餐厨垃圾厌氧消化技术专利分析

姜玉梅

一、概述

餐厨垃圾，即湿垃圾，是城市生活垃圾的一部分，兼具资源属性和污染物属性。我国餐厨垃圾具有高有机物含量、高含水率、高油、高盐分等特点。同时，餐厨垃圾又具有难保存、易腐败，难收集、易堵塞，难清理、易散味道，难转运、易生虫的污染物属性特点。厌氧消化处理是指在特定的厌氧条件下，微生物的代谢作用将有机垃圾进行分解，其中的碳、氢、氧转化为甲烷和二氧化碳，而氮、磷、钾等元素则存留于残留物中，并转化为易被动植物吸收利用的形式[1]。厌氧消化技术具有减量化程度高、产物具有经济性、可代替部分不可再生能源、可有效减少病原菌、自动化程度高、技术可靠、经济效益高等优点，是我国餐厨垃圾后端处理的研究重点和发展方向。

二、专利申请状况

本文以DWPI（德温特世界专利索引数据库）、CNABS（中国专利检索系统文摘数据库）、INCOPAT数据库为检索数据库，检索截至日为2020年08月22日，对餐厨垃圾厌氧消化技术在国内和全球相关专利申请申请情况进行检索梳理，分析其发展趋势和研发方向。

1、专利申请态势

如图1所示，全球餐厨垃圾厌氧消化技术专利申请趋势大体分为五个阶段。

萌芽期：厌氧消化技术在19世纪末至20世纪初就已出现，但最初的厌氧消化技术主要应用于对粪便和废水的处理。直到20世纪60年代，加利福尼亚大学的Golueke和伊利诺伊大学的Pfeffer开展了利用餐厨垃圾甲烷发酵后回收能源的可行性试验[2]，才真正拉开了餐厨垃圾厌氧消化技术基础研究的序幕。

第一快速发展期：20世纪70年代后期至80年代中期，全球餐厨垃圾厌氧消化技术专利申请量第一次呈现快速增长趋势。在政策的支持和影响下，特别是以德国、奥地利、丹麦、瑞典、芬兰等为代表的欧洲国家，进行了一系列餐厨垃圾相关技术开发，并不断派生出一批新的高效厌氧消化处理工艺。

调整期：20世纪80年代后期至90年代初，经历了第一快速发展期，全球厌氧消化技术进入初步成熟稳定阶段，此时受到全球政治经济动荡冲击，全球专利申请量出现大幅度下降。

第二快速发展期：20世纪90年代中期至2005年，餐厨垃圾厌氧消化技术快速发展，在湿式厌氧消化技术进一步发展完善的同时，干式厌氧发酵技术得到了更多的关注，并快速发展，采用厌氧消化工艺处理餐厨垃圾的处理厂在以德国为首的欧洲国家得到大规模推广使用。

波浪式发展期：2006年至今，全球餐厨垃圾厌氧消化技术专利申请量呈现平稳发展趋势。在此期间，中国的相关专利申请量增速尤为明显，并逐步位居世界首位。

图 1 餐厨垃圾厌氧消化技术全球专利申请量趋势

从图2可以看出，餐厨垃圾厌氧消化技术在华专利申请总体呈现波浪式上升态势，最早涉及餐厨垃圾厌氧消化技术的专利申请为1985年德国兰德股份公司的在华申请（CN85102347A），此时，国外厌氧消化技术第一个高峰已经接近尾声，而中国专利制度刚刚起步。随后至2007年，在华申请量一直处于较低水平，主要为外国企业在华布局。2004年起，国内申请人才开始逐渐布局；2008年起进入快速增长期，国内申请人逐渐活跃，申请人数量和申请量均大幅增长，此时国外第二个高峰已经结束，国外申请人在国内布局逐渐减少，国内申请人成为主要创新主体，并逐渐影响了全球的申请趋势。

图2 餐厨垃圾厌氧消化技术在华申请申请趋势

2、地域布局分析

图3示出餐厨垃圾厌氧消化技术主要来源国的申请量分布，德国是最大的技术产出国，日本和中国紧随其后，三国申请总量达到了全球的64%。结合图4全球餐厨垃圾厌氧消化技术主要原创地和市场地之间的专利申请流向情况，可知，中国、日本、欧洲同样也是餐厨垃圾厌氧消化技术的主要市场。德国在全球布局最为活跃，在欧洲各国以及美国、中国、日本和韩国等国外市场均有一定数量的专利布局；奥地利、比利时、英国、法国、瑞士等欧洲国家主要在欧洲各国市场布局，在国外其他国家也有不少技术输出。整体来看，厌氧技术在欧洲输出和布局均比较活跃。而中国和日本作为技术主要原创国和目标国，其厌氧技术主要集中在国内市场，在本国以外的国家布局较少；美国则主要以输入技术为主，厌氧技术在美国相对不是很活跃。

图3 餐厨垃圾厌氧消化技术主要来源国申请量分布

图4 餐厨垃圾厌氧消化技术主要来源国的专利申请流向气泡图

3、技术分布

图5显示了全球餐厨垃圾厌氧消化技术中按照干式、湿式厌氧消化以及联合厌氧消化划分的三个技术分支的申请量趋势。由图可见，湿式厌氧消化技术最先发展起来，并在20世纪70年代末至80年代初出现了一次明显的快速发展期；而干式厌氧发酵技术最早出现于20世纪80年代初，并在随后的近20年中处于缓慢发展的过程。进入21世纪后，干式厌氧发酵技术呈现出了明显的快速增长，在2005-2015年期间，干式与湿式厌氧消化技术旗鼓相当；联合厌氧处理技术最早出现于20世纪80年代初期，在之后的近20年中处于停滞状态，直到20世纪90年代末期才重新发展起来，但申请量一直处于较低水平。

图5餐厨垃圾厌氧消化各技术分支全球申请量分布

4、创新主体分析

图6,7给出了全球和在华餐厨垃圾厌氧消化技术的主要创新主体排名。从全球来看，富士电机在该领域的申请量排名第一位，前七位均来源日本，中国的蓝德环保位列第八位，维尔利和宁波开诚分别位于第十三和十四位。其中，贝肯、SCHMACK BIOGAS以干式为主，富士电机、久保田、松下电工、大阪瓦斯、维尔利、均以湿式为主，而栗田工业、UTS UMWELT TECHNIK SUED、蓝德环保、鹿岛建设、宁波开诚兼顾湿式和干式，三菱重工和荏原制作所在联合处理上研究较多。而在华申请，蓝德环保的申请量排名第一位，维尔利、宁波开诚位列第二三位。在华创新主体前六均为大的环境相关企业及上市公司，有利于专利技术的转化和应用。

图6 餐厨垃圾厌氧消化技术全球主要申请人排名

图7 餐厨垃圾厌氧消化技术在华创新主体排名及各分支分布

三、小结

全球申请趋势经历了20世纪70年代后期至80年代中期、20世纪90年代中期至2005年两个快速发展小高峰后，进入一个新的发展阶段，前两个发展高峰均为国外申请，体现了国外技术的发展趋势，2006年至今，中国申请开始持续快速增长，并逐渐超过其他国外或地区总申请量，使得全球总申请量进入新的快速增长期，中国成为餐厨垃圾厌氧消化技术最为活跃的国家。在华专利申请总体呈现波浪式上升态势，2007年以前一直处于较低水平，申请人主要为外国企业在华布局，2004年起，中国申请人才开始逐渐布局；2008年起进入快速增长期，国内申请人逐渐活跃，申请人数量和申请量均大幅增长，国内申请人成为主要创新主体，并逐渐影响了全球的发展趋势。

在分支技术方面，湿式厌氧发酵技术最先发展起来，全球第一个专利申请小高峰绝大多数都为湿式厌氧发酵技术，到目前为止湿式仍为厌氧消化的主流技术。进入21世纪后，餐厨垃圾干式厌氧发酵技术呈现出了明显的快速增长，在2005-2015年期间，干式与湿式厌氧发酵技术旗鼓相当，干式成为厌氧消化的研究热点。国内干式和湿式发展较为同步，数量上湿式略高于干式，但干式近年来增速明显，已有超越湿式的趋势。

具体到全球重点国家，日韩湿式厌氧消化技术占了绝大部分，湿式厌氧发酵是日本和韩国餐厨垃圾厌氧消化采用的主流技术，美国则相反，干式厌氧发酵技术在美国餐厨垃圾厌氧消化处理市场中属于主流技术，主要是由于美国为干式厌氧发酵技术的主要输入国之一。而在德国、欧洲和中国的餐厨垃圾厌氧消化专利申请中，湿式和干式厌氧发酵技术比较均衡。德国是厌氧消化技术最大的技术产出国，其次是日本、中国。中国是最大的技术目标市场国，日本市场紧随其后，与中国市场旗鼓相当，中国、日本、欧洲是餐厨垃圾厌氧消化技术的主要市场。

[1] 连红民. 干式厌氧发酵法处理餐厨垃圾的研究[D].西南交通大学,2015.

[2]李玉友,牛启桂.有机废弃物厌氧消化技术展望[J].生物产业技术,2015(03):35-42.