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

中國(guó)在氫氣生產(chǎn)的專利貢獻(xiàn)量是5%，在儲(chǔ)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(guó)是第一，尤其是綠氫生產(chǎn)也大大領(lǐng)先，但中國(guó)在電解槽技術(shù)的國(guó)際專利申請(qǐng)中貢獻(xiàn)不大，雖然在制造能力方面投入了大量資金，中國(guó)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(kāi)產(chǎn)能不談，在氫技術(shù)方面，中國(guó)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(guó)在2011-2020年期間在這一方面節(jié)節(jié)敗退，韓國(guó)和中國(guó)的氫相關(guān)創(chuàng)新已經(jīng)在國(guó)際層面嶄露頭角。

2011-2020年期間，氫技術(shù)的國(guó)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(chǔ)存、分配和轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域。

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

同樣，日本在氫領(lǐng)域也是一個(gè)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(shì)。在過(guò)去十年中，日本的氫專利增長(zhǎng)速度甚至快于歐洲，2011年至2020年的復(fù)合平均增長(zhǎng)率分別為6.2%和4.5%。

2011年至2020年間，美國(guó)貢獻(xiàn)了所有IPF出版物中與氫氣相關(guān)的20%，是過(guò)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(guó)和中國(guó)的國(guó)際專利申請(qǐng)數(shù)量仍然有限。從報(bào)告可以看出，中國(guó)在氫氣生產(chǎn)的專利貢獻(xiàn)量是5%，在儲(chǔ)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(guò)可喜的是，中國(guó)和韓國(guó)的專利增長(zhǎng)率都很高。2011年至2020年期間，年均增長(zhǎng)率分別為15.2%和12.2%。在韓國(guó)，其重點(diǎn)是氫的新興終端應(yīng)用。

是誰(shuí)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(jí)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(jià)值鏈的三個(gè)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(guò)使氫成為更廣泛行業(yè)的清潔能源產(chǎn)品，來(lái)緩解氣候變化。

主要由氣候驅(qū)動(dòng)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(chǔ)存、分配和轉(zhuǎn)化方面。

成熟技術(shù)領(lǐng)域的頂尖申請(qǐng)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(guò)日本和韓國(guó)的汽車行業(yè)開(kāi)始成為新興技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)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(chǔ)存和液化、固化技術(shù)，這些國(guó)家計(jì)劃在不久的將來(lái)進(jìn)口儲(chǔ)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(guó)和歐洲這方面主導(dǎo)，它們對(duì)電解等氣候驅(qū)動(dòng)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(shì)。

2020年，受氣候問(wèn)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(zhǎng)主要是由電解創(chuàng)新的迅速增長(zhǎng)所推動(dòng)的。

多個(gè)類型的電解槽生產(chǎn)廠商正在爭(zhēng)未來(lái)市場(chǎng)，根據(jù)各個(gè)政府宣布的承諾，加總起來(lái)，到2030年，這一市場(chǎng)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(duì)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(méi)有出現(xiàn)大的進(jìn)展。反而是在歐洲，歐盟27國(guó)和其他歐洲國(guó)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(guó)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(guó)是在電解槽技術(shù)的國(guó)際專利申請(qǐng)中貢獻(xiàn)不大，但在制造能力方面投入了大量資金，中國(guó)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(lái)改進(jìn)的期望也較低。

自2007年以來(lái)，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(guò)氣化或熱解）制氫的專利活動(dòng)大幅增加，但此后大幅減少。自2010年以來(lái)，與通過(guò)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(chǔ)氫技術(shù)創(chuàng)新缺乏動(dòng)力

2001年至2020年，旨在改進(jìn)現(xiàn)有氫氣儲(chǔ)存技術(shù)以及氨和甲醇生產(chǎn)技術(shù)的專利活動(dòng)穩(wěn)步增長(zhǎng)。然而，在過(guò)去十年中，氫基燃料開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新失去了動(dòng)力。

純氫目前要么以氣態(tài)形式通過(guò)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(lái)的專利趨勢(shì)表明，在過(guò)去20年中，這些成熟的技術(shù)吸引了越來(lái)越多的創(chuàng)新努力，這表明該行業(yè)有能力改進(jìn)氫儲(chǔ)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(qǐng)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(mén)對(duì)氫基燃料的興趣越來(lái)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(chǔ)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(dòng)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(guò)去十年中，這些技術(shù)的創(chuàng)新失去了動(dòng)力。自2011年以來(lái)，美國(guó)和歐洲主導(dǎo)的合成燃料開(kāi)發(fā)工作一直停滯不前。

2011年至2020年，氫能長(zhǎng)距離運(yùn)輸競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的專利申請(qǐng)迅速增加，液態(tài)有機(jī)烴（LOHC）的復(fù)合平均增長(zhǎng)率為12.5%，氨裂解的復(fù)合增長(zhǎng)率為7.8%。然而，這些專利主要來(lái)自科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，談商業(yè)化應(yīng)用還為時(shí)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(zhǎng)是由汽車行業(yè)燃料電池推進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新推動(dòng)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(wú)人機(jī)表現(xiàn)得最明顯。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)，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(dòng)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(duì)氫能參與建筑應(yīng)用缺乏興趣，不過(guò)對(duì)于氫電耦合以及氫儲(chǔ)能的興趣日益增加。

因?yàn)闅淠芗夹g(shù)對(duì)于兩次工業(yè)革命來(lái)說(shuō)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(dòng)的初創(chuàng)企業(yè)中，近70%持有至少一項(xiàng)專利申請(qǐng)。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(kāi)始他們的旅程，通常依靠專利來(lái)獲得這些投資。

報(bào)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?jìng)爭(zhēng)力，除了需要強(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(méi)有涉及能源系統(tǒng)每一部分價(jià)值鏈的技術(shù)改進(jìn)，低碳?xì)涑杀靖?jìng)爭(zhēng)力很難實(shí)現(xiàn)。電解水、儲(chǔ)氫罐、低溫儲(chǔ)存、氫動(dòng)力飛機(jī)……氫能未來(lái)發(fā)展，取決于將請(qǐng)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(chǎng)。