2000-2025年生物质高值化技术的专利格局：增长建模、集中度分析及迈向循环生物经济的融合路径

《World Patent Information》：Patent landscape of biomass valorization technologies (2000–2025): growth modeling, concentration analysis, and convergence pathways toward a circular bioeconomy

　　

摘要

有机废物资源化对能源转型和循环生物经济至关重要。本研究通过定量专利监视刻画了其技术创新格局，重点关注技术成熟度、地理集中度、申请人结构和创新融合。检索了 Lens 数据库中 2000 年至 2025 年间公开的授权专利。经过四阶段筛选，分析了来自 48 个司法辖区的 36,074 条记录，使用了逻辑斯蒂增长建模、赫芬达尔 - 赫希曼指数 (HHI)、专利族分析、引用分析、联合专利分类映射和术语共现分析。累积活动遵循逻辑斯蒂轨迹（上限，43,728；增长率，0.217；拐点年，2018.2；R²?=?0.9992），表明拐点后的整合；年度授权在 2018 年达到峰值 2341 件。美国和欧洲专利局分别占总量的 69.3% 和 20.3%，共同占 89.6%。前十五大申请人中的 HHI 为 768.9，表明在生物技术、石油、化工、工业、消费品和公共研究部门之间的集中度较低。司法辖区广度与向前引用呈弱负相关（Spearman's ρ?=??0.082, p?

引言

向循环和低碳经济转型增加了对有机废物资源化作为农业工业可持续性战略的兴趣 [1]。粮农组织 (FAO) 同样促进了减少损失和改善残余生物质回收的农业食品系统 [2]。

包括热解和气化的热化学过程将生物质转化为固体、液体和气态产品 [3,4]，尽管排放和污染物控制仍然是重要挑战 [5]。生物过程，如厌氧消化和发酵，通常以较低的能量强度运行，产生沼气、生物氢和其他生物基产品 [6,7]。微生物燃料电池和微生物电解池进一步扩展了从废物直接回收能源或氢气的可能性 [8]。

尽管技术多样，但工业部署仍受限于原料异质性、预处理要求、成本和过程控制限制 [9]。因此，过程集成和混合配置作为结合不同转化路线优势的策略备受关注 [10]。这些发展表明生物质资源化领域内技术融合日益增加。

专利分析提供了一种检查创新轨迹、识别主要申请人和评估技术保护策略的手段 [11]。以前的研究主要关注科学文献、单一转化过程或有限的专利数据集 [12]；在生物质资源化领域，量化该领域结构动态的系统专利分析仍然有限 [13]。

本研究分析了跨 48 个司法辖区的 36,074 条与有机废物资源化相关的授权专利记录，重点在于残余生物质的热化学和生物转化。与仅限于单一司法辖区或专利合作条约提交的研究不同，它检查了授权专利活动的国际分布。分析结合了逻辑斯蒂增长建模、赫芬达尔 - 赫希曼指数估算、专利族分析、引用评估和联合专利分类映射与术语共现分析。该框架刻画了生物质资源化创新的时间发展，连同其技术结构、申请人格局、地理分布以及对能源转型和生物经济的影响。

章节片段

有机固体废物能源资源化：全球和区域背景

有机固体废物管理仍然是主要的环境和能源挑战 [14]。在垃圾填埋场或农业工业生产点附近的不当处置会产生温室气体排放、渗滤液、水污染和疾病媒介 [15]。它还限制了有机部分能源潜力的回收，并强化了线性生产模式 [16,17]。这些影响从生态系统退化扩展到公共卫生风险 [18]。

尽管高收入国家已经发展

方法论

本研究应用了一个分为四个连续阶段的技术监视框架——计划、搜索、数据分析和竞争情报 [33,40]——如图 1 所示，从战略范围定义过渡到创新趋势的解释。其应用产生了一个跨 48 个司法辖区包含 36,074 条授权专利记录的数据集。

时间动态与技术成熟度

2000 年至 2025 年间的授权专利活动经历了四个阶段（图 2）。潜伏期 (2000–2009) 包含 4865 条记录，占数据集的 13.5%，年产量范围为 440 至 580 件。2010 年至 2015 年间发生加速增长，产生 9864 条记录 (27.3%) 和 19.7% 的复合年增长率；年度授权量从 2010 年的 908 件增加到 2015 年的 2235 件。活动在 2018 年达到 2341 条记录的峰值。稳定期 (2016–2020) 包含 11,345 条记录，随后

结论

本研究分析了 2000–2025 年间跨 48 个司法辖区的 36,074 项生物质资源化技术授权专利。逻辑斯蒂建模将增长拐点定位在 2018.2 年，该领域目前处于整合阶段 (L?=?43,728; k?=?0.217; R²?=?0.9992)。2018 年 2341 项授权的峰值及随后的稳定表明从基础发明向过程优化、集成和规模化的转变。

专利活动在地理上集中——美国和

CRediT 作者贡献声明

María J. Lozano Polo: 形式分析。 Katty Avilez Marquéz: 概念化，方法论，写作 – 初稿。 José D. Arias Teherán: 监督，验证。 Jairo Salcedo Naizir: 方法论，监督，验证。 Jorge E. Hernandez Ruydiaz: 数据管理，监督。 Jairo G. Salcedo Mendoza: 监督，验证。 Dalis D. Galé Pérez: 方法论，监督。

手稿准备过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明

在准备本工作期间，作者使用 Claude (Anthropic) 支持将手稿从西班牙语翻译成英语。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

资助

本工作由哥伦比亚一般权利系统 (SGR) 在研究项目“有机固体废物可持续利用和增值及其在苏克雷省生物炼油厂和废物转能源技术中的可能应用”[资助号 BPIN 2020000100189] 下支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报道的工作。

致谢

作者向 PADES 研究组和哥伦比亚苏克雷大学表示感激之情，感谢他们在本研究开发期间提供的机构支持。

MARIA JOSE LOZANO POLO 是农业工业工程师，拥有哥伦比亚苏克雷大学工程硕士学位，2025 年以杰出论文荣誉毕业。她目前在同一机构担任研究员，参与专注于有机固体废物资源化的技术发展项目。她的主要研究线是生物质利用，重点是热解和厌氧共消化过程。她曾是

María J. Lozano Polo|Katty Avilez Marquéz|José D. Arias Teherán|Jairo Salcedo Naizir|Jorge E. Hernandez Ruydiaz|Jairo G. Salcedo Mendoza|Dalis D. Galé Pérez

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