賈 倩 鄭懷國 趙靜娟 串麗敏 李凌云

（北京市農(nóng)林科學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100097）

氣候變化是當(dāng)前人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，應(yīng)對氣候變化已成為全球共識，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是減少溫室氣體排放、緩解全球氣候變暖的有效途徑。目前全球有超過80個國家提出了“碳中和”目標(biāo)，我國在2020年第75屆聯(lián)合國大會上也明確提出力爭在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，并將其納入國家重大戰(zhàn)略。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了全球近1／4的碳排放量，是全球碳排放的重要來源之一，推動農(nóng)業(yè)減排是應(yīng)對氣候變化的重要抓手［1］。秸稈是我國主要的農(nóng)業(yè)廢棄物之一，2018年我國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量超過10億噸［2］。作為重要的生物質(zhì)能載體，秸稈能源化利用對于區(qū)域能源安全和綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國在“十四五”規(guī)劃中也明確將新能源和綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)列為著重發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)［3］，發(fā)展秸稈能源化利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅能夠有效緩解農(nóng)業(yè)廢棄物處理、能源短缺與環(huán)境惡化等多重壓力，同時也符合我國農(nóng)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型升級與實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的現(xiàn)實需要。目前在丹麥、德國等歐洲大部分國家，秸稈能源化利用比例已達(dá)到20%～50%，而我國秸稈能源化利用占比只有12.7%［4］，仍有較大發(fā)展空間，未來在雙碳背景下發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

專利文獻(xiàn)是承載技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)變革等重要信息的載體。據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)組織（World Intellectual Property Organization，WIPO）研究表明，世界90%～95%的發(fā)明成果在專利文獻(xiàn)中都有記載，全世界70%～90%的發(fā)明成果只出現(xiàn)在專利文獻(xiàn)中。國內(nèi)外基于專利文獻(xiàn)對領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和競爭態(tài)勢的研究日益廣泛［5-13］。在秸稈能源化利用領(lǐng)域，已有學(xué)者開展了基于專利的生物質(zhì)能和農(nóng)林廢棄物循環(huán)利用能源技術(shù)分析［14，15］，亦有涉及纖維素乙醇、生物質(zhì)固體成型燃料等具體能源化利用技術(shù)的專利計量分析［16-19］，但目前還缺乏對秸稈能源化利用技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的系統(tǒng)性梳理，對國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展的差異性及競爭格局的認(rèn)識尚有不足。

因此，本研究擬從專利數(shù)據(jù)出發(fā)，通過研究全球秸稈能源化利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，剖析國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展差異，明確我國在全球中的競爭地位，洞察我國秸稈能源化利用技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢與不足，以期為該領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和知識產(chǎn)權(quán)布局提供數(shù)據(jù)支撐和實證依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

專利數(shù)據(jù)來自智慧芽數(shù)據(jù)庫（PatSnap），專利檢索類型包括發(fā)明專利和實用新型專利，檢索時間為2020年9月30日，通過關(guān)鍵詞結(jié)合IPC分類號構(gòu)建檢索式開展檢索，檢索式＝（TA_ALL：（（（秸 稈OR莖 稈OR straw OR stalk）NOT（“drinking straw”O(jiān)R吸管OR“drinking-straw”or“straw graphene”））and（能源or燃料or甲烷or energy or沼氣or methane or biogas or“marsh gas”or fuel or biofuel））not IPC：（A01F17／02 OR A01D61 OR A61D or A47G or A61Jor A47G21／18 OR B29COR A23K or B27N3 or C05FOR C05G））OR（TA_ALL：（（秸稈OR莖稈OR straw OR stalk）NOT（“drinking straw”O(jiān)R吸 管OR“drinking-straw”））and IPC：（C10L OR C12M1／107 or C02F11／04 or C12F3／08 or C10J OR C02F11／10 OR C07C9／04 or C12P7／10 or C12P7／08 or C12P7／06 or C10B53／02））。經(jīng)反復(fù)試檢調(diào)整，并進(jìn)行查全查準(zhǔn)檢驗，確定最終檢索式及初始專利數(shù)據(jù)集11670件；以IPC分類號結(jié)合人工閱讀進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，得到9481件相關(guān)專利文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

通過文獻(xiàn)計量法從申請趨勢、區(qū)域分布、技術(shù)分布、研發(fā)主體等維度展開分析，通過Derwent Innovation平臺的THEMES主題分析工具對秸稈能源化利用專利進(jìn)行主題聚類分析和可視化呈現(xiàn)，形成該領(lǐng)域技術(shù)主題全景圖；根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)合專家咨詢構(gòu)建秸稈能源化利用技術(shù)分解表，從直燃技術(shù)、固化成型技術(shù)、熱解氣化技術(shù)、液化技術(shù)和發(fā)酵制沼技術(shù)5個技術(shù)分支進(jìn)行標(biāo)引統(tǒng)計。

基于專利組合理論進(jìn)行國家競爭地位分析。專利組合理論是通過建立專利技術(shù)指標(biāo)制作專利組合矩陣圖，以此指導(dǎo)研發(fā)主體準(zhǔn)確確定競爭對手及合作伙伴，為其進(jìn)行動態(tài)競爭監(jiān)測及科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支持［19］。專利組合理論從專利活動和專利質(zhì)量兩個維度來測度主體研發(fā)水平和技術(shù)競爭力，是一種全面立體的情報分析方法，可以形成對技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)判斷，輔助管理者制定戰(zhàn)略決策，指導(dǎo)技術(shù)改進(jìn)和識別競爭威脅。在專利組合模型圖中，橫坐標(biāo)代表專利活動，縱坐標(biāo)代表專利質(zhì)量，將相關(guān)研發(fā)主體劃分為技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者、潛在競爭者、技術(shù)活躍者和技術(shù)落后者，以便清晰判別行業(yè)領(lǐng)域中的競爭形勢和競爭地位（圖1）。

圖1 專利組合模型圖Fig．1 Two Dimensional Matrix of Patent Portfolio Analysis

在參考前人使用的專利指標(biāo)基礎(chǔ)上，本研究采用專利申請量來表征專利活動，通過專利授權(quán)率、被引頻次、國際范圍指標(biāo)測度專利質(zhì)量，具體指標(biāo)、定義及計算方法見表1［20-22］。

表1 綜合競爭地位評價指標(biāo)體系Tab．1 Evaluation Index System of Comprehensive Competitive Position

2 結(jié)果與分析

2.1 申請趨勢

從國內(nèi)外兩個區(qū)域分別來看，國內(nèi)外秸稈能源化利用領(lǐng)域?qū)＠甓壬暾堏厔莶町愶@著（圖2）。國外該領(lǐng)域?qū)＠暾堓^早，申請趨勢較為平緩，在20世紀(jì)80年代和進(jìn)入21世紀(jì)后經(jīng)歷了兩個增長期。受20世紀(jì)70年代世界能源危機(jī)的影響，固化成型技術(shù)和直燃技術(shù)的相關(guān)專利申請快速增加，國外秸稈能源化利用技術(shù)進(jìn)入第一發(fā)展期。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著國際石油價格攀升以及《京都議定書》的生效，美國、歐盟等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)相繼出臺了一系列促進(jìn)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策法規(guī)［22］，固化成型和液化技術(shù)的相關(guān)專利申請逐漸增多，國外秸稈能源化技術(shù)進(jìn)入第二發(fā)展期。

圖2 秸稈能源化利用領(lǐng)域全球?qū)＠甓壬暾堏厔軫ig．2 Annual Trend of Global Patent Application in the Field of Straw Energy Utilization

由于我國專利制度實施晚于國外，我國秸稈能源化利用技術(shù)專利申請晚于國外，但專利申請增速較快，在2009年和2017年出現(xiàn)兩次專利申請高峰。在2006年之后，隨著《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》的出臺，熱解氣化、直燃和固化成型技術(shù)的專利申請迅速增加，到2009年相關(guān)專利申請量突破500件，我國該領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)入第一發(fā)展期；2011年之后，隨著《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實施方案》《秸稈綜合利用技術(shù)目錄（2014）》《關(guān)于編制“十三五”秸稈綜合利用實施方案的指導(dǎo)意見》等一系列推進(jìn)秸稈資源化利用政策和規(guī)劃的出臺，固化成型技術(shù)、發(fā)酵制沼技術(shù)和熱解氣化技術(shù)相關(guān)專利申請快速增加，我國秸稈能源化利用技術(shù)進(jìn)入第二發(fā)展期。

國內(nèi)外在秸稈能源化利用技術(shù)研發(fā)熱度方面的差異與各自秸稈處理及資源化利用的不同需求密切相關(guān)。我國農(nóng)作物實行一年兩熟制，秸稈量大時間緊，需要在有限時間內(nèi)解決農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的秸稈，秸稈處理需求較大；而國外秸稈產(chǎn)量較低，大多實行一年一熟制和休耕輪作制，秸稈基本用于還田和飼料，結(jié)余秸稈廢棄物量較少，秸稈處理需求遠(yuǎn)不及我國。

2.2 區(qū)域分布

通常把專利的優(yōu)先權(quán)國視為申請國，秸稈能源化利用專利的主要優(yōu)先權(quán)國有中國、德國、美國、丹麥和日本，來自中國的專利申請最多，其在本領(lǐng)域?qū)＠暾埧偭康恼急冗_(dá)81.7%（表2）。主要優(yōu)先權(quán)國的專利申請區(qū)域分布顯示，我國在秸稈能源化利用技術(shù)全球化保護(hù)和技術(shù)輸出方面與美國、德國、丹麥尚有較大差距。專利申請量最多的中國，其99%的專利申請布局在國內(nèi)；德國和美國半數(shù)以上的專利申請布局在國外，丹麥布局在國外的專利申請占比達(dá)到三分之二，三者處于明顯的技術(shù)輸出地位。

表2 秸稈能源化利用專利主要優(yōu)先權(quán)國的專利申請區(qū)域分布Tab．2 Regional Distribution of Patent Application in Main Priority Countries for Straw Energy Utilization

我國在域外專利布局和技術(shù)全球化保護(hù)水平方面的不足，一方面與我國研發(fā)主體的全球化戰(zhàn)略布局意識和國際專利申請意識不足有關(guān)，另一方面也受研發(fā)主體的市場分布影響，我國秸稈產(chǎn)量大，是秸稈資源化利用的熱點市場，本國申請人會優(yōu)先考慮在本國開展技術(shù)布局；此外，由于國外專利申請需要高昂的申請費和代理費，面對高額的費用和不可預(yù)見的授權(quán)前景，研發(fā)主體只有針對高質(zhì)量、高水平的技術(shù)才會考慮向國外申請專利，由此也反映出我國該領(lǐng)域的專利質(zhì)量及技術(shù)創(chuàng)新水平仍有較大提升空間。

2.3 技術(shù)分布

從技術(shù)主題聚類來看，秸稈炭化、固化、氣化、液化和直燃是秸稈能源化利用的主要手段，熱點研究內(nèi)容包括：1）秸稈炭化制備生物炭的方法、裝置、相關(guān)產(chǎn)品及其應(yīng)用；2）秸稈復(fù)合生物質(zhì)顆粒燃料配方及其制備方法，秸稈壓塊燃料生產(chǎn)工藝、粘合劑及壓塊裝置，用于秸稈壓縮成型的壓塊機(jī)、造粒機(jī)、擠壓成型機(jī)等成型設(shè)備；3）秸稈熱解氣化裝置及其爐體、腔室、輸氣管、凈化器、氣油分離器等結(jié)構(gòu)部件；4）厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法、菌種、工藝與裝置，以及沼氣發(fā)酵與凈化、供氣、發(fā)電等環(huán)節(jié)的聯(lián)合應(yīng)用；5）利用酵母發(fā)酵秸稈制備乙醇的方法、工藝、系統(tǒng)及裝置；6）提高秸稈燃燒效率的鍋爐、燃燒室等燃燒裝置及其在采暖和發(fā)電等方面的應(yīng)用（圖3）。秸稈能源化利用熱點技術(shù)主要集中在秸稈制備生物乙醇技術(shù)、秸稈固化成型技術(shù)、秸稈沼氣技術(shù)、秸稈熱解技術(shù)和秸稈直燃技術(shù)。

圖3 秸稈能源化技術(shù)專利主題聚類Fig．3 Patent Theme Cluster for Straw Energy Utilization Technology

就技術(shù)分支來看，國內(nèi)外秸稈能源化利用技術(shù)分布同中存異。在國外秸稈能源化利用專利申請中，固化成型技術(shù)、直燃技術(shù)、液化技術(shù)和熱解氣化技術(shù)的專利申請占比分別為29.7%、26.6%、21.0%和15.8%。在我國秸稈能源化利用專利申請中，四者的專利申請占比分別為24.4%、19.8%、7.4%和27.9%?？梢姡袒尚图夹g(shù)和直燃技術(shù)是國內(nèi)外秸稈能源化利用的熱點技術(shù)，但國外對液化技術(shù)的研發(fā)熱度較高（圖4）。這一布局差異與國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展所處的社會背景及所實現(xiàn)的目的緊密相關(guān)，我國秸稈能源化利用的目的在于緩解秸稈堆積、焚燒造成的農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生問題以及滿足農(nóng)村、農(nóng)業(yè)能源需求，而國外則是在高度工業(yè)化發(fā)展以及不確定的能源危機(jī)背景下，通過發(fā)展秸稈液化技術(shù)等高值化利用技術(shù)來實現(xiàn)化石能源補充、替代和獲取工業(yè)原料。

圖4 秸稈能源化利用技術(shù)分支專利申請量分布Fig．4 Patent Applications Distribution of Straw Energy Utilization Technology Branches

從主要優(yōu)先權(quán)國來看，五國的技術(shù)分布各有側(cè)重。中國在熱解氣化、固化成型、發(fā)酵制沼和直燃4個技術(shù)分支的專利申請相對均衡，液化技術(shù)專利申請相對較少；美國側(cè)重于秸稈液化技術(shù)的研發(fā)，其在美國專利申請的占比達(dá)56.9%；同屬歐盟地區(qū)的德國和丹麥在固化成型、直燃和熱解氣化技術(shù)上均有較多專利申請，此外，德國在發(fā)酵制沼技術(shù)上也有相當(dāng)數(shù)量的申請；日本以固化成型的專利申請最多，液化、直燃和熱解氣化三個技術(shù)分支的專利申請相對均衡（圖5）。

從時間演進(jìn)來看，國內(nèi)外秸稈能源化利用技術(shù)更迭和發(fā)展方向差異顯著。在1980年至今的30余年間，國外秸稈能源化利用技術(shù)經(jīng)過了以固化成型技術(shù)和直燃技術(shù)為主轉(zhuǎn)向以固化成型技術(shù)和液化技術(shù)為主的發(fā)展歷程。21世紀(jì)之后，液化技術(shù)逐漸替代直燃技術(shù)成為繼固化成型技術(shù)之后的主要秸稈能源化利用技術(shù)，以纖維素乙醇為代表的液化技術(shù)逐漸成為國外秸稈能源化利用技術(shù)的重點研發(fā)方向（圖6）。

圖6 國外秸稈能源化利用技術(shù)發(fā)展變遷Fig．6 Development and Change of Straw Energy Utilization Technology in Foreign Countries

固化成型技術(shù)是國外秸稈能源化利用技術(shù)中發(fā)展延續(xù)性較好的技術(shù)。自1980年以來，不斷圍繞秸稈壓塊成型方法、裝置及工藝等技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與改進(jìn)，美國、日本等國研制出螺旋式壓縮成型、谷物收割和固化一體機(jī)等成型設(shè)備，結(jié)合技術(shù)革新逐漸形成從原料儲運、預(yù)處理到固化成型的產(chǎn)業(yè)化體系；直燃技術(shù)是21世紀(jì)之前國外主要的秸稈能源化利用技術(shù)，德國、丹麥等國圍繞生物質(zhì)鍋爐等秸稈燃燒裝置不斷拓展其在發(fā)電和供暖方面的應(yīng)用，目前基本實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；進(jìn)入21世紀(jì)之后，生物質(zhì)能發(fā)展得到世界各國的廣泛關(guān)注，美歐等發(fā)達(dá)國家／地區(qū)相繼出臺了一系列促進(jìn)生物質(zhì)能研發(fā)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)，以纖維素乙醇為代表的液化技術(shù)日益得到關(guān)注。目前纖維素乙醇已在美國、巴西、德國等國開始推行，纖維素乙醇已進(jìn)入商業(yè)化示范階段。

我國秸稈能源化利用技術(shù)經(jīng)過了以熱解氣化技術(shù)為主轉(zhuǎn)向以固化成型技術(shù)和發(fā)酵制沼技術(shù)為主，熱解氣化技術(shù)、直燃技術(shù)和液化技術(shù)并行發(fā)展的歷程，呈現(xiàn)五項技術(shù)并行發(fā)展、液化技術(shù)發(fā)展相對緩慢的趨勢（圖7）。我國秸稈能源化利用技術(shù)研發(fā)是進(jìn)入21世紀(jì)后才步入正軌，熱解氣化技術(shù)最先得到關(guān)注，圍繞秸稈氣化爐及相關(guān)配套設(shè)備、氣化發(fā)電工藝及設(shè)備、氣化供暖設(shè)備、氣化凈化裝置、油氣分離裝置、供氣系統(tǒng)、自動控制裝置等部署了一系列技術(shù)開發(fā)，但在工程應(yīng)用中，我國核心設(shè)備仍存在一定不足，在設(shè)備研發(fā)和產(chǎn)品提質(zhì)上還有較大改進(jìn)空間。隨著相關(guān)政策的相繼出臺，我國秸稈能源化利用技術(shù)發(fā)展日益豐富?！笆濉逼陂g，我國秸稈發(fā)酵制沼技術(shù)、秸稈固化成型技術(shù)逐步發(fā)展，“十三五”期間積極推廣秸稈熱解氣化、固化成型、直燃發(fā)電等技術(shù)，推動生物天然氣規(guī)?；l(fā)展、積極發(fā)展生物質(zhì)成型燃料供熱和發(fā)電、加強(qiáng)纖維素等原料生產(chǎn)生物液體燃料技術(shù)研發(fā)，重點提升木質(zhì)纖維素制備燃料、秸稈燃料乙醇、秸稈制備沼氣以及生物柴油等綠色能源制造能力。我國秸稈沼氣產(chǎn)業(yè)已初步形成以供應(yīng)鏈整合為基礎(chǔ)、全產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)營的商業(yè)模式，但還處在起步發(fā)展階段；我國固化成型設(shè)備能耗普遍較高，成型燃料熱值較低，燃燒產(chǎn)煙量較大，成型燃料應(yīng)用模式尚未成熟；此外，由于我國在秸稈原材料處理方面存在不足，距離秸稈燃燒發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)尚有差距，主要應(yīng)用集中在家庭和暖房取暖；我國液化技術(shù)大多還停留在理論和試點運作層面，尚未進(jìn)行全面推廣。

圖7 中國秸稈能源化利用技術(shù)發(fā)展變遷Fig．7 Development and Change of Straw Energy Utilization Technology in China

2.4 研發(fā)主體

不同申請人類型的專利申請量分布與產(chǎn)業(yè)化程度有一定的相關(guān)性，一般來說，企業(yè)類申請人的專利申請占比較高，反映出其技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度較高。從企業(yè)類申請人的專利申請占比來看，我國不及美國等國，產(chǎn)業(yè)化程度還有待提升。美國和日本企業(yè)類申請人的專利申請占比均超過60%，丹麥超過50%，我國不到50%，美國和日本在秸稈能源化利用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化程度較高。另一方面，我國院校／研究所類申請人的專利申請占比在五國中最高，體現(xiàn)出高校和科研機(jī)構(gòu)在我國秸稈能源化技術(shù)研發(fā)中占據(jù)著重要地位，我國該領(lǐng)域技術(shù)尚處于研發(fā)階段（圖8）。

圖8 秸稈能源化利用專利主要優(yōu)先權(quán)國研發(fā)主體分布Fig．8 The Research and Development Bodies Distribution in Main Priority Countries of Straw Energy Utilization patent

秸稈能源化利用授權(quán)發(fā)明專利量排名TOP10機(jī)構(gòu)，包括3家外國機(jī)構(gòu)和7家中國機(jī)構(gòu)（圖9），3家外國機(jī)構(gòu)分別為丹麥INBICON公司、丹麥技術(shù)大學(xué)和美國XYLECO公司，7家中國機(jī)構(gòu)包括4所高校（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京化工大學(xué)、東南大學(xué)）和2所科研機(jī)構(gòu)（中國科學(xué)院、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所）和1家企業(yè)（北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司）?？梢?，我國秸稈能源化利用技術(shù)儲備主要來自于高校和科研院所，僅有一家企業(yè)入圍該領(lǐng)域TOP10專利權(quán)人，初步形成了少數(shù)創(chuàng)新型龍頭企業(yè)，產(chǎn)業(yè)化程度還有待提升。

圖9 秸稈能源化利用授權(quán)發(fā)明專利TOP10專利權(quán)人Fig．9 Top 10 Patentees of Authorized Invention Patents for Straw Energy Utilization

國內(nèi)外在秸稈能源化利用技術(shù)研發(fā)主體方面的差異反映出各自所處的技術(shù)發(fā)展階段不同。歐美發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)形成了與秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)相銜接、與農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展相適宜、與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營相結(jié)合、與農(nóng)業(yè)裝備相配套的秸稈收儲運技術(shù)裝備體系，實現(xiàn)了秸稈能源化利用產(chǎn)業(yè)化；而我國在秸稈收儲運、標(biāo)準(zhǔn)化處理等產(chǎn)業(yè)鏈前端的技術(shù)、裝備研發(fā)方面仍有不足，導(dǎo)致后續(xù)技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用成本過高，嚴(yán)重制約了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2.5 綜合競爭地位

基于專利組合理論，統(tǒng)計秸稈能源化利用專利申請TOP5優(yōu)先權(quán)國的專利申請量、授權(quán)率、INPADOC同族成員數(shù)量、域外專利申請占比、平均被引頻次等指標(biāo)（表3），通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理計算得到五國的專利活動與專利質(zhì)量，來分析各國的綜合競爭地位。

表3 秸稈能源化利用專利TOP5優(yōu)先權(quán)國專利活動及專利質(zhì)量指標(biāo)Tab．3 Patent Activity and Patent Quality Indexes of TOP5 Priority Countries for Straw Energy Utilization Patents

從專利活動來看，中國在五國中位列第一，具有顯著優(yōu)勢；從專利質(zhì)量來看，美國最高，中國位列末位，處于劣勢地位。從專利質(zhì)量的各項指標(biāo)分別來看，在授權(quán)率方面，中國最高；就專利家族規(guī)模來看，美國位居榜首，平均每件專利的INPADOC同族數(shù)量達(dá)到42件，而中國平均每件專利的INPADOC同族數(shù)量僅為1件；就域外申請占比來看，丹麥最高，約67.4%的國外專利申請布局，美國和德國在國外申請的專利也超過半數(shù)，而中國的域外申請占比僅有0.6%，專利家族數(shù)量和域外申請可以間接反映專利技術(shù)的國際布局，可見中國該領(lǐng)域?qū)＠膰H范圍廣度較??；從平均被引頻次來看，美國最高，平均每件專利的被引頻次超過7次，而中國每件專利的被引頻次不足2次，反映出其專利影響力較低。

基于專利組合理論，從專利活動和專利質(zhì)量綜合分析五國的綜合競爭地位，目前秸稈能源化利用技術(shù)領(lǐng)域尚未出現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，美國屬于潛在技術(shù)競爭者，其專利申請量雖然不多，但專利質(zhì)量普遍較高。中國屬于技術(shù)活躍者，盡管在專利數(shù)量上占據(jù)優(yōu)勢，但在國際范圍為代表的全球化保護(hù)以及以被引頻次為代表的影響力上尚有不足，專利質(zhì)量與美國相比尚有較大差距，國際競爭地位有待提升（圖10）。

圖10 秸稈能源化利用技術(shù)國別競爭地位Fig．10 Country Competition Position of Straw Energy Utilization Technology

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

在全球秸稈能源化利用領(lǐng)域，圍繞炭化、固化、氣化、液化和直燃等主要能源化利用手段，形成了秸稈生物炭、復(fù)合生物質(zhì)顆粒燃料及壓塊燃料制備，秸稈熱解氣化裝置及相關(guān)結(jié)構(gòu)部件研發(fā)，秸稈沼氣發(fā)酵工程及氣電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用，秸稈纖維素制備乙醇，秸稈燃燒裝置及發(fā)電供熱系統(tǒng)工程開發(fā)等熱點主題，本文通過上述分析揭示出國內(nèi)外秸稈能源化利用技術(shù)的發(fā)展差異。

1）我國技術(shù)研發(fā)熱度持續(xù)保持高位，傾向在本國布局，全球化保護(hù)不足；國外呈低位平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢，注重全球化布局與保護(hù)。我國秸稈能源化利用技術(shù)研發(fā)晚于國外，但技術(shù)發(fā)展增勢遠(yuǎn)超國外，專利申請量在全球的占比已達(dá)81.7%，成為該領(lǐng)域最主要的技術(shù)來源國，但99%的專利申請布局在國內(nèi)；國外秸稈能源化利用技術(shù)研發(fā)雖早，但整體研發(fā)熱度較為平穩(wěn)，美國、德國、丹麥等國超半數(shù)的專利申請布局在國外。

2）在各技術(shù)分支并行發(fā)展的基本格局下，我國液化技術(shù)發(fā)展緩慢，國外液化技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)主流化趨勢。我國經(jīng)過了以熱解氣化技術(shù)為主轉(zhuǎn)向以固化成型技術(shù)和發(fā)酵制沼技術(shù)為主，熱解氣化技術(shù)、直燃技術(shù)和液化技術(shù)并行發(fā)展的歷程，液化技術(shù)發(fā)展相對緩慢；國外秸稈能源化利用技術(shù)經(jīng)過了以固化成型技術(shù)和直燃技術(shù)為主轉(zhuǎn)向以固化成型技術(shù)和液化技術(shù)為主的發(fā)展歷程，以纖維素乙醇為代表的液化技術(shù)逐漸成為其未來發(fā)展方向。

3）我國尚處于技術(shù)研發(fā)階段，技術(shù)數(shù)量優(yōu)勢明顯，技術(shù)質(zhì)量有待提升；歐美等國已基本實現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)質(zhì)量較優(yōu)。我國企業(yè)的創(chuàng)新主體地位已初步確立，但創(chuàng)新能力仍顯不足，重要研發(fā)主體仍以科研機(jī)構(gòu)和高校為主，產(chǎn)業(yè)化程度不及美國、日本和丹麥，專利影響力和專利質(zhì)量與美國相比仍有較大提升空間。美國、丹麥已進(jìn)入以企業(yè)研發(fā)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)化階段，并形成了創(chuàng)新型龍頭企業(yè)，其中美國專利質(zhì)量及影響力優(yōu)勢明顯。

3.2 建議

基于專利活動和專利質(zhì)量的競爭地位分析顯示，目前全球秸稈能源化利用技術(shù)領(lǐng)域尚未出現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，我國屬于技術(shù)活躍者，針對我國秸稈能源化利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的不足，結(jié)合當(dāng)前國家發(fā)展需求，提出如下建議：

1）在保障農(nóng)用化利用的前提下，注重高值化能源化利用技術(shù)研發(fā)和專利布局

我國與歐美等發(fā)達(dá)國家在專利技術(shù)布局上的差異，在一定程度上反映了各自所處社會發(fā)展階段和技術(shù)發(fā)展需求的不同?；谵r(nóng)業(yè)發(fā)展和技術(shù)需求的差異性，我國應(yīng)當(dāng)從自身特點和需求出發(fā)，形成符合我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展需要，契合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向的秸稈能源化利用技術(shù)布局規(guī)劃，在保障農(nóng)村農(nóng)業(yè)就近能源化利用的基礎(chǔ)上，注重在生物煉制以及生產(chǎn)纖維素乙醇、丁醇生物基燃料為代表的液化技術(shù)等高值化能源化利用技術(shù)的研發(fā)，以技術(shù)革新帶動產(chǎn)業(yè)升級突破從實驗室邁向商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸。

2）提高專利質(zhì)量和全球化戰(zhàn)略布局意識，提升國際競爭地位

我國與美國、德國等歐美發(fā)達(dá)國家在域外申請布局方面的不同，體現(xiàn)了在專利質(zhì)量和全球化保護(hù)方面存在的差距。應(yīng)引導(dǎo)科技產(chǎn)出逐步實現(xiàn)由“重數(shù)量、重申請”向“重質(zhì)量、重保護(hù)”轉(zhuǎn)變，注重培養(yǎng)兼具技術(shù)與知識產(chǎn)權(quán)素養(yǎng)的綜合型人才，鼓勵和發(fā)展高質(zhì)量知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)，提高專利撰寫水平和專利質(zhì)量，為高價值專利培育提供人才和服務(wù)支撐。此外，在“走出去”戰(zhàn)略和“一帶一路”倡議的大背景下，鼓勵和支持我國創(chuàng)新主體進(jìn)行海外專利申請，提供相關(guān)專業(yè)性技術(shù)服務(wù)和專項資金支持，為其開展前瞻性技術(shù)部署和海外戰(zhàn)略布局提供助力。

3）積極培育企業(yè)創(chuàng)新能力，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新與融合發(fā)展

在秸稈能源化利用技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，我國已經(jīng)出現(xiàn)個別龍頭企業(yè)，但與同領(lǐng)域高校和科研機(jī)構(gòu)相比，其技術(shù)儲備和研發(fā)規(guī)模仍有差距。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步推動產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)技術(shù)成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。鼓勵企業(yè)與領(lǐng)域優(yōu)勢科研機(jī)構(gòu)及高校加強(qiáng)技術(shù)合作研發(fā)，拓展專利許可、轉(zhuǎn)讓等多種形式的技術(shù)引進(jìn)，在充分利用已有創(chuàng)新資源的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)在技術(shù)轉(zhuǎn)化與集成、產(chǎn)品推廣與應(yīng)用和市場資源方面的優(yōu)勢，根據(jù)市場供給需求、有針對性、分階段地實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技成果精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。此外，建議制定覆蓋秸稈收儲運、質(zhì)量控制與標(biāo)準(zhǔn)化、能源化利用技術(shù)及相應(yīng)配套設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性優(yōu)惠補貼政策，通過公益性補貼等政策手段提高企業(yè)對產(chǎn)業(yè)鏈前端技術(shù)及設(shè)備研發(fā)的積極性，強(qiáng)化全鏈條各環(huán)節(jié)技術(shù)協(xié)同發(fā)展，推動實現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

致謝本研究得到了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所姚宗路研究員在秸稈能源化利用領(lǐng)域技術(shù)分解、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展差異分析及發(fā)展現(xiàn)狀等方面的專業(yè)指導(dǎo)，在此表示感謝。

數(shù)據(jù)可用性聲明

支撐本研究的科學(xué)數(shù)據(jù)已在中國科學(xué)院科學(xué)數(shù)據(jù)銀行（Science Data Bank）ScienceDB平臺公開發(fā)布，訪問地址為https：／／www.doi.org／10.57760／sciencedb.j00053.00023或http：／／resolve.pid21.cn／31253.11.sciencedb.j00053.00023。