燃料乙醇領域的專利狀況分析

李煦穎，張鑫蕊，馬秋娟，張秀麗

（1國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，醫藥生物部，北京 100190；2審查業務部，北京 100190）

燃料乙醇是以玉米、小麥、薯類、蜜糖或其它植物為原料，經過發酵、蒸餾后制成的，體積分數達到 99.5%以上的無水乙醇。燃料乙醇作為一種新興的、燃燒清潔的可再生能源，能夠降低對不可再生資源——石油的能源消耗。經研究發現，當采用玉米、小麥、薯類、甜高粱、稻殼、甘蔗、蜜糖等植物原料發酵生產燃料乙醇時，其燃燒所排放的CO2和作為原料的植物在生長時消耗的CO2數量基本持平，因而燃料乙醇的應用對降低大氣污染、抑制溫室效應具有重大意義。目前，美國和巴西等國家已經陸續實現燃料乙醇的產業化，而我國在國家政策的支持下，燃料乙醇產業也逐步發展起來。

1 各國的國家政策及技術發展現狀

巴西是目前世界上最大的生物燃料生產國，早在20世紀70年代就開始實施生物燃料計劃，截止目前生物燃料產值已經占到全國GDP的8%。

美國是世界上第二大可再生燃料生產國，從20世紀80年代開始投入研發，到2004年產量已達129億升。在美國能源信息署（EIA）發布的《能源展望2010》中預測，2008—2035年間石油消費量的增長部分將全部由生物液體燃料提供，燃料乙醇的消費量可占到石油消費量的17%[1]。

歐盟委員會于 2003年通過了兩項生物燃料指令[2]，規定含有燃料乙醇或生物柴油的燃料可免征燃油稅，旨在推動歐盟發展燃料乙醇和生物柴油的生產。2004年，歐盟的燃料乙醇和生物柴油產量分別為5.26億升和22億升。

在我國，國家發展與改革委員會、科技部、能源局等多個部門均發布了燃料乙醇相關的產業政策。2011年3月，國家發改委發布的《產業結構調整指導目錄（2011年版）》[3]中將涉及生物質纖維素乙醇等非糧生物質燃料生產技術開發與應用定義為受鼓勵類的項目。2011年7月，科技部發布的《國家“十二五”科學與技術發展規劃》[4]中指出，要重點發展纖維素基液體燃料、非糧作物燃料乙醇、生物液體燃料、能源植物良種選育及定向培育等5個方向的研發部署。2011年12月，國家能源局發布的《國家能源科技“十二五”規劃》[5]中劃分了 4個重點技術領域，其中之一即為包括生物質能在內的新能源技術，其重大研究內容涉及：生物質制備液體燃料技術、纖維素水解制備液體燃料及其綜合利用示范工程、生物質熱化學轉化制備液體燃料及多聯產示范工程，爭取在2021年達到開發以木質纖維素為原料生產醇、丁醇等液體燃料及適應多種非糧原料的先進生物燃料產業化關鍵技術。

在上述國家政策的支持下，我國的燃料乙醇領域逐步發展起來。截至目前，以陳糧為原料的燃料乙醇技術已實現產業化，總產量約180萬噸，以木薯等非糧作物為原料的燃料乙醇技術正在起步應用，已建成年產20萬噸燃料乙醇的示范工廠；以纖維素為原料的燃料乙醇技術正處于研發及專利布局的重點時期，包括中糧、中國石化、諾維信等大型國企或外企已開展廣泛的研發工作并實現中試階段?？傮w而言，我國燃料乙醇領域正面臨蓬勃發展的重要階段，但核心技術仍然落后于世界先進水平，產業化仍處于試點示范階段[6]。

2 各國(地區)專利申請的狀況分析

眾所周知，專利保護是技術發展的有力保障。在燃料乙醇領域，美國等發達國家仍然占據研發的主導地位。以美國為例，20世紀80～90年代是專利申請的起步階段，相關專利申請緩慢上升，與此同時，美國政府制訂一系列燃料乙醇的發展計劃并制訂相關補貼政策，為燃料乙醇技術走向快速成長期奠定堅實的基礎。20世紀90年代至今是快速發展階段，相關專利的申請量呈現爆炸式增長，其中涉及轉基因植物新品種培育、發酵技術的優化等相關領域成為專利申請的重點。就我國而言，在 21世紀初期，我國的專利申請主要以大學、科研院所為主，自2008年以后，由于國家政策的傾斜及資金扶持，企業申請比例正逐年增加。

2.1 樣本收集和數據準備

本文采用中國專利文摘數據庫（CNABS）和德溫特世界專利索引數據庫（DWPI）中收錄的專利文獻作為數據來源。經前期預檢、分類號統計以及文獻篩選后，確定燃料乙醇主要涉及的分類號為C12P7/06、C12P7/08、C12P7/10、C12P7/12、C12P7/14。為了便于統計和更有針對性，樣本的采集主要集中在上述分類號下。同時，采用燃料乙醇中涉及原料、酶、菌、生產技術等關鍵詞與上述分類號結合的方式進行檢索。

截止至2012年12月，在DWPI 數據庫中共獲得涉及燃料乙醇的專利申請約 4254 篇，在 CNABS數據庫中共獲得涉及燃料乙醇的專利申請約2644篇。

2.2 全球專利發展狀況

圖 1為世界范圍內燃料乙醇專利申請產出趨勢，從該技術領域的全球申請量發展趨勢來看，燃料乙醇的發展分為以下幾個階段。

第一階段（1978年前），自1970年起，燃料乙醇技術開始逐漸發展起來，到1977年總申請量達到45件。

第二階段（1978—1985年），繼前一階段的技術發展，在該階段申請量出現一個小高潮， 1978年申請量從原來的個位數突增到16件，此后幾年進入一個較為穩步的增長階段，并在1985年出現一個峰值，突破百件。

第三階段（1986—1998年），從1987年起，申請量出現下降趨勢，并且下降速度較快，較 1985年的104件減少了一半多，此后幾年申請量均持續較低的水平，每年的申請量均不足50件。

第四階段（1999年后），自1999年起的申請量開始恢復，上升至60件，此后開始逐年穩步增加，自2006年后，申請量增長極為迅速，并在2008年達到高峰；雖然2009—2012年的數據略有下降，但考慮到 2009—2012年還有大量尚未公開的專利申請，因此這三年的實際專利申請量仍然可能超過之前幾年。

同時，燃料乙醇的專利授權時間趨勢與申請量大體一致，截止到2012年，該領域的專利授權總量已達到2895件，占申請總量的68.2%，2004年前該領域每年的授權量都沒有超過百件，從2006年開始，燃料乙醇的專利授權量進入一個黃金時代，2008年到達峰值，近年來基本穩定在較高的水平，該領域已經日趨發展成熟。

2.3 產出和目標國家或地區統計

從圖2和表1可以看出，燃料乙醇專利申請產出排在前5位的分別是美國、歐洲、日本、中國和巴西，其中以美國的申請量最多，約占全部申請總數的 1/3，歐洲位居第二；日本和中國的申請量比較接近，僅就申請數量來看，這兩個國家的實力相當；巴西作為世界第一大甘蔗種植國和全球最大的燃料乙醇出國口，從1975年就開始實施燃料乙醇替代能源發展戰略，燃料乙醇技術創新已經成為該國專利發展的重點。

從圖3和表2可以看出，由于美國、中國、歐洲、日本和加拿大在該領域占據主要市場，因此它們也是大多數企業認為需要進行專利保護和技術壟斷的關鍵地區。其中，進入我國的相關專利位居第二位，一方面可能因為目前我國企業關注該領域的發展，國內申請人提交的專利申請較多；另一方面也預示了我國未來在該領域的市場競爭激烈，企業在實施技術時可能存在較多的專利壁壘。

表1 專利產出國家或地區排名

表2 申請目標國家或地區排名

2.4 三代燃料乙醇技術的趨勢分析

按照生產原料劃分，燃料乙醇技術的發展包括3個階段，第1代燃料乙醇技術的生產主要來自于玉米、水稻、大豆等糧食作物，但面臨“與民爭糧，與糧爭地”的困境；經過政策調整，目前的生產重點是第1.5代燃料乙醇技術，以木薯、甜菜等非糧淀粉類植物為主要原料；而燃料乙醇的未來發展方向是第2代燃料乙醇技術，采用麥稈、稻草和木屑等農林廢棄物或藻類、紙漿廢液為主要原料。

2.4.1 總體狀況分析

圖4和圖5涉及1990—2012年期間第1代糧食類、第1.5代非糧淀粉類、第2代纖維素類原料專利申請量的年代變化趨勢統計，全球范圍內各原料申請量總體仍處于增長期，但由于專利公開的滯后性，且大多以PCT申請為主，申請周期比較長，因此 2010—2012年涉及全球范圍內的專利申請實際數量可能遠大于統計數量；其中第2代燃料乙醇技術在國內外均占據主要地位，均自2006年開始呈現快速增長的趨勢；對于第1代燃料乙醇技術，由于糧食危機的出現以及伴隨陳化糧的逐步消耗，該技術的申請量增長遲緩，正逐步退出研發市場；對于第1.5代燃料乙醇技術，國外的專利投入處于一個比較緩慢的發展期；與之相反的是，由于國內政策傾斜，我國正處于申請量的持續增長期。

2.4.2 第1代燃料乙醇技術的發展趨勢

圖6和圖7涉及第1代原料的專利申請量。第1代糧食類原料技術在國內外發展都已經比較成熟，排名前三位的原料分別是玉米、小麥和稻。但是由于全球糧食短缺的日益嚴重，各國企業大多開始尋找采用非糧原料作為替代，因此第1代燃料乙醇技術的發展比較遲緩。在國內，玉米作為燃料乙醇生產原料的歷史悠久，專利申請量也遠高于其它品種的生產原料。

2.4.3 第1.5代燃料乙醇技術的發展趨勢

圖8和圖9涉及第1.5代原料的專利申請量趨勢。由于原料的產地原因，國內外第1.5代主要原料種類不同。在國外以蜜糖、甘蔗和馬鈴薯為主，在馬鈴薯、甘蔗種植大國如美國、巴西的推動下，以馬鈴薯、甘蔗為原料的燃料乙醇技術也成為近年來的熱點，利用制糖工業的副產品廢蜜糖為原料也是近年來比較環保的低成本生產方式；國內排名前三位的分別是木薯、甜菜和高粱，我國從2006年起鼓勵發展第1.5代非糧食作物為原料的燃料乙醇技術，并在中糧集團等企業投放木薯乙醇工程試點，因此木薯成為國內第1.5代原料中主要研究投入對象[6]。

2.4.4 第2代燃料乙醇技術的發展趨勢

圖10和圖11涉及第2代原料的專利申請量趨勢。第2代燃料乙醇技術是燃料乙醇的未來發展趨勢，國內外均以秸稈、蔗渣和柳枝稷的申請量最多。自2006年開始快速發展起來，特別是以秸稈為原料的相關技術已達到對數增長期。由于秸稈的來源廣泛，且相對于以糧食為原料生產燃料乙醇技術，不僅可以避免與人爭糧的問題，還可以減少環境污染[7]。因此秸稈正逐步成為燃料乙醇的原料發展趨勢。而蔗渣、柳樹稷則是近幾年新近開發的原料來源，是目前研究和技術投入的新熱點。

3 展望與建議

通過對燃料乙醇的專利分析可以看出，目前無論是國內還是國外，該領域都處于快速發展期，且近年來以第2代纖維素原料專利優勢比較明顯。目前，國內由于產地和政策傾向，我國對第1.5代原料有較大的專利投入，也成立了相關木薯乙醇工程試點，但第2代纖維素仍然是該領域的發展方向。

燃料乙醇技術起始于20世紀70年代，在這短短的50年間，只有少數國家實現了燃料乙醇的工業化生產。這對我國燃料乙醇領域的相關企業來說，既是機遇也是挑戰。作為新能源領域的一個重要分支，燃料乙醇正面臨快速發展的關鍵時期。相關企業應當抓住時機，考慮以下幾點發展方向。

（1）在政策傾斜和資金支持的利好環境下，相關企業應當積極實現第1.5代燃料乙醇技術的快速發展，迅速占領該領域的國內、國際市場。

（2）增加研發投入，盡快攻克第2代燃料乙醇技術面臨的瓶頸問題，例如預處理技術的優化和酶處理能力的提升。

（3）遵循“技術發展，專利先行”的指導思想，積極籌備相關領域的專利申請，既重視國內市場，又考慮美國、歐洲、日本等重要目標國家或地區。

（4）在燃料乙醇的原料來源方面，既要提高秸稈等農業廢棄物的合理利用，又要積極開發新的植物原料來源，或通過轉基因技術提高現有原料的利用效率。

總而言之，在世界能源日益緊張的大背景下，燃料乙醇技術作為一種可再生的清潔能源，其蓬勃發展的技術趨勢必將勢不可擋。

[1]王禮茂.生物液體燃料發展對能源地緣政治格局的影響[J].經濟地理，2009，29（11），1791-1796.

[2]曹俐，吳方衛.歐盟生物燃料補貼政策演進_經驗與啟示[J].經濟問題探索，2011（10）：175-181.

[3]產業結構調整指導目錄（2011年），國發[2011]9號，2011-03.

[4]國家“十二五”科學與技術發展規劃，國科發[2011]270號，2011-07.

[5]國家能源科技“十二五”規劃，國能科技[2011]395號，2011-12.

[6]何皓，胡徐騰，齊泮侖，等.中國第1.5代生物燃料乙醇產業發展現狀及展望[J].化工進展，2012，31（S1）：1-5.

[7]張偉，林燕，劉妍，等.利用秸稈制備燃料乙醇的關鍵技術研究進展[J].化工進展，2011，30（11）：2417-2423，2432.