全球鈉產業技術競爭態勢及青海省鈉產業發展對策研究

江玲玲，鐘永恒，劉 佳，李曉妍，王 輝，李玉婷，葛 飛

（1.中國科學院武漢文獻情報中心，湖北武漢430071；2.中國科學院大學經濟與管理學院圖書情報與檔案管理系；3.科技大數據湖北省重點實驗室；4.中國科學院青海鹽湖研究所）

鈉是地殼中分布最廣泛的元素之一，在地殼中的含量為2.83%（質量分數）［1］，居第6 位［2］。鈉的化學性質很活潑，已廣泛應用于新型能源、染料、冶金、醫藥、農藥、核能等領域。據統計［3］，海水中平均氯化鈉質量占比為2.5%，總量約為4×108億t。中國是鈉資源較為豐富的國家之一，已探明的鹽礦儲量超過4000 億t，資源的保障程度在500 a 以上，其中青海省鹽湖的氯化鈉儲量達3277.8 億t［4］，居全國第一，僅柴達木盆地的鈉鹽儲量就占全國的80.6%［5］。

目前，中國已進入工業化的中后期，對礦產資源的需求規模與種類在發生改變，產業結構也隨之調整與優化，國內也有部分文獻對鈉的分支產業進行描述［6-11］，但是缺少對整個鈉產業發展現狀的分析。因此，筆者選用北京合享智慧科技有限公司開發的Incopat 專利數據庫，對鈉產業已有專利進行歸納整理，為青海省鈉產業的后續發展提供建議。

1 全球鈉產業專利分析

1.1 全球鈉產業鏈專利分布

鈉產業鏈整體可以分為上游原料、 中游加工與下游應用3 個方面。產業鏈上游主要是鈉資源的開采，分為礦石提鈉、鹽湖/海水提鈉兩部分；中游主要是鈉產品加工，主要包括鈉鹽、金屬鈉、硫酸鈉、氫化鈉、甲醇鈉等深加工產品；下游主要是鈉產品在染料（靛藍）、食品、農藥、電力、核反應堆、醫藥中間體等領域的應用。全球鈉產業鏈專利數量與技術優勢國家：1）上游鈉資源，鈉礦物4261 項專利，技術優勢國家為中國、英國、美國；鹽湖/海水54234 項專利，技術優勢國家為中國、日本、韓國。2）中游鈉生產加工，鈉鹽1848111 項專利，金屬鈉157738 項，硫酸鈉100673 項，氫化鈉、氰化鈉28238 項，負極材料（鈉硫電池）9715 項，氨基鈉13947 項，甲醇鈉、乙醇鈉、硼氫化鈉21045 項，技術優勢國家為中國、英國、日本。3）下游應用，染料行業（靛藍）33519 項，食品行業32562 項，農藥7237 項，電力行業6254 項，核反應堆3340 項，醫藥中間體2841 項，技術優勢國家為中國、日本、英國。從專利布局來看，鈉產業鏈各個環節均申請了專利保護，且中游和下游較上游更為密集。

1.2 全球鈉產業重要專利權人

表1 為全球鹽湖提鈉技術、鈉鹽生產技術主要專利權人。根據全球鹽湖提鈉技術專利權人排名情況來看，俄羅斯Kvasenkov Oleg Ivanovich 公司申請鹽湖提鈉專利數量排名第一達到426 項，其次是中國山東勝偉園林科技有限公司達到344 項。從全球鈉鹽專利權人排名TOP10 的情況來看，Kvasenkov Oleg Ivanovich 公司的鈉鹽相關專利申請量也是全球排名第一達到14157 項，其次是來自瑞士的諾華公司擁有13601 項專利。

表1 全球鹽湖提鈉技術、鈉鹽生產技術主要專利權人

1.3 全球鈉產業主要技術研發團隊

基于對專利權人的分析，筆者還挖掘出了鹽湖提鈉和鈉鹽生產技術領域的主要研究團隊。提鈉主要發明人團隊：山東勝偉園林科技有限公司王勝團隊；中國科學院青海鹽湖研究所李武、董亞萍團隊，王敏、王懷有團隊，張志宏、馬艷芳團隊；濰坊友容實業有限公司王勝團隊等。鈉鹽生產技術發明人團隊：德國拜耳公司Brandes Wilhelm 團隊；法國賽諾菲-安萬特集團Saady Mourad、Yaiche Philippe 團隊；美國陶氏益農公司Mann Richard K 團隊； 日本住友化學株式公社Ichikawa Koji 團隊等。

2 中國及青海鈉產業專利分析

2.1 中國鈉產業專利分析

中國鈉產業相關專利分布主要集中在江蘇、山東、安徽、浙江等地區。由于這些地區農產品、紡織品和醫藥生產與研發的企業比較多，因此相關專利也比較多。表2 為鈉產業鏈技術優勢省份。表2 顯示，江蘇、青海、山東等省是提鈉領域的優勢省份；在鈉產品生產加工領域，江蘇、安徽、山東表現出絕對優勢；浙江、江蘇、安徽與山東則在鈉產品終端消費領域占據優勢。青海省目前主要關注的還是鹽湖提鈉領域，專利數量只有211 項。

表2 鈉產業鏈技術優勢省份

2.2 青海鈉產業專利分析

圖1 為青海省鈉產業專利申請趨勢； 表3 為青海省鈉產業專利權人排名。通過分析青海省近20 a鈉產業相關專利的申請趨勢可以發現2001—2010年是青海省鈉產業緩慢發展階段；2011年以后，隨著國家相關產業政策［12］的推出，再加上青海省本身得天獨厚的資源優勢，二者結合共同推動了鈉產業的發展，使得相關專利申請數量大大增加，2016年專利申請數量達到高峰。此外，根據檢索結果還發現青海省鈉產業專利布局主要集中在國內市場，只有少數專利布局在國外。鑒于此種情況，青海省應制定相關政策，鼓勵相關企業機構加快專利研發速度，申請PCT 專利，完善對外專利布局，擴大影響力。

圖1 青海省鈉產業專利申請趨勢

表3 青海省鈉產業專利權人排名

3 鈉產業關鍵技術導航

3.1 鹽湖提鈉技術

圖2 為鹽湖提鈉技術全球專利申請量趨勢圖。目前，全球范圍內與鹽湖提鈉技術相關的專利申請數量達到54226 項，最早的專利來自1808年，此后將近200 a 專利申請數量呈現波動性緩慢增長趨勢，在1998年以后鹽湖提鈉的相關專利出現爆發式增長，在2016年達到高峰。根據技術分類，鹽湖提鈉技術可以分為電解法（2579 項專利，技術優勢機構有索爾維集團、胡克化學公司、杜邦公司）；溶劑析出法（95 項專利，技術優勢機構有開利公司、埃爾夫·阿奎坦公司、帝國臟器制藥株式會社）；蒸發結晶法（688 項專利，技術優勢機構有美國理工大學、Ecodyne 公司、Kali Salz 公司）；吸附法（918 項專利，技術優勢機構有中國科學院青海鹽湖研究所、 濰坊友容實業有限公司、Eramet 公司）。圖3 為電解法技術發展路線。當前，電解法主要有燒堿熔融電解法、食鹽熔融電解法和鈉汞齊電解法、隔膜電解法等［13-14］。燒堿熔融電解法由英國化學家戴維在1807年提出，而后英國人卡斯特納（CA，24369A）在1890年用該方法成功制備金屬鈉。1921年美國人東斯發明了東斯法制金屬鈉，并在1924年取得專利（US，1501756A）。從那時起長時間內大規模工業化制備金屬鈉都是以食鹽熔融電解法為主。電解鈉汞齊法（US，3265490A）主要是通過鹽水制取鈉，該方法用到了有毒的汞，對環境會造成污染，因此必須采取嚴格的安全防護措施。隔膜電解法自美國福特汽車公司（US，3413150A）將Na-β-Al2O3用作鈉硫蓄電池的隔膜后，圍繞它的研究日益增多。與傳統方法相比隔膜電解法制取金屬鈉具有設備簡單、工藝流程和能耗小的優點，但是即使如此目前已有報道的陰極區鈉離子電解反應也都是在熔融狀態下完成，仍是高耗能過程。目前，大規模工業化制備金屬鈉仍以食鹽熔融電解法為主，特定企業、小規模生產時偶爾會用到燒堿熔融電解法。隨著β-Al2O3技術的進步，β-Al2O3隔膜電解法也將占據一定的市場份額并具有一定的前景。

圖2 鹽湖提鈉技術全球專利申請量

圖3 電解法技術發展路線

3.2 鈉鹽生產技術

圖4 為鈉鹽生產技術全球專利申請量趨勢圖。根據鈉鹽來源鈉鹽生產可以分為3 類。1）海水制鹽：該方法主要有鹽田法、冷凍法和電滲析法3 種［15］。其中，鹽田法制鹽過程包括納潮→制鹵→結晶→采鹽→貯運等步驟［16］，該方法受環境影響很大，且占地面積和人員使用量都比較大；冷凍法是俄羅斯、瑞典等地處高緯度國家多采用的一種制鹽方法，其原理是海水結成的冰里基本上是純水，水分去掉就相當于水分蒸發，再利用剩下濃縮的鹵水就可以實現制鹽，該方法只適合在特定地區制鹽；電滲析法是隨著海水淡化工業的發展而產生的一種新的制鹽方法，制鹽過程包括海水→過濾→電滲析濃縮海水→蒸發結晶→干燥→包裝成品，與鹽田法相比電滲析法不僅節約了土地面積，而且不受季節影響、節省人力，是未來制鹽工業技術創新的必然選擇。2）鹽湖制鹽：鹽湖制鹽包括原生鹽開采、 再生鹽開采和它們的精制、修灘建池以及由鹽湖鹵水天然蒸發生產食鹽。3）鹽礦制鹽：埋藏在地下的巖鹽礦可以采用豎井法或水溶法開采［17］。豎井法開采是像采煤一樣建造豎井，由地下直接采出固體巖鹽；水溶法開采是將淡水泵至巖鹽層中，使固體巖鹽溶解，形成的鹽鹵被泵至地面。其中，海鹽生產對人類發展史上的影響最為廣泛。在海水制鹽方面，全球的專利申請量主要集中在鹽田法（2014 項專利，技術優勢機構有中國科學院青海鹽湖研究所、中南大學、青海鹽湖工業股份有限公司）；冷凍法（2586 項專利，技術優勢機構有江南大學、日本水產株式會社、拜爾醫藥保健有限公司）；電滲析法（548 項專利，技術優勢機構有Industric De Nora 公司、阿徹丹尼爾斯米德蘭公司、中國科學技術大學）。圖5 為電滲析法生產技術發展路線。當前電滲析法研究方向主要集中在電滲析法與蒸發結晶、反滲透、納濾、除鉀等其他方法相結合，從而制鹽、提溴、提鎂、制芒硝等，旨在實現海水綜合利用的經濟效益、環境效益雙贏。

圖4 鈉鹽生產技術全球專利申請量

圖5 電滲析法生產技術發展路線

4 技術構成分析

國際專利分類法（international patent classification，IPC）是一種國際上通用的專利文獻分類法。IPC最初的制定以圖書分類法為基礎，后來將功能與應用相結合形成了以功能性為主、 應用性為輔的分類原則［18］。IPC 分類體系采用等級的形式自上而下分為部、大類、小類、大組、小組，IPC 類別層次越低描述的技術特點越細致。筆者對中國鈉產業專利的技術構成進行了分析，見表4。從表4 發現，C 部與A部的專利申請量較多。C 部主要是C07、C02、C01 大類的申請，其中C07 大類中C07D 類（雜環化合物）與C07C 類（無環或碳環化合物）申請量最多，C02大類中主要是C02F 與水、廢水、污水或污泥的處理相關的專利申請，C01 大類中C01D 類（堿金屬）與C01B 類（非金屬元素、其化合物）的申請量最多。A部主要是A61K 類和A61P 類的申請，A61K 是指醫用、 牙科用或梳妝用的配制品，A61P 是指化合物或藥物制劑的特定治療活性。

表4 中國鈉產業技術構成分析

除了對中國鈉產業的技術構成進行分析，還將各技術點的申請趨勢進行整合，形成了鈉產業技術申請趨勢圖，見圖6。從圖6 看出，A61K 與A61P 技術領域的專利申請數量在2016年以前一直處于優勢地位，且二者的申請趨勢變化基本一致，都從2007年開始爆發式增長，并在2013年基本達到頂峰。這是因為相關醫藥政策［19-20］的發布促進了中國醫藥產業的創新發展，進而中國醫藥相關專利也得到了發展。但是，在2016年以后，C02F 技術領域的專利申請量遠遠超過A61K 與A61P 一躍成為第一名，并且一直持續到現在。這是因為黨的十八大以來，黨中央和國務院把生態文明建設作為重大決策部署，將生態文明建設放到了前所未有的高度。因此，鈉相關企業積極投入到C02F 技術領域的研發，在高鹽廢水、廢酸、廢堿、鹽泥、有機廢水、硫酸鈉廢液、海藻酸鈉污水的處理系統與設備等方面申請專利保護。這一變化趨勢告訴我們，作為基礎化工產業的鈉產業，在發展過程中仍要注意以綠色發展為核心，不斷進行技術設備革新、產品創新，才能實現產業綠色重構。

圖6 中國鈉產業技術申請趨勢分析

5 促進青海省鈉產業發展的建議

5.1 依托“一帶一路”推動鈉產業國際化

縱觀目前中國鈉產業發展現狀，存在產能過剩、內需不足、行業盈利能力下降等問題，但是經過前期資本和技術積累，中國產品質量和裝備技術水平顯著優于世界多數國家。同時“一帶一路”沿線大部分國家發展水平較低，資源富集但開發力度不夠，產業基礎薄弱。因此，“一帶一路”倡議的提出不僅為沿線國家帶來了發展機遇，同時也為中國鈉產業走出去指明了方向。隨著“一帶一路”倡議的推進，青海鈉產業應加強與沿線國家的產能合作，根據不同國家和行業的特點建設合適的化工產業園區，推進上下游產業鏈一體化發展，形成一批具有國際競爭力的龍頭企業。此外，為保障鈉資源供應，降低對單一國家的依存度，應鼓勵相關企業加大對境外資源的利用，建立多種供應渠道，提高全球資源控制能力。

5.2 推進鹽湖資源綜合利用，實現鹽湖資源循環經濟產業鏈

鹽湖是青海第一大資源，位居全國第一，也是國家的戰略性資源，應制定正確的資源戰略，在保護環境的前提下搞好開發利用。當前，青海省傳統鹽化工產業存在技術體系落后、資源利用率不高、產品附加值低等問題，并且鹽湖開發多以鉀、鋰、鎂資源為主，提取工藝粗放，仍以原料輸出為主，在提取過程中鈉鹽大部分直接被堆棄，很少被利用，這種開采方式忽視了鹽湖鹵水中鈉鹽等有價值的伴生資源，造成了資源的嚴重浪費。在當前經濟形勢下，青海省應以鹽湖資源綜合利用為核心，實現鹽湖資源由粗放型開采到深加工集約式開發的轉變，積極推進鈉、鉀、鋰、鎂等資源的梯級開發，基于循環經濟理念，逐步構建起從單一資源開發到有色金屬、 鹽湖化工、 能源化工、新能源、水電、石油石化等多產業融合發展的循環產業模式。

5.3 促進PCT 申請，加強專利布局

未來全球競爭的關鍵歸根結底是知識產權的競爭，而專利作為知識產權的重要組成部分，是世界各國爭奪的制高點。因此，近些年來中國鈉產業不斷在產業鏈中加強專利布局，相關專利申請量突飛猛進?？墒巧钊肴タ?，雖然中國專利申請量多，但是專利質量整體較低，尤其是高價值專利數量較少，并且青海鈉產業大多數專利布局主要集中在國內市場，只有少數專利布局在國外。鑒于此，青海省應加強鈉產業PCT 專利的申請，尤其是核心專利的申請，為協助PCT 申請可以成立相應的指導和服務機構以及PCT專利申請資助基金，為科研院所和企業等提供全方位的管理和信息服務。同時應鼓勵鈉產業優勢機構向海外發展，擴大專利影響力，實現鈉產業專利在海外的布局，并積極借助國外鈉產業相關科研機構和企業的專利優勢，加強合作從而促進青海鈉產業的專利發展。

5.4 積極引進高端人才，助力產業轉型發展

國以才立、政以才治、業以才興。目前，青海省存在鹽湖資源科研人員不足、人才流動量大等問題，且同時具備鈉產業專業知識以及知識產權知識的復合型人才稀缺，不利于開展鈉產業專利導航的發展工作。因此，現階段青海省應做好人才需求測算，基于鈉產業聚焦鹽湖資源綜合開發等特色領域開展“精準引才”工作，合理優化人才結構，以產業集群催生人才集聚，從而聯合高層次人才開展鈉產業科技攻關。同時，青海省還可以加強與其他地區人才的交流與合作，通過舉辦技術研討會等活動，與技術優勢機構的優秀人員進行鈉產業發展等方面的學習和探討。此外，還可以構建人才資源再利用機制，錯位引進東部地區退休的高層次人才，使其投身于青海省鈉產業的發展事業，助力鈉產業轉型升級。

5.5 深化產學研一體化合作機制，加快專利技術成果轉化

從中國以及青海省的鈉產業專利發展現狀來看，發現高校和研究所擁有較多的鈉產業相關專利，且專利技術轉化率偏低。因此，為加快專利技術成果轉化，有效應對鈉專利壁壘問題，青海省應加強政府、高校、研究所與企業多方融合，深化產學研一體化合作機制。在該機制下，高校、研究所以及企業資源共享，充分發揮各方資源優勢，繼續進行提鈉技術、 鈉產品開發以及應用端鈉產品在新型能源、染料、冶金、醫藥、農藥、核能等領域的應用研究，共同研發出質量性能更優良的鈉產品。為加強產學研深度協同，政府應構建校政企產學研合作平臺，為相關研究者提供咨詢、檢索等服務，企業可以基于這一平臺與研究機構聯合開發，通過給予專利成果轉化過程中的反饋以及資金資助，保證轉化過程的順利以及技術成果與市場的良好匹配。同時，為解決技術供給方與技術需求方的信息不對稱，應在高校、研究所和企業設立技術轉移機構，打通科技成果轉化通道。此外，由于中國大多數科研機構都沒有自己的中試平臺，直接導致許多產學研項目合作失敗。因此，政府還應加大高水平中試平臺的建設，推動科技成果從樣品到商品的順利轉化，助推產學研深度融合，大幅提升科技成果轉化率。