基于DII專利大數(shù)據(jù)的生物質(zhì)能技術(shù)國際態(tài)勢分析

靳軍寶，古志文，麻伊娜2，邢宗緒3，石雪莉3

(1.中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，甘肅蘭州 730030；3.蘭州蘭石能源裝備工程研究有限公司，甘肅 蘭州 730314)

基于DII專利大數(shù)據(jù)的生物質(zhì)能技術(shù)國際態(tài)勢分析

靳軍寶1，古志文1，麻伊娜2，邢宗緒3，石雪莉3

(1.中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，甘肅蘭州 730030；3.蘭州蘭石能源裝備工程研究有限公司，甘肅 蘭州 730314)

基于德溫特創(chuàng)新索引國際專利數(shù)據(jù)庫(DII)，利用Thomson Data Analyzer(TDA)、Thomson Innovation(TI)等專利分析工具和平臺，對生物質(zhì)能國際專利進(jìn)行深入分析，系統(tǒng)客觀地揭示了生物質(zhì)能技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀、專利技術(shù)分布、研發(fā)熱點以及競爭格局。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示:生物質(zhì)能相關(guān)專利從2005年之后申請量開始快速增長。專利數(shù)量排名前三位的國家依次為中國、美國和日本，其專利數(shù)量占到全部專利總量的73.52%。從專利平均被引次數(shù)可以看出，我國專利整體質(zhì)量較差。專利數(shù)量排名前三的機(jī)構(gòu)分別是廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司、中國石油化工股份有限公司和清華大學(xué)，均為中國的企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)。從研發(fā)熱點可以看出，2010年以來生物質(zhì)能專利技術(shù)主要研發(fā)熱點為爐排、儲罐及管道、生物質(zhì)燃?xì)狻⑷紵?、基因改良、燃料乙醇、生物柴油反?yīng)器等。

生物質(zhì)能；專利大數(shù)據(jù)；專利分析

生物質(zhì)能主要包括生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)成型燃料、生物質(zhì)液體燃料和生物質(zhì)燃?xì)馊剂系萚1-2]。生物質(zhì)能作為綠色能源已經(jīng)受到越來越多國家的重視，據(jù)報道，生物質(zhì)能已經(jīng)是繼化石能源煤、油、氣之后的第四大能源[3-4]。我國生物質(zhì)能資源豐富，具有巨大的發(fā)展?jié)摿5-7]。筆者通過德溫特創(chuàng)新索引國際專利數(shù)據(jù)庫(DII)，利用Thomson Data Analyzer(TDA)、Thomson Innovation(TI)等專利分析工具和平臺，對生物質(zhì)能技術(shù)專利進(jìn)行深入分析，旨在系統(tǒng)客觀地揭示生物質(zhì)能技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀與態(tài)勢，包括專利技術(shù)的分布、主要技術(shù)領(lǐng)域、研發(fā)熱點以及技術(shù)的市場占有與競爭格局。

1 數(shù)據(jù)采集與研究方法

本研究數(shù)據(jù)均采集于DII[8]。DII是以德溫特世界專利索引(DerwentWorld Patent Index)和德溫特世界專利引文索引(Patents Citation Index)為基礎(chǔ)形成的專利信息和專利引文信息數(shù)據(jù)庫，是世界上最大的專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，收錄了來自全球47個專利機(jī)構(gòu)(涵蓋100多個國家，包括中國的實用新型專利信息)的超過2000萬條基本發(fā)明專利，4000多萬條專利情報；數(shù)據(jù)可回溯到1963年。

本研究利用檢索式((TI＝(biomass or(bio?-gas or biogas or bio?-energy or bioenergy or biodiesel or bio?-diesel or ethanol-fuel or fuel ethanol or fuel-bioethanol)or((ethanol ormethanol or dimethyl-ether or diesel ormethane or biogas ormethyl-ether or CH4)and IP＝C12?))or MAN＝(X15-E))not ip＝A?)在DII數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，共獲得35502條數(shù)據(jù)，檢索時間為2015年12月14日。分析工具主要采用美國湯姆森科技集團(tuán)開發(fā)的Thomson Data Analyzer(TDA)和Thomson Innovation(TI)分析工具[9-10]。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物質(zhì)能技術(shù)專利研發(fā)現(xiàn)狀

2.1.1 時序分布 從生物質(zhì)能專利申請數(shù)量的變化情況(見圖1)可以看出，生物質(zhì)能專利技術(shù)的發(fā)展可以分為3個階段，其中2000年之前關(guān)注生物質(zhì)能技術(shù)的人很少，2001～2004年生物質(zhì)能技術(shù)相關(guān)專利申請逐年增長。2005年后相關(guān)專利申請開始快速增長，與生物質(zhì)能相關(guān)文章發(fā)表的結(jié)果一致[11]。由于專利公布具有一定的滯后性，所以2014年之后的數(shù)據(jù)僅供參考。其中2000年以來申請的專利占全部專利數(shù)量的90.48%。

圖1 生物質(zhì)能技術(shù)專利申請數(shù)量年度變化情況Fig.1 The annual trend of the number of patents on biomass energy technologies

2.1.2 國家/地區(qū)分布 表1給出了專利數(shù)量排名前十位的國家/地區(qū)及專利平均被引次數(shù)。可以看出排名前三位的國家依次為中國、美國和日本，其專利數(shù)量占到所有專利量的73.52%，其中中國專利數(shù)量遙遙領(lǐng)先，與排名第二的美國相比，中國的專利數(shù)量比美國的3倍還多。

表1 專利數(shù)量排名前10位的國家/地區(qū)及其專利平均被引次數(shù)Table 1 The top 10 countries/organizations in the patents number and average cited tim es of their patents

2.1.3 專利的質(zhì)量情況 為了了解各國專利質(zhì)量情況，對主要國家或地區(qū)的專利平均被引次數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計，由表1可知平均被引次數(shù)排名前三位的國家或組織依次是加拿大、美國和歐盟，分別為20.18、17.34和9.68次。雖然我國生物質(zhì)能專利數(shù)量排名第一，但我國專利的平均被引次數(shù)只有0.92次，從側(cè)面反映出我國專利整體質(zhì)量較差。

2.2 生物質(zhì)能專利技術(shù)研發(fā)熱點及布局

2.2.1 技術(shù)主題分析 以國際專利分類號(IPC)分類為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計各類專利技術(shù)分支的出現(xiàn)頻次(見表2)，可以發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)能專利技術(shù)出現(xiàn)頻次最高的10個技術(shù)主題。其中排名前五位的技術(shù)點依次為:C12M 1/107(用于收集發(fā)酵氣體如甲烷的裝置)、C02F 11/04(用厭氧處理工藝生產(chǎn)甲烷)、C10L 1/02(基于僅由碳、氫及氧組成的成分為主的液體含碳燃料)、C12P 7/06(乙醇的制備)和B09B 3/00(固廢處理)。

表2 生物質(zhì)能排名前10位的專利技術(shù)主題(前10位IPC分類號)Table 2 The top 10 patent technology topics of biomass energy(Top 10 IPC)

2.2.2 不同時段技術(shù)研發(fā)布局 Thomson Innovation(TI)具有強(qiáng)大的分析及可視化功能。以DII數(shù)據(jù)庫中生物質(zhì)能專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用TI繪制了專利研發(fā)布局圖。生物質(zhì)能專利技術(shù)主題分布見圖2(a)，結(jié)合專家解讀，可以發(fā)現(xiàn)主要研發(fā)主題有爐排、沼氣、酯交換、送料裝置、生物質(zhì)燃?xì)?、生物乙醇、培養(yǎng)基優(yōu)化、生物質(zhì)發(fā)電、糖化反應(yīng)等。圖2(b)～(d)列出了不同時間段主要生物質(zhì)能專利技術(shù)內(nèi)容，其中2000年之前生物質(zhì)能主要研發(fā)內(nèi)容有厭氧發(fā)酵、燃料乙醇、污泥處理、生物燃?xì)夂腿紵遥?000～2009年之間生物質(zhì)能主要研發(fā)內(nèi)容有生物柴油、酯交換、酵母改良、分離純化、生物質(zhì)燃?xì)獾龋?010年至今生物質(zhì)能主要研發(fā)內(nèi)容有爐排、儲罐及管道、生物質(zhì)燃?xì)?、燃燒室、基因改良、燃料乙醇、生物柴油反?yīng)器等。

2.3 生物質(zhì)能技術(shù)專利的競爭格局

2.3.1 主要專利權(quán)人情況 表3為排名前15的專利權(quán)人及其申請國別，由表3可見其中排名前三位的專利權(quán)人均為中國的機(jī)構(gòu)，分別為廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司(簡稱廣州迪森公司)、中國石油化工股份有限公司(簡稱中石油)和清華大學(xué)，專利數(shù)量依次為212、159和149件。據(jù)廣州迪森公司2014年年報顯示，廣州迪森公司的主營業(yè)務(wù)為生物質(zhì)燃料等新型清潔能源，具體為生物質(zhì)成型燃料(BMF)、生態(tài)油(BOF)、生物質(zhì)可燃?xì)?BGF)。2014年度，公司實現(xiàn)營業(yè)收入57 334.54萬元，實現(xiàn)利潤總額6906.06萬元。

圖2 生物質(zhì)能技術(shù)主題分布及不同年份主要研發(fā)內(nèi)容Fig.2 Technical topics distibution and main R＆D in different years of the patents of biomass energy

2.3.2 主要機(jī)構(gòu)技術(shù)專利保護(hù)策略分析 專利保護(hù)區(qū)域及范圍是專利申請人/專利權(quán)人對其專利技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域保護(hù)及市場占有規(guī)劃的重要反映，專利申請區(qū)域越廣、保護(hù)范圍越寬，專利技術(shù)潛在的市場占有范圍也越大。排名前15的專利權(quán)人及專利申請國別分布可見表3。

表3 排名前15位的專利權(quán)人的專利申請國別分布Table 3 The top 15 patentees and the distribution of their patent application countries

續(xù)表3

從整體上看，排名前15的專利權(quán)人中，除中國的廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司、昆明理工大學(xué)、浙江大學(xué)、郭豐亮(蘇州企航新能源有限公司董事長)、日本石川島播磨重工業(yè)株式會社及華北電力大學(xué)專利申請國別均在本國外，其他機(jī)構(gòu)申請國別均在2個以上。

2.3.3 主要機(jī)構(gòu)間重要技術(shù)競爭關(guān)系分析 各主要機(jī)構(gòu)之間重要技術(shù)競爭關(guān)系見圖3～圖5，其中圈外小球代表競爭機(jī)構(gòu)，圈內(nèi)小球代表某一重要機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)領(lǐng)域，小球大小表示該機(jī)構(gòu)在該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量，小球間連線表示該機(jī)構(gòu)間存在技術(shù)競爭關(guān)系。

圖3 廣州迪森主要的技術(shù)競爭格局Fig.3 Themain competitive relationship of technology in Guangzhou Devotion Thermal Technology CO.

圖4 中石油主要的技術(shù)競爭格局Fig.4 Themain competitive relationship of technology in Sinopec Corp.

從圖3可以看出，在生物質(zhì)能技術(shù)領(lǐng)域廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司主要的技術(shù)領(lǐng)域包括合成氣或煤氣、煤氣中除塵或焦油的裝置、粉狀或粒狀燃料氣化裝置、燃料氣引出裝置和向燃燒設(shè)備供應(yīng)燃料等。其中，合成氣或煤氣技術(shù)是廣州迪森公司在生物質(zhì)能方面最有優(yōu)勢的技術(shù)領(lǐng)域，其競爭優(yōu)勢明顯，但在這方面它面臨著來自武漢凱迪和洛陽駿騰能源科技有限公司的競爭壓力。煤氣中除塵或焦油的裝置技術(shù)是廣州迪森的第二大優(yōu)勢領(lǐng)域，其競爭優(yōu)勢也很明顯，但面臨著來自洛陽駿騰能源科技有限公司和合肥德博生物能源科技有限公司的競爭壓力；在其他主要技術(shù)領(lǐng)域，廣州迪森都表現(xiàn)出優(yōu)勢地位，但也有一些潛在的競爭威脅。

從圖4可以看出，在生物質(zhì)能技術(shù)領(lǐng)域，中石油主要的技術(shù)領(lǐng)域包括:由碳、氫及氧成分為主的液體燃料；從含氧的有機(jī)物制備液態(tài)烴混合物，例如脂肪油、脂肪酸；烴類混合物為主的液體含碳燃料；乙醇的制備和釀酒酵母等。其中，由碳、氫及氧成分為主的液體燃料技術(shù)是中石油公司在生物質(zhì)能方面最有優(yōu)勢的技術(shù)領(lǐng)域，在該領(lǐng)域目前處于領(lǐng)先優(yōu)勢；從含氧的有機(jī)物制備液態(tài)烴混合物是中石油公司的第二大優(yōu)勢領(lǐng)域，但殼牌石油公司在該技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先于中石油公司，另外，清華大學(xué)、美國環(huán)球石油產(chǎn)品公司、美國帕沃爾(Powell JB)等在該技術(shù)領(lǐng)域也對中石油構(gòu)成威脅。

圖5 清華大學(xué)主要的技術(shù)競爭格局Fig.5 Themain com petitive relationship of technology in Tsinghua University

從圖5可以看出，在生物質(zhì)能技術(shù)領(lǐng)域，清華大學(xué)主要的技術(shù)領(lǐng)域包括:從含氧的有機(jī)物制備液態(tài)烴混合物；脂肪、脂油、酯型蠟或高級脂肪酸的制備；酯交換；細(xì)菌或放線菌目；乙醇的制備等?？梢钥闯?，清華大學(xué)的優(yōu)勢技術(shù)為從含氧的有機(jī)物制備液態(tài)烴混合物，但該技術(shù)與殼牌石油相比較不占有優(yōu)勢；脂肪、脂油、酯型蠟或高級脂肪酸的制備技術(shù)面臨的競爭威脅主要來自韓國慶北國立大學(xué)；在乙醇制備領(lǐng)域，杜邦公司、丹尼斯克公司、中糧集團(tuán)、諾維信和中石油的技術(shù)實力均超過清華大學(xué)。

3 結(jié)論與建議

在國際范圍內(nèi)，生物質(zhì)能相關(guān)專利從2005年之后申請量開始快速增長，其中2000年以來申請的專利占全部專利數(shù)量的90.48%。生物質(zhì)能專利數(shù)量排名前三位的國家依次為中國、美國和日本，其專利數(shù)量占到全部專利總量的73.52%。從專利平均被引次數(shù)可以看出，我國專利整體質(zhì)量較差。生物質(zhì)能技術(shù)專利數(shù)量排名前三的機(jī)構(gòu)分別是廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司、中石油和清華大學(xué)，均為中國的企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)。從生物質(zhì)能技術(shù)研發(fā)熱點可以看出，2010年以來生物質(zhì)能專利技術(shù)主要研發(fā)熱點為爐排、儲罐及管道、生物質(zhì)燃?xì)?、燃燒室、基因改良、燃料乙醇、生物柴油反?yīng)器等。

我國生物質(zhì)能專利數(shù)量已經(jīng)遙居世界第一，但專利整體質(zhì)量較差，專利申請主要在國內(nèi)。今后應(yīng)加強(qiáng)專利質(zhì)量控制，申請高質(zhì)量的專利，此外，要加強(qiáng)專利申請布局戰(zhàn)略，搶占更多知識產(chǎn)權(quán)制高點。

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Analysis of International Situation on Biomass Energy Technology Based on DIIPatent Big Data

JIN Junbao1，GU Zhiwen1，MA Yina2，XING Zongxu3，SHIXueli3

(1.Lanzhou Library of Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；2.Gansu Academy of Mechanical Sciences，Lanzhou 730030，China；3.Lanzhou LSEnergy Equipment Engineering Institute Co.，Ltd.，Lanzhou 730314，China)

Based on Derwent Innovations Index(DII)of ISIWoK，patent analysis tools and platforms such as Thomson Data Analyzer(TDA)and Thomson Innovation(TI)etc.were used for deeply analyzing international patent of biomass energy，systematically and objectively revealing the present situation of research and development，the distribution of patent technology，research and development hotspot，aswell as the competitive landscape of biomass energy technology.The results showed that the number of patents was increasing rapidly from 2005.China，American and Japan ranked the top 3 of the number of patents. However，by the comparison of average cited times of patent，the results showed that the quality of Chinese patentswas poor.The patentees of top three were Guangzhou Devotion Thermal Technology Co.，Sinopec Corp.and Tsinghua University.All of them came from China.The research and development hotspot of biomass energy technology were the boller，biodiesel reaction，ethanol production，genemodification and synthesis gas after 2010.

biomass energy；patent big data；patent analysis

TM651；TQ35

:A

:1673-5854(2017)01-0033-06

10.3969/j.issn.1673-5854.2017.01.006

2016-05-18

中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目(Y4AS051001)

靳軍寶(1986—)，男，甘肅會寧人，館員，碩士，從事產(chǎn)業(yè)情報研究；E-mail:jinjb＠llas.ac.cn。