LED路灯发展趋势

迈向低碳经济

季恒宽1 封 颖2 盛达昌3

(1. 中国高科技产业化研究会副理事长，2．中国科学技术信息研究所副研究员，

3. 中国高科技产业化研究会副秘书长兼新能源专家委员会副主任）

一、国际竞争正酝酿着新的变局

一系列国际经济指标均表明，在各国刺激经济计划的作用下，世界经济已出现了回暖的迹象，开始进入后金融危机的时代。我国今年前三季度GDP增速为7.7%。世界银行预计我国2009年GDP增速为高至8.4%，2010年增速为8.7%。美国第三季度GDP折合成年率增长3.5%，在连续四个季度下滑后首次出现增长。德国今年第二、三季度经济均实现了增长，2010年经济增速将有可能达到0.9%。

后危机时代国际政治经济竞争正酝酿着新的变局。当前，世界各国都在积极探索新的发展方式，并着力对相关产业的战略布局进行调整，国际政治经济秩序和竞争规则将会发生一系列深刻变化——以新能源、新材料、生物技术、信息技术等高技术为基础的战略性新兴产业成为世界各国战略部署的重中之重，未来科技发展战略制高点的竞争将更加激烈。

美国总统奥巴马认为，能够领导21世纪全球清洁能源的国家将能够领导21世纪的全球经济。奥巴马和新一届国会正在进行全面的能源改革，以提高能效、扩大可再生能源的应用，并降低温室气体排放。奥巴马的经济刺激计划包括了在低碳和环境方面的投资总额多达800亿美元。《美国经济复苏法案》中，把1亿美元投入到能源输配和替代能源研究上，把218亿美元用于对节能产业的投入，把200亿美元用于新型汽车的研发和推广，美国能源部还专门投入7.77亿美元，支持建立46个能源前沿研究中心[1]。欧盟在2020年的一揽子计划和经济复苏计划中，大力推动在低碳经济方面的投资，特别强调要增大“绿化”欧盟的创新和投资，加速向低碳经济转型，欧盟相继提出了“绿色汽车伙伴行动”、“能效建筑伙伴行动”和“未来工厂伙伴行动”来推动绿色创新。2008年到2011财年间，英国低碳投资

，

为500多亿英镑。[23]低碳热潮在全世界涌动。2008年，全球在可持续能源发电方面的投资首次超过了化石燃料——据估计，在2500亿总投资中有1400亿投向了可持续能源。全球低碳产品和服务市场已经达到3万亿英镑，在未来10年还有望增长一半左右，仅在英国就可

，

以创造约40万个新工作岗位。[23]

二、新兴战略性产业将成为经济社会发展的主导力量

任何一次经济危机本质是经济发展模式改良的必然过程，模式优则竞争力强。可喜的是，高层已经敏锐地看到了这个重大的国际背景问题。中国表示，“十二五”期间将把推进新能源、生物医药、第三代移动通信、三网融合、节能环保等战略性新兴产业的技术研发和产业化，创造新的市场需求，培育新的经济增长点。2009年5月，李克强副总理在讲

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话中说：新能源产业正孕育着新的经济增长点，也是新一轮国际战略制高点。当前国际金融危机为新能源产业带来了机遇，要以发展新能源为重要举措，以企业为主体、加强主导，促进风能、太阳能、水力发电以及新能源汽车的发展，加快能源改造、最大限度地减少对原生资源的消耗，最大限度地降低污染和废弃物最终排放量，直至实现“零排放”，推进我国能源结构乃至产业结构的调整。2009年11月3日，总理在《让科技引领中国可持续发展》的讲话中指出，要逐步使新兴战略性产业成为经济社会发展的主导力量，首先就是要高度重视新能源产业发展,创新发展可再生能源技术、节能减排技术、清洁煤技术及核能技术,大力推进节能环保和资源循环利用,加快构建以低碳排放为特征的工业、建筑、交通体系。要努力走在全球新能源汽车发展的前列,尽快确定新能源汽车的技术路线和市场推进措施,推动中国汽车工业跨越发展。

我们认为，低碳经济有三方面的战略意义。一是低碳经济关联度大，产业链长，对农业、医药、能源、材料、环保等其他产业的发展有较强的带动和诱导作用。二是有持续稳定增长的潜力，符合未来世界发展的大趋势。低碳技术与产业具有资源依赖性强、技术通用性强的特点。资源依赖性强，就为节能环保空间广阔的发展中国家（如我国）提供了实现跨越式发展的难得机遇；技术通用性强，则不易形成市场垄断，而容易实现在不同应用领域的技术转移，当前还没有形成发达国家垄断的低碳科技、低碳质量、低碳产品标准，这就为后发国家提供了实现跨越式发展的可能性。三是低碳经济的科技含量高，符合生态规律，长远经济效益好。低碳技术的溢出效应非常广泛，它几乎可以在任何运用物质的产业中转化为生产力。

三、低碳经济代表性产业之一： 新世纪新光源，LED产业引发照明

随着第三代半导体材料氮化镓物的突破，半导体技术继引发微电子之后，又将引发一场新的产业——照明，其标志是基于半导体发光二极管的半导体照明，将逐步进入普通照明领域。半导体照明（LED）具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特点，它的出现将极大地改变人们的生活方式，被各国公认为最有发展前景的高技术节能产业之一。

（一）LED产业发展迅猛

近10年来，由于在产品亮度及发光效率等产品特性大幅度增进，LED产业获得了突破性发展，LED产品逐步进入了普通照明市场。图1即为1960年到2020年左右的LED技术和产品发展图示。

近年来，LED产业取得了飞速增长，如下图2所示。预计到2010年底，全球LED市场份额将达到110亿美元左右，产业发展增速将达到18％左右。

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图1：1960年到2020年左右的LED技术和产品发展图示

资料来源：拓煤产业研究所（2006/11）

图2：全球LED市场规模及预估

资料来源：IEK

（二）国外纷纷设立推动LED产业发展的计划

LED巨大的市场潜力引起各国的高度重视，近年来，世界各主要发达国家都制定了相应的国家级LED发展计划，以加大研究开发力度。美国能源部于2000年开始启动国家半导体照明研究计划，即“下一代照明计划”（NGLI），由13个国家重点实验室、公司和大学参与。总共将投资5亿美元支持计划的实施。随后，美国能源部负责制定了《半导体照明研究与发展计划》（SSL计划）（见图3）。美国五角大楼（美国国防部）、美国联邦储备局（美国的银行）这样一些重要机构，已正式开始启用LED灯具。欧盟委托6个大公司和2个大学，设立了“彩虹计划”。日本制订了“21世纪光计划”，由13个公司和4所大学参加。韩国制订了“GaN半导体开发计划”。与此同时，世界照明设备的几大巨头公司都启动了大规模的商用开发计划。

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早在1999年，国际三大照明公司几乎同时分别与半导体光电子行业的佼佼者展开了合作，GE（通用）公司与Emcore公司、Philips（菲利普）照明公司与HP（惠普）公司、Osram（欧斯朗）公司与西门子光电子部门等成立了合资的LED公司，他们的目标就是使LED成为21世纪的新光源。我国地区也在组织实施“新世纪照明光源开发计划”[5]。（见图4）

图3：美国国会对SSL计划的经费支持

国家 美国

立项时间 2000年

图4：国外（和地区）推动LED产业发展计划 项目名称 项目预期目标 预计效益 国家半导体照明计划 21世纪 光计划 彩虹计划

到2010年55%的白炽灯和荧光灯被白光LED取代

到2006年50%的传统照明被白光LED取代

通过欧共体的补助金推广LED的应用

2004～2008年国家投入1亿美元，企业提供30%的配套资金，预期2008年达到80lm/W

以白光LED取代25%的白炽灯和100%的荧光灯 2006～2020年，投资50～100亿元发展半导体照明技术，形成自主知识产权，LED达到150～200lm/W，15元人民币/klm

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日本 欧洲

1998年 2000年

韩国 2004年

固态照明 计划

每年节省350亿美元电费，每年减少7.55亿吨CO2，形成500亿美元的大产业

可减少1～2座核电厂发电量，每年节省10亿公升以上的原油消耗 通过应用半导体照明实现高效、节能、不使用有害环境的材料、模拟自然光的目标

中国 中国

2001年 2003年

次世纪照明光源开发计划 国家半导体照明工程

每年可节省110亿千瓦时，相当于一座核电厂发电量

建立半导体照明产业，全面进入通用照明市场占有30～50%的市场份额，实现节电30%以上，年照明节电1000亿千瓦时以上

（三）中国：正由LED大国向LED强国迈进

我国十分关注半导体照明技术的发展，于2003年底紧急启动了国家科技攻关计划：“半导体照明产业化技术开发”。通过“十五”和“十一五”国家半导体照明工程的实施，我国在LED外延材料、芯片制造、器件封装、荧光粉等方面均已显现具有自主技术产权的单元技术，部分核心技术具有原创性；初步形成了从上游材料生长与芯片制备、中游器件封装及下游集成应用的比较完整的研发与产业体系；包括LED大尺寸背光源、路灯、筒灯、汽车灯等数百个新产品陆续开发成功，实现了批量生产；规模化系统集成技术研究和重大应用进展顺利，并成功应用于奥运会。

科技部先后批准上海、厦门、大连、南昌、深圳、扬州、石家庄等7个国家半导体照明工程产业化基地，促进了区域技术集成创新和产业链的完善，初步形成了相对合理的产业格局。我国半导体照明产业已经具备了一定技术和产业基础，正在进入快速发展时期。初步形成了从外延片生产、芯片制备、器件封装集成应用的比较完整的产业链，各环节均已进入量产阶段。

●2004年3月上海成为国家半导体照明工程产业化基地 ●2004年4月厦门成为国家半导体照明工程产业化基地 ●2004年4月大连成为国家半导体照明工程产业化基地 ●2004年5月南昌成为国家半导体照明工程产业化基地 ●2005年4月深圳成为国家半导体照明工程产业化基地 ●2007年12月扬州成为国家半导体照明工程产业化基地 ●2007年12月石家庄成为国家半导体照明工程产业化基地

图5：我国七大LED产业基地

目前中国LED产业已初步形成了四大产业集群：珠江三角洲，长江三角洲，北方地区、江西以及福建地区四大区域，每一区域都形成了比较完整的产业链，85%以上的LED企业

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都分布在这些地区，长三角产业配套能力最强，高端应用突出，资金比较集中；珠三角：封装和应用规模全国最大、离市场最近、投资活跃，出口海外代加工企业比较多；北方地区：集中中科院半导体所、物理所、长春光激所、北大清华等研究机构和院校，研发能力强；闽三角的芯片企业规模交大，台企比较多。以上四大区域都各自有其发展特性，呈良好的发展势态。

图6：国家游泳中心夜景照明 国家体育场夜景照明

明史上的里程碑”，经过运营测算，与传统荧光灯相比全年预计可节约电能74.5万千瓦时，节能率达73.34 %。）

（国家游泳中心——水立方5万㎡的建筑物景观照明是全球最大的LED景观工程，被国内外专家赞誉为“世界建筑景观照

图7：上海世博会中国主题馆照片

（上海世博会15公顷城市最佳实践区全部采用半导体照明，实现中国最大规模的半导体照明科技应用。）

图8：广东东莞石排镇大功率LED路灯照明改造工程（左为LED路灯）

（LED路灯替代传统钠灯，节能达70％，每盏路灯每年节电近1000度。）

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图9：石家庄金立翔公司为北京奥运会开幕式制作的巨大LED 卷轴画

（近几年，河北新能源产业发展迅速，企业规模不断扩大。）

图10：LED科普显示屏，学生在天津科技馆上科学课

（天津市围绕新型科技产业发展，建立了半导体照明等产学研创新联盟。强化高新区的作用，

加快发展高新技术产业集群。一是组织实施半导体照明等应用示范工程。）

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图11：LED路灯、光源、显示屏等入选“建国60周年成就展”（科教单元展区），于2009年9～10月在北京展览馆展出，科教单元其它展出模型有新能源汽车和神七航天实物等，这次入选再次标志着LED产业得到了国家高度重视和大力支持，是国家重点工程之一。

凭借2008年奥运会的推动以及奥运后科技部颁布的“十城万盏”计划，中国已经成为LED应用大国，加上经济危机带来成本上的压力，反而使得内地厂商有了更多的机会，虽然2008年欧美、日本、地区占全球LED产值的60%以上，但中国地区也已占到27%，这对于我国起步较其他发达国家晚的LED产业来说实属不易。这跟大力支持和行业推动以及企业自身发展密不可分。2008年我国应用产品产值已超过450亿元，LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明、消费类电子背光、信号、指示等应用仍然是主要应用领域。2008年，我国LED户外照明发展较快，已经有十多万盏LED示范应用路灯被应用，预计将很快形成产业规模。市内公共区域照明也已经开始示范应用，在LCD-TV背光和汽车灯方面的也取得了一定进步，但形成产业规模还需一定时间。按这6大产业基地预计目标，到2010年，整个中国LED 产业链总产值预计将超过1500亿元，年销售额年均增长率超过100％。到2015年，半导体照明进入30％的通用照明市场，年节电1400亿度，半导体产业规模达到5000亿元，出口300亿美元，创造100万人以上就业，成为世界半导体照明产业三强[4]。

四、低碳经济代表性产业之二：以微藻制油为例

中国对新能源产业支持力度很大。中国指出，利用三到五年左右的时间，新兴能源产业取得长足发展，初步显现出拉动经济增长、促进社会就业、优化能源结构等重要作用。到2011年，新兴能源产业累计增加直接投资较大增长，增加社会就业岗位200万个以

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上，当年减少二氧化碳排放1.5亿吨。

再经过十年左右的努力，新兴能源产业形成较大规模，科技自主创新体系基本形成，技术装备达到国际先进水平。到2020年，新兴能源产业累计增加直接投资有更大增长，增加社会就业岗位1000万个以上，当年减少二氧化碳排放12.4亿吨。

我们都很清楚生物能源具有清洁、绿色、环保的优势。然而对于人多地少的中国来说，“划地为能源林”、“种粮食还是种能源”等做法总会引起不少争论，甚至争议。可喜的是，随着技术进步，利用海藻或工程微藻等藻类生物质，为生物能源特别是生物柴油产业另辟蹊径，有效地解决生物燃料产业的原料瓶颈，为生物燃料产业的健康、稳定、持续发展提供了新的发展道路[6,7]。

（一）微藻制油前景广阔

生物能源的瓶颈是原料问题。能源植物需要占用较多的耕地资源，这就凸显出了微藻制油的前景。微藻是指一些微观的单细胞群体，是最低等的、自养的释氧植物。它是低等植物中种类繁多、分布及其广泛的一个类群。无论是在海洋、淡水湖泊等水域，或在潮湿的土壤、树干等处，几乎在有光和潮湿的任何地方，微藻都能生存。微藻以它们的高光效，高生物质能和较其它能源作物生长快，而一跃成为明星[6,7]。

图12：利用工业微藻制油技术发展生物能源产业

（二）工业微藻制油的优势

1．产油率高

微藻很像一个太阳光光能驱动的细胞工厂，可以源源不断地将CO2转化为潜在的生物

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燃料、食物、饲料以及高价值的生物活性物质。其中，最具有吸引力的是它潜在的生物燃料价值。由于微藻是单细胞结构，它用用极高的光能利用率和营养吸收率，微藻的生长和产油效率是油料作物如大豆的30～100倍。

表1：微藻与其它作物产油率比较

作物 玉米 大豆 红花 向日葵 油菜籽 油棕 微藻 产油率（升/公顷） 145 446 779 952 1100 5000 100000

通过对产油率的比较，我们可以发现令人欣喜的结论：微藻似乎是唯一的潜在的能完全替代化石燃油的原料来源。微藻它生长极快，而且大多数微藻含有丰富的油脂。微藻含油量最高可以达到生物质干重的80％以上，含油水平在20％～50％。

2．对环境有益

微藻可以旺盛地消耗高浓度的CO2和NO2，这些火力发电厂的污染物则是微藻的营养。来自化石燃料发电厂的废气可以直接通入微藻生产设备，此举既能显著地提高生产能力，还能清洁空气。微藻利用光合作用固定CO2，将光能转化为化学能的形势储存于油脂，我们利用油脂生产生物柴油，燃烧后产成CO2和水，这一过程完全符合节能减排的要求。

3．不占用耕地

微藻生长不会与农业产生竞争关系，它的生产设备可以是封闭的而且不需要土壤，与传统农业相比节水99％，可以建在远离水源的非农业土地上。有些微藻还能在盐碱环境下生长，所以一些盐碱化土地也能用作培养微藻的场所。

（三）国内外工业微藻制油技术的现状

目前微藻生物柴油生产正由实验室转向小规模工厂化生产。目前国内外许多高校、研究所、企业正在进行微藻生物柴油商业化试生产。

1．中国：利用细胞工程技术制备微藻及生物柴油方面取得进展 中国在微藻制油方面目前还处于实验室阶段。清华大学、中科院和青岛海洋大学是领先的三家研究机构。清华大学缪晓玲等通过异养转化细胞工程技术获得了高脂含量的异养小球藻细胞，其脂含量高达细胞干重的55％（质量分散），是自养藻细胞的4倍。清华大学还应用细胞培养技术（异养发酵技术）控制有机与无机C、N的供给，获得叶绿素消失、细胞变黄的异养小球藻。异养小球藻细胞中油脂类化合物大量增加，蛋白质含量下降。与未经转化的自养藻相比，异养藻细胞和粗脂肪含量提高了4倍以上。中科院植物研究所和中科院水生生物研究所通过基因工程开发出了高产的油藻品种。青岛海洋大学积累了丰富的海洋藻类开发和产业化的经验。

2．美国：利用分子生物学和基因工程技术制备微藻占据优势 1978～1996年，美国能源部从微藻中开发可再生燃油的科技项目中投资2500多万美元。美国能源部的研究项目已经确切证实了硅藻具有极高的生长能力，确定了微藻在单位面积及单位时间上比陆生作物能提供更多的能量。更重要的是，微藻生产不必占用粮食生产土地。美国的研究首先从收集微藻样本开始，通过筛选、表征，再进行统计分析，得出制约微藻产

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量和产油量的关键因素，并探明了微藻细胞的生理和生化特征，最终采用分子生物学和基因工程技术，改变微藻细胞的生理结构，制备出高产量、高含油量的工程微藻，并实现了工业放大。

除了美国能源部的相关研究之外，美国圣地亚哥国家实验室在美国LiveFuels公司资助下，已经进行了将近7年的研究，其研究内容也是关于利用分子生物学反应工程技术增加微藻细胞的含油量和产量，其目标是到2010年可得到经济可行的生物柴油。目前，他们已经积累了丰富经验，制得的海藻油与大豆油类似，完全可以用来生产生物燃料。研究发现，海藻可以在不适合种植庄稼的土地上种植，甚至可以生长在咸水里。他们通过对一种特种海藻的研究表明，仅需美国土地的0.3％就可生产出满足全美国需要的运输用燃料，且与商用海藻如螺旋藻相比，该工程微藻油脂含量要丰富得多。

五、一些思考

（一）新能源是低碳经济时代的核心内容。

经济发展具有动态演替性，它包括经济发展主导产业（指经济部类或产业）的演替和经济发展主导要素（指构成性的动力要素）的演替。一个新的经济时代必将引领着一个新的产业群的诞生。新能源是低碳经济时代的核心内容，新能源可望解决日益严重的环境问题。两百年来的人类文明动力大都基于碳燃烧，因为两个这种方式现在已经走到了尽头，一是碳基能源资源的有限性，二是碳基能源燃烧产生大量的二氧化碳，从根本上改变了地球的大气结构。现在二氧化碳的浓度是400-450PPM，过了临界值，恶劣气候将会频繁发生，整个人类文明的基础将被动摇。第一次工业，煤炭的大量使用替代了木材。第二次工业，石油、电力等开始大批量使用。第三次工业是IT，典型能源代表是核能，但核能始终没有成为世界主力能源。现在的第四次工业，目标直指新能源，目的就是要大量使用风能、太阳能、水资源这些取不尽用不竭的可再生能源。

（二）中国将新能源产业视为新兴战略性产业，对其大力支持

2009年9月22日，中华人民共和国在联合国气候变化峰会开幕式上发表了《携手应对气候变化挑战》的讲话。他代表中国和人民庄严承诺，今后，中国将进一步把应对气候变化纳入经济社会发展规划，并继续采取强有力的措施。争取到２０２０年单位国内生产总值二氧化碳排放比２００５年有显著下降。

2009年9月24日《 人民日报海外版 》，经联合国授权独家发表联合国秘书长潘基文的中文版文章《让我们达成协议吧！》。文章中潘基文说：“我在9月22日主持召开了联合国气候变化问题特别首脑会议，100多位世界领袖参加会议，这是历史上规模最大的国家元首和首脑聚会。他们面临的集体挑战是：变气候危机为机遇，在所有国家实现更安全、更清洁、更可持续的。

2009年11月3日，总理在《让科技引领中国可持续发展》的讲话中指出，要逐步使新兴战略性产业成为经济社会发展的主导力量，首先就是要高度重视新能源产业发展绿色增长。”

（三）以科学发展观的原则为指导，以发展和创新引领中国新能源产业发展

目前新能源市场上尚没有显性需求，很多人就此误以为新能源就没有市场了。但他们没有看到的是，新能源产业符合时代、社会、大众的未来需求，这个隐性需求实际上是非常紧

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迫的，我们预见，可能在五年之内就有一场“井喷”式的爆炸性发展。这种例子在技术经济史上屡见不鲜，举一个最近的例子，就是苹果I-PHONE的发展。只不过我们很多人，等到需求到了跟前的时候，有显性直接的要求的时候才看到。所以说，新能源产业有着广阔的市场空间。于是，新能力的建设成为成败关键。每一个新兴产业就是一个未开垦的处女地，你开垦后有了市场，一大堆拓荒者立即就会跟上来，市场开始紊乱。这就要求企业要不断创新、不断超越、不断提升，多次创新，才能培养出核心竞争力。

（四）用系统工程的思想对中国新能源产业进行总体设计

纵观我国新能源产业群，新兴产业产业链不健全影响着每一个行业的发展，没有完善的设备、技术、产品、服务、市场、模式，是一种普遍现象。汽车、冰箱、彩电、计算机等等这些产业，都有国外的大规模的引进。新能源产业无可依赖在国内外都很难找到参照，只能自主创新，而且要靠系统性自主创新。

（五）以企业为主体，建立自主知识产权的核心竞争力，在关键技术上不能受制于人

建立自主知识产权的核心竞争力，不光要在技术专利上进行圈地，还要在品牌、文化、网络、专业等方面建立核心竞争力。

（六）在发展过程中，必须贯彻“质量第一”的方针

目前我国某些新能源产业似乎出现了“产能过剩”的状态，但是仔细分析，就会看出是低层次的过剩，或者是在低端市场上的过剩——因为产品质量差而出现的过剩。所以我们在新能源产业发展过程中要贯彻“质量第一”的方针，以优质、高效的产品创造市场，打开市场。

参 考 文 献

1．奥巴马在美国国家科学院年会上的讲话（REMARKS BY THE PRESIDENT AT THE NATIONAL ACADEMY OF

SCIENCES ANNUAL MEETING），2009.4.27

2．布朗在牛津大学关于科学与国家经济未来的讲话（The Prime Minister's Romanes Lecture），2009.2.27 3．英国首相布朗关于气候变化的讲话——通往哥本哈根之路（Roadmap to Copenhagen speech），2009．6.26 4．中国科技发展60年，中华人民共和国科学技术部编，科技文献出版社、科学出版社2009年9月出版 5．各国半导体照明研究计划及我国的对策，黄可、刘清，中国科技论坛，2008年6期 6．我国生物柴油产业发展的制约因素研究，王强、封颖，中国科技成果，2009年2期

7．美国生物能源战略和农业对我国未来农业的启示，封颖，科学对社会的影响，2008年3期

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