（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作天津中心，天津 300300）

摘要：“雙碳”背景下，藻類(lèi)固碳技術(shù)成為當(dāng)前最重要、最有效的綠色固碳手段之一，其中藻類(lèi)培養(yǎng)工藝是其核心技術(shù)。以藻類(lèi)培養(yǎng)工藝專(zhuān)利技術(shù)為研究對(duì)象，對(duì)該領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行分析。研究有助于了解藻類(lèi)培養(yǎng)工藝在生物固碳方面的專(zhuān)利布局，并為藻類(lèi)在固碳方面的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：藻類(lèi);固碳;培養(yǎng)工藝;專(zhuān)利分析

藻類(lèi)等光合固碳生物通過(guò)光合作用的暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）可以將無(wú)機(jī)碳化合物轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳化合物。微藻是高效的光合固碳生物，在微藻生物質(zhì)中碳約占50%，1 t微藻可固定CO2約1.83 t。因此，藻類(lèi)固碳技術(shù)被認(rèn)為是目前最重要、最有效的生物固碳方法之一。同時(shí)微藻自身或者代謝產(chǎn)物具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以藻類(lèi)在廢水處理、生產(chǎn)保健食品、藥物等方面有著廣泛的應(yīng)用。隨著大規(guī)模生產(chǎn)生物柴油的出現(xiàn)，藻類(lèi)因其在不利生長(zhǎng)條件下可以大量積累脂質(zhì)的能力而備受關(guān)注，而藻類(lèi)培養(yǎng)工藝是影響藻類(lèi)生長(zhǎng)的重要因素。

1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以incopat作為專(zhuān)利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合藻類(lèi)培養(yǎng)、固碳相關(guān)概念確定分類(lèi)號(hào)和關(guān)鍵詞，對(duì)2024年4月30日前公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行了檢索，去噪后獲得1 181篇專(zhuān)利（簡(jiǎn)單同族以一篇專(zhuān)利為代表），隨后對(duì)藻類(lèi)固碳技術(shù)專(zhuān)利情況進(jìn)行了分析。由于專(zhuān)利從申請(qǐng)到公開(kāi)有18個(gè)月的滯后期，檢索日期前18個(gè)月的數(shù)據(jù)并非完整的全年數(shù)據(jù)，僅供參考。

2專(zhuān)利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)

2.1整體情況

從藻類(lèi)培養(yǎng)工藝的全球?qū)＠暾?qǐng)總體趨勢(shì)來(lái)看，2008年之前處于研發(fā)初期，盡管數(shù)量較少，但每年都會(huì)保持著相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值。自2008年以后，受到能源危機(jī)和環(huán)保壓力的影響，作為生物固碳的主要技術(shù)分支，藻類(lèi)培養(yǎng)工藝專(zhuān)利的發(fā)展進(jìn)入了發(fā)展黃金期，專(zhuān)利數(shù)量呈階梯式快速增長(zhǎng)。受疫情影響，2019—2022年發(fā)展?jié)u緩，2023年后出現(xiàn)一個(gè)明顯的回升趨勢(shì)。

2.2申請(qǐng)國(guó)別分布和申請(qǐng)人分析

從專(zhuān)利申請(qǐng)量的國(guó)別分布數(shù)據(jù)（中國(guó)53%，美國(guó)12%，韓國(guó)9%，日本9%，巴西3%，德國(guó)2%，澳大利亞2%，其他10%）可以看出，藻類(lèi)培養(yǎng)工藝的申請(qǐng)以國(guó)內(nèi)申請(qǐng)為主，占比達(dá)53%，申請(qǐng)量較高的國(guó)家為美國(guó)、日本和韓國(guó)。但同時(shí)需要注意，與其他多數(shù)技術(shù)領(lǐng)域有所不同，我國(guó)固碳領(lǐng)域藻類(lèi)培養(yǎng)工藝專(zhuān)利在數(shù)量上并未占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國(guó)外相關(guān)的研發(fā)也占據(jù)了較高的份額，除幾大國(guó)外，其他國(guó)家仍占有高達(dá)17%的比例，說(shuō)明在全球，利用藻類(lèi)進(jìn)行生物固碳都是研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)人為中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)石油化工有限公司、新奧科技發(fā)展有限公司，其中，中國(guó)石化科學(xué)研究院微藻生物技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)微藻高值化利用的方向開(kāi)展了深入研究，開(kāi)發(fā)了涉及優(yōu)良藻種選育、微藻規(guī)模養(yǎng)殖、采收加工到微藻生物質(zhì)利用的全產(chǎn)業(yè)鏈成套技術(shù)。國(guó)內(nèi)其他申請(qǐng)量較高的申請(qǐng)人以高校為主，集中于藻類(lèi)培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)室研究階段［1］。

3藻類(lèi)固碳培養(yǎng)工藝專(zhuān)利情況

對(duì)藻類(lèi)培養(yǎng)工藝專(zhuān)利進(jìn)行人工閱讀標(biāo)引后可以看出，我國(guó)藻類(lèi)培養(yǎng)工藝方面的研究熱點(diǎn)集中于通過(guò)營(yíng)養(yǎng)供給的手段縮短藻類(lèi)生長(zhǎng)周期以及提高藻類(lèi)產(chǎn)品附加值，簡(jiǎn)化工藝方面的研究?jī)?nèi)容較少。但是，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量多于其他國(guó)家，并且在如何簡(jiǎn)化工藝方面的專(zhuān)利申請(qǐng)優(yōu)勢(shì)明顯，其余方面專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量差別不大。

3.1營(yíng)養(yǎng)供給

適當(dāng)濃度的氮、磷、鉀、微量元素以及調(diào)節(jié)各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最佳比例能夠促進(jìn)藻類(lèi)的快速生長(zhǎng)和CO2的高效固定。因此，技術(shù)研究重點(diǎn)多集中于確定培養(yǎng)液的最佳組成。例如，羅蓋特公司提供了一種微藻的無(wú)菌培養(yǎng)方法，向培養(yǎng)基中添加適量磷酸鉀鹽、硫酸銨鹽、鎂鹽、鈣鹽、鐵鹽以及有機(jī)碳源，在鼓入空氣條件下進(jìn)行培養(yǎng)，以此加快藻類(lèi)生長(zhǎng)繁殖。青島科技大學(xué)提供了一種原多甲藻的培養(yǎng)基與培養(yǎng)方法，該方法給出了原多甲藻培養(yǎng)基的最適營(yíng)養(yǎng)鹽配方，可提高原多甲藻毒素產(chǎn)量并降低養(yǎng)殖成本。同時(shí)，為了進(jìn)一步降低成本，部分專(zhuān)利申請(qǐng)將諸如污水、煙氣、農(nóng)業(yè)廢棄物等含有微藻生長(zhǎng)的大部分營(yíng)養(yǎng)元素物質(zhì)作為微藻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。清華大學(xué)提供了一種利用秸稈纖維水解液培養(yǎng)微藻的方法，其以農(nóng)業(yè)秸稈纖維水解液為基質(zhì)，用于培養(yǎng)具備異養(yǎng)能力的蛋白核小球藻和普通小球藻，該方法所得藻液濃度高、藻細(xì)胞生長(zhǎng)速度快，可為微藻生物質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供廉價(jià)的生物質(zhì)原料，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)出的微藻生物質(zhì)滿(mǎn)足不同用途的使用要求，且實(shí)現(xiàn)了對(duì)秸稈廢棄物資源的有效回收利用。

3.2CO2利用策略

由于CO2利用策略會(huì)影響CO2在藻液中的溶解量，從而影響微藻的生長(zhǎng)及CO2固定效率，進(jìn)而影響到藻類(lèi)培養(yǎng)的生產(chǎn)成本，因此，研究重點(diǎn)多在如何提高CO2的溶解量上。例如，Mehran Parsheh等提供一種藻類(lèi)培養(yǎng)池，如CO2擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器可以設(shè)置為類(lèi)似文丘里管的結(jié)構(gòu)，以此將CO2與藻體培養(yǎng)液充分混合，提高CO2的溶解量，使其更易被微藻吸收，以此提高了微藻生長(zhǎng)速度和微藻固碳效果;北海生巴達(dá)生物科技有限公司提供了一種增加微藻培養(yǎng)用水CO2溶解度的方法，其采用抽水泵將微藻培養(yǎng)槽中的污水抽入高濃度氣體溶解裝置中，同時(shí)向高濃度氣體溶解裝置中通入CO2，通過(guò)控制所述高濃度氣體溶解裝置使CO2均勻溶解于污水中獲得高CO2水，然后通過(guò)所述高濃度氣體溶解裝置的排水孔將高CO2回放至微藻培養(yǎng)槽中。上述方法能提高水中無(wú)機(jī)CO2濃度，降低原生動(dòng)物污染機(jī)會(huì)，抑制氨氮病原菌，降低微藻死亡率，促進(jìn)微藻生長(zhǎng)，增加微藻產(chǎn)量，提高微藻品質(zhì)，CO2溶于水的過(guò)程為無(wú)氣泡溶解，避免損傷藻類(lèi)，提高微藻培養(yǎng)純度，降低微藻培養(yǎng)成本。

3.3光管理

光是影響藻類(lèi)生長(zhǎng)的最重要因素，它不僅為藻類(lèi)生長(zhǎng)提供能量，還作為信號(hào)分子調(diào)控細(xì)胞中多種代謝產(chǎn)物的生物合成。因此，光照強(qiáng)度和光質(zhì)選擇始終是研究熱點(diǎn)。例如，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)提供了一種利用深色度沼液培養(yǎng)微藻的方法。該方法基于光衰減模型確定光生物反應(yīng)器內(nèi)平均光強(qiáng)與入射光強(qiáng)的變化關(guān)系，依據(jù)上述變化關(guān)系在培養(yǎng)微藻過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)入射光強(qiáng)，以保證所述平均光強(qiáng)滿(mǎn)足微藻生長(zhǎng)需求。該方法使平均光強(qiáng)維持在微藻生長(zhǎng)的適宜范圍內(nèi)，從而促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)。Richard Redpath提供了一種用于刺激藻類(lèi)生長(zhǎng)的方法，該方法階段性調(diào)整激光燈波長(zhǎng)的比率和類(lèi)型，在藻類(lèi)的萌發(fā)初期使用單個(gè)藍(lán)色激光燈，接著使用兩個(gè)激光燈，一個(gè)藍(lán)色，一個(gè)紅色，以這種方式減少激光燈的布置面積，刺激藻類(lèi)生長(zhǎng)，消耗更少的能量來(lái)生產(chǎn)生物制品。

3.4營(yíng)養(yǎng)方式優(yōu)化

藻類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)方式主要包括光自養(yǎng)、混養(yǎng)和異養(yǎng)。其中，藻類(lèi)在光自養(yǎng)和混養(yǎng)時(shí)可以進(jìn)行光合作用，從而將CO2固定下來(lái)產(chǎn)生藻油等生物制品。但是藻類(lèi)在這兩種培養(yǎng)模式下很難實(shí)現(xiàn)超高細(xì)胞密度生長(zhǎng)（生物量超過(guò)200 g/L），而異養(yǎng)則需要利用有機(jī)碳源進(jìn)行發(fā)酵，并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的細(xì)胞密度。因此，如何結(jié)合3者的優(yōu)點(diǎn)是培養(yǎng)方式優(yōu)化的主要研究?jī)?nèi)容。例如William McCaffrey等提供了一種生產(chǎn)藻類(lèi)產(chǎn)品的方法，包括在第一異養(yǎng)或光異養(yǎng)生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)藻類(lèi)，以增加藻類(lèi)細(xì)胞分裂的速率和藻類(lèi)細(xì)胞數(shù)，之后在第二自養(yǎng)生長(zhǎng)條件下吸收CO2以產(chǎn)生藻類(lèi)產(chǎn)物，其中在第二生長(zhǎng)條件下藻細(xì)胞數(shù)沒(méi)有顯著變化。高麗大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)提供了一種通過(guò)自養(yǎng)和異養(yǎng)培養(yǎng)容器連接培養(yǎng)的方法。在自養(yǎng)模式下，培養(yǎng)基為T(mén)APC培養(yǎng)基；在異養(yǎng)模式和混合營(yíng)養(yǎng)模式下，將葡萄糖或乙酸以5 g/L加入TAPC中以用作有機(jī)碳源。自養(yǎng)模式下，微藻產(chǎn)生氧氣供給至異養(yǎng)模式產(chǎn)生的CO2，異養(yǎng)模式下則相反，上述氣體交換在增加生物產(chǎn)量方面起到了重要作用［2］。

4核心專(zhuān)利分析

對(duì)綜合藻類(lèi)培養(yǎng)工藝技術(shù)進(jìn)行路線分析，結(jié)合專(zhuān)利被引用次數(shù)、法律狀態(tài)，篩選出需要注意規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利、已失效的可參考專(zhuān)利和現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)專(zhuān)利，得到核心專(zhuān)利7篇，分別為有效專(zhuān)利US20080155890A1、FR2924126A1、CN103805514A、CN102154110A，失效專(zhuān)利US20130040380A1、US3468057A、US3444647A。

在上述核心專(zhuān)利中，探究其多級(jí)引證關(guān)系，能夠進(jìn)一步獲得相關(guān)技術(shù)發(fā)展路徑。以被引證次數(shù)最高、維持年限較長(zhǎng)的US20080155890A1為例，其提供了一種藻類(lèi)培養(yǎng)裝置，通過(guò)設(shè)置不同透光度的蓋板，實(shí)現(xiàn)藻類(lèi)培養(yǎng)液在不同光照條件下生長(zhǎng);一級(jí)引證文獻(xiàn)US20090126265A1同樣涉及一種藻類(lèi)培養(yǎng)裝置及培養(yǎng)方法，在前述藻類(lèi)培養(yǎng)裝置的基礎(chǔ)上測(cè)量光照強(qiáng)度，通過(guò)實(shí)際光照強(qiáng)度調(diào)整通入的二氧化碳量;二級(jí)引證文獻(xiàn)US20100183744A1則是在前述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水鹽度和溫度以保持優(yōu)勢(shì)藻種的最佳生長(zhǎng)條件;三級(jí)引證文獻(xiàn)US8752329B2利用循環(huán)跑道式藻類(lèi)培養(yǎng)池進(jìn)一步提高二氧化碳利用率;四級(jí)引證文獻(xiàn)US20150250113A1屬于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，通過(guò)采集藻類(lèi)培養(yǎng)過(guò)程中的環(huán)境因素進(jìn)而自動(dòng)化控制進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)成分和二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等因素。通過(guò)對(duì)相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)的引用關(guān)系梳理，可以獲悉相關(guān)技術(shù)發(fā)展路徑，為下一步研發(fā)提供基礎(chǔ)。

整體而言，藻類(lèi)固碳培養(yǎng)工藝路線較為成熟，中外企業(yè)、科研院校等對(duì)其工藝全流程各步驟的工藝都已進(jìn)行了較為深入的研究。我國(guó)由于起步較晚，對(duì)于國(guó)內(nèi)各創(chuàng)新主體而言，在規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，可結(jié)合重點(diǎn)專(zhuān)利技術(shù)和核心專(zhuān)利技術(shù)，積極參考借鑒成熟技術(shù)，探索進(jìn)一步的發(fā)展［3］。

5總結(jié)與建議

藻類(lèi)在生物固碳領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而藻類(lèi)培養(yǎng)工藝是藻類(lèi)實(shí)現(xiàn)高效固碳的核心技術(shù)。對(duì)藻類(lèi)固碳培養(yǎng)工藝專(zhuān)利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)、申請(qǐng)區(qū)域分布情況等進(jìn)行了整體分析，介紹了營(yíng)養(yǎng)供給、CO2利用策略、光管理和營(yíng)養(yǎng)方式優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)手段的專(zhuān)利情況?；谏鲜龇治鰞?nèi)容，提出如下幾點(diǎn)建議：

（1） 國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體可持續(xù)關(guān)注藻類(lèi)固碳培養(yǎng)工藝的研究熱點(diǎn)（縮短生長(zhǎng)周期、提高產(chǎn)品附加值），進(jìn)一步推進(jìn)在營(yíng)養(yǎng)供給方面的已有研究，并積極探索在CO2利用策略、光管理、培養(yǎng)方式優(yōu)化方面的相關(guān)技術(shù)。

（2） 由于國(guó)外藻類(lèi)培養(yǎng)工藝在如何簡(jiǎn)化工藝方面專(zhuān)利布局程度不足，我國(guó)創(chuàng)新主體可結(jié)合自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，積極研究如何簡(jiǎn)化工藝并針對(duì)此方面進(jìn)行全球?qū)＠季?在縮短生長(zhǎng)周期和提高產(chǎn)品附加值方面，國(guó)外研發(fā)路徑和專(zhuān)利數(shù)量與我國(guó)大體相同，我國(guó)創(chuàng)新主體向海外布局時(shí)，需注意規(guī)避美國(guó)、韓國(guó)、日本相關(guān)技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 利用廢水、廢氣培養(yǎng)藻類(lèi)從而實(shí)現(xiàn)廢物資源化在國(guó)外起步較早，技術(shù)工藝較為成熟，我國(guó)申請(qǐng)主體可以參考已有技術(shù)，在規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合重點(diǎn)專(zhuān)利技術(shù)和核心專(zhuān)利技術(shù)，梳理各關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展路徑，探索進(jìn)一步發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：張艷穩(wěn)，女，河北唐山人，副研究員，碩士，研究方向：專(zhuān)利審查和知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)。