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近日，國際能源署（IEA）與歐洲專利局（EPO）聯(lián)合發(fā)布《實現(xiàn)清潔能源未來的氫能專利分析》報告指出，應擴大氫能這一清潔能源載體的規(guī)模來實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，這需要在氫能價值鏈進行廣泛的技術(shù)改進和創(chuàng)新，并創(chuàng)造新的市場。報告基于2001-2020年的國際專利族數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了全球氫能供應、存儲、分配、轉(zhuǎn)化和終端應用全鏈條技術(shù)的發(fā)展趨勢，關鍵要點如下：

一、全球氫能專利活動由歐洲和日本主導，美國專利申請正在下降，韓國和中國的氫能創(chuàng)新剛開始走向國際市場

2011-2020年約一半的氫能國際專利與制氫相關，其余分布在氫的存儲、分配、輸運和終端應用等環(huán)節(jié)。約28%的氫能國際專利由歐洲國家申請，其在三大主要環(huán)節(jié)（氫能生產(chǎn)、儲運及分配、終端應用）的相對技術(shù)優(yōu)勢（RTA）指數(shù)也領先于其他主要氫能創(chuàng)新國家（圖1）。日本也具有較強的氫能創(chuàng)新實力，貢獻了約24%的國際專利，且其增速快于歐洲，兩者的年均復合增長率分別為6.2%和4.5%。美國貢獻了20%的氫能國際專利，是主要氫能創(chuàng)新國家中唯一申請量下降的國家。韓國（7%）和中國（4%）國際專利申請數(shù)量有限但穩(wěn)步增長，年均復合增長率分別達到12.2%和15.2%。


二、歐洲化工行業(yè)主導成熟氫能技術(shù)創(chuàng)新，但新興氫能技術(shù)專利申請的領先企業(yè)來自汽車和化學行業(yè)，專注于電解制氫和燃料電池技術(shù)

氫能價值鏈相關技術(shù)可以分為兩類，一是對化學和煉油等行業(yè)成熟工藝的改進，二是緩解氣候變化的新興氫能技術(shù)。其中，新興氫能技術(shù)在2011-2020年間產(chǎn)生的國際專利是成熟技術(shù)的兩倍，前者尤為關注終端應用和制氫，后者仍然以氫的存儲、分配和轉(zhuǎn)化為主導。成熟技術(shù)的領先申請機構(gòu)主要是在化石燃料制氫和加工方面具有廣泛背景的化工公司，這些公司也在向新興技術(shù)（如碳捕集、利用和封存）拓展，以實現(xiàn)低排放制氫。新興氫能技術(shù)的領先機構(gòu)主要為日本和韓國公司，大部分來自汽車行業(yè)，專利主要集中于電解制氫和燃料電池應用領域。大學和公共研究機構(gòu)申請了約13%的氫能國際專利，僅前十大機構(gòu)就占所有氫能國際專利的3%。這些機構(gòu)以韓國和歐洲機構(gòu)為主，并對電解制氫等綠色制氫方法表現(xiàn)出強烈的關注。

三、盡管當前氫氣生產(chǎn)幾乎全部來源于化石燃料，但專利已經(jīng)顯示出向低排放替代技術(shù)的重大轉(zhuǎn)變，預示著電解槽技術(shù)的蓬勃發(fā)展，歐洲在制造能力方面已經(jīng)取得優(yōu)勢

對過去20年制氫技術(shù)專利趨勢的對比分析表明，技術(shù)創(chuàng)新從傳統(tǒng)碳密集型技術(shù)轉(zhuǎn)向具有脫碳潛力的新技術(shù)。2020年，新興技術(shù)產(chǎn)生了近80%的制氫國際專利，其增長主要由電解制氫技術(shù)創(chuàng)新推動。2011-2020年，日本在先進堿性電解制氫和更前沿的質(zhì)子交換膜電解制氫專利活動領先于全球。然而，對這些技術(shù)的制造能力投資尚未開始。歐盟國家積極參與專利創(chuàng)新和發(fā)展制造能力，尤其是固體氧化物電解制氫，同時在質(zhì)子交換膜和堿性電解制氫方面也做出了重大貢獻。美國在發(fā)展質(zhì)子交換膜電解槽制造能力方面非常積極，但專利活動有所不足。中國僅貢獻了一小部分電解制氫國際專利，但在制造能力方面投入了大量資金，幾乎全部投資更便宜的堿性電解槽技術(shù)，該技術(shù)較為成熟，但未來改進潛力較小。2007年以來，化石燃料制氫國際專利一直在減少，迄今為止低碳化石燃料制氫僅取得有限的專利。其他新興制氫技術(shù)創(chuàng)新同樣缺乏動力。2007-2011年，生物質(zhì)或廢物（通過氣化或熱解）制氫專利活動大幅增加，但此后大幅下降。2010年以來，非電解途徑分解水制氫的國際專利數(shù)量也略有減少。詳見圖2。


四、2001-2020年，現(xiàn)有儲氫技術(shù)改進及氫基氨/甲醇生產(chǎn)技術(shù)專利活動穩(wěn)步增長，但過去10年氫基燃料創(chuàng)新失去了動力

過去20年，管道、長管拖車、低溫液態(tài)儲氫等成熟儲運氫技術(shù)吸引了越來越多的創(chuàng)新工作，表明該行業(yè)有能力改進氫分配系統(tǒng)的部署和效率（圖3）。2001-2020年，氫基氨/甲醇技術(shù)的國際專利數(shù)量也有所增加，市場開始關注氫基燃料技術(shù)，其創(chuàng)新主要由歐洲從事化石燃料制氫和加工的公司推動。其他氫基燃料（如航空合成煤油或合成甲烷）的進步也依賴于提高效率和降低成本，但專利數(shù)據(jù)表明，這些技術(shù)的創(chuàng)新已失去了動力。2011-2020年，美國和歐洲主導的合成燃料開發(fā)工作一直停滯不前。過去十年氫能長距離運輸技術(shù)專利申請迅速增加，液態(tài)有機氫載體（LOHC）專利復合年均增長率為12.5%，氨裂解專利增長率為7.8%。但這些技術(shù)僅占氫能專利的少數(shù)，其中一半來自科研機構(gòu)。


五、盡管氫冶金技術(shù)取得了一定進展，但汽車行業(yè)氫能應用專利增速仍遠高于其他氫能終端應用。然而，在氫燃料長途運輸及其他工業(yè)應用領域，創(chuàng)新尚未取得顯著進展

交通運輸行業(yè)氫能國際專利的強勁增長主要由燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新推動，另外還有少量短途航空應用技術(shù)（尤其是無人機）。這些領域的專利活動主要由日本和韓國汽車公司主導，與質(zhì)子交換膜電解制氫創(chuàng)新產(chǎn)生了協(xié)同效應。相比之下，使用氫、氨或甲醇作為燃料的內(nèi)燃機和燃氣輪機技術(shù)創(chuàng)新尚未受到最近政策推動，盡管這些技術(shù)可用于長途運輸。氫冶金專利自2014年持續(xù)下降后，在2017年開始反彈。2011-2020年間，近40%的氫冶金專利來自少數(shù)鋼鐵生產(chǎn)商和設備供應商。后者由歐洲公司主導，其在將氫直接還原煉鐵和熔融還原煉鐵等先進技術(shù)集成到新一代生產(chǎn)設備方面處于更領先的地位。最近十年，氫能在建筑和發(fā)電等應用相關國際專利申請量有所下降，日本以外地區(qū)對氫能建筑應用缺乏興趣，并越來越關注將燃料電池作為固定電力存儲的替代解決方案。


六、氫能專利對于初創(chuàng)企業(yè)融資極為重要，向氫能初創(chuàng)企業(yè)的后期投資80%以上都流向了已經(jīng)提交專利申請的公司

在391家氫能相關初創(chuàng)企業(yè)中，近70%至少申請了一項專利。氫能初創(chuàng)企業(yè)通常依賴專利來獲得投資。2011-2020年，只有117家初創(chuàng)企業(yè)申請了報告研究范圍內(nèi)的國際專利，大多數(shù)位于歐盟（34%）和美國（33%），但這些企業(yè)吸引了55%的風投資金。而且，后期融資階段有專利申請的公司融資金額在所有初創(chuàng)企業(yè)融資金額占比持續(xù)增長。向氫能初創(chuàng)企業(yè)的后期投資有80%以上由已申請專利的公司獲得。考慮到首次公開募股（IPO）和IPO后階段獲得的資金，這一比例進一步增至95%。氫能初創(chuàng)企業(yè)申請的國際專利主要關注新興技術(shù)，如電解制氫和燃料電池，但仍有約1/3的企業(yè)關注成熟技術(shù)改進，尤其是在制氫領域，表明仍有許多技術(shù)開發(fā)活動圍繞減少天然氣等化石燃料制氫排放展開。

七、不同技術(shù)和地區(qū)氫能專利活動的不均衡趨勢表明，有機會采取政策行動，助力實現(xiàn)凈零排放的未來

盡管氫能專利申請增長帶來了總體積極的信號，但仍有幾個值得關注的問題：

1、氫能技術(shù)依賴于復雜的技術(shù)價值鏈，意味著低排放氫的廣泛使用取決于其中最薄弱的環(huán)節(jié)。創(chuàng)新者對制氫技術(shù)的重視推進其成本降低，但在氫基燃料合成和終端應用等領域也需要改進成本和性能。盡管對未來能源系統(tǒng)的經(jīng)濟預測模型普遍預計這些領域的成本會降低，但專利數(shù)據(jù)表明其創(chuàng)新活動仍有不足。

2、政府應認真考慮供需技術(shù)不匹配的風險。實驗室以及商業(yè)規(guī)模工廠中開發(fā)的各種電解槽技術(shù)為創(chuàng)新提供了動力，并受到行業(yè)和區(qū)域競爭的推動。政府應引導創(chuàng)新轉(zhuǎn)向新興制氫技術(shù)，減少關鍵礦物依賴，或使用鹽水或污染水等作為原料。然而，對這些技術(shù)的投資取決于是否有意愿購買低排放氫，即取決于是否存在適當?shù)?、有競爭力的氫轉(zhuǎn)化和終端應用技術(shù)。

3、政府在制定研究議程和激勵私營部門投資創(chuàng)新方面發(fā)揮著關鍵作用。傳統(tǒng)企業(yè)是氫能專利領域的重量級企業(yè)，有能力拓展到新的細分市場，如活躍于燃料電池和電解制氫領域的汽車公司和化學公司。應基于監(jiān)管、市場激勵或金融、項目支持等方面出臺政策，向鋼鐵、航空和海運行業(yè)發(fā)出向清潔燃料轉(zhuǎn)型的信號，刺激現(xiàn)有公司的技術(shù)創(chuàng)新，同時也將催生新的初創(chuàng)企業(yè)。同樣，將氫用于生物燃料和固定式發(fā)電的專利活動也需要新的驅(qū)動力。

4、未來清潔氫能專利研究需要監(jiān)測的另一個領域是化石燃料制氫。為了大幅減少排放量，所有基于化石燃料制氫技術(shù)都應與氣候目標保持一致，以在未來凈零能源系統(tǒng)中發(fā)揮。

原標題： 國際能源署與歐洲專利局聯(lián)合發(fā)布氫能專利分析報告