我国生物能源技术专利部署

世界生物能源技术的发展应用情况　　世界生物能源技术的发展应用主要有四大方向：基于沼气池等传统设备的生物能源技术、基于生物优选和转基因技术的生物燃料技术、生物发电技术、生物燃料电池技术。在这些技术方向上，系统化的工业应用项目已经大量投入运行。在主要攻关方向上，国外也出现了很多重大研究突破。
　　例如，在生物燃料领域，合成基因组公司优选了一种藻类，它大约一半的质量都是油脂，可作为优秀的燃料生物大量培养；该公司还开发了一种能够生成新型飞机燃料的微生物，它与酒精或丁醇类似，但不吸收水，燃烧效率更高，该微生物的提取物可作为飞机燃料使用。活油料公司则开发了转基因生物燃料，以及优选的藻类生物电池燃料。
　　在生物发电和生物电池领域，牛津大学研制出一种生物电池，它装备的生化酶能吸收空气中的氢、氧，进而自动发电。德克萨斯大学研制出一种人体微型生物电池，能依靠人体内的液体发电、蓄电。这种电池可为植入人体的RFID、GPS、生物传感器、生物机器人等微电子设备提供电力支持。ADS公司还发明了利用动物肌肉运动为植入生物体内的电子设备充电的生物电池。美国能源部西北太平洋国家实验室利用蛋白质的细胞膜外电子传递功能，开发了一种采集人体新陈代谢多余能量的生物电池。
　　此外，美国圣－路西亚大学的研究人员开发了一种依靠任何液体，包括酒精工作的生物电池，其效率比普通电池高62倍。美国研究人员还设计了利用糖的生物电池，它包括两块并列的微型光纤板，长度约1／4英寸，可产生600纳瓦特的电流，能带动一个微电路。它也可以为RFID、GPS、生物传感器、生物机器人等微电子设备提供电力，使上述电子设备可以在任何包含糖份的生物组织中停留或者漫游。例如，具有这种生物电池的RFID设备可以嵌入人体，进行不需要任何外部电力支持的永续运行。
　　2007年8月23日，索尼公司通过视频资料向全球宣布，它发明了一种微型生物电池，可在葡萄糖溶液或者含糖饮料中生成电流，足以支持闪存式Walkman播放器、小型风扇等电驱设备。这个发明显示，利用富含葡萄糖的体液为体内电子设备提供电力支持的技术即将在全球掀起一场诊断、医疗、保健，以及生物跟踪、监视设备的普及化运动。
　　随着技术的日益成熟，生物能源产业的发展壮大从依靠技术进步转变到依靠政策支持。为了推进生物能源技术的发展，各国颁布了不少政策、法规。例如，日本的阳光计划、巴西的酒精能源计划、印度的绿色能源工程都主要用于推进生物能源技术的发展。各国还颁布了食品循环法、垃圾降解处理法、清洁能源法等法规，用于推进相关政策的实施。
　　在政府的推定下，生物能源技术取得了较大发展。例如，目前，全球生物发电装机容量已经超过风电、光电、地热等几种可再生能源发电量的总和。相比之下，我国生物发电仅占可再生能源发电装机容量的0．5％。主要发达国家的沼气技术、生物电池技术、优选和转基因生物燃料技术的应用也比较普及。例如，纽约一些垃圾站采用湿法处理有机垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。有些美国公司利用稻谷等纤维素废料建设酒精电厂，为数以万计的家庭提供了稳定的电力支持。美国通用汽车公司研制的村级生物发电系统可在处理废料的同时为大量家庭提供电力。上述设备都已经在美国市场广泛推广。在日本，每年家畜排泄物约1亿吨，食品废弃物超过2000万吨。这些有机垃圾大部分都能通过生物能源系统予以处理应用。
　　我国生物能源技术的发展应用情况
　　我国生物能源技术的发展取得了很多成就。例如，我国已经能够独自设计、建设大型生物发电厂，而且主要设备都已经实现国产化。我国在生物燃料电池、优选生物燃料的研究方面也取得了很多技术突破。在沼气技术方面，我国研究、筛选了300多株厌氧微生物菌种，认定了严禁沼气池使用的材质，如黄花蒿、梧桐叶、臭椿叶、水杉、桃叶、苦楝叶、断肠草、猫儿眼、银杏叶、辣蓼子、泡桐叶等。在嗜热厌氧纤维素酶、产甲烷菌、纤维素厌氧降解及沼气发酵菌剂、嗜热纤维素分解菌、复合沼气发酵菌剂、沼气厌氧固态发酵、厌氧纤维素分解菌等领域，我国也取得了很多技术成就。在技术标准化方面，我国也取得了很多成果。例如，《沼气工程技术规范第1部分：工艺设计》、《沼气工程技术规范第2部分：供气设计》、《沼气工程技术规范第3部分：施工及验收》、《沼气工程技术规范第4部分：运行管理》、《沼气工程技术规范第5部分：质量评价》、《规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程》、《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》和《沼气发电机组》等工业标准已经颁布实施。
　　在产业发展方面，我国生物能源技术的应用规模居全球第一位，但是总体技术含量较低。例如，我国已经在农村地区兴建沼气池上千万座，数量居全球首位。我国在科尔沁、黑山、辽源、沙雅、晋州、宿迁、句容、单县、垦利、菏泽等地建成或者在建生物发电厂多座，一般项目投资都超过2个亿，有些投资额更大。例如，菏泽的项目投资额将超过5亿；辽源生物电厂投资额将超过6亿。总体上看，我国生物能源技术的应用规模很大，发展速度很快，但是技术水平较低。在主导未来生物能源产业的转基因技术、生物电池技术等领域，我国基本没有发布开创性的技术成果，这些领域的系统化工程研究则几乎没有国内机构介入。
　　我国生物能源技术的专利部署情况
　　受全球专利部署态势影响，我国国家知识产权局公布的生物能源专利技术文献具有两个特点：
　　第一，全球专利部署的资源优化趋势使我国成为全球专利部署的三大核心区。由于绝大部分国家市场狭小，工业制造能力弱，司法效率不高，企业在这些国家部署专利的必要性正日渐丧失。美国、欧洲、中国已经成为外国企业集中经济资源，开展专利部署的优选地区。从发展趋势看，试图在国外专利部署的大部分企业将不需在大量发展中国家，以及日本等发达国家开展专利部署。从法律和经济效果看，在美国、欧洲、中国三大专利局申请专利就基本可以实现制造权、销售权的全球独占。这使得中国成为国外企业开展全球专利部署的核心区域之一。和其他国家相比，我国公开的国外专利文献，包括生物能源技术文献数量较多。
　　第二，全球专利部署的分层趋势使我国公开的大量外国专利文献缺乏技术含量。从欧洲、美国、日本企业在华专利部署的趋势看，外国企业一般不把开创性专利部署到中国，而主要把大量下游工业化应用专利部署到中国这个“世界工厂”。也就是说，国外高技术企业的系统化研究公开主要发生在欧洲、美国、日本专利局。一些下游专利则部署到中国。这就使得我国公开的外国专利普遍缺乏技术含量，而且在申请时间上远离开创性发明专利在国外的公开时间。
　　尽管存在上述两个特点，研究我国专利文献的披露情况对分析相关技术，包括生物能源技术的工业应用前景有益。而且，正因为上述两个特点，我国专利情报恰恰最适合充当全球产业发展的晴雨表。从应用看，我国生物能源专利技术主要分布在如下领域：
　　生物能源原料制备技术。例如，200510033827．3号文献涉及一种利用单糖、低聚糖及其糖醇生产液态生物能源的方法。该方法包括以下步骤：以单糖、低聚糖及其糖醇为原料，添加甲醇和脱水剂及浓硫酸进行回流反应，使糖类醚化；在70℃～75℃蒸馏，收集冷凝液；或者加入干燥的氢氧化钙除去浓硫酸，过滤，收集滤液；获得的上述冷凝液或者滤液即醚化的生物能源，是一种沸点、着火点与甲醇相当，燃烧值和火力大于甲醇的液态生物能源。01119879．6号文献涉及一种生物物质能源压缩成型法及其设备。在工艺上，它解决了原材料塑料差的问题和木素溢出与相邻纤维素胶接可固化成型的工艺。在机械装置设计制作上，它适应了纤维材料的力传导特性。它在大多数领域可用生物能源替代化石能源。
　　再如，200510017492．6号文献涉及一种发电用生物物质燃料的加工及应用方法。它将农作物秸秆、林木采伐剩余物和林业加工剩余物、人畜粪便、城市生活垃圾等生物物质经过常温干燥、粉碎、过筛分离，加水搅拌，然后用冷压成型机压缩成直径为8mm～10mm，长度为10mm～12mm的高密度颗粒，获得发电用生物物质燃料。制得的生物物质燃料可直接用于中小型火电厂的工业层燃炉和循环流化床锅炉。200510123595．0号文献涉及一种利用动植物油生产洁净能源生物柴油的方法。它将萃取植物油脂或动物油，经酶酯和酸化反应，然后通过超声波将长分子击碎为短分子，经脱水，冷冻分离，生成一种洁净能源生物柴油。
　　电池技术。例如，200610113873．9号文献涉及一种双筒型微生物燃料电池。200510086618．5号文献涉及一种生物反应器－直接微生物燃料电池及其用途。200410066753．9号文献涉及一种微生物燃料电池。它把微生物消耗葡萄糖时放出的能量转换成电能。它包括箱体，将箱体分隔成阳极腔体和阴极腔体的隔板，隔板上有孔，孔上设置有氢离子选择膜，阳极腔体内有由葡萄糖、磷酸二氢钠和亚甲基蓝配置的溶液，阳极腔体上盖有密封盖，密封盖上固定有阳极石墨棒，阳极石墨棒的一端伸入阳极腔体内浸于腔体的溶液中，该端具有蜂窝状小孔，蜂窝状小孔中置有啤酒酵母菌及其培养基，阴极腔体内盛有由铁氰化钾和延胡索酸亚铁配置的溶液，在阴极腔体上盖有端盖，端盖上固定有阴极石墨棒，阴极石墨棒的一端伸入阴极腔体内浸于腔体的溶液中。
　　再如，03813043．2号文献涉及一种无膜和无介体的微生物燃料电池，包括一个阴极室，一个阳极室，带有或不带有用于分开这两个室的玻璃纤维和玻璃珠，一个用于供应空气至阴极室的元件，一个用于供应废水至阳极室的元件。该电池还包括用于控制阴极室和阳极室之间距离的元件。它使用石墨毡圈或涂覆金属如铂的石墨毡圈作为阴极室的电极，在阳极室内使用缓冲液。01136681．8号文献涉及一种纳米多晶生物薄膜光电池及其制作方法。该电池从上到下的六层结构为：透光塑料膜盖层，SnO2导电膜层，有机或无机光敏染料，ZnO、ZnS、Nb2O2或TiO2等半导体薄膜和乳胶状氧化还原剂自组装成的具有空穴的半导体膜，Ag、Au、Pt导电膜，SnO2导电膜，薄板垫层。它的制作步骤是：在导电薄膜垫层上喷涂导电溶液并真空烘干；用丝网印刷法涂ZnO、ZnS乳胶膜并真空烘干；把烘干的上述产品放入有机或无机光敏染料中浸泡后吹干；把上述产品的导电面加盖透光塑料薄膜层后在边缘部粘结。
　　此外，00810805．6号文献涉及一种用于废水处理的使用废水和活性污泥的生物燃料电池。它使用废水和活性污泥中的电化学活性微生物氧化废水中所含的有机物。氧化所产生的电子流出微生物的细胞外，并直接转移到电极上，可以同时产生电流和纯化废水。使用电化学活性微生物的生物燃料电池可以产生高达0．22mA的电流，并使作为燃料的废水的化学需氧量从1900ppm降低到55ppm。200480003913．3号文献涉及一种使用木质素衍生物的光电转换元件和光电化学电池。200510010593．0号文献涉及一种从有机废水中发电空气阴极生物燃料电池。200510060953．8号文献涉及一种微型生物燃料电池及其制造方法。200480023415．5号文献涉及一种生物燃料电池。200510011855．5号文献涉及一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池。200480031668．7号文献涉及一种内含式富勒烯衍生物、质子导体和燃料电池。200510079759．4号文献涉及一种无介体微生物燃料电池。
　　发电方法。例如，200480018435．3号文献涉及一种通过生物物质气化共同产生氢和电能的方法。它利用间歇性可再生能源产生制备氢和氧的能量，随后将至少部分该能量传递到制备系统制备氢和氧。它将至少部分氢引导至氢输送系统，该氢输送系统的配置使其将氢由氢输送系统输送到发电系统和储氢系统中的至少一个；及将至少部分氧引导至氧输送系统，该氧输送系统的配置使其将氧由氧输送系统输送到生物物质气化系统，该生物物质气化系统通过生物物质原料的部分氧化制得合成气。至少部分合成气被引导至发电系统，由此产生电能。200610013313．6号文献涉及一种生物物质发电并提钾的方法。200710016668．5号文献涉及一种生物物质氢能发电方法。200710022983．9号文献涉及一种生物物质能电厂上料系统的上料方法。
　　再如，01129656．9号文献涉及一种利用植物秸秆生物物质进行发电的方法。它利用80％～90％的植物秸秆生物物质作为发电原料，首先使该生物物质在200℃～500℃进行裂解反应，产生混合裂解气，然后对该混合裂解气进行净化、除焦油等处理后，再将其供给内燃机进行发电，或将该混合裂解气直接送到800℃～1000℃燃烧区，产生燃烧气，通过该燃烧气驱动燃气轮机带动发电机发电，或将混合裂解气直接送到热电站锅炉燃烧，代替煤、油发电。93102253．3号文献涉及一种利用生物原料生产电能的方法。它使用完全无天然硫源的生物原料，通过部分氧化在氧化反应器内利用生物原料生产燃气，其中调节和保持氧／生物原料的配料比和气相温度，以保证燃气实际上无氧化氮。在分离器内从燃气中去除悬浮物后，在装有多孔阳极、多孔阴极和适宜电解质的燃料电池内，将燃气转变成电能。200610040985．6号文献涉及一种大量输送生物物质入炉直接燃烧发电的输料方法和系统。它将生物物质原料加工切断成生物物质短棒，或者直接取壳类、屑类生物物质原料，用风力将生物物质原料和风组成的气固两相混合流经输送管路，直接送至流化床锅炉内密相区进行燃烧发电，在用风力输送生物物质的过程中同时对其进行除泥砂杂物处理。
　　生物发电设备。例如，200510135154．2号文献涉及一种生物物质发电机组。200620030478．X号文献涉及一种生物物质成型燃料与煤混烧发电设备。200410005733．0号文献涉及一种利用农作物生物物质制氢及氢能发电装置，尤其一种利用农作物秸秆生物物质制氢及氢能发电的成套装置。它将农作物秸秆等生物物质的微生物分解、制氢、储氢及氢能—电能转化装置结合在一起，包括生物物质分解装置、发酵制氢装置、反应液后处理装置、水封装置、气体洗脱装置、气体干燥装置、储氢装置、燃料电池等。它将各种农业秸秆和淀粉类物质分解为糖类物质，利用微生物发酵糖类物质产生氢，发酵废液通过后处理排放，生物氢通过洗脱后储存于储氢系统，并通过燃料电池将氢能转化为电能或直接供热。可用于大规模生物物质制氢和发电和分散的小规模生物物质制氢发电。
　　再如，200510056829．4号文献涉及一种生物物质的碳化和气化方法，以及相关发电装置。该方法包括以下步骤：碳化生物物质，将来自碳化器的碳和裂解气分别送到两级气化器的高温气化部分和气体转化器部分。气化剂被连续地送到气化部分，并间歇地送到气体转化器，以在气体转化器段保持避免焦油形成所需要的温度。多个碳化室轮流进行操作。当碳化／气化装置用来向电力发电机组提供燃料时，来自发电装置的废热被送回到碳化器。200310100892．4号文献涉及一种高效微生物制氢及氢能－电能转化一体化装置。它设有生物制氢反应装置，气体纯化装置进口接反应装置出口，贮氢装置接纯化装置，氢能－电能转化装置的氢气进气口接贮氢装置的氢气出气口。它利用分解微生物将各种复杂有机物质转化为易被微生物利用的简单物质，通过高效产氢微生物的代谢活动产生氢。最后在燃料电池中，氢能被转化为电能。它可实现生物物质能－电能的可控转化，适用于高浓度有机废水排放企业的废水处理及资源化利用、城市环保部门有机废物或废水的环保处理与资源化利用、乡村农户对农作物秸秆的能源化利用、偏远山区或海岛利用当地的秸秆或有机废物发电等。
　　垃圾处理技术。例如，200410014191．3号文献涉及一种垃圾衍生物气化发电工艺。垃圾衍生物通过输送机喂入流化炉中，同时热空气从气化炉底部进风口吹入，垃圾衍生物在气流作用下，在锥形炉膛内处于悬浮沸腾流态化。垃圾衍生物受到气流作用迅速升温并逐渐蒸发掉水分，温度升高至500℃～800℃，在缺氧的状况下有机物开始热解气化，产生大量的碳颗粒、气体燃料。气体燃料从锥形流化炉顶部出口流出，经除尘、冷却净化、贮存后用燃气发电机组发电。200610081108．3号文献涉及一种不需外部能源同时将多种垃圾转换为生物油、水泥的反应堆。它在不需外部能源的条件下利用生物物质热化学转换技术将生活、工业垃圾热解为生物油、可燃气体；将垃圾热解后的固态残渣作为烧制生态水泥的原料并烧制出生态水泥熟料。
　　下游应用技术。例如，200610154769．4号文献涉及一种基于生物电池的肠道机器人。该机器人包括前端圆盘，后端圆盘，中间圆盘，在前端圆盘和中间圆盘之间以及中间圆盘和后端圆盘之间分别设有沿圆盘以120°均分的3个连杆，每个连杆由两段杆铰接构成，连杆的两端分别与圆盘铰接，在前端圆盘的中心和中间圆盘的中心以及中间圆盘的中心和后端圆盘的中心分别紧固有形状记忆合金弹簧，在前端圆盘的端面固定有密封式控制电路和微型摄像头，后端圆盘的端面固定有生物电池。该肠道机器人利用肠道内的自身物质发电来实现肠道机器人的工作。该机器人不但具有良好的运动能力，还可携带微型摄像头记录肠道内的情况。
　　再如，03807769．8号文献涉及一种用微生物燃料电池检测水中有毒物质的方法和装置。该方法包括如下步骤：测定由微生物燃料电池产生的电信号；把样品加入到上述的燃料电池中；测定由上述微生物燃料电池产生的电化学信号的变化程度。当待测样品中有有毒物质存在时，由微生物燃料电池中的电活性菌产生的电流会显著减少，而使有毒物质测定的灵敏度最大化。200610069650．7号文献涉及一种利用生物物质能秸秆发电厂的秸秆灰生产磷钾复合肥的方法。磷钾复合肥由秸秆灰80份～94．8份、酸度调节剂1．2份～10份、黏合剂4份～12份组成，酸度调节剂是磷酸、硫酸、柠檬酸中的两种或三种，黏合剂是氧化镁粉、石膏粉和丙烯酸树脂按重量比3～4∶0．5～2∶0．1～1．5的组合物。制备方法包括原料粉碎、转鼓造粒、烘干和包装。它利用秸秆发电厂的灰渣废弃物，以较小的肥料生产规模来实现生物物质能秸秆发电厂的废物高效处理，达到电厂的环保要求。
　　在沼气技术领域，我国也公开了不少专利文献，涉及菌种、方法、设备等各个技术领域。例如，90107949．9号文献涉及一种斗墙布水折流厌氧消化系统。91203902．7号文献涉及一种自动循环沼气池。99251599．8号文献涉及一种小型高效稳压四自动漫渗滤干发酵沼气池。200610011034．6号文献涉及一种用于提高沼气发酵产气率的混合水解酶制剂的制备方法。200710085995．6号文献涉及一种农业废弃物高效降解复合酶制剂及其制备方法。200610013363．4号文献涉及一种以土为添加剂的沼气发酵方法。200710042743．5号文献涉及一种厌氧发酵制备生物质能源的方法。200420010219．1号文献涉及一种玻璃缸沼气池。200620033274．1号文献涉及一种沼液自循环沼气池。200620127202．3号文献涉及一种沼气池用防结壳搅拌粉碎器。200620200984．9号文献涉及一种自动排渣沼气池。200620154639．6号文献涉及一种水压式自动循环沼气池。（叶东蕾）

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