基于專利視角的中國大氣環保產業技術創新能力研究

李林子，傅澤強，封強，方琳

中國環境科學研究院清潔生產與循環經濟研究中心

近年來，隨著大氣環保力度加大，中國大氣環保產業取得了較大的發展。大氣環保產業作為戰略性新興產業，本質是創新驅動型產業，技術創新是產業發展的根本動力。近年來，學術界對環保產業技術創新能力多有關注，已有研究往往從投入、產出、效率、績效等角度對環保產業的創新水平做出評價[1- 4]，由于環保產業統計口徑缺失，缺乏細分數據，很多研究只能采用案例分析、調查問卷或代理指標等方法，對象也往往是選取的樣本環保企業，難以全面把握環保產業技術創新的全局、趨勢和方向。于是，作為與技術創新活動關系最為密切的專利，逐漸被應用于評價環保產業的技術能力和創新能力。如國家知識產權局曾組織相關單位開展包括節能環保產業在內的戰略性新興產業專利技術動向調查工作，分析重點技術和發展方向[5]；劉艷梅等[6- 7]基于專利數據分別從技術創新國際態勢、產學研協同創新等角度研究戰略性新興產業的技術創新能力；林卓玲等[8]基于專利數據分析了廣東省環保產業的技術創新能力。筆者進一步聚焦大氣環保產業，基于專利視角分析產業技術創新能力，有助于全面研判我國大氣環保產業技術創新現狀和存在問題，推動大氣環保產業技術創新，提升大氣環保產業核心競爭力。

1 研究方法與數據來源

專利是產業技術創新成果的重要表現形式，其作為科技研發過程中定義明確、由法定機關經法定程序授予的產出成果，客觀上反映了一個產業的核心競爭力，很大程度上代表了產業的技術創新能力[9]。由于專利數據具有信息豐富完備、覆蓋時間長、真實可靠等特征[10]，常被用作衡量產業技術創新能力的評價指標[11- 13]，可以用于判斷技術發展趨勢[14]，預測技術發展方向[15]等。專利分析是研究產業技術創新的重要內容，分析大氣污染治理技術專利數據可以很大程度上反映大氣環保產業技術創新能力。

選用上海知識產權信息平臺檢索系統，該系統作為高度集成的專業化專利數據庫集群聯機檢索系統，是目前我國功能較全面、先進的檢索系統，可提供Txt、Html和Access數據格式的題錄文摘下載功能，便于對專利數據進行篩選和分析。

按照國際專利分類(IPC)進行檢索。IPC是世界知識產權組織制定的一種專利技術分類系統，能夠反映專利設計的技術領域，被各國普遍認同，采用IPC方法可以獲得相對全面、準確的數據。根據經濟合作與發展組織(OECD)公布的大氣污染治理技術專利分類號整理出大氣環保產業主要技術領域的IPC分類號，如表1所示。

表1 大氣環保產業技術專利分類[16]

分析時間段為2000年1月1日—2018年12月31日，以專利公開日(即專利授權日)為準。由于實用新型專利和外觀設計專利相對發明專利而言創新程度較低[17]，發明專利更能體現技術創新能力，因此檢索專利類型選擇發明專利。按照表1所列的IPC分類進行檢索，得到35 833條專利數據。按照專利公開號剔除重復數據，得到有效數據34 869條。

2 專利分析

2.1 技術產出趨勢

圖1為2000—2018年中國大氣環保產業技術的專利授權量。從圖1可以看出，2000年以來大氣污染治理技術在中國穩步發展，專利授權量持續增長，但增長速度相對緩慢，2012年專利授權量出現快速增長，2014年起專利授權量再次迅速攀升并在之后保持了迅猛增長的態勢，2012—2018年的專利授權量達28 224件，占2000—2018年全部專利授權量的80.9%。研究同期的環境政策可以發現，2011年國務院印發了《“十二五”節能減排綜合性工作方案》(簡稱《工作方案》)，明確了增加污染物約束性指標、擴展污染減排領域、實施脫硫脫硝電價和區域限批等一系列重要的政策措施。2013年國務院印發了《大氣污染防治行動計劃》(簡稱“大氣十條”)，明確了空氣質量改善的具體指標，并提出加快企業技術改造，提高科技創新能力，加強脫硫、脫硝、高效除塵、揮發性有機物控制、柴油機(車)排放凈化等方面技術研發，推進技術成果轉化應用。之后又修訂和頒布了《大氣污染防治法》《“十三五”生態環境保護規劃》《“十三五”節能環保產業發展規劃》《“十三五”環境領域科技創新專項規劃》等一系列相關規劃與政策法規，這些標志性政策文件的出臺和執行，引領了大氣環保產業技術專利的快速增長，有效促進了大氣污染治理的技術創新。

圖1 2000—2018年中國大氣環保產業技術專利授權量Fig.1 Number of patents granted for atmospheric environmental protection industry in China from 2000 to 2018

圖2為2000—2018年中國大氣環保產業技術國內和國外來華專利授權量。從圖2可以看出，2000—2011年，國內和國外來華專利授權量占比大致相當，為51∶49，外國大氣污染治理技術大量滲入中國大氣環保產業市場，占據了中國專利的半壁江山。國外優秀企業和先進技術的進駐一方面帶動了國內環保產業的技術創新，另一方面也給國內創新主體帶來了激烈的競爭。2012—2018年，國內專利授權量大幅提高，國外來華專利授權量則保持相對穩定的水平，2018年，國內專利授權量占比已達91.1%。這表明，在國家大氣環境保護政策利好下，國內大氣環保產業的核心競爭力逐步提升，國內專利申請人已經占據大氣環保產業的主導地位，成為大氣環保技術創新的主體。

圖2 2000—2018年中國大氣環保產業技術國內和國外來華專利授權量Fig.2 Number of domestic and foreign patents granted for atmospheric environmental protection industry in China from 2000 to 2018

2.2 技術領域分布

圖3為大氣環保產業技術專利的主要領域分布。從圖3可以看出，我國大氣環保產業的技術熱點領域主要集中在B部(作業、運輸)和F部(機械工程、加熱等)。排名第一的是B01D46，即用于把彌散粒子從氣體或蒸汽中分離出來的經過改進的過濾器和過濾方法，授權量為8 394件。專利授權量超過1 000件的領域還有F01N3、B01D50、B01D47、B03C3、B01D53/46—72、F23J15，以上排名前7位的領域專利授權量為30 503件，占全部專利授權量的87.5%，反映了我國大氣環保產業技術的主要發展方向。

圖3 中國大氣環保產業技術專利的主要領域分布Fig.3 Main fields of patents for atmospheric environmental protection industry in China

圖4為2000—2018年主要大氣環保產業技術領域專利授權量。從圖4可以看出，近年來，B01D46、B01D50和B01D47領域專利授權量增速較快，主要涉及袋式除塵、室內空氣凈化、廚房油煙凈化、有機廢氣處理等行業；F01N3、B03C3領域專利授權量穩定增長，增速較為平穩，主要涉及機動車污染防治、電除塵等行業；B01D53/46—72、F23J15領域專利授權量增速放緩，主要涉及脫硫、脫硝等行業。

圖4 2000—2018年中國主要大氣環保產業技術領域專利授權量Fig.4 Output of main patents for atmospheric environmental protection industry in China from 2000 to 2018

近年來我國重污染天氣形勢嚴峻，大眾對健康空氣環境需求日益迫切，大氣排放標準日趨嚴格，特別排放和超低排放成為常態，VOCs污染防治成為大氣污染防治的重點工作之一，“十二五”以來相繼頒布了一系列相關政策、法規，客觀上為袋式除塵、室內空氣凈化、有機廢氣處理等行業提供了市場需求和發展機遇。袋式除塵是去除顆粒物，降低工業煙粉塵排放的主流技術，目前我國加工制造的袋式除塵裝備以及配套的各種纖維、濾料、配件性能已經接近或達到國外同類產品技術水準，眾多具有國內自主知識產權并適合我國國情的技術已步入國際先進行列；空氣凈化器家用領域主要技術是物理過濾，未來將朝著高凈化容量、低耗材的濾網技術和產品降噪技術方向改進；有機廢氣治理技術得到快速發展，吸附回收、吸附濃縮等主流技術不斷完善，一些新的治理技術也在不斷發展；機動車污染防治行業技術水平得到明顯提升，一些技術水平較高的企業能及時為市場提供滿足質量要求的尾氣后處理裝置；燃煤電廠電除塵技術已經達到國際先進水平，躋身電除塵器世界強國之列，冶金、燃煤鍋爐等非電領域的除塵技術也在不斷發展；燃煤機組的NOx、SO2控制技術基本達到國際先進水平，部分甚至達到國際領先水平。近年來隨著煤電超低排放改造的完成，火電超低排放市場萎縮，未來脫硫、脫硝行業將進入以非電燃煤行業為主的市場，而在鋼鐵、水泥、工業鍋爐等非電行業的脫硫、脫硝技術方面存在很大的缺口。

2.3 技術空間分布

表2為中國各地區大氣環保產業技術專利授權量分布。從表2可以看出，我國大氣環保產業技術空間分布不均衡，東中西部呈較為明顯的分異和集聚化特征，專利授權量呈“東高西低”的格局，集中分布在長江三角洲和珠江三角洲。授權量排名第一的江蘇省為6 226件，遠高于其他省(區、市)，占全國授權量的23.0%，占據大氣環保產業技術創新領域的領軍地位。排名前5的還包括浙江省、廣東省、安徽省和北京市，專利授權量分別為2 575件(9.5%)、2 134件(7.9%)、1 974件(7.3%)和1 756件(6.5%)，大氣環保產業技術創新水平較高。大氣環保產業技術專利產出分布與環保產業空間分布吻合度較高，技術產出的集聚區也是環保產業的集聚區，這些地區經濟發達，環境管理要求相對嚴格，人才和資金基礎良好，政策機制靈活，技術創新實力強，有利于環保產業集聚，環保產業的集群效應有效提升了核心技術的競爭力，也推動環保產業技術逐步發展成熟。

2000—2018年，共有47個國家或地區在華獲得大氣環保產業技術專利授權，授權量達7 818件，占中國專利授權總量的28.9%。圖5為國外來華擁有大氣環保產業技術專利授權量排名靠前的國家。由圖5可見，美國、日本、德國來華專利授權量分別占據了國外來華授權總量的31.6%、30.1%和17.7%，基本壟斷了大氣環保產業技術領域國外來華授權的專利市場，可見上述3個國家非常重視大氣污染治理技術在中國市場的布局。

表2 中國大氣環保產業技術專利授權量空間分布

注：澳門特別行政區數據缺失。

圖6 中國大氣環保產業技術專利申請主體構成Fig.6 Subjects of patent application for atmospheric environmental protection industry in China

2.4 技術申請人

圖6為中國大氣環保產業技術專利的國內申請主體構成。

從圖6可以看出，我國大氣環保產業技術創新主體由企業、個人、高校、科研機構和產學研合作等構成。企業是大氣環保產業技術創新的主體，企業擁有的專利授權量占總授權量的62.5%。個人擁有的專利授權量也占比較大(21.9%)，甚至高于高校和科研機構作為獨立申請人的專利授權量之和。高校和科研機構擁有的專利授權量分別占9.3%和2.3%。以產學研合作形式申請的專利數量不多，僅占3.9%。此外，還有0.1%的專利授權給政府部門、非政府組織等其他單位。

根據合作關系的不同，把產學研合作形式分為企業- 企業、企業- 高校、企業- 科研機構以及高校- 科研機構等。由圖6可見，企業- 企業是產學研合作的主要形式，占產學研合作形式的57.3%。企業- 高校、企業- 科研機構分別占產學研合作形式的21.8%和17.4%，說明高校相對于科研機構進行產學研合作創新的程度更高。以企業- 高校形式獲得的專利僅占高校全部發明專利的8.2%，以企業- 科研機構形式獲得的專利占科研機構全部專利的21.6%，說明相對于科研機構，高校進行了更多的獨立研發。同時，如何通過技術轉移把更多的技術創新成果推廣到企業并轉化為現實生產力，是科研機構和高校共同面臨的重大問題。此外，還有3.5%的產學研合作是高校- 高校、科研機構- 科研機構、高校- 科研機構等合作組合形式，但總體上占比較小。

表3、表4分別是國內和國外獲得中國大氣環保產業技術專利授權量排名前10的企業、高校或科研機構。

雖然從專利授權量上看，國內創新主體已經占據大氣環保產業技術創新的主導地位，但我國是以量多取勝，我國大氣環保領域龍頭企業的技術創新能力遠不及美國、日本和德國的巨頭企業，如日本的豐田、五十鈴，美國的通用、福特，德國的羅伯特·博世等知名企業在華擁有的專利授權量都遠超國內龍頭企業和知名高校。我國大氣環保產業技術創新主

表4 中國大氣環保產業技術國外主要申請人專利授權量排名

體主要是企業，而且絕大部分是民營企業，其技術創新動力和能力普遍不足，多注重市場開拓，忽視技術創新和研發投入，產品技術含量和附加值低，缺乏核心競爭力。

3 結論與建議

3.1 結論

(1)2000年以來我國大氣環保產業技術產出能力穩步提升，尤其是“十二五”以來“大氣十條”等一系列規劃和政策的實施，有力推動了大氣環保產業的技術創新。國內大氣環保產業自主創新能力逐步提升，掌握了一批具有自主知識產權的關鍵技術，成為中國大氣污染治理的中堅力量。

(2)大氣環保產業技術專利覆蓋除塵、脫硫、脫硝、機動車尾氣污染防治、室內空氣凈化、有機廢氣處理等主要的大氣環保行業領域。近幾年來，煤電超低排放改造即將完成，脫硫、脫硝行業技術創新產出有所放緩；機動車污染防治、電除塵行業技術產出穩定增長；隨著國家和地方環保政策和排放標準的收嚴，大眾對健康空氣環境質量的關注，袋式除塵、室內空氣凈化、有機廢氣處理等行業技術產出增長勢頭明顯。

(3)我國大氣環保產業技術創新產出空間分布不均衡，呈“東高西低”的格局，主要集中在長江三角洲和珠江三角洲等經濟發達、人才豐富、技術開發轉化能力強的地區，這些地區同時也是中國大氣環保產業集聚的地區。

(4)美國、日本和德國非常重視大氣污染治理技術在中國市場的布局，基本壟斷了國外來華授權專利。我國大氣環保產業技術創新主體是企業，而且絕大部分是民營企業，與美國、日本、德國的巨頭企業相比，我國大氣環保企業的技術創新能力明顯不足。產學研合作在大氣環保產業技術創新中發揮的作用有待提升，技術創新成果轉化為現實生產力是高校和科研機構共同面臨的重要問題。

3.2 建議

(1)建立和完善有利于大氣環保產業技術創新的政策體系和激勵機制。大氣環保產業技術創新對政策有著極高的依賴性，國家和地方出臺和執行環境政策和法規標準的寬嚴程度很大程度上會影響到大氣環保產業技術創新的活躍度。因此，國家和地方應當加強環保監管執法力度，充分利用各類政策工具，形成規制與激勵并存的推動大氣環保產業技術創新的政策驅動力。

(2)扶持大氣環保企業，培育核心競爭力。我國大氣環保產業技術創新的主體是企業，大部分是中小型民營企業，創新能力不足，國際競爭力弱，需要國家大力扶持。環保企業的一個突出問題是融資難，需要拓寬環保企業融資渠道，形成多元化的投入機制，在銀行貸款、股票上市、發行債券等方面對大氣環保民營企業給予更多的優惠支持；探索新型資本模式，為技術創新和成果轉化項目提供風險擔保和風險投資。

(3)促進產學研深入協作，暢通技術成果轉化渠道。雖然大氣污染治理領域創新主體數量眾多，但是資源分散，缺乏凝聚力，產學研合作創新成果產出不多，科研院所和高校的技術創新優勢尚不明顯。因此，亟需完善產學研合作機制體制，促進產學研協同創新，實現不同創新主體間科技資源的整合和共享；建立先進大氣污染治理技術的推廣轉化機制，加快大氣環保技術的產業化進程。