蘭瑾耀，佟靖怡

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心材料工程發(fā)明審查部，北京100190)

　　摘要：本文以全球水熱法處理生物質(zhì)領(lǐng)域的專利中請為分析樣本，從發(fā)展趨勢，國家區(qū)城分布和全球?qū)＠夹g(shù)分布等多維度、分析了全球水熱法處理生物質(zhì)技術(shù)整體發(fā)展?fàn)顩r，通過對專利技術(shù)與非專利技術(shù)角度的回顧與展望。可以使得該領(lǐng)域的料研人員了解現(xiàn)實應(yīng)用中存在的問題，以期獲得更具實際應(yīng)用價值的研究結(jié)果。

　　生物質(zhì)能是地球上儲量最為豐富的能源之一，其作為一種含碳能源并且具有可再生性受到越來越廣泛的關(guān)注。生物質(zhì)能可以通過化學(xué)或生物方法轉(zhuǎn)化為一系列能源產(chǎn)品，如液體、固體、氣體燃料及化學(xué)品，并且可以轉(zhuǎn)化成熱能或電能。隨著生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法的發(fā)展，使用臨界流體對生物質(zhì)進行液化即水熱法已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的焦點。利用臨界流體對生物質(zhì)進行液化，可將生物質(zhì)資部轉(zhuǎn)化為液體燃料或有用的化工產(chǎn)品，同時臨界流體液化反應(yīng)可以在相對低溫的條件下進行，有效地減少能源的消耗。

　　1全球?qū)＠麪顩r分析

　　截至2013年底，涉及水熱法處理生物質(zhì)的全球?qū)＠暾埞灿?78件。本文在這一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上從專利申請的發(fā)展趨勢，國家區(qū)域分布，各國、各區(qū)域污泥處理領(lǐng)域市場，申請動向以及專利布局情況等幾方面對生物質(zhì)水熱處理技術(shù)領(lǐng)域的全球?qū)＠麪顩r進行分析。

　　1.1發(fā)展趨勢分析

　　生物質(zhì)水熱處理技術(shù)的專利申請發(fā)展趨勢主要從以下兩個方面進行分析：1）全球?qū)＠暾埧傮w發(fā)展趨勢；2）中、美、歐、日、韓五方專利申請發(fā)展趨勢。其中，所有數(shù)據(jù)均以目前已公開的專利文獻量為基礎(chǔ)統(tǒng)計得到，不區(qū)分申請與授權(quán)。

　　圖1顯示了生物質(zhì)水熱處理技術(shù)全球原創(chuàng)專利申請總量隨年代的變化趨勢。

　　該技術(shù)領(lǐng)域在1970年首次出現(xiàn)專利申請，申請量僅為1件，其后每年均存在不同數(shù)量專利申請，這種申請量較低的現(xiàn)象一直延續(xù)到1997年。到1998年該領(lǐng)域?qū)＠暾埩拷K于上升到12件，同時在1998-2011年間，該領(lǐng)域?qū)＠暾埩恳恢碧幱诔掷m(xù)上漲的階段，其中，年申請量最高值出現(xiàn)在2011年，該年申請量達到了98件。

　　由圖2中的各四方的申請趨勢可以看出，生物質(zhì)水熱處理技術(shù)在這兒年間總體呈增長趨勢，但是各個國家的申請量變化趨勢不盡相同：在中、美，日、歐、韓五方中，日本的總體申請量最高，同時日本在這個領(lǐng)域的技術(shù)研究也開展較早，和歐洲地區(qū)一樣均在七十年代其開始了研究工作，同時日本相關(guān)專利申請量從整體上來看與全球申請量變化趨勢趨同，且其在2007年以前雖然申請量也較低，但仍然處于世界領(lǐng)先的水平，這可以說明，在日本應(yīng)該存在這一定數(shù)量的該領(lǐng)域的基礎(chǔ)性專利文獻。對于歐、美來說，這西個地區(qū)雖然在眾多技術(shù)領(lǐng)域均具有較為先進的技術(shù)，并處干世界的領(lǐng)先水平，但是在生物質(zhì)水熱處理領(lǐng)域這兩個地區(qū)申請量一直較低，其中歐洲地區(qū)的研究工作雖然開展較早，但是申請量一直很低，而美國相關(guān)技術(shù)研究開展較晚，但是近幾年申請量有所增加。而我國，則是五方中開展技術(shù)研究最晚的國家，但是我國科研開展的連續(xù)較強，從2005年開始每年都保有一定的專利數(shù)量，并且保持逐年增長的趨勢，并且在2011年開始，我國專利申請量已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平。

　　在20年間日本一直占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢，這是因為日本經(jīng)濟發(fā)展速度和本土資源極不匹配，日本資源有限，其勢必不惜一切代價做好環(huán)境治理工作，因此日本的污泥處理技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位，但是從2001年開始出現(xiàn)下降的趨勢，從2001年的最高中請最1384件下降至2010年的474件，美國的污泥專利中請量一直處于平穩(wěn)的永平，漲幅波動不大，20年間，最高申請量為224件，最低申請量為141件；歐洲的申請量變化幅度也較小，20年間，最高申請量和最低申請量分別為376件和215件。綜上可見，日本在污泥處理領(lǐng)域已經(jīng)遙遙領(lǐng)先。日本真正開始污泥利用始于70年代，主要作為肥料用于農(nóng)業(yè)，發(fā)展到90年代開始以城市為中心，作為工業(yè)用的原材料，2010年前將其發(fā)展為火力發(fā)電用燃料。日本一直堅持污泥焚燒處理，日本70％左右的濕污泥都是通過干化、焚燒的處置方法達到最大的減量化，焚燒后的渣作為建材資源再利用。近幾年，由于能源價格飆升，全球氣候變暖等因素，日本污泥處理處置的技術(shù)路線發(fā)生了很大的變化，目前日本將污泥的生物質(zhì)利用、能源化利用作為重點和突破點，這相對于過去幾十年單純的污泥處理方法有了很大的改變。中國的專利申請量在這20年間有了突飛猛進的變化，和上述三個國家、地區(qū)相比，中國污泥處理技術(shù)起步較晚，一方面這與中國專利度起步較晚具有必然的關(guān)系，另一方面我國經(jīng)濟發(fā)展水平與發(fā)達國家和地區(qū)相比也有一定的差距。

　　1.2技術(shù)領(lǐng)域分析

　　對全球?qū)＠募夹g(shù)主題開展分析，以IPC分類號為分析對象，對全球?qū)＠暾埩颗琶笆姆诸愄柕膶＠暾垟?shù)據(jù)進行分析。

　　從表1可以看出，申請量前十名的分類號中，主要涉及污泥的處理及其裝置、固體廢物的破壞或?qū)⒐腆w廢物轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏没驘o害的東西以及利用低于或高于大氣壓力使物質(zhì)發(fā)生化學(xué)或物理變化的方法，同時在排名前十的分類好中還有涉及類似固體燃料產(chǎn)品以及含碳產(chǎn)品的生產(chǎn)。從中我們可以看出，這個技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹饕婕胺较颍紫龋瑢τ谠蟻碚f，其涉及污泥處理的專利申請數(shù)量最高，可見采用水熱技術(shù)處理或處置污泥也是，使得污泥能夠充分的得到減量化、無害化以及資源化，是這個領(lǐng)域的一個主要研究分支。其次，該領(lǐng)域在制備含碳產(chǎn)品時，已經(jīng)不僅僅把生產(chǎn)目標(biāo)放在固體燃料的生產(chǎn)上，同時也涉及其他更加精細的含碳材料的生產(chǎn)，這就說明，研究人員已經(jīng)不僅僅把研究重點放在，粗放的生產(chǎn)生物質(zhì)燃料上，同時也對更加下游或者更加具體的產(chǎn)品產(chǎn)生了研究的興趣。

　　2非專利技術(shù)研究現(xiàn)狀

　　70年代初，Appell使用Na₂CO₃為催化劑，在水和高沸點溶劑混合物中，用壓力為14-24MPa的CO/H₂混合氣將木片液化為重油，反應(yīng)溫度300-350℃，反應(yīng)時間約1h，油產(chǎn)率可達40-60％，總收率可達95-99％，從而揭開了生物質(zhì)超臨界液化制取液體燃料的新篇章。生物質(zhì)制油的這些特點，世界各國都非常重視。美國能源部與加利福尼亞大學(xué)在Lawrence Berkeley實驗室聯(lián)合研發(fā)了LBL工藝，LBL法的木材液化油得率為絕干木材質(zhì)量的35％左右。元素分析結(jié)果表明，液化油中含碳81.4％、氫7.8％、氧10.8％，相對密度1.10，發(fā)熱量35900J/g。日本國家污染和再生資源研究院采用CO/水/堿金屬催化劑進行生物質(zhì)液化，油產(chǎn)率50％，熱值35000J/g，德國聯(lián)邦森林和林產(chǎn)品研究中心研發(fā)了一步法催化加氫液化工藝，這些工藝的研發(fā)都進一步降低了生物質(zhì)高壓液化反應(yīng)條件的苛刻要求，提高了液化反應(yīng)產(chǎn)率，甚至可以使產(chǎn)率達到80％以上，在大規(guī)模應(yīng)用上都具有一定的潛力。在我國，屈一新等以水做溶劑研究生物質(zhì)液化，考察了反應(yīng)溫度、時間、生物質(zhì)/水的比率對液體產(chǎn)物中重油產(chǎn)率的影響。李文志等研究了纖維素連續(xù)催化水解。白魯剛等對生物質(zhì)與煤的共液化進行研究，選用硫鐵化物為催化劑進行煤與生物質(zhì)加氫共液化。曲先鋒等研究了生物質(zhì)在超臨界水中的熱解反應(yīng)。生物質(zhì)液化技術(shù)是將低品位生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉奖憷玫囊后w能源的途徑之一，但該項技術(shù)尚未成熟，在技術(shù)、經(jīng)濟和政策等方面仍然存在問題，例如直接液化得到的生物質(zhì)液化油必需經(jīng)過改質(zhì)提升才能作為燃料使用，品位提升已成為生物質(zhì)直接液化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題；另外，該技術(shù)生產(chǎn)液體燃料的成本遠高于化石燃料。

　　3專利技術(shù)與非專利技術(shù)之間的借鑒關(guān)系

　　3.1專利與非專利技術(shù)現(xiàn)狀對比

　　對比水熱法處理生物質(zhì)領(lǐng)域的專利技術(shù)與非專利技術(shù)我們不難發(fā)現(xiàn)，在該領(lǐng)域，專利技術(shù)表現(xiàn)的并不是很活躍，與非專利技術(shù)的活躍程度形成一定程度的反差，這從一定程度說明了，這項技術(shù)對于實際生產(chǎn)的指導(dǎo)意義仍然較低，很多科研始終停留在試驗室階段。

　　3.2專利技術(shù)與非專利技術(shù)的相互指導(dǎo)作用

　　首先，從非專利文獻的撰寫角度來看，在絕大多數(shù)非專利文獻的引言部分，都會涉及對于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的總結(jié)，但是其中很少會提及專利文獻，這種現(xiàn)象在國內(nèi)非專利文獻上更為突出，這也說明國內(nèi)研究者在科研階段對于專利文獻的關(guān)注較少，而對于國內(nèi)科研人員來說，在科研過程中則基本上不會對國外專利文獻進行關(guān)注，當(dāng)然這也與科研人員對于專利檢索工具的使用較為生疏有關(guān)。

　　其次，從對于現(xiàn)有技術(shù)的了解角度來看。國內(nèi)科研人員了解現(xiàn)有技術(shù)的手段主要通過，國內(nèi)外綜述文獻以及國外較為前沿的非專利文獻，試圖從綜述文獻上摸清技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)，從外文科研文獻上找到領(lǐng)域的前沿問題，從而找到自己的研究方向，或者該領(lǐng)域的研究進展。但是綜述文獻往往是一種現(xiàn)有技術(shù)的羅列，從技術(shù)內(nèi)容上來看它往往只涉及技術(shù)領(lǐng)域的某一個分支，而很難涉及整個技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展情況，同時在現(xiàn)有技術(shù)羅列的過程中，往往邏輯性較低，不能使得研究人員充分了解技術(shù)發(fā)展的前因后果，容易造成理解的片面性。而在對于技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)沒有搞清之前就盲目的投入科研的選題工作，則可能會造成科研方向的偏差。但是如果研究人員能夠從專利發(fā)展的角度去了解技術(shù)領(lǐng)域，尤其是國外在很多領(lǐng)域的發(fā)展上比我國的開展要提前很多年，通過了解那些較為原始的專利技術(shù)，并了解整個技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)，則可以給科研人員呈現(xiàn)出，在技術(shù)發(fā)展過程中每一個新的突破點產(chǎn)生和發(fā)展的全過程，這對于后續(xù)科研工作的開展則更加具有實際意義。

　　最后，專利文獻和非專利文獻都是科研過程中重要的資源，從非專利文獻中，我們能夠獲得更多涉及方法原理上的技術(shù)信息，從原理出發(fā)能夠更多的對實際應(yīng)用過程中遇到的現(xiàn)實問題進行解決。同時，從專利文獻中，我們能夠獲得更加貼近實際的技術(shù)信息，使得科研人員能夠了解到，現(xiàn)實應(yīng)用中更加亟待解決的問題是什么，從這個角度入手進行研究，將會得到更加具有實際應(yīng)用價值的研究結(jié)果。