国内外雾霾治理技术专利分析研究

支丽平 马彦飞 黄严严

摘要：雾霾作为一种与人们生活息息相关的大气污染状况，几乎每时每刻都在威胁着人们的健康。本文对1956年至2019年incopat专利数据库进行关于国内外雾霾治理技术的专利检索，从专利申请年度趋势、申请人类型、研发主体、专利有效性、技术手段、地域分布等角度进行分析，希望能够通过这些检索与分析为我国在治理雾霾天气方面提供参考和提升对策。

关键词：雾霾治理;专利分析;Incopat

中图分类号：X513;G306文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）30-0121-10

1 引言

1.1 研究背景

良好的空气状况是人们得以健康生活的前提，但是随着工业化的推进，机器为人类带来财富的同时，也带来了雾霾。历史上有名的“伦敦烟雾事件”便是由雾霾而起，1952年12月，一场毒雾不仅夺走了英国伦敦1.2万多人的生命，还使更多人患上了支气管炎、冠心病、肺结核甚至癌症。[1]美国作为世界发达国家之一，早期也曾因工业排放、汽车尾气等造成严重的大气污染。世界有名的公害事件“光化学烟雾”就发生在美国洛杉矶，从1952年12月到20世纪70年代，洛杉矶市一直被称为美国的“烟雾城”，而此次事件使得洛杉矶65岁以上的老人死亡400多人，许多人也出现了眼睛疼、头痛、呼吸困难等症状。[1]除了一些欧美国家，亚洲的日本也出现过“四日市公害”事件，由于建在四日市的十多家石油化工厂终日排放污染气体和粉尘，1964年这里曾经有三天烟雾不散，哮喘病患者中不少人因此死去，根据调查，四日市的支气管哮喘、慢性支气管炎、肺气肿等呼吸系统发病率比其他地区超出数倍，同时，其他工业地带也陆续出现了类似的问题。[1]而在我国，“雾霾”曾一度成为年度关键词被人们所关注，2013年1月，我国发生有记录以来极为严重的一次大规模区域性雾霾天气，这一年的1月，4次雾霾过程笼罩30个省（区、市），影响近6亿人，在北京，仅有5天不是雾霾天。[2]有报告显示，中国最大的500个城市中，只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，与此同时，世界上污染最严重的10个城市有7个在中国。[2]从此以后，“雾霾”一次就再也没有离开过我们的生活。

本文便是基于人们深受雾霾之害的背景，从专利的角度对雾霾治理技术进行研究，以此掌握雾霾治理技术的相关专利情况，为治理雾霾天气的相关技术发展提供一定的理论数据支持，促进人们生活环境的改善。

1.2 研究对象

雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗。其中，颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是细颗粒物（PM2.5），也就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。[3]雾霾危害极大，因此必须要有针对性的治理技术去将其改善甚至消灭，迄今为止治理雾霾的侧重点主要集中在净化污染空气、制造防护部件、研究治理方法和监测测量这四个方面上，只有做好这些，雾霾天气才能得到有效的控制。

1.3 研究目的

霧霾作为一种与人们生活息息相关的大气污染状况，几乎每时每刻都在威胁着人们的健康。雾霾与普通的雾气外形相像，看似无害，其内部却包含了20多种有害物质，而其低于0.01微米的颗粒物直径更是为病毒通过呼吸系统进入人类体内创造了有利条件。随着世界各国对雾霾的逐渐重视，与雾霾相关的治理技术专利也在随之增加，希望以此来改善雾霾天气，保护人们的健康。而本文此次通过对全球的雾霾治理技术专利进行检索和分析，掌握国内外关于雾霾治理技术的专利申请情况，为治理雾霾天气的研究发明提供参考，为帮助世界人民不受雾霾侵扰，早日呼吸纯净空气献出一份力量。

1.4 研究方法

1.4.1 专利分析法。专利分析法主要是对专利中包含的技术信息进行深度挖掘与缜密分析，对技术竞争态势、技术创新概貌、技术演化进程进行分析，从而为技术创新活动进行科学合理的定位。将专利分析法应用在雾霾治理技术领域，可以帮助政府部门、科研机构、高新企业等进行专利战略部署和精准定位。[4]

1.4.2 文献研究法。文献研究法是史学、哲学和社会学最常使用的研究方法之一。通过文献资料研究，可以获得新论据、找到新视角、发现新问题、提出新观点、形成新认识。研究文献，可以从前人的研究中获得某种启示、少走弯路、减少盲目性，也可以利用前人的权威观点为自己佐证，使研究增强说服力。为此，文献研究法既可以独立完成一项课题研究，也可以作为一些课题的辅助性研究方法。[5]

2 雾霾技术分解

技术主题分解是专利分析前期的基础性工作，具有提纲挈领的作用，通过清晰准确的技术分解得到一张技术主题分解表，有利于专利分析人员从技术上统一对该课题技术分支的认识。技术主题分解是围绕研究的技术主题进行，既要便于分析人员进行后续的数据检索，也要符合行业的一般技术规范。[6]

雾霾治理技术可分为净化空气、监测测量、防护部件、治理方法等，其中空气净化可直接归入治理方法中，因此就得到了防护技术、治理技术和监测技术这三个技术分支，如图1所示。

3 数据来源与专利检索表达式

3.1 数据来源

本次有关雾霾治理技术的专利数据来自于incopat科技创新情报平台，这是一个涵盖世界范围海量专利信息的检索系统，它全面收录并深度挖掘了112个国家和地区的1.2亿件专利信息，数据两天内更新一次;同时，incopat还成功将AI技术植入语义检索、智能聚类、3D沙盘、图像识别等应用模块中，建立知识图谱，为用户提供信息全面化和分析精准化的服务。因此本文使用incopat科技创新情报平台检索并分析雾霾治理技术相关专利。[7]

3.2 专利检索表达式

3.2.1 检索要素表

①防护技术

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND 吸附 AND （活性炭过滤 OR 高压静电场 OR 冷凝板 OR 毛细管阵 OR 气相迷宫 OR 磁种磁场 OR adsorption OR active carbon）

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND 沉降 AND （负氧离子发生器 OR 热泳 OR 水 OR sedimentation）

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND 过滤 AND （臭氧过滤器 OR filtration）

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND （含片 or 口香糖 or 中药 or 饮料）

②治理技术

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND （声波振动 OR 聲波 OR Sound Wave OR Acoustic Wave）

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND 催化 AND （纳米二氧化钛 OR catalytic OR Titanium Dioxide）

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND 极化 AND （介电电泳 OR Polarisation）

③监测技术

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND （正高压电极 OR 负高压电极 OR 过滤膜 OR 干燥气吹扫 OR 吸湿培养 OR 钼转化器 OR 紫外灯 OR 红外波段光 OR 电晕场）

TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 烟霞 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog） AND （颗粒切割器 OR 光接收器 OR 气相色谱 OR gas chromatography）

3.2.2 检索表达式

（TIO=雾霾 OR TIO=霾 OR TIO=灰霾 OR TIO=空气净化  OR TIO=除霾 OR TIO=Haze OR TIO=Dust-haze OR TIO=Smog）  AND （TIAB=（雾霾 OR 霾 OR 灰霾 OR 悬浮颗粒物 OR PM2.5 OR Haze OR Dust-haze OR Smog ）AND （过滤 OR 活性炭过滤 OR 高压静电场 OR 冷凝板 OR 毛细管阵 OR 气相迷宫 OR 磁种磁场 OR adsorption OR active carbon OR 吸附 OR 负氧离子发生器 OR 热泳 OR 水 OR sedimentation OR 臭氧过滤器 OR filtration OR 含片 OR 口香糖 OR 中药 OR 饮料 OR 声波振动 OR 声波 OR Sound Wave OR Acoustic Wave OR 纳米二氧化钛 OR catalytic OR Titanium Dioxide OR 介电电泳 OR Polarisation OR 高压电极 OR 过滤膜 OR 干燥气吹扫 OR 吸湿培养 OR 钼转化器 OR 紫外灯 OR 红外波段光 OR 电晕场 OR 颗粒切割器 OR 光接收器 OR 气相色谱 OR gas chromatography））AND （AD=[19520101 to 20191231]）

4 雾霾治理技术专利分析

4.1 国内外专利申请年度趋势

由图2、3、4可知，美国早在1957年就出现了关于雾霾的专利申请，但数量不多。20世纪中期的美国，洛杉矶附近的大气臭氧浓度远远高于其他地方，洛杉矶更是被称为“烟雾城”，并且造成了许多居民生病或死亡，美国不得不重视起这严重的污染问题，出台相关政策抑制污染。由图4可以看到，美国的雾霾专利申请总体虽然呈现增长趋势，但是数量并不多，这与美国早早就开始了环保之路的相关措施是分不开的。

日本也曾经历过空气污染的时代，60年代的四日市哮喘病诉讼便是日本有名的四大公害诉讼之一。当时的日本虽然针对空气污染颁布了一系列的环境保护法，但其执行起来并不顺利，那时几乎所有的日本重要的城市都未能依法达标。但经过日本人民的斗争，日本的环保活动逐渐引起了人们的注意，其关于雾霾的专利申请也从70年代开始逐渐增加。

中国关于雾霾的专利申请起步较晚，但是其增长趋势却很是显著，2013年以前中国的相关专利申请数量几乎是寥寥无几，然后开始激增，这是由于2013年中国的雾霾情况突然严重，一度成为年度关键词，中国人也终于开始真正认识到雾霾。2013年以前，中国的GDP高度增长，但是同时，氮氧化物、挥发性有机物、二氧化硫、氨气以及PM2.5的排放更是数百倍的增长。[8]尤其在京津冀地区，几乎是难见蓝天，人们对于雾霾的关注度越来越高，相应的，关于雾霾的专利申请也越来越多，并在2017年达到峰值。国务院在2013年9月发布了《大气污染防治计划》，通过空气“国十条”来改善空气质量，同时众多关于雾霾的发明专利也对治理雾霾天气做出了贡献，空气质量得到明显改善，中国关于雾霾的专利申请也逐渐呈现下降趋势。

相較于中国、美国和日本，欧洲关于雾霾的专利申请数量虽偶尔会有一些波动，但其增长相对较为平稳。欧洲地广人稀，无论城市还是乡村都可以做到绿色的广泛覆盖，且其清洁能源与生态养殖的利用率高，政府相关环保政策出台早且治污经验较为丰富，因此欧洲的雾霾专利申请相对稀少。

4.2 中国申请人类型分析

由图6可看出，申请人几乎被企业、个人、大专院校包揽。其中50%的申请来自企业，33%的申请来自个人，14%的申请来自高校。企业在专利申请上的占比在这三者中有着明显的优势，这是因为企业普遍有着一定的经济实力，而且大企业能吸引更多的优秀人才;个人的申请量位居第二，但是比较分散;大专院校的占比较低和学校专业所制定的研究方向有一定关系，但是，高校可以去寻求企业与其展开合作，学校有着珍贵的科研人才，企业有资金和市场，校企合作双赢，才能让中国的专利事业更有活力。

4.3 研发主体分析

由图7、8、9可以看出，无锡桥阳机械制造有限公司的申请主要集中在2015年，专利内容主要集中在口罩、净化器、过滤网、催化剂、涂料等方面，这些申请所属的发明人沈秋是该公司的法定代表人，因此其发明大概率是为了公司业务与前景，但是如今无锡桥阳机械制造有限公司的所有专利均处于失效状态，而现在该公司的主要经营范围为数控机床和纺织机械等，可以考虑公司业务转型因素。杜邦公司（E I DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY）是美国的一家全球性企业，其经营业务广泛，旗下产品有电子材料、食品、工程塑料、建筑等，申请国家主要在美国和日本，而且这些申请专利有效性达63%。江苏瑞丰科技实业有限公司是一家开发、生产环保节能产品的高新技术型企业，并在空气净化及清洁技术方面走在了前端，该公司在空气净化装置方面的专利占据了很大比例，主要是利用纳米吸附与PM2.5过滤的方法清洁空气。

在个人申请中，熊小宁十分出彩，仅次于无锡桥阳机械制造有限公司，他的39个专利申请中，有20个发明申请，18个实用新型和一个发明授权，此外，熊小宁还拥有其他方面的专利申请，如新型自助缴费充电插座、带视窗盖的下水井盖、耐高湿和强烈光照的彩色轮胎等，并与雾霾治理相关专利一起几乎都集中在2016年。

根据图8的发明人排名，可以看到除去不公告发明人以外前九位发明人中有7个都是中国人，其大部分原因虽然是中国的雾霾污染，但这也从侧面反映了，随着时代的发展，中国人开始普遍拥有创新精神，中国的创新活力也在不断增加，不光是雾霾治理方面，中国其它的科学技术研究也一定充满了新鲜血液。

4.4 专利有效性分析

由图10可以看到雾霾治理技术得到授权的专利所占比例最多，达到了44%，且还有约17%的处于审查阶段的专利，这些审中的专利也有可能被授予有效。但值得注意的是，除了已经得到授权的雾霾治理技术专利外，还有9.37%的撤回专利和5.61%的驳回专利，这说明还是有不少低质量的专利申请企图浑水摸鱼，这个问题应该得到重视。

4.5 技术手段分析

从图11可以看出雾霾治理在各个技术方面的分布状态，由图11可知关于雾霾治理的专利申请主要集中在B01D;F24F;A41D这三个技术方向，其中排名第一的是B01D技术，该技术的类描述为“分离”，而雾霾治理大多是将雾霾中的灰尘、硝酸等颗粒物分离出来，从而得到干净的空气，这是雾霾治理最常见也是最基本的办法，因此占比较高。

F24F分类的类描述为空气调节、增湿、通风，此类中的F24F13技术数量最多，大多是用来制造净化器、空调机、通风系统等，这些都是现在治理雾霾的主要产品。

排名第三的是A41D技术，其类描述为外衣、防护服、衣饰配件，该技术多用于制造防雾霾口罩、防雾霾服装、防雾霾头罩等，防雾霾口罩也是我们在日常生活中随处可见的一种防霾产品。

值得注意的是排名第十的A23L技术，该技术多用于制造食品、食料或非酒精饮料，由此可见，关于防雾霾的食品保健产品如饮料、口香糖等也开始逐渐进入人们的生活。

4.6 地域分析

如图12所示，由于雾霾治理技术专利申请中国占比较大，故在此特别分析一下雾霾治理技术专利在中国各省市的分布情况。

江苏省拥有167所高校，高校数量位居全国第一，相应的其人才储备数量也可见一斑。2016年江苏省高校发明专利授权量获得了全国第一的成绩，足以见得江苏省各大高校对于专利发明与申请的热情，浓厚的学术氛围为雾霾治理技术的研究发明提供了良好的环境，此外，江苏省的经济条件也较好，这也为专利的发明与申请提供了良好的支撑。

位于第二名的广东省经济实力非常雄厚，在北上广深这四座发展最好的城市中，广州市和深圳市都位于广东，连续30年GDP全国第一的广东在吸引人才方面也是毫不逊色于其它城市。在专利申请方面，广东省的相关企业、人才、政策都为雾霾治理技术专利的发明与申请打下了坚实的基础。

浙江省的经济基础和高校数量都为专利的发明与申请打下了基础，此外，浙江省还有关于企业专利的政策扶持和各种专利资助政策，这些政策有效地鼓励各企业和个人进行专利的研发和申请。

北京市作为中国经济、文化和政治的中心，经济实力和人才资源是毋庸置疑的，北京有着全国最高学府清华大学和北京大学，有着中国第一个国家级高新技术产业开发区中关村科技园，此外，北京可谓是雾霾天气的重灾区，2013年雾霾进入大众视野后，当年1月，北京有26天都处于雾霾之中。因此北京市位居第四也在情理之中。

5 结论与建议

5.1 研究结论

5.1.1 美国领跑中国激增。从1956—2019年雾霾治理技术专利的历年专利申请量可以看到，美国在雾霾治理技术专利的申请上属于领跑者，虽然其申请量不多，但是其申请年份很早且具有很好的专利意识。日本和欧洲申请量略少且发展趋势普遍稳定。中国则从2013年开始迅速增长，2017年以后专利申请数量才逐渐放缓。

5.1.2 企業优势高校劣势。在分析专利申请人类型的时候我们可以看到，企业所占比例较多，高校占比相对较少。企业在申请专利方面有着得天独厚的优势，例如专业的技术人员与技术团队、足够的资金链、确定的研究方向，这些都是促进专利研发申请的重要条件。高校虽然也有知识渊博、技术高超的研究人员，但是研发人员要跟着院校的研究方向走，这就在一定程度上限制了关于雾霾治理技术方面的专利发明与申请。

5.1.3 无效较多质量不高。通过分析专利有效性，我们发现在专利检索与分析过程中不可忽视的一点是专利驳回、撤回、失效的占比较多。此外在专利检索中可以发现有一些专利申请中含有部分重复的专利，并且存在申请人使用同一技术方案、只是改变一下产品的名称进行申请的现象。这都是专利质量较低的体现。

5.1.4 领域广泛产品繁多。通过分析雾霾专利申请的技术手段，可以发现雾霾治理技术的涉及领域较广，相应的制造出的产品也很多，除了我们常见的口罩和空气净化器等产品，防雾霾的保健食品也开始进入人们的视野，具有清肺防霾功能的中药、饮料和口香糖也相继面世。

5.1.5 经济人才缺一不可。从雾霾治理技术专利申请在中国的地域分布可以得知，经济实力与人才储备是影响专利申请的重要条件，江苏、广东和浙江虽然也有着不同程度的雾霾污染，但并不是全中国污染最严重的三个省份，而它们却在专利申请数量上名列前茅，这与其雄厚的经济基础和丰富的人才储备是分不开的。

5.2 建议

5.2.1 加大雾霾治理力度。与其他国家相比，中国的雾霾治理技术专利从2013年起就超出其他国很多，这从侧面反映了我国雾霾天气的严重程度，我国应该持续重视雾霾污染问题并相应地加大雾霾治理力度。首先，可以推进雾霾治理技术政策支持，合适的国家政策可以促进社会的生产力发展，这在雾霾治理技术上也不例外。其次，相关法律法规也需要完善，尽管近年来国家针对环境保护拟定了一些相应的法律法规，但是不得不承认这些法律并不完善，例如在大气污染防治中没有强制措施，污染排放的标准也不完善。因此，我国要加快相关法律的修订工作，完善排放标准，对超标排污的企业加大惩罚力度，对污染行为追究刑事责任。

5.2.2 创建多位一体的技术合作联盟。我国的雾霾防治思路是相对来说比较零散，因此需要改变过去的管理理念，整合所有能利用的科技资源来为雾霾防治服务。[9]我国的专利申请人中企业的占比要比高校多出许多，而这种各行其是的模式是很不利于创新发展的。技术合作联盟是在企业、高校、科研机构、政府、个人的基础上，根据各自的优势和特点，相互合作，通过技术进步带动整个雾霾治理相关产业的升级。在合作中，各个主体利益共享、风险共担、相互作用、合作共赢。[9]

在技术合作中，有政府的政策支持、企业的运营、投资体系和平台等予以支撑，有科研机构、高校的研究人员注入人才能量，多位一体，多方合作，共同对雾霾治理的相关技术进行研究。

5.2.3 提高专利质量。雾霾治理技术专利中只有44%的授权专利，这是一个值得注意的问题，专利的质量低下不仅无法对改善雾霾环境起到多大作用，而且也是一种资源浪费，即占用人力物力去做无用功，这就需要专利发明人提高自己的个人素养与能力，不要因为一些蝇头小利而盲目去申请专利，同时，国家知识产权局也要培养工作人员的工作水平，把控好专利的品质。

5.2.4 培养创新精神。关于雾霾治理，起初只有净化器、口罩这些普遍的防护用具，但渐渐地，相关保健食品、饮料等产品也逐渐开始面世，这说明关于雾霾治理的技术是不断创新发展的，这就需要发明人不墨守成规，不断地从各种方向出发，研究新的技术，自我打破，自我进步。此外，降低雾霾专利申请门槛也是促进技术创新的好办法，在保障质量的前提下适当放宽专利的条件，使一些边缘的、有潜力的、有开拓的项目关注到雾霾治理当中，形成比较浓厚的创新和研究氛围。[9]

5.2.5 加大经济投入与人才培养。经济与人才是专利发展的基石，政府通过财政扶持、税收优惠等政策可以减轻企业经济压力，扶持企业进行技术研发，从而提升社会的创新动力;通过人才培养政策为国家培养一批实力强劲、眼光长远的综合性人才，并做到培养与激励并行，适当的奖励激励才能更好地安抚人心。

6 结语

雾霾并不是能靠短时间的治理就能根除的，尽管人们与雾霾已经斗争了很久，但是治理雾霾需要拉长时间线，并且在这个过程中不断改进治理技术。本文通过检索和分析相关的雾霾治理技术专利，介绍了国内外雾霾专利申请状况，分析了一些治理雾霾的手段，即我们应从雾霾根源出发，不断创新技术;同时政府也应该跟上脚步，给予一定的政策支持和相关法律法规的修订;此外雾霾作为一种环境污染，也需要每一个普通人的努力，养成绿色出行，环保节约的好习惯，如此三管齐下，雾霾才能逐渐从地球上消失。

参考文献：

[1] 杨小阳，白志鹏.雾霾天气的成因及其法律层面应对状况与操作层面政策建议[J].中国能源，2013，35（04）：8-9.

[2] 百度百科.雾霾[EB/OL]（2020-3-27）.https：//baike.baidu.com/item/雾霾/731704？fr=aladdin.

[3] 廖丽芳.雾霾防治技术中国专利浅析[J].中国发明与专利，2015（06）：52.

[4] 冯义，刘子文，孙堃，刘达.专利分析法在国内新能源汽车技术创新研究中的应用[J].智慧电力，2019，47（11）：35.

[5] 杜晓利.富有生命力的文献研究法[J].上海教育科研，2013（10）：1.

[6] 左良军.专利分析中技术主题分解环节的探究[J].中国发明与专利，2017，14（06）：64-65.

[7] 网易云.合享：人工智能激活科技情报价值[EB/OL]（2020-3-27）.https：//sq.163yun.com/blog/article/162347387739529216.

[8] 虎嗅.中国雾霾说明书[EB/OL].https：//www.huxiu.com/article/346573.html.2020-4-3.

[9] 周景坤，黄洁，张亚宁.国外支持雾霾防治技术创新政策的主要做法及启示[J].科技管理研究，2018，38（24）：40-44.