碳中和背景下藻类固碳技术的专利竞争态势分析

郭亮亮

(河南大学 图书馆, 河南 开封 475000)

2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。根据国家碳达峰、碳中和的总方针，各省市根据本省的实际情况制定了相应的举措，来完成国家的既定目标。碳中和被视为一场工业革命，标志着人类发展的一个重要里程碑，它将大大减缓全球变暖的速度，并解决能源危机，同时还可以给空气质量提高、生态恢复和景观美化等带来好处[1]。

由于专利数据侧重于发明过程，因此专利数据经常被用作衡量技术创新、评估技术进步的指标[2]。藻类在生长或培养过程中会吸收大量的碳、氮、磷等无机元素，同时其自身或者代谢产物具有一定的经济价值。因此，藻类在废水处理、生产保健食品、药物等方面有广泛的应用。此外，随着大规模生物柴油生产的出现，藻类因其在不利生长条件下可以大量积累脂质的能力而备受关注。龙菲平等[3]研究了微藻生物固碳的技术和应用情况，但是有关藻类固碳领域的专利竞争态势方面的研究较少。

本文以藻类在固碳领域的专利技术为研究对象，识别优势国家和研发主体，分析技术现状和技术发展趋势，研究结果有助于了解藻类在固碳方面的专利布局，并为藻类在固碳方面的产业化发展提供参考。

本文以incoPat专利数据平台进行专利检索。结合藻类固碳及碳中和相关概念确定关键词，在标题、摘要、权利要求字段中检索，检索时间为2022年6月8日，经过人工筛选、同族合并，最终获得专利635件，共408个专利族。利用incoPat专利数据平台和Origin Pro 2021软件对专利的基本情况、技术构成、主题分布等相关指标进行数据处理和可视化分析。

2.1 基本情况

关于藻类固碳领域的专利申请在2006年以后逐渐增多，2016年达到最高峰，随后有所下降，这主要与专利的公开时间和数据库收录有所滞后有关[4]。一般情况下，发明专利在申请后3～18个月公开，实用新型专利在申请后6个月左右公开。其中，申请日为2006—2022年的专利有608件，同族合并后有387个专利族(见图1)。申请人国家或组织主要有中国(221件)、美国(54件)、世界知识产权组织(48件)、韩国(32件)等。

对申请日为2006—2022年的专利申请人分析，发现藻类固碳领域的专利申请人主要为中国石油化工股份有限公司(21件)、浙江大学(13件)、中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院(11件)、中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院(10件)和美国Synthetic Genomics公司(9件)等。

整体来看，藻类固碳领域的专利技术经历了发展缓慢期(1990—2005年)、快速增长期(2006—2016年)和成熟期(2017年至今)。中国和美国在此领域的申请量较多，特别是中国，占整个专利申请量的一半以上，在藻类固碳领域具有一定的主导地位。世界知识产权组织在2021年发布的世界知识产权指标报告显示，对于那些希望在本国以外的国家对其发明进行专利保护的申请者来说，中国是美国之后的第二大目标国家。同时，全球知识产权活动正在向亚洲转移，尤其是中国，这主要是因为中国对知识产权的保护越来越重视[5]。

2.2 技术分析

根据国际专利分类(International Patent Classification，IPC)信息，对申请日为2006—2022年的专利进行技术构成分析。结果表明：关于藻类固碳领域的专利技术主要分布在生物化学和微生物学(C12，285件)、物理或化学方法装置(B01，104件)、农业和林业(A01，66件)、废水或污泥的处理(C02，33件)等大类，微生物或者酶的繁殖或保藏(C12N，188件)、微生物学装置(C12M，118件)、物质分离(B01D，98件)等小类，具体含义如表1所示。

藻类固碳领域的专利技术主要涉及微生物培养、光生物反应器的设计、微藻产油以及水和废水处理等。藻种的筛选、培养条件的选择、营养物的来源、光生物反应器的结构等都对藻类固碳的效率产生影响[6-7]。此外，研究表明，藻类特别是微藻，可以有效固定不同来源的CO2，包括大气、工业废气和可溶性碳酸盐，而CO2固定、生物燃料生产和废水处理的结合为当前CO2减排策略提供了非常有前景的替代方案[8]，侧面反映了藻类在实现碳中和方面有巨大优势。

表1 藻类固碳专利主要IPC小类分布 (单位：件)

2.3 聚类分析

对2006—2022年的专利文本(标题、摘要、权利要求字段)进行分析，结果发现藻类固碳领域的研究较多的一级主题涉及光合作用(120件)、终止子序列(65件)、微藻油脂(71件)、微藻(100件)和角叉菜聚糖(50件)等(见图2)。藻类固碳领域的研究较多的二级主题涉及微藻培养(94件)、微藻油脂(58件)、终止子序列(31件)、全球变暖(28件)、CO2(23件)等(见图3)。对各个主题的申请人进一步分析发现：中国石油化工股份有限公司及其研究院、浙江大学等的研究方向主要集中在光合作用、微藻油脂和微藻；
美国Synthetic Genomics公司的研究方向主要集中在终止子序列；
美国Kiverdi公司的研究方向主要集中在角叉菜聚糖。

对藻类固碳领域专利申请较多的申请人中国石油化工股份有限公司、NMC公司、中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院以及浙江大学的专利进行技术竞争态势分析(见图3)。结果显示：中国石油化工股份有限公司和抚顺石油化工研究院的专利技术主要集中在微藻油脂、碳捕集、生质燃料等方向；
NMC公司的专利技术主要集中在莱茵衣藻、叶绿体、碳酸酐酶、电子转移等方向；
浙江大学的专利技术主要集中在光合反应器、海洋藻类、无机碳源等方向。

由此可见，中国的企业和研究院的专利布局主要涉及烟道气培养藻类、CO2固定和废水处理结合培养藻类并生产生物柴油以及光生物反应器的设计等方向。如，中国已投资的某项目每年可以固定煤化工烟气CO2达20万吨[9]。国外的企业和研究院专利布局主要涉及用分子生物学的方法上调参与光合电子传递链、碳固定途径、淀粉、脂质和细胞周期控制基因，以获得更高的固碳效率[10]。当前，高效固碳藻类的藻种筛选是全球范围内研究的一个重点和热点。小球藻是常见的固定CO2的藻种，其最高可以耐受60%体积分数的CO2[3]。

在当前碳中和的背景下，藻类因其生长周期短、代谢产物可以用作燃料的特点，有很大应用前景和潜力。从专利申请趋势来看，自2006年以来，全球藻类固碳领域的专利申请量呈增加趋势，随后趋于稳定，且中国在该领域的专利申请量最高。从技术方向来看，利用传统的环境胁迫或者利用分子生物学的方法获得高效固碳的藻类是重要的研究方向。此外，利用CO2(如来自烟道气)或废水中的碳源来培养藻类并收获其产物(如油脂)的联合装置也是当今藻类固碳领域的研究热点。整体来看，藻类固碳领域的专利基本覆盖了全产业链。

此外，根据藻类固碳专利分析结果，笔者提出以下建议。首先，加大藻类固碳相关核心专利的研发力度，专利布局全球化。相较于国外的企业和研究院，中国在藻类固碳领域的专利更侧重于应用，而核心技术层面的专利创新相对较少。因此，要加大核心专利的研发，同时，对于高价值专利在全球布局。其次，加强校企合作，推动科研成果转化。企业在技术应用上具有天然的优势，而高校在基础研究上(如生命科学)具有不可比拟的优势，若两者深入合作，可以起到1+1>2的效果，进而创造更大的社会效益。再次，发挥地域优势，探索创新。目前，藻类固碳领域涉及的藻类多为淡水藻类，海洋藻类研究较少。而海洋藻类资源丰富，在藻类固碳方面有很大的潜力。沿海地带的高校或者科研院所可以根据地域特点，寻找固碳高效的海洋藻类资源。最后，注重藻类固碳相关专利的预警分析，避免专利纠纷。新时代下，专利不仅代表着知识创新，还代表着经济利益。加强藻类固碳领域的专利预警分析，可以帮助企业知己知彼，避开专利侵权和专利无效的纠纷，保护企业利益。