調查數據顯示，在我國11個沿海省所轄的52個沿海城市中，極度缺水的有18個，重度缺水10個，中度缺水9個，輕度缺水9個。而海水淡化是解決沿海地區淡水缺乏的戰略選擇和根本措施，具有光明的前景。
由于海水淡化具有十分巨大的商業價值，衆多的國內外企業和大學很早就進入到該領域，並進行了大量的專利布局。筆者通過incopat檢索後發現，截止到2018年9月18日，關于海水淡化的全球發明專利近1.4萬件，專利申請人分布在超過30個國家和地區。在本文中，筆者將從專利角度對海水淡化技術的發展脈絡進行分析，以期爲相關企業提供參考。
國外研發 企業步步爲營
海水淡化技術繁多，國外的技術人員已經研發出多級閃蒸、低溫多效蒸餾、反滲透技術等20多種工藝。以反滲透技術爲例，1960年美國陶氏化學公司一件公開號爲US19600057055A的專利申請采用反滲透技術將海水中的鹽分過濾掉從而形成淡水。以色列的索雷科（Sorek）公司也是通過反滲透技術進行海水淡化。作爲全球最大、最先進的海水淡化企業，索雷科公司是在工程學方面對海水淡化技術做了一定的改進，其使用直徑16英寸而不是8英寸的壓力管，其海水淡化裝置與其他大型海水反滲透設施有很大區別，其所需的硬件的數量僅爲傳統淡化廠的1/4，同時還配備有高效泵和能量回收設備，提高效率並節省成本。
韓國鬥山重工業集團是一家專門從事海水淡化和廢水處理業務的世界級公司，其專利布局涉及反滲透、低溫多效蒸餾、多級閃蒸等主要工藝技術。該公司不僅在制備工藝上創新，還有多件專利涉及海水淡化裝置的信息管理、工作順序管理、膜汙指數的測量和系統管理裝置，可見該公司除了重視制備工藝外，還較爲注重海水淡化裝置相關信息的評估和管理。
日本日立集團也是海水淡化領域的重點企業，其在海水淡化領域擁有121件專利，相較于韓國鬥山重工業集團，其專利保護的領域更爲集中，主要在反滲透技術領域，其中涉及反滲透膜性能、二次處理、能量回收的泵裝置、抑制積垢、抑制腐蝕、過濾層清洗等多個方面的改進。日立集團的許多與海水淡化相關的技術在沿海國家和地區，如美國、中國、歐洲、印度、澳大利亞、新加坡、南非等都進行了專利布局，可見其研發是以海水淡化的市場化爲核心導向。
值得一提的是，國外大學也加緊在該領域的研究，例如美國麻省理工學院在海水淡化領域擁有多件專利，對海水淡化的方法和材料進行了改進，其主要目的是爲了降低成本。如麻省理工學院公開號爲US20110108481A1的專利申請，公開了一種定向溶劑，通過特定的溶劑與鹽水或海水接觸，使其産生分相，並通過提取、沉澱的方法得到純水，該技術相較于現有脫鹽方法能顯著節約能源和資金。另外，麻省理工學院不少研究小組正在研究將石墨烯等單層碳原子半透膜用于海水淡化反滲透技術中，一旦成功，可將反滲透技術能耗的理論值繼續降低15%至46%，同時，石墨烯半透膜還能縮小過濾裝置的體積，將工廠的面積縮小一半。
國內研發 院校遙遙領先
1986年，中國專利申請主體提交了一件關于利用蒸發及蒸餾方法來海水淡化的裝置的專利申請。相比國外，盡管國內的相關專利申請起步較晚，但是近十幾年來該領域技術得到快速發展，同時專利申請量增長較快。截至2018年9月，在海水淡化領域，國內申請主體提交了4454件發明專利申請，其中有1197件已經獲得授權。這些發明專利除了關注裝置上的改進外，還重點關注材料、制備工藝細節、前處理及後處理等領域的改進。
筆者認爲，相較于國外，國內的相關專利申請主要來自于大學和科研機構。國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所的專利申請量爲131件，申請量在國內排名首位，其中37件專利申請已經獲得授權。通過進一步分析可知，該研究所的專利布局主要集中于提高低溫多效蒸餾工藝的能量利用效率和新型反滲透技術裝置的開發。比如公開號爲CN105565412A提供了一種太陽能蒸餾海水淡化裝置，相對于傳統太陽能蒸餾器，其在蒸發器底板安裝折流板，延長了海水在蒸餾器內的流動時間，減少熱損失。此外，該裝置還對流出的濃海水進行熱能回收，充分利用熱能並提高了海水淡化的效率；公開號爲CN106348394A提供了一種包含一體化六通閥的新型反滲透海水淡化系統，通過旋轉三通閥轉芯和調壓閥轉芯，完成海水淡化系統的産品水模式和沖洗模式之間的任意切換，方便同時操作，可實現海水三通閥、濃鹽水三通閥和調壓閥啓閉狀態同時改變的功能，並將系統中的海水三通閥、濃鹽水三通閥的功能通過一個一體化六通閥實現，有利于反滲透技術向便攜化、集成化領域進步。除了國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所外，浙江大學、天津大學、集美大學、大連理工大學、廣東海洋大學的專利申請同樣在國內位居前十名。
值得一提的是，在國內公司中，中國神華能源股份有限公司主要專注于加熱蒸餾方法及低溫多效蒸餾方法，其比較關注蒸餾工藝過程中如何提高能量利用率和簡化工藝。該公司的一半專利是實用新型，可見該公司主要專注于該領域的裝置改進。比如公告號爲CN202011804U公開了一種具有電磁阻垢設備的低溫多效蒸餾海水淡化處理，其中采用電磁阻垢設備阻止換熱管表面汙垢的形成，簡化後續處理過程。另外，該公司一些專利有一部分是與天津大學、西安交通大學、南京工業大學等國內大學合作完成的，這說明公司與大學合作能夠促進國內的海水淡化技術的進步。除了中國神華能源股份有限公司及其分公司外，江蘇潤海能源科技有限公司、衆和海水淡化工程有限公司等也是專利申請量較多的公司。
筆者認爲，國內企業的技術在高性能膜、高效能量回收、高壓水泵等領域仍然和國外相關技術存在一定的差距。因此，國內企業一方面可以借鑒國外公司的先進經驗，引進設備後加強自主研發，聚焦自身核心專利技術，提前進行專利布局，促進産業化發展；另一方面，國內企業可以與大學或研究所加強合作，實現優勢互補、互惠共贏，在技術改進和應用上取得突破。海水淡化在我國擁有較大的市場，隨著技術的不斷進步，海水淡化在中國的規模化應用值得期待。
來源：中國知識産權報
作者：梁俊實
編輯：標天下知識産權
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