近日，國(guó)際能源署(IEA)與歐洲專利局(EPO)聯(lián)合發(fā)布《實(shí)現(xiàn)清潔能源未來的氫能專利分析》報(bào)告指出，應(yīng)擴(kuò)大氫能這一清潔能源載體的規(guī)模來實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，這需要在氫能價(jià)值鏈進(jìn)行廣泛的技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，并創(chuàng)造新的市場(chǎng)。報(bào)告基于2001-2020年的國(guó)際專利族數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了全球氫能供應(yīng)、存儲(chǔ)、分配、轉(zhuǎn)化和終端應(yīng)用全鏈條技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)鍵要點(diǎn)如下：

一、全球氫能專利活動(dòng)由歐洲和日本主導(dǎo)，美國(guó)專利申請(qǐng)正在下降，韓國(guó)和中國(guó)的氫能創(chuàng)新剛開始走向國(guó)際市場(chǎng)

2011-2020年約一半的氫能國(guó)際專利與制氫相關(guān)，其余分布在氫的存儲(chǔ)、分配、輸運(yùn)和終端應(yīng)用等環(huán)節(jié)。約28%的氫能國(guó)際專利由歐洲國(guó)家申請(qǐng)，其在三大主要環(huán)節(jié)(氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及分配、終端應(yīng)用)的相對(duì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)(RTA)指數(shù)也領(lǐng)先于其他主要?dú)淠軇?chuàng)新國(guó)家。日本也具有較強(qiáng)的氫能創(chuàng)新實(shí)力，貢獻(xiàn)了約24%的國(guó)際專利，且其增速快于歐洲，兩者的年均復(fù)合增長(zhǎng)率分別為6.2%和4.5%。美國(guó)貢獻(xiàn)了20%的氫能國(guó)際專利，是主要?dú)淠軇?chuàng)新國(guó)家中唯一申請(qǐng)量下降的國(guó)家。韓國(guó)(7%)和中國(guó)(4%)國(guó)際專利申請(qǐng)數(shù)量有限但穩(wěn)步增長(zhǎng)，年均復(fù)合增長(zhǎng)率分別達(dá)到12.2%和15.2%。

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

氫能價(jià)值鏈相關(guān)技術(shù)可以分為兩類，一是對(duì)化學(xué)和煉油等行業(yè)成熟工藝的改進(jìn)，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(guó)際專利是成熟技術(shù)的兩倍，前者尤為關(guān)注終端應(yīng)用和制氫，后者仍然以氫的存儲(chǔ)、分配和轉(zhuǎn)化為主導(dǎo)。成熟技術(shù)的領(lǐng)先申請(qǐng)機(jī)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(shí)現(xiàn)低排放制氫。新興氫能技術(shù)的領(lǐng)先機(jī)構(gòu)主要為日本和韓國(guó)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(yīng)用領(lǐng)域。大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)申請(qǐng)了約13%的氫能國(guó)際專利，僅前十大機(jī)構(gòu)就占所有氫能國(guó)際專利的3%。這些機(jī)構(gòu)以韓國(guó)和歐洲機(jī)構(gòu)為主，并對(duì)電解制氫等綠色制氫方法表現(xiàn)出強(qiáng)烈的關(guān)注。

三、盡管當(dāng)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(yù)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(shì)

對(duì)過去20年制氫技術(shù)專利趨勢(shì)的對(duì)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(guó)際專利，其增長(zhǎng)主要由電解制氫技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)。2011-2020年，日本在先進(jìn)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(dòng)領(lǐng)先于全球。然而，對(duì)這些技術(shù)的制造能力投資尚未開始。歐盟國(guó)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(shí)在質(zhì)子交換膜和堿性電解制氫方面也做出了重大貢獻(xiàn)。美國(guó)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(dòng)有所不足。中國(guó)僅貢獻(xiàn)了一小部分電解制氫國(guó)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(jìn)潛力較小。2007年以來，化石燃料制氫國(guó)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(dòng)力。2007-2011年，生物質(zhì)或廢物(通過氣化或熱解)制氫專利活動(dòng)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(guó)際專利數(shù)量也略有減少。

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

過去20年，管道、長(zhǎng)管拖車、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫等成熟儲(chǔ)運(yùn)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(jìn)氫分配系統(tǒng)的部署和效率。2001-2020年，氫基氨/甲醇技術(shù)的國(guó)際專利數(shù)量也有所增加，市場(chǎng)開始關(guān)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(dòng)。其他氫基燃料(如航空合成煤油或合成甲烷)的進(jìn)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(dòng)力。2011-2020年，美國(guó)和歐洲主導(dǎo)的合成燃料開發(fā)工作一直停滯不前。過去十年氫能長(zhǎng)距離運(yùn)輸技術(shù)專利申請(qǐng)迅速增加，液態(tài)有機(jī)氫載體(LOHC)專利復(fù)合年均增長(zhǎng)率為12.5%，氨裂解專利增長(zhǎng)率為7.8%。但這些技術(shù)僅占?xì)淠軐＠纳贁?shù)，其中一半來自科研機(jī)構(gòu)。

五、盡管氫冶金技術(shù)取得了一定進(jìn)展，但汽車行業(yè)氫能應(yīng)用專利增速仍遠(yuǎn)高于其他氫能終端應(yīng)用。然而，在氫燃料長(zhǎng)途運(yùn)輸及其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，創(chuàng)新尚未取得顯著進(jìn)展

交通運(yùn)輸行業(yè)氫能國(guó)際專利的強(qiáng)勁增長(zhǎng)主要由燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)，另外還有少量短途航空應(yīng)用技術(shù)(尤其是無人機(jī))。這些領(lǐng)域的專利活動(dòng)主要由日本和韓國(guó)汽車公司主導(dǎo)，與質(zhì)子交換膜電解制氫創(chuàng)新產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)。相比之下，使用氫、氨或甲醇作為燃料的內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)創(chuàng)新尚未受到最近政策推動(dòng)，盡管這些技術(shù)可用于長(zhǎng)途運(yùn)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(shè)備供應(yīng)商。后者由歐洲公司主導(dǎo)，其在將氫直接還原煉鐵和熔融還原煉鐵等先進(jìn)技術(shù)集成到新一代生產(chǎn)設(shè)備方面處于更領(lǐng)先的地位。最近十年，氫能在建筑和發(fā)電等應(yīng)用相關(guān)國(guó)際專利申請(qǐng)量有所下降，日本以外地區(qū)對(duì)氫能建筑應(yīng)用缺乏興趣，并越來越關(guān)注將燃料電池作為固定電力存儲(chǔ)的替代解決方案。

六、氫能專利對(duì)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(qǐng)的公司

在391家氫能相關(guān)初創(chuàng)企業(yè)中，近70%至少申請(qǐng)了一項(xiàng)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(qǐng)了報(bào)告研究范圍內(nèi)的國(guó)際專利，大多數(shù)位于歐盟(34%)和美國(guó)(33%)，但這些企業(yè)吸引了55%的風(fēng)投資金。而且，后期融資階段有專利申請(qǐng)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(zhǎng)。向氫能初創(chuàng)企業(yè)的后期投資有80%以上由已申請(qǐng)專利的公司獲得?？紤]到首次公開募股(IPO)和IPO后階段獲得的資金，這一比例進(jìn)一步增至95%。氫能初創(chuàng)企業(yè)申請(qǐng)的國(guó)際專利主要關(guān)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(guān)注成熟技術(shù)改進(jìn)，尤其是在制氫領(lǐng)域，表明仍有許多技術(shù)開發(fā)活動(dòng)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(dòng)的不均衡趨勢(shì)表明，有機(jī)會(huì)采取政策行動(dòng)，助力實(shí)現(xiàn)凈零排放的未來

盡管氫能專利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)帶來了總體積極的信號(hào)，但仍有幾個(gè)值得關(guān)注的問題：

1、氫能技術(shù)依賴于復(fù)雜的技術(shù)價(jià)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(duì)制氫技術(shù)的重視推進(jìn)其成本降低，但在氫基燃料合成和終端應(yīng)用等領(lǐng)域也需要改進(jìn)成本和性能。盡管對(duì)未來能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)模型普遍預(yù)計(jì)這些領(lǐng)域的成本會(huì)降低，但專利數(shù)據(jù)表明其創(chuàng)新活動(dòng)仍有不足。

2、政府應(yīng)認(rèn)真考慮供需技術(shù)不匹配的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)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(dòng)力，并受到行業(yè)和區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)的推動(dòng)。政府應(yīng)引導(dǎo)創(chuàng)新轉(zhuǎn)向新興制氫技術(shù)，減少關(guān)鍵礦物依賴，或使用鹽水或污染水等作為原料。然而，對(duì)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(dāng)?shù)?、有?jìng)爭(zhēng)力的氫轉(zhuǎn)化和終端應(yīng)用技術(shù)。

3、政府在制定研究議程和激勵(lì)私營(yíng)部門投資創(chuàng)新方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)企業(yè)是氫能專利領(lǐng)域的重量級(jí)企業(yè)，有能力拓展到新的細(xì)分市場(chǎng)，如活躍于燃料電池和電解制氫領(lǐng)域的汽車公司和化學(xué)公司。應(yīng)基于監(jiān)管、市場(chǎng)激勵(lì)或金融、項(xiàng)目支持等方面出臺(tái)政策，向鋼鐵、航空和海運(yùn)行業(yè)發(fā)出向清潔燃料轉(zhuǎn)型的信號(hào)，刺激現(xiàn)有公司的技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)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(dòng)也需要新的驅(qū)動(dòng)力。

4、未來清潔氫能專利研究需要監(jiān)測(cè)的另一個(gè)領(lǐng)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(yīng)與氣候目標(biāo)保持一致，以在未來凈零能源系統(tǒng)中發(fā)揮作用。