基于专利数据的我国固体废物产业技术创新现状分析与展望

基于专利数据的我国固体废物产业技术创新现状分析与展望

冯海刚

摘要：本文基于专利数据对我国固废行业技术创新现状进行分析与展望。本文首先从时间变化、地域分布、技术类型等方面对固废领域专利进行概述，并在此维度上绘制固废专利的特征。进一步详细分析了国内外专利申请人的布局特征，解读了若干重点申请人的技术创新方向。本文还阐释了我国固废领域专利价值分布情况并对比了国内外申请人专利质量的差异。最后对我国开展固废行业技术创新提出了几点建议。

关键词：固体废物 专利 绿色发展 技术创新

前言 建设美丽中国，首先要推进绿色发展，而环境问题的改善是实现绿色发展的必由之路。近年来，水污染、大气污染给我国人民群众的身体健康和财产安全带来了严峻的挑战，致力于改善水环境、大气环境的法律、政策和产业发展也方兴未艾。随着环保力度的加大，固体废物造成的水环境、大气环境、土壤环境的恶化也越来越受到重视。作为新兴产业，固废行业的发展离不开技术创新，因此从技术创新最突出的代表——专利的角度进行分析，有利于探究固废行业技术创新的现状和存在的问题，也有助于把握行业的技术发展趋势，从而推动行业的技术创新。

目前学术界对固废行业技术创新关注有限。杨进等[1]从专利分析视角，对我国、国外及浙江省固废处理技术现状及发展趋势进行了分析，简要分析了全球专利年度变化及申请人排名，重点关注浙江省。陈伟利[2]利用该平台检索全球固废综合利用技术专利，从年度变化、专利持有人、专利技术热点等方面分析相关技术情况。从后文可以看出，近年来固废行业的技术发展十分迅速。上述文献[3]所分析的专利数据远不能代表目前的技术现状及发展趋势。对此，笔者进一步聚焦固废行业，力求通过我国目前的专利数据对该行业的技术现状做出更为全面深入的分析。

1 研究方法与数据

数据检索通过大维专利检索进行，考虑到技术代表性和样本范围，选取中国发明专利数据库，检索条件参照经济合作与发展组织（OECD）环境问题专利检索策略[4]，选取固体废物（以下简称固体废物）领域相关IPC分类号进行排序，结果如表1所示。

表1 固体废物IPC分类

经过检索，排除处于无效或撤回状态的专利，筛选出当前法律状态为授权中、审查中（即处于授权、部分无效、恢复权利、实质审查或公开状态）的专利进行分析，此类专利共计38,785件。

2 分析内容

2.1 概述

2.1.1 时间维度

图1 年度申请量

图1清晰地看出，固体废物领域的专利申请量随着时间的推移呈现先慢后快的趋势，说明该领域近年来技术创新活跃，技术发展十分迅速。具体来说，2001年至2012年，专利申请量持续增长，但增速较为缓慢；2012年以后，申请量快速增加，尤其是2015年至2019年，申请量急剧增加。统计显示，2013年至今的申请量已达到所分析专利总量的90%以上。

考虑到环保行业对政策的依赖程度较高，这一现象与我国近年来出台的环保政策密不可分。《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》是固体废物行业各项政策法规的源头和出发点。自1996年4月1日实施以来，该法已经历了四次修改/修订（2005年、2013年、2015年、2016年），目前正在进行第五次修改。从修改/修订的频率来看，自2013年以来更加频繁，这与2012年中共十八大作出的“大力推进生态文明建设”的战略决策相契合。

据周鑫等对我国现行固体废物处理政策法规的分析[5]，1995年至1998年出台的政策主要集中在固体废物计量方法、危险废物和医疗废物的鉴别、管理和处置等方面，直到2009年才出现生活垃圾和污泥控制政策。2011年至2015年，出台了大量关于固体废物管理、处置、计量方法和相关标准以及生活垃圾和污泥管理的政策法规，基本建立了固体废物管理体系。2016年以后，固体废物管理体系不断丰富和细化。

综上所述，随着固体废物管理、处置及测量方法的政策法规的逐步完善，固体废物行业的技术发展逐渐加快，相应的专利申请数量也因此呈现出图1所示的趋势。

2.1.2 空间维度

表2 各省市申请量

专利申请量较多的省市相对来说对该领域的关注度更高，技术优势也更明显。如表2所示，申请量排名前五的省市分别为江苏（5205件）、广东（3811件）、浙江（3696件）、北京（2866件）和安徽（2747件）。这五个省市共申请了18325件专利，占分析专利总量的一半（49.7%）。申请量排名前十的省市占分析专利总量的72.9%（26879件），西部地区仅有四川（1548件）进入申请量前十。

可以看出，固废领域申请量空间分布不均衡，主要集中在东部的长三角、珠三角地区，与各地区经济发展状况相匹配。其中，江苏省申请量最多，体现了其在固废领域的领先地位。江苏等省份不仅经济发达，环保要求也相对严格，在人才、资金、政策等方面具有相当大的优势，环保产业相对集中，仅江苏省就有苏州、宜兴、盐城、常州等环保产业园区，这种产业集群无疑促进了技术进步，提高了技术竞争力。

表3 中国申请分布（前20名申请）

根据表3（仅列出申请量排名前20位的国家或地区）显示，共有49个国家或地区在中国固体废物领域进行了专利布局，共计1367件专利，仅占分析专利总数的3.5%左右，可见该领域的专利申请人主要集中在中国。随着固体废物领域技术的不断发展、竞争的不断加剧、市场的不断开拓与拓展，相信会有越来越多的国外主体在中国进行布局。

从表3中我们还可以看出，在国外申请量方面，日本、美国、韩国和德国四国的申请量占比达到60.1%，其中日本的申请量最多。作为目前的领头羊，日本、美国和德国固废产业发展较为成熟，在固废综合管理利用方面处于国际领先水平。表3足以证明这些国家在固废领域的领先地位。

2.1.3 技术维度

图2 应用程序按子类别的排名

从固废行业专利申请技术分类来看，热点领域集中在B类（运营、运输）、C类（化学、冶金）和F类（机械工程等）。按申请量排序的子类为B65F（家庭或类似垃圾的收集或清除）、B09B（固体废物的处理）、F23G（焚烧炉；废物或低品位燃料的焚烧）、B09C（污染土壤的再生）、C05F（未包含在C05B和C05C子类中的有机肥料，例如利用废物或垃圾制成的肥料）和C22B（金属的生产或精炼）。这六个类别的申请量合计为29,835件，约占分析专利总量的80%。

结合表1可见，我国固废行业的专利技术集中在固体废物收集处理、垃圾焚烧、土壤修复、废物制肥、废金属冶炼等领域。我国在2001年垃圾收集量达到2亿吨后，于2012年超过美国，成为世界第一垃圾收集大国。因此，涉及固体废物收集的B65F子类的申请数量位居第一也就不难理解了。这6个子类中，除了处于固体废物管理过程前端的收集外，其余均为固体废物处理方法（如焚烧、堆肥），符合固体废物处理的无害化、减量化、资源化原则。 还可以看出，由于采矿业产生的固体废物(以及废水等其他污染源)不合理处置(如填埋、排入地下)而造成的土壤修复研究与开发也成为热点。

2.2 申请人

2.2.1 国内申请人

图3 申请人数排名（按申请数量）

如上分析，在我国固废领域，国内申请人占据绝对主导地位（96%以上）。从图3看，除中南大学（304件申请）和昆明理工大学（193件申请）外，申请人维度上没有出现明显的申请集中现象。值得注意的是，排名前六的申请人均为高校，可见高校在整个固废领域的技术研发中占据着非常重要的地位。整体来看，固废领域技术创新并不存在绝对的巨头。

图4 申请人类别（国内）

分类别来看，如图4所示，企业占据了该领域技术创新的主导地位（64.0%），机构和个人的申请人数量相对较少且不相上下（均在18%左右）。与此分布不同的是，在图3中，前20名申请人中共有11家机构、8家公司和1家个人，前10名申请人中共有7家机构和3家公司。可以看出，有限数量的机构贡献了一部分申请量，而绝大部分申请量分布在为数众多的企业身上。结合图3，在企业类别中，申请数量最多，分别为（111）、（96）和（94），但也可以看出企业之间的申请数量差别并不大，进一步说明固废领域技术创新在申请人维度上的分布较为分散。

纵观各年度的申请趋势，如图5所示，近年来申请人整体的申请趋势变化不大，2017年申请数量达到顶峰，近两年有所下降，但昆明理工大学自2017年开始努力明显，浙江大学和东北大学自2018年开始努力明显。这或许说明各类申请人在相应领域的研发成果出现了波动，其更深层次的后果还有待观察。

图5 主要申请人年度申请量

从技术布局来看，如图6所示，不同申请者的技术集中点不同，体现出不同的主要研发方向。

具体来说，中南大学、昆明理工大学、北京科技大学、东北大学等均以C22B（金属的生产或精炼）作为主要研发方向，前四所均以B09B（固体废弃物处理）作为第二研发方向，且这一（或两个）研发方向的申请数量占到相应申请人总数的80%以上。众所周知，冶金工程是这四所院校最具优势的专业，而北京科技大学的前身是北京钢铁学院。因此，不难理解这五所申请人的上述主要研发方向。

（本段下称“该公司”）与蒋文兰申请的均为C04B（石灰；氧化镁；矿渣；水泥；上述物质的组合，如砂浆、混凝土或类似建筑材料）。从公司信息查询可知，该公司主要由江文兰投资设立，而后者经营范围主要为非金属矿研发，后者在2016年变更经营范围时，新增了生态环境治理及废弃物回收利用研发。据披露，蒋文兰曾在甘肃农业大学、甘肃省草原生态研究所等多家院校从事研发工作多年，华晨非金属应用技术有限公司与甘肃农业大学等存在技术合作[6]。结合该公司作为申请人、蒋文兰作为发明人的专利申请数量较多，有理由相信该公司与蒋文兰在技术研发方面存在较大重合。 据此，该公司及蒋文澜的申请分布如图6所示。

的申请全部为F23G（焚烧炉；焚烧垃圾或低品位燃料），与公司主营业务（生活垃圾热解）相符。浙江大学的专利申请主要为B09C（污染土壤再生）。值得注意的是，在本小节分析的十家实体中，浙江大学的技术分类分散程度最高，表明其在多个技术方向发展较为均衡，体现出较强的综合实力。另外，据查询，高能时代是土壤修复行业的龙头企业，在污染土壤再生领域拥有较强的研发能力。

图6 主要申请人技术布局

2.2.2 外国申请人

从上文可以看出，国外申请人在国内固废领域布局较少，前五名国家的技术布局如图7所示。从图中可以看出，除日本拥有两个相对明显的优势子类别外，其余国家的技术布局虽然各有侧重，但都比较分散。对比图2，五家国外申请人中，只有美国以B65F（家庭或类似垃圾的收集或清除，在分析的专利总数中排名第一）为主，这部分体现了美国企业在固废收集领域走出去的优势。同时需要注意的是，日本企业以F23G（焚烧炉；焚烧垃圾或低品位燃料）和B09B（固体废物处理）为主，这与日本在垃圾焚烧处理方面的技术成熟度相一致。

图7 中国申请技术分类

从申请人来看，排名前三的国外申请人为日本（26件）、芬兰（22件）和美国宝洁（10件），分别属于护理、废物回收和日化行业。这三家公司的技术领域集中在D21C（从含纤维素原料中去除非纤维素物质以生产纤维素；制浆液的再生；所需的设备）、B65F（家庭或类似垃圾的收集或清除）和C08J（有机高分子化合物；它们的制备或化学加工；基于它们的组合物：加工；配料的一般工艺）。结合这三家公司所处的行业，不难发现，除了外，另外两家公司并不属于环保行业。这提醒我们，随着企业的不断并购和跨界扩张，一些非环保企业也可能凭借其在自身行业的领先地位，在环保领域形成不可低估的技术积累。

2.3 专利价值

专利的意义主​​要在于应用，为此，专利法第1条明确提出，立法重点之一是促进发明创造的应用。目前，我国已成为专利大国，但还不是专利强国，主要原因在于高价值专利并不多，专利价值分布很不均衡，少数专利带来大部分回报，而大多数专利产生的利润却十分有限[7]。因此，专利价值评估需要考虑诸多因素，是一项复杂的系统工程。

专利价值评估尚无统一的评估方法，目前有数据提供商开发的若干评估模型，如、和，它们使用相似的变量对具有特定权重的专利价值进行评估[8]。由于本文的分析使用了大维搜索引擎，因此采用其开发的专利价值评估工具DPI（Dawei Index）。该指数从技术、法律、战略、市场、经济五个维度评估专利价值，并使用专利引用次数、同族数、存续期等20多个指标，与上述三种工具并无本质区别。

图8 DPI星分布

DPI根据变量对专利进行评分，从高到低依次为：5星、4.5星、4星……1星。星级越高，专利的价值越高。具体来说，如图8所示，3星及以下的专利申请占比超过80%，4星及以上占比约为13%。这可能是因为，如图1所示，所分析的专利总数中有将近80%是在近5年（2016年至今）内申请的，而受审查周期的制约，这些专利的各项指标在价值评估上可能得分较低。整体来看，图8显示，在固废领域，大部分专利申请的价值并不高，至少在现阶段还没有表现出很高的价值，这与我国专利申请的总体趋势一致。

建设知识产权强国离不开高价值专利的培育。对5星（即DPI≥90）被认为具有高价值的专利申请分析可知，固体废物领域的高价值专利共有588件。按地区划分，来自其他国家和地区的专利有313件，占全部5星专利的53.5%。结合国内外各自的申请量（表2、表3）可以看出，国内和国外5星专利在各自总申请量中的占比分别约为0.7%和23%，相差30多倍。这表明国内固体废物领域的技术研发质量与国外相比还存在较大差距，图9可进一步证实这一点。

图9 五星专利申请人按申请量排名

如图9所示，在5星专利申请人排名中，国外申请人占据了前十名中的六席，其中芬兰的公司居于首位。结合前文提到的公司申请总量，可以看出公司在固废（垃圾回收）细分领域的技术研发竞争力很强。另外值得注意的是，北京航天动力研究所、中科院上海所等在相应细分领域也积累了不俗的技术。

此外，在国内申请人中，按申请人类型（未绘制）来看，机构的5星专利占其总申请量的0.54%，而企业的5星专利占比为1.69%，差距约为3倍。结合前文的分析可以看出，虽然机构在申请人排名中占据优势地位，但与企业相比，机构在布局国家数量、转让、许可等多个评分维度上均处于劣势，反映出机构与专利的转化应用存在一定程度的脱节。这提醒我们需要进一步促进产学研用合作，才能更好地实现专利技术的推广应用[9]。

3 结论与展望

通过分析我国固体废物领域专利技术申请现状，不难得出以下结论：

（1）2012年以来，特别是2015年以来，固体废物领域的专利申请数量激增，得益于近年来国家和社会对固体废物问题的日益重视。各地区固体废物专利布局呈现出“东多西少”的区域差异化，进一步体现出环境问题改善与经济发展程度之间的依赖关系。国外固体废物领域申请占我国的比例很低，且主体分布比较集中，体现了其在各自细分领域的优势地位。我国固体废物领域的专利申请集中在固体废物的收集、处理方法（如焚烧、堆肥）上，这与目前整个行业的成熟度有关。

（2）在我国固废领域，绝大多数专利申请由国内申请人贡献，创新主体较多，但没有出现大型综合性科技巨头。在众多主体中，企业扮演主要角色，但排名靠前的申请人主要为高校。部分国内主要申请人的专利布局与自身技术优势相一致，在废金属冶炼、非金属矿回收、垃圾焚烧、土壤修复等几个细分行业，涌现出一些具有代表性的创新主体。此外，美国、芬兰等国家的一些公司在固废收集方面拥有足够的技术优势，日本在垃圾焚烧方面的公司拥有足够的技术优势，能够在国内布局。同时，一些非环保企业也有一定的固废处理技术创新。

（3）我国固废领域专利价值普遍不高。与国外相比，国内在高价值专利占比上处于明显劣势。国外企业以不足总专利申请量的5%贡献了超过半数的5星专利。马里卡普等国外企业在相应细分领域技术研发能力突出，专利价值较高，值得国内企业关注。与高校相比，国内企业高价值专利贡献更多，反映出固废领域专利需要更多的推广应用才能更好地发挥价值。

绿色未来离不开创新，固废行业的发展也需要不断的技术创新。基于本文的结论，我们可以期待：

政策法规和经济发展条件仍将在很大程度上决定固废行业技术创新的方向、规模和活力;以企业为主的创新主体应继续发挥自身优势，结合市场环境，学习借鉴国外技术竞争力强的企业，产生更多高价值专利，争取在更多细分领域拥有更多竞争力的企业;高校应加强与产业实际联系，充分利用现有政策工具，更好地推动和应用技术创新。

在产业、市场、投融资等各层面政策的支持下，在各类创新主体的共同努力和协作下，我国固废领域科技创新一定能拥有更加美好的未来，为实现绿色发展和生态文明建设作出突出贡献。

参考

【1】杨瑾, 钱晔, 冯云, 潘阳. 浙江省固废处理产业专利分析及发展建议[J]. 科技通报, 2018, 34(09): 283-287.

【2】【3】陈伟利.基于GIS的固体废物综合利用技术专利情报分析[J].现代情报，2014,34(08):100-104+111.

【4】%%%%20for%%20（2016）.pdf

【5】周鑫,贾忠帅.我国现行固体废物处理政策法规分析[J].现代矿业,2019(12):1-6。

【6】

【7】郑素丽，宋明顺. 什么决定了专利的价值？——一个基于文献综述的整合框架[J]. 科学学研究，2012, 30(09): 1316-1323+1332。

【8】谢志敏,范小波,郭倩玲. 专利价值评估工具有效性比较研究[J]. 现代情报,2018,38(04):124-129.

【9】周希飞.做好产学研用融合促进环保专利技术转化——关于促进环保科技企业发展的探讨与实践[J].化学工程管理，2018(20):155-156.