全球生物质能源使用占比（全球生物质能源现状与发展）

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，属再生能源。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。当前较为有效地利用生物质能的方式有：

1)制取沼气。主要是利用城乡有机垃圾、秸秆、水、人畜粪便，通过厌氧消化产生可燃气体甲烷，供生活、生产之用。

2)利用生物质制取酒精。在当前的世界能源结构中，生物质能所占比重较小。

生物质能以其可再生性、来源广泛性和环境友好性备受世界各国关注，近年来得到了快速发展。但是与传统的化石能源相比，生物质能源的开发利用在整体上还处于发展初期阶段，研究开发和生产成本较高，技术上不够成熟，产业化程度不高，应用范围还不够广泛。

　　研究采用美国科学引文索引（SCI）和德温特世界专利索引数据库（DWPI)）作为数据源，数据检索日期为2019年12月15日。检索结果表明，截至2019年12月，全球生物质能源领域公开的SCI文献52 777件，公开的专利文献169 770件，其中授权专利59 156件。本研究采用全球生物质能源的SCI文献和授权专利进行分析，主要包括发展趋势、国家技术实力、主要研发机构、核心文献和专利，希望对我国生物质能领域的科技创新和政策制定提供参考。

　　1.发展趋势分析

　　数据表明，全球生物质能源领域的SCI文献量和授权专利量基本持平，均为5万多件。从文献量和专利量的年度分布来看（图1），全球生物质能源领域的发展可以分为以下几个阶段：

一是2000年以前，SCI文献量和专利量都非常少，且SCI文献无论从总量还是增长率都高于专利量，因此这期间主要是生物质能源领域的理论基础研究阶段，属于技术萌芽期;

二是2001-2010年，SCI文献量和专利量都呈现缓慢增长趋势，且专利量逐步与SCI文献量持平，因此该期间是生物质能源领域的理论基础研究和产业应用研究的同步发展初期，属于技术发展初期;

三是2011年以来， SCI文献量和专利量呈现迅速增长趋势，且专利量的增长率高于SCI文献量，因此这期间是生物质能源领域的理论基础研究和产业应用研究的同步发展期，属于快速发展期。

图1 生物质能源文献与专利年度公开量

2.国家技术实力分析

　　全球生物质能源SCI文献量排名前10的国家是美国、中国、德国、印度、意大利、英国、加拿大、西班牙、巴西和法国；授权专利量排名前10的国家是美国、中国、日本、德国、荷兰、加拿大、法国、英国、丹麦、瑞士。这些国家是全球生物质能源领域技术实力较强的国家，其文献量和专利量见表1。分析表明，美国在基础理论研究和产业应用研究方面，均明显领先于其他国家，特别是在产业应用研究方面，是全球生物质能源领域技术实力最强的国家；中国、德国、英国、加拿大、法国、日本、荷兰、丹麦和瑞士这9个国家也是全球生物质能源领域综合实力较强的国家，理论基础研究和产业应用研究都较强，属于第2梯队；印度、意大利、西班牙、巴西的基础研究较强，但是产业应用研究相对较弱，属于第3梯队。

　　3.主要研发机构

　　全球生物质能源SCI文献量和授权专利量排名前10位的机构见表2。数据表明，全球生物质能源领域基础研究实力最强的机构均为科研机构和大学，主要来自美国、中国、法国、印度、德国、瑞典和丹麦，这与国家技术实力分析的结果是一致的。生物质能源领域基础研究实力最强的是中国科学院和美国能源部，其文献量明显高于其他机构；其次是美国农业部、美国加州大学、法国国家科研中心、印度理工学院和德国国家研究中心联合会。全球生物质能源领域产业应用研究实力最强的机构均为企业，来自美国、丹麦、荷兰、德国4个国家。生物质能源领域产业应用研究实力最强是美国先锋良种公司（PIONEER HI-BRED），其次是美国 Xyleco 公司和丹麦Novozymes公司。总体来看，参与全球生物质能源领域基础研究的国家既包括欧美发达国家也包括中国、印度等发展中国家；但是从全球生物质能源的实际产业化来看，欧美发达国家的企业仍然处于绝对主导地位。

表2 生物质能源文献与专利量排名前10的机构

　　4.核心文献与专利分析

　　在全球生物质能源SIC文献中，排除综述性文章，被引次数最多的是2007年发表于国际著名期刊《Fuel》（2018年SCI影响影子为5.128）的文章《半纤维素、纤维素和木质素的热解特性》（Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis）。该研究采用差示扫描量热法（DSC）研究了生物质3种主要组分（半纤维素、纤维素和木质素）的热解特性。该研究表明：半纤维素和纤维素的热解速度较快，而木质素更难分解且产生的固体残留物重量占比非常高。从热解过程中的能量消耗来看，纤维素不同于半纤维素和木质素，前者的热解是吸热的，而后者是放热的。３种组分热解后的主要气体产物相似，包括CO2、CO、CH4和一些有机物。半纤维素具有较高的CO2产率，纤维素具有较高的CO产率，木质素具有较高的H2和CH4产率。通过对生物质３种主要组分的深入研究，可以更好地了解生物质热解释放的气体产物。

　　在全球生物质能源授权专利中，被引证次数最多的是美国齐凯姆公司(ZEACHEM)2000年申请、2003年授权的专利“US6509180”，共被引证596次。该专利自公开以来，直到2019年一直都有被引证记录，表明该专利技术具有持续影响力，其中2010-2012年是该专利被引证的高峰期。该专利在美国、欧洲、澳大利亚、中国、波兰、西班牙、日本、墨西哥、新西兰、奥地利、巴西、德国12个国家和地区进行了专利布局。该发明是一种高收率生产乙醇的方法，同时生产很有价值的联产品。联产品可以包括玉米油和含有发酵中生产得到的生物质的高蛋白动物饲料。与现有技术相比，该发明使用发酵或化学转化的组合极大地增加了从碳水化合物源获得乙醇的产出率。此外还可以生产用作动物饲料的很有价值联产品。值得注意的是，该专利在中国的同族专利“CN00804895.9”已于2015年因未缴年费而终止专利权，因此该专利技术在中国已不受保护，可以免费使用。