全球钠产业技术竞争态势及青海省钠产业发展对策研究

江玲玲，钟永恒，刘 佳，李晓妍，王 辉，李玉婷，葛 飞

（1.中国科学院武汉文献情报中心，湖北武汉430071；2.中国科学院大学经济与管理学院图书情报与档案管理系；3.科技大数据湖北省重点实验室；4.中国科学院青海盐湖研究所）

钠是地壳中分布最广泛的元素之一，在地壳中的含量为2.83%（质量分数）［1］，居第6 位［2］。钠的化学性质很活泼，已广泛应用于新型能源、染料、冶金、医药、农药、核能等领域。据统计［3］，海水中平均氯化钠质量占比为2.5%，总量约为4×108亿t。中国是钠资源较为丰富的国家之一，已探明的盐矿储量超过4000 亿t，资源的保障程度在500 a 以上，其中青海省盐湖的氯化钠储量达3277.8 亿t［4］，居全国第一，仅柴达木盆地的钠盐储量就占全国的80.6%［5］。

目前，中国已进入工业化的中后期，对矿产资源的需求规模与种类在发生改变，产业结构也随之调整与优化，国内也有部分文献对钠的分支产业进行描述［6-11］，但是缺少对整个钠产业发展现状的分析。因此，笔者选用北京合享智慧科技有限公司开发的Incopat 专利数据库，对钠产业已有专利进行归纳整理，为青海省钠产业的后续发展提供建议。

1 全球钠产业专利分析

1.1 全球钠产业链专利分布

钠产业链整体可以分为上游原料、 中游加工与下游应用3 个方面。产业链上游主要是钠资源的开采，分为矿石提钠、盐湖/海水提钠两部分；中游主要是钠产品加工，主要包括钠盐、金属钠、硫酸钠、氢化钠、甲醇钠等深加工产品；下游主要是钠产品在染料（靛蓝）、食品、农药、电力、核反应堆、医药中间体等领域的应用。全球钠产业链专利数量与技术优势国家：1）上游钠资源，钠矿物4261 项专利，技术优势国家为中国、英国、美国；盐湖/海水54234 项专利，技术优势国家为中国、日本、韩国。2）中游钠生产加工，钠盐1848111 项专利，金属钠157738 项，硫酸钠100673 项，氢化钠、氰化钠28238 项，负极材料（钠硫电池）9715 项，氨基钠13947 项，甲醇钠、乙醇钠、硼氢化钠21045 项，技术优势国家为中国、英国、日本。3）下游应用，染料行业（靛蓝）33519 项，食品行业32562 项，农药7237 项，电力行业6254 项，核反应堆3340 项，医药中间体2841 项，技术优势国家为中国、日本、英国。从专利布局来看，钠产业链各个环节均申请了专利保护，且中游和下游较上游更为密集。

1.2 全球钠产业重要专利权人

表1 为全球盐湖提钠技术、钠盐生产技术主要专利权人。根据全球盐湖提钠技术专利权人排名情况来看，俄罗斯Kvasenkov Oleg Ivanovich 公司申请盐湖提钠专利数量排名第一达到426 项，其次是中国山东胜伟园林科技有限公司达到344 项。从全球钠盐专利权人排名TOP10 的情况来看，Kvasenkov Oleg Ivanovich 公司的钠盐相关专利申请量也是全球排名第一达到14157 项，其次是来自瑞士的诺华公司拥有13601 项专利。

表1 全球盐湖提钠技术、钠盐生产技术主要专利权人

1.3 全球钠产业主要技术研发团队

基于对专利权人的分析，笔者还挖掘出了盐湖提钠和钠盐生产技术领域的主要研究团队。提钠主要发明人团队：山东胜伟园林科技有限公司王胜团队；中国科学院青海盐湖研究所李武、董亚萍团队，王敏、王怀有团队，张志宏、马艳芳团队；潍坊友容实业有限公司王胜团队等。钠盐生产技术发明人团队：德国拜耳公司Brandes Wilhelm 团队；法国赛诺菲-安万特集团Saady Mourad、Yaiche Philippe 团队；美国陶氏益农公司Mann Richard K 团队； 日本住友化学株式公社Ichikawa Koji 团队等。

2 中国及青海钠产业专利分析

2.1 中国钠产业专利分析

中国钠产业相关专利分布主要集中在江苏、山东、安徽、浙江等地区。由于这些地区农产品、纺织品和医药生产与研发的企业比较多，因此相关专利也比较多。表2 为钠产业链技术优势省份。表2 显示，江苏、青海、山东等省是提钠领域的优势省份；在钠产品生产加工领域，江苏、安徽、山东表现出绝对优势；浙江、江苏、安徽与山东则在钠产品终端消费领域占据优势。青海省目前主要关注的还是盐湖提钠领域，专利数量只有211 项。

表2 钠产业链技术优势省份

2.2 青海钠产业专利分析

图1 为青海省钠产业专利申请趋势； 表3 为青海省钠产业专利权人排名。通过分析青海省近20 a钠产业相关专利的申请趋势可以发现2001—2010年是青海省钠产业缓慢发展阶段；2011年以后，随着国家相关产业政策［12］的推出，再加上青海省本身得天独厚的资源优势，二者结合共同推动了钠产业的发展，使得相关专利申请数量大大增加，2016年专利申请数量达到高峰。此外，根据检索结果还发现青海省钠产业专利布局主要集中在国内市场，只有少数专利布局在国外。鉴于此种情况，青海省应制定相关政策，鼓励相关企业机构加快专利研发速度，申请PCT 专利，完善对外专利布局，扩大影响力。

图1 青海省钠产业专利申请趋势

表3 青海省钠产业专利权人排名

3 钠产业关键技术导航

3.1 盐湖提钠技术

图2 为盐湖提钠技术全球专利申请量趋势图。目前，全球范围内与盐湖提钠技术相关的专利申请数量达到54226 项，最早的专利来自1808年，此后将近200 a 专利申请数量呈现波动性缓慢增长趋势，在1998年以后盐湖提钠的相关专利出现爆发式增长，在2016年达到高峰。根据技术分类，盐湖提钠技术可以分为电解法（2579 项专利，技术优势机构有索尔维集团、胡克化学公司、杜邦公司）；溶剂析出法（95 项专利，技术优势机构有开利公司、埃尔夫·阿奎坦公司、帝国脏器制药株式会社）；蒸发结晶法（688 项专利，技术优势机构有美国理工大学、Ecodyne 公司、Kali Salz 公司）；吸附法（918 项专利，技术优势机构有中国科学院青海盐湖研究所、 潍坊友容实业有限公司、Eramet 公司）。图3 为电解法技术发展路线。当前，电解法主要有烧碱熔融电解法、食盐熔融电解法和钠汞齐电解法、隔膜电解法等［13-14］。烧碱熔融电解法由英国化学家戴维在1807年提出，而后英国人卡斯特纳（CA，24369A）在1890年用该方法成功制备金属钠。1921年美国人东斯发明了东斯法制金属钠，并在1924年取得专利（US，1501756A）。从那时起长时间内大规模工业化制备金属钠都是以食盐熔融电解法为主。电解钠汞齐法（US，3265490A）主要是通过盐水制取钠，该方法用到了有毒的汞，对环境会造成污染，因此必须采取严格的安全防护措施。隔膜电解法自美国福特汽车公司（US，3413150A）将Na-β-Al2O3用作钠硫蓄电池的隔膜后，围绕它的研究日益增多。与传统方法相比隔膜电解法制取金属钠具有设备简单、工艺流程和能耗小的优点，但是即使如此目前已有报道的阴极区钠离子电解反应也都是在熔融状态下完成，仍是高耗能过程。目前，大规模工业化制备金属钠仍以食盐熔融电解法为主，特定企业、小规模生产时偶尔会用到烧碱熔融电解法。随着β-Al2O3技术的进步，β-Al2O3隔膜电解法也将占据一定的市场份额并具有一定的前景。

图2 盐湖提钠技术全球专利申请量

图3 电解法技术发展路线

3.2 钠盐生产技术

图4 为钠盐生产技术全球专利申请量趋势图。根据钠盐来源钠盐生产可以分为3 类。1）海水制盐：该方法主要有盐田法、冷冻法和电渗析法3 种［15］。其中，盐田法制盐过程包括纳潮→制卤→结晶→采盐→贮运等步骤［16］，该方法受环境影响很大，且占地面积和人员使用量都比较大；冷冻法是俄罗斯、瑞典等地处高纬度国家多采用的一种制盐方法，其原理是海水结成的冰里基本上是纯水，水分去掉就相当于水分蒸发，再利用剩下浓缩的卤水就可以实现制盐，该方法只适合在特定地区制盐；电渗析法是随着海水淡化工业的发展而产生的一种新的制盐方法，制盐过程包括海水→过滤→电渗析浓缩海水→蒸发结晶→干燥→包装成品，与盐田法相比电渗析法不仅节约了土地面积，而且不受季节影响、节省人力，是未来制盐工业技术创新的必然选择。2）盐湖制盐：盐湖制盐包括原生盐开采、 再生盐开采和它们的精制、修滩建池以及由盐湖卤水天然蒸发生产食盐。3）盐矿制盐：埋藏在地下的岩盐矿可以采用竖井法或水溶法开采［17］。竖井法开采是像采煤一样建造竖井，由地下直接采出固体岩盐；水溶法开采是将淡水泵至岩盐层中，使固体岩盐溶解，形成的盐卤被泵至地面。其中，海盐生产对人类发展史上的影响最为广泛。在海水制盐方面，全球的专利申请量主要集中在盐田法（2014 项专利，技术优势机构有中国科学院青海盐湖研究所、中南大学、青海盐湖工业股份有限公司）；冷冻法（2586 项专利，技术优势机构有江南大学、日本水产株式会社、拜尔医药保健有限公司）；电渗析法（548 项专利，技术优势机构有Industric De Nora 公司、阿彻丹尼尔斯米德兰公司、中国科学技术大学）。图5 为电渗析法生产技术发展路线。当前电渗析法研究方向主要集中在电渗析法与蒸发结晶、反渗透、纳滤、除钾等其他方法相结合，从而制盐、提溴、提镁、制芒硝等，旨在实现海水综合利用的经济效益、环境效益双赢。

图4 钠盐生产技术全球专利申请量

图5 电渗析法生产技术发展路线

4 技术构成分析

国际专利分类法（international patent classification，IPC）是一种国际上通用的专利文献分类法。IPC最初的制定以图书分类法为基础，后来将功能与应用相结合形成了以功能性为主、 应用性为辅的分类原则［18］。IPC 分类体系采用等级的形式自上而下分为部、大类、小类、大组、小组，IPC 类别层次越低描述的技术特点越细致。笔者对中国钠产业专利的技术构成进行了分析，见表4。从表4 发现，C 部与A部的专利申请量较多。C 部主要是C07、C02、C01 大类的申请，其中C07 大类中C07D 类（杂环化合物）与C07C 类（无环或碳环化合物）申请量最多，C02大类中主要是C02F 与水、废水、污水或污泥的处理相关的专利申请，C01 大类中C01D 类（碱金属）与C01B 类（非金属元素、其化合物）的申请量最多。A部主要是A61K 类和A61P 类的申请，A61K 是指医用、 牙科用或梳妆用的配制品，A61P 是指化合物或药物制剂的特定治疗活性。

表4 中国钠产业技术构成分析

除了对中国钠产业的技术构成进行分析，还将各技术点的申请趋势进行整合，形成了钠产业技术申请趋势图，见图6。从图6 看出，A61K 与A61P 技术领域的专利申请数量在2016年以前一直处于优势地位，且二者的申请趋势变化基本一致，都从2007年开始爆发式增长，并在2013年基本达到顶峰。这是因为相关医药政策［19-20］的发布促进了中国医药产业的创新发展，进而中国医药相关专利也得到了发展。但是，在2016年以后，C02F 技术领域的专利申请量远远超过A61K 与A61P 一跃成为第一名，并且一直持续到现在。这是因为党的十八大以来，党中央和国务院把生态文明建设作为重大决策部署，将生态文明建设放到了前所未有的高度。因此，钠相关企业积极投入到C02F 技术领域的研发，在高盐废水、废酸、废碱、盐泥、有机废水、硫酸钠废液、海藻酸钠污水的处理系统与设备等方面申请专利保护。这一变化趋势告诉我们，作为基础化工产业的钠产业，在发展过程中仍要注意以绿色发展为核心，不断进行技术设备革新、产品创新，才能实现产业绿色重构。

图6 中国钠产业技术申请趋势分析

5 促进青海省钠产业发展的建议

5.1 依托“一带一路”推动钠产业国际化

纵观目前中国钠产业发展现状，存在产能过剩、内需不足、行业盈利能力下降等问题，但是经过前期资本和技术积累，中国产品质量和装备技术水平显著优于世界多数国家。同时“一带一路”沿线大部分国家发展水平较低，资源富集但开发力度不够，产业基础薄弱。因此，“一带一路”倡议的提出不仅为沿线国家带来了发展机遇，同时也为中国钠产业走出去指明了方向。随着“一带一路”倡议的推进，青海钠产业应加强与沿线国家的产能合作，根据不同国家和行业的特点建设合适的化工产业园区，推进上下游产业链一体化发展，形成一批具有国际竞争力的龙头企业。此外，为保障钠资源供应，降低对单一国家的依存度，应鼓励相关企业加大对境外资源的利用，建立多种供应渠道，提高全球资源控制能力。

5.2 推进盐湖资源综合利用，实现盐湖资源循环经济产业链

盐湖是青海第一大资源，位居全国第一，也是国家的战略性资源，应制定正确的资源战略，在保护环境的前提下搞好开发利用。当前，青海省传统盐化工产业存在技术体系落后、资源利用率不高、产品附加值低等问题，并且盐湖开发多以钾、锂、镁资源为主，提取工艺粗放，仍以原料输出为主，在提取过程中钠盐大部分直接被堆弃，很少被利用，这种开采方式忽视了盐湖卤水中钠盐等有价值的伴生资源，造成了资源的严重浪费。在当前经济形势下，青海省应以盐湖资源综合利用为核心，实现盐湖资源由粗放型开采到深加工集约式开发的转变，积极推进钠、钾、锂、镁等资源的梯级开发，基于循环经济理念，逐步构建起从单一资源开发到有色金属、 盐湖化工、 能源化工、新能源、水电、石油石化等多产业融合发展的循环产业模式。

5.3 促进PCT 申请，加强专利布局

未来全球竞争的关键归根结底是知识产权的竞争，而专利作为知识产权的重要组成部分，是世界各国争夺的制高点。因此，近些年来中国钠产业不断在产业链中加强专利布局，相关专利申请量突飞猛进。可是深入去看，虽然中国专利申请量多，但是专利质量整体较低，尤其是高价值专利数量较少，并且青海钠产业大多数专利布局主要集中在国内市场，只有少数专利布局在国外。鉴于此，青海省应加强钠产业PCT 专利的申请，尤其是核心专利的申请，为协助PCT 申请可以成立相应的指导和服务机构以及PCT专利申请资助基金，为科研院所和企业等提供全方位的管理和信息服务。同时应鼓励钠产业优势机构向海外发展，扩大专利影响力，实现钠产业专利在海外的布局，并积极借助国外钠产业相关科研机构和企业的专利优势，加强合作从而促进青海钠产业的专利发展。

5.4 积极引进高端人才，助力产业转型发展

国以才立、政以才治、业以才兴。目前，青海省存在盐湖资源科研人员不足、人才流动量大等问题，且同时具备钠产业专业知识以及知识产权知识的复合型人才稀缺，不利于开展钠产业专利导航的发展工作。因此，现阶段青海省应做好人才需求测算，基于钠产业聚焦盐湖资源综合开发等特色领域开展“精准引才”工作，合理优化人才结构，以产业集群催生人才集聚，从而联合高层次人才开展钠产业科技攻关。同时，青海省还可以加强与其他地区人才的交流与合作，通过举办技术研讨会等活动，与技术优势机构的优秀人员进行钠产业发展等方面的学习和探讨。此外，还可以构建人才资源再利用机制，错位引进东部地区退休的高层次人才，使其投身于青海省钠产业的发展事业，助力钠产业转型升级。

5.5 深化产学研一体化合作机制，加快专利技术成果转化

从中国以及青海省的钠产业专利发展现状来看，发现高校和研究所拥有较多的钠产业相关专利，且专利技术转化率偏低。因此，为加快专利技术成果转化，有效应对钠专利壁垒问题，青海省应加强政府、高校、研究所与企业多方融合，深化产学研一体化合作机制。在该机制下，高校、研究所以及企业资源共享，充分发挥各方资源优势，继续进行提钠技术、 钠产品开发以及应用端钠产品在新型能源、染料、冶金、医药、农药、核能等领域的应用研究，共同研发出质量性能更优良的钠产品。为加强产学研深度协同，政府应构建校政企产学研合作平台，为相关研究者提供咨询、检索等服务，企业可以基于这一平台与研究机构联合开发，通过给予专利成果转化过程中的反馈以及资金资助，保证转化过程的顺利以及技术成果与市场的良好匹配。同时，为解决技术供给方与技术需求方的信息不对称，应在高校、研究所和企业设立技术转移机构，打通科技成果转化通道。此外，由于中国大多数科研机构都没有自己的中试平台，直接导致许多产学研项目合作失败。因此，政府还应加大高水平中试平台的建设，推动科技成果从样品到商品的顺利转化，助推产学研深度融合，大幅提升科技成果转化率。