全球市场水处理膜材料产业分析

李隽春 李 蓉 徐丽娜 冀小强 杨景蓝 陈湖北

(中国专利技术开发公司)

当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的重要问题，已经成为社会经济发展的主要制约因素。近二十年来，由于膜技术可以去除常规处理工艺难以去除的水污染物，在水处理领域的应用越来越受到各国重视。随着技术的进步，全球膜市场用于水处理的份额在逐渐提高。中国作为世界上最大的发展中国家，水资源匮乏和水污染日益严重已成为制约我国社会进步和经济发展的瓶颈。近些年，国家不断加大对膜法水处理技术的推广力度，在《高性能膜材料科技发展“十二五”专项规划》②等文件中将膜技术、膜材料列入国家培育战略性新兴产业的规划中，其中水处理膜材料由于同时归属于节能环保、新材料两大战略性新兴产业而得到更多的政策支持，行业发展深具潜力。在市场需求及产业政策的双重推动下，中国水处理膜产业迎来了发展的黄金时期。了解全球市场水处理膜材料产业的技术发展趋势、国家布局及主要申请人竞争状况，对我国产业发展、政府及市场的创新资源配置和企业专利布局具有积极的参考意义。

本文主要研究以压力差为分离驱动力的过滤式膜材料，包括反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)等膜片材料及其制备和在水处理中的应用。不包括以浓度差为驱动力的透析膜和以电位差为驱动力的电渗析膜及其组件和应用。

本文专利数据来自欧洲专利检索系统(EPOQUE)，主要来自德温特世界专利索引数据库(WPI)③、EPO题录和摘要数据库(EPODOC)④。统计样本检索截止日期为:2015年3月20日。

一、专利技术及专利申请的发展趋势

同一项发明在多个国家申请专利而产生的一组内容相同或基本相同的专利文献出版物，称为一个专利族或同族专利。从技术角度看，属于同一专利族的多件专利申请可视为同一项专利技术⑤。从图1可知，水处理膜材料专利技术产生于上世纪60年代中期，之后呈缓慢增长态势，全球每年产生的专利技术约几十项，直到上世纪90年代中后期，全球每年产生的专利技术超过了100项，并出现了快速的增长，2014年当年产生的水处理膜材料专利技术已超过500项。一项专利技术可能对应于1件或多件专利申请，对应于专利技术的增长趋势，全球专利申请量同样在上世纪90年代中后期出现拐点，呈现快速增长态势。从全球专利申请量和全球专利技术数量的比值变化趋势来看，随着时代的变迁，一项专利技术趋向于产生更多的专利申请，侧面说明了专利申请人越来越重视专利布局。对比全球专利申请量变化趋势和不含中国市场的专利申请量的变化趋势，可知，2003年之前，中国市场对全球的专利申请人基本没有吸引力，在中国产生的专利很少，2003年之后，在中国申请的专利数量逐渐增加，对全球专利申请量的贡献也不断增大，表明中国市场正在崛起和发展。

图1 全球水处理膜材料专利技术/申请发展趋势

二、专利布局分析

(一)专利申请来源国分析

如前所述，一项专利技术可能对应于1件或多件专利申请，各个国家申请人所拥有的专利申请数量一定程度上反映了各个国家整体的专利布局能力。图2给出了全球水处理膜材料专利布局的主要来源国。在全球布局的水处理膜材料专利申请中，有超过1/3的专利申请来自于日本申请人，比例达到34%;还有接近1/3的专利申请来自于美国申请人，比例达到30%;位列第三的是来自于中国申请人的专利申请，占全球总量的11%。之后是德国和韩国申请人，专利申请数量分别占全球总量的6%和5%。

图2 全球水处理膜材料专利布局主要来源国

图3呈现了五个主要专利来源国的水处理膜材料专利申请的发展趋势。日本和美国作为全球最大的两个专利来源国，早在上世纪六、七十年代即产出了专利申请，但美国产出的专利数量远远高于日本。之后，日本的专利申请量呈持续增长态势，很快超过了美国的专利产出，并从本世纪初开始进一步增大了优势。中国在上个世纪的专利产出几乎可以忽略，中国的专利申请主要集中在近十年，且增速迅猛，近五年的申请量已超过了美国，位列第二。德国在水处理膜材料领域是专利申请传统国家，上世纪六、七十年代即有专利产出，此后略有增加，保持在相对稳定的水平。

图3 主要专利来源国水处理膜材料专利申请发展趋势

一般情况下，专利申请人倾向于首先在本国申请专利，但由于专利具有地域性，对于具有较高技术价值和经济价值的专利申请，申请人也会在本国之外具有市场吸引力的国家或地区进行专利布局，即域外专利布局。区分本国专利布局和域外专利布局，可以更客观地反映一个国家的专利布局能力和策略，域外专利布局状况可在一定程度上体现一个国家整体的创新能力，同时也可以反映对该国具有吸引力的目标市场。本文分别研究了各国在本国和域外获得专利申请的数量和布局情况。从表1可知，水处理膜材料的五个主要专利来源国中，德国专利申请的域外专利布局指数最高，达到78.7%，其次是美国，达到73.6%，位列第三的是日本，域外专利布局指数为47.5%，紧随其后的是韩国，域外专利布局指数为41.0%，表明德、美、日、韩四国申请人均具有较强的域外专利布局意识和能力。相较之下，中国专利申请的域外专利布局指数仅为3.1%，反映出中国申请人的创新能力相对较弱，域外布局意识和能力也明显不足。

表1 全球水处理膜材料主要专利来源国本国和域外专利布局指数

图4至6分别给出了水处理膜材料的三大专利来源国日本、美国和中国专利申请的主要市场布局情况。从图4可以看出，日本申请人除在本国进行了主要的专利布局外，还在美国和中国市场进行了相对较多的专利布局。此外，日本比较重视提交国际申请，这些国际申请进入目标国后将进一步加强日本在海外市场的专利布局。同样，日本向欧洲专利局提交的申请也将在进入欧洲专利公约缔约国家(简称欧专缔约国)后加强其国际市场专利布局⑥。

图4 水处理膜材料日本籍专利申请主要市场布局情况

从图5可知，美国申请人除在本国进行了主要的专利布局外，还在日本和澳大利亚市场进行了较多的专利布局。同样，美国也比较重视提交国际申请，还向欧洲专利局提交了大量的专利申请，这些申请都将进一步加强美国在国际市场的专利布局。

图5 水处理膜材料美国籍专利申请主要市场布局情况

从图6可知，中国籍专利申请主要在本国进行了专利布局，在美国和日本仅进行了零星的专利布局，提交的国际申请和欧洲专利局申请也是屈指可数。这种专利布局状况也进一步解释了表1中中国域外布局指数为何仅为3.1%。

图6 水处理膜材料中国籍专利申请主要市场布局情况

(二)专利公开目标国分析

图7给出了全球水处理膜材料专利申请布局的主要目标市场。日本是全球最大的水处理膜材料专利布局目标市场，全球水处理膜材料专利申请总量的23%在日本市场公开，其次是中国和美国，公开专利份额分别占到15%和14%。根据表1及其相关分析，我们知道日本申请人将约一半的专利申请布局在本国市场，美国申请人仅将约1/4的专利申请布局在本国市场，而中国申请人将超过95%的专利申请布局在本国市场，也就是说，中国市场公开的专利很大程度上源于本国申请人的贡献，因此可以推断日本和美国是水处理膜材料领域目前在全球最具吸引力的市场，除本国申请人，还吸引了其他各国申请人纷纷前去进行专利申请和布局，进而为其市场拓展保驾护航。

图7 全球水处理膜材料专利申请布局目标市场

三、专利申请人分析

图8给出了全球水处理膜材料专利的主要申请人，包括专利申请数量在全球排名前十的申请人和在全球排名最靠前的中国申请人。全球进入前十的申请人全部为企业，其中有7家来自日本，包括东丽、日东电工(含美国海德能公司)、旭化成、三菱丽阳、东洋纺、住友电工和栗田工业，其余3家来自美国，为通用电气(含GE Glegg、GE Betz、GE Osmonics、GE Ionics和 GE Zenon 公司)、帕尔和杜邦公司，反映了水处理膜材料的国际市场几乎被美国和日本企业垄断和瓜分的竞争格局。碧水源是水处理膜材料专利在全球排名最靠前的中国申请人，但碧水源与国外同行企业尚存在很大的差距，仅从专利数量来看，其专利申请量仅仅约为国际同行业中排名第十的栗田工业的1/3，如果考虑专利的区域布局，差距将进一步增大。

图8 全球水处理膜材料专利的主要申请人

图8中所示的企业，基本可以分为两类:一类是化学企业，另一类是水处理企业，在水处理膜产业中，化学企业更多的是作为膜供应商，提供品种丰富的膜产品，而水处理企业更多的是作为膜工程商，提供膜法水处理工程。但随着产业的不断发展，水处理膜产业逐渐向着集成化、工程化的方向发展，组合膜工艺越来越受到市场的青睐，因此，对于膜产品提供商和工程商的产品丰富性和集成能力要求越来越高，产业内的企业也不断朝着膜品类和产业链双向延伸的方向发展。其中，最值得一提的是美国通用电气，通用电气的成长史就是一部并购史，通过不断地并购丰富自己的产品能力，延伸产业链。自1998年开始，通用公司开始了一系列的战略性收购，先后拥有了Glegg、Betz、Osmonics、Ionics和 Zenon 等五家著名的水处理公司，成为世界上最大的水处理产品及服务供应商。通用电气是世界上极少数能提供从膜片、膜元件、膜处理整机设备到各种过滤器等全系列产品的公司，膜产品线涵盖了微滤、超滤、纳滤、反渗透的整个过滤图谱，业务几乎涵盖了工业水处理的全部内容，包括原水、超纯水、冷却水、锅炉水、海水淡化、污水处理及回用等。

四、结论

1.全球市场的水处理膜材料专利技术及专利申请量近年来持续升高，呈现良好的发展态势，中国市场正在崛起和发展。全球水处理膜材料的专利申请量在上世纪90年代中后期出现拐点，之后持续呈现快速增长态势。近十年，在中国申请的专利数量逐渐增加，对全球专利申请量的贡献也不断增大，表明中国市场正在崛起和发展。

2.中国申请人的创新能力相对较弱，专利布局意识和能力亟需提高。日本、美国、德国和韩国的申请人均重视域外市场布局。相较之下，中国专利申请的域外专利布局指数仅为3.1%，反映出中国申请人的创新能力相对较弱，域外布局意识和能力也明显不足。

3.日本和美国是水处理膜材料领域目前在全球最具吸引力的市场。除本国申请人，日本和美国还吸引了其他各国申请人纷纷前去进行专利申请和布局，进而为其市场拓展保驾护航。而中国市场公开的专利很大程度上源于本国申请人的贡献。

4.水处理膜材料的国际市场几乎被美国和日本企业垄断和瓜分。全球水处理膜材料专利申请数量进入前十的申请人全部为企业，一类是化学企业，另一类是水处理企业，前十申请人有7家来自日本，其余3家来自美国，东丽的申请量位居全球第一。碧水源是水处理膜材料专利在全球排名最靠前的中国申请人，但与国外同行企业尚存在很大的差距。

①本文根据“水处理膜材料专利分析”课题研究报告编撰而成，课题负责人:冀小强。

② 国科发高【2012】895号，2012年8月21日，科技部。

③收录了始于1948年的包括九国两组织在内的48个国家或组织的专利数据。提供了重新撰写的摘要信息，统一标引了公司代码，同族专利作为一条信息记录，分类信息包括MC、DC等。

④收录了始于1827年的世界主要专利局数据库的专利数据。提供丰富的分类信息，包括EC、UC、FI/FT等，适用于引证和被引证的追踪检索。

⑤本报告涉及一项专利技术的公开日分析时，除非特别说明，一般是指同一专利族中最早公开专利的公开日。

⑥依据欧洲专利公约，在各缔约国中，欧洲专利局授予的欧洲专利与各缔约国授予的本国专利具有同样的效力并受到同样的约束。