1、秸秆资源化利用专利活动实证研究 刘勤 王少康 胡良龙 郑砚砚 檀律科 农业部南京农业机械化研究所 南京市农业机械技术推广站 摘 要： 以秸秆资源化利用技术领域授权发明专利为研究对象, 从技术发展年度趋势、技术集中度、重要专利权人及其关注技术、重点专利等维度, 对该领域专利数据进行挖掘和可视化分析。研究表明, 该领域技术在经历了萌芽期、推动期、上升期后, 目前已进入发展期。研发重点集中在 C05G、C05F 等 IPC 小类中, 其中 C05G 保持着较高的研发活跃度, A23K、A01G 处于平稳发展期, 而 C05F 和C12P 有进入技术衰退期的迹象。该领域技术优势单位为高校和科研院所,
2、关注技术集中于秸秆变性处理, 发酵酶解, 制备肥料、氢气、微生物油脂、乙醇, 创制秸秆厌氧发酵装置、成型装置、还田装置。核心专利的主要技术功效为加速半纤维素的降解, 提高纤维素含量, 实现纤维素、半纤维和木质素分级转化等。关键词： 秸秆; 资源化利用; 专利; 作者简介：刘勤 (1969-) , 女, 江苏睢宁人, 农业部南京农业机械化研究所副研究员, 硕士, 主要从事农机化研究工作。电话:13951800801, E-mail:收稿日期：2016-09-26基金：国家现代农业甘薯产业技术体系专项资金资助 (CARS-11-B-16) A case study on straw utiliza
3、tion patentLIU Qin WANG Shao-kang HU Liang-long ZHEN Yan-yan TAN L-ke Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization, Ministry of Agriculture; Nanjing Agricultural Machinery Technology Extension Station; Abstract： The authorized patents on the utilization of straw with sophisticated stati
4、stical methods and data visualization tools. Specifically, we analyzed the annual trend of the technological development, the concentration of the technology, as well as the recent technological focus of the import-patent holders. Based on the results from our case study, under the support and promo
5、tion from governments, straw utilization has become a rapidly developing technology that is widely used with a research focus on C05 F, C05G under the IPC subclass. Particularly, C05 G, A23K, A01 G are continuously the most popular research topics, while C05 F and C12 P exhibit signs of technologica
6、l recession. Moreover, as the major players in promoting straw utilization, universities and research insitutes have put a lot of efforts in the research and development of the technology. The recent research focus include the straw denaturation process, the fermentation hydrolysis, and the design o
7、f the anaerobic fermentation equipment and the molding equipment. The major technology breakthrough of the core patents include the acceleration of the degradation of hemicellulose, the boost to the cellulose content, and the realization of cellulose, hemicellulose and lignin conversion.Keyword： str
8、aw; utilization; patent; Received： 2016-09-26我国作为农业大国, 每年可生成 7 亿多吨秸秆。由于秸秆综合资源化利用产业化和规模化程度偏低, 秸秆收集储运体系尚不健全, 加之受传统种植观念和习惯等因素影响, 农民对环境保护和农业可持续发展的意识不强, 导致秸秆焚烧问题屡禁不止。为扭转困局, 中央一号文件连续多年发文加强秸秆综合利用。2015 年中央 1 号文件中, 再次明确提出加强农业面源污染治理, 开展秸秆资源化利用。提高农作物秸秆的资源化利用率, 充分发挥秸秆的经济价值, 对于破解秸秆焚烧难题, 减轻污染, 节约资源, 增加农民收入, 加快建设资
9、源节约型和环境友好型社会, 具有十分重要的意义。目前, 国内有学者从不同侧面对秸秆资源化利用技术进行了分析研究。方放等明确了黄淮海地区各类农作物秸秆资源分布和利用现状1;杨增玲等总结出秸秆饲料化集成技术的多种模式2;刘欢瑶等分析了我国中南地区农业秸秆 3 种主要处理方式 (留茬、秸秆焚烧和秸秆还田) 的空间分布3;王双磊等分析了棉花秸秆的还田潜力4。而从专利层面分析秸秆资源化利用技术的创新发展却鲜见。本文以该领域授权发明专利为研究对象, 从技术发展年度趋势、技术集中度、重要专利权人及其关注技术、核心专利等多个维度, 对我国秸秆资源化利用技术发展现状进行分析, 以期为该领域技术发展及知识产权战略
10、布局提供情报支撑。1 数据与方法1.1 研究方法专利文献作为公开技术源, 包含了 90%95%的技术信息, 由于其权威性和时效性, 已成为测度某一技术领域创新状况和发展趋势的重要对象, 其分析结论可以为研发决策提供有效支持5。本文在专利检索基础上, 利用专利信息挖掘与分析工具, 对秸秆资源化利用技术进行总体趋势分析和技术分解。1.2 数据来源与检索专利数据源自国家知识产权局数据库, 通过专利检索与分析平台进行检索。专利检索类型限定为授权发明专利, 检索日期以专利公告日为准, 截至 2015 年12 月 31 日。由于 IPC 主分类号中没有为秸秆设置专门的分类号, 因此以“秸秆”为检索词, 检
11、索式设定为 GKRQ: (198801 TO 201512) (秸秆) 。为保证得到全面准确的检索结果, 采用查全率来验证检索词设定的准确性。设 S 为待验证的待评估查全专利文献集合, P 为查全样本专利文献集合, 则查全率 (r) 可定义如下:基于重要申请人来构建查全样本专利集合是常用办法之一6-7。经检索发现, 中国科学院过程工程研究所是领域内最重要的申请人, 因此以该申请人构建查全样本。首先以“秸秆”为检索词进行检索, 其次以“中国科学院过程工程研究所”作为申请入口, 进行二次检索, 获得专利 63 件, 最后以“中国科学院过程工程研究所”作为申请人入口, 直接在数据库中检索, 通过人工
12、阅读、清理, 获得相关专利 67 件, 将相关数据代入 (1) 式, 得到查全率为:由此可判断检索词设定基本准确。2 结果与分析2.1 技术发展趋势分析经检索, 得到 4 405 个有效数据。该领域首件专利产生于 1988 年, 图 1 描述了1988 年2015 年历年发明专利授权量情况。从时间维度看, 授权量呈现出一定的阶段性特征, 大致可以分为四个阶段。图 1 年度趋势 Fig.1 Annual trend 下载原图1988 年1999 年为萌芽期。自 1988 年出现第一件专利以来, 在随后的 10 年间, 每年的专利授权量均不超过 5 件, 参与秸秆资源化利用技术研究和市场开发的专利
13、权人非常少, 技术发展走向和市场前景尚不明确, 该阶段尚属于技术引入和摸索阶段。2000 年2003 年为推动期。这一时期的专利授权量增长平稳, 授权量的增长主要来自以秸秆为原料制备包装材料、育苗容器、肥料等方面的贡献。西北农业大学、山东农业大学、中国科学院化学研究所等专利权人成为该领域技术发展的主要推动力量。不过, 由于技术发展的阶段性和专利意识尚未普遍形成, 这一阶段的专利授权量虽较之前有明显提高, 但数量仍然不多, 涉足该领域的专利权人也不多。2004 年2008 年为上升期。2004 年, 中央一号文件中首次提出因地制宜开展秸秆气化等各种小型设施建设。随后数年间, 政府又相继出台多项政
14、策措施, 在技术支持、产业发展和应用管理方面力促秸秆资源化利用。受此影响, 这一阶段的技术活跃度大大提高, 专利授权量快速增长, 年均增长率达到 17.68%, 技术发展在这一时期已逐渐成形, 技术拥有者主要分布于北京、江苏等技术发达地区。2009 年至今为发展期。在我国实施农业可持续发展战略的大背景下, 从 2009年开始, 该领域专利授权量出现了快速增长, 年增长率达到 37.2%, 除了高校和科研院所之外, 这期间陆续有上海康拜环保科技有限公司、东丽纤维研究所 (中国) 有限公司、安徽丰原发酵技术工程研究有限公司等一批技术先进的公司涉足该领域。从图 1 看, 拐点出现在 2014 年,
15、授权量在这一年出现了下滑, 但在随后的 2015 年, 授权量再次大幅增长, 为 1047 件, 达到峰值。由此可以认为授权量在 2014 年的小幅下滑属正常波动, 并未形成趋势性下降态势, 市场需求没有萎缩, 仍然处于快速发展期。2.2 技术集中度分析IPC 是目前国际上唯一通用的专利文献分类工具, 它采用功能性为主、应用性为辅的五级分类原则, 即部、大类、小类、大组和小组8。本文采用 IPC 小类进行分类统计。通常来说, 专利数集中的 IPC 类组是技术研发的活跃区域, 是行业创新热点9。表 1 显示了授权量较为集中的十个 IPC 小类, 其授权量之和占总授权量的 83.9%, 其中排名第
16、一的 C05G 授权总量为 621 件, 占比 14.1%。表 1 主要 IPC 专利数 Table 1 The number of patents on major IPC 下载原表 图 2 显示了位居前五位的重要技术分支的发展趋势。由于 2004 年前各分支授权量均在 10 件以下, 统计数据从 2004 年开始, 图 2 看出, 2009 年2011 年, 各小类年授权量虽有波动, 但整体基本保持稳步上升态势。2012 年情况开始出现分化, A01G 在这一年停止了增长, 出现了小幅调整, 但在随后的 2013 年, 其授权量出现了快速增长, 2014 年授权量继续保持稳定, 2015
17、年授权量又拐头向上。A23K 在 2012 年后的发展轨迹大致和 A01G 相同, 整体均呈平稳发展态势。C05F 和 C12P 在 2011 年后的发展轨迹也大致趋同, 这两个小类均在 2014 年停止了增长, 且出现了下滑, 并将下滑势头延续至 2015 年。两者在大轨迹趋同的基础上, 也存在差异, 具体来说, C05F 在 2013 年授权量的增长幅度要明显大于 C12P, 而在 2015 年的下降幅度却明显小于 C12P。值得一提的是 C05G, 在经过 2012 年的小幅增长后, 其授权量在 2013 年出现爆发性增长, 授权量是 2012年的 3.3 倍, 并且在 2014 年和
18、2015 年仍保持着高位增长态势。由此可初步认为, C05G 保持着较高的研发活跃度, 处于高速发展期, A23K、A01G 则处于平稳发展期, 虽技术已经相对成熟, 但仍然保持了相当规模的专利授权量, 推动着产业向更高方向发展, 而 C05F 和 C12P 有进入技术衰退期的迹象。图 2 重要技术分支发展趋势 Fig.2 Trends on important technical branch 下载原图2.3 主要专利权人分析2.3.1 重要专利权人专利权人是专利的拥有者, 是技术的掌握者。通过对专利权人持有专利数量的统计, 可以识别领域内的优势单位10。表 2 显示, 授权量前十位的专利权
19、人全部为高校和科研院所, 其中大学为主导力量, 占据 9 位。授权量高居第一位的为中国科学院过程工程研究所, 授权数为 67 件, 该专利权人从 2002 年起步后, 始终在该领域持续保持着较高的研发活跃度, 引领行业技术创新。西北农林科技大学起步最早, 2008 年前其授权量处于领先地位, 2008 年后授权量不多, 尤其是 2012 年后, 授权量均不大于 1 件, 表明该专利权人已大幅降低对该领域的关注。中国农大、浙大、南京林大基本是从 2004 年后开始发展起来的, 虽起步较晚, 但近几年其授权量表现出比其他专利权人更强的增长率, 中国农大在2012 年和 2013 年连续 2 年授权
20、量排名第一, 而浙江大学在 2014 年授权量跃升至第一位, 南京林业大学则在 2015 年授权量排名第一, 也表现出较为强劲的研发实力。排名前十的专利权人中没有企业, 但主要专利权人大多和企业通过合作申请专利的方式建立了产学研合作关系。检索发现, 中国科学院过程工程研究所与松原来禾化学有限公司合作申请了 5 件专利, 南京林业大学分别与南京济德环境科技有限公司、沭阳祥泰生物质能源科技有限公司等合作申请了 4 件专利, 浙江大学则与北京中环联合环境工程有限公司、国能生物发电集团有限公司等合作申请了 3 件专利。合作申请专利是申请主体之间合作创新成果的直接体现, 是衡量科研合作与产出的最直接有效
21、的指标11。虽然主要专利权人大多和企业合作申请了专利, 但专利数量还不多, 合作深度和广度尚有较大提升空间。专利实施是专利价值实现的重要环节。专利实施是专利价值实现的基本方式12,高校科研院所应加大与企业的合作力度, 共同推动发明创造转变为现实生产力。表 2 主要专利权人关注技术 Table 2 Technological focus of key patent 下载原表 2.3.2 重要专利权人关注技术重要专利权人所关注的技术与行业技术发展趋势密切相关, 伴随着某一技术的兴起和衰退, 重要专利权人在某一技术分支的专利申请活跃度也呈现相应的变化。从表 2 看, 各重要专利权人普遍注重技术积累,
22、 关注技术有共同之处, 也存在差异。中科院过程工程研究所等专利权人集中于某些领域的重点突破, 而中国农业大学、浙江大学等专利权人等关注技术分支较多, 善于开辟新的技术领域。2.3.3 核心专利分析专利的被引情况是衡量技术重要程度和专利权人竞争实力的一个重要指标。被引专利一般在产业链中所处位置较为关键, 是竞争对手不能回避的, 一定程度上反映了其在某领域研发中的基础性、引导性作用13-14。研究分析重要专利权人的被引专利, 大致可判断领域内的核心专利。对前 2 位重要专利权人的被引专利检索后发现, 共有 10 件专利被引用, 其中中国科学院过程工程研究所有7 件, 拥有的被引专利项最多, 中国农
23、业大学有 3 件专利被引用, 表 3 显示了这 10 件专利的授权年度、引用情况及技术功效。表 3 核心专利 Table 3 The core of the patent 下载原表 3 结论(1) 秸秆资源化利用技术近 30 年呈现从无到有, 发展迅猛的态势, 在经历了技术萌芽期、推动期和上升期后, 目前该领域技术已处于发展期, 并延续着较高的技术活跃度。(2) 该领域技术主要集中在 C05F、C05G 等 IPC 小类中, 其中 C05G 保持着较高的研发活跃度, A23K、A01G 处于技术发展平稳期, 而 C05F 和 C12P 有进入技术衰退期的迹象。(3) 该领域技术优势单位集中于高
24、校和科研院所, 其中中国科学院过程工程研究所始终在该领域持续保持着较高的研发活跃度, 中国农大、浙大、南林也表现出较为强劲的研发实力。秸秆变性处理, 发酵酶解, 制备肥料、氢气、微生物油脂、乙醇, 创制秸秆厌氧发酵装置、成型装置、还田装置等技术是主要专利权人最为关注的技术。该领域核心专利主要技术功效为加速半纤维素的降解速率, 提高纤维素含量, 实现纤维素、半纤维和木质素分级转化等。4 建议作为企业应充分利用高校和科研单位的技术优势, 加强对核心专利的深入研究, 并围绕核心专利不断进行应用性开发研究, 同时通过申请一批外围专利, 进一步覆盖技术领域, 在市场竞争中赢得主动权;作为政府应充分重视知
25、识存量对创新发展的推动作用, 强化企业在创新活动中的基础性作用, 推进企业与高校和科研单位的合作, 助推秸秆资源化利用产业提档升级。参考文献1方放, 李想, 石祖梁, 等.黄淮海地区农作物秸秆资源分布及利用结构分析J.农业工程学报, 2015 (31) :229-233. 2杨增玲, 楚天舒, 韩鲁佳, 等.秸秆饲料化集成技术模式及其区域适用性评价J.农业工程学报, 2013, 29 (23) :187-193. 3刘欢瑶, 周脚根, 周萍, 等.中南地区作物秸秆处理的区域特征及其影响因素分析J.第四纪研究, 2014, 34 (4) :848-854. 4王双磊, 李金埔, 赵洪亮, 等.棉
26、花秸秆利用现状与还田潜力分析研究J.山东农业大学学报:自然科学版, 2014, 45 (2) :310-315. 5张春博, 沈喜玲, 丁堃.国内可替代能源专利情报分析基于技术主题和专利权人的双重视角J.情报杂志, 2015, 34 (1) :55-60. 6金泳锋.中国矿用风机产业技术竞争态势研究基于专利的视角J.情报杂志, 2015, 34 (1) :49-54. 7杨铁军.专利分析实物手册M.北京:知识产权出版社, 2012:39. 8陈立新, 梁立明.技术领域的集成与整合研究:基于美国专利 IPC 的关联分析J.情报杂志, 2013, 32 (1) :37-41. 9杨光明.构建重庆知
27、识产权战略打造西部知识经济引擎J.重庆大学学报:社会科学版, 2007, 13 (3) :83-88. 10刘中梅, 王续琨, 张春博, 等.海峡两岸转基因技术专利计量及对策分析J.情报杂志, 2014, 33 (2) :53-58. 11Griliches Z.Patent statistics as economic indicators:a surveyJ.Journal of Economic Literature, 1990, 28 (4) :1661-1707. 12魏玮.从实施到运营:企业专利价值实现的发展趋势J.学术交流, 2015 (1) :110-115. 13黎欢, 彭爱东.竞争对手识别的三种专利引文分析方法研究以全息摄影技术为例J.情报杂志, 2014, 33 (10) :78-82. 14徐棣枫, 陈瑶.中国专利促进政策的反思与调整目标、机制、阶段性和开放性问题J.重庆大学学报:社会科学版, 2013 (6) :94-100.
