基于专利视角的中国大气环保产业技术创新能力研究

摘要：根据2000—2018年中国大气污染治理技术专利数据,采用专利分析法,从产出趋势、领域分布、空间分布、申请人等方面研究中国大气环保产业技术创新能力。结果表明:中国大气环保产业技术创新能力稳步提升,尤其是《大气污染防治行动计划》等规划和政策的实施有力推动了大气环保产业技术创新;近年来,袋式除尘、室内空气净化、有机废气处理等行业技术产出能力增势明显;大气环保产业技术创新能力呈东高西低的分布格局,技术创新产出主要集中在长江三角洲、珠江三角洲等地区;大气环保产业技术创新主体是企业,但技术创新能力明显不及美国、日本、德国的巨头企业。提出推动我国大气环保产业技术创新能力提升的对策建议,即形成大气环保产业技术创新政策驱动力,扶持大气环保民营企业,促进产学研深入协作。

近年来,随着大气环保力度加大,中国大气环保产业取得了较大的发展。大气环保产业作为战略性新兴产业,本质是创新驱动型产业,技术创新是产业发展的根本动力。近年来,学术界对环保产业技术创新能力多有关注,已有研究往往从投入、产出、效率、绩效等角度对环保产业的创新水平做出评价[1,2,3,4],由于环保产业统计口径缺失,缺乏细分数据,很多研究只能采用案例分析、调查问卷或代理指标等方法,对象也往往是选取的样本环保企业,难以全面把握环保产业技术创新的全局、趋势和方向。于是,作为与技术创新活动关系最为密切的专利,逐渐被应用于评价环保产业的技术能力和创新能力。如国家知识产权局曾组织相关单位开展包括节能环保产业在内的战略性新兴产业专利技术动向调查工作,分析重点技术和发展方向[5];刘艳梅等[6,7]基于专利数据分别从技术创新国际态势、产学研协同创新等角度研究战略性新兴产业的技术创新能力;林卓玲等[8]基于专利数据分析了广东省环保产业的技术创新能力。笔者进一步聚焦大气环保产业,基于专利视角分析产业技术创新能力,有助于全面研判我国大气环保产业技术创新现状和存在问题,推动大气环保产业技术创新,提升大气环保产业核心竞争力。

1 研究方法与数据来源

专利是产业技术创新成果的重要表现形式,其作为科技研发过程中定义明确、由法定机关经法定程序授予的产出成果,客观上反映了一个产业的核心竞争力,很大程度上代表了产业的技术创新能力[9]。由于专利数据具有信息丰富完备、覆盖时间长、真实可靠等特征[10],常被用作衡量产业技术创新能力的评价指标[11,12,13],可以用于判断技术发展趋势[14],预测技术发展方向[15]等。专利分析是研究产业技术创新的重要内容,分析大气污染治理技术专利数据可以很大程度上反映大气环保产业技术创新能力。

选用上海知识产权信息平台检索系统,该系统作为高度集成的专业化专利数据库集群联机检索系统,是目前我国功能较全面、先进的检索系统,可提供Txt、Html和Access数据格式的题录文摘下载功能,便于对专利数据进行筛选和分析。

按照国际专利分类(IPC)进行检索。IPC是世界知识产权组织制定的一种专利技术分类系统,能够反映专利设计的技术领域,被各国普遍认同,采用IPC方法可以获得相对全面、准确的数据。根据经济合作与发展组织(OECD)公布的大气污染治理技术专利分类号整理出大气环保产业主要技术领域的IPC分类号,如表1所示。

分析时间段为2000年1月1日—2018年12月31日,以专利公开日(即专利授权日)为准。由于实用新型专利和外观设计专利相对发明专利而言创新程度较低[17],发明专利更能体现技术创新能力,因此检索专利类型选择发明专利。按照表1所列的IPC分类进行检索,得到35 833条专利数据。按照专利公开号剔除重复数据,得到有效数据34 869条。

2 专利分析

2.1 技术产出趋势

图1为2000—2018年中国大气环保产业技术的专利授权量。从图1可以看出,2000年以来大气污染治理技术在中国稳步发展,专利授权量持续增长,但增长速度相对缓慢,2012年专利授权量出现快速增长,2014年起专利授权量再次迅速攀升并在之后保持了迅猛增长的态势,2012—2018年的专利授权量达28 224件,占2000—2018年全部专利授权量的80.9%。研究同期的环境政策可以发现,2011年国务院印发了《“十二五”节能减排综合性工作方案》(简称《工作方案》),明确了增加污染物约束性指标、扩展污染减排领域、实施脱硫脱硝电价和区域限批等一系列重要的政策措施。2013年国务院印发了《大气污染防治行动计划》(简称“大气十条”),明确了空气质量改善的具体指标,并提出加快企业技术改造,提高科技创新能力,加强脱硫、脱硝、高效除尘、挥发性有机物控制、柴油机(车)排放净化等方面技术研发,推进技术成果转化应用。之后又修订和颁布了《大气污染防治法》《“十三五”生态环境保护规划》《“十三五”节能环保产业发展规划》《“十三五”环境领域科技创新专项规划》等一系列相关规划与政策法规,这些标志性政策文件的出台和执行,引领了大气环保产业技术专利的快速增长,有效促进了大气污染治理的技术创新。

图2为2000—2018年中国大气环保产业技术国内和国外来华专利授权量。从图2可以看出,2000—2011年,国内和国外来华专利授权量占比大致相当,为51:49,外国大气污染治理技术大量渗入中国大气环保产业市场,占据了中国专利的半壁江山。国外优秀企业和先进技术的进驻一方面带动了国内环保产业的技术创新,另一方面也给国内创新主体带来了激烈的竞争。2012—2018年,国内专利授权量大幅提高,国外来华专利授权量则保持相对稳定的水平,2018年,国内专利授权量占比已达91.1%。这表明,在国家大气环境保护政策利好下,国内大气环保产业的核心竞争力逐步提升,国内专利申请人已经占据大气环保产业的主导地位,成为大气环保技术创新的主体。

2.2 技术领域分布

图3为大气环保产业技术专利的主要领域分布。从图3可以看出,我国大气环保产业的技术热点领域主要集中在B部(作业、运输)和F部(机械工程、加热等)。排名第一的是B01D46,即用于把弥散粒子从气体或蒸汽中分离出来的经过改进的过滤器和过滤方法,授权量为8 394件。专利授权量超过1 000件的领域还有F01N3、B01D50、B01D47、B03C3、B01D53∕46—72、F23J15,以上排名前7位的领域专利授权量为30 503件,占全部专利授权量的87.5%,反映了我国大气环保产业技术的主要发展方向。

图4为2000—2018年主要大气环保产业技术领域专利授权量。从图4可以看出,近年来,B01D46、B01D50和B01D47领域专利授权量增速较快,主要涉及袋式除尘、室内空气净化、厨房油烟净化、有机废气处理等行业;F01N3、B03C3领域专利授权量稳定增长,增速较为平稳,主要涉及机动车污染防治、电除尘等行业;B01D53∕46—72、F23J15领域专利授权量增速放缓,主要涉及脱硫、脱硝等行业。

近年来我国重污染天气形势严峻,大众对健康空气环境需求日益迫切,大气排放标准日趋严格,特别排放和超低排放成为常态,VOCs污染防治成为大气污染防治的重点工作之一,“十二五”以来相继颁布了一系列相关政策、法规,客观上为袋式除尘、室内空气净化、有机废气处理等行业提供了市场需求和发展机遇。袋式除尘是去除颗粒物,降低工业烟粉尘排放的主流技术,目前我国加工制造的袋式除尘装备以及配套的各种纤维、滤料、配件性能已经接近或达到国外同类产品技术水准,众多具有国内自主知识产权并适合我国国情的技术已步入国际先进行列;空气净化器家用领域主要技术是物理过滤,未来将朝着高净化容量、低耗材的滤网技术和产品降噪技术方向改进;有机废气治理技术得到快速发展,吸附回收、吸附浓缩等主流技术不断完善,一些新的治理技术也在不断发展;机动车污染防治行业技术水平得到明显提升,一些技术水平较高的企业能及时为市场提供满足质量要求的尾气后处理装置;燃煤电厂电除尘技术已经达到国际先进水平,跻身电除尘器世界强国之列,冶金、燃煤锅炉等非电领域的除尘技术也在不断发展;燃煤机组的NOx、SO2控制技术基本达到国际先进水平,部分甚至达到国际领先水平。近年来随着煤电超低排放改造的完成,火电超低排放市场萎缩,未来脱硫、脱硝行业将进入以非电燃煤行业为主的市场,而在钢铁、水泥、工业锅炉等非电行业的脱硫、脱硝技术方面存在很大的缺口。

2.3 技术空间分布

表2为中国各地区大气环保产业技术专利授权量分布。从表2可以看出,我国大气环保产业技术空间分布不均衡,东中西部呈较为明显的分异和集聚化特征,专利授权量呈“东高西低”的格局,集中分布在长江三角洲和珠江三角洲。授权量排名第一的江苏省为6 226件,远高于其他省(区、市),占全国授权量的23.0%,占据大气环保产业技术创新领域的领军地位。排名前5的还包括浙江省、广东省、安徽省和北京市,专利授权量分别为2 575件(9.5%)、2 134件(7.9%)、1 974件(7.3%)和1 756件(6.5%),大气环保产业技术创新水平较高。大气环保产业技术专利产出分布与环保产业空间分布吻合度较高,技术产出的集聚区也是环保产业的集聚区,这些地区经济发达,环境管理要求相对严格,人才和资金基础良好,政策机制灵活,技术创新实力强,有利于环保产业集聚,环保产业的集群效应有效提升了核心技术的竞争力,也推动环保产业技术逐步发展成熟。

2000—2018年,共有47个国家或地区在华获得大气环保产业技术专利授权,授权量达7 818件,占中国专利授权总量的28.9%。图5为国外来华拥有大气环保产业技术专利授权量排名靠前的国家。由图5可见,美国、日本、德国来华专利授权量分别占据了国外来华授权总量的31.6%、30.1%和17.7%,基本垄断了大气环保产业技术领域国外来华授权的专利市场,可见上述3个国家非常重视大气污染治理技术在中国市场的布局。

2.4 技术申请人

图6为中国大气环保产业技术专利的国内申请主体构成。

从图6可以看出,我国大气环保产业技术创新主体由企业、个人、高校、科研机构和产学研合作等构成。企业是大气环保产业技术创新的主体,企业拥有的专利授权量占总授权量的62.5%。个人拥有的专利授权量也占比较大(21.9%),甚至高于高校和科研机构作为独立申请人的专利授权量之和。高校和科研机构拥有的专利授权量分别占9.3%和2.3%。以产学研合作形式申请的专利数量不多,仅占3.9%。此外,还有0.1%的专利授权给政府部门、非政府组织等其他单位。

根据合作关系的不同,把产学研合作形式分为企业-企业、企业-高校、企业-科研机构以及高校-科研机构等。由图6可见,企业-企业是产学研合作的主要形式,占产学研合作形式的57.3%。企业-高校、企业-科研机构分别占产学研合作形式的21.8%和17.4%,说明高校相对于科研机构进行产学研合作创新的程度更高。以企业-高校形式获得的专利仅占高校全部发明专利的8.2%,以企业-科研机构形式获得的专利占科研机构全部专利的21.6%,说明相对于科研机构,高校进行了更多的独立研发。同时,如何通过技术转移把更多的技术创新成果推广到企业并转化为现实生产力,是科研机构和高校共同面临的重大问题。此外,还有3.5%的产学研合作是高校-高校、科研机构-科研机构、高校-科研机构等合作组合形式,但总体上占比较小。

表3、表4分别是国内和国外获得中国大气环保产业技术专利授权量排名前10的企业、高校或科研机构。

虽然从专利授权量上看,国内创新主体已经占据大气环保产业技术创新的主导地位,但我国是以量多取胜,我国大气环保领域龙头企业的技术创新能力远不及美国、日本和德国的巨头企业,如日本的丰田、五十铃,美国的通用、福特,德国的罗伯特·博世等知名企业在华拥有的专利授权量都远超国内龙头企业和知名高校。我国大气环保产业技术创新主体主要是企业,而且绝大部分是民营企业,其技术创新动力和能力普遍不足,多注重市场开拓,忽视技术创新和研发投入,产品技术含量和附加值低,缺乏核心竞争力。

3 结论与建议

3.1 结论

(1)2000年以来我国大气环保产业技术产出能力稳步提升,尤其是“十二五”以来“大气十条”等一系列规划和政策的实施,有力推动了大气环保产业的技术创新。国内大气环保产业自主创新能力逐步提升,掌握了一批具有自主知识产权的关键技术,成为中国大气污染治理的中坚力量。

(2)大气环保产业技术专利覆盖除尘、脱硫、脱硝、机动车尾气污染防治、室内空气净化、有机废气处理等主要的大气环保行业领域。近几年来,煤电超低排放改造即将完成,脱硫、脱硝行业技术创新产出有所放缓;机动车污染防治、电除尘行业技术产出稳定增长;随着国家和地方环保政策和排放标准的收严,大众对健康空气环境质量的关注,袋式除尘、室内空气净化、有机废气处理等行业技术产出增长势头明显。

(3)我国大气环保产业技术创新产出空间分布不均衡,呈“东高西低”的格局,主要集中在长江三角洲和珠江三角洲等经济发达、人才丰富、技术开发转化能力强的地区,这些地区同时也是中国大气环保产业集聚的地区。

(4)美国、日本和德国非常重视大气污染治理技术在中国市场的布局,基本垄断了国外来华授权专利。我国大气环保产业技术创新主体是企业,而且绝大部分是民营企业,与美国、日本、德国的巨头企业相比,我国大气环保企业的技术创新能力明显不足。产学研合作在大气环保产业技术创新中发挥的作用有待提升,技术创新成果转化为现实生产力是高校和科研机构共同面临的重要问题。

3.2 建议

(1)建立和完善有利于大气环保产业技术创新的政策体系和激励机制。大气环保产业技术创新对政策有着极高的依赖性,国家和地方出台和执行环境政策和法规标准的宽严程度很大程度上会影响到大气环保产业技术创新的活跃度。因此,国家和地方应当加强环保监管执法力度,充分利用各类政策工具,形成规制与激励并存的推动大气环保产业技术创新的政策驱动力。

(2)扶持大气环保企业,培育核心竞争力。我国大气环保产业技术创新的主体是企业,大部分是中小型民营企业,创新能力不足,国际竞争力弱,需要国家大力扶持。环保企业的一个突出问题是融资难,需要拓宽环保企业融资渠道,形成多元化的投入机制,在银行贷款、股票上市、发行债券等方面对大气环保民营企业给予更多的优惠支持;探索新型资本模式,为技术创新和成果转化项目提供风险担保和风险投资。

(3)促进产学研深入协作,畅通技术成果转化渠道。虽然大气污染治理领域创新主体数量众多,但是资源分散,缺乏凝聚力,产学研合作创新成果产出不多,科研院所和高校的技术创新优势尚不明显。因此,亟需完善产学研合作机制体制,促进产学研协同创新,实现不同创新主体间科技资源的整合和共享;建立先进大气污染治理技术的推广转化机制,加快大气环保技术的产业化进程。