碳中和背景下藻類固碳技術的專利競爭態勢分析

郭亮亮

(河南大學 圖書館, 河南 開封 475000)

0 引言

2020年9月22日，習近平總書記在第75屆聯合國大會一般性辯論上宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更有力的政策和措施，CO2排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。根據國家碳達峰、碳中和的總方針，各省市根據本省的實際情況制定了相應的舉措，來完成國家的既定目標。碳中和被視為一場工業革命，標志著人類發展的一個重要里程碑，它將大大減緩全球變暖的速度，并解決能源危機，同時還可以給空氣質量提高、生態恢復和景觀美化等帶來好處[1]。

由于專利數據側重于發明過程，因此專利數據經常被用作衡量技術創新、評估技術進步的指標[2]。藻類在生長或培養過程中會吸收大量的碳、氮、磷等無機元素，同時其自身或者代謝產物具有一定的經濟價值。因此，藻類在廢水處理、生產保健食品、藥物等方面有廣泛的應用。此外，隨著大規模生物柴油生產的出現，藻類因其在不利生長條件下可以大量積累脂質的能力而備受關注。龍菲平等[3]研究了微藻生物固碳的技術和應用情況，但是有關藻類固碳領域的專利競爭態勢方面的研究較少。

本文以藻類在固碳領域的專利技術為研究對象，識別優勢國家和研發主體，分析技術現狀和技術發展趨勢，研究結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業化發展提供參考。

1 數據來源及處理

本文以incoPat專利數據平臺進行專利檢索。結合藻類固碳及碳中和相關概念確定關鍵詞，在標題、摘要、權利要求字段中檢索，檢索時間為2022年6月8日，經過人工篩選、同族合并，最終獲得專利635件，共408個專利族。利用incoPat專利數據平臺和Origin Pro 2021軟件對專利的基本情況、技術構成、主題分布等相關指標進行數據處理和可視化分析。

2 結果與討論

2.1 基本情況

關于藻類固碳領域的專利申請在2006年以后逐漸增多，2016年達到最高峰，隨后有所下降，這主要與專利的公開時間和數據庫收錄有所滯后有關[4]。一般情況下，發明專利在申請后3～18個月公開，實用新型專利在申請后6個月左右公開。其中，申請日為2006—2022年的專利有608件，同族合并后有387個專利族(見圖1)。申請人國家或組織主要有中國(221件)、美國(54件)、世界知識產權組織(48件)、韓國(32件)等。

對申請日為2006—2022年的專利申請人分析，發現藻類固碳領域的專利申請人主要為中國石油化工股份有限公司(21件)、浙江大學(13件)、中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院(11件)、中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院(10件)和美國Synthetic Genomics公司(9件)等。

整體來看，藻類固碳領域的專利技術經歷了發展緩慢期(1990—2005年)、快速增長期(2006—2016年)和成熟期(2017年至今)。中國和美國在此領域的申請量較多，特別是中國，占整個專利申請量的一半以上，在藻類固碳領域具有一定的主導地位。世界知識產權組織在2021年發布的世界知識產權指標報告顯示，對于那些希望在本國以外的國家對其發明進行專利保護的申請者來說，中國是美國之后的第二大目標國家。同時，全球知識產權活動正在向亞洲轉移，尤其是中國，這主要是因為中國對知識產權的保護越來越重視[5]。

2.2 技術分析

根據國際專利分類(International Patent Classification，IPC)信息，對申請日為2006—2022年的專利進行技術構成分析。結果表明：關于藻類固碳領域的專利技術主要分布在生物化學和微生物學(C12，285件)、物理或化學方法裝置(B01，104件)、農業和林業(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)、微生物學裝置(C12M，118件)、物質分離(B01D，98件)等小類，具體含義如表1所示。

藻類固碳領域的專利技術主要涉及微生物培養、光生物反應器的設計、微藻產油以及水和廢水處理等。藻種的篩選、培養條件的選擇、營養物的來源、光生物反應器的結構等都對藻類固碳的效率產生影響[6-7]。此外，研究表明，藻類特別是微藻，可以有效固定不同來源的CO2，包括大氣、工業廢氣和可溶性碳酸鹽，而CO2固定、生物燃料生產和廢水處理的結合為當前CO2減排策略提供了非常有前景的替代方案[8]，側面反映了藻類在實現碳中和方面有巨大優勢。

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2006—2022年的專利文本(標題、摘要、權利要求字段)進行分析，結果發現藻類固碳領域的研究較多的一級主題涉及光合作用(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(見圖2)。藻類固碳領域的研究較多的二級主題涉及微藻培養(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(見圖3)。對各個主題的申請人進一步分析發現：中國石油化工股份有限公司及其研究院、浙江大學等的研究方向主要集中在光合作用、微藻油脂和微藻；美國Synthetic Genomics公司的研究方向主要集中在終止子序列；美國Kiverdi公司的研究方向主要集中在角叉菜聚糖。

對藻類固碳領域專利申請較多的申請人中國石油化工股份有限公司、NMC公司、中國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的專利進行技術競爭態勢分析(見圖3)。結果顯示：中國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主要集中在微藻油脂、碳捕集、生質燃料等方向；NMC公司的專利技術主要集中在萊茵衣藻、葉綠體、碳酸酐酶、電子轉移等方向；浙江大學的專利技術主要集中在光合反應器、海洋藻類、無機碳源等方向。

由此可見，中國的企業和研究院的專利布局主要涉及煙道氣培養藻類、CO2固定和廢水處理結合培養藻類并生產生物柴油以及光生物反應器的設計等方向。如，中國已投資的某項目每年可以固定煤化工煙氣CO2達20萬噸[9]。國外的企業和研究院專利布局主要涉及用分子生物學的方法上調參與光合電子傳遞鏈、碳固定途徑、淀粉、脂質和細胞周期控制基因，以獲得更高的固碳效率[10]。當前，高效固碳藻類的藻種篩選是全球范圍內研究的一個重點和熱點。小球藻是常見的固定CO2的藻種，其最高可以耐受60%體積分數的CO2[3]。

3 結論與建議

在當前碳中和的背景下，藻類因其生長周期短、代謝產物可以用作燃料的特點，有很大應用前景和潛力。從專利申請趨勢來看，自2006年以來，全球藻類固碳領域的專利申請量呈增加趨勢，隨后趨于穩定，且中國在該領域的專利申請量最高。從技術方向來看，利用傳統的環境脅迫或者利用分子生物學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(如來自煙道氣)或廢水中的碳源來培養藻類并收獲其產物(如油脂)的聯合裝置也是當今藻類固碳領域的研究熱點。整體來看，藻類固碳領域的專利基本覆蓋了全產業鏈。

此外，根據藻類固碳專利分析結果，筆者提出以下建議。首先，加大藻類固碳相關核心專利的研發力度，專利布局全球化。相較于國外的企業和研究院，中國在藻類固碳領域的專利更側重于應用，而核心技術層面的專利創新相對較少。因此，要加大核心專利的研發，同時，對于高價值專利在全球布局。其次，加強校企合作，推動科研成果轉化。企業在技術應用上具有天然的優勢，而高校在基礎研究上(如生命科學)具有不可比擬的優勢，若兩者深入合作，可以起到1+1>2的效果，進而創造更大的社會效益。再次，發揮地域優勢，探索創新。目前，藻類固碳領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。沿海地帶的高校或者科研院所可以根據地域特點，尋找固碳高效的海洋藻類資源。最后，注重藻類固碳相關專利的預警分析，避免專利糾紛。新時代下，專利不僅代表著知識創新，還代表著經濟利益。加強藻類固碳領域的專利預警分析，可以幫助企業知己知彼，避開專利侵權和專利無效的糾紛，保護企業利益。