生物能源專利技術(shù)管窺

　生物能源產(chǎn)業(yè)前景廣闊

　　生物能源是指綠色植物、藻類、細菌等通過光合作用，捕獲太陽能，經(jīng)新陳代謝，儲存于生物物質(zhì)中的化學(xué)量被人工方法重新提取、聚集、加工后獲得的新能源。它是一種可再生能源。隨著石油等不可再生能源日益走向枯竭，生物能源漸漸成為各國政府和企業(yè)重點發(fā)展的替代能源。例如，2006年1月，美國總統(tǒng)國情咨文指出，美國要在六年內(nèi)讓生物乙醇成為與汽油并駕齊驅(qū)的車用燃料。德國計劃用生物能源完全替代核能，并最終替代不可再生能源。2005年，德國生物柴油消費量已超過120萬噸，是全球使用生物柴油最多的國家之一。巴西更是全球開發(fā)利用生物能源的典范。目前，生物能源在全球能源消費結(jié)構(gòu)中約占13.6%，巴西則超過40%，該國僅生物乙醇的年消費量就已達110億升左右。

　　我國在生物能源領(lǐng)域已經(jīng)有數(shù)十年的技術(shù)積累，總體技術(shù)實力居全球前三位，很多重大領(lǐng)域的技術(shù)實力居全球第一位，我國在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)能力居全球前兩位。由于國際石油價格長期居高不下，而且我國中央和地方政府陸續(xù)出臺了強制推廣生物能源的政策，我國生物能源產(chǎn)業(yè)將迎來一個快速發(fā)展的新階段。目前，我國四川、安徽等地已經(jīng)出現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)能超10萬噸的大型生物能源工廠，其技術(shù)水平、制造能力居全球前列。

　　為了繼續(xù)提高我國生物能源技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平，我國科技部頒布了《863計劃生物和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域“生物能源技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”課題研究計劃》，號召全國企事業(yè)單位在燃料乙醇、生物柴油、沼氣技術(shù)、可移動農(nóng)林廢棄物冷成型顆粒燃料加工設(shè)備、生物乙醇制取乙烯等五大領(lǐng)域開展創(chuàng)新研究。其中，燃料乙醇項目的指導(dǎo)性研究方向是：分別以淀粉質(zhì)原料、糖質(zhì)原料、木質(zhì)纖維素類原料為基礎(chǔ)的燃料乙醇生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，燃料乙醇生產(chǎn)的關(guān)鍵共性支撐技術(shù)。生物柴油項目的指導(dǎo)性研究方向是：考察原料中酸值、脂肪酸分布和脂肪酸不飽和度對反應(yīng)的影響，研究開發(fā)能適應(yīng)多種品質(zhì)原料的新型加工工藝，副產(chǎn)甘油的精制或深加工轉(zhuǎn)化技術(shù)；高活性固體催化劑的研制及規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)；進行新工藝的中試研究，解決工藝放大出現(xiàn)的各種工程問題，并評估新工藝的技術(shù)經(jīng)濟水平；可移動式生物柴油生產(chǎn)裝置及配套工藝的研究；2至5萬噸級工業(yè)示范生產(chǎn)裝置工藝包設(shè)計、建造和運行。隨著863計劃相關(guān)課題項目的深入開展，我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物能源技術(shù)將大量增加。

　　我國生物能源專利技術(shù)分布

　　第一，用生物乙醇制備乙烯的技術(shù)。例如，01822680.9號文獻涉及一種含氧化合物轉(zhuǎn)化為烯烴產(chǎn)品的方法。它將分子篩催化劑與含氧化合物在含氧化合物轉(zhuǎn)化區(qū)進行接觸，使一部分含氧化合物轉(zhuǎn)化為烯烴產(chǎn)物；其次，它將催化劑與烯烴產(chǎn)物分離，并將一部分分出的催化劑送入再生器；再次，它將再生催化劑與選自甲醇、乙醇、1－丙醇、1－丁醇或它們的混合物的醇在醇接觸區(qū)進行接觸；最后，它將接觸過醇的催化劑從醇接觸區(qū)送到含氧化合物轉(zhuǎn)化區(qū)，從而制備乙烯、丙烯和丁烯。

　　第二，沼氣制備技術(shù)。例如，200510037108.9號文獻涉及一種綜合利用水葫蘆植株殘體生產(chǎn)沼氣的方法及裝置。其步驟包括：用除草劑對水葫蘆葉面進行噴霧，使水葫蘆根系腐爛，植株失水而散架，水葫蘆失水減重后，打撈收集水葫蘆植株殘體；將水葫蘆植株殘體置于浸泡池中與生活廢水混合并浸泡，通過雙剪切機將植株破碎，加入適量發(fā)酵劑，制得水葫蘆植株殘體發(fā)酵料；再將發(fā)酵料送到水葫蘆植株殘體發(fā)酵池進行厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣。水葫蘆是一種典型的入侵生物，繁殖能力極強，嚴重威脅淡水生態(tài)安全。而且，水葫蘆不能做禽畜飼料，也不適合造紙，缺乏工農(nóng)業(yè)應(yīng)用價值。該技術(shù)可以變廢為寶，使水葫蘆變?yōu)橹匾娜剂蟻碓础?/span>

　　第三，燃料乙醇制備技術(shù)。例如，02145503.1號文獻涉及一種燃料乙醇熱泵恒沸精餾工藝及裝置。它包含乙醇脫水塔、夾帶劑回收塔和酒精回收塔，三個塔的塔頂蒸汽加壓升溫后直接用作塔底再沸器的熱源，塔頂不需要冷凝器，也不需要鍋爐供熱系統(tǒng)以及循環(huán)泵等公用工程，整個物流系統(tǒng)全封閉操作。03127107.3號文獻涉及一種改良濕法生產(chǎn)燃料乙醇的工藝。200410034454.7號文獻涉及一種酒精及燃料乙醇專用糖化營養(yǎng)復(fù)合酶及其應(yīng)用。200410094085.0號文獻涉及一種燃料乙醇生產(chǎn)方法。

　　第四，生物汽油的制備技術(shù)。例如，01138935.4號文獻涉及一種利用植物纖維制取丙烷液化氣和高辛烷值汽油的方法。它包括以下步驟：將植物纖維如玉米秸稈、稻草、蘆葦?shù)龋斖ㄟ^真空干餾裂解反應(yīng)生成一氧化碳和丙烷混合氣，采用PSA變壓吸附法將一氧化碳和丙烷混合氣體分離，分別生成、提純氫氣，對二氧化碳進行回收，制取丙烷液化氣，將上述步驟制成的CO、CO2、H2用ICI低壓法進行甲醇的合成，最后采用MTG法將甲醇制成汽油。

　　第五，微生物油的制備技術(shù)。例如，01814301.6號文獻涉及一種微生物油的分離工藝，例如，首先裂解微生物細胞的細胞壁以釋放出油；其次，從細胞壁碎片中分離油料。此外，03814383.6號文獻涉及一種包含多不飽和脂肪酸的微生物油的制備工藝。

　　第六，生物柴油發(fā)明。例如，01805562.1號文獻涉及一種包含生物柴油和表面活性劑的燃料組合物，其特征在于該表面活性劑包含一種鏈烷醇酰胺、烷氧基化的醇和烷氧基化的脂肪酸或其衍生物的混合物。02813303.X號文獻涉及一種生物柴油和費－托合成烴類調(diào)合油，還涉及一種用于壓燃式發(fā)動機燃料的調(diào)合組分以及調(diào)節(jié)烴類燃料密度的方法。

　　第七，生物柴油制備方法。例如，200410038292.4號文獻涉及一種固體酸、堿催化制備生物柴油的方法。其特征是在固體酸或固體堿催化劑存在的條件下，利用大豆油和甲醇的酯交換反應(yīng)得到生物柴油。反應(yīng)結(jié)束后先用離心機將催化劑從反應(yīng)溶液中分離出去，然后靜置分層，上層為粗制產(chǎn)品，下層為甘油和甲醇的混合物。將上層粗酯水浴蒸餾后得生物柴油，下層水浴蒸餾后得純凈的甘油，蒸餾出的甲醇可再循環(huán)使用。200510036639.6號文獻涉及一種生物催化高酸值油脂進行酯交換反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油的方法。03114294.X號文獻涉及一種生物催化油脂轉(zhuǎn)酯生產(chǎn)生物柴油的方法。01107895.2號文獻涉及一種生物柴油的生產(chǎn)方法。它以酸化植物油、下水道油及回收煎炸油為原料，經(jīng)酯化后，在真空條件下蒸出甲酯，在甲酯的蒸餾過程中加入適量的阻聚劑，阻止甲酯的進一步聚合反應(yīng)，提高了甲酯的收率。在酯化反應(yīng)后蒸餾過程中將餾出物冷卻到零攝氏度，過濾除去析出物后，所得液體即為生物柴油。200480007538.X號文獻涉及一種精制生物柴油的方法和裝置。200510073176.0號文獻涉及一種利用微藻油脂制備生物柴油的方法。

　　此外，200310117290.X號文獻涉及一種由植物油生產(chǎn)生物柴油的新方法。其特征在于：以植物油與小分子醇類為反應(yīng)物、加入共溶劑，在超臨界條件下進行酯交換反應(yīng)，把脂肪酸甘油酯轉(zhuǎn)化為脂肪酸小分子醇酯，即生物柴油。200510131852.5號文獻涉及一種用高酸值潲水油制備生物柴油的新工藝。其特征是：以廢棄的動植物油脂和小分子醇類為反應(yīng)物，加入催化劑，在常壓下進行酯交換反應(yīng)，把脂肪酸甘油酯轉(zhuǎn)化為脂肪酸小分子醇酯即生物柴油。其中，小分子醇動植物油的摩爾比為3至9比1，經(jīng)5至7個小時反應(yīng)后，即生產(chǎn)出生物柴油。200410013796.0號文獻涉及一種利用油菜籽發(fā)酵法制取生物柴油的生產(chǎn)工藝。它分為如下步驟：原材料預(yù)處理、菌種培養(yǎng)、中和，然后洗滌干燥分餾。利用該工藝，平均每噸油菜籽可制取245公斤生物柴油，且會產(chǎn)生10%的副產(chǎn)品——甘油和飼料酵母。200510123492.4號文獻涉及一種以高芥酸菜籽油為原料制備生物柴油及芥酸甲酯的應(yīng)用。200610055167.3號文獻涉及一種微波法制備生物柴油的方法。200610055172.4號文獻涉及一種中溫低壓法制備生物柴油的方法。200510043766.9號文獻涉及一種以鹽生植物為原料制備生物柴油的方法。

　　第八，生物柴油催化劑、添加劑、穩(wěn)定劑發(fā)明。例如，200510040898.6號文獻涉及一種生物柴油催化劑及利用該催化劑合成生物柴油的方法。03825109.4號文獻涉及一種提高生物柴油儲存穩(wěn)定性的方法。98811315.5號文獻涉及一種生物柴油和生物燃料油的添加劑。

　　第九，生物油制備方法。例如，02145154.0號文獻涉及一種催化裂解精制生物油的方法。02111779.9號文獻涉及一種由生物質(zhì)水解殘渣制備生物油的方法。200510033827.3號文獻涉及一種利用單糖、低聚糖及其糖醇生產(chǎn)液態(tài)生物能源的方法，包括以下步驟：以單糖、低聚糖及其糖醇為原料，添加甲醇和脫水劑及濃硫酸進行回流反應(yīng)，使糖類醚化；在70至7攝氏度蒸餾，收集冷凝液；或者加入干燥的氫氧化鈣除去濃硫酸，過濾，收集濾液；獲得的冷凝液或者濾液即醚化的生物能源。

　　第十，裝置和設(shè)備發(fā)明。例如，200510009735.1號文獻涉及一種能夠熱解生物質(zhì)燃料并聯(lián)產(chǎn)生物油、可燃氣、活性炭、熱能蒸汽或熱水?shù)腻仩t。它由供料系統(tǒng)、外熱式熱解裝置、換熱式熱解裝置、鍋爐等組成。它的供料系統(tǒng)能夠?qū)⑸镔|(zhì)燃料脫水、脫氣、升溫，使其能量密度達到最大值；外熱式熱解裝置能將制備后的燃料在高溫環(huán)境中快速熱解，產(chǎn)生熱解汽，換熱式熱解裝置利用外熱式熱解裝置產(chǎn)生的900℃高溫?zé)峤馄跓o氧的條件下熱解生物質(zhì)材料，然后制造活性炭，可聯(lián)產(chǎn)或單產(chǎn)生物油、可燃氣、活性炭、熱能等。

　　此外，03825289.9號文獻涉及一種生物柴油的制造方法及制造裝置。200610024679.3號文獻涉及一種制造生物柴油的方法及裝置。它將一定量的脂肪酸、油酸、酸化油、地溝油的混合原料或其中之一，投放于反應(yīng)罐內(nèi)，并按5%－10%的比例加入甲醇，加溫攪拌調(diào)和15分鐘，再按5%－10%的比例加入正丁醇，0.1%的比例加入聚乙烯－醋酸乙烯酯，0.1%比例加入硝酸辛酯，0.05%比例加入烷基萘，加溫攪拌調(diào)和5分鐘；再按0.1%－0.2%的比例加入乙二胺和高堿值環(huán)烷酸鈣，加溫攪拌調(diào)和5分鐘即成生物柴油。其裝置由反應(yīng)罐、高速攪拌裝置、操作平臺、支架和PLC控制系統(tǒng)組成。01134142.4號文獻涉及一種低成本無污染的生物質(zhì)液化工藝及裝置。200510011104.3號文獻涉及一種汽爆秸稈發(fā)酵剩余物熱解制備液體燃料的方法及裝置。200410064280.9號文獻涉及一種車用生物柴油的生產(chǎn)裝置及其制造方法。生產(chǎn)裝置包括：反應(yīng)器、第一閃蒸塔、加熱器、換熱器、第二閃蒸塔、沉降分離器、減壓蒸餾塔、中和水洗器，以及脫硫精制塔。其特征在于反應(yīng)器分為第一段管式反應(yīng)器和第二段管式反應(yīng)器，并且，在第一段管式反應(yīng)器與第二段管式反應(yīng)器之間設(shè)有第一閃蒸塔和加熱器。200510057215.8號文獻涉及一種生物質(zhì)熱解液化的工藝方法及其雙塔式裝置系統(tǒng)。

　　國外專利部署態(tài)勢值得借鑒

　　我國專利部署側(cè)重工藝方法，設(shè)備專利較少，生物能源產(chǎn)品專利極少，尤其具有較大產(chǎn)業(yè)覆蓋面、較強市場壟斷力的“石油生物”專利更加罕見。我國863等重大科研計劃也側(cè)重工藝、設(shè)備研究，沒有注重更加基礎(chǔ)的新產(chǎn)品、新用途和新石油生物研究。

　　例如，石油生物是經(jīng)提純或發(fā)酵等加工后就可當做燃料油或石油產(chǎn)品的生物。目前，全球已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多石油生物，主要是一些夾竹桃科、大戟科、菊科以及豆科植物，如油菜、蓖麻、小桐子、烏桕、大豆、花生等。另外，全球還有三百多種灌木、四百多種花卉屬于石油生物。除了植物，微生物也可成為石油生物。例如，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種淡水藻類屬于石油生物。它的二氧化碳吸收率高，生物燃料提取能力強。其大約兩克重的藻塊在十天內(nèi)就可生長到十克，其中約含五克生物燃料。原則上，這些科研成果都可獲得專利保護。

　　除了新發(fā)現(xiàn)的生物產(chǎn)品用途、新分離和純化的生物本身，經(jīng)過品種選育和品質(zhì)優(yōu)化的石油生物本身也可以申請專利。目前，西方國家正在對已發(fā)現(xiàn)的四十多種石油生物進行品種選育和品質(zhì)優(yōu)化工作，并積極搶注專利。例如，公開號為JP2006055127的文獻涉及一種培養(yǎng)微生物的方法和設(shè)備，用相關(guān)方法制備的微生物，以及用該微生物生產(chǎn)氫燃料的方法。實際上，未來使用的石油生物很可能局限于效率較高的少數(shù)選育生物。獲得相關(guān)生物本身的專利，這對提升我國產(chǎn)業(yè)的全球?qū)＠偁幜Ψ浅Ｖ匾?。不過，我國當事人尚未注意部署此類基礎(chǔ)專利。在863計劃中，我國也沒有開展相關(guān)研究。

　　除此之外，一些轉(zhuǎn)基因生物也可用于提高生物能源的生產(chǎn)效率，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)前景。例如，公開號為NZ506792的文獻涉及一種基因片段和轉(zhuǎn)入該片段的微生物。本發(fā)明的基因片段能促進β－葡萄糖苷酶的合成，進而提高燃料乙醇的產(chǎn)量。這樣，作為生物工廠，新的轉(zhuǎn)基因生物能大大提高燃料乙醇的產(chǎn)量。經(jīng)深入檢索發(fā)現(xiàn)，西方國家非常重視此類轉(zhuǎn)基因技術(shù)的專利部署，專利保護范圍涉及核苷酸分子、載體、細胞、生物本身等。從現(xiàn)有的石油生物中釣取和克隆有用的基因，并搶先部署專利網(wǎng)，這對我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也非常重要。

　　再則，國外還出現(xiàn)了不少專利文獻，用于保護生物燃料電池、生物燃料本身等基礎(chǔ)發(fā)明。例如，公開號為JP2006085911的文獻涉及一種通用生物燃料電池。公開號為UA68591的文獻涉及一種生物燃料混合物。相比之下，我國當事人公開的相關(guān)專利文獻極少。

　　總之，為了提高我國科研規(guī)劃的效率和水平，為了防止企業(yè)開展一些重復(fù)、低級、缺乏市場前途、缺乏技術(shù)和商業(yè)競爭力的科研活動，更為了提高我國科研人員借鑒、吸收、規(guī)避、超越國外專利技術(shù)成果的能力，我國政府和企業(yè)都要在生物能源領(lǐng)域開展大量的專利技術(shù)情報檢索、分析工作，制作高質(zhì)量的專利作戰(zhàn)圖。根據(jù)專利地圖，我國相關(guān)行業(yè)的骨干企業(yè)要快速構(gòu)筑專利壁壘，爭取用數(shù)百、數(shù)千篇專利獲得穩(wěn)固的技術(shù)和商業(yè)競爭優(yōu)勢。（知識產(chǎn)權(quán)報　作者　魏衍亮）