生物能源领域国际相关专利分析

书书书中国生物工程杂志　ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２７（７）：１３７～１４１生物能源领域国际相关专利分析于　洁１，２　肖　宏１　于建荣１（１中国科学院上海生命科学研究院生命科学信息中心　上海　２０００３１　２中国科学院研究生院　北京　１０００３９）摘要　随着石油资源的日益枯竭，近年来生物能源技术的开发引起了全球各界的广泛重视，加之专利保护意识的增强，生物能源领域的专利数量迅速增长，对专利信息的分析可以了解生物能源技术的发展现状和趋势，为技术创新和战略发展提供参考。选取目前生物能源中的三项重要技术———生物乙醇、生物柴油和生物制氢技术，利用专利计量分析的方法对其发展态势进行了研究。研究内容包括：专利申请的时间分布和空间分布，被引专利情况，主要技术领域，以及重要专利权人及其相关信息，从专利分析的角度揭示近年来这三种生物能源技术的研发状况。关键词　专利　德温特专利索引　生物制氢　生物乙醇　生物柴油中图分类号　Ｇ３０６收稿日期：２００７０５０２　修回日期：２００７０６１３上海市科技发展基金重点资助项目（０６６９２１０２７）通讯作者，电子信箱：[e-mail]　　生物能源具有清洁、来源广泛及用途广等优点，成为最有希望的石油替代能源之一。面对日益严峻的能源形势，世界各国在调整本国能源发展战略中，把高效利用生物能源摆在技术开发的重要地位，作为能源利用中的重要课题立项。生物乙醇，生物柴油和生物制氢是三种目前研究相对较多的生物能源产品，因此本文选取这三种技术的专利文献进行研究［１］。　　专利文献反映了科研技术研发领域中应用性、创见性较强的一线成果与思路。通过对专利的检索、统计和分析，可以发现重要的战略和创新性信息，如国家、地区或企业的科技发展趋势，专利申请人或专利权人的经济利益趋向和市场扩展情况等［２，３］。目前生物能源的研究主要集中于基础或应用的技术性研究，尚未见对其专利文献进行研究。本文旨在通过国际专利文献的计量分析，为生物能源研发、管理工作提供宏观概览和学科研发思路。　１　检索方法及分析方法　　通过对国际权威数据库ＤｅｒｗｅｎｔＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓＩｎｄｅｘ（德温特世界专利创新索引，ＤＩＩ）中１９９６～２００６年度收录的专利文献（数据库更新时间２００７年０４月１８日）进行分析，共检索到生物乙醇专利文献８２４篇，生物柴油专利文献６３０篇，生物制氢专利文献６７３篇，用布尔逻辑“或”合并三种生物能源的检索结果，共有相关专利文献２１２３篇，利用ＴｈｏｍｓｏｎＤａｔａＡｎａｌｙｚｅｒ（ＴＤＡ，德温特数据分析师）软件进行分析，同时利用ＭＳＥｘｃｅｌ软件进行统计。　　由于专利申请时有１８个月的公布周期，以及ＤＩＩ数据库数据收集及录入延迟的缘故，２００５、２００６年的各项专利统计指标仅供参考，不能代表发展趋势。本文分析的年度纬度选取优先权年，优先权年可以反映一项发明的最早出现时间，因此可能先于ＤＩＩ收录该项专利的日期。２　统计结果及分析２．１　专利文献数量变化总体趋势　　分析结果显示，检索的专利的优先权年最早为１９７９年，１９７９至１９９２年的年度专利文献量较少，在０至３篇之间，因此未在图表中展示。生物乙醇的研究起始较早，检索结果中生物乙醇的最早优先权年是１９７９年，生物柴油和生物制氢均为１９９２年［４］。从图１所示生物能源的专利文献量变化趋势来看，生物能源是近年来发展迅速的一项新技术，在近年其专利文献数量增速明显，目前生物乙醇、生物柴油和生物制氢专利申请大体相当，但生物制氢专利申请量增幅最大。中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．２７Ｎｏ．７２００７图１　１９９６～２００６年全球三种生物能源专利文献量变化趋势Ｆｉｇ．１　Ｇｌｏｂａｌｂｉｏｅｎｅｒｇｙｐａｔｅｎｔｓｇｒａｎｔｓｂｙｐｒｉｏｒｉｔｙｙｅａｒｓ１９９６～２００６２．２　专利被引情况分析　　分析结果表明：２１２３件生物能源相关专利一共引用了专利６７６０件，其中美国专利被引用次数最多，为４６５４件，约占２／３，其次是世界专利和日本专利，中国与澳大利亚、韩国并列第１２名，为８件。专利被引情况一定程度上说明该专利的基础性地位，美国的专利在这方面优势明显（图２）。图２　１９９６～２００６年全球三种生物能源专利引用的专利文献国家分布Ｆｉｇ．２　Ｃｉｔｅｄｐａｔｅｎｔｓｂｙｂｉｏｅｎｅｒｇｙｐａｔｅｎｔｓｂｙｐｒｉｏｒｉｔｙｙｅａｒｓ１９９６～２００６２．３　专利优先权国家分布　　从图３可以看出，统计范围内，专利数量前６名国家的专利量占总量的７８％，其中日本（６２９件）最多，占２７％，其次是美国（５１９件）和中国（２２０件）。从图４专利量前六名的优先权国家的三种生物能源专利量分布图可以看出，日本在生物制氢领域申请的专利明显多于另外两种，美国在生物柴油和生物乙醇领域申请较多，德国则侧重于生物柴油的研发，中国和俄罗斯均在生物柴油领域申请较多，反映了各国在生物能源各技术领域的研发重点［５］。图３　１９９６～２００６年生物能源专利量优先权国家分布图Ｆｉｇ．３　Ｇｌｏｂａｌｂｉｏｅｎｅｒｇｙｐａｔｅｎｔｓｇｒａｎｔｓｂｙｐｒｉｏｒｉｔｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓ１９９６～２００６图４　１９９６～２００６年生物能源专利总量前６名的优先权国家专利领域分布Ｆｉｇ．４　Ｇｌｏｂａｌｂｉｏｅｎｅｒｇｙｐａｔｅｎｔｓｇｒａｎｔｓｏｆｔｏｐ５ｐｒｉｏｒｉｔｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓｂｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｉｅｌｄ１９９６～２００６２．４　主要专利权人及其专利申请情况　　表１前１０名专利权人中有５个是日本的，反映了日本企业和机构在生物能源研制上的雄厚实力。三种生物能源技术专利申请总量排名居首位的是丹麦的诺维信公司，该公司是基于生物技术的世界工业酶制剂和微生物制剂领域的跨国企业，生产各类淀粉酶、蛋白酶等７５类将近６００种不同酶制剂产品，该公司的专利还包括工业流程和技术，如在酸性α淀粉酶或发酵微生物存在的环境中保持泥浆状发酵浆生产乙醇的流程，在发酵浆蒸馏前或蒸馏中加入淀粉酶或蛋白酶的发酵浆蒸馏技术。值得注意的是，除了传统的α淀粉酶，葡萄糖淀粉酶外，近两年来其专利中有多项涉及纤维素乙醇制备技术中有关半纤维素酶或纤维素酶的应用。８３１２００７，２７（７）于　洁等：生物能源领域国际相关专利分析表１　１９９６～２００６年三种生物能源技术专利量前１０位的专利权人Ｔａｂｌｅ１　Ｔｏｐ１０ｐａｔｅｎｔａｓｓｉｇｎｅｅｓｂｙｎｕｍｂｅｒｏｆｇｌｏｂａｌｂｉｏｅｎｅｒｇｙｐａｔｅｎｔｓ１９９６～２００６排名专利量专利权人１５０丹麦诺维信公司（ＮＯＶＯＺＹＭＥＳＡＳ）２３４日本独立行政法人产业技术所（ＤＯＫＵＲＩＴＳＵＧＹＯＳＥＩＨＯＪＩＮＳＡＮＧＹＯＧＩＪＵＴＳＵＳＯ）３１９日本地球环境产业技术研究所（ＺＨＣＨＩＫＹＵＫＡＮＫＹＯＳＡＮＧＹＯＧＩＪＩＴＳＵＫＥＮＫＹＵ）４１８美国宝洁公司（ＰＲＯＣＴＥＲ＆ＧＡＭＢＬＥＣＯ）５１７日本荏原制作所（ＥＢＡＲＡＣＯＲＰ）６１６美国杰能科国际有限公司（ＧＥＮＥＮＣＯＲＩＮＴＩＮＣ）７１６日本三菱重工业株式会社（ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩＪＵＫＯＧＹＯＫＫ）８１５日本栗田水工业公司（ＫＵＲＩＴＡＷＡＴＥＲＩＮＤＬＴＤ）９１５美国先锋国际基因公司（ＰＩＯＮＥＥＲＨＩ－ＢＲＥＤＩＮＴＩＮＣ）１０１５清华大学（ＵＮＩＶＱＩＮＧＨＵＡ）１９０８其他专利权人　　从表２生物乙醇专利申请量的专利权人排名看，丹麦诺维信公司、美国杰能科公司和瑞典ＦｏｒｓｋａｒｐａｔｅｎｔＩＳｙｄＡＢ公司位居前三。诺维信公司５０件专利中４６件是生物乙醇，表明其重点开展了生物乙醇的研发工作。紧跟其后的杰能科公司申请的专利涉及的技术包括：减少发酵过程中的残余淀粉，水解不可发酵的基于糖类的非纤维素和非半纤维素以提高乙醇产量的技术，在淀粉液化技术中的去除酶抑制剂或使其失活的技术，新分离的ＮＳＰ２４和ＮＳＰ２５家族的蛋白酶，新的纤维素酶等。瑞典ＦｏｒｓｋａｒｐａｔｅｎｔＩＳｙｄＡＢ公司生物乙醇领域的专利主要集中于新菌种的筛选和改造，尤其是利用木糖的酿酒酵母菌的筛选和基因改造，木制纤维素水解制乙醇的基因工程表达载体等。前１０名专利权人中美国公司占了５个，说明美国公司比较注重生物乙醇技术的研发。表２　１９９６～２００６年生物乙醇技术专利量前１０位的专利权人Ｔａｂｌｅ２　Ｔｏｐ１０ｐａｔｅｎｔａｓｓｉｇｎｅｅｓｂｙｎｕｍｂｅｒｏｆｇｌｏｂａｌｂｉｏｅｔｈａｎｏｌｐａｔｅｎｔｓ１９９６～２００６排名专利量专利权人１４６丹麦诺维信公司（ＮＯＶＯＺＹＭＥＳＡＳ）２１４美国杰能科国际有限公司（ＧＥＮＥＮＣＯＲＩＮＴＩＮＣ）３１３瑞典ＦｏｒｓｋａｒｐａｔｅｎｔＩＳｙｄＡＢ公司（ＦＯＲＳＫＡＲＰＡＴＥＮＴＩＳＹＤＡＢ）４１２日本独立行政法人产业技术所（ＤＯＫＵＲＩＴＳＵＧＹＯＳＥＩＨＯＪＩＮＳＡＮＧＹＯＧＩＪＵＴＳＵＳＯ）５１１美国先锋国际基因公司（ＰＩＯＮＥＥＲＨＩ－ＢＲＥＤＩＮＴＩＮＣ）６１０ＤＵＮＮ－ＣＯＬＥＭＡＮＮ（美国）（ＤＵＮＮ－ＣＯＬＥＭＡＮＮ）７１０美国中西研究所（ＭＩＤＷＥＳＴＲＥＳＩＮＳＴ）８１０日本月岛机械株式会社（ＴＳＵＫＩＳＨＩＭＡＫＩＫＡＩＣＯＬＴＤ）９８日本宝酒造株式会社（ＴＡＫＡＲＡＳＨＵＺＯＣＯＬＴＤ）１０８美国佛罗里达州立大学研究基金公司（ＵＮＩＶＦＬＯＲＩＤＡＲＥＳＦＯＵＮＤＩＮＣ）　　从表３生物柴油专利申请量的专利人排名看，我国的清华大学在生物柴油领域具有一定优势，这１４件专利的专利申请量发明人排名，前两位是清华大学化工系刘德华教授（７件）以及清华大学化学工程部的杜伟（６件）。清华大学在生物柴油领域申请的专利主要涉及以下几个方面：离子液体催化废油脂生产生物柴油技术，短链脂肪醇和油脂在热管式预热器和管式反应器中反应、冷却和分离制备生物柴油，用酶解淀粉培养异养藻制备生物柴油，利用短链脂肪酯作为溶剂从含油原料中提取油脂，固定化脂肪酶催化制备生物柴油，多种脂肪酶混合催化技术等。乙基公司申请的专利主要是生物柴油或柴油添加剂，如用于改善中间馏分燃料润滑性能的添加剂，提高燃料的润滑性能，特别是用于低硫含量的燃料。瑞利生公司的专利涉及高油玉米提取油后剩余残渣玉米粉的利用；从谷粒中提取较轻油组分和较重油组分，用于生物柴油制备；以甘油三酯和醇为原料制备作为生物柴油的游离脂肪酸酯的设备等。前１４名中，美国占了７名，说明在生物柴油领域美国公司具有明显优势。表３　１９９６～２００６年生物柴油技术专利量前１４位的专利权人Ｔａｂｌｅ３　Ｔｏｐ１４ｐａｔｅｎｔａｓｓｉｇｎｅｅｓｂｙｎｕｍｂｅｒｏｆｇｌｏｂａｌｂｉｏｄｉｅｓｅｌｐａｔｅｎｔｓ１９９６～２００６排名专利量专利权人１１４中国清华大学（ＵＮＩＶＱＩＮＧＨＵＡ）２７美国乙基公司（ＥＴＨＹＬＣＯＲＰ）３７美国瑞利生公司（ＲＥＮＥＳＳＥＮＬＬＣ）４６美国嘉吉公司（ＣＡＲＧＩＬＬＩＮＣ）５６日本清洁发展机制咨询株式会社（ＣＤＭＣＯＮＳＵＬＴＩＮＧＫＫ）６６印度科学与工业研究委员会（ＣＯＵＮＣＩＬＳＣＩ＆ＩＮＤＲＥＳＩＮＤＩＡ）７６美国斯泰潘化学有限公司（ＳＴＥＰＡＮＣＯ）８５美国雅富顿化学品公司（ＡＦＴＯＮＣＨＥＭＬＴＤ）９５澳大利亚生物柴油公司（ＢＩＯＤＩＥＳＥＬＡＵＳＴＲＡＬＩＡＬＴＤ）１０５日本电源开发公司（ＤＥＮＧＥＮＫＡＩＨＡＴＳＵＫＫ）１１５日本独立行政法人产业技术所（ＤＯＫＵＲＩＴＳＵＧＹＯＳＥＩＨＯＪＩＮＳＡＮＧＹＯＧＩＪＵＴＳＵＳＯ）１２５美国杜邦公司（ＤＵＰＯＮＴＤＥＮＥＭＯＵＲＳ＆ＣＯＥＩ）１３５芬兰富腾公司（ＦＯＲＴＵＭＯＹＪ）１４５美国宝洁公司（ＰＲＯＣＴＥＲ＆ＧＡＭＢＬＥＣＯ）　　表４生物制氢技术领域，前１０名专利权人均为日本的研究机构或企业。专利量最多的专利权人日本独立行政法人产业技术所，其专利主要为有机物质厌氧发酵制氢或合成气，生物质热分解制氢，生物质超临界转化制氢等技术领域，分析其近年来申请的专利，可以看出优先权年为２０００～２００２的专利主要集中于发酵过程的机制，发酵原料的准备等，２００２～２００