全球市場水處理膜材料產(chǎn)業(yè)分析

李雋春 李 蓉 徐麗娜 冀小強 楊景藍 陳湖北

(中國專利技術(shù)開發(fā)公司)

當今世界，水資源不足和污染構(gòu)成的水源危機成為任何一個國家在政策、經(jīng)濟和技術(shù)上所面臨的重要問題，已經(jīng)成為社會經(jīng)濟發(fā)展的主要制約因素。近二十年來，由于膜技術(shù)可以去除常規(guī)處理工藝難以去除的水污染物，在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到各國重視。隨著技術(shù)的進步，全球膜市場用于水處理的份額在逐漸提高。中國作為世界上最大的發(fā)展中國家，水資源匱乏和水污染日益嚴重已成為制約我國社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。近些年，國家不斷加大對膜法水處理技術(shù)的推廣力度，在《高性能膜材料科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》②等文件中將膜技術(shù)、膜材料列入國家培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃中，其中水處理膜材料由于同時歸屬于節(jié)能環(huán)保、新材料兩大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而得到更多的政策支持，行業(yè)發(fā)展深具潛力。在市場需求及產(chǎn)業(yè)政策的雙重推動下，中國水處理膜產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展的黃金時期。了解全球市場水處理膜材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢、國家布局及主要申請人競爭狀況，對我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展、政府及市場的創(chuàng)新資源配置和企業(yè)專利布局具有積極的參考意義。

本文主要研究以壓力差為分離驅(qū)動力的過濾式膜材料，包括反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)、微濾(MF)等膜片材料及其制備和在水處理中的應(yīng)用。不包括以濃度差為驅(qū)動力的透析膜和以電位差為驅(qū)動力的電滲析膜及其組件和應(yīng)用。

本文專利數(shù)據(jù)來自歐洲專利檢索系統(tǒng)(EPOQUE)，主要來自德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(WPI)③、EPO題錄和摘要數(shù)據(jù)庫(EPODOC)④。統(tǒng)計樣本檢索截止日期為:2015年3月20日。

一、專利技術(shù)及專利申請的發(fā)展趨勢

同一項發(fā)明在多個國家申請專利而產(chǎn)生的一組內(nèi)容相同或基本相同的專利文獻出版物，稱為一個專利族或同族專利。從技術(shù)角度看，屬于同一專利族的多件專利申請可視為同一項專利技術(shù)⑤。從圖1可知，水處理膜材料專利技術(shù)產(chǎn)生于上世紀60年代中期，之后呈緩慢增長態(tài)勢，全球每年產(chǎn)生的專利技術(shù)約幾十項，直到上世紀90年代中后期，全球每年產(chǎn)生的專利技術(shù)超過了100項，并出現(xiàn)了快速的增長，2014年當年產(chǎn)生的水處理膜材料專利技術(shù)已超過500項。一項專利技術(shù)可能對應(yīng)于1件或多件專利申請，對應(yīng)于專利技術(shù)的增長趨勢，全球?qū)＠暾埩客瑯釉谏鲜兰o90年代中后期出現(xiàn)拐點，呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。從全球?qū)＠暾埩亢腿驅(qū)＠夹g(shù)數(shù)量的比值變化趨勢來看，隨著時代的變遷，一項專利技術(shù)趨向于產(chǎn)生更多的專利申請，側(cè)面說明了專利申請人越來越重視專利布局。對比全球?qū)＠暾埩孔兓厔莺筒缓袊袌龅膶＠暾埩康淖兓厔?，可知?003年之前，中國市場對全球的專利申請人基本沒有吸引力，在中國產(chǎn)生的專利很少，2003年之后，在中國申請的專利數(shù)量逐漸增加，對全球?qū)＠暾埩康呢暙I也不斷增大，表明中國市場正在崛起和發(fā)展。

圖1 全球水處理膜材料專利技術(shù)/申請發(fā)展趨勢

二、專利布局分析

(一)專利申請來源國分析

如前所述，一項專利技術(shù)可能對應(yīng)于1件或多件專利申請，各個國家申請人所擁有的專利申請數(shù)量一定程度上反映了各個國家整體的專利布局能力。圖2給出了全球水處理膜材料專利布局的主要來源國。在全球布局的水處理膜材料專利申請中，有超過1/3的專利申請來自于日本申請人，比例達到34%;還有接近1/3的專利申請來自于美國申請人，比例達到30%;位列第三的是來自于中國申請人的專利申請，占全球總量的11%。之后是德國和韓國申請人，專利申請數(shù)量分別占全球總量的6%和5%。

圖2 全球水處理膜材料專利布局主要來源國

圖3呈現(xiàn)了五個主要專利來源國的水處理膜材料專利申請的發(fā)展趨勢。日本和美國作為全球最大的兩個專利來源國，早在上世紀六、七十年代即產(chǎn)出了專利申請，但美國產(chǎn)出的專利數(shù)量遠遠高于日本。之后，日本的專利申請量呈持續(xù)增長態(tài)勢，很快超過了美國的專利產(chǎn)出，并從本世紀初開始進一步增大了優(yōu)勢。中國在上個世紀的專利產(chǎn)出幾乎可以忽略，中國的專利申請主要集中在近十年，且增速迅猛，近五年的申請量已超過了美國，位列第二。德國在水處理膜材料領(lǐng)域是專利申請傳統(tǒng)國家，上世紀六、七十年代即有專利產(chǎn)出，此后略有增加，保持在相對穩(wěn)定的水平。

圖3 主要專利來源國水處理膜材料專利申請發(fā)展趨勢

一般情況下，專利申請人傾向于首先在本國申請專利，但由于專利具有地域性，對于具有較高技術(shù)價值和經(jīng)濟價值的專利申請，申請人也會在本國之外具有市場吸引力的國家或地區(qū)進行專利布局，即域外專利布局。區(qū)分本國專利布局和域外專利布局，可以更客觀地反映一個國家的專利布局能力和策略，域外專利布局狀況可在一定程度上體現(xiàn)一個國家整體的創(chuàng)新能力，同時也可以反映對該國具有吸引力的目標市場。本文分別研究了各國在本國和域外獲得專利申請的數(shù)量和布局情況。從表1可知，水處理膜材料的五個主要專利來源國中，德國專利申請的域外專利布局指數(shù)最高，達到78.7%，其次是美國，達到73.6%，位列第三的是日本，域外專利布局指數(shù)為47.5%，緊隨其后的是韓國，域外專利布局指數(shù)為41.0%，表明德、美、日、韓四國申請人均具有較強的域外專利布局意識和能力。相較之下，中國專利申請的域外專利布局指數(shù)僅為3.1%，反映出中國申請人的創(chuàng)新能力相對較弱，域外布局意識和能力也明顯不足。

表1 全球水處理膜材料主要專利來源國本國和域外專利布局指數(shù)

圖4至6分別給出了水處理膜材料的三大專利來源國日本、美國和中國專利申請的主要市場布局情況。從圖4可以看出，日本申請人除在本國進行了主要的專利布局外，還在美國和中國市場進行了相對較多的專利布局。此外，日本比較重視提交國際申請，這些國際申請進入目標國后將進一步加強日本在海外市場的專利布局。同樣，日本向歐洲專利局提交的申請也將在進入歐洲專利公約締約國家(簡稱歐專締約國)后加強其國際市場專利布局⑥。

圖4 水處理膜材料日本籍專利申請主要市場布局情況

從圖5可知，美國申請人除在本國進行了主要的專利布局外，還在日本和澳大利亞市場進行了較多的專利布局。同樣，美國也比較重視提交國際申請，還向歐洲專利局提交了大量的專利申請，這些申請都將進一步加強美國在國際市場的專利布局。

圖5 水處理膜材料美國籍專利申請主要市場布局情況

從圖6可知，中國籍專利申請主要在本國進行了專利布局，在美國和日本僅進行了零星的專利布局，提交的國際申請和歐洲專利局申請也是屈指可數(shù)。這種專利布局狀況也進一步解釋了表1中中國域外布局指數(shù)為何僅為3.1%。

圖6 水處理膜材料中國籍專利申請主要市場布局情況

(二)專利公開目標國分析

圖7給出了全球水處理膜材料專利申請布局的主要目標市場。日本是全球最大的水處理膜材料專利布局目標市場，全球水處理膜材料專利申請總量的23%在日本市場公開，其次是中國和美國，公開專利份額分別占到15%和14%。根據(jù)表1及其相關(guān)分析，我們知道日本申請人將約一半的專利申請布局在本國市場，美國申請人僅將約1/4的專利申請布局在本國市場，而中國申請人將超過95%的專利申請布局在本國市場，也就是說，中國市場公開的專利很大程度上源于本國申請人的貢獻，因此可以推斷日本和美國是水處理膜材料領(lǐng)域目前在全球最具吸引力的市場，除本國申請人，還吸引了其他各國申請人紛紛前去進行專利申請和布局，進而為其市場拓展保駕護航。

圖7 全球水處理膜材料專利申請布局目標市場

三、專利申請人分析

圖8給出了全球水處理膜材料專利的主要申請人，包括專利申請數(shù)量在全球排名前十的申請人和在全球排名最靠前的中國申請人。全球進入前十的申請人全部為企業(yè)，其中有7家來自日本，包括東麗、日東電工(含美國海德能公司)、旭化成、三菱麗陽、東洋紡、住友電工和栗田工業(yè)，其余3家來自美國，為通用電氣(含GE Glegg、GE Betz、GE Osmonics、GE Ionics和 GE Zenon 公司)、帕爾和杜邦公司，反映了水處理膜材料的國際市場幾乎被美國和日本企業(yè)壟斷和瓜分的競爭格局。碧水源是水處理膜材料專利在全球排名最靠前的中國申請人，但碧水源與國外同行企業(yè)尚存在很大的差距，僅從專利數(shù)量來看，其專利申請量僅僅約為國際同行業(yè)中排名第十的栗田工業(yè)的1/3，如果考慮專利的區(qū)域布局，差距將進一步增大。

圖8 全球水處理膜材料專利的主要申請人

圖8中所示的企業(yè)，基本可以分為兩類:一類是化學企業(yè)，另一類是水處理企業(yè)，在水處理膜產(chǎn)業(yè)中，化學企業(yè)更多的是作為膜供應(yīng)商，提供品種豐富的膜產(chǎn)品，而水處理企業(yè)更多的是作為膜工程商，提供膜法水處理工程。但隨著產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，水處理膜產(chǎn)業(yè)逐漸向著集成化、工程化的方向發(fā)展，組合膜工藝越來越受到市場的青睞，因此，對于膜產(chǎn)品提供商和工程商的產(chǎn)品豐富性和集成能力要求越來越高，產(chǎn)業(yè)內(nèi)的企業(yè)也不斷朝著膜品類和產(chǎn)業(yè)鏈雙向延伸的方向發(fā)展。其中，最值得一提的是美國通用電氣，通用電氣的成長史就是一部并購史，通過不斷地并購豐富自己的產(chǎn)品能力，延伸產(chǎn)業(yè)鏈。自1998年開始，通用公司開始了一系列的戰(zhàn)略性收購，先后擁有了Glegg、Betz、Osmonics、Ionics和 Zenon 等五家著名的水處理公司，成為世界上最大的水處理產(chǎn)品及服務(wù)供應(yīng)商。通用電氣是世界上極少數(shù)能提供從膜片、膜元件、膜處理整機設(shè)備到各種過濾器等全系列產(chǎn)品的公司，膜產(chǎn)品線涵蓋了微濾、超濾、納濾、反滲透的整個過濾圖譜，業(yè)務(wù)幾乎涵蓋了工業(yè)水處理的全部內(nèi)容，包括原水、超純水、冷卻水、鍋爐水、海水淡化、污水處理及回用等。

四、結(jié)論

1.全球市場的水處理膜材料專利技術(shù)及專利申請量近年來持續(xù)升高，呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢，中國市場正在崛起和發(fā)展。全球水處理膜材料的專利申請量在上世紀90年代中后期出現(xiàn)拐點，之后持續(xù)呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。近十年，在中國申請的專利數(shù)量逐漸增加，對全球?qū)＠暾埩康呢暙I也不斷增大，表明中國市場正在崛起和發(fā)展。

2.中國申請人的創(chuàng)新能力相對較弱，專利布局意識和能力亟需提高。日本、美國、德國和韓國的申請人均重視域外市場布局。相較之下，中國專利申請的域外專利布局指數(shù)僅為3.1%，反映出中國申請人的創(chuàng)新能力相對較弱，域外布局意識和能力也明顯不足。

3.日本和美國是水處理膜材料領(lǐng)域目前在全球最具吸引力的市場。除本國申請人，日本和美國還吸引了其他各國申請人紛紛前去進行專利申請和布局，進而為其市場拓展保駕護航。而中國市場公開的專利很大程度上源于本國申請人的貢獻。

4.水處理膜材料的國際市場幾乎被美國和日本企業(yè)壟斷和瓜分。全球水處理膜材料專利申請數(shù)量進入前十的申請人全部為企業(yè)，一類是化學企業(yè)，另一類是水處理企業(yè)，前十申請人有7家來自日本，其余3家來自美國，東麗的申請量位居全球第一。碧水源是水處理膜材料專利在全球排名最靠前的中國申請人，但與國外同行企業(yè)尚存在很大的差距。

①本文根據(jù)“水處理膜材料專利分析”課題研究報告編撰而成，課題負責人:冀小強。

② 國科發(fā)高【2012】895號，2012年8月21日，科技部。

③收錄了始于1948年的包括九國兩組織在內(nèi)的48個國家或組織的專利數(shù)據(jù)。提供了重新撰寫的摘要信息，統(tǒng)一標引了公司代碼，同族專利作為一條信息記錄，分類信息包括MC、DC等。

④收錄了始于1827年的世界主要專利局數(shù)據(jù)庫的專利數(shù)據(jù)。提供豐富的分類信息，包括EC、UC、FI/FT等，適用于引證和被引證的追蹤檢索。

⑤本報告涉及一項專利技術(shù)的公開日分析時，除非特別說明，一般是指同一專利族中最早公開專利的公開日。

⑥依據(jù)歐洲專利公約，在各締約國中，歐洲專利局授予的歐洲專利與各締約國授予的本國專利具有同樣的效力并受到同樣的約束。