，在供给可变条件下，国际原油价格将快速影响国内汽油价格，进而造成一般物价水平的波动，引起因通货膨胀造成的民生问题。要解决我国面临能源价格波动安全隐患，需要大力推动我国液态生物质燃料乙醇的供给，改变我国以传统汽油为绝大多数比例的供给结构。其次，如果因为政治原因，国际原油供给出现输入，我国的经济增长将面临增速放缓的不利局面，唯有使我国液态能源市场的结构得到根本性优化，加大燃料乙醇的开发利用，才能保证我国的国内经济保持较快速度增长从而不会受到能源供给安全的威胁。
六、 政策调整
从现阶段看，国际油价波动和原油的高对外依存度没有对中国经济产生重大影响，但随着中国经济运行不断深入，国际政治风云变幻，能源安全问题将越发突出。从本文的分析结果来看，中国可以通过原料开发政策、研发政策和补贴政策推进燃料乙醇产业的快速发展。
（一） 以项目带动原料开发
考虑到发展液态生物质燃料的“与粮争地”和“与人争粮”的潜在威胁，国家发展和改革委员会在《关于加强玉米加工项目建设管理的紧急通知》中明确提出，中国将坚持以非粮作物为主，积极稳妥地推动生物燃料乙醇产业发展。使用非粮的替代产品生产燃料乙醇是解决扩大燃料乙醇生产规模和可持续发展的有效途径。木薯、甘薯和甜高粱是较为理想的生产原料，但是中国现阶段对上述原料的产业化种植仍然处于起步阶段，还未大面积推广。2007年，中国在广西建立以木薯为原料的广西中粮生物质能源有限责任公司，年设计产量20万吨，成为国内首家定点生产非粮燃料乙醇企业。目前，广西北海国发海洋生物产业股份有限公司、广西新天德能源公司等广西木薯乙醇企业已经具备50万吨产能，并已启动的海南椰岛木薯乙醇10万吨/年规划、广东华灵集团木薯乙醇50万吨/年的规划。现有的燃料乙醇企业项目已经考虑到“近原料”的因素，这些做法都是为了避免增加过多的生产成本考虑。考虑到非粮原料的分布，中国可以省级项目为龙头，以点带面逐步铺开开发燃料乙醇原料的道路。通过制定科学合理规划，在资源丰富的区位建立大型燃料乙醇生产汽油平台，根据加工业就近原料基地且交通方便的原则，就近种植和开发当地能源作物，尽量避免来自运输和半成品产业内贸易的成本。
（二） 加快第二代生物质能源提炼和运输技术研发
我国的纤维素资源十分丰富，主要有草、秸秆、农作物壳皮、树枝、落叶、林业边脚余料等。但是，利用纤维素生产燃料乙醇仍然受到制约，主要是由于纤维素乙醇存在生产技术和工艺的限制，所以其研究大部分还停留在实验室和中试阶段。中国政府应当在纤维素的预处理、水解和发酵三步重要的生物转化过程同时加强研发力度，同时打造国际交流平台，让国内的研究进入国际同类研究中去，争取早日实现提炼技术的突破。中国已经开始产业化的探索，其中，利用秸秆类纤维素水解提炼的企业和研发单位分布在山东、河南、南京、北京、黑龙江、上海、安徽和苏州等地，涉及到的作物有玉米秸秆、甜高粱秸秆以及其他农作物秸秆等。黄季和仇焕广（2010）指出，以纤维素为原料生产生物燃料乙醇有关键技术需要进一步研究，而影响我国产业化程度最大的是原料预处理技术，其次是纤维素酶的生产技术。
中国应该首先开发廉价高效的木质纤维预处理技术和平台，通过依托此平台不断探索新的预处理技术。其次，开发低成本、高效的纤维乙醇专用水解酶，降低开发成本；开发高效全糖发酵技术，着重关注基因工程方法的运用，降低生产成本。此外，还要完善原料收集和运输体系，试点配备专业搜集工人作业，保证高效安全。
（三） 优化燃料乙醇的各阶段补贴
中国对燃料乙醇生产和消费的补贴从2002年开始，经历了保本微利补贴、定额补贴和弹性补贴三个阶段（曹俐和吴方卫，2010）。现有的燃料乙醇补贴应从中间投入环节、附加值要素投入环节、产出环节、消费环节和研发环节进行针对性补贴。面对各个环节的众多补贴，更应该理性对待。
首先，要明确发展燃料乙醇产业的发展地位和目标。居高不下的原油消费催生了燃料乙醇产业发展的条件。2010年，我国原油表观消费量首次突破4亿吨，达4.39亿吨，而进口原油达2.39亿吨，对外依存度已经突破50%。作为我国能源多元化的战略之一的生物燃料乙醇的发展，政府应该根据我国生物燃料乙醇的资源潜力以及当前的技术水平科学测算并规划确定生物燃料乙醇在能源多元化战略中的比重，进而确定生物乙醇的发展数量、速度与规模。
其次，要根据实际情况制定生物燃料乙醇的补贴原则。深入调查研究不同省市国土资源的状况，尤其是可用于种植木薯、甘薯和甜高粱的边际性土地资源的状况以及纤维素乙醇的资源潜力，结合当前生物乙醇的技术水平，切实做好关于相关原料基地的建设和产业规划的全盘部署工作。同时，补贴金额应与国际油价挂钩，采用动态平衡的原则，建立与国际油价挂钩的生物燃料乙醇动态补贴机制，在国际油价涨跌时，根据成本和油价的波动情况，规避在油价持续低迷时企业业绩的不稳定性，实现总体动态平衡。
第三，要继续完善生物燃料乙醇补贴的措施。在中间投入环节，对非粮能源作物的补贴，采取直接价格支持，税收减免，现金直接补贴等手段。对购买非粮能源作物种子以及相应农业机械予以直补，购买化肥可以实行免征增值税等；在附加值要素环节，加大资本领域的补贴力度，对非粮生物乙醇的生产设备，对边际土地资源的开发和利用和从事非粮生物乙醇的劳动力予以直接现金奖励或政策倾斜；在产出环节，适当放宽进入门槛，实施与国际油价挂钩的基于产出的动态补贴；在消费环节，加强对生物乙醇储运、分销、销售环节的设施投入的补贴，可在试点省市的生物乙醇网点的建设上予以税收优惠和贷款贴息；在研发环节，建立生物燃料乙醇的研发专项资金，对于研究机构以无偿资助为主，支持国内研究机构和企业在生物燃料乙醇核心技术方面提高创新能力。
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氢和氧气是燃料电池常用的燃料气和氧化剂。此外，co等一些气体也可作为mcfc与sofc的燃料。从长远发展看，高温型mcfc和sofc系统是利用煤炭资源进行高效、清洁发电的有效途径。我国丰富的煤炭资源是燃料电池所需燃料的巨大来源。
燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。人们预测，燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四电方式[1]，它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。
1，中国燃料电池技术的进展
“燃料电池技术”是我国“九五”期间的重大发展项目，目标是，利用我国的资源优势，从高起点做起，加强创新；在“九五”期间，使我国燃料电池的技术发展接近国际水平。内容包括“质子交换膜燃料电池技术”、“熔融碳酸盐燃料电池技术”及“固体氧化物燃料电池技术”三大项目[2]， 其中，用于电动汽车的“5kw质子交换膜燃料电池”列为开发的重点。此项任务由中国科学院及部门所属若干研究所承担。所定目标业已全部实现。
在质子交换膜燃料电池（pemfc）方面，我国研究开发的这类电池已经达到可以装车的技术水平，可以与世界发达国家竞争，而且在市场份额上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我国自把质子交换膜燃料电池列为"九五"科技攻关计划的重点项目以后，以大连化学物理研究所为牵头单位，在全国范围内全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究，取得了很大进展，相继组装了多台百瓦、1kw-2kw、5kw、10kw至30kw电池组与电池系统。5kw电池组包括内增湿部分,其重量比功率为100w/kg，体积比功率为300w/l。质子交换膜燃料电池自行车已研制成功，现已开发出200瓦电动自行车用燃料电池系统。百瓦级移动动力源和5kw移动通讯机站动力源也已开发成功。千瓦级电池系统作为动力源，已成功地进行了应用试验。由6台5kw电池组构成的30kw电池系统已成功地用作中国首台燃料电池轻型客车动力源。装车电池最大输出功率达46千瓦。目前该车最高时速达60.6km/h，为燃料电池电动汽车以及混合动力电动汽车的发展打下良好的基础。该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大巴拉德公司联合开发的mk7质子交换膜燃料电池电动车的水平[3]。我国目前正在进行大功率质子交换膜燃料电池组的开发和燃料电池发动机系统集成的研究。
在熔融碳酸盐燃料电池（mcfc）方面，我国已经研制出α和γ型偏铝酸锂粗、细粉料，制备出大面积（大于0.2m2）的电池隔膜，预测隔膜寿命超过3万小时。在进行材料部件研究的基础上，成功组装和运行了千瓦级电池组。
在固体氧化物燃料电池（sofc）技术方面，已经制备出厚度为5-10μm的负载型致密ysz电解质薄膜，研制出一种能用作中温sofc连接体的ni基不锈钢材料。负载型ysz薄膜基中温sofc单体电池的最大输出功率密度达到0.4 w/cm2, 负载型lsgm薄膜基中温sofc单体电池的最大输出功率密度达到0.8w/cm2。这些技术创新为研制千瓦级、十千瓦级中温固体氧化物燃料电池发电技术的研发奠定了坚实基础。
2，国外燃料电池技术发展迅猛
燃料电池是新世纪最有前途的清洁能源，是替代传统能源的最佳选择。因此，燃料电池技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视。美国将燃料电池技术列为涉及国家安全的技术之一，《时代》周刊将燃料电池电动汽车列为21世纪10大高技术之首；日本政府认为燃料电池技术是21世纪能源环境领域的核心；加拿大计划将燃料电池发展成国家的支柱产业。近十年来，国外政府和企业在燃料电池方面的投资额超过100亿美元。为开发燃料电池，戴姆勒－克莱斯勒公司一家近年来每年就投入10亿美元，丰田公司的年投资额超过50亿日元[4]。
欧、美发达国家和日本等国政府和企业界都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，并且已取得了许多重要成果，pemfc技术已发展到实用阶段，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。2mw、4.5mw、11mw成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，用于国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面；各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成，其中，国际燃料电池产业巨头加拿大巴拉德公司筹资3.2亿美元，建成的燃料电池厂已于2001年2月正式投产。美国和欧洲将成批生产低成本的家用供电－供暖燃料电池作为最近的开发计划。目前，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正快速进入工业化规模应用的阶段。
目前，车用氢燃料电池已成为世界各大汽车公司技术开发的重中之重。迄今为止，世界6大汽车公司在开发氢燃料电池车上的开发费用已超过100亿美元，并以每年10亿美元的速度递增[5]。1997年至2001年，各大公司研制出的车用燃料电池就达41种。
3，我国开发燃料电池技术相对乏力
我国研究燃料电池有过起落。在20世纪60年代曾开展过多种燃料电池的实验室研究，70年入大量人力物力开展用于空间技术的燃料电池研究，其后研究工作长期停顿。最近几年，我国才开始重新重视燃料电池技术的研究开发，并取得很大进展。特别在pemfc方面，达到或接近了世界水平。但是，在总体上，我国燃料电池的研究开发刚刚起步，仍处于科研阶段，与国外相比，我国的燃料电池研究水平还较低，我国对燃料电池的组织开发力度还远远不够。作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，开发以煤作为一次能源的高温型mcfc和sofc具有特别重要的意义。但是我国在mcfc、sofc研究方面与国外的差距很大，要实现实用化、商业化应用还有很长的路要走。迄今为止，我国还没有燃料电池发电站的应用实例。这和我国这样一个大国的地位很不相称。尽管国家也将燃料电池技术列为"九五"攻关项目，国家和企业投入的资金却极为有限，年度经费仅为千万元量级人民币，与发达国家数亿美元的投入相比显得微不足道；承担研究任务的也只是中科院等少数科研院所，且研究力量分散，缺少企业的介入，难以取得突破性进展，尤其是难以将取得的研究成果进行实际应用试验，以形成产业化趋势。从表1所列国外燃料电池的研究和开发情况看，欧、美国家和日本等大多是以公司企业为主在从事燃料电池的研究开发和制造生产，而且规模很大，例如，仅加拿大的ballard一家公司的资产就达10亿美元。
4，大力发展燃料电池技术势在必行
从世界燃料电池迅猛发展的势头看，本世纪头十年将是燃料电池发电技术商品化、产业化的重要阶段，其技术实用性、生产成本等都将取得重大突破。预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景，潜在市场十分巨大。可以预料，分散电源供电系统——燃料电池发电厂必将在21世纪内取代以“大机组、大电网、高电压”为主要特征的现代电力系统，成为电力行业的主力军。而燃料电池的普遍推广应用，必将在能源及相关领域引发一场深刻的革命，促进新兴产业的形成，带动国民经济高速发展。能源领域的这场革命是我国政府、企业、科研院所、高等院校不得不正视的课题，我们对此必须有充分认识并给予足够的重视。我们应该准确把握这场革命所带给我们的机遇，毫不迟疑地投入足够的人力、物力、财力，推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作，使之早日实用化产业化，为我国的国家能源安全和国民经济可持续发展服务。
氢和氧气是燃料电池常用的燃料气和氧化剂。此外，CO等一些气体也可作为MCFC与SOFC的燃料。从长远发展看，高温型MCFC和SOFC系统是利用煤炭资源进行高效、清洁发电的有效途径。我国丰富的煤炭资源是燃料电池所需燃料的巨大来源。
燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。人们预测，燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四电方式[1]，它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。
1，中国燃料电池技术的进展
“燃料电池技术”是我国“九五”期间的重大发展项目，目标是，利用我国的资源优势，从高起点做起，加强创新；在“九五”期间，使我国燃料电池的技术发展接近国际水平。内容包括“质子交换膜燃料电池技术”、“熔融碳酸盐燃料电池技术”及“固体氧化物燃料电池技术”三大项目[2]，其中，用于电动汽车的“5kW质子交换膜燃料电池”列为开发的重点。此项任务由中国科学院及部门所属若干研究所承担。所定目标业已全部实现。
在质子交换膜燃料电池（PEMFC）方面，我国研究开发的这类电池已经达到可以装车的技术水平，可以与世界发达国家竞争，而且在市场份额上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我国自把质子交换膜燃料电池列为"九五"科技攻关计划的重点项目以后，以大连化学物理研究所为牵头单位，在全国范围内全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究，取得了很大进展，相继组装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW电池组与电池系统。5kW电池组包括内增湿部分,其重量比功率为100W/kg，体积比功率为300W/L。质子交换膜燃料电池自行车已研制成功，现已开发出200瓦电动自行车用燃料电池系统。百瓦级移动动力源和5kW移动通讯机站动力源也已开发成功。千瓦级电池系统作为动力源，已成功地进行了应用试验。由6台5kW电池组构成的30kW电池系统已成功地用作中国首台燃料电池轻型客车动力源。装车电池最大输出功率达46千瓦。目前该车最高时速达60.6km/h，为燃料电池电动汽车以及混合动力电动汽车的发展打下良好的基础。该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大巴拉德公司联合开发的MK7质子交换膜燃料电池电动车的水平[3]。我国目前正在进行大功率质子交换膜燃料电池组的开发和燃料电池发动机系统集成的研究。
在熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）方面，我国已经研制出α和γ型偏铝酸锂粗、细粉料，制备出大面积（大于0.2m2）的电池隔膜，预测隔膜寿命超过3万小时。在进行材料部件研究的基础上，成功组装和运行了千瓦级电池组。
在固体氧化物燃料电池（SOFC）技术方面，已经制备出厚度为5-10μm的负载型致密YSZ电解质薄膜，研制出一种能用作中温SOFC连接体的Ni基不锈钢材料。负载型YSZ薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.4W/cm2,负载型LSGM薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.8W/cm2。这些技术创新为研制千瓦级、十千瓦级中温固体氧化物燃料电池发电技术的研发奠定了坚实基础。
2，国外燃料电池技术发展迅猛
燃料电池是新世纪最有前途的清洁能源，是替代传统能源的最佳选择。因此，燃料电池技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视。美国将燃料电池技术列为涉及国家安全的技术之一，《时代》周刊将燃料电池电动汽车列为21世纪10大高技术之首；日本政府认为燃料电池技术是21世纪能源环境领域的核心；加拿大计划将燃料电池发展成国家的支柱产业。近十年来，国外政府和企业在燃料电池方面的投资额超过100亿美元。为开发燃料电池，戴姆勒－克莱斯勒公司一家近年来每年就投入10亿美元，丰田公司的年投资额超过50亿日元[4]。
欧、美发达国家和日本等国政府和企业界都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，并且已取得了许多重要成果，PEMFC技术已发展到实用阶段，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，用于国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面；各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成，其中，国际燃料电池产业巨头加拿大巴拉德公司筹资3.2亿美元，建成的燃料电池厂已于2001年2月正式投产。美国和欧洲将成批生产低成本的家用供电－供暖燃料电池作为最近的开发计划。目前，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正快速进入工业化规模应用的阶段。
目前，车用氢燃料电池已成为世界各大汽车公司技术开发的重中之重。迄今为止，世界6大汽车公司在开发氢燃料电池车上的开发费用已超过100亿美元，并以每年10亿美元的速度递增[5]。1997年至2001年，各大公司研制出的车用燃料电池就达41种。
3，我国开发燃料电池技术相对乏力
我国研究燃料电池有过起落。在20世纪60年代曾开展过多种燃料电池的实验室研究，70年入大量人力物力开展用于空间技术的燃料电池研究，其后研究工作长期停顿。最近几年，我国才开始重新重视燃料电池技术的研究开发，并取得很大进展。特别在PEMFC方面，达到或接近了世界水平。但是，在总体上，我国燃料电池的研究开发刚刚起步，仍处于科研阶段，与国外相比，我国的燃料电池研究水平还较低，我国对燃料电池的组织开发力度还远远不够。作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，开发以煤作为一次能源的高温型MCFC和SOFC具有特别重要的意义。但是我国在MCFC、SOFC研究方面与国外的差距很大，要实现实用化、商业化应用还有很长的路要走。迄今为止，我国还没有燃料电池发电站的应用实例。这和我国这样一个大国的地位很不相称。尽管国家也将燃料电池技术列为"九五"攻关项目，国家和企业投入的资金却极为有限，年度经费仅为千万元量级人民币，与发达国家数亿美元的投入相比显得微不足道；承担研究任务的也只是中科院等少数科研院所，且研究力量分散，缺少企业的介入，难以取得突破性进展，尤其是难以将取得的研究成果进行实际应用试验，以形成产业化趋势。从表1所列国外燃料电池的研究和开况看，欧、美国家和日本等大多是以公司企业为主在从事燃料电池的研究开发和制造生产，而且规模很大，例如，仅加拿大的Ballard一家公司的资产就达10亿美元。
4，大力发展燃料电池技术势在必行
从世界燃料电池迅猛发展的势头看，本世纪头十年将是燃料电池发电技术商品化、产业化的重要阶段，其技术实用性、生产成本等都将取得重大突破。预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景，潜在市场十分巨大。可以预料，分散电源供电系统——燃料电池发电厂必将在21世纪内取代以“大机组、大电网、高电压”为主要特征的现代电力系统，成为电力行业的主力军。而燃料电池的普遍推广应用，必将在能源及相关领域引发一场深刻的革命，促进新兴产业的形成，带动国民经济高速发展。能源领域的这场革命是我国政府、企业、科研院所、高等院校不得不正视的课题，我们对此必须有充分认识并给予足够的重视。我们应该准确把握这场革命所带给我们的机遇，毫不迟疑地投入足够的人力、物力、财力，推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作，使之早日实用化产业化，为我国的国家能源安全和国民经济可持续发展服务。
氢和氧气是燃料电池常用的燃料气和氧化剂。此外，CO等一些气体也可作为MCFC与SOFC的燃料。从长远发展看，高温型MCFC和SOFC系统是利用煤炭资源进行高效、清洁发电的有效途径。我国丰富的煤炭资源是燃料电池所需燃料的巨大来源。
燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。人们预测，燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四电方式[1]，它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。
1，中国燃料电池技术的进展
“燃料电池技术”是我国“九五”期间的重大发展项目，目标是，利用我国的资源优势，从高起点做起，加强创新；在“九五”期间，使我国燃料电池的技术发展接近国际水平。内容包括“质子交换膜燃料电池技术”、“熔融碳酸盐燃料电池技术”及“固体氧化物燃料电池技术”三大项目[2]， 其中，用于电动汽车的“5kW质子交换膜燃料电池”列为开发的重点。此项任务由中国科学院及部门所属若干研究所承担。所定目标业已全部实现。
在质子交换膜燃料电池（PEMFC）方面，我国研究开发的这类电池已经达到可以装车的技术水平，可以与世界发达国家竞争，而且在市场份额上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我国自把质子交换膜燃料电池列为"九五"科技攻关计划的重点项目以后，以大连化学物理研究所为牵头单位，在全国范围内全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究，取得了很大进展，相继组装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW电池组与电池系统。5kW电池组包括内增湿部分，其重量比功率为100W/kg，体积比功率为300W/L。质子交换膜燃料电池自行车已研制成功，现已开发出200瓦电动自行车用燃料电池系统。百瓦级移动动力源和5kW移动通讯机站动力源也已开发成功。千瓦级电池系统作为动力源，已成功地进行了应用试验。由6台5kW电池组构成的30kW电池系统已成功地用作中国首台燃料电池轻型客车动力源。装车电池最大输出功率达46千瓦。目前该车最高时速达60.6km/h，为燃料电池电动汽车以及混合动力电动汽车的发展打下良好的基础。该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大巴拉德公司联合开发的MK7质子交换膜燃料电池电动车的水平[3]。我国目前正在进行大功率质子交换膜燃料电池组的开发和燃料电池发动机系统集成的研究。
在熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）方面，我国已经研制出α和γ型偏铝酸锂粗、细粉料，制备出大面积（大于0.2m2）的电池隔膜，预测隔膜寿命超过3万小时。在进行材料部件研究的基础上，成功组装和运行了千瓦级电池组。
在固体氧化物燃料电池（SOFC）技术方面，已经制备出厚度为5-10μm的负载型致密YSZ电解质薄膜，研制出一种能用作中温SOFC连接体的Ni基不锈钢材料。负载型YSZ薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.4 W/cm2， 负载型LSGM薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.8W/cm2。这些技术创新为研制千瓦级、十千瓦级中温固体氧化物燃料电池发电技术的研发奠定了坚实基础。
2，国外燃料电池技术发展迅猛
燃料电池是新世纪最有前途的清洁能源，是替代传统能源的最佳选择。因此，燃料电池技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视。美国将燃料电池技术列为涉及国家安全的技术之一，《时代》周刊将燃料电池电动汽车列为21世纪10大高技术之首；日本政府认为燃料电池技术是21世纪能源环境领域的核心；加拿大计划将燃料电池发展成国家的支柱产业。近十年来，国外政府和企业在燃料电池方面的投资额超过100亿美元。为开发燃料电池，戴姆勒－克莱斯勒公司一家近年来每年就投入10亿美元，丰田公司的年投资额超过50亿日元[4]。 转贴于
欧、美发达国家和日本等国政府和企业界都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，并且已取得了许多重要成果，PEMFC技术已发展到实用阶段，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，用于国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面；各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成，其中，国际燃料电池产业巨头加拿大巴拉德公司筹资3.2亿美元，建成的燃料电池厂已于2001年2月正式投产。美国和欧洲将成批生产低成本的家用供电－供暖燃料电池作为最近的开发计划。目前，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正快速进入工业化规模应用的阶段。
目前，车用氢燃料电池已成为世界各大汽车公司技术开发的重中之重。迄今为止，世界6大汽车公司在开发氢燃料电池车上的开发费用已超过100亿美元，并以每年10亿美元的速度递增[5]。1997年至2001年，各大公司研制出的车用燃料电池就达41种。
3，我国开发燃料电池技术相对乏力
我国研究燃料电池有过起落。在20世纪60年代曾开展过多种燃料电池的实验室研究，70年入大量人力物力开展用于空间技术的燃料电池研究，其后研究工作长期停顿。最近几年，我国才开始重新重视燃料电池技术的研究开发，并取得很大进展。特别在PEMFC方面，达到或接近了世界水平。但是，在总体上，我国燃料电池的研究开发刚刚起步，仍处于科研阶段，与国外相比，我国的燃料电池研究水平还较低，我国对燃料电池的组织开发力度还远远不够。作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，开发以煤作为一次能源的高温型MCFC和SOFC具有特别重要的意义。但是我国在MCFC、SOFC研究方面与国外的差距很大，要实现实用化、商业化应用还有很长的路要走。迄今为止，我国还没有燃料电池发电站的应用实例。这和我国这样一个大国的地位很不相称。尽管国家也将燃料电池技术列为"九五"攻关项目，国家和企业投入的资金却极为有限，年度经费仅为千万元量级人民币，与发达国家数亿美元的投入相比显得微不足道；承担研究任务的也只是中科院等少数科研院所，且研究力量分散，缺少企业的介入，难以取得突破性进展，尤其是难以将取得的研究成果进行实际应用试验，以形成产业化趋势。从表1所列国外燃料电池的研究和开发情况看，欧、美国家和日本等大多是以公司企业为主在从事燃料电池的研究开发和制造生产，而且规模很大，例如，仅加拿大的Ballard一家公司的资产就达10亿美元。
4，大力发展燃料电池技术势在必行
从世界燃料电池迅猛发展的势头看，本世纪头十年将是燃料电池发电技术商品化、产业化的重要阶段，其技术实用性、生产成本等都将取得重大突破。预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景，潜在市场十分巨大。可以预料，分散电源供电系统——燃料电池发电厂必将在21世纪内取代以“大机组、大电网、高电压”为主要特征的现代电力系统，成为电力行业的主力军。而燃料电池的普遍推广应用，必将在能源及相关领域引发一场深刻的革命，促进新兴产业的形成，带动国民经济高速发展。能源领域的这场革命是我国政府、企业、科研院所、高等院校不得不正视的课题，我们对此必须有充分认识并给予足够的重视。我们应该准确把握这场革命所带给我们的机遇，毫不迟疑地投入足够的人力、物力、财力，推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作，使之早日实用化产业化，为我国的国家能源安全和国民经济可持续发展服务。
而在这方面，英国算得上是佼佼者之一。早在2008年，英国的维珍大西洋航空公司就进行了首次使用生物燃料的航空飞行。这次飞行的机型是波音747，航程从伦敦到阿姆斯特丹，在一个飞机引擎中添加了20%的生物燃料，其原作物是椰子和巴西棕榈树。
生物燃料是当前全球应对气候变化讨论中的一个热点话题。如今，英国作为积极应对气候变化的国家，非常重视推动生物燃料的发展，在政策、商业、科研等方面都做了大量工作。虽然全球整个生物燃料市场的前景还面临一些争论，但英国的生物燃料产业仍在稳步发展。
用废弃食用油换乘车打折卡
据统计，在2009/2010财年英国车辆所使用的生物燃料中，约71%是生物柴油，约29%是生物乙醇，还有很小一部分的生物甲烷。
目前，一些英国公司正在通过国际合作发展生物燃料。例如英国石油公司与美国Martek生物科学公司签署了合作协议，共同开发把糖分转变为生物柴油的技术。英国“太阳生物燃料”公司前几年曾在非洲大量投资，购买土地种植麻风树，以便从麻风树果实中提炼生物燃料。
在英国国内，一些公司通过回收废弃食用油来生产生物燃料。例如英国最大的公交和长途公共汽车运营商STAGECOACH就有这样一个项目，该公司向居民发放免费容器盛装废弃食用油，居民以此换取乘车打折卡，所收集的废油被送到一家能源公司制成生物柴油，供STAGECOACH公司的部分车辆作为燃料使用。
虽然生物燃料现在还主要应用于车辆，但英国一些航空公司已率先进行了航空业使用生物燃料的探索。例如“维珍大西洋”公司在2008年进行了全球首次使用生物燃料的试飞，在一架波音747客机的一个引擎中加入了20%的生物燃料，从伦敦飞到了阿姆斯特丹。
科学界热衷生物燃料
英国生物燃料应用领域的拓展，与科学研究关系密切。
据介绍，英国科学界非常热衷于研究生物燃料，相关研究走在世界前列。有些研究关注如何降低生物燃料的成本，如帝国理工学院等机构研究人员在《绿色化学》上报告说，用木材制造生物燃料时常需要将木材粉碎成很小的颗粒，这个过程需要消耗不少传统能源，估计每粉碎一吨木材需消耗约8英镑的能源。但如果在粉碎过程中加入某种离子液体作为剂，可以把这个环节所消耗的能源量降低80%，把粉碎每吨木材消耗的能源成本降低到约1.6英镑。据估算，最后得到的生物乙醇的价格有望因此降低10%。
除成本研究外，还有些研究在探索使用不同的原材料来生产生物燃料。使用甘蔗、玉米等农作物来制造生物燃料常被指责与民争粮、与粮争地，但如果使用通常废弃的秸秆等部位来制造生物燃料就可以避免这个问题。秸秆的主要成分是纤维素，如何分解纤维素一直是个难题。
英国约克大学等机构的研究人员在美国《国家科学院学报》杂志上说，他们从真菌中发现了一种名为GH61的酶，它能够在铜元素的帮助下以较高的效率分解纤维素，使其降解为乙醇，然后用以制造生物燃料。
此外，树木枝干和许多植物的茎秆中还含有许多通常难以分解的木质素，英国沃里克大学等机构研究人员在《生物化学》杂志上说，一种红球菌能分泌一种具有分解木质素能力的酶。这种红球菌可以大量培养，因此也可以用于分解植物茎秆制造生物燃料。
民众自制生物燃料
尽管生物燃料在英国获得商界及科学界人士的“全方位”支持，但对于大部分英国民众来说，是否在开车时使用生物燃料仍取决于它的价格，单纯出于环保目的而使用生物燃料的人群毕竟还是少数。
对于使用柴油发动机的汽车来说，许多车辆不需要改装就可以烧生物柴油，而现在英国一些加油站出售的柴油价格在每升1.4英镑左右，有公司出售的生物柴油售价在1.25英镑左右，但每升生物柴油能驱动车辆行驶的距离通常低于传统柴油，因此消费者往往会随着油价的波动和性价比的变化，选择是否使用生物燃料。
有意思的是，有些具备相应知识的英国民众还自制生物燃料，这样会比买油便宜得多。
根据英国《每日电讯报》报道，萨默赛特郡的詹姆斯・莫菲就是这样一个例子。他从两家餐厅购入废弃食用油，每升只需10便士；在筛去渣滓后，向其中加入甲醇和氢氧化钠等化学物质，经过加热和沉淀等过程，就能得到自制的生物柴油。
他说，自己开车每月消耗150升生物柴油，制造这些生物柴油的成本是每升约18便士，这比市场价格要便宜得多。根据英国税务海关总署的规定，民众每年自制生物柴油2500升以下无需交纳任何费用。因此，像莫菲这样自制生物柴油的民众可以给自己省下一大笔钱。
政府稳步推进
除了有民众的支持，生物燃料还获得官方的力挺。
在英国能源与气候变化部2011年的《英国可再生能源路线图》中，有关机构专门列出了有关生物燃料的目标。其中提到，在2009/2010财政年度，英国道路上行驶的车辆使用生物燃料的比例占道路交通所用总燃料的3.33%，这个比例在近几年一直处于增长之中，英国计划到2014年将其提高到5%。
由于生物燃料主要用于供给车辆，英国交通部也参与了相关管理工作，负责《可再生交通燃料规范》的实施。根据这项法规，英国每年销售量在45万升以上的燃料供应商必须使生物燃料等可再生能源在其销售量中达到一定比例，如果自身销售的生物燃料达不到相应比例，则需要花钱从其他超额完成任务的燃料供应商那里购买相应份额。
这个比例是逐年上升变化的，目前的指向是前面提到的在2014年5%的目标。客观地说，这是一个稳健的目标，每年的上升幅度不大，显示出英国政府稳步推进生物燃料发展的态度。
此外，英国政府还对生物燃料的标准进行了规定，即与传统化石燃料相比至少能减排温室气体35%以上，并且原料产地的生物多样性不能因为生产生物燃料而受到影响。这是为了让生物燃料能够切实起到保护环境的效果。
前景还不明朗
需要说明的是，英国的生物燃料虽稳步发展，但仍称不上达到“快跑”的程度。
