近日，國際能源署（IEA）與歐洲專利局（EPO）聯合發布《實現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模來實現能源轉型，這需要在氫能價值鏈進行廣泛的技術改進和創新，并創造新的市場。報告基于2001-2020年的國際專利族數據，系統分析了全球氫能供應、存儲、分配、轉化和終端應用全鏈條技術的發展趨勢，關鍵要點如下：

【資料圖】

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節。約28%的氫能國際專利由歐洲國家申請，其在三大主要環節（氫能生產、儲運及分配、終端應用）的相對技術優勢（RTA）指數也領先于其他主要氫能創新國家。日本也具有較強的氫能創新實力，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%）國際專利申請數量有限但穩步增長，年均復合增長率分別達到12.2%和15.2%。

二、歐洲化工行業主導成熟氫能技術創新，但新興氫能技術專利申請的領先企業來自汽車和化學行業，專注于電解制氫和燃料電池技術

氫能價值鏈相關技術可以分為兩類，一是對化學和煉油等行業成熟工藝的改進，二是緩解氣候變化的新興氫能技術。其中，新興氫能技術在2011-2020年間產生的國際專利是成熟技術的兩倍，前者尤為關注終端應用和制氫，后者仍然以氫的存儲、分配和轉化為主導。成熟技術的領先申請機構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（如碳捕集、利用和封存）拓展，以實現低排放制氫。新興氫能技術的領先機構主要為日本和韓國公司，大部分來自汽車行業，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申請了約13%的氫能國際專利，僅前十大機構就占所有氫能國際專利的3%。這些機構以韓國和歐洲機構為主，并對電解制氫等綠色制氫方法表現出強烈的關注。

三、盡管當前氫氣生產幾乎全部來源于化石燃料，但專利已經顯示出向低排放替代技術的重大轉變，預示著電解槽技術的蓬勃發展，歐洲在制造能力方面已經取得優勢

對過去20年制氫技術專利趨勢的對比分析表明，技術創新從傳統碳密集型技術轉向具有脫碳潛力的新技術。2020年，新興技術產生了近80%的制氫國際專利，其增長主要由電解制氫技術創新推動。2011-2020年，日本在先進堿性電解制氫和更前沿的質子交換膜電解制氫專利活動領先于全球。然而，對這些技術的制造能力投資尚未開始。歐盟國家積極參與專利創新和發展制造能力，尤其是固體氧化物電解制氫，同時在質子交換膜和堿性電解制氫方面也做出了重大貢獻。美國在發展質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，該技術較為成熟，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。其他新興制氫技術創新同樣缺乏動力。2007-2011年，生物質或廢物（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量也略有減少。

四、2001-2020年，現有儲氫技術改進及氫基氨/甲醇生產技術專利活動穩步增長，但過去10年氫基燃料創新失去了動力

過去20年，管道、長管拖車、低溫液態儲氫等成熟儲運氫技術吸引了越來越多的創新工作，表明該行業有能力改進氫分配系統的部署和效率。2001-2020年，氫基氨/甲醇技術的國際專利數量也有所增加，市場開始關注氫基燃料技術，其創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，但專利數據表明，這些技術的創新已失去了動力。2011-2020年，美國和歐洲主導的合成燃料開發工作一直停滯不前。過去十年氫能長距離運輸技術專利申請迅速增加，液態有機氫載體（LOHC）專利復合年均增長率為12.5%，氨裂解專利增長率為7.8%。但這些技術僅占氫能專利的少數，其中一半來自科研機構。

五、盡管氫冶金技術取得了一定進展，但汽車行業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應用領域，創新尚未取得顯著進展

交通運輸行業氫能國際專利的強勁增長主要由燃料電池汽車技術創新推動，另外還有少量短途航空應用技術（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，與質子交換膜電解制氫創新產生了協同效應。相比之下，使用氫、氨或甲醇作為燃料的內燃機和燃氣輪機技術創新尚未受到最近政策推動，盡管這些技術可用于長途運輸。氫冶金專利自2014年持續下降后，在2017年開始反彈。2011-2020年間，近40%的氫冶金專利來自少數鋼鐵生產商和設備供應商。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集成到新一代生產設備方面處于更領先的地位。最近十年，氫能在建筑和發電等應用相關國際專利申請量有所下降，日本以外地區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、氫能專利對于初創企業融資極為重要，向氫能初創企業的后期投資80%以上都流向了已經提交專利申請的公司

在391家氫能相關初創企業中，近70%至少申請了一項專利。氫能初創企業通常依賴專利來獲得投資。2011-2020年，只有117家初創企業申請了報告研究范圍內的國際專利，大多數位于歐盟（34%）和美國（33%），但這些企業吸引了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企業融資金額占比持續增長。向氫能初創企業的后期投資有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%。氫能初創企業申請的國際專利主要關注新興技術，如電解制氫和燃料電池，但仍有約1/3的企業關注成熟技術改進，尤其是在制氫領域，表明仍有許多技術開發活動圍繞減少天然氣等化石燃料制氫排放展開。

七、不同技術和地區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、氫能技術依賴于復雜的技術價值鏈，意味著低排放氫的廣泛使用取決于其中最薄弱的環節。創新者對制氫技術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的經濟預測模型普遍預計這些領域的成本會降低，但專利數據表明其創新活動仍有不足。

2、政府應認真考慮供需技術不匹配的風險。實驗室以及商業規模工廠中開發的各種電解槽技術為創新提供了動力，并受到行業和區域競爭的推動。政府應引導創新轉向新興制氫技術，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的、有競爭力的氫轉化和終端應用技術。

3、政府在制定研究議程和激勵私營部門投資創新方面發揮著關鍵作用。傳統企業是氫能專利領域的重量級企業，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、航空和海運行業發出向清潔燃料轉型的信號，刺激現有公司的技術創新，同時也將催生新的初創企業。同樣，將氫用于生物燃料和固定式發電的專利活動也需要新的驅動力。

4、未來清潔氫能專利研究需要監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都應與氣候目標保持一致，以在未來凈零能源系統中發揮作用。

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