碳中和背景下藻類固碳技術(shù)的專利競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析

郭亮亮

(河南大學(xué) 圖書館, 河南 開(kāi)封 475000)

0 引言

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上宣布：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更有力的政策和措施，CO2排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。根據(jù)國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和的總方針，各省市根據(jù)本省的實(shí)際情況制定了相應(yīng)的舉措，來(lái)完成國(guó)家的既定目標(biāo)。碳中和被視為一場(chǎng)工業(yè)革命，標(biāo)志著人類發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，它將大大減緩全球變暖的速度，并解決能源危機(jī)，同時(shí)還可以給空氣質(zhì)量提高、生態(tài)恢復(fù)和景觀美化等帶來(lái)好處[1]。

由于專利數(shù)據(jù)側(cè)重于發(fā)明過(guò)程，因此專利數(shù)據(jù)經(jīng)常被用作衡量技術(shù)創(chuàng)新、評(píng)估技術(shù)進(jìn)步的指標(biāo)[2]。藻類在生長(zhǎng)或培養(yǎng)過(guò)程中會(huì)吸收大量的碳、氮、磷等無(wú)機(jī)元素，同時(shí)其自身或者代謝產(chǎn)物具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，藻類在廢水處理、生產(chǎn)保健食品、藥物等方面有廣泛的應(yīng)用。此外，隨著大規(guī)模生物柴油生產(chǎn)的出現(xiàn)，藻類因其在不利生長(zhǎng)條件下可以大量積累脂質(zhì)的能力而備受關(guān)注。龍菲平等[3]研究了微藻生物固碳的技術(shù)和應(yīng)用情況，但是有關(guān)藻類固碳領(lǐng)域的專利競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)方面的研究較少。

本文以藻類在固碳領(lǐng)域的專利技術(shù)為研究對(duì)象，識(shí)別優(yōu)勢(shì)國(guó)家和研發(fā)主體，分析技術(shù)現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，研究結(jié)果有助于了解藻類在固碳方面的專利布局，并為藻類在固碳方面的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文以incoPat專利數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行專利檢索。結(jié)合藻類固碳及碳中和相關(guān)概念確定關(guān)鍵詞，在標(biāo)題、摘要、權(quán)利要求字段中檢索，檢索時(shí)間為2022年6月8日，經(jīng)過(guò)人工篩選、同族合并，最終獲得專利635件，共408個(gè)專利族。利用incoPat專利數(shù)據(jù)平臺(tái)和Origin Pro 2021軟件對(duì)專利的基本情況、技術(shù)構(gòu)成、主題分布等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和可視化分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本情況

關(guān)于藻類固碳領(lǐng)域的專利申請(qǐng)?jiān)?006年以后逐漸增多，2016年達(dá)到最高峰，隨后有所下降，這主要與專利的公開(kāi)時(shí)間和數(shù)據(jù)庫(kù)收錄有所滯后有關(guān)[4]。一般情況下，發(fā)明專利在申請(qǐng)后3～18個(gè)月公開(kāi)，實(shí)用新型專利在申請(qǐng)后6個(gè)月左右公開(kāi)。其中，申請(qǐng)日為2006—2022年的專利有608件，同族合并后有387個(gè)專利族(見(jiàn)圖1)。申請(qǐng)人國(guó)家或組織主要有中國(guó)(221件)、美國(guó)(54件)、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(48件)、韓國(guó)(32件)等。

對(duì)申請(qǐng)日為2006—2022年的專利申請(qǐng)人分析，發(fā)現(xiàn)藻類固碳領(lǐng)域的專利申請(qǐng)人主要為中國(guó)石油化工股份有限公司(21件)、浙江大學(xué)(13件)、中國(guó)石油化工股份有限公司大連石油化工研究院(11件)、中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院(10件)和美國(guó)Synthetic Genomics公司(9件)等。

整體來(lái)看，藻類固碳領(lǐng)域的專利技術(shù)經(jīng)歷了發(fā)展緩慢期(1990—2005年)、快速增長(zhǎng)期(2006—2016年)和成熟期(2017年至今)。中國(guó)和美國(guó)在此領(lǐng)域的申請(qǐng)量較多，特別是中國(guó)，占整個(gè)專利申請(qǐng)量的一半以上，在藻類固碳領(lǐng)域具有一定的主導(dǎo)地位。世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織在2021年發(fā)布的世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)指標(biāo)報(bào)告顯示，對(duì)于那些希望在本國(guó)以外的國(guó)家對(duì)其發(fā)明進(jìn)行專利保護(hù)的申請(qǐng)者來(lái)說(shuō)，中國(guó)是美國(guó)之后的第二大目標(biāo)國(guó)家。同時(shí)，全球知識(shí)產(chǎn)權(quán)活動(dòng)正在向亞洲轉(zhuǎn)移，尤其是中國(guó)，這主要是因?yàn)橹袊?guó)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)越來(lái)越重視[5]。

2.2 技術(shù)分析

根據(jù)國(guó)際專利分類(International Patent Classification，IPC)信息，對(duì)申請(qǐng)日為2006—2022年的專利進(jìn)行技術(shù)構(gòu)成分析。結(jié)果表明：關(guān)于藻類固碳領(lǐng)域的專利技術(shù)主要分布在生物化學(xué)和微生物學(xué)(C12，285件)、物理或化學(xué)方法裝置(B01，104件)、農(nóng)業(yè)和林業(yè)(A01，66件)、廢水或污泥的處理(C02，33件)等大類，微生物或者酶的繁殖或保藏(C12N，188件)、微生物學(xué)裝置(C12M，118件)、物質(zhì)分離(B01D，98件)等小類，具體含義如表1所示。

藻類固碳領(lǐng)域的專利技術(shù)主要涉及微生物培養(yǎng)、光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、微藻產(chǎn)油以及水和廢水處理等。藻種的篩選、培養(yǎng)條件的選擇、營(yíng)養(yǎng)物的來(lái)源、光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)等都對(duì)藻類固碳的效率產(chǎn)生影響[6-7]。此外，研究表明，藻類特別是微藻，可以有效固定不同來(lái)源的CO2，包括大氣、工業(yè)廢氣和可溶性碳酸鹽，而CO2固定、生物燃料生產(chǎn)和廢水處理的結(jié)合為當(dāng)前CO2減排策略提供了非常有前景的替代方案[8]，側(cè)面反映了藻類在實(shí)現(xiàn)碳中和方面有巨大優(yōu)勢(shì)。

表1 藻類固碳專利主要IPC小類分布 (單位：件)

2.3 聚類分析

對(duì)2006—2022年的專利文本(標(biāo)題、摘要、權(quán)利要求字段)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藻類固碳領(lǐng)域的研究較多的一級(jí)主題涉及光合作用(120件)、終止子序列(65件)、微藻油脂(71件)、微藻(100件)和角叉菜聚糖(50件)等(見(jiàn)圖2)。藻類固碳領(lǐng)域的研究較多的二級(jí)主題涉及微藻培養(yǎng)(94件)、微藻油脂(58件)、終止子序列(31件)、全球變暖(28件)、CO2(23件)等(見(jiàn)圖3)。對(duì)各個(gè)主題的申請(qǐng)人進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：中國(guó)石油化工股份有限公司及其研究院、浙江大學(xué)等的研究方向主要集中在光合作用、微藻油脂和微藻；美國(guó)Synthetic Genomics公司的研究方向主要集中在終止子序列；美國(guó)Kiverdi公司的研究方向主要集中在角叉菜聚糖。

對(duì)藻類固碳領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)較多的申請(qǐng)人中國(guó)石油化工股份有限公司、NMC公司、中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院以及浙江大學(xué)的專利進(jìn)行技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析(見(jiàn)圖3)。結(jié)果顯示：中國(guó)石油化工股份有限公司和撫順石油化工研究院的專利技術(shù)主要集中在微藻油脂、碳捕集、生質(zhì)燃料等方向；NMC公司的專利技術(shù)主要集中在萊茵衣藻、葉綠體、碳酸酐酶、電子轉(zhuǎn)移等方向；浙江大學(xué)的專利技術(shù)主要集中在光合反應(yīng)器、海洋藻類、無(wú)機(jī)碳源等方向。

由此可見(jiàn)，中國(guó)的企業(yè)和研究院的專利布局主要涉及煙道氣培養(yǎng)藻類、CO2固定和廢水處理結(jié)合培養(yǎng)藻類并生產(chǎn)生物柴油以及光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)等方向。如，中國(guó)已投資的某項(xiàng)目每年可以固定煤化工煙氣CO2達(dá)20萬(wàn)噸[9]。國(guó)外的企業(yè)和研究院專利布局主要涉及用分子生物學(xué)的方法上調(diào)參與光合電子傳遞鏈、碳固定途徑、淀粉、脂質(zhì)和細(xì)胞周期控制基因，以獲得更高的固碳效率[10]。當(dāng)前，高效固碳藻類的藻種篩選是全球范圍內(nèi)研究的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。小球藻是常見(jiàn)的固定CO2的藻種，其最高可以耐受60%體積分?jǐn)?shù)的CO2[3]。

3 結(jié)論與建議

在當(dāng)前碳中和的背景下，藻類因其生長(zhǎng)周期短、代謝產(chǎn)物可以用作燃料的特點(diǎn)，有很大應(yīng)用前景和潛力。從專利申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看，自2006年以來(lái)，全球藻類固碳領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量呈增加趨勢(shì)，隨后趨于穩(wěn)定，且中國(guó)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量最高。從技術(shù)方向來(lái)看，利用傳統(tǒng)的環(huán)境脅迫或者利用分子生物學(xué)的方法獲得高效固碳的藻類是重要的研究方向。此外，利用CO2(如來(lái)自煙道氣)或廢水中的碳源來(lái)培養(yǎng)藻類并收獲其產(chǎn)物(如油脂)的聯(lián)合裝置也是當(dāng)今藻類固碳領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。整體來(lái)看，藻類固碳領(lǐng)域的專利基本覆蓋了全產(chǎn)業(yè)鏈。

此外，根據(jù)藻類固碳專利分析結(jié)果，筆者提出以下建議。首先，加大藻類固碳相關(guān)核心專利的研發(fā)力度，專利布局全球化。相較于國(guó)外的企業(yè)和研究院，中國(guó)在藻類固碳領(lǐng)域的專利更側(cè)重于應(yīng)用，而核心技術(shù)層面的專利創(chuàng)新相對(duì)較少。因此，要加大核心專利的研發(fā)，同時(shí)，對(duì)于高價(jià)值專利在全球布局。其次，加強(qiáng)校企合作，推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化。企業(yè)在技術(shù)應(yīng)用上具有天然的優(yōu)勢(shì)，而高校在基礎(chǔ)研究上(如生命科學(xué))具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，若兩者深入合作，可以起到1+1>2的效果，進(jìn)而創(chuàng)造更大的社會(huì)效益。再次，發(fā)揮地域優(yōu)勢(shì)，探索創(chuàng)新。目前，藻類固碳領(lǐng)域涉及的藻類多為淡水藻類，海洋藻類研究較少。而海洋藻類資源豐富，在藻類固碳方面有很大的潛力。沿海地帶的高?；蛘呖蒲性核梢愿鶕?jù)地域特點(diǎn)，尋找固碳高效的海洋藻類資源。最后，注重藻類固碳相關(guān)專利的預(yù)警分析，避免專利糾紛。新時(shí)代下，專利不僅代表著知識(shí)創(chuàng)新，還代表著經(jīng)濟(jì)利益。加強(qiáng)藻類固碳領(lǐng)域的專利預(yù)警分析，可以幫助企業(yè)知己知彼，避開(kāi)專利侵權(quán)和專利無(wú)效的糾紛，保護(hù)企業(yè)利益。