基于專利分析的海洋碳封存技術(shù)

彭天玥 唐得昊 劉麗強(qiáng) 韓 冰 朱本鐸

1 中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510075

2 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州） 廣州 511458

引用格式：彭天玥, 唐得昊, 劉麗強(qiáng), 等. 基于專利分析的海洋碳封存技術(shù). 中國科學(xué)院院刊, 2022, 37(9): 1347-1359.

Peng T Y, Tang D H, Liu L Q, et al. Global technology of ocean carbon sequestration based on patent analysis. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2022, 37(9): 1347-1359. (in Chinese)

*通信作者

資助項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（41806130），廣東省自然科學(xué)基金（2018A0303130063），南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊引進(jìn)重大專項(xiàng)（GML2019ZD0209），中國地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項(xiàng)目（DD20211394）

修改稿收到日期：2022年3月28日；預(yù)出版日期：2022年4月14日

隨著對氣候變化風(fēng)險認(rèn)識的不斷加深，幾乎所有國家都承諾將全球平均氣溫控制在比工業(yè)化前高 2℃ 以下，并力爭不超過 1.5℃。然而，全球平均氣溫在 20 世紀(jì)就已經(jīng)上升了約 1℃，單單減少碳排放或許并不足以緩解全球氣候變暖趨勢[1]。因此，科學(xué)家提出要開發(fā)和實(shí)施二氧化碳（CO2）“負(fù)排放”策略，即人為的主動清除 CO2，碳封存是 CO2“負(fù)排放”策略中的關(guān)鍵手段[2]。

國際能源署（IEA）將自然界中的碳庫分為海洋庫、陸地庫和大氣庫，指出大氣碳庫中存在大量的 CO2導(dǎo)致了氣候變化[3]。事實(shí)上，海洋是地球上最大的活躍碳庫，其理論碳儲量比陸地和大氣碳庫高出數(shù)倍，因此利用海洋封存 CO2是改變氣候變化的有效方式。本文通過梳理前人研究，定義了海洋碳封存的技術(shù)應(yīng)用空間范圍，并從專利分析的角度，總結(jié)了海洋碳封存相關(guān)的技術(shù)方法，分析了當(dāng)前海洋碳封存的技術(shù)發(fā)展趨勢及國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，希望能為我國加快實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供管窺之見。

1 海洋碳封存技術(shù)概況

（1）海水儲碳的自然過程。海洋在全球碳循環(huán)和氣候變化中的作用不容小覷，作為全球最大、最活躍的碳庫，其理論儲碳量約為 38 400 Gt C，約為大氣碳庫的 50 倍、土壤碳庫的 15 倍。通過海—?dú)饨粨Q的自然過程，海洋每年可凈吸收約 2.3 Gt C[4]；而沿海生態(tài)系統(tǒng)中的植被（如紅樹林、鹽沼等）通過光合作用每年約可吸收 0.23 Gt C[2]。海水儲碳的自然過程主要可分為 4 種機(jī)制①清華大學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境治理研究中心. 研究|【“碳中和”系列之三】固碳增匯的下一個“風(fēng)口”在哪？海洋碳庫不容小覷！.(2021-02-04)[2021-06-27]. http://www.cideg.tsinghua.edu.cn/info/xsxw/3985.：① 生物泵（BP），主要利用海水中的浮游植物通過光合作用吸收溶解表層海水中的 CO2

[3]；② 微型生物泵（MCP），利用海洋微型生物細(xì)胞、細(xì)菌和病毒等對碳的捕食和代謝過程，將活性溶解有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為惰性有機(jī)碳，最終影響海洋碳循環(huán)；③碳酸鹽泵（CP），將海水中溶解的 CO2與鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣后沉入海底；④溶解度泵（SP），通過海洋環(huán)流和翻轉(zhuǎn)等水體運(yùn)動，將高緯度地區(qū)海水在低溫、高鹽度條件下吸收的 CO2從表層輸送至深海[5-10]。人類活動排放的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間甚至可長達(dá)上百萬年[11]。

（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”、海洋固碳和儲碳、海底地層碳封存 3 種碳匯空間。根據(jù)這 3 種不同空間的特征及其儲碳機(jī)理，可通過技術(shù)手段人為干預(yù)海洋碳封存效率。① 濱海“藍(lán)碳”。指以紅樹林、鹽沼、海草床等為代表的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)通過光合系統(tǒng)作用吸收并固存的碳，主要儲存于植物的根、莖、葉，以及沿海沉積物中[12]。② 海洋固碳和儲碳。技術(shù)手段多樣化，主要以 BP、MCP、CP 和 SP 這 4 種海洋碳泵機(jī)制為原理，包括結(jié)合海水養(yǎng)殖的海洋生物増匯固碳技術(shù)、向海水施放營養(yǎng)素來增強(qiáng)海洋對大氣 CO2的吸收效率的海洋肥化技術(shù)、大規(guī)模工業(yè)點(diǎn)源捕集 CO2后將其直接注入深海低洼地形處形成“二氧化碳湖”的技術(shù)等[13,14]。③ 海底地層碳封存。包括將 CO2注入海底玄武巖或橄欖巖孔隙后形成穩(wěn)定碳酸鹽的碳礦化技術(shù)、結(jié)合油氣開采將超臨界 CO2注入油氣儲層或深部咸水層的海洋地質(zhì)封存技術(shù)等[13,15-17]；此外，還有科學(xué)家曾提出將 CO2轉(zhuǎn)化為水合物形式的固體后埋入海底，或?qū)?CO2礦化后拋入海底等方法[13,18]。

（3）現(xiàn)有的碳封存技術(shù)。無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，技術(shù)實(shí)施需要考慮技術(shù)可靠性與安全性，以及經(jīng)濟(jì)成本和法律法規(guī)等限制因素。①陸地碳封存和濱海“藍(lán)碳”碳封存。其能力是可逆的，需長期實(shí)施[2]，盡管臨時封存 CO2會短暫改善氣候變化狀況，但碳封存的時效性無論從科學(xué)發(fā)展還是經(jīng)濟(jì)需求方面都十分重要，因此還需考慮長期監(jiān)測技術(shù)及成本。②以海水層為主的海洋肥化和海底CO2湖等方法。雖可將 CO2儲存于深海上千年，但可能會導(dǎo)致海水pH值發(fā)生改變，影響海洋生態(tài)。因此，需更多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)，充分認(rèn)識海水pH值對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成的影響，有針對性地提出解決方案。③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)活動造成 CO2泄露的可能性。

2 專利分析

本文使用萬象云全球?qū)＠麢z索數(shù)據(jù)庫②https://www.wanxiangyun.net.，于 2021年 6 月 17 日對全球海洋碳封存相關(guān)發(fā)明專利進(jìn)行檢索（檢索策略見附錄 1），以分析海洋碳封存的技術(shù)發(fā)展趨勢和研發(fā)熱點(diǎn)。基于前期調(diào)研，將專利技術(shù)檢索詞定為與海洋相關(guān)的碳中和、碳封存、碳儲、增匯固碳、碳礦化、地質(zhì)封存等詞匯，并限定檢索專利的主國際專利分類號（IPC號）③限定為A01、B01、B07、B09、B63、B65、B67、C01—03、C07、C08、C12、C25、G01、G05、G06、E02、E21、F01—04、F16、F17、F25的部分小類。，其中與電機(jī)和建筑相關(guān)的 E 類和 F 類限定于“地質(zhì)封存”相關(guān)主題中。由于機(jī)器檢索不對語意進(jìn)行解讀分析，無法保證檢索結(jié)果與分析對象的相關(guān)度。因此，將檢索結(jié)果的專利摘要逐一研讀后，剔除無關(guān)專利（如由碳纖維材料制成的海底電能儲存罐），對相關(guān)度較高的專利進(jìn)行整體態(tài)勢分析，并重點(diǎn)分析近 10 年申請和授權(quán)的專利，以期了解海洋碳封存領(lǐng)域在全球的技術(shù)布局和發(fā)展情況。考慮到專利從申請到公開存在的延遲，本研究不分析 2021 年的數(shù)據(jù)。經(jīng)檢索，共獲得專利（族）文件 1 861 件；人工查閱后，得到與海洋碳封存技術(shù)相關(guān)的發(fā)明專利申請 593 件，其中 2011—2020 年發(fā)生的專利申請 267 件、授權(quán)專利 100 件。

2.1 專利態(tài)勢分析

2.1.1專利申請整體趨勢

專利申請量一般能夠反應(yīng)各國在該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)活躍程度，而專利授權(quán)則能體現(xiàn)一定的技術(shù)應(yīng)用價值。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年為專利申請高峰期，期間申請的 106 件專利中，35 件已獲授權(quán)。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)的角度來看，該領(lǐng)域 2012 年前申請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值，從而掌握先進(jìn)技術(shù)，再進(jìn)一步創(chuàng)新，以節(jié)約研發(fā)時間和費(fèi)用。研究結(jié)果表明，海洋碳封存技術(shù)尚處于起步階段，具有一定的技術(shù)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖1 1990年后全球海洋碳封存相關(guān)專利申請量及法律狀態(tài)分布趨勢圖Figure 1 Application activities of global technological patents about ocean carbon sequestration after 1990

2.1.2主要國家專利申請和授權(quán)情況

將各項(xiàng)專利的申請人國籍進(jìn)行分類統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)海洋碳封存技術(shù)的主要研發(fā)國為日本、美國、中國、韓國和英國（表 1、圖 2 和 3）。日本最早于 1981 年進(jìn)行過相關(guān)專利的申請，40 年間共申請 179 件專利，2009 年前后是其技術(shù)研發(fā)最為活躍的時期，其專利申請量占全球同年總申請量的 69.6%，但專利授權(quán)率不高，近年的研發(fā)進(jìn)展也不明顯。美國和中國的專利申請量僅次于日本。美國最早于 1992 年在該領(lǐng)域進(jìn)行過專利布局，2008 和 2010 年為美國的技術(shù)研發(fā)活躍期，近 10 年專利研發(fā)活動較為平穩(wěn)；中國最早于 2001 年在該領(lǐng)域進(jìn)行專利布局，從 2011 年起專利申請呈上升趨勢，處于技術(shù)發(fā)展的起步階段。韓國的專利申請總量雖位居世界第 4，但其授權(quán)率高達(dá) 72%，這說明韓國在海洋碳封存領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)實(shí)力和自主創(chuàng)新能力較強(qiáng)，發(fā)明專利質(zhì)量相對較高。值得注意的是，加拿大、挪威和澳大利亞的專利申請量雖然較少，但從20世紀(jì)90年代就開展了相關(guān)專利的申請。其中，澳大利亞的專利授權(quán)率也較高，這說明該國對此領(lǐng)域關(guān)注較早，且具有一定前瞻性。

圖2 海洋碳封存相關(guān)專利申請量和授權(quán)量最多的10個國家Figure 2 Top 10 countries with the highest number of patent applications and authorizations for ocean carbon sequestration

表1 主要國家海洋碳封存相關(guān)技術(shù)最早專利申請年和整體專利授權(quán)率（按授權(quán)專利數(shù)量排序）Table 1 The earliest filing year of patent application and overall patent authorization rate for ocean carbon sequestration in major countries (sort by authorization amount)

整體而言，中國和韓國近 10 年對海洋碳封存領(lǐng)域的技術(shù)重視度高于其他國家，技術(shù)創(chuàng)新力活躍，盡管我國近 10 年在海洋碳封存領(lǐng)域的專利申請總量位居世界第 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（專利申請量與授權(quán)量的比率）遠(yuǎn)低于授權(quán)量第 1 的韓國。

圖3 主要研發(fā)國2006—2020年海洋碳封存相關(guān)專利申請趨勢Figure 3 Trends of patent applications related to ocean carbon sequestration patents in major R&D countries from 2006 to 2020

圖4 2011—2020年海洋碳封存相關(guān)授權(quán)專利的申請人歸屬國分布Figure 4 Nationality distribution of applicants for authorized patents about ocean carbon sequestration technologies from 2011 to 2020

影響各國專利授權(quán)的因素主要有：① 專利本身質(zhì)量不高或在專利授權(quán)國的市場應(yīng)用價值不大導(dǎo)致無法授權(quán)；② 在專利授權(quán)國已有其他類似專利布局；③ 專利授權(quán)國對相關(guān)技術(shù)關(guān)注度不高而影響授權(quán)進(jìn)度和授權(quán)率。2011—2020 年，全球各國共授權(quán)過 100 件海洋碳封存相關(guān)專利，其中 33 件由韓國授權(quán)，31 件由中國授權(quán)。各國授權(quán)專利的技術(shù)結(jié)構(gòu)側(cè)重點(diǎn)不一（圖 5），韓國注重 B01（一般物理或化學(xué)的方法或裝置）和 F17（機(jī)械工程：氣體或液體的貯存或分配）專利的研發(fā)；中國專利側(cè)重于 A01（農(nóng)林業(yè)、漁業(yè)）和 E21（土層或巖土地鉆進(jìn)）；美國側(cè)重于B01和C12（生物化學(xué)）專利的研發(fā)。

圖5 2011—2020年海洋碳封存相關(guān)專利授權(quán)國家/地區(qū)技術(shù)構(gòu)成分布Figure 5 Distribution of technology composition of major patent granting countries and regions from 2011 to 2020

2.1.3技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)

專利名稱能簡潔、準(zhǔn)確地概括專利申請保護(hù)的主題和類別。利用智能分詞工具分別對2011—2015年和 2016—2020 年所有海洋碳封存相關(guān)專利名稱進(jìn)行關(guān)鍵詞頻統(tǒng)計，并對高頻詞匯進(jìn)行分析（圖 6），發(fā)現(xiàn)近 10 年全球在海洋碳封存相關(guān)領(lǐng)域所申請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)測試、天然氣水合物或油氣開采、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)人員和市場青睞。

圖6 2011—2020年海洋碳封存相關(guān)專利申請和授權(quán)專利研發(fā)熱點(diǎn)詞頻詞云圖Figure 6 Keywords of hot topics of patent applications and authorizations about ocean carbon sequestration from 2011 to 2020

2.2 專利申請人分析

2.2.1申請人主體

專利申請人是向?qū)＠痔岢鼍湍骋话l(fā)明取得專利請求的當(dāng)事人，其主體可以是自然人，也可以是機(jī)構(gòu)，本研究僅對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。對海洋碳封存相關(guān)技術(shù)專利的申請人名稱進(jìn)行規(guī)范化處理后，發(fā)現(xiàn) 2011—2020 年美國南加利福尼亞大學(xué)和韓國海洋科學(xué)技術(shù)院為在該領(lǐng)域內(nèi)提交專利申請數(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)專利主要申請人及其授權(quán)專利數(shù)量Figure 7 Main applicants of ocean carbon sequestration-related patents and their authorized patent numbers from 2011 to 2020

（1）韓國海洋科學(xué)技術(shù)院。較之美國南加利福尼亞大學(xué)，韓國海洋科學(xué)技術(shù)院申請的專利授權(quán)率更高，共有 12 件專利獲得授權(quán)，且大部分為獨(dú)立申請。韓國海洋科學(xué)技術(shù)院 2011 年就在韓國范圍內(nèi)提交了 4 件專利，主要為 CO2的海洋儲存管道運(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，每年都提交過海洋地質(zhì)方面 CO2運(yùn)輸、儲存或泄露監(jiān)測相關(guān)的專利，然而其僅在韓國本土提交專利申請，未進(jìn)行全球布局。

（2）美國南加利福尼亞大學(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。除了美國本土外，還在中國、英國、澳大利亞、加拿大、世界知識產(chǎn)權(quán)組織等提交過專利申請并獲得過授權(quán)，這從側(cè)面說明其專利技術(shù)水平在世界各國的認(rèn)可度較高。在海洋碳封存方面申請的專利技術(shù)多數(shù)為合作研發(fā)，其與美國加州理工大學(xué)合作申請的 9 件專利中有 3 件獲得授權(quán)。

（3）中國的申請機(jī)構(gòu)。① 浙江海洋學(xué)院。該學(xué)院是國內(nèi)近幾年在海洋碳封存領(lǐng)域提交專利申請和授權(quán)率都相對較高的機(jī)構(gòu)，2013—2014 年共獨(dú)立提交 4 份專利申請，并均獲得授權(quán)；其技術(shù)研發(fā)方向?yàn)槔煤ＫB(yǎng)殖（如海洋牧場、藻田、貝類）等進(jìn)行增匯固碳。②中國石油大學(xué)（華東）和大連理工大學(xué)。這 2 家機(jī)構(gòu)近幾年在海洋碳封存領(lǐng)域的專利申請相對其他機(jī)構(gòu)也比較活躍，均在天然氣水合物儲層置換CO2方法上有不同的技術(shù)創(chuàng)新；大連理工大學(xué)還考慮了將海水脫鹽與CO2捕集相結(jié)合進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。③其他。同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所、中國石油大學(xué)（北京）、西南石油大學(xué)等國內(nèi)高校或研究所近年也都嘗試在海洋碳封存領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，但目前為止進(jìn)展較緩。

2.2.2申請專利方向

將申請人分為高校、科研院所、企業(yè)和個人，并根據(jù)各專利的主 IPC 分類號解讀各項(xiàng)專利的主要技術(shù)類別后，發(fā)現(xiàn) 2011—2020 年這 4 類申請人的申請專利方向各有不同。① 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%。② 科研院所。專利結(jié)構(gòu)主要分布于 G01（測量、測試），其專利授權(quán)率高達(dá) 67.5%。③ 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%。④ 個人。以個人名義申請的專利大多分布在 B01，其專利授權(quán)率僅 23.6%。

2.2.3專利引用次數(shù)

專利的引用次數(shù)反映了各專利被其他專利引用的情況和參考價值。對各申請人的專利引用情況進(jìn)行統(tǒng)計（表 2），發(fā)現(xiàn)美國無人海洋機(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者的專利申請總量雖不多，但被引次數(shù)較高，這說明他們在海洋碳封存領(lǐng)域申請的專利具有較強(qiáng)的先進(jìn)性和創(chuàng)新性。

表2 2011—2020 年海洋碳封存相關(guān)專利被引數(shù)量超過 10 次的申請人/機(jī)構(gòu)及其被引專利件數(shù)和專利申請總量Table 2 Applicants whose patents were cited by more than 10 times, amount of their cited patents and filed applications about ocean carbon sequestration patents from 2011 to 2020

2.3 重要專利挖掘

2.3.1技術(shù)創(chuàng)新性較強(qiáng)的專利

例1：“用于給浮游植物施肥并封存大氣碳的自主波浪動力物質(zhì)分配船”專利。由前文提及的專利被引次數(shù)最多的申請人美國 Liquid Robotics 公司與自然人 Hine Roger G 共同申請（專利申請?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，共計被引 32 次。該專利發(fā)明了一種以波浪為動力的無人船，通過往海洋投入肥料促進(jìn)浮游植物生長，加強(qiáng)食物鏈中碳的固定，提高海洋生物的碳封存能力，同時改善區(qū)域內(nèi)的漁業(yè)資源。此專利于2014年被美國專利局授權(quán)，專利有效期至2032年；美國Liquid Robotics公司還對此項(xiàng)技術(shù)在歐洲專利局和中國香港進(jìn)行過專利布局，均獲得授權(quán)；但其在中國香港的專利權(quán)已失效，在中國境內(nèi)為公知公用狀態(tài)，可以免費(fèi)使用。

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。由位于美國加利福尼亞州的 Podenergy 公司聯(lián)合 4 位自然人共同開發(fā)（專利申請?zhí)枺篣S201313781597），被引次數(shù)在海洋碳封存領(lǐng)域排名第 2，共計 18 次，但至今仍未被授權(quán)。該專利涉及近海能源生產(chǎn)，通過生物厭氧反應(yīng)生產(chǎn)甲烷和氫氣，同時原地封存產(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?zhí)枺篊N201610071790.1），通過降壓采氣、注熱分解、CO2固結(jié) 3 個步驟循環(huán)，利用 CO2置換法開采天然氣水合物，克服了海底天然氣水合物在開采過程中天然氣易泄漏、易污染海洋環(huán)境與易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的難題。該專利共計被引 16 次，于 2017 年在國內(nèi)獲得授權(quán)，有效期至 2021 年。

例4：“海底地質(zhì)體C O2封存潛力評估方法”專利。由北京師范大學(xué)開發(fā)（專利申請?zhí)枺篊N201110200982.5），自2011年提交申請后共計被引14次，但至今尚未獲得授權(quán)。該方法利用海底盆地面積、沉積厚度、埋深系數(shù)等參數(shù)對海洋地質(zhì)封存 CO2的儲層封存潛力進(jìn)行計算，同時評估 CO2埋藏風(fēng)險。

例5：“基于水合物法的CO2捕集與海水脫鹽聯(lián)產(chǎn)裝置及方法”專利。由大連理工大學(xué)發(fā)明（專利申請?zhí)枺篊N201410109670.7），于 2014 年獲得授權(quán)，目前共計被引 13 次。該方法致力于在海水淡化的同時將 CO2轉(zhuǎn)化為水合物形式的固體，便于儲存。該專利有效期至 2034 年。

2.3.2市場價值較高的專利

專利轉(zhuǎn)讓是指專利申請人和專利權(quán)人把專利申請權(quán)和專利權(quán)轉(zhuǎn)讓給他人的法律行為；專利轉(zhuǎn)讓生效后，受讓人會取得專利申請人或?qū)＠麢?quán)人的法律地位，獲得專利的全部所有權(quán)。專利許可通常是指專利權(quán)人允許被許可方在一定區(qū)域內(nèi)、一定期限內(nèi)以一定方式使用專利，被許可人不持有專利歸屬權(quán)。通常，有一定市場價值的專利才會發(fā)生轉(zhuǎn)讓或許可。通過專利的轉(zhuǎn)讓和許可次數(shù)，可了解市場價值和技術(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)最多的專利為美國加州理工大學(xué)、美國南加利福尼亞大學(xué)和以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的“CO2封存方法和裝置”（專利申請?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。針對此方法，申請人在美國先后提交過 2 份專利申請，2 次申請的權(quán)利項(xiàng)有所不同，均獲得授權(quán)，并分別發(fā)生過 4 次和 3 次轉(zhuǎn)讓。此外，申請人還在其他國家嘗試進(jìn)行專利布局，但均未獲得授權(quán)。此外，美國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?zhí)枺篣S201615572704）先后發(fā)生過 5 次轉(zhuǎn)讓；該工藝通過向地層注入 CO2提高石油采收率，同時實(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 份申請專利雖發(fā)生過數(shù)次轉(zhuǎn)讓，但專利權(quán)最后都回到了原本申請人的手中，說明這些專利申請人對專利的市場價值重視程度較高。同時，“CO2封存方法和裝置”（專利申請?zhí)枺篣S201815996121）也是 2011—2020 年全球海洋碳封存領(lǐng)域申請的專利中唯一發(fā)生過許可的專利，專利被許可人為美國國家科學(xué)基金會（NSF），這說明 NSF 對這項(xiàng)專利的認(rèn)可度較高。

2.3.3產(chǎn)學(xué)研結(jié)合較緊密的專利

（1）引用文獻(xiàn)較多的專利。大多數(shù)情況下，一項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造能夠申請專利必須擁有一定的工業(yè)實(shí)用性。因此，通過對專利的科技文獻(xiàn)引用情況，能夠了解科學(xué)研究對發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)生的影響。一件專利引用科技文獻(xiàn)越多，代表科學(xué)研究對其技術(shù)的影響越強(qiáng)，該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合就越緊密。2011—2020 年，全球海洋碳封存領(lǐng)域引用科技文獻(xiàn)最多的專利為美國 Liquid Robotics 公司與自然人 Hine Roger G 共同申請的“用于給浮游植物施肥并封存大氣碳的自主波浪動力物質(zhì)分配船”（專利申請?zhí)枺篣S201213424239），共計引用30多篇科技文獻(xiàn)。前文提到過該專利是被引次數(shù)最多的專利，具有較強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新性和先進(jìn)性，是2011—2020年產(chǎn)學(xué)研結(jié)合在海洋碳封存領(lǐng)域應(yīng)用的代表。值得注意的是，該專利發(fā)生過一次轉(zhuǎn)讓，為共同申請人 Hine Roger G 將其所屬專利權(quán)全部轉(zhuǎn)讓給美國 Liquid Robotics 公司，這側(cè)面說明該公司對此專利具有一定重視度。此外，中國水產(chǎn)科學(xué)院南海水產(chǎn)研究所發(fā)明的“一種海洋生物固碳計算方法”（專利申請?zhí)枺篊N201711219935.9；未授權(quán)）、美國史密森尼環(huán)境研究中心發(fā)明的“用于快速測量水中 CO2的系統(tǒng)和方法”（專利申請?zhí)枺篣S201514937331；已授權(quán)且有效），以及日本 IHI 公司發(fā)明的“CO2氣體固定方法及其裝置”（專利申請?zhí)枺篣S201113817984；已授權(quán)且有效）均引用了 11—15 篇科技文獻(xiàn)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合較為緊密。這 3 項(xiàng)專利中，僅日本 IHI 公司的專利在日本、美國、新加坡、英國、加拿大、澳大利亞、挪威、世界知識產(chǎn)權(quán)組織進(jìn)行過專利布局，其他 2 項(xiàng)專利僅在發(fā)明人所在國家申請了專利保護(hù)。

（2）校企合作專利。校企合作專利申請是知識成果轉(zhuǎn)化、技術(shù)從理論創(chuàng)新到市場應(yīng)用的一種重要途徑，也是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的代表成果之一。在此領(lǐng)域，2011—2020 年校企合作申請的專利共 8 件，其中 4 件獲得授權(quán)，各專利基本情況見表 3。

表 3 2011—2020 年校企合作在海洋碳封存領(lǐng)域申請的專利基本情況及 IPC 分類號Table 3 Patent applications by school-enterprise cooperation in field of ocean carbon sequestration and their IPC categories, from 2011 to 2020

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)計未來會有一段時間的技術(shù)研發(fā)活躍期；但目前我國專利申請的質(zhì)量整體偏低，申請的專利授權(quán)率不高，在市場應(yīng)用價值和知識成果轉(zhuǎn)化方面還有待提高。因此，急需吸收各國先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提高技術(shù)創(chuàng)新力和核心競爭力。本文通過對海洋碳封存技術(shù)專利的分析，研究了技術(shù)發(fā)展趨勢和研究熱點(diǎn)，對比了技術(shù)研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)的機(jī)構(gòu)，并挖掘技術(shù)創(chuàng)新性較強(qiáng)、市場價值較高、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合較緊密的專利，發(fā)現(xiàn)近幾年與海底能源和資源開發(fā)相結(jié)合的海洋碳封存技術(shù)更受各國科研人員和市場青睞。例如，海洋天然氣水合物和油氣開采、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)劣勢不一。為提高技術(shù)創(chuàng)新力，節(jié)約研發(fā)過程中的試錯成本，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。通過吸取國內(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)勢的同時，補(bǔ)足各類技術(shù)的短板，提高技術(shù)應(yīng)用價值。例如：① 以海洋地質(zhì)為基礎(chǔ)的碳封存方法，如結(jié)合天然氣水合物或石油開采的 CO2置換封存法等，具有較高市場價值，較優(yōu)技術(shù)有效性和持久性，因此相關(guān)專利研發(fā)可側(cè)重于降低技術(shù)實(shí)施成本，減少自然災(zāi)害風(fēng)險等；② 利用海洋生物進(jìn)行增匯固碳，如海水養(yǎng)殖、濱海濕地“藍(lán)碳”等，具有一定經(jīng)濟(jì)效益，但其封存能力可逆，因此可著力解決技術(shù)長效性和穩(wěn)定性的問題；③ 利用海水溶解 CO2或海洋肥化等化學(xué)方法進(jìn)行CO2封存，可能影響海洋生態(tài)環(huán)境，其封存能力和長效性也有待提高。有效性、持久性和穩(wěn)定性是碳封存能力評估的重要標(biāo)準(zhǔn)，但在碳封存效果相當(dāng)?shù)那闆r下，兼顧經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)更具發(fā)展?jié)摿Α４送猓槍μ挤獯嫘Ч谋O(jiān)測設(shè)備和評估方法的技術(shù)研發(fā)也是未來海洋碳封存領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要方向。

（3）專利布局建議。我國的海洋碳封存領(lǐng)域未來一段時間的研發(fā)活動可能會逐年增多，科學(xué)的專利布局策略可提高我國在此領(lǐng)域的話語權(quán)。為規(guī)避專利風(fēng)險，提高我國專利的市場覆蓋率和技術(shù)知名度，專利申請可考慮在多國進(jìn)行專利布局，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用范圍，進(jìn)而為我國未來海洋碳封存技術(shù)的實(shí)地試驗(yàn)和市場應(yīng)用從領(lǐng)海向其他海域拓展做好鋪墊。專利技術(shù)研發(fā)應(yīng)結(jié)合市場需求，加強(qiáng)校企合作，通過“產(chǎn)-學(xué)-研-用”聯(lián)合機(jī)制促進(jìn)知識成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，但為了防范校企之間的專利紛爭，在專利申請階段應(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。

附錄1 海洋碳封存相關(guān)技術(shù)專利檢索策略

本文進(jìn)行海洋碳封存相關(guān)技術(shù)專利的檢索式為：(ICMS = (A01G OR A01H OR A01K OR B01OR B07OR B09OR B63B OR B63J OR B65G OR B67D OR C01 OR C02 OR C03 OR C07 OR C08 OR C12 OR C25 OR G01 OR G05 OR G06) OR (ICMS = (E02 OR E21 OR F01 OR F02 OR F03 OR F04 OR F16 OR F17 OR F25) AND TS = ((封存 OR 貯藏 OR 貯存 OR 埋 OR 儲碳 OR 碳儲 OR儲層 OR sequester* OR sequestration OR inject* OR fix* OR store* OR storage) ))) AND TS = (海水 OR 海床 OR 沿海 OR 海岸 OR 濱海 OR subsea OR “sea water” OR undersea OR “under sea” OR ocean* OR oceanic OR seabed OR “sea bed” OR marine OR 海底 OR off-shore OR offshore OR seafloor OR “deep sea” OR deep-sea OR deepsea OR 海洋 OR 深海 OR seawater OR “sea floor”O(jiān)R submarine) AND TS = (碳 OR 二氧化碳 OR carbon OR “carbon dioxide” OR CO2) AND TS = ((碳中和 OR 藍(lán)碳 OR 二氧化碳湖 OR 封存 OR 貯藏 OR 貯存 OR 埋 OR 儲碳 OR 碳儲 OR 儲層 OR 碳匯 OR 增匯 OR 固碳 OR 碳礦化 OR 礦物碳化 OR 礦石碳化 OR 礦碳化 OR CO2湖 OR “CO2 湖” OR 肥化 OR 鐵肥 OR “carbon neutral*” OR “neutral* carbon” OR “carbon dioxide lake” OR “CO2 lake” OR sequester* OR sequestration OR storage OR injection OR inject* OR store* OR fix* OR mineralization OR mineralisation OR mineraliz* OR “mineral carbonate” OR (carbon AND fertiliz* AND (sequest* OR fix* OR storage)) OR ((地層 OR沉積 OR 地質(zhì) OR sediment* OR geology OR geological* OR stratum) AND (封存 OR 貯藏 OR 貯存 OR 埋 OR 儲碳 OR 碳儲 OR 儲層 OR sequester* OR sequestration OR inject* OR fix* OR store*)))) AND PT =1