電子垃圾處理與利用專利計(jì)量分析及啟示

董璐

電子垃圾（Electronicwaste，ewaste）是指被廢棄的電器或電子設(shè)備，主要包括電冰箱、空調(diào)、電視機(jī)等家用電器及手機(jī)、計(jì)算機(jī)、U盤等電子廢舊產(chǎn)品。伴隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)度，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度正在加快，電子垃圾也隨之不斷增加。目前，我國已成為世界第2大電子垃圾制造國，每年生產(chǎn)的電子垃圾量僅次于美國[1]。

電子垃圾中的有害物質(zhì)主要包括重金屬和持久穩(wěn)定的有機(jī)物[2]，不能簡單地將其焚燒或者填埋。如果這些有害物質(zhì)處理不當(dāng)，容易對地下水、土壤和大氣等造成嚴(yán)重污染。此外，電子垃圾中也包含銅、鋁、鐵及各種稀貴金屬、玻璃、塑料等可以回收再利用的部分，回收成本相對生產(chǎn)成本較低。因此，對電子垃圾進(jìn)行正當(dāng)處理和有效利用越來越受到人們的重視。

本文擬利用專利計(jì)量學(xué)分析方法，從電子立即處理及利用領(lǐng)域的專利申請態(tài)勢，揭示電子垃圾領(lǐng)域的專利活動現(xiàn)狀和區(qū)域布局情況，并對電子垃圾所涉及的技術(shù)領(lǐng)域分布和關(guān)鍵專利進(jìn)行分析，了解電子垃圾處理及利用領(lǐng)域的專利活動情況。本文分析所用專利數(shù)據(jù)來源于美國湯森路透科技公司TI平臺（Thomson Innovation）的增值專利信息數(shù)據(jù)庫（DWPI和DCPI），共計(jì)檢索到電極垃圾處理及利用相關(guān)專利（族）10 423項(xiàng)，數(shù)據(jù)檢索日期為2016年4月15日。

一、電子垃圾處理及利用申請態(tài)勢分析

電子垃圾處理及利用專利申請已有50多年歷史，1960年蘇聯(lián)GREIVER TN（個(gè)人）申請的利用熱的食鹽溶液和燒堿溶液從半導(dǎo)體廢棄物中提取硒。從電子垃圾處理及利用專利申請量年度變化趨勢（基于最早優(yōu)先權(quán)年1，見圖1）中可以看出，電子垃圾處理及利用領(lǐng)域的專利活動在2000年出現(xiàn)了第1個(gè)峰值，年度專利（族）申請量達(dá)到388項(xiàng)，隨后幾年有所回落。在2006年又開始走高并一直延續(xù)到2011年。該領(lǐng)域技術(shù)已走向成熟期，同時(shí)由于專利從申請到公開一般需要18個(gè)月甚至3年的時(shí)間，近年數(shù)據(jù)有所回落。

全球電子垃圾處理與利用領(lǐng)域?qū)＠暾堉饕獊碜詠喬貐^(qū)，專利數(shù)量占據(jù)了全球?qū)＠偭康?7.79%（見圖2，基于最早優(yōu)先權(quán)國）。雖然歐洲（12.45%）和美洲（8.32%）在該領(lǐng)域研究起步相對較早，但亞太地區(qū)自1990年后呈現(xiàn)快速增長趨勢，發(fā)展迅速（見圖3）。

全球電子垃圾處理及利用專利申請量前5位國家分別是日本、美國、中國、韓國和德國（見圖4）。其中美國和德國對電子垃圾處理與利用的研究起步較早，發(fā)展相對較為平緩，且近年來有下降的趨勢。日本于1966年在該領(lǐng)域申請了相關(guān)專利，隨后呈現(xiàn)快速增長趨勢，在20世紀(jì)90年代一度超越美國躍居全球第1。中國于1985年開始關(guān)注該領(lǐng)域，2005年以前發(fā)展緩慢，隨后發(fā)展速度加快，2009年起中國專利年申請量已超越日本；韓國起步略晚于中國，呈現(xiàn)平緩增長趨勢。

各國在電子垃圾方面制定的政策是導(dǎo)致國際電子垃圾技術(shù)國家/地區(qū)間差異性的主要原因。美國于20世紀(jì)90年代初針對廢舊家電的處理制定了一些強(qiáng)制性條令，并于2002年對廢舊家電的回收和利用出臺了系列法規(guī)條令[3]，同時(shí)通過干預(yù)各級政府的購買行為，確立有再生成分的產(chǎn)品在政府采購中占據(jù)了優(yōu)先地位，以此推動包括廢舊家電在內(nèi)的廢棄物的回收利用。德國在20世紀(jì)90年代先后出臺了《循環(huán)經(jīng)濟(jì)與廢棄物管理方法》和《信息產(chǎn)業(yè)廢舊設(shè)備處理方法》，目前德國電子垃圾處理及利用產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了“資源-產(chǎn)品-再生資源”的良性循環(huán)[4]。2000年日本政府頒布了《促進(jìn)循環(huán)社會形成基本法》，于2003年10月修訂了《資源有效利用促進(jìn)法》[5]。目前日本已擁有較為完善的電子垃圾產(chǎn)業(yè)鏈，并通過立法在各環(huán)節(jié)進(jìn)行了規(guī)范，保證整個(gè)產(chǎn)業(yè)的良性運(yùn)轉(zhuǎn)。中國《廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理管理?xiàng)l例》2011年1月1日才正式實(shí)施[6]，立法狀況與國外相比有較大差距，正規(guī)回收利用體系尚未建立。

二、電子垃圾處理及利用專利技術(shù)布局

對電子垃圾處理及利用相關(guān)專利進(jìn)行基于國際專利分類號（International Classifications， IPC）的統(tǒng)計(jì)分析，可以了解分析其涉及的主要技術(shù)領(lǐng)域和技術(shù)重點(diǎn)等。表1列出了該領(lǐng)域前15位專利技術(shù)領(lǐng)域（基于IPC小組）及申請情況，可以看出該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)主要集中在以下幾個(gè)方向：①電子垃圾的處理，涉及拆解、粉碎或破碎、收集、分選或分離等，主要分類號包括B09B-03、C08J-11、C22B-010、B03C-01等；②電池、電纜及燈管的處理及利用，主要分類號包括H01M-10、H01M-06、H01B-15和H01J-09等；③從電子垃圾中回收有用物質(zhì)，涉及黑色金屬、有色金屬、貴金屬、稀土金屬和塑料等，主要分類號包括B29B-17、C22B-07、C22B-03、C22B-09和C22B-11；④電子垃圾中有害物質(zhì)的處理與回收，涉及鎘、汞、硒、鉛等，主要分類號包括A62D-03。

利用T I的T h e m e S c a p e專利地圖功能對電子垃圾處理及利用專利技術(shù)的研究布局進(jìn)行分析，可以看出電子垃圾處理及有利用的熱點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域主要集中在3個(gè)方面。

1.電池的回收利用

電池的回收利用主要包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池等，通過對電池進(jìn)行拆解、粉碎或破碎、采用化學(xué)法或電化學(xué)法對其中的有害物質(zhì)進(jìn)行去除，并回收其中的金屬進(jìn)行回收再利用。

2.貴金屬的提取回收

從廢印刷電路板、廢舊電話、報(bào)廢車輛電子裝置等利用微生物浸取、電解萃取熱解、熔融、氧化等方法提取金、銀和鉑族金屬（鉑、鈀、鋨、銥、釕、銠）。其中微生物回收技術(shù)浸取較之于其他方法，具有生產(chǎn)成本較低、投資較少、工藝流程短，對環(huán)境影響小等特點(diǎn)，受到了人們的重視。常用微生物浸取微生物包括氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵微螺菌、氧化鐵鐵硫桿菌、黑曲霉和簡青霉等。

3.稀土金屬的提取回收

從廢舊手機(jī)、廢舊計(jì)算機(jī)、廢舊燈管等中利用高溫冶金法及溶媒萃取分離法提取磁體材料中的稀土類金屬，包括釹、鑭、鈧、釔等。

三、電子垃圾處理及利用重點(diǎn)研發(fā)機(jī)構(gòu)

全球?qū)＠暾埩颗琶?0位的機(jī)構(gòu)均來自日本，分別是三菱集團(tuán)、住友集團(tuán)、松下電器、日立集團(tuán)、東芝集團(tuán)、夏普公司、三井集團(tuán)、同和礦業(yè)株式會社、日礦金屬株式會社和索尼公司（見圖5）。其中同和礦業(yè)株式會社和日礦金屬株式會社均為冶金領(lǐng)域的申請人，近5年專利申請量所占百分比均超過15%，說明冶金領(lǐng)域的申請人非常關(guān)注電子垃圾在循環(huán)的發(fā)明創(chuàng)新，主要是關(guān)注從電子垃圾中提取稀土和貴金屬等高價(jià)值的材料的相關(guān)技術(shù)。從TOP 10機(jī)構(gòu)的技術(shù)市場國家/地區(qū)分布可以看出（表2），上述10個(gè)機(jī)構(gòu)均在除日本外的多個(gè)國家/地區(qū)進(jìn)行了專利布局，可見其非常注重在電子垃圾處理與利用領(lǐng)域的技術(shù)保護(hù)。

用T D A（T h o m s o n D a t a Analyzer）對上述10個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了合作情況分析，發(fā)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)之間存在著以住友集團(tuán)和三菱集團(tuán)為中心的合作關(guān)系網(wǎng)（見表3），但是合作強(qiáng)度相對較弱，共同申請專利項(xiàng)數(shù)不超過5項(xiàng)，說明各機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的專利申請相對獨(dú)立。

國內(nèi)專利申請數(shù)量TOP10機(jī)構(gòu)（見表4）中有6家高校研究所，4家企業(yè)，其中天津大學(xué)與北京科技大學(xué)于1990年開始在電子垃圾處理與利用領(lǐng)域申請了相關(guān)專利，4家企業(yè)中格林美高新技術(shù)股份有限公司（專利申請量：40項(xiàng)）和國家電網(wǎng)公司（專利申請量：43項(xiàng)）于2005年左右開展了相關(guān)研究。從一定程度上反映了我國電子垃圾處理與利用產(chǎn)業(yè)處于起步階段，產(chǎn)業(yè)化程度相對較弱。

國內(nèi)TOP10機(jī)構(gòu)中，清華大學(xué)在日本、美國、德國、臺灣、澳大利亞和加拿大等國家地區(qū)進(jìn)行了專利布局，格林美高新技術(shù)有限公司在日本、美國、德國和韓國等進(jìn)行了專利申請；同時(shí)北京科技大學(xué)在美國、澳大利亞和加拿大進(jìn)行專利申請；其余機(jī)構(gòu)并未在我國之外的其他國家進(jìn)行技術(shù)市場分布。從一定程度上反映了我國機(jī)構(gòu)在該技術(shù)的專利布局意識比較薄弱，有待加強(qiáng)。

四、電子垃圾處理及利用專利關(guān)鍵技術(shù)分析

2000年以來從電子垃圾中提取稀土和貴金屬（冶金領(lǐng)域）等高價(jià)值的材料蓬勃發(fā)展，促使電子垃圾在循環(huán)領(lǐng)域的專利活動激增。通過對從TI（Thomson Innovation）平臺的增值專利信息數(shù)據(jù)庫（DWPI和DCPI）檢索到的10 423項(xiàng)電子垃圾處理及利用專利相關(guān)專利涉及技術(shù)領(lǐng)域和施引數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選取從電子垃圾中提取貴金屬的關(guān)鍵專利進(jìn)行技術(shù)追蹤和演進(jìn)分析，以此來揭示其技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

1987年，美國PESIC B個(gè)人申請了利用硫脲作為浸濾液從含有貴金屬的材料中提取貴金屬材料（包括金和銀）。以在美國申請的公開號文獻(xiàn)（US4778519A）進(jìn)行專利技術(shù)追蹤與演進(jìn)分析。該專利申請引用了11件專利文獻(xiàn)，4件非專利文獻(xiàn)，被引頻次為86次。從該專利的前引情況（基于專利權(quán)人，見圖2）可以看出，該專利引用了英美資源集團(tuán)股份有限公司、住友金屬礦山株式會社、加拿大舍利特高爾頓公司、SKW特羅斯特貝格股份公司等8家機(jī)構(gòu)與LITTLE R H個(gè)人共計(jì)11項(xiàng)在先專利，多涉及利用硫脲、K木質(zhì)素磺酸鹽等作為氰化物瀝濾液，利用活性炭吸附作用從含有貴金屬的氰化物瀝濾液中提取金、銀等材料。

在該專利公開之后，美國GeoBiotics公司、Placer Dome公司、紐蒙特黃金公司、日本新日曠等公司和JI JINXING等個(gè)人引用該專利進(jìn)行了專利申請（見圖7），后續(xù)所申請專利主要涉及從含有金、銀等貴金屬的材料中，包含礦石、廢棄電子材料等，利用硫代硫酸鈉等瀝濾液提取貴金屬。其中美國GeoBiotics公司引用了該專利27次，GeoBiotics公司屬于冶金領(lǐng)域，其研發(fā)了Geobiotics工藝，該工藝為為生物浸金技術(shù)。

五、建議

通過對電子垃圾處理與利用領(lǐng)域的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，并借助分析工具對專利進(jìn)行計(jì)量分析，得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：①電子垃圾處理與利用領(lǐng)域的研究受到來自亞太地區(qū)、歐洲和美洲多個(gè)國家的重視，其中日本于1966年在該領(lǐng)域申請了相關(guān)專利，專利數(shù)量位居世界第1位；相比之下，我國在該領(lǐng)域的研究起步相對較晚，但發(fā)展極為迅速，于2009年起中國專利年申請量已超越日本。②從技術(shù)領(lǐng)域布局來看，電子垃圾處理及利用領(lǐng)域的專利主要集中在處理技術(shù)、分離方法、提取有用物質(zhì)和去除有害物質(zhì)等，其中對電池的回收利用、貴金屬和稀土金屬的提取是當(dāng)今研究熱點(diǎn)；③電子垃圾處理與利用專利主要掌握在全球知名電子電器企業(yè)和冶金企業(yè)，全球?qū)＠暾埩壳?0位機(jī)構(gòu)均來自日本，其中同和礦業(yè)株式會社和日礦金屬株式會社為冶金領(lǐng)域企業(yè)，關(guān)注從電子垃圾中提取稀土和貴金屬等高價(jià)值的材料的相關(guān)技術(shù)；我國專利申請總量雖然位居世界第3位，但相對較為分散，TOP10機(jī)構(gòu)中有6家為高校和4家企業(yè)，反映出我國電子垃圾處理與利用產(chǎn)業(yè)處于起步階段，產(chǎn)業(yè)化程度相對較弱。

我國不僅是世界電子信息產(chǎn)品的制造大國，也是消費(fèi)大國，改變廢舊電子產(chǎn)品回收與處理現(xiàn)狀已刻不容緩。而國內(nèi)內(nèi)電子垃圾整體處于研發(fā)階段，僅有少量產(chǎn)業(yè)化嘗試，尚未形成較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。同時(shí)，我國電子垃圾相關(guān)立法狀況與國外相比有較大差距，并沒有嚴(yán)格的法規(guī)制約。此外，我國消費(fèi)者的環(huán)保意識和消費(fèi)責(zé)任意識相對淡薄，需要進(jìn)一步提高。為了提升我國在電子垃圾處理與利用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化能力，提出以下幾點(diǎn)建議：

①企業(yè)需積極參與電子垃圾的處理，并主動對自出產(chǎn)品提供相應(yīng)的回收標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)該產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建議；②企業(yè)可借鑒國際先進(jìn)電子產(chǎn)品垃圾處置和循環(huán)再利用技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)積極與高校、科研院所合作開發(fā)廢舊電子材料的再循環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合；③除努力提過全民消費(fèi)責(zé)任意識和環(huán)保意識之外，需要建立健全電子垃圾處理及利用的法律法規(guī)體系，以促進(jìn)該產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

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