1月10日，國際能源署發(fā)布了一份報告：《氫專利：建立在氫價值鏈上的全球趨勢解析》（Hydrogen patents for a clean energy future：A global trend analysis of innovation along hydrogen value chains）。報告提出，日本和歐洲在氫能技術(shù)創(chuàng)新方面遙遙領(lǐng)先。

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中國在氫氣生產(chǎn)的專利貢獻(xiàn)量是5%，在儲運(yùn)的專利貢獻(xiàn)量是3%，在終端應(yīng)用的專利貢獻(xiàn)量是3%。

雖然在制氫方面，中國是第一，尤其是綠氫生產(chǎn)也大大領(lǐng)先，但中國在電解槽技術(shù)的國際專利申請中貢獻(xiàn)不大，雖然在制造能力方面投入了大量資金，中國企業(yè)尤其專注于更便宜且技術(shù)成熟的堿性電解水技術(shù)。

拋開產(chǎn)能不談，在氫技術(shù)方面，中國還需快馬加鞭。

日本和歐洲的領(lǐng)先地位

全球氫能技術(shù)專利由歐洲和日本主導(dǎo)，美國在2011-2020年期間在這一方面節(jié)節(jié)敗退，韓國和中國的氫相關(guān)創(chuàng)新已經(jīng)在國際層面嶄露頭角。

2011-2020年期間，氫技術(shù)的國際專利系列（IPF）中約有一半與氫生產(chǎn)有關(guān)。其他技術(shù)側(cè)重于氫的終端應(yīng)用和氫的儲存、分配和轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域。

在2011-2020年期間，歐盟國家的專利技術(shù)覆蓋了氫能國際專利總量（IPF）的28%，并在氫價值鏈的三個技術(shù)領(lǐng)域（氫氣生產(chǎn)、儲運(yùn)、終端應(yīng)用）顯示出技術(shù)優(yōu)勢，因此歐盟國家是氫專利領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者（其中11%來自德國，6%來自法國）。

同樣，日本在氫領(lǐng)域也是一個強(qiáng)大的創(chuàng)新者，覆蓋了IPF的24%，在所有三類技術(shù)中都顯示出技術(shù)優(yōu)勢。在過去十年中，日本的氫專利增長速度甚至快于歐洲，2011年至2020年的復(fù)合平均增長率分別為6.2%和4.5%。

2011年至2020年間，美國貢獻(xiàn)了所有IPF出版物中與氫氣相關(guān)的20%，是過去十年中IPF數(shù)量減少的唯一主要地區(qū)。相比之下，源自韓國和中國的國際專利申請數(shù)量仍然有限。從報告可以看出，中國在氫氣生產(chǎn)的專利貢獻(xiàn)量是5%，在儲運(yùn)的專利貢獻(xiàn)量是3%，在終端應(yīng)用的專利貢獻(xiàn)量是3%。

不過可喜的是，中國和韓國的專利增長率都很高。2011年至2020年期間，年均增長率分別為15.2%和12.2%。在韓國，其重點(diǎn)是氫的新興終端應(yīng)用。

是誰在主導(dǎo)氫能技術(shù)創(chuàng)新

歐洲化學(xué)工業(yè)主導(dǎo)了現(xiàn)有氫技術(shù)的創(chuàng)新，但新的氫專利重量級企業(yè)是汽車和化學(xué)行業(yè)的公司，專注于電解和燃料電池技術(shù)。

在氫價值鏈的三個主要技術(shù)部分中，可以區(qū)分以下兩種：i）逐步改進(jìn)化學(xué)和精煉行業(yè)的成熟工藝；ii）通過使氫成為更廣泛行業(yè)的清潔能源產(chǎn)品，來緩解氣候變化。

主要由氣候驅(qū)動的氫技術(shù)在2011-2020年期間產(chǎn)生的IPF是現(xiàn)有技術(shù)的兩倍。它們特別側(cè)重于終端應(yīng)用和生產(chǎn)方法，而現(xiàn)有技術(shù)專利大部分是在氫儲存、分配和轉(zhuǎn)化方面。

成熟技術(shù)領(lǐng)域的頂尖申請人主要是在化石燃料制氫和處理方面具有豐富背景的化工公司。不過日本和韓國的汽車行業(yè)開始成為新興技術(shù)領(lǐng)域申請人，并居于領(lǐng)導(dǎo)地位。他們的專利組合主要集中于電解水制氫和基于燃料電池的應(yīng)用，但也擴(kuò)展到用于儲存和液化、固化技術(shù)，這些國家計劃在不久的將來進(jìn)口儲存的氫。

2011年至2020年間，大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了13%的氫相關(guān)IPF，韓國和歐洲這方面主導(dǎo)，它們對電解等氣候驅(qū)動的制氫方法表現(xiàn)出強(qiáng)烈的關(guān)注。

電解槽研發(fā)和制造異軍突起

雖然氫氣生產(chǎn)仍然幾乎完全以化石燃料為基礎(chǔ)，但專利已經(jīng)出現(xiàn)了向替代性低排放方法的重大轉(zhuǎn)變。這一轉(zhuǎn)變預(yù)示著電解槽的繁榮，歐洲在這一新的制造能力方面取得了優(yōu)勢。

2020年，受氣候問題影響的技術(shù)產(chǎn)生了近80%的與氫氣生產(chǎn)相關(guān)的IPF。他們的增長主要是由電解創(chuàng)新的迅速增長所推動的。

多個類型的電解槽生產(chǎn)廠商正在爭未來市場，根據(jù)各個政府宣布的承諾，加總起來，到2030年，這一市場將從每年1吉瓦增加到每年65吉瓦以上。

2011年至2020年間，日本在最先進(jìn)的堿性技術(shù)和更尖端的PEM技術(shù)方面取得了多項(xiàng)專利。然而，在日本對這方面的投資卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于研發(fā)專利所受到的關(guān)注，導(dǎo)致電解槽制造并沒有出現(xiàn)大的進(jìn)展。反而是在歐洲，歐盟27國和其他歐洲國家積極參與專利和制造，在PEM和堿性技術(shù)方面也做出了重大貢獻(xiàn)，甚至在看似應(yīng)用前景更渺茫的SOEC技術(shù)也出現(xiàn)了進(jìn)展。

美國在發(fā)展質(zhì)子交換膜制造能力方面非常積極，但在創(chuàng)新方面卻不太積極。中國是在電解槽技術(shù)的國際專利申請中貢獻(xiàn)不大，但在制造能力方面投入了大量資金，中國企業(yè)尤其專注于更便宜的堿性技術(shù)，這種技術(shù)歷史悠久，技術(shù)成熟，未來改進(jìn)的期望也較低。

自2007年以來，與化石燃料制氫相關(guān)的已公布IPF一直在減少。2007年至2011年間，生物質(zhì)或廢物（通過氣化或熱解）制氫的專利活動大幅增加，但此后大幅減少。自2010年以來，與通過非電解途徑進(jìn)行水分離相關(guān)的IPF數(shù)量也略有減少。2020年，它占電解領(lǐng)域發(fā)表的IPF總數(shù)的12%。

儲氫技術(shù)創(chuàng)新缺乏動力

2001年至2020年，旨在改進(jìn)現(xiàn)有氫氣儲存技術(shù)以及氨和甲醇生產(chǎn)技術(shù)的專利活動穩(wěn)步增長。然而，在過去十年中，氫基燃料開發(fā)的創(chuàng)新失去了動力。

純氫目前要么以氣態(tài)形式通過管道和管式拖車運(yùn)輸，要么以液態(tài)形式在低溫罐中運(yùn)輸。自2001年以來的專利趨勢表明，在過去20年中，這些成熟的技術(shù)吸引了越來越多的創(chuàng)新努力，這表明該行業(yè)有能力改進(jìn)氫儲運(yùn)效率。汽車公司是這一領(lǐng)域的積極參與者，并成為其中一些領(lǐng)域的重要專利申請人。

2001年至2020年期間，與使用氫氣生產(chǎn)氨和甲醇相關(guān)的已公布IPF的數(shù)量也有所增加，這跟電力和運(yùn)輸部門對氫基燃料的興趣越來越濃有關(guān)。這一領(lǐng)域的創(chuàng)新主要集中在歐洲。與純氫儲存技術(shù)一樣，這些領(lǐng)域的創(chuàng)新主要由從事化石燃料制氫和處理的公司推動的。

其他氫基燃料（例如航空用合成煤油或合成甲烷）的進(jìn)展也依賴于效率的提高和成本的降低，但專利數(shù)據(jù)表明，在過去十年中，這些技術(shù)的創(chuàng)新失去了動力。自2011年以來，美國和歐洲主導(dǎo)的合成燃料開發(fā)工作一直停滯不前。

2011年至2020年，氫能長距離運(yùn)輸競爭技術(shù)的專利申請迅速增加，液態(tài)有機(jī)烴（LOHC）的復(fù)合平均增長率為12.5%，氨裂解的復(fù)合增長率為7.8%。然而，這些專利主要來自科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，談商業(yè)化應(yīng)用還為時尚早。

終端應(yīng)用，進(jìn)展最快的是交通領(lǐng)域

氫能技術(shù)在運(yùn)輸交通領(lǐng)域的強(qiáng)勁增長是由汽車行業(yè)燃料電池推進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新推動的。除此外，有一小部分短途航空的創(chuàng)新，這部分創(chuàng)新在無人機(jī)表現(xiàn)得最明顯。這些領(lǐng)域的專利活動主要由日本和韓國汽車公司主導(dǎo)，似乎與PEM電解的創(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)和渦輪機(jī)的創(chuàng)新進(jìn)展并不明顯。

參與鋼鐵生產(chǎn)，是氫能應(yīng)用的一大終端。2011-2020年期間，近40%的專利活動集中于少數(shù)鋼鐵生產(chǎn)商和設(shè)備供應(yīng)商。這一領(lǐng)域的創(chuàng)新是由歐洲公司領(lǐng)導(dǎo)，在將最先進(jìn)的氫技術(shù)（如直接還原鐵和熔煉還原）集成到新一代生產(chǎn)設(shè)備中，似乎處于更先進(jìn)的地位。

2022-2020年，氫在建筑和發(fā)電中的其他最終用途應(yīng)用的專利水平有所下降。其背后的原因是，除日本以外，其他地區(qū)都對氫能參與建筑應(yīng)用缺乏興趣，不過對于氫電耦合以及氫儲能的興趣日益增加。

因?yàn)闅淠芗夹g(shù)對于兩次工業(yè)革命來說都是非常新鮮的工業(yè)領(lǐng)域，所以和氫氣相關(guān)的研發(fā)型企業(yè)也多是初創(chuàng)企業(yè)。在391家從事與氫氣相關(guān)活動的初創(chuàng)企業(yè)中，近70%持有至少一項(xiàng)專利申請。事實(shí)上，大多數(shù)氫能行業(yè)的初創(chuàng)企業(yè)都是在實(shí)驗(yàn)室開始他們的旅程，通常依靠專利來獲得這些投資。

報告認(rèn)為，如果想要技術(shù)創(chuàng)新更有效果，低碳?xì)涑杀揪哂懈偁幜?，除了需要?qiáng)有力的政策，還需要有技術(shù)創(chuàng)新與終端應(yīng)用的結(jié)合。如果沒有涉及能源系統(tǒng)每一部分價值鏈的技術(shù)改進(jìn)，低碳?xì)涑杀靖偁幜茈y實(shí)現(xiàn)。電解水、儲氫罐、低溫儲存、氫動力飛機(jī)……氫能未來發(fā)展，取決于將請氫氣與其他不同類型硬件的廣泛進(jìn)步結(jié)合，并為其創(chuàng)造新的市場。

（圖片來源：veer圖庫）

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