1 海洋碳封存技術(shù)概況
(1)海水儲(chǔ)碳的自然過(guò)程通過(guò)海—氣交換的自然過(guò)程，海洋每年可凈吸收約?2.3 Gt C。海水儲(chǔ)碳的自然過(guò)程主要可分為?4?種機(jī)制，分別是生物泵(BP)，微型生物泵(MCP)， 碳酸鹽泵(CP)，溶解度泵(SP)。人類活動(dòng)排放的CO2進(jìn)入海洋后，可在深海水體中停留成百上千年，在海底沉積物中的貯存時(shí)間甚至可長(zhǎng)達(dá)上百萬(wàn)年。(2)海洋碳匯空間海洋碳封存技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，可分為濱海“藍(lán)碳”、海洋固碳和儲(chǔ)碳、海底地層碳封存?3?種碳匯空間。(3)現(xiàn)有的碳封存技術(shù)無(wú)論是在陸地還是在海洋，現(xiàn)有碳封存技術(shù)都存在一定壁壘。
陸地碳封存和濱海“藍(lán)碳”碳封存。其能力是可逆的，需長(zhǎng)期實(shí)施。
以海水層為主的海洋肥化和海底?CO2?湖等方法。雖可將?CO2?儲(chǔ)存于深海上千年，但可能會(huì)導(dǎo)致海水?pH?值發(fā)生改變，影響海洋生態(tài)。
利用海底玄武巖或橄欖巖的碳礦化和深部咸水層的碳封存技術(shù)。可使?CO2?以惰性形式幾乎永久固存于深海，自然泄漏率低，但仍需考慮技術(shù)實(shí)施誘發(fā)地震或因地質(zhì)活動(dòng)造成?CO2?泄露的可能性。
2 專利分析
2.1 專利態(tài)勢(shì)分析海洋碳封存相關(guān)專利最早發(fā)布于?1981?年(表?1)，其技術(shù)創(chuàng)新在?2008?年前并不活躍(圖?1);2008—2009?年為專利申請(qǐng)高峰期。截至?2021?年?6?月，海洋碳封存技術(shù)發(fā)展較為緩慢，近?15?年已授權(quán)且有效專利占比約?28.1%，尚未授權(quán)的專利占比?43.2%，失效專利(包括曾被授權(quán)和從未授權(quán)的)占比?28.7%。從法律狀態(tài)的角度來(lái)看，該領(lǐng)域?2012?年前申請(qǐng)的大部分專利都已處于公知公用狀態(tài);此狀態(tài)下的專利在中國(guó)不受法律保護(hù)，可作為潛在信息和技術(shù)資源，充分挖掘失效專利價(jià)值。
圖 1 1990 年后全球海洋碳封存相關(guān)專利申請(qǐng)量及法律狀態(tài)分布趨勢(shì)圖
海洋碳封存技術(shù)的主要研發(fā)國(guó)為日本、美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)和英國(guó)(表?1、圖?2?和?3)。
圖 2 海洋碳封存相關(guān)專利申請(qǐng)量和授權(quán)量最多的 10 個(gè)國(guó)家
圖 3 主要研發(fā)國(guó) 2006 — 2020 年海洋碳封存相關(guān)專利申請(qǐng)趨勢(shì)
整體而言，中國(guó)和韓國(guó)近?10?年對(duì)海洋碳封存領(lǐng)域的技術(shù)重視度高于其他國(guó)家，技術(shù)創(chuàng)新力活躍，盡管我國(guó)近?10?年在海洋碳封存領(lǐng)域的專利申請(qǐng)總量位居世界第?1，期間獲得授權(quán)的專利數(shù)量位居世界第?2(圖?4)，但專利授權(quán)率(專利申請(qǐng)量與授權(quán)量的比率)遠(yuǎn)低于授權(quán)量第?1?的韓國(guó)。
圖 4 2011 — 2020 年海洋碳封存相關(guān)授權(quán)專利的申請(qǐng)人歸屬國(guó)分布
近?10?年全球在海洋碳封存相關(guān)領(lǐng)域所申請(qǐng)的專利類型主要為某種方法、裝置或系統(tǒng)，所涉及的技術(shù)主要集中于實(shí)驗(yàn)測(cè)試、天然氣水合物或油氣開(kāi)采、海洋生物固碳(如浮游生物、微生物、海水養(yǎng)殖等)、地質(zhì)封存、海洋酸化或肥化等，且各類技術(shù)在?2011—2015?年均有授權(quán)專利產(chǎn)生。與其他技術(shù)相比，天然氣水合物或油氣開(kāi)采相結(jié)合的?CO2?封存技術(shù)為?2016—2020?年的研發(fā)熱點(diǎn)，相關(guān)專利的申請(qǐng)和授權(quán)主要集中于此類技術(shù)領(lǐng)域，更受研發(fā)人員和市場(chǎng)青睞。2.2 專利申請(qǐng)人分析對(duì)海洋碳封存相關(guān)技術(shù)專利的申請(qǐng)人名稱進(jìn)行規(guī)范化處理后，發(fā)現(xiàn)?2011—2020?年美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)和韓國(guó)海洋科學(xué)技術(shù)院為在該領(lǐng)域內(nèi)提交專利申請(qǐng)數(shù)量最多的機(jī)構(gòu)(各?14?件)(圖7)。
圖 7 2011 — 2020 年海洋碳封存相關(guān)專利主要申請(qǐng)人及其授權(quán)專利數(shù)量
(1)韓國(guó)海洋科學(xué)技術(shù)院專利授權(quán)率高，且大部分為獨(dú)立申請(qǐng)。?2011?年在韓國(guó)范圍內(nèi)提交了?4?件專利，主要為?CO2?的海洋儲(chǔ)存管道運(yùn)輸安全分析及其管道效應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)裝置和方法，并均獲得授權(quán)。此后至?2015?年，每年都提交過(guò)海洋地質(zhì)方面?CO2?運(yùn)輸、儲(chǔ)存或泄露監(jiān)測(cè)相關(guān)的專利，然而其僅在韓國(guó)本土提交專利申請(qǐng)，未進(jìn)行全球布局。(2)美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)近?10?年合作研發(fā)的專利較多，其專利申請(qǐng)主要集中于催化溶解?CO2、船舶?CO2?封存和利用?CO2?生產(chǎn)可再生燃料等，專利布局范圍較廣。除了美國(guó)本土外，還在中國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、加拿大、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織等提交過(guò)專利申請(qǐng)并獲得過(guò)授權(quán)。
高校。側(cè)重于?E21(土層或巖土地鉆進(jìn))、B01(一般物理或化學(xué)的方法或裝置)和?C12(生物化學(xué))專利的研發(fā)，其專利授權(quán)率為?46.6%。
科研院所。專利結(jié)構(gòu)主要分布于?G01(測(cè)量、測(cè)試)，其專利授權(quán)率高達(dá)?67.5%。
企業(yè)。側(cè)重的技術(shù)研發(fā)范圍較廣，在?B01、C02(水、廢水、污水或污泥處理)、E21?和?G01?均有涉獵，專利授權(quán)率約?27.6%。
個(gè)人。以個(gè)人名義申請(qǐng)的專利大多分布在?B01，其專利授權(quán)率僅?23.6%。
對(duì)各申請(qǐng)人的專利引用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表?2)，發(fā)現(xiàn)美國(guó)無(wú)人海洋機(jī)器人制造企業(yè)?Liquid Robotics?公司、大連理工大學(xué)、西南石油大學(xué)、北京師范大學(xué)及部分自然人等申請(qǐng)者的專利申請(qǐng)總量雖不多，但被引次數(shù)較高，這說(shuō)明他們?cè)诤Ｑ筇挤獯骖I(lǐng)域申請(qǐng)的專利具有較強(qiáng)的先進(jìn)性和創(chuàng)新性。
2.2 重要專利挖掘
例?1：“用于給浮游植物施肥并封存大氣碳的自主波浪動(dòng)力物質(zhì)分配船”專利。由前文提及的專利被引次數(shù)最多的申請(qǐng)人美國(guó)?Liquid Robotics?公司與自然人?Hine Roger G?共同申請(qǐng)(專利申請(qǐng)?zhí)枺篣S201213424239)，也是?2011—2020?年在海洋碳封存領(lǐng)域被引次數(shù)最高的專利，共計(jì)被引?32?次。該專利發(fā)明了一種以波浪為動(dòng)力的無(wú)人船，通過(guò)往海洋投入肥料促進(jìn)浮游植物生長(zhǎng)，加強(qiáng)食物鏈中碳的固定，提高海洋生物的碳封存能力，同時(shí)改善區(qū)域內(nèi)的漁業(yè)資源。
例?2：“用于海上能源生產(chǎn)和二氧化碳封存的系統(tǒng)和方法”專利。由位于美國(guó)加利福尼亞州的?Podenergy?公司聯(lián)合?4?位自然人共同開(kāi)發(fā)(專利申請(qǐng)?zhí)枺篣S201313781597)，被引次數(shù)在海洋碳封存領(lǐng)域排名第?2，共計(jì)?18?次，但至今仍未被授權(quán)。該專利涉及近海能源生產(chǎn)，通過(guò)生物厭氧反應(yīng)生產(chǎn)甲烷和氫氣，同時(shí)原地封存產(chǎn)生的?CO2。
例?3：“一種海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向生產(chǎn)方法及生產(chǎn)設(shè)備”專利。由西南石油大學(xué)研發(fā)(專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201610071790.1)，通過(guò)降壓采氣、注熱分解、CO2?固結(jié)?3?個(gè)步驟循環(huán)，利用?CO2?置換法開(kāi)采天然氣水合物，克服了海底天然氣水合物在開(kāi)采過(guò)程中天然氣易泄漏、易污染海洋環(huán)境與易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的難題。該專利共計(jì)被引?16?次，于?2017?年在國(guó)內(nèi)獲得授權(quán)，有效期至?2021?年。
通常，有一定市場(chǎng)價(jià)值的專利才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)讓或許可。通過(guò)專利的轉(zhuǎn)讓和許可次數(shù)，可了解市場(chǎng)價(jià)值和技術(shù)含金量較高的專利。
2011—2020?年海洋碳封存領(lǐng)域發(fā)生轉(zhuǎn)讓次數(shù)最多的專利為美國(guó)加州理工大學(xué)、美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)和以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的“CO2封存方法和裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)枺篣S201514975584、US201815996121);該專利的主體是一種利用催化劑在水體(如海水)中溶解?CO2，以實(shí)現(xiàn)碳封存目標(biāo)的方法。此外，美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)研發(fā)的“采油單井輔助重力泄油工藝”(專利申請(qǐng)?zhí)枺篣S201615572704)先后發(fā)生過(guò)?5?次轉(zhuǎn)讓;該工藝通過(guò)向地層注入?CO2?提高石油采收率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳封存的目的，該專利于?2020?年被授權(quán)。
值得注意的是，上述?3?份申請(qǐng)專利雖發(fā)生過(guò)數(shù)次轉(zhuǎn)讓，但專利權(quán)最后都回到了原本申請(qǐng)人的手中，說(shuō)明這些專利申請(qǐng)人對(duì)專利的市場(chǎng)價(jià)值重視程度較高。同時(shí)，“CO2?封存方法和裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)枺篣S201815996121)也是?2011—2020?年全球海洋碳封存領(lǐng)域申請(qǐng)的專利中唯一發(fā)生過(guò)許可的專利，專利被許可人為美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)，這說(shuō)明?NSF?對(duì)這項(xiàng)專利的認(rèn)可度較高。
(1)引用文獻(xiàn)較多的專利
(2)校企合作專利
3 結(jié)論及建議
(1)主要結(jié)論隨著碳中和相關(guān)政策的發(fā)布，我國(guó)在海洋碳封存領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新活躍度正逐步上升，預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有一段時(shí)間的技術(shù)研發(fā)活躍期;但目前我國(guó)專利申請(qǐng)的質(zhì)量整體偏低，申請(qǐng)的專利授權(quán)率不高，在市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值和知識(shí)成果轉(zhuǎn)化方面還有待提高。因此，急需吸收各國(guó)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提高技術(shù)創(chuàng)新力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。本文發(fā)現(xiàn)近幾年與海底能源和資源開(kāi)發(fā)相結(jié)合的海洋碳封存技術(shù)更受各國(guó)科研人員和市場(chǎng)青睞。例如，海洋天然氣水合物和油氣開(kāi)采、與漁業(yè)相關(guān)的生物固碳技術(shù)等，將碳中和理念與提高經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合，具有較長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景和較高的技術(shù)應(yīng)用潛力。
(2)技術(shù)發(fā)展建議由于海洋碳封存實(shí)施規(guī)模大，各類技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)劣勢(shì)不一。為提高技術(shù)創(chuàng)新力，節(jié)約研發(fā)過(guò)程中的試錯(cuò)成本，海洋碳封存技術(shù)創(chuàng)新可利用公知公用專利進(jìn)行二次創(chuàng)造。通過(guò)吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，積極推進(jìn)學(xué)科交叉研究，在充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，補(bǔ)足各類技術(shù)的短板，提高技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。(3)專利布局建議科學(xué)的專利布局策略可提高我國(guó)在此領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)。為規(guī)避專利風(fēng)險(xiǎn)，提高我國(guó)專利的市場(chǎng)覆蓋率和技術(shù)知名度，專利申請(qǐng)可考慮在多國(guó)進(jìn)行專利布局，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用范圍。專利技術(shù)研發(fā)應(yīng)結(jié)合市場(chǎng)需求，加強(qiáng)校企合作，通過(guò)“產(chǎn)-學(xué)-研-用”聯(lián)合機(jī)制促進(jìn)知識(shí)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，但為了防范校企之間的專利紛爭(zhēng)，在專利申請(qǐng)階段應(yīng)盡可能全面地考慮后續(xù)研發(fā)和相關(guān)項(xiàng)目的方向，厘清專利申請(qǐng)人、專利權(quán)人和后期項(xiàng)目實(shí)施單位之間的關(guān)系，避免因利益沖突造成的專利風(fēng)險(xiǎn)。
