从专利视角看船舶减排技术的发展

屠怡范 史伟伟

随着国际社会以及行业对航运减排的日益关注，国内外越来越多的与航运、造船相关的企业、机构等逐渐加大了对船舶减排技术的研发力度，同时也有很多与碳减排相关的专利技术不断涌现。那么，当前全球相关专利技术的发展情况如何？本文从与船舶减排技术相关的宏观专利数据出发，基于专利申请基本总数、基本趋势、主要技术产出地和目标市场、技术构成情况以及主要技术竞争者等多个角度重点分析研究了国际海运业碳排放强制标准出台前后全球相关专利技术的发展情况，以期从专利技术角度对中国船舶业未来适应全球船运业低碳减排要求所面临的风险提供有益的启示。

船舶减排技术专利现状

根据中国专利文摘数据库和德温特世界专利数据库，以及其他专利数据库，以联合分类号（CPC分类号）Y02T70为主要检索入口，通过初步检索、扩展检索和补充检索等获取的数据显示，在1998～2017年20年间，与船舶低碳减排相关的专利申请量呈现一个逐年增长的趋势，并且在靠近EEDI通过的前后时间增幅更加明显，即2009年开始到2014年达到申请量的峰值618项。

从全球船舶减排技术主要专利技术产出地（申请量排名前十）的分布来看，其中来自亚洲的日本在船舶减排技术上的专利申请量最多达到2002项，一方面与日本这20年间船舶制造业的繁荣相匹配，另一方面体现了其对于通过技术减排的重视程度更高，与之类似的还有韩国（1629项）和中国（1009项），中国更是作为目前全球最大的船舶制造国以及2017年全球专利申请量最多的国家，其在船舶新技术方面也是有较多的产出量，而造成这种格局的原因还有造船业整体迁移到亚洲等因素。在这个榜单中排名第三的是美国，作为全球船舶制造技术最为先进的国家之一，美国的技术产出量一直位居前列，申请量有1239项。但是与之相反的，作为减排先锋的欧洲各国，其在减排技术方面的专利技术产出量却不高，申请总量均达不到1000项，即使是英国这样的老牌海上强国，其专利申请量和排名前三的中日韩相比差距也很大。

与技术产出地分布相对应的是市场目标地，一般而言，两者是相互呼应的，全球专利技术主要流入的市场目标地（专利申请的公开量排名前十）来看，专利申请的公开量排名第一的仍然是日本，公开量达到2404项，排名第2～4位的仍然是韩、美、中。可见，与技术来源非常类似的是公开量排名前四位的国家，即技术在韩、中、日、美四国之间的交叉流向是均衡的。而这一排名中非常值得关注的是，与技术产出地相同的作为减排政策主导者的欧盟国家只有德国、英国、法国位列其间，一方面与欧盟的整体专利制度（即专利申请都是统一递交到欧洲专利局进行审批和确权，出现的专利号均以EP为标示，在此次统计中未能直接体现）相关，但是也从另一个角度说明事实上由于制造中心的转移，船东（多数来自西欧和北美）将减排的主要责任转嫁到制造商处。

船舶减排技术专利分布情况

目前常见的船舶节能技术措施从以下11个方面考虑（如表所示）:1）船舶线型优化；2）船舶结构优化以及新材料使用；3）低风阻上层建筑；4）低阻力舵；5）主机降功率使用；6）船机桨配置优化；7）动能优化及传输降损；8）最低压载水船型设计；9）气泡减阻；10）减阻涂料；10）废热利用；11）废气后处理。

参考这一标准（除了最低压载水船型设计，并无与此直接相关的专利分类号），将上述检索得到的全球专利进行相应分类，如图所示。其中船型优化、对清洁能源的使用以及动能优化这三个技术措施涉及的专利申请量占比最高，分别为29%、23%、15%，而涉及专利申请量最少的是减阻涂层、主机改进以及废气后处理，分别占比为1%、1%、2%。其中废热利用、船舶结构优化以及船机桨优化配置和气泡减阻四类技术措施的专利申请量占比介于前述几类技术措施之间，分别为4%、4%、9%和12%。从CO2减排效果来看，最好的是废热利用，但是这一点在专利申请上并无明显直接体现，即对该项技术的研发改进量并不突出。相反从专利技术角度，还是更多的偏向于对节能相关技术的研究，例如比例最高的船型优化。

根据CPC联合分类号对上述减排技术措施的细分技术进行分析，其中申请量排名前20位的CPC分类号如表1所示。CPC联合号是欧洲专利局和美国专利局共同提出的新的专利分类体系，其中为减排技术设定了分类号Y02T这个小类，其对应的是减缓或适应气候变化的技术或应用，并且附注：本小类包含选择技术，其控制、减少或防止人为温室气体（GHG）的排放，如京都议定书所控。如表所示，其中申请量最多的是Y02T70/122这个点组，达到1707项，根据分类号解释可知其涉及船型结构优化——空气腔系统。其次是Y02T70/12：改善船体流动动力学，也是涉及船型结构优化。此外，所述分类号中除了Y02T70/123是关于涂层技术外，多数分类号所属技术关于船型技术以及清洁能源。其中对船型的改进主要是形成空气腔改善船体流线型结构等方面，而清洁能源方面则涉及了对风能的利用等等。

船舶减排技术主要竞争者分布

从船舶减排技术领域专利申请量排名前20位来看，全球船舶减排技术的主要贡献者中，来自韩国的申请人有4位，分别是三星重工、大宇造船、现代重工和韩国海洋技术研究院，分别排名第1、3、4和16位，其中前三家企业都是全球知名的船舶制造企业，三者的申请量分别是520项、361项和274项，三家企业的申请总量达到1155项，占韩国总申请量的70.9%，可见其在韩国的技术垄断地位。来自日本的申请人则有10位，占前20位申请人数量的50%，其中三菱重工业株式会社申请量排名第2。而来自欧洲的申请人较少，只有西门子和瓦锡兰，两者主要以电动推进设备为主要产品，且专利申请量也比较少，仅有55项和30项；而来自美国的申请人有美国海军、通用电气，其研究重点多数集中在主机改进等方面。在欧美申请人中除了美国海军和西门子的专利申请人可以排名前十外，其余两者的申请量排位都不靠前。在这个排名中，来自中国的申请人只有两所大学—哈尔滨工程大学和武汉理工大学，其申请量分别为30项和20项，说明中国目前在针对低碳减排的相关技术研究还主要集中在科研阶段，产业化开展程度不高。

从整体来看，欧洲市场上船舶配套企业期望通过主机等核心技术革新来降低二氧化碳的排放量，而亚洲企业则多数是船舶制造企业，其在减排方面的技术革新多数都是集中在对船舶外形或者船舶建造工艺方面的技术革新。无论从哪一个方面，目前看来中国造船界还有待继续努力。

对我国的启示

通过详实的数据分析，不难发现，以检索截止日期为2018 年1月20 日计算，全球共有船舶减排专利技术8989项，从申请的时间序列上看，对这一技术的研究热情在条约出台后的2014年达到年度峰值618项；多数的技术来源于韩、日、美、中四国，同时对应地向上述四国作为目标市场国输入相应的专利技术；其中中国作为技术产出地或市场目标地，其申请量或公开量的全球排名都是第4位，仅次于韩、日、美三国。

另外，还值得关注的有两点，一是全球相关专利减排技术分布在对船型优化、对清洁能源的使用以及动能优化这三个技术措施上，主要手段有形成空气腔、减少船体表面的摩擦、利用风能等等。二是全球提供上述专利技术的申请人主要来自韩、日两国，全球申请量最多的申请人是来自韩国的三星重工业株式会社，其次是来自韩国的大宇造船株式会社以及日本的三菱重工株式会社；申请量靠前的申请人多为船舶制造商；能排入申请量前20位的中国申请人只有哈尔滨工业大学和武汉理工大学。

由此可见，日本、韩国、美国和欧洲等掌握先进造船技术的强国和地区早已启动对船舶节能减排技术的研究，从而在一定程度为其在国际减排目标制定过程中争取相应的主动权。虽然我国在造船技术上已取得长足进步，例如体现在专利申请数量的优势，但与造船强国相比还存在一定的差距，尤其是我国的船舶制造企业作为产业创新主体以及减排目标的受控方并没有掌握太多的国际主流的低碳减排技术，从一定程度上反映出我国未来在国际减排目标的谈判可能会处于相对弱势，存在较大风险。因此这就要求我国船舶制造企业必须密切跟踪国际发展动态，加大研发投入，提高自主设计能力，迎接船舶市场新一轮的竞争，实现从造船大国向造船强国的升级转变。