可再生合成燃料主题国际态势分析-要闻
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(资料图片)
利用太阳能、风能、生物质能等可再生能源，转化利用二氧化碳设计出适合高效清洁燃烧的合成燃料分子结构，实现CO2+H2O→CxHy的分子转换，生产合成甲烷、醇醚燃料、烷烃柴油、航空燃油等可再生合成燃料。我国作为世界上最大的能源消费国与二氧化碳排放国，未来能源变革的重点在于改善现有能源结构并降低二氧化碳排放。可再生能源是国家能源安全和可持续发展的必然要求，绿色低碳的可再生合成燃料将成为未来能源结构中的重要组成。全球关于可再生燃料的研究始于20世纪70年代末，在近十年的时间发展迅速且具备一定的研究规模。该研究在能源消耗的主要国家和地区（如中国、美国、印度、欧洲国家）开展了广泛研究。在基础研究和技术研发方面，太阳能电池制备、燃料乙醇制备、二氧化碳催化制氢、生物质预处理等研究方向均为目前的研究热点。通过光热转化二氧化碳合成燃料、电催化还原二氧化碳合成燃料、生物转化二氧化碳合成燃料是合成可再生材料的重要技术途径。
本报告以可再生合成燃料为主题，在定性资料调研和专家咨询的基础上，利用文献数据库，采用由面到点、由浅入深的分析思路对可再生合成燃料研究的整体国际研究态势和技术主题进行了分析，旨在分析目前该领域的国内外研究现状及技术热点，从而进一步展示中国在可再生合成燃料领域内的研发现状。
02研究前沿态势分析为检索出与“可再生合成燃料”相关的研究与综述论文，根据专家提供的检索词，构建检索策略1，在ISI Web of Science-SCI数据库中，按照文献类型Article和Review进行筛选，共获得35392篇论文（检索时间2019年7月）。检索出的数据采用Excel、Derwent Data Analyzer（DDA）等工具进行分析。
1 研究产出基本情况分析
1.1 研究趋势分析
纵观可再生合成燃料研究SCI论文年代分布（见图1），国际上从20世纪90年代开始系统地研究可再生合成燃料问题，在1991年之前，有关可再生合成燃料的研究零星开展。例如，1975年，以色列希伯来大学发表了有关“太阳能和光化学燃料形成的化学储存”的研究成果，研究中的初次探讨了可再生燃料与化学燃料之间的关系；1979年，美孚公司率先开展了“从生物质组合物中催化生产高级燃料（汽油）”。工业化的快速发展，导致全球石化资源的消耗迅速、环境问题日益严重，绿色、可持续的可再生合成燃料的研究进展迅速，2007年后，该领域的年均发文量突破600篇，每年的发文量以20%左右的增长率增长，全球关于可再生合成燃料的研究已具备相当规模且发展迅速。
图1 可再生合成燃料研究SCI论文年代分布
1.2 国家（地区）分布
全球共有超过130个国家（地区）开展了可再生合成燃料方面的研究，前二十位的国家排名见下图（图2）。发文量前十位的国家分别是中国、美国、德国、印度、日本、英国、韩国、西班牙、意大利和法国，上述前十位的国家（地区）在可再生合成燃料研究中的发文量占总量的50%以上。
图2 可再生合成燃料研究SCI论文国家（地区）分布
从国家角度看，中国在该主题的研究中占有绝对优势，其发文量占全部论文的16%；美国仅以微弱的差距排在第二位。除中国和美国的发文量超过5000篇外，前十位的其他国家发文在1000篇左右，与上述两个国家形成较大差距。
从研究区域上看，亚洲在可再生合成燃料领域占有明显的优势，排名进入前十位的亚洲国家和地区有中国、印度、日本和韩国，占发文量的26%以上，特别是人口密度高且资源紧张的中国、印度和日本为可再生合成燃料研发的主要国家。
1.3 机构分布
1.3.1 全球机构分布情况
全球发表的关于可再生合成燃料的研究论文涉及的前二十位机构发文量均在180篇以上，有13个机构的发文量超过200篇（见表1）。在这些排名前二十位的机构里中国有9家，美国有8家，有1家机构的国家分别是丹麦、巴西、瑞士、荷兰以及意大利。发文量排名前五位的机构，依次是中国科学院（Chinese Acad Sci）、中国科技大学（Univ Sci & Technol China）、美国国家可再生能源实验室（Natl Renewable Energy Lab）、 丹麦技术大学（Tech Univ Denmark）和天津大学（Tianjin Univ）。其中，中国科学院的发文量为1733 篇，处于该研究领域的第一研究梯队；中国科技大学发文量为367篇，处于第二研究梯队；美国国家可再生能源实验室、丹麦技术大学、天津大学及浙江大学（Zhejiang Univ）的发文量均在300篇以上，处于该研究领域的第三研究梯队。
表1 可再生合成燃料研究SCI论文全球研究机构分布情况
1.3.2 中国机构分布情况
在可再生合成燃料研究领域发表的SCI论文中，中国有9家研究机构进入全球机构排名前二十位。在国内排名前十位研究机构中（见表2），除中国科学院外，其他9家单位均为高校，分别是中国科技大学、天津大学、浙江大学、清华大学、东南大学、北京化工大学、华中科技大学、上海交通大学和厦门大学。从研究机构的发文数量看，上述前十位的研究机构发文量均在170篇以上。其中，在中国科学院系统中，由于中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院广州能源研究所、中国科学院过程工程研究所、中国科学院山西煤炭化学研究所、中国科学院工程热物理所等研究所在可再生合成燃料领域开展了广泛的研究，导致中国科学院以1733篇SCI论文的发文量，遥遥领先于其他机构。
表2 可再生合成燃料研究SCI论文中国研究机构分布情况
1.3.3 机构合作情况分析
通过分析该领域内发文量前二十位机构之间的合作关系发现，在可再生合成燃料研究领域内，各国的研究机构之间开展了密切的合作，除了与本国的研究机构合作开展研究外，国际合作也在广泛开展（见图3-图5）。
图3 可再生合成燃料研究机构合作分布
图4 中国科学院机构合作情况
图5 可再生能源国家实验室机构合作情况
• 中国的研究机构以中国科学院为代表，该机构与中国科技大学、天津大学、北京化工大学、浙江大学、清华大学、东南大学等国内高校开展了密切合作研究，其中合作发文最多的机构为中国科技大学，两个机构合作发表论文82篇，合作研究内容包括太阳能电池、生物质燃料、光热转化二氧化碳合成燃料等方面。在国际合作上，中国科学院与丹麦技术大学、威斯康星大学、加州大学伯克利分校、华盛顿州立大学等国外高校合作，其中与丹麦技术大学在生物质燃料电化学合成方面合作发表论文13篇。
• 美国国家可再生能源实验室致力于开发新型能源，为人类创造更加清洁更加可持续化的未来，该研究机构论文发文数量排名第三。在机构合作方面主要与本国的研究机构进行合作，包括橡树岭国家实验室、华盛顿州立大学、伊利诺伊大学、加州大学伯克利分校等，其中与橡树岭国家实验室开展了生物燃料电池、生物法合成燃料及化学品等方面的研究。同时，该机构也分别与丹麦技术大学、巴西圣保罗大学开展合作，各自发表1篇论文。
1.4 期刊分布
可再生合成燃料主题发表论文涉及的期刊超过2270种，主要集中在能源与燃料、化学、生物技术与应用微生物学、环境科学、材料科学、绿色与可持续科技等研究领域。就期刊来源看，发文量前十位的10种期刊（见表3）中有9种期刊由英国出版发行，美国出版的期刊有1种。发文量最多的前五种期刊分别是：BIORESOURCE TECHNOLOGY（1384篇）、INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY（1070篇)、ENERGY & FUELS（940篇）、FUEL（860篇）和BIOMASS & BIOENERGY（650篇）。在发文量前十位的期刊中，影响因子最高的期刊为英国出版的《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》杂志，影响因子为10.5562，作为美国能源办公室主办的特色期刊，该期刊为能源与燃料领域中以绿色可持续发展和能源与燃料方向的权威期刊之一。
表3 可再生合成燃料研究SCI论文发表期刊分布情况
1.5 高被引论文
在可再生合成燃料研究领域的高被引论文前二十位论文的国家/地区分布中（见表4），美国共有12篇论文，法国和中国分别有2篇论文，日本、爱尔兰、瑞士和英国各有1篇论文。其中，在论文引用频次上，引用次数最高的为美国加州理工学院的Lewis , Nathan S. 教授于2006年在《PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA》杂志上发表的论文，该论文讨论了可再生能源中太阳能利用的相关问题，至今已被50个国家超过1800家的机构引用，引用次数为4495次。在可再生合成燃 料研究领域，中国发表的论文中有两篇高被引论文，一篇是清华大学李景虹教授2012年发表在《CHEMICAL REVIEWS》上的讨论有关石墨烯在太阳能电池、甲醇燃料电池应用的研究论文，该文被引用1731次，排名第十七位。另外一篇是华南理工大学吴宏滨教授2011年发表在《ADVANCED MATERIALS》上讨论关于提高太阳能效率的研究论文，该文被引用1699次，排名在第十九位。综合来看，中国在可再生合成燃料研究中虽然已产出大量研究成果，但是在该研究领域的影响力及被关注度方面需进一步加强。
表4 可再生合成燃料研究SCI热点论文
2 国家（地区）被引频次分析
对全球发表的可再生合成燃料研究论文的被引频次进行分析，以国家进行累积加和，并计算其篇均被引频次（见表5）。总被引频次和篇均被引频次的高低说明研究的影响力大小，其中，总被引频次表示国家在该研究领域的影响力，篇均被引频次表示发表论文的被关注程度。
表5 可再生合成燃料SCI论文国家/地区被引情况
从总被引频次来看，前十位依次是美国、中国、德国、英国、日本、加拿大、西班牙、荷兰、法国和印度。美国的总被引频次达301245次，领先于其他国家；其篇均被引频次为52.45，同样排在世界第一位。瑞士的发表论文数量虽然仅有380篇，排名第二十位，但是该国发表论文的平均被引频次达52.42，仅次于美国，排名第二。中国论文总数排名全球第一位，总被引频次为全球第二位，但是在发表论文的篇均被引频次排名上则排在第十七位，论文的影响力落后于美国、瑞士、荷兰、加拿大、丹麦等欧美国家。
以发文量前十位国家的国家名称、发文量和及其篇均被引频次三个指标作气泡图，气泡大小表示篇均被引频次的多少（见图6）。由图可以直观看出，相对美国及英国、法国、德国、西班牙等欧洲发达国家，亚洲各国论文的篇均被引频次均相对较低。在亚洲国家中，仅有日本的篇均被引频次超过30次，为32.08次，但是该指标仍然低于发文量前十位国家的篇均被引频次的平均值（33.84次/篇）。
图6 可再生合成燃料SCI论文前10位国家发文量-篇均被引频次分析
3 研究主题分析
3.1 研究主题关键词分析
根据检出的文献，通过DDA分析工具对关键词进行分析，排除无效概念，得到关于可再生合成燃料研究所涉及的高频关键词。将主题关键词分为四类，即可再生合成燃料的主要燃料产品、合成方法、化合物和合成原料四个研究方向，分别进行筛选、聚类及相关性分析，得出各主题之间的相互关系，以及热点主题（见表6）。其中，燃料产品主题是指乙醇、生物燃料、燃料电池、太阳能电池、运输燃料、生物柴油、合成气、沼气等燃料产品；合成方法则涉及电化学合成、光化学合成、生物化学合成以及预处理等合成方法中的关键环节；化合物包括氢、纤维素、甲烷、木质素、烃、葡萄糖、醇类、乙酰丙酸、醋酸等各种合成燃料的中间化合物；可再生合成燃料的原料来源包括太阳能、风能、地热能、潮汐能各类可再生能源以及玉米秸秆、麦秆、植物油、微藻等生物质。
表6 可再生合成燃料研究领域主题频词分析
3.2 研究主题相关性分析
将主题关键词进行筛选、聚类后，进行相关性分析，获得可再生合成燃料主题分析图（见图7）。从图中看出，关于可再生合成燃料的研究，目前的研究内容主要集中在可再生合成燃料的生物质合成、生物质气化、光热转化合成、纤维素制备乙醇、微藻生物柴油五个方面。
图7 可再生合成燃料领域主题相关关系图
• 在可再生合成燃料的生物质合成研究上：生物质（biomass）、转化（conversion）、燃料（fuels）、化学（chemicals）之间相互关联；同时，生物燃料（biofuels）与催化转化（catalytic conversion）、脱水（dehydration）、乙酰丙酸（levulinic acid）等关键词之间存在关联关系。利用生物质合成可再生燃料为目前全球研究的主要方向，其中化学法仍是生物质合成可再生燃料的主要途径。
• 在生物质气化研究上：蒸汽气化（steam gasification）、流化床（fluidized-bed）、生物质气化（biomass gasification）之间；蒸汽气化（steam gasification）、生物质气化（biomass gasification）与热解（pyrolysis）之间；蒸汽气化（steam gasification）、生物质气化（biomass gasification）与制氢（hydrogen-production）之间均存在相互关联。生物质气化处理过程主要以热解技术为主。
• 在光热转化合成研究上：二氧化碳（carbon-dioxide）分别与甲烷（methane）和合成气（synthesis gas）；甲烷（methane）和制氢（hydrogen-production）；电化学还原（electrochemical reduction）和光催化转化（photocatalytic conversion）；光催化转化（photocatalytic conversion）和太阳能（solar）四组关键词之间关系密切；同时，光催化转化（photocatalytic conversion）与可见光（visiblelight）、太阳能（solar）以及氧化钛（TIO2）之间有一定关联。太阳能提供了丰富的光热能源，光热催化还原二氧化碳利用可再生的太阳能资源，是合成可再生氢燃料的重要技术途径之一。
• 在纤维素制备乙醇研究上：木质纤维素（lignocellulosic biomass）与纤维素（cellulose）、木质素（lignin）、糖化（saccharification）、生物法合成（biotechnological production）、玉米秸秆（corn stover）、发酵（fermentation）、酶法水解（enzymatic-hydrolysis）、水解（hydrolysis）、乙醇（ethanol-production）等关键词之间相互关联；同时，这些关键词之间互相交叉，构成网状结构。特别是作为原料的玉米秸秆（corn stover）与生物法制备乙醇的酶法水解（enzymatic-hydrolysis）工艺形成较强的相关关系。
• 在微藻生物柴油研究上：生物柴油制备（biodiesel production）分别与微藻（microalgae）、植物油（vegetable-oils）关联，形成关键词群组。
• 其他方面：生物燃料电池（biofuel cells）与发电（electricity-generation），电极（electrodes）与薄膜（films）两两相互关联。
3.3 关键技术时间分布
将可再生合成燃料研究中涉及的技术类关键词（前15位）进行时间序列分析（见图8）， 以了解该研究领域内关键技术的发展趋势。在这些技术研究中，发酵（fermentation）、氧化（oxidation）、催化（catalysts）、热解（pyrolysis）、气化（gasification）以及水解（enzymatic-hydrolysis）等技术出现较早，从1990年即开始相关研究，特别是关于发酵、氧化、催化制备可再生合成燃料的研究一直延续至今，上述技术已成为可再生合成燃料的重要合成方法之一；随着纳米技术的兴起，纳米技术（nanoparticles）在2005年开始应用于可再生合成燃料研究中，此后的时间中，该技术在可再生合成燃料研究发文量一直保持稳定；酶法水解（enzymatic-hydrolysis）、厌氧消化（anaerobic-digestion）等生物化学合成方法为近十年开展研究较多的新兴合成技术。此外，光催化转化（photocatalytic conversion）、电催化转化（electrocatalytic conversion）合成技术也在逐步开展，论文发表数量呈上升趋势。
图8 可再生合成燃料研究关键技术时间分布趋势
3.4 研究主题国家分布
分析发文量前十位国家在可再生合成燃料研究中生物化学合成、电化学合成以及光化学合成三个研究方向的发文量分布，了解各国在该领域内的研究重点（见图9）。整体上看，各国在生物化学合成可再生合成燃料方面布局的研究方向所占比重最大，其次是电化学合成方法，光化学合成在各国的研究中占比最少。
图9 可再生合成燃料研究主题国家分布
从研究方向上看，美国、德国、印度、西班牙在生物化学合成方面的研究占比均超过60%以上，其中印度发表的有关生物化学合成方面的论文占比最高，达到73%，印度在可再生合成燃料研究中主要以生物化学合成法为主。在电化学合成研究中，中国、日本和法国研究占比超过30%，其中法国在电化学合成方法研究中发文占其在可再生合成燃料研究中的46%。此外，在光化学合成研究中，意大利发表的论文占其在可再生合成燃料研究中的21%开展了较广泛的研究。
从国家层面看，中国、德国、日本、英国、韩国和意大利在生物化学合成、电化学合成以及光化学合成三个研究方向布局较为一致，上述三个研究方向发文量的比重基本为5:3:2。美国、印度和西班牙较偏重生物化学合成方法的研究，而法国则重点在生物化学合成和电化学合成两个研究方向上开展了深入的研究。
4 小结
可再生合成燃料研究始于20世纪70年代末，近十年开始快速发展并已形成一定研究规模。全球开展可再生合成燃料研究的国家（地区）超过130个，中国是这方面研究最多的国家，在该领域研究发文排名第一。从机构角度来看，中国科学院在该技术领域发表论文最多，远超国内外的其他研究机构；排名前二十位的研究机构中，中国有9家机构，美国有8家机构，这两个国家为开展可再生合成燃料研究最为活跃的国家。从可再生合成燃料主要研究内容看，关于可再生合成燃料的研究内容主要集中在可再生合成燃料的生物质合成、生物质气化、光热转化合成、纤维素制备乙醇、微藻生物柴油五个方面。此外，各国在可再生合成燃料研究中生物化学合成、电化学合成以及光化学合成三个研究方向研究布局各不相同。整体上看，各国在生物化学合成可再生合成燃料方面布局的研究方向所占比重最大，其次是电化学合成方法，最后是光化学合成。但是，上述三个技术方向在各国的研究布局中各有侧重。
03研发情况在 Derwent Innovation（DI）数据库中3，共检索到11719条专利文献（检索时间2019年9月）。对检索出的数据采用DDA、DI和Excel等工具进行分析，结果如下。
1. 总体情况分析
1.1 专利申请时间分布
从可再生合成燃料技术专利申请来看（见图10），该技术最早可追溯到20世纪70年代。进入1995年后，全球关于可再生合成燃料技术的专利申请量呈逐年稳步上升的态势，2007年后可再生合成燃料技术每年的专利申请量均超过1000件，其中，2012年专利申请出现小高峰达到2597件。申请量最多的前五位国家分别是中国、美国、日本、韩国和德国。其中，德国是最早开展可再生合成燃料技术相关技术研究的国家之 一，1974年，德国的RHEINLANDER J公开了“使用聚集太阳能通过蒸汽进行甲烷转化以产生非氧化物和氢气”的专利技术方案，率先开展了可再生合成燃料的技术工艺研发。
图10 可再生合成燃料国内外专利申请时间演化图
中国自1998年开始申请相关专利，2015年后其专利年申请量超过美国，成为世界第一。中国的专利申请变化趋势与国际专利申请趋势大致相同。在可再生合成燃料技术研发中，中国作为该技术的新兴国家，正在快速发展。
1.2 专利申请国家（地区）分布
从专利技术的国家（地区）来源来看，中国和美国的专利技术最多，专利占比分别为34%和28%，两国申请的专利占该技术领域的一半以上。从专利技术的市场分布来看，专利市场主要分布于中国、美国、日本、欧洲和韩国。从图11和图12可以看出，可再生合成燃料相关技术主要掌握在中国和美国手中，而该技术的应用市场在全球均有分布，专利市场除亚洲、北美和欧洲外，在南美洲的巴西以及大洋洲的澳大利亚也有布局。
图11 专利技术来源国家（地区）分布
图12 专利技术市场国家（地区）分布
1.3 主要专利权人分析
从检索结果看，有超过10300多家机构和个人活跃在可再生合成燃料技术研发领域。专利申请数量位居前二十位的机构中（见表7）有13家为公司，且多为跨国公司，高校有5家，科研机构有3家。其中来自美国的专利申请人8家，中国6家，韩国3家，荷兰、法国、日本和德国各1家。排名第一位的专利申请人为荷兰壳牌国际研究MIJ公司，专利申请量为122件；中国的桂林理工大学排名第二，专利申请量101件；中国深圳市海洋王照明技术有限公司排名第三，专利申请量均为95件。
表7 可再生合成燃料主题的主要专利申请人
分析专利持有时间和新专利申请量，可以看出竞争机构对于某一技术的技术领先持续度和最新的技术发展态势。在可再生合成燃料技术研发领域相关专利中，分析排名前二十位机构的专利延续时间和近5年专利数量占总量的比例情况能够看出（见表7），美国、荷兰、日本、韩国和德国等发达国家的申请人在可再生合成燃料技术专利申请的延续时间超过20年，其中美国埃克森美孚化学公司专利申请持续时间为45年，德国巴斯夫股份公司专利申请持续时间为40年，这2家机构在该技术领域具有先期的技术领先优势。
同时，可再生合成燃料技术研发专利中近5年申请的专利占总专利数近36%，作为化石燃料的替代技术，可再生合成燃料技术研发持续受到关注。特别是2006年后，相关专利申请相对集中。但是，各申请机构的发展态势并不相同。例如 ：
• 排名第二的中国桂林理工大学专利申请延续时间最长仅为10年（2010~2019年），但该校在近5年专利占其专利总量比重高达84%，是可再生合成燃料技术领域内最活跃的研究机构。
• 浙江大学、中国科学院大连化学物理研究所，从2006年开始申请相关专利，是国内较早开展可再生合成燃料研究的机构。其中浙江大学近5年专利占其专利总量为59%，为该领域内最为活跃的技术研发者并保持着较高的技术竞争力。
• 美国埃克森美孚化学公司的专利申请延续时间为45年（1974~2019 年），其近5年专利占比为88%，在该研究领域持续保持技术领先；相反的，德国巴斯夫股份公司虽然专利申请延续时 间为40年（1979~2018年），但其近5年专利占比为22%，说明该公司在近几年减少了在可再生合成燃料技术的研发布局，后续创新略显不足。
• 在开展研发的科研机构中，韩国科学技术研究院于1999年开始专利申请，专利申请延续时间为20年，近五年专利占比43%；法国石 油研究院从2001年开始专利申请，专利申请延续时间为18年，近五年专利占比25%；中国科学院大连化学物理研究所从2006年开始专利申请，专利申请延续时间为12年，近五年专利占比45%。韩国科学技术研究院和中国科学院大连化学物理研究所在该技术领域的均保持一定水平的研发创新，而法国石油研究院的技术研发活动则集中在2009年至2011年。
• 此外，美国的两所高校加利福尼亚大学和德克萨斯大学在可再生合成燃料方面的技术研发时间均超过20年，同时这两所高校近五年的专利申请占比保持在46%，成为该技术领域内重要的技术持有者。
1.4 中国专利权人情况分析
中国研发机构在可再生合成燃料技术研发申请专利的全球排位处于领先，全球前二十位的专利权人有6家来自中国，其中桂林理工大学和深圳市海洋王照明技术有限公司在全球的专利申请量分别位于第二和第三。在中国专利权人前十位的排名中（见表8），排名前五位的机构分别是桂林理工大学、深圳市海洋王照明技术有限公司、浙江大学、中国石油化工集团公司和中国科学院大连化学物理研究所。整体上看，中国的研究机构进入该技术领域时间较短（12年左右），但是保持着活跃的研发活动和技术创新力，专利申请量逐年快速增长，在该技术领域具备一定的技术竞争力。
表8 可再生合成燃料中国专利权人情况分析
1.5 专利权人合作情况分析
在可再生合成燃料研发中（见图13），该领域的专利权人普遍以单独申请的方式进行。在前二十位的专利权人中，仅有四组八家机构开展研发合作，合作方式仅为两两合作。这些合作研发的机构分别是：塞拉尼斯公司和巴斯夫股份公司、加利福尼亚大学和德克萨斯大学、浙江大学和中国石油化工集团公司以及三星电子公司和韩国科学技术研究院。塞拉尼斯公司和巴斯夫股份公司合作申请了燃料电池方面的专利；加利福尼亚大学和德克萨斯大学合作开展了薄膜电池关键装置的研发； 浙江大学和中国石油化工集团公司共同开展了裂解燃烧器的研发；三星电子公司和韩国科学技术研究院在太阳能转化、燃料电池的电容方面展开合作。
图13 可再生合成燃料领域专利权人合作关系图
2. 技术主题分析
2.1 专利研发技术热点分布
根据图14绘制的技术主题分布图，目前可再生合成燃料研发的专利申请内容集中在太阳能电池制备、电化学合成、气化处理、二氧化碳气化制氢、燃料乙醇制备、沸石分子筛等方面。专利申请的热点内容包括：太阳能电池电极制备（Powder:Efficiency:Conversion efficierncy）、（Surface:Silicon:Electrode）、（Electrode:Efficiency:Photoelectric）；薄膜太阳能电池（Layer:Film:Efficiency）、（Film:Solar cell:Transparent）；电化学设备（Electrochemical: Capacitor:Battery）、（Power:Draw:Current）；生物质气化处理（Engine:Exhaust:Combustion）、（Air:Combustion:Connect）、（Biomass:Furnace:Gasiffcation）；催化制氢（Oil:Catalytic:Catalyst）、（Stream:Hydrocarbon:Catalyst）；生物质液化处理（Sequence:Encode:Polypeptide）、（Biomass:Convert:Liquid）；乙醇制备（Solution:Add:Prepare）、（Solution: Prepare:Ethanol）以及有机废弃物制备生物燃气（Waste:Organic:Biogas）等技术方向。
分别筛选中国、美国和日本三国的专利进行分析，中国的专利集中分布在生物乙醇制备、太阳能电池制备和生物质气化处理等方向；美国的专利申请技术主题分布交广，该国申请的专利在木质纤维素处理、二氧化碳催化制氢、电化学合成可再生燃料以及太阳能电池制备等方向均有布局；日本的专利相对集中在太阳能电池制备和电 化学合成方面开展研发。
图14 可再生合成燃料领域专利申请布局
2.2 主要国家专利技术主题分布
将可再生合成燃料领域的专利申请按照专利分类号进行德温特手工代码分类（见表9），在该研究领域，技术研发主要集中在光催化二氧化碳制备燃料、废弃物处理及生物法合成三个方面。
表9 可再生合成燃料领域前10位专利分类
按照专利申请前十位的国家和前十位的专利分类技术进行专利申请国家-德温特手工代码分析。在国家与专利申请的德温特手工代码分类分析中（见图15），各国的研发重点各不相同，例如（1）中国在德温特手工代码分类的前10位的技术领域中均开展了研究，其中在太阳能电池、单细胞、可再生能源、光电池等方面申请的专利较多；（2）日本的研发集中在太阳能电池制备方面；（3）美国、德国、法国、俄罗斯、印度、英国均在城市和农业废弃物处理方面开展技术研发，特别是俄罗斯，作为自然资源储备丰富的国家，利用农业废弃物合成燃料的技术研发活动占主导地位，专利申请量占比远远超过其他技术研发方向；（4）欧洲的德国和英国在“燃料电池和相关组件”的专利申请占比超过其他国家，美国和法国在“燃料制备”方面申请的专利占比超过其他国家。
图15 可再生合成燃料主要国家专利申请技术主题分布
3. 小结
全球专利文献中关于可再生合成燃料技术的研究可以回溯到20世纪70年代，进入1995年后，全球的专利申请量呈逐年稳步上升的态势。中国在可再生合成燃料领域的技术研发起步较晚，但整体发展迅速。自1998年开始申请相关专利，2015年后中国的专利年申请量超过美国，成为世界第一。但是，中国的专利申请仍以本国专利 申请为主，国际化程度相对不高。该技术的应用市场遍布全球各个主要国家和地区。
在全球开展可再生合成燃料专利技术研发的机构中，荷兰壳牌国际研究MIJ公司为该领域的技术领先者，拥有专利技术最多，专利申请持续时间超过20年，在该领域一直保持技术竞争力；美国的研发机构在前二十位专利申请人占比为 40%，美国是能源消耗大国同时又是生物质资源非常丰富的国家，在该技术领域技术实力雄厚；中国有6家机构专利申请量排名前二十位，分别是桂林理工大学、深圳市海洋王照明技术有限公司、浙江大学、中国石油化工集团公司、中国科学院大连化学物理研究所和华南理工大学，中国专利申请人在该技术领域的研发活跃取得了一定的技术积累。
目前，可再生合成燃料技术研发的专利申请内容集中在太阳能电池制备、电化学合成、气化处理、二氧化碳气化制氢、燃料乙醇制备等方面。利用生物质转化合成可再生燃料是全球目前的研发热点。
参考文献
1 检索策略 ：主题 : ((methane OR CH4 OR methanol OR ethanol OR alcohol OR diesel OR fuel*) AND (plasma OR photochem* OR Thermochem* OR Electrochem* OR conversion OR Biotransformation OR catalytic) AND (biomass* OR biogas* OR biofuel* OR Solar* OR Wind* OR tide* OR tidal OR geotherm* OR \"terrestrial heat\" OR \"renewable energy\")) OR 主题 : ((solar OR wind OR tide* OR tidal OR geotherm* OR \"terrestrial heat\" OR \"Renewable energy\" OR biomass OR biogas* OR biofuel*) AND (carbondioxide OR \"carbon dioxide\" OR CO2) AND (plasma OR photochem* OR thermochem* OR electrochem* OR conversion OR biotransformation OR catalytic)) 精炼依据 : [ 排 除 ] Web of Science 类别 : ( ASTRONOMY ASTROPHYSICS )
2 期刊影响因子数据来源 : JCR Science Edition 2018
3 检索策略：ABD=((methane OR CH4 OR methanol OR ethanol OR alcohol OR diesel OR fuel*) AND (plasma OR photochem* OR Thermochem* OR Electrochem* OR conversion OR Biotransformation OR catalytic) AND (biomass* OR biogas* OR biofuel* OR Solar* OR Wind* OR tide* OR tidal OR geotherm* OR \"terrestrial heat\" OR \"renewable energy\")) OR ABD=((solar OR wind OR tide* OR tidal OR geotherm* OR \"terrestrial heat\" OR \"Renewable energy\" OR biomass OR biogas* OR biofuel*) AND (carbondioxide OR \"carbon dioxide\" OR CO2) AND (plasma OR photochem* OR thermochem* OR electrochem* OR conversion OR biotransformation OR catalytic)) AND DP>=(18360101)
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