基于DII专利大数据的生物质能技术国际态势分析

靳军宝，古志文，麻伊娜2，邢宗绪3，石雪莉3

(1.中国科学院兰州文献情报中心，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030；3.兰州兰石能源装备工程研究有限公司，甘肃 兰州 730314)

基于DII专利大数据的生物质能技术国际态势分析

靳军宝1，古志文1，麻伊娜2，邢宗绪3，石雪莉3

(1.中国科学院兰州文献情报中心，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030；3.兰州兰石能源装备工程研究有限公司，甘肃 兰州 730314)

基于德温特创新索引国际专利数据库(DII)，利用Thomson Data Analyzer(TDA)、Thomson Innovation(TI)等专利分析工具和平台，对生物质能国际专利进行深入分析，系统客观地揭示了生物质能技术的研发现状、专利技术分布、研发热点以及竞争格局。数据分析结果显示:生物质能相关专利从2005年之后申请量开始快速增长。专利数量排名前三位的国家依次为中国、美国和日本，其专利数量占到全部专利总量的73.52%。从专利平均被引次数可以看出，我国专利整体质量较差。专利数量排名前三的机构分别是广州迪森热能技术股份有限公司、中国石油化工股份有限公司和清华大学，均为中国的企业或科研机构。从研发热点可以看出，2010年以来生物质能专利技术主要研发热点为炉排、储罐及管道、生物质燃气、燃烧室、基因改良、燃料乙醇、生物柴油反应器等。

生物质能；专利大数据；专利分析

生物质能主要包括生物质发电、生物质成型燃料、生物质液体燃料和生物质燃气燃料等[1-2]。生物质能作为绿色能源已经受到越来越多国家的重视，据报道，生物质能已经是继化石能源煤、油、气之后的第四大能源[3-4]。我国生物质能资源丰富，具有巨大的发展潜力[5-7]。笔者通过德温特创新索引国际专利数据库(DII)，利用Thomson Data Analyzer(TDA)、Thomson Innovation(TI)等专利分析工具和平台，对生物质能技术专利进行深入分析，旨在系统客观地揭示生物质能技术的研发现状与态势，包括专利技术的分布、主要技术领域、研发热点以及技术的市场占有与竞争格局。

1 数据采集与研究方法

本研究数据均采集于DII[8]。DII是以德温特世界专利索引(DerwentWorld Patent Index)和德温特世界专利引文索引(Patents Citation Index)为基础形成的专利信息和专利引文信息数据库，是世界上最大的专利文献数据库，收录了来自全球47个专利机构(涵盖100多个国家，包括中国的实用新型专利信息)的超过2000万条基本发明专利，4000多万条专利情报；数据可回溯到1963年。

本研究利用检索式((TI＝(biomass or(bio∗-gas or biogas or bio∗-energy or bioenergy or biodiesel or bio∗-diesel or ethanol-fuel or fuel ethanol or fuel-bioethanol)or((ethanol ormethanol or dimethyl-ether or diesel ormethane or biogas ormethyl-ether or CH4)and IP＝C12∗))or MAN＝(X15-E))not ip＝A∗)在DII数据库中进行检索，共获得35502条数据，检索时间为2015年12月14日。分析工具主要采用美国汤姆森科技集团开发的Thomson Data Analyzer(TDA)和Thomson Innovation(TI)分析工具[9-10]。

2 结果与讨论

2.1 生物质能技术专利研发现状

2.1.1 时序分布 从生物质能专利申请数量的变化情况(见图1)可以看出，生物质能专利技术的发展可以分为3个阶段，其中2000年之前关注生物质能技术的人很少，2001～2004年生物质能技术相关专利申请逐年增长。2005年后相关专利申请开始快速增长，与生物质能相关文章发表的结果一致[11]。由于专利公布具有一定的滞后性，所以2014年之后的数据仅供参考。其中2000年以来申请的专利占全部专利数量的90.48%。

图1 生物质能技术专利申请数量年度变化情况Fig.1 The annual trend of the number of patents on biomass energy technologies

2.1.2 国家/地区分布 表1给出了专利数量排名前十位的国家/地区及专利平均被引次数。可以看出排名前三位的国家依次为中国、美国和日本，其专利数量占到所有专利量的73.52%，其中中国专利数量遥遥领先，与排名第二的美国相比，中国的专利数量比美国的3倍还多。

表1 专利数量排名前10位的国家/地区及其专利平均被引次数Table 1 The top 10 countries/organizations in the patents number and average cited tim es of their patents

2.1.3 专利的质量情况 为了了解各国专利质量情况，对主要国家或地区的专利平均被引次数进行了统计，由表1可知平均被引次数排名前三位的国家或组织依次是加拿大、美国和欧盟，分别为20.18、17.34和9.68次。虽然我国生物质能专利数量排名第一，但我国专利的平均被引次数只有0.92次，从侧面反映出我国专利整体质量较差。

2.2 生物质能专利技术研发热点及布局

2.2.1 技术主题分析 以国际专利分类号(IPC)分类为基础，通过统计各类专利技术分支的出现频次(见表2)，可以发现生物质能专利技术出现频次最高的10个技术主题。其中排名前五位的技术点依次为:C12M 1/107(用于收集发酵气体如甲烷的装置)、C02F 11/04(用厌氧处理工艺生产甲烷)、C10L 1/02(基于仅由碳、氢及氧组成的成分为主的液体含碳燃料)、C12P 7/06(乙醇的制备)和B09B 3/00(固废处理)。

表2 生物质能排名前10位的专利技术主题(前10位IPC分类号)Table 2 The top 10 patent technology topics of biomass energy(Top 10 IPC)

2.2.2 不同时段技术研发布局 Thomson Innovation(TI)具有强大的分析及可视化功能。以DII数据库中生物质能专利数据为基础，利用TI绘制了专利研发布局图。生物质能专利技术主题分布见图2(a)，结合专家解读，可以发现主要研发主题有炉排、沼气、酯交换、送料装置、生物质燃气、生物乙醇、培养基优化、生物质发电、糖化反应等。图2(b)～(d)列出了不同时间段主要生物质能专利技术内容，其中2000年之前生物质能主要研发内容有厌氧发酵、燃料乙醇、污泥处理、生物燃气和燃烧室；2000～2009年之间生物质能主要研发内容有生物柴油、酯交换、酵母改良、分离纯化、生物质燃气等；2010年至今生物质能主要研发内容有炉排、储罐及管道、生物质燃气、燃烧室、基因改良、燃料乙醇、生物柴油反应器等。

2.3 生物质能技术专利的竞争格局

2.3.1 主要专利权人情况 表3为排名前15的专利权人及其申请国别，由表3可见其中排名前三位的专利权人均为中国的机构，分别为广州迪森热能技术股份有限公司(简称广州迪森公司)、中国石油化工股份有限公司(简称中石油)和清华大学，专利数量依次为212、159和149件。据广州迪森公司2014年年报显示，广州迪森公司的主营业务为生物质燃料等新型清洁能源，具体为生物质成型燃料(BMF)、生态油(BOF)、生物质可燃气(BGF)。2014年度，公司实现营业收入57 334.54万元，实现利润总额6906.06万元。

图2 生物质能技术主题分布及不同年份主要研发内容Fig.2 Technical topics distibution and main R＆D in different years of the patents of biomass energy

2.3.2 主要机构技术专利保护策略分析 专利保护区域及范围是专利申请人/专利权人对其专利技术进行目标区域保护及市场占有规划的重要反映，专利申请区域越广、保护范围越宽，专利技术潜在的市场占有范围也越大。排名前15的专利权人及专利申请国别分布可见表3。

表3 排名前15位的专利权人的专利申请国别分布Table 3 The top 15 patentees and the distribution of their patent application countries

续表3

从整体上看，排名前15的专利权人中，除中国的广州迪森热能技术股份有限公司、昆明理工大学、浙江大学、郭丰亮(苏州企航新能源有限公司董事长)、日本石川岛播磨重工业株式会社及华北电力大学专利申请国别均在本国外，其他机构申请国别均在2个以上。

2.3.3 主要机构间重要技术竞争关系分析 各主要机构之间重要技术竞争关系见图3～图5，其中圈外小球代表竞争机构，圈内小球代表某一重要机构的主要技术领域，小球大小表示该机构在该技术领域的专利申请量，小球间连线表示该机构间存在技术竞争关系。

图3 广州迪森主要的技术竞争格局Fig.3 Themain competitive relationship of technology in Guangzhou Devotion Thermal Technology CO.

图4 中石油主要的技术竞争格局Fig.4 Themain competitive relationship of technology in Sinopec Corp.

从图3可以看出，在生物质能技术领域广州迪森热能技术股份有限公司主要的技术领域包括合成气或煤气、煤气中除尘或焦油的装置、粉状或粒状燃料气化装置、燃料气引出装置和向燃烧设备供应燃料等。其中，合成气或煤气技术是广州迪森公司在生物质能方面最有优势的技术领域，其竞争优势明显，但在这方面它面临着来自武汉凯迪和洛阳骏腾能源科技有限公司的竞争压力。煤气中除尘或焦油的装置技术是广州迪森的第二大优势领域，其竞争优势也很明显，但面临着来自洛阳骏腾能源科技有限公司和合肥德博生物能源科技有限公司的竞争压力；在其他主要技术领域，广州迪森都表现出优势地位，但也有一些潜在的竞争威胁。

从图4可以看出，在生物质能技术领域，中石油主要的技术领域包括:由碳、氢及氧成分为主的液体燃料；从含氧的有机物制备液态烃混合物，例如脂肪油、脂肪酸；烃类混合物为主的液体含碳燃料；乙醇的制备和酿酒酵母等。其中，由碳、氢及氧成分为主的液体燃料技术是中石油公司在生物质能方面最有优势的技术领域，在该领域目前处于领先优势；从含氧的有机物制备液态烃混合物是中石油公司的第二大优势领域，但壳牌石油公司在该技术领域领先于中石油公司，另外，清华大学、美国环球石油产品公司、美国帕沃尔(Powell JB)等在该技术领域也对中石油构成威胁。

图5 清华大学主要的技术竞争格局Fig.5 Themain com petitive relationship of technology in Tsinghua University

从图5可以看出，在生物质能技术领域，清华大学主要的技术领域包括:从含氧的有机物制备液态烃混合物；脂肪、脂油、酯型蜡或高级脂肪酸的制备；酯交换；细菌或放线菌目；乙醇的制备等。可以看出，清华大学的优势技术为从含氧的有机物制备液态烃混合物，但该技术与壳牌石油相比较不占有优势；脂肪、脂油、酯型蜡或高级脂肪酸的制备技术面临的竞争威胁主要来自韩国庆北国立大学；在乙醇制备领域，杜邦公司、丹尼斯克公司、中粮集团、诺维信和中石油的技术实力均超过清华大学。

3 结论与建议

在国际范围内，生物质能相关专利从2005年之后申请量开始快速增长，其中2000年以来申请的专利占全部专利数量的90.48%。生物质能专利数量排名前三位的国家依次为中国、美国和日本，其专利数量占到全部专利总量的73.52%。从专利平均被引次数可以看出，我国专利整体质量较差。生物质能技术专利数量排名前三的机构分别是广州迪森热能技术股份有限公司、中石油和清华大学，均为中国的企业或科研机构。从生物质能技术研发热点可以看出，2010年以来生物质能专利技术主要研发热点为炉排、储罐及管道、生物质燃气、燃烧室、基因改良、燃料乙醇、生物柴油反应器等。

我国生物质能专利数量已经遥居世界第一，但专利整体质量较差，专利申请主要在国内。今后应加强专利质量控制，申请高质量的专利，此外，要加强专利申请布局战略，抢占更多知识产权制高点。

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Analysis of International Situation on Biomass Energy Technology Based on DIIPatent Big Data

JIN Junbao1，GU Zhiwen1，MA Yina2，XING Zongxu3，SHIXueli3

(1.Lanzhou Library of Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；2.Gansu Academy of Mechanical Sciences，Lanzhou 730030，China；3.Lanzhou LSEnergy Equipment Engineering Institute Co.，Ltd.，Lanzhou 730314，China)

Based on Derwent Innovations Index(DII)of ISIWoK，patent analysis tools and platforms such as Thomson Data Analyzer(TDA)and Thomson Innovation(TI)etc.were used for deeply analyzing international patent of biomass energy，systematically and objectively revealing the present situation of research and development，the distribution of patent technology，research and development hotspot，aswell as the competitive landscape of biomass energy technology.The results showed that the number of patents was increasing rapidly from 2005.China，American and Japan ranked the top 3 of the number of patents. However，by the comparison of average cited times of patent，the results showed that the quality of Chinese patentswas poor.The patentees of top three were Guangzhou Devotion Thermal Technology Co.，Sinopec Corp.and Tsinghua University.All of them came from China.The research and development hotspot of biomass energy technology were the boller，biodiesel reaction，ethanol production，genemodification and synthesis gas after 2010.

biomass energy；patent big data；patent analysis

TM651；TQ35

:A

:1673-5854(2017)01-0033-06

10.3969/j.issn.1673-5854.2017.01.006

2016-05-18

中国科学院“西部之光”人才培养计划项目(Y4AS051001)

靳军宝(1986—)，男，甘肃会宁人，馆员，硕士，从事产业情报研究；E-mail:jinjb＠llas.ac.cn。