生物质燃料的缺点篇1

关键词新能源汽车；锂离子电池；燃料电池；生物燃料

中图分类号F4文献标识码A文章编号1674-6708（2016）172-0194-02

当下，我国汽车保有量增长快速，一方面导致对石油的需求量大幅增长，自上世纪以来我国石油进口依存度迅速上升，1993年尚处于原油净出口国，1995年石油进口依存度则变为5.3%，2007年达到49%[1]，2015年我国石油进口量超越美国，达到740万桶/日，成为世界上最大的石油进口国[2]。另一方面汽车在生产和使用的过程中加重了环境污染，危及了人类的日常生活。2013年我国只有约1%的城市空气质量符合世界卫生组织的标准，2014年国家减灾办、民政部于正式将雾霾天气列为自然灾情，2015年我国东北部、华北中南部、黄淮及陕西北部等地陆续出现重度污染天气。因此迫于资源、环境的双重压力，开发节能环保的新能源汽车已成为我国汽车产业的必然选择。按照动力提供方式的不同，新能源汽车主要可分为充电式电动汽车、燃料电池汽车、燃气汽车、生物燃料汽车等类别分述如下。

1新能源汽车的分类

1.1充电式电动汽车

充电式电动汽车以蓄电池为动力源，通过电机驱动，提供动力。这种汽车具有结构简单、噪声小、排放少、能量转换效率高、适用范围广等等优点。但其缺点也较多，比如过分依赖充电设施，充电时间长，续驶里程短，电池寿命短、制造成本较高等，因而在商业化的过程中困难重重。目前，研制经济的、持久的、高效的电池是充电式电动汽车发展的关键性问题，经过20多年的研究发展，目前已开发出多种适用性较强的蓄电池，如早期的铅酸电池、在混动汽车中采用的镍氢电池以及在当前及以后有着极大发展空间的锂离子电池等等。锂的原子序数为3，是最轻的碱金属元素，其化学特性十分活泼，易形成电荷密度很大的氦型离子结构。锂离子电池的储能能力是在电动自行车上广为应用的铅酸电池的3倍，其在地壳中的蕴藏量第27位，可利用资源较丰富，因此有很大的发展前景。

以目前应用最为广泛的磷酸铁锂电池为例，锂离子电池的工作原理如下：整个电池以含锂的磷酸铁锂作为正极材料，负极为碳素材料（常用石墨）。两极之间为聚合物隔膜，一方面可分隔正负极，另一方面也是锂离子在正负极往返的通道所在。当对电池充电时，正极发生脱嵌，形成的锂离子在电解液的帮助下，通过隔膜，进入负极碳层的微孔中，同时正极产生的电子也会通过外电路向负极迁移。放电时，锂离子从负极碳层中脱嵌，又嵌回正极。

目前，欧洲、美国、日本等主要发达国家均斥巨资进行锂电池技术的研发，在中国由于国家新能源产业政策的推动锂离子电池制造业也得到了篷勃发展，各种锂离子电池技术不断涌现，生产商业化电动汽车用锂离子电池的企业更是达到300家之多，但是锂离子电池的核心材料比如正负极材料、电池隔膜以及电解液却“技不如人”，过度依赖进口，因而生产成本难以下降，目前其价格3倍于铅酸电池，因此，产品难以规模化生产。近几年来，我国锂离子电池核心技术取得巨大突破，所有关键性材料均初步实现了自动生产，生产成本降幅较大，不少产品价格仅为刚面市的1/3左右，这与铅酸电池相比，已形成明显的性价比优势。锂离子电池成本的下降，使得充电式电动汽车的商业化规模化生产不再是一句空话。

1.2燃料电池汽车

在诸多的新能源汽车中，燃料电池汽车目前被公认为是21世纪最核心的技术之一，可以说它对汽车工业发展的重要性，不亚于微处理器之于计算机业。燃料电池汽车直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，不受卡诺循环的限制，能量利用率高达45%～70%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%；燃料电池汽车最终排放物为H2O，几乎不排放氮氧化物和硫化物，CO2排放量远低于汽油的排放量（约其1/6）。

整车的核心部件燃料电池并不需要充放电的操作，在一定程度上它很类似于汽油汽车，直接将燃料（常用H2、甲醇等等小分子燃料）注入贮存箱，即可获得动力。根据所用电解质类型的不同分为五个大类，分别为熔融碳酸盐燃料电池、聚合物电解质燃料电池、碱性燃料电池、磷酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。目前在汽车工业中应用的多为聚合物电解质燃料电池，它以荷电的薄膜状高分子聚合物作为电解质，以离子交换的形式选择性地传导离子（H+，OH-），达到导电的目的[3]。工作时与直流电源相当，阳极作为电池负极，燃料在阳极发生氧化反应；阴极作为电池正极，氧化剂在阴极发生还原反应；反应生成的离子通过隔膜在电池内迁移，而电子则通过外电路对外做功输出电能，整个体系形成回路。

燃料电池但其在商业化的过程中仍存在着一些困难与瓶颈急需解决，比如由于采用贵金属催化剂铂及造价高昂的全氟磺酸膜，因此生产成本极高；再如由于工作环境多为酸碱性较强的溶液，对部分元件具有一定的腐蚀性，因而耐久性较差。目前随着非铂催化剂及无氟耐久性膜材料研发的成功，生产成本呈下降趋势，燃料电池汽车的市场普及率逐年上升。虽然以家用小汽车的形式进入普通家庭尚有一段时间，但燃料电池大巴已经完全可以产业化。目前，国外生产一辆燃料电池大巴造价约在400万元左右，若引入其核心部件及技术，采用国内人工生产，采用国内辅件及包装，可将其成本降至100万元左右，这一价格已与传统大巴接近，如果我国能抢占先机，与行业内先进的外企紧密合作，加快研发核心技术，假以时日，燃料电池大巴完全可能成为我国经济绿色增长的支柱产业。

1.3燃气汽车

燃气汽车是以液化石油气、压缩天然气及氢气为燃料的气体燃料汽车。目前市场供应以天然气为主要燃料。与常规燃油汽车相比，燃气汽车的排放污染很小，铅，CO排放量减少90%左右，碳氢化合物排放减少60%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，且尾气中无硫化物和铅，因此它是一种较为实用的低排放汽车。此外这种汽车能大幅度降低使用成本，一方面由于目前天然气的价格低于汽油及柴油，营运过程中能使燃料费用下降50%左右；另一方面由于发动机采用天然气做功，运行平稳、无积碳，发动机寿命长、也无需频繁更换火花塞及机油，维修费用亦可下降50%以上。但它也有不少缺点，比如由于存有大量高压系统使用的零部件，安全系数及密封性要求高；天然气汽车动力性比常规燃油下降约5%～15%；受到能源不可再生的约束限制；燃气缸占地面积大等。

天然气汽车工作时，高压天然气经过减压调节器减压后送到混合器中，与净化后的空气混合后，利用传感器、动力阀和计算机调节混合气的空燃比，以使燃烧更加充分，再经化油器通道进入发动机气缸燃烧做功。我国于1988年正式推行燃气汽车，多采用气/油混动改装的形式，并于同年建造了第一座加气站。发展迄今，我国已经加气站近千座，改造汽车数十万辆。中国从对燃气汽车的推广力度仍逐年上升，各大城市均有部署，可见目前以气代油，是最切实可行的一条新能源汽车之路。

1.4生物燃料汽车

生物燃料汽车的创新之处在于从农林产品、工业废弃物和生活垃圾中提取燃料，比如从玉米出发制备的汽车用乙醇燃料，利用回收食用油为源料获得的生物柴油等等。生物燃料与传统的石油燃料不同，它是一种可再生能源。近年来，生物燃料汽车得到了迅速发展，美国认为生物燃替代汽油切实可行并将其列为国家重点发展项目，目前使用生物柴油燃料的汽车己经累计运行1600万km；欧盟于2005年也推行法规，要求成员国2010年生物柴油消费量从占交通运输油料总消费量的2%提高到5.75%，2022年进一步提高到占20%。生物燃料汽车降低了对石油的需求，且其运行中的排放污染也大大降低，以常规燃油汽车相关数据为分母，生物燃料汽车尾气中有毒物含量仅为10%，颗粒物约20%以下，CO和CO2排放量仅为10%，硫化物和铅含量为0，同时，燃料燃烧较为彻底，对发动机的维护保养要求低[4]。

尽管生物燃料有较多的优点，但其发展遇到难以克服的瓶颈。第一，产能有限。在生物燃料汽车推行力度最大的美国，据有关资料显示，即便将所有玉米和大豆都拿来制造生物燃料，也仅能满足国家柴油需求量的6%和汽油需求量的12%。而玉米和大豆首先是粮食产品，只能将其少量产品用于生产生物燃料。在我国，若能将农业副产品秸杆加以利用，则将对生物燃料汽车的推广有很大的促进。第二，耗水量太大。生物燃料主要来源于农业，每年农业消耗掉的水资源高达70%，若将其产品大量用于制造燃料，往往是得不偿失的。而我国是人均水资源拥有量位于世界后列，用大量的水换回少量燃料，只能说看上去很美，实际操作性较低。第三，存在与粮争地的问题，生物燃料的推广已经造成美国和墨西哥玉米价格上涨，并可能导致发展中国家粮食短缺，因此有业内人士指出使用粮食生产生物燃料是“反人类的罪行”。

2结论

当下，我国新能源汽车产业迎来了篷勃发展的大好机遇。但由于多数新能源汽车造价过高，许多关键技术还未完全攻克，而且配套基建设施远不足以支撑行业的发展，这些因素严重阻碣了新能源汽车行业的良性发展。从我国新能源汽车近几年发展的态势来看，目前还难以实现大规模的量产。从价格方面来看，新能源汽车的造价普遍高于传统汽车，如果国家不提高购车补助，很难提高民众对新能源汽车的购买热情。从技术角度来看，我国的电池、燃料等相关技术的研发才刚刚起步，远远落后欧美等发达国家。从配套设施角度来看，我国目前的配套设施基本处于空白状态，比如很多城市未建设电动车充电站，如果不能及时充电，电动车无法前行，这给使用带来不便。虽然在当今中国新能源汽车的推广困难重重，但从国家对汽车工业的发展部署来看，发展新能源汽车己经被确定为汽车工业未来的发展方向。因此，我国汽车企业和相关科研机构必须抓住机遇，在提高自身实力的同时，推动我国新能源汽车产业的迅速发展。

参考文献

[1]国务院发展研究中心产业经济研究部，等.中国汽车产业发展报告（2009）[M].北京：社会科学文献出版社，2009.

[2]中国石油新闻中心.“中国成为最大石油进口国”意味着什么[EB/OL].[2015-05-19（7）：59].http：//pc./system/2015/05/19/001542111.shtml.

生物质燃料的缺点篇2

关键词：中国生物质能源；发展现状；问题；对策

伴随着国家相关生物质能源生产行业标准规范的逐步完善，目前我国生物质能源生产开发已初具规模，在一系列法律法规的保障和财税政策的推动下获得了良好的发展。然而，中国生物质能源产业在实际发展过程当中，仍然存在着工业体系不完善、原料资源不足、产业化基础不够牢固、市场竞争力较低和研究能力滞后等诸多问题。因此，如何准确把握生物质能源产业的影响因素，制定合理有效的应对策略，是当下的生物质能源发展中迫切关注的重要课题。

1世界能源结构的现状与问题

1.1节能减排举措影响世界能源结构

燃料的使用效率与能源结构直接决定了二氧化碳的排放量，因而能源开发利用同自然环境之间的联系紧密。近年来，煤、石油和天然气这三大化石燃料的使用使得全球二氧化碳排放量急剧增加，引起了气候的异常及失衡。有研究指出，生物质燃料所排放的二氧化碳量要比化石原料少95%左右，若每年生产一亿吨生物质燃料，则能达成5.5%二氧化碳的减排，故生物质能源产业的推进对世界能源结构的优化具有重要意义。

1.2世界化石燃料危机严重

据统计，在全球能源的总用量中，化石能源所占比例高达85%，每年石油、煤炭和天然气的储量都在不断下降。作为不可再生资源，人们赖以生存的石化能源正在日趋枯竭，使得人类面临愈发严峻的能源危机。

1.3可持续发展理念促进生物质能源产业发展

如今，可持续发展思想已深入人心。作为一种可再生能源，生物质能源在给人们提供生产原料与能量的同时实现了环境友好的目标，能够在很大程度上缓解人们对石化资源的依赖。

2生物质能源技术开发的进展

2.1生物液体燃料

包括生物柴油、燃料乙醇和其他液体燃料。当前采用液体催化剂的化学酯交换法是生产生物柴油的关键技术，利用对原料油当中水分、游离酸的严格脱除来防止催化剂失活。液体酸催化方法虽然能够避免水分、游离酸对产率的影响，但设备易被酸腐蚀、甲醇与丙三醇难以分离，且环境友好性较差。燃料乙醇的生产目前还在探索过程中，我国的燃料乙醇发展快，以吉林燃料乙醇公司、河南天冠集团等为代表的企业都在燃料乙醇的研究上取得了较大的进展。此外，生物质快速热裂解液化等技术也是国际上的研究热点。

2.2生物燃气

瑞典、丹麦和德国的生物燃气技术发达，已经实现了规模化、自动化与专业化，多使用高浓度粪草原料进行中温发酵，其应用逐渐延伸到车用燃气与天然气管网领域。至2008年，我国的沼气工程初步实现全面发展，厌氧挡板反应器、上流式厌氧污泥床等发酵工艺都有了示范应用。但受未热电联产和环境、温度条件影响，大多沼气工程稳定性不足且高浓度发酵等工艺应用少。

2.3固体成型燃料

欧美地区的生物质固体成型燃料已走向规模化和产业化，瑞典、泰国等地区对固体成型燃料也给予了很高的重视。20世纪80年代，我国开始研究固体成型燃料并逐步建立了以苏州恒辉生物能源开发有限公司等企业为代表的燃料工厂。

2.4微藻能源

微藻生物柴油技术的研发主要集中在含油量高且环境适应性强的微藻的选育、规模化产油光生物系统的研发以及收集微藻、提取油脂这几个方面，所面临的最大难题是油脂含量、细胞密度高的微藻细胞的培养。使用微藻对石油形成进行模拟是我国研究微藻的开端，此后微藻异养发酵技术、微藻光合发酵模型等的创新都推动了我国微藻能源的研究开发。

3影响生物质能源产业发展的因素

3.1产业模式局限

我国的生物质能源开发利用管理模式还有待健全，原料评价体系、技术规范等还不完善。项目模式也存在缺陷，例如，小型项目配套政策的缺失使得立项复杂且操作成本较高。

3.2生产技术滞后

我国的沼气工程大多应用的是湿发酵工艺，装备与技术水平都比较滞后，不利于沼气的高值化利用。非粮乙醇技术还存在障碍，受工艺复杂、酸浓度需求高、副产物多、设备要求高和成本高等因素制约，乙醇浓度不高、原料综合利用率低和发酵效率低、时间长等问题还有待解决。此外，五碳糖菌种的缺乏、生物酶法制备技术的落后和生物柴油使用性能低、经济性低等也是目前需要解决的难点。

3.3资源供应不足

原料供应不足是我国生物质能源产业发展的一大瓶颈，单一的原料来源制约了沼气工程规模化发展，非粮原料供应的间断不利于其全年均衡生产，陈化粮等原料的缺乏影响了乙醇燃料工业发展进程，生物柴油技术也面临着原料不足的状况。

4对策与建议

4.1创新生物能源技术

生物质能源是实现我国可持续发展是重要能源保障，必须借助自主知识产权核心技术的创新来保证生物质能源产业化的持久。各级政府需积极推广国产化计数，通过补助力度的加大来调动各单位研发应用自主技术的积极性，可通过专项资金的设立来支持生物质能技术创新，逐步形成分散式的产业体系。

4.2合理利用边际土地

针对原料不足这一瓶颈，应当充分利用边际土地来发展非粮生物质能，逐步建设以能源草、甘薯、木薯等作为原料的生物质液体与气体燃料生产基地。

4.3加强国家政策支持

生物质能源的开发利用对于我国资源、能源供应都具有重要意义，必须将其纳入安全战略的考虑范畴并给予相应的政策支持。国家可结合生物质能源发展需求完善相关激励体系，推行纳入能源生产社会成本、环境成本的全成本定价方案，科学制定产品价格补贴、液体燃料消费鼓励和液体燃料强制收购等方面的政策，给生物质能源发展提供强有力的体系支撑。

参考文献

生物质燃料的缺点篇3

作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醚倍受注目，文章介绍了二甲醚的性质、制法及其用途。

作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。

1二甲醚

1．1概况

DME的化学式是CH30CH3，是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；能溶解各种化学物质；由于加压时容易液化，可以用作喷雾剂、致冷剂及特殊燃料。

现在DME是由甲醇在催化剂存在下脱水合成；也可以将甲醇合成时产生的气体分离精制制造。目前全世界二甲醚的产量不超过10×104t/y。

1．2DME的物理性质与特性

表1列出了DME及其它燃料的性质。

表1DME与其它燃料的性质比较表

项目二甲醚丙烷丁烷甲醇轻油(2号)

化学式CH30CH3C3H8C4H10CH30H-

分子量46.0744.0658.0832.04-

沸点℃-24.9-42.1-0.564.5190-350

液比重(沸点)0.750.580.60--

(20℃)0.670.490.570.790.8-0.88

蒸发潜热kJ/kg467126386--

蒸汽压MPa，20℃0.5100.8330.207--

爆炸极限％3.4-272.2-9.51.9-8.56.2-36-

十六烷值155--545>

低位发热量MJ/kg28.946.545.821.142.5

注1十六烷值，表示柴油着火性的指数，该值高表示着火性好。

DME与LPG一样是无色物质，常温常压下是气体。

沸点约-25℃，比C3H8高、比C4H10低。常压下冷到-25℃或在常温下加压到0.5-0.6MPa，容易液化。

在沸点时液体比重比C3H8、C4H10大。

从表1可以知道其特性：

1)液态时的低发热量比C3H8、C4H10低，比CH30H高；

2)十六烷值与轻油近似，具有作柴油引擎燃料的优良特性；

3)爆炸极限比C3H8、C4H10范围宽，但窄于CH30H。

因此说，DME可以作为燃料被广泛应用。

2DME的开发

自然界里DME并不存在，必须由原料来制成，天然气和煤是目前较好的原料。当然在考虑原料问题时，对矿物燃料的资源量必须同时考虑。

由最近的统计确认的矿物燃料埋藏量的可开采年份是：(至1996年底，BP统计)石油：42年；天然气：62年：煤：224年。其中，石油资源在21世纪迎来生产颠峰后生产量将逐渐减少。

天然气可开采年分比石油长20年，还在进行开发，估计将来的埋藏量可达现在3倍，不用担心资源的枯竭：煤可开采年份300年。在DME大量生产时主要考虑用天然气作燃料。

2．1天然气为原料的DME生产

2．1．1合成工艺

由天然气生产DME的流程如下：

天然气合成气甲醇DME

CH4

CO/H2CH30HCH30CH3

|---直接法---

首先，天然气净化后用改质催化剂合成以CO、H2比为主要成分的合成气；这合成气在铜系催化剂下合成甲醇，再由甲醇脱水生产DME。最近为简化工程，降低建设成本，研究了直接制造DME的工艺(直接法)。

由天然气经由甲醇合成DME的反应式如下：

改质反应

CH4十H20CO十3H2-206．3kJ／mo1

C0十H20CO2十H2十41.0kJ／mol

甲醇合成反应

C0十2H2CH30H十90．4kJ／mol

CO十3H2CH30H十49．4kJ／mol

脱水反应(DME合成反应)

2CH30HCH30CH3+H20+23．4kJ／mol

直接法，就是在上述反应中甲醇合成和脱水反应在一个反应器里进行的方法。

2．1．2设备的开发要点

上述的工程中，改质反应是采用了在一般的设备里有催化剂存在下水蒸气改质法制造甲醇和城市煤气等的方法。从已有的技术来看，要与LPG和燃料油竞争必须要规模大、设备大型及提高效率以达到低成本生产。

例如，水蒸气改质法，改质在反应管内进行，从热传递和强度来看，以前的方法有尺寸的限制，故有规模特点的问题。

但与在合成甲醇时所需的比例相比，用水蒸气改质法得到的混合气中H2含量是过剩的，这将降低能效。为了改善这些问题，开发了部分氧化法(用氧的改质法)、水蒸气改质法与部分氧化法组合系统或热交换器型改质炉和用陶瓷薄膜的改质炉。

在合成甲醇中，采用了在大型装置里使用淬冷型(用于冷却的合成气淬冷反应器)，为了放大，提出了回收反应热和提高能效的课题。

最近又开发了除去反应热，一次转化率高的液相法。DME直接合成法也有同样的情况，反应器的构造成了问题。

在各阶段里，共同的课题中长寿、高效的催化剂都是不可缺少。目前从天然气制造DME还处于50kg／d一5t/d的试验规模。

2．2煤作原料生产DME

在亚洲、太平洋地区有丰富的煤，但大量用作燃料有如下缺点：

1)煤是固体，难以用管道输送，为弥补这一点，采用煤、油(COM)和煤、水混合物

(CWM)，在输送、贮藏方面的问题颇多，而且在成本上与石油、LPG、LNG无法竞争。

2)煤中灰分多，会增加运输成本，且在燃烧后还有灰的处理问题；

3)燃烧时要产生SOx、NOx，且有煤尘产生，必须要投资很大的防止大气污染设备；

4)低热值的褐煤、次烟煤等不能很好的利用。

若能以煤作为原料制成DME，则上述缺点全都克服了。而且炭层甲烷(CMG)也可使用，它的需要量将大大地扩大。

由煤生产DME的过程如下：

煤层甲烷

|-DME

煤气化精制-调整反映器|-C02

|-水、甲醇

2．3以减少C02排放量为目的的DME生产1997年防止地球温室化的京都会议的目标是2010年先进国家的C02等温室化气体要比1990年削减5％以上。在成本方面，目前还未考虑以工业大规模生产，唯一在进行试验的是C02的接触加氢生产DME。

C02接触加氢是在催化剂存在的情况下，C02与氢反应生成乙醇及各种烃类的方法。

氢在地球上大量存在，用便宜的制造方法由水即可制得。现在进行的接触式加氢都是反应条件的开发、研究等课题。

3DME的用途

作为能源，考虑DME有如下用途：

1)代替柴油作运输用燃料，由于DME的十六烷值高，完全能替代柴油。又由于在成分中含氧，因排放气造成的环境污染少。而且已经对其进行了作为柴油替代物的燃料规格、安全性、环境影响的考察。

2)作火力发电的燃料，在用液化天然气的场合下是不需要大规模设备的，在这方面使用在煤与中小气田制造的DME，将来是大有希望。在大发电厂可以考虑将DME用来作为调峰时发电用燃料。

3)作民用燃料，因其具有与LPG相类似的特性，用作民用燃料的用途相当广。目前在中国已有小规模使用DME作民用燃料的例子。

4DME的输送与储藏

DME与LPG持有相似的物性，国内法规中的高压气体安全法规仍适用。输送与储藏系统也与LPG相同。对金属无腐蚀，对运输船只、管材、储槽等与LPG的无太大差别。

大容量储槽是采用在约-25℃的低温贮槽储存。用低温储槽，只需要一般的BOG(气化气)的再液化设备，但所要求的压力可以比IPG的略低。DME的蒸发潜热与丙烷的基本相同，这将有利于降低DME的运行成本。

生物质燃料的缺点篇4

【关键词】循环流化床低氮燃烧改造

一、循环流化床的优点

（1）燃料适应范围广。这是循环流化床锅炉的重要优点，几乎可以燃用各种优劣质煤。常见劣质煤如高灰煤、高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥、油页岩等均可进行掺烧。

（2）燃烧效率高。目前国内自行设计的循环流化床燃烧效率高达95%-99%，对无烟煤可达97%，对其他劣质煤时，燃烧效率比煤粉炉高出约5%左右。

（3）脱硫效率高。可直接向循环流化床内加入石灰石、白云石等脱硫剂，脱去燃料燃烧生成的SO2，并可根据燃料中所含的硫量大小确定加入脱硫剂量。

（4）氮氧化物（NOX）排放低。在标准状态下，NOX的排量可以控制在300PPM以下，利用两段低温燃烧技术，可控制在100-200PPM以下。

（5）负荷调节范围大，负荷调节快。通过调节给煤量、空气量及物料循环量，可实现负荷25%-100%之间的快速调整，调整速度一般可达每分钟4%。

（6）灰渣含碳量低，易于实现综合利用。循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，灰渣含碳量低（含碳量一般小于5%），属于低温透烧，灰渣可直接进行综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料等。

（7）循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在其他锅炉的受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，可以长时间压火，压火时间可达8小时，方便故障的临时处理。

（8）燃料预处理系统简单。循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于13mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化，仅需简易破碎便可达到燃烧要求。

（9）给煤点少。循环流化床锅炉的炉膛截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。

二、影响循环流化床氮氧化物排放的因素

在循环流化床锅炉中，产生氮氧化物的主要来源是燃料中的N，因此，从总体上看，燃料N含量越高，则氮氧化物的排放量也越高。当空气不分级或者分级不明显的时候，降低过量空气系数，在一定程度上可限制反应区的氧浓度，可控制氮氧化物的生成。

另外，燃烧温度对氮氧化物排放量的影响已趋于共识，即随着炉内床温的提高，氮氧化物的排放量也随之升高。

因此，要将氮氧化物控制在200mg/Nm3以下（SNCR之前），需要通过以下几点来实现：控制床温，减少氮氧化物的生成；

低氧燃烧，创造还原性气氛，已生成的氮氧化物进行还原；二次风分级燃烧，燃尽因缺氧燃烧遗留的可燃物。

三、循环流化床低氮燃烧技改设计原理

循环流化床锅炉高效低氮燃烧技术，强调了高效燃烧前提下的二次风合理低氧分级原则与低一次风率方式下的理想料层流态化构建技术的融合，充分照顾到了高效燃烧与De-NOx的协调统一。是从优化炉内物料流态化状况、改善着火燃尽特性、保证或提高锅炉热效率和优化汽水风烟参数等四个方面入手，然后引申一步做出的精细化二次风布局与一次风优化方案，进而通过设备改造和科学的燃烧调整过程，产生CFB沿物料流程的温度均衡、还原区有效降氮与氧化区高效脱硫的有机结合、保障燃尽率的局部风煤比均匀、二次风射流立体布局的分级供风和整体低氧燃烧过程的良好燃料适应性等五个方面的最终技术改造效果。本技术强调的是高效燃烧与De-NOx过程的高度统一。作为CFB锅炉运行的一般原则，务必要遵循“一次风主调料层温度确保床温，二次风补充氧量紧跟负荷”这一基本要领。

四、循环流化床低氮燃烧改造方案

（1）通过烟气再循环系统，在一次风中引入部分烟气，确保一次风流化效果的同时，有效降低一次风氧量，降低燃烧温度，抑制初期燃烧NOx生成。

（2）在布风板上一定的高度处开设一层或两层二次风喷口，将二次风沿炉膛轴向（即烟气流动风向）分级送入炉内，使燃料的燃烧过程沿炉膛轴向分级分阶段进行。在第一阶段，利用烟气再循环技术将通过一次风送入炉膛密相区的空气量减少到一定程度，燃料先在缺氧条件下燃烧，此时密相区的过量空气系数α1的富氧条件下完成燃烧过程。

五、运行调整方法

（1）一次风量需要满足高料层时良好流化，以冷态流化实验的最低流化风量为基准，适当增加，确保在高料层时能够正常流化。

（2）在锅炉启动和低负荷未投二次风之前，主要靠调整一次风量满足流化风量；调整烟气再循环满足燃烧需要的氧量，要平衡流化、床温、大渣燃尽、低氮和低硫排放。

（3）在一次风不能满足以上要求时，需要投入二次风加强燃烧。此时的负荷调整主要调整二次风和煤量。二次风在投入时可先关闭上层风门，对称、均衡的投入下层二次风；随着负荷的增加，逐渐投入上层二次风。二次风控制的原则是：控制氧量，保证二次风能穿透和扰动床料，满足密相区上部富氧燃尽所需的氧量。

特别强调：二次风压有一个低限值，低于此风压，二次风将无法穿透料层，表现为氧量高，炉膛上部温度低，负荷带不上去。二次风门的操作要尽可能全开（至少大于50%）或全关（剩余5%左右，风门漏风冷却二次风喷嘴）。二次风压低于底限值时，要根据炉膛温度分布，关闭或开启相应区域的二次风门，以保证穿透风压。

生物质燃料的缺点篇5

据介绍，国家发改委将继续以秸秆综合利用为核心，实施秸秆气化、秸秆清洁能源运营、秸秆固化成型等综合利用工程；同时组织实施和完善综合资源认定政策，落实国家税收优惠，推进生活垃圾综合利用发电工程。

国家能源局将积极推进农村生物质能利用，实现生物质能电力、液体燃料、燃气和热力等能源的生物原料种植收集、加工销售、利用产业一体化，促进绿色内需经济，构建城镇清洁能源体系。

农业部下一步将重点推进生物质能的技术创新，科学推动农村沼气发展，因地制宜开展秸秆能源化示范，实现节煤炉灶和炕的升级换代，推广生物质炉灶。

生物质能是一个交叉产业，既是可再生能源，又属于生物技术和生物产业的范畴。与风能、核能、太阳能等新能源相比，生物质能具有独特的优势：资源来源广泛、利用方式多样化、能源产品多元化、综合效益显著。

它是惟一可转化为气、液、固三种形态燃料并具有双向清洁作用的可再生能源，包括生物液体燃料、生物质燃气、生物质成型燃料和生物质发电。开发利用生物质能，是发展低碳经济、循环经济和生态经济的重要内容，是促进农村发展和农民增收的重要措施，是培育和发展战略性新兴产业的重要任务。

中国农业大学农学与生物技术学院程序教授认为，发展生物质能源的意义主要表现在：首先，有利于保证国家能源安全，实现能源多元化，减少中国对煤炭、石油、天然气等传统能源的依赖；其次，有助于大幅减少温室气体排放，降低碳排放量，减少空气污染；第三，发展生物质能源也可有力帮助破解“三农”难题，显著扩大内需。生物质能源跟其他可再生能源比，是惟一的一种和农民直接发生“关系”的能源，而且发展生物质能往往对农民有利，因为生物质能原料是从农民手里获得的，所以如果要想解决“三农”问题，生物质能源是一个非常好的“抓手”。

资源丰富市场广阔

中国生物质能资源广泛，主要有农作物秸秆及农产品加工剩余物、林木采伐及森林抚育剩余物、木材加工剩余物、畜禽养殖剩余物、城市生活垃圾和生活污水、工业有机废弃物和高浓度有机废水等。

其中可作为能源化利用的农作物秸秆和农产品加工剩余物每年约4亿吨，可供能源化利用的林业剩余物每年约3.5亿吨。适合人工种植的能源作物（植物）有30多种，包括油棕、小桐子、光皮树、文冠果、黄连木、乌桕、甜高粱等，资源潜力可满足年产5000万吨生物液体燃料的原料需求。

目前全国每年城市生活有机垃圾清运量约1.5亿吨，其中50%可作为焚烧发电的燃料或垃圾填埋气发电的原料，可替代1200万吨标准煤。厨余垃圾还可作为生物柴油的原料，每年可获得量约300万吨。城镇污水处理厂污泥年产生量约3000万吨，其中约50%可能源化利用。酒精、制糖、酿酒等20多个行业每年排放有机废水43.5亿吨、废渣9.5亿吨，可转化为沼气约300亿立方米。规模化畜禽养殖场粪便资源每年约8.4亿吨，生产沼气的潜力约400亿立方米。

《生物质能发展“十二五”规划》显示，中国可作为能源利用的生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤，目前已利用量约2200万吨标准煤，还有约4.4亿吨可作为能源利用。

十报告提出，坚持走新型工业化、城镇化和农业现代化道路，着力在城乡规划、基础设施、公共服务等方面推进一体化，促进城乡要素平等交换和公共资源均衡配置。

根据官方公布的数据，过去五年，中国城镇化率由45.9%提高到52.6%，转移农村人口8463万人。据专家测算，到2022年，中国城镇化率将超过60%。

国家发改委城市和小城镇改革发展中心副研究员王大伟撰文指出，未来，城镇化重点必需转向提高质量和数量并重，在每年提高0.8～1个百分点，新增1300万城镇人口，并同等享有城镇户籍人口公共服务的同时，要重点加快存量农民工市民化。到2022年，解决好农业转移人口市民化问题，同期基本完成中国的工业化和城镇化进程，据此，每年需要解决的农业转移人口市民化人口总量超过2500万。

程序表示，中国的生物质能市场广阔，数亿农民要实现“全面小康”，就得让他们能享受与城市居民一样的公共服务，即“均等化服务”。这其中一个很重要的方面，就是现代商品能源的服务。而目前，中国农民和城市居民享受的现代能源服务差距巨大：2007年城市居民和农民的人均年能源消费量分别是1356kg和271kg标准煤。而且农民这271kg标准煤的消费量中一大半是秸秆、薪柴和粪便，城市居民1356kg的能源消费量则都是煤、气、石油等。

发展迟缓不温不火

“从目前看，生物能源是惟一能大规模替代石油燃料的能源产品。”中国资源综合利用协会研究员张健表示，而且，生物能源表现出来的环境友好性也是其他能源望尘莫及的，既可以变废为宝，还可以做到连续循环，基本是零排放。

而程序认为，很多人只知有所谓“森林碳汇”，却不知还有汇容更大的“生物质能碳汇”；更不知道在所谓“低碳”、“零碳”之外还有“负碳”的生物燃料。

所谓负碳，是指从人畜粪尿制取的沼气再提纯为生物天然气作燃料，以全生命周期计，其碳排放当量是负值。数据显示，生物天然气作车用燃料，每获得1兆焦做功的能量，碳排放当量是-62公斤。对苦于碳排放总量不断增加、对策又极为有限的中国来说，生物能源恰如“雪中送炭”。

然而，生物质能源的发展却一直步履蹒跚，不温不火。据统计，世界范围内生物质能源占所有一次性能源的比例仅为13%。环顾全球，只有极少数国家真正实现了绿色发展。大力开发生物能源（主要是生物质成型燃料和沼气——生物天然气）的瑞典就是杰出的代表。当前，可再生能源占瑞典一次能源年消费量的比例，已上升到46.35%，而仅生物能源一项，占比就达到31.7%。

相比之下，中国生物能源占一次能源的比例，连0.5%都未达到。而且相比太阳能、风能的成倍增长，近5年来，中国生物质能源总量发展严重滞后。在《可再生能源发展“十一五”规划》中，只有生物质发电和生物柴油完成了既定目标，而沼气利用量只完成了大约2/3，生物质固体成型燃料只完成了1/2，非粮燃料乙醇则仅完成了既定目标的10%左右，一个主要原因在于国家的产业扶持政策没有跟上。

从中国“十二五”可再生能源发展规划中不难看出，与水能、风能、太阳能等相比，生物质能的投入和推广力度仍显单薄。“十二五”时期，可再生能源新增发电装机1.6亿千瓦，其中常规水电6100万千瓦，风电7000万千瓦，太阳能发电2000万千瓦，生物质发电750万千瓦。

7月15日，《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》出台。这份文件进一步细化了国务院提出的刺激国内光伏需求的“国六条”，将2015年国内光伏发电装机目标在2000万千瓦基础上再上调75%，今后3年将新增装机容量3000万千瓦，并首次明确电价和补贴机制以及光伏准入门槛。

目前，生物质能产业化规模和程度最高的还是在发电领域，包括垃圾发电、秸秆发电、沼气发电等。数据显示，国内有上百家生物质电厂，2012年生物质能发电量约800万千瓦，但生物质直燃发电平均上网电价0.75元/千瓦时，远高于燃煤发电成本。

光大证券的研究报告称，生物质能的发展趋势朝生物质制气、燃料乙醇、生物柴油和航空煤油的方向发展，但目前这几个行业尚处在起步阶段，技术不成熟，装备没有产业化。

业内人士告诉记者，生物质能项目的专业化市场化建设管理经验不足，产品、设备、工程建设和项目运行等方面的标准不健全，检测认证体系建设滞后，缺乏市场监管和技术监督。成型燃料市场尚未完全开发，农村生物质能项目产业化程度较低，可持续发展能力不足。

“生物能源之所以长时间长不大，主要是产业模式比较模糊，产业链条复杂、繁琐。”中投顾问研究员田艳丽说，以秸秆生物质能源处理为例，本意并非是生产石油替代品，而是为了处理农业垃圾。同样，以城市垃圾为原料的生物能源项目也存在定位不清的问题。相对来说，太阳能、风能、水能等新能源产业发展的目的十分明确，因此，在资金投入、产业规划、政策制定上十分容易操作。

原料不足渠道不畅

据媒体报道，国内生物质发电产业龙头凯迪电力，受制燃料缺乏，过半生物质电厂处于半停机状态。对此，凯迪电力表示，目前公司运行电厂里，确实只有少部分电厂满负荷运转，大部分电厂因缺乏燃料，处于半停机状态的说法基本属实。

刚刚辞职的凯迪电力原董事长陈义龙在6月28日召开的股东大会上向媒体表示，当初进入生物质发电项目时，确实有些理想化，如今出现很多当初没有考虑到的困难，但生物质发电的方向绝对不会变。他指出，生物质发电和生物质燃油项目，目前最大的瓶颈仍是原料不足。

据江苏省电力行业协会透露，江苏已建成投运的十几家生物质发电厂，家家亏损。曾号称装机容量“世界第三、中国第一”的兴化中科生物质发电厂，运行不到一年就因巨亏而停产。

国信集团新能源开发公司副总经理张军坦言，当年积极上马建设生物质发电项目，一方面是国家发展新能源的鼓励政策的吸引，一方面地方政府也承诺帮助企业把秸秆收上来，没想到秸秆收集难，直接影响了发电成本。

最新数据显示，在生物柴油发展的黄金期，国内涉足企业数量一度超过300家，截至目前，这一统计数据缩水了九成。

业内人士透露，现在国内生物柴油厂家全线生产的就剩下30家了，其他的厂家是停产或半停产状态。原料供不上、销售打不开、政策扶持不到位是造成多数生物柴油生产厂家停产的原因。

尽管生物柴油的各种指标与石油路径产柴油一样，采用生物柴油的汽车，可减少二氧化硫和铅的排放，但很多车主对生物柴油并不感兴趣，原因在于担心生物柴油对汽车造成损害。

“其实不仅仅是车主，很多地方政府对生物柴油的性能、优缺点也不是很了解，虽然国家在生物柴油方面出台了一些指导性、扶持性政策，但到了地方，执行起来就不是很理想了。”成都益优生化有限公司工作人员杨丽鸿无奈地表示。

与生物柴油生产企业一样，原料供应、终端销售的问题同样困扰着燃料乙醇、生物航空燃料、生物燃气等生产企业。

农林生物质原料具有分散性和季节性特点，目前原料收集主要依靠人工和小型机械，运输主要依靠通用运输工具，缺乏完整的专业化原料收集、运输、储存及供应体系，收储运效率低，原料供应不稳定，难以满足生物质能规模化利用的需要。

专家介绍，生物能原料制约是实现产业化的“绊脚石”，一是运输成本，如果超过一定的运输半径，生物原料运输费用成本大幅上升，导致企业无利润空间；二是储存成本，生物质原料的季节性供应使企业储存成本成倍增加。

对于原料不足，程序认为，首先是某些企业乃至少数专业人员做计划时的盲目性；其次，一些生物质能源企业还像计划经济时代的工业企业那样，习惯于端着国家计划安排、调拨原料的“铁饭碗”，根本不想、也不善于和控制着生物质原料的成千上万的农民打交道。比如，由于没有和农民形成互利的利益“共同体”，有的农民为了多卖钱，就可能会掺杂使假，如在秸秆里泡水、掺土以压秤。因此，厂家必须重视和农民建立互利共赢的关系，从而在数量、质量、价格上确保原料的供应。

阳光凯迪新能源集团董事长陈义龙在文章中也指出，生物质能源产业发展中要创新一种善于同农民打交道的原料收购模式。前期涉足生物质能源的企业在这一点上对困难估计不足。发展生物质能源产业必须宣传发动亿万农民参与、支持并使其受益；必须依靠各级政府支持建立原料收购市场的诚信体系；必须优化收购系统的业务流程，坚持流程标准化、作业机械化、过程信息化建设；必须像中国每年5亿多吨粮食收购工程一样，取消中间商与经纪人，实行公开透明的阳光收购。

此外，技术也是中国生物能源产业发展的瓶颈。目前，国内生物质能利用技术和装备处于起步阶段，仍未掌握循环流化床气化及配套内燃发电机组等关键设备技术，非粮燃料乙醇生产技术需要升级，生物降解催化酶等核心技术亟待突破，生物柴油生产技术应用水平还不高，航空生物燃油、生物质气化合成油等技术尚未产业化。生物质能综合利用水平低，转换效率有待提高。

政策扶持市场驱动

近年来，为应对国际能源供需矛盾、全球气候变化等挑战，越来越多的国家将发展生物质能作为替代化石能源、保障能源安全的重要战略措施，积极推进生物质能开发利用。

美国提出到2022年生物燃料占交通燃料的20%，欧盟提出到2022年生物燃料占交通燃料的10%，瑞典的目标是到2022年交通基本不再使用石油燃料。

中国的生物质能发展目标是：到2015年，生物质能产业形成较大规模，在电力、供热、农村生活用能领域初步实现商业化和规模化利用，在交通领域扩大替代石油燃料的规模。生物质能年利用量超过5000万吨标准煤。其中，生物质发电装机容量1300万千瓦、年发电量约780亿千瓦时，生物质年供气220亿立方米，生物质成型燃料1000万吨，生物液体燃料500万吨。

在财政支持方面，欧美国家主要采取财政补贴、税收优惠等措施支持生物质能发展。德国对沼气发电给予电价补贴，瑞典对使用生物质成型燃料采暖的用户提供资金补贴，美国等国家对燃料乙醇和生物柴油实行减税政策。一些国家制定车用燃料中生物燃料含量的强制性标准，推动生物液体燃料在交通领域的使用。

在研发支持方面，欧美国家将现代生物质能技术作为重要的新能源技术。从2009年开始，美国的新能源计划对科技研发投入已经超过了新能源市场回报额。美国凭借其在农业领域的竞争优势，以及在制造技术、酶催化剂、原材料研究和白色生物技术四项技术上的绝对领先地位，在全球范围内大力推动生物能源的开发和利用，最终形成以生物技术、农业和生物能源为核心的低碳经济增长模式，继续引领世界经济增长。

相对于欧美的政策扶持，中国生物质能产业虽然也有一些财政补贴、税收优惠等政策措施，但大都采用“一刀切”的方式，而且设置门槛过高，补贴力度也不及风能、太阳能。

中国农村能源行业协会生物质能专委会秘书长肖明松表示，现在从事生物质能的大部分是中小企业，很多企业达不到补贴标准。比如秸秆利用项目可获得财政部补贴的标准为，企业注册资金1000万元，年利用秸秆1万吨，这个标准有点高。另外，生物质发电补贴必须要求100%的生物质燃料，而目前很多燃煤机组只需要做很少的投入和技术改造，就可以混烧5%～10%的生物质燃料，但是这类项目也无法获得补贴。另外，企业一般年底上报项目，第二年5月份才能获得补贴，补贴下发的周期太长。

据了解，农业部门对秸秆收储也有补贴政策，但门槛高，要求收储点必须达到6万吨才享受补贴，事实上很少有企业能达到这样的标准。

作为国家鼓励类投资项目，生物质电厂除了享受国家给予的0.75元/度的上网电价外，在规划、用地、环保、税收等方面并无优惠。而纵观生物质发电走在世界前列的国家，无不在价格激励、财政补贴、减免税费等方面展现政府的推手作用。专家建议，对于这样一个朝阳产业，政府应当从秸秆资源分布角度，完善规划布局。同时，建立包括土地、环保、税收、运输等在内的支持发展政策体系，扶持、引导生物质电厂建立完善有序的秸秆收储体制，为生物质发电项目健康和可持续发展提供有利的政策和市场环境。

对于生物柴油的税收优惠，财政部国家税务总局下发了《关于对利用废弃的动植物油生产纯生物柴油免征消费税的通知》（财税[2010]118号）。从2009年1月1日起，国家对利用废弃的动物油和植物油为原料生产的纯生物柴油免征消费税，但需同时符合两个条件：生产原料中废弃的动物油和植物油用量所占比重不低于70%；生产的纯生物柴油符合国家《柴油机燃料调合生物柴油（BD100）》标准，而且对“废弃的动物油和植物油”的范围进行了专门明确（财税[2011]46号）。

能源专家周勇刚表示，只有通过国家层面的政策引导和扶持，大力推广生物质能源，让全社会更加了解生物质能源的价值和前景，才能推动项目产业化。

当然，定价机制和财税补贴激励政策也要分层设计，更加细化，更加照顾到中小企业。为了促进生物质能产业健康发展，除了加强政策引导和扶持，健全完善政策体系，还必须充分发挥市场机制作用，不断提升生物质能产业的市场竞争力。

程序指出，目前不少生物质能企业采取“直接、硬挤”的市场策略，这也是有问题的。很多人以为生物质能源只要做出来就有市场，其实不尽然。化石能源占领市场已经有上百年了，生物质能源要想挤占化石能源原有的一部分市场份额，不讲策略是不行的。单单靠国家政策的扶持，比如强制性规定在汽油中掺生物乙醇，并不能解决根本问题。

比如现在有若干生物质固体成型颗粒/块燃料生产厂家十分不景气，有的甚至到了倒闭的边缘，这往往是市场策略出了问题。厂家指望颗粒燃料直接在市场上卖，但是多数情况下生物颗粒燃料的价格比煤优势不大，有的还需要专用锅炉，因此必然缺乏市场竞争力。我认为生物质能源要想真正发展，必须努力去找到那个应该能正确发挥作用的地方，即所谓“生态位”市场。

如何理解“生态位”市场？就是说，厂家不直接将颗粒燃料投入燃料市场，而是去“卖”能源服务。例如，不少用能单位需要取暖，需要热水、热气供应，过去它们是依靠烧煤或重油，这样空气污染会很严重。现在请它与颗粒燃料企业签订协议，后者把所有的供暖和供热需求包下来。生物质能企业在满足能源需求而且盈利的同时，还解决了用户原来使用化石能源产生的环境污染问题。

生物质燃料的缺点篇6

普通电池是将电池内部的化学能转变成电能，而燃料电池是将电池外部的燃料（氢和氧）通过化学反应，将其释放的能量转变成电能输出。燃料电池外部的燃料存储系统是一个活动装置，可以方便地更换和补充燃料。

燃料电池的基本原理是水的电解的逆反应。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质组成。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气），在电极上常使用催化剂（例如白金）来加速电化学反应。氢在负极分解成正离子H＋和电子e。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。

2燃料电池的种类及其特点

2.1质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCells—PEMFC)

该电池的电解质为离子交换膜，薄膜的表面涂有可以加速反应的催化剂（如白金），其两侧分别供应氢气及氧气。由于PEM燃料电池的唯一液体是水，因此腐蚀问题很小，且操作温度介于80℃～100℃之间，安全上的顾虑较低；其缺点是，作为催化剂的白金价格昂贵。PEMFC是轻型汽车和家庭应用的理想电力能源，它可以替代充电电池。22碱性燃料电池(AlkalineFuelCells—AFC)

碱性燃料电池的设计与质子交换膜燃料电池的设计基本相似，但其电解质为稳定的氢氧化钾基质。操作时所需温度并不高，转换效率好，可使用的催化剂种类多且价格便宜，例如银、镍等。但是，在最近各国燃料电池开发中，却无法成为主要开发对象，其原因在于电解质必须是液态，燃料也必须是高纯度的氢才可以。目前，这种电池对于商业化应用来说过于昂贵，其主要为空间研究服务，包括为航天飞机提供动力和饮用水。

2.3磷酸型燃料电池(PhosphoricAcidFuelCells—PAFC)

因其使用的电解质为100％浓度的磷酸而得名。操作温度大约在150℃～220℃之间，因温度高所以废热可回收再利用。其催化剂为白金，因此，同样面临白金价格昂贵的问题。到目前为止，该燃料电池大都使用在大型发电机组上，而且已商业化生产，但是，成本偏高是其未能迅速普及的主要原因。

2.4熔融碳酸盐燃料电池((MoltenCarbonateFuelCells—MCFC)

其电解质为碳酸锂或碳酸钾等碱性碳酸盐。在电极方面，无论是燃料电极还是空气电极，都使用具有透气性的多孔质镍。操作温度约为600℃～700℃，因温度相当高，致使在常温下呈现白色固体状的碳酸盐熔解为透明液体。此型燃料电池，不需要贵金属当催化剂。因为操作温度高，废热可回收再利用，其发电效率高达75％～80％，适用于中央集中型发电厂，目前在日本和意大利已有应用。

2.5固态氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCells—SOFC)

其电解质为氧化锆，因含有少量的氧化钙与氧化钇，稳定度较高，不需要催化剂。一般而言，此种燃料电池操作温度约为1000℃，废热可回收再利用。固态氧化物燃料电池对目前所有燃料电池都有的硫污染具有最大的耐受性。由于使用固态的电解质，这种电池比熔融碳酸盐燃料电池更稳定。其效率约为60％左右，可供工业界用来发电和取暖，同时也具有为车辆提供备用动力的潜力。缺点是构建该型电池的耐高温材料价格昂贵。

2.6直接甲醇燃料电池（DirectMethanolFuelCells—DMFC）

直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，然后如同标准的质子交换膜燃料电池一样，氢再与氧反应。这种电池的工作温度为120℃，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约在40％左右。其使用的技术仍处于研发阶段，但已成功地显示出可以用作移动电话和笔记本电脑的电源。其缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比常规的质子交换膜燃料电池需要更多的白金催化剂。

2.7再生型燃料电池（RegenerativeFuelCells—RFC）

再生型燃料电池的概念相对较新，但全球已有许多研究小组正在从事这方面的工作。这种电池构建了一个封闭的系统，不需要外部生成氢，而是将燃料电池中生成的水送回到以太阳能为动力的电解池中分解成氢和氧，然后将其送回到燃料电池。目前，这种电池的商业化开发仍有许多问题尚待解决，例如成本，太阳能利用的稳定性等。美国航空航天局（NASA）正在致力于这种电池的研究。

2.8锌空燃料电池(Zinc－airFuelCells—ZAFC)

利用锌和空气在电解质中的化学反应产生电。锌空燃料电池的最大好处是能量高。与其他燃料电池相比，同样的重量，锌空电池可以运行更长的时间。另外，地球上丰富的锌资源使锌空电池的原材料很便宜。它可用于电动汽车、消费电子和军事领域，前景广阔。目前MetallicPower和PowerZinc公司正在致力于锌空燃料电池的研究和商业化。

2.9质子陶瓷燃料电池(ProtonicCeramicFuelCells—PCFC)

这种新型燃料电池的机理是：在高温下陶瓷电解材料具有很高的质子导电率。ProtoneticsInternationalInc.正在致力于这种电池的研究。

3燃料电池的研发和应用现状

燃料电池技术在全球的开发极为活跃。全世界约有20多个国家的上千家公司和机构投入巨额资金从事燃料电池的研究和商业化工作。目前，已有2500多个燃料电池系统安装在世界各地，为医院、托儿所、宾馆、办公楼、学校、机场和电厂等提供基本的和备用的电力供应。

美国是研究燃料电池最早的国家，处于该领域的领先地位。早在上世纪60年代初，NASA为解决航天飞机中普通电池过重的问题而开始研究新的动力装置。之后的几十年中，能源部（DOE）、电力研究所（EPRI）和气体研究协会（GRI）等部门都投入了大量的人力和财力进行

研发。目前，碱性电池长期被NASA采用；磷酸型电池技术也相当成熟，已有广泛的商业化应用。2MW的熔融碳酸盐电池已投入运行，西屋（Westinghouse）公司100kW固体氧化物电池也已在荷兰安装。

日本在30多年前就开始燃料电池的研究，近年来成果尤为显著。开发重点集中在磷酸型、熔融碳酸盐型、固体氧化物型3大类。容量达11MW的磷酸盐发电装置也已在东京电力公司投运，效率达43.6％，熔融碳酸盐型已经运转的有2MW级装置。另外还建立了许多宾馆、医院用的100kW级的磷酸型现场发电电池系统。

欧洲各国燃料电池开发较美国、日本为晚。早年主要兴趣在碱性电池，随着燃料电池技术的发展，其优越特性逐渐为人们所认识，欧洲各国也加快了燃料电池技术的引进开发。荷兰、意大利、德国、西班牙等国分别完成10kW、100kW、280kW级碳酸盐型电池的开发，德国和瑞士分别进行了7kW和10kW级固体氧化物电池的开发；意大利于1991年投运了美国造的1MW级磷酸型电池装置。

由于石油短缺和汽车尾气污染等环境问题日益严重，目前燃料电池研发生产的一个重要方向是能够给汽车提供动力。几乎所有大的汽车制造商都在研发使用燃料电池的电动汽车，并已有示范车型。目前，丰田和本田公司已经在日本和美国开展电动汽车的租车业务。现在已有一些使用充电电池的电动汽车，但使用燃料电池的电动汽车市场仍处于培育阶段。专家们预测到2010年前后才能实现商业化。应用于便携式设备（手机、笔记本电脑、掌上电脑等）的微型燃料电池的研发竞争也在激烈地进行。

我国燃料电池的研制开发起步并不晚，然而发展缓慢。上世纪70年代，为配合航天事业的发展我们在碱性燃料电池领域取得了一些进步，但到上世纪80年代由于资金原因研发放慢了，直至上世纪90年代末才又开始新一轮的研发及商业化尝试。

在国内燃料电池研发工作中具有代表性的大连化学物理研究所，已经从事燃料电池的研究近50年，早年曾成功研制了500W的碱性型燃料电池，近年来致力于质子膜、熔融碳酸盐和固体氧化物型电池的研究。该所在2001年至2003年间，将30kW的质子膜电池组用在小型汽车和大型公共汽车上示范成功，并成立了新源动力公司，开始了产品的商业化进程。2003年春，该所与清华大学合作将75kW的质子膜电堆应用在公共汽车上。在直接甲醇燃料电池方面，大连化物所、韩国三星公司、南孚电池公司建立了合作实验室。目前，中国科技大学无机膜研究所已成功研制了新型中温固体氧化物燃料电池。6种燃料电池的应用及技术状态见表1。

4结语

由于燃料电池的成本居高不下，目前仍处于研发和示范应用阶段，但它在能源贮备、供应方面的安全、可靠、高效率、无污染等特性和广阔的应用前景，使得全世界都在这个领域进行着研发竞赛。