從專利視角看船舶減排技術(shù)的發(fā)展

屠怡范 史偉偉

隨著國(guó)際社會(huì)以及行業(yè)對(duì)航運(yùn)減排的日益關(guān)注，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的與航運(yùn)、造船相關(guān)的企業(yè)、機(jī)構(gòu)等逐漸加大了對(duì)船舶減排技術(shù)的研發(fā)力度，同時(shí)也有很多與碳減排相關(guān)的專利技術(shù)不斷涌現(xiàn)。那么，當(dāng)前全球相關(guān)專利技術(shù)的發(fā)展情況如何？本文從與船舶減排技術(shù)相關(guān)的宏觀專利數(shù)據(jù)出發(fā)，基于專利申請(qǐng)基本總數(shù)、基本趨勢(shì)、主要技術(shù)產(chǎn)出地和目標(biāo)市場(chǎng)、技術(shù)構(gòu)成情況以及主要技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)者等多個(gè)角度重點(diǎn)分析研究了國(guó)際海運(yùn)業(yè)碳排放強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前后全球相關(guān)專利技術(shù)的發(fā)展情況，以期從專利技術(shù)角度對(duì)中國(guó)船舶業(yè)未來(lái)適應(yīng)全球船運(yùn)業(yè)低碳減排要求所面臨的風(fēng)險(xiǎn)提供有益的啟示。

船舶減排技術(shù)專利現(xiàn)狀

根據(jù)中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)和德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫(kù)，以及其他專利數(shù)據(jù)庫(kù)，以聯(lián)合分類號(hào)（CPC分類號(hào)）Y02T70為主要檢索入口，通過(guò)初步檢索、擴(kuò)展檢索和補(bǔ)充檢索等獲取的數(shù)據(jù)顯示，在1998～2017年20年間，與船舶低碳減排相關(guān)的專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)一個(gè)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，并且在靠近EEDI通過(guò)的前后時(shí)間增幅更加明顯，即2009年開始到2014年達(dá)到申請(qǐng)量的峰值618項(xiàng)。

從全球船舶減排技術(shù)主要專利技術(shù)產(chǎn)出地（申請(qǐng)量排名前十）的分布來(lái)看，其中來(lái)自亞洲的日本在船舶減排技術(shù)上的專利申請(qǐng)量最多達(dá)到2002項(xiàng)，一方面與日本這20年間船舶制造業(yè)的繁榮相匹配，另一方面體現(xiàn)了其對(duì)于通過(guò)技術(shù)減排的重視程度更高，與之類似的還有韓國(guó)（1629項(xiàng)）和中國(guó)（1009項(xiàng)），中國(guó)更是作為目前全球最大的船舶制造國(guó)以及2017年全球?qū)＠暾?qǐng)量最多的國(guó)家，其在船舶新技術(shù)方面也是有較多的產(chǎn)出量，而造成這種格局的原因還有造船業(yè)整體遷移到亞洲等因素。在這個(gè)榜單中排名第三的是美國(guó)，作為全球船舶制造技術(shù)最為先進(jìn)的國(guó)家之一，美國(guó)的技術(shù)產(chǎn)出量一直位居前列，申請(qǐng)量有1239項(xiàng)。但是與之相反的，作為減排先鋒的歐洲各國(guó)，其在減排技術(shù)方面的專利技術(shù)產(chǎn)出量卻不高，申請(qǐng)總量均達(dá)不到1000項(xiàng)，即使是英國(guó)這樣的老牌海上強(qiáng)國(guó)，其專利申請(qǐng)量和排名前三的中日韓相比差距也很大。

與技術(shù)產(chǎn)出地分布相對(duì)應(yīng)的是市場(chǎng)目標(biāo)地，一般而言，兩者是相互呼應(yīng)的，全球?qū)＠夹g(shù)主要流入的市場(chǎng)目標(biāo)地（專利申請(qǐng)的公開量排名前十）來(lái)看，專利申請(qǐng)的公開量排名第一的仍然是日本，公開量達(dá)到2404項(xiàng)，排名第2～4位的仍然是韓、美、中?？梢?，與技術(shù)來(lái)源非常類似的是公開量排名前四位的國(guó)家，即技術(shù)在韓、中、日、美四國(guó)之間的交叉流向是均衡的。而這一排名中非常值得關(guān)注的是，與技術(shù)產(chǎn)出地相同的作為減排政策主導(dǎo)者的歐盟國(guó)家只有德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)位列其間，一方面與歐盟的整體專利制度（即專利申請(qǐng)都是統(tǒng)一遞交到歐洲專利局進(jìn)行審批和確權(quán)，出現(xiàn)的專利號(hào)均以EP為標(biāo)示，在此次統(tǒng)計(jì)中未能直接體現(xiàn)）相關(guān)，但是也從另一個(gè)角度說(shuō)明事實(shí)上由于制造中心的轉(zhuǎn)移，船東（多數(shù)來(lái)自西歐和北美）將減排的主要責(zé)任轉(zhuǎn)嫁到制造商處。

船舶減排技術(shù)專利分布情況

目前常見的船舶節(jié)能技術(shù)措施從以下11個(gè)方面考慮（如表所示）:1）船舶線型優(yōu)化；2）船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及新材料使用；3）低風(fēng)阻上層建筑；4）低阻力舵；5）主機(jī)降功率使用；6）船機(jī)槳配置優(yōu)化；7）動(dòng)能優(yōu)化及傳輸降損；8）最低壓載水船型設(shè)計(jì)；9）氣泡減阻；10）減阻涂料；10）廢熱利用；11）廢氣后處理。

參考這一標(biāo)準(zhǔn)（除了最低壓載水船型設(shè)計(jì)，并無(wú)與此直接相關(guān)的專利分類號(hào)），將上述檢索得到的全球?qū)＠M(jìn)行相應(yīng)分類，如圖所示。其中船型優(yōu)化、對(duì)清潔能源的使用以及動(dòng)能優(yōu)化這三個(gè)技術(shù)措施涉及的專利申請(qǐng)量占比最高，分別為29%、23%、15%，而涉及專利申請(qǐng)量最少的是減阻涂層、主機(jī)改進(jìn)以及廢氣后處理，分別占比為1%、1%、2%。其中廢熱利用、船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及船機(jī)槳優(yōu)化配置和氣泡減阻四類技術(shù)措施的專利申請(qǐng)量占比介于前述幾類技術(shù)措施之間，分別為4%、4%、9%和12%。從CO2減排效果來(lái)看，最好的是廢熱利用，但是這一點(diǎn)在專利申請(qǐng)上并無(wú)明顯直接體現(xiàn)，即對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)改進(jìn)量并不突出。相反從專利技術(shù)角度，還是更多的偏向于對(duì)節(jié)能相關(guān)技術(shù)的研究，例如比例最高的船型優(yōu)化。

根據(jù)CPC聯(lián)合分類號(hào)對(duì)上述減排技術(shù)措施的細(xì)分技術(shù)進(jìn)行分析，其中申請(qǐng)量排名前20位的CPC分類號(hào)如表1所示。CPC聯(lián)合號(hào)是歐洲專利局和美國(guó)專利局共同提出的新的專利分類體系，其中為減排技術(shù)設(shè)定了分類號(hào)Y02T這個(gè)小類，其對(duì)應(yīng)的是減緩或適應(yīng)氣候變化的技術(shù)或應(yīng)用，并且附注：本小類包含選擇技術(shù)，其控制、減少或防止人為溫室氣體（GHG）的排放，如京都議定書所控。如表所示，其中申請(qǐng)量最多的是Y02T70/122這個(gè)點(diǎn)組，達(dá)到1707項(xiàng)，根據(jù)分類號(hào)解釋可知其涉及船型結(jié)構(gòu)優(yōu)化——空氣腔系統(tǒng)。其次是Y02T70/12：改善船體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)，也是涉及船型結(jié)構(gòu)優(yōu)化。此外，所述分類號(hào)中除了Y02T70/123是關(guān)于涂層技術(shù)外，多數(shù)分類號(hào)所屬技術(shù)關(guān)于船型技術(shù)以及清潔能源。其中對(duì)船型的改進(jìn)主要是形成空氣腔改善船體流線型結(jié)構(gòu)等方面，而清潔能源方面則涉及了對(duì)風(fēng)能的利用等等。

船舶減排技術(shù)主要競(jìng)爭(zhēng)者分布

從船舶減排技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量排名前20位來(lái)看，全球船舶減排技術(shù)的主要貢獻(xiàn)者中，來(lái)自韓國(guó)的申請(qǐng)人有4位，分別是三星重工、大宇造船、現(xiàn)代重工和韓國(guó)海洋技術(shù)研究院，分別排名第1、3、4和16位，其中前三家企業(yè)都是全球知名的船舶制造企業(yè)，三者的申請(qǐng)量分別是520項(xiàng)、361項(xiàng)和274項(xiàng)，三家企業(yè)的申請(qǐng)總量達(dá)到1155項(xiàng)，占韓國(guó)總申請(qǐng)量的70.9%，可見其在韓國(guó)的技術(shù)壟斷地位。來(lái)自日本的申請(qǐng)人則有10位，占前20位申請(qǐng)人數(shù)量的50%，其中三菱重工業(yè)株式會(huì)社申請(qǐng)量排名第2。而來(lái)自歐洲的申請(qǐng)人較少，只有西門子和瓦錫蘭，兩者主要以電動(dòng)推進(jìn)設(shè)備為主要產(chǎn)品，且專利申請(qǐng)量也比較少，僅有55項(xiàng)和30項(xiàng)；而來(lái)自美國(guó)的申請(qǐng)人有美國(guó)海軍、通用電氣，其研究重點(diǎn)多數(shù)集中在主機(jī)改進(jìn)等方面。在歐美申請(qǐng)人中除了美國(guó)海軍和西門子的專利申請(qǐng)人可以排名前十外，其余兩者的申請(qǐng)量排位都不靠前。在這個(gè)排名中，來(lái)自中國(guó)的申請(qǐng)人只有兩所大學(xué)—哈爾濱工程大學(xué)和武漢理工大學(xué)，其申請(qǐng)量分別為30項(xiàng)和20項(xiàng)，說(shuō)明中國(guó)目前在針對(duì)低碳減排的相關(guān)技術(shù)研究還主要集中在科研階段，產(chǎn)業(yè)化開展程度不高。

從整體來(lái)看，歐洲市場(chǎng)上船舶配套企業(yè)期望通過(guò)主機(jī)等核心技術(shù)革新來(lái)降低二氧化碳的排放量，而亞洲企業(yè)則多數(shù)是船舶制造企業(yè)，其在減排方面的技術(shù)革新多數(shù)都是集中在對(duì)船舶外形或者船舶建造工藝方面的技術(shù)革新。無(wú)論從哪一個(gè)方面，目前看來(lái)中國(guó)造船界還有待繼續(xù)努力。

對(duì)我國(guó)的啟示

通過(guò)詳實(shí)的數(shù)據(jù)分析，不難發(fā)現(xiàn)，以檢索截止日期為2018 年1月20 日計(jì)算，全球共有船舶減排專利技術(shù)8989項(xiàng)，從申請(qǐng)的時(shí)間序列上看，對(duì)這一技術(shù)的研究熱情在條約出臺(tái)后的2014年達(dá)到年度峰值618項(xiàng)；多數(shù)的技術(shù)來(lái)源于韓、日、美、中四國(guó)，同時(shí)對(duì)應(yīng)地向上述四國(guó)作為目標(biāo)市場(chǎng)國(guó)輸入相應(yīng)的專利技術(shù)；其中中國(guó)作為技術(shù)產(chǎn)出地或市場(chǎng)目標(biāo)地，其申請(qǐng)量或公開量的全球排名都是第4位，僅次于韓、日、美三國(guó)。

另外，還值得關(guān)注的有兩點(diǎn)，一是全球相關(guān)專利減排技術(shù)分布在對(duì)船型優(yōu)化、對(duì)清潔能源的使用以及動(dòng)能優(yōu)化這三個(gè)技術(shù)措施上，主要手段有形成空氣腔、減少船體表面的摩擦、利用風(fēng)能等等。二是全球提供上述專利技術(shù)的申請(qǐng)人主要來(lái)自韓、日兩國(guó)，全球申請(qǐng)量最多的申請(qǐng)人是來(lái)自韓國(guó)的三星重工業(yè)株式會(huì)社，其次是來(lái)自韓國(guó)的大宇造船株式會(huì)社以及日本的三菱重工株式會(huì)社；申請(qǐng)量靠前的申請(qǐng)人多為船舶制造商；能排入申請(qǐng)量前20位的中國(guó)申請(qǐng)人只有哈爾濱工業(yè)大學(xué)和武漢理工大學(xué)。

由此可見，日本、韓國(guó)、美國(guó)和歐洲等掌握先進(jìn)造船技術(shù)的強(qiáng)國(guó)和地區(qū)早已啟動(dòng)對(duì)船舶節(jié)能減排技術(shù)的研究，從而在一定程度為其在國(guó)際減排目標(biāo)制定過(guò)程中爭(zhēng)取相應(yīng)的主動(dòng)權(quán)。雖然我國(guó)在造船技術(shù)上已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，例如體現(xiàn)在專利申請(qǐng)數(shù)量的優(yōu)勢(shì)，但與造船強(qiáng)國(guó)相比還存在一定的差距，尤其是我國(guó)的船舶制造企業(yè)作為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新主體以及減排目標(biāo)的受控方并沒(méi)有掌握太多的國(guó)際主流的低碳減排技術(shù)，從一定程度上反映出我國(guó)未來(lái)在國(guó)際減排目標(biāo)的談判可能會(huì)處于相對(duì)弱勢(shì)，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。因此這就要求我國(guó)船舶制造企業(yè)必須密切跟蹤國(guó)際發(fā)展動(dòng)態(tài)，加大研發(fā)投入，提高自主設(shè)計(jì)能力，迎接船舶市場(chǎng)新一輪的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)從造船大國(guó)向造船強(qiáng)國(guó)的升級(jí)轉(zhuǎn)變。