《全球的氢能价值链创新趋势分析报告》解读（一）

2023年1月10日，欧洲专利局（EPO）与国际能源署（IEA）联合发布《全球的氢能价值链创新趋势分析报告》。该报告选取了2001年至2020年的国际专利族（IPFs）数据，系统分析了全球氢能制备、存储、分配、转化和终端应用全链条技术的发展趋势。研究表明氢能创新正在从蓝氢向绿氢转变的技术方案，欧洲和日本处于全球领先地位，美国则正在失去优势。

一、全球氢能专利技术由欧洲和日本主导，2011-2020年美国呈下降趋势，韩国和中国逐步走向国际市场

（1）2011至2020年氢能领域国际专利家族（IPFs）有近一半与制氢相关，其余部分主要分布在氢气的存储、分配、输运和终端应用等环节。

（2）2011至2020年约有28%的氢能领域国际专利家族（IPFs）在三大主要环节（氢制备、氢储运、氢应用）的相对技术优势（RTA），欧盟是氢能领域专利申请的引领者（包括德国的11%和法国的6%）。

（3）日本在氢能领域也具有较强的创新能力，约占该领域国际专利家族（IPFs）的24%，且近10年增速超过欧洲，2011和2020年的复合平均增长率分别为6.2%和4.5%。

（4）美国在氢能领域国际专利家族（IPFs）中约占20%，是近十年来主要氢能创新国家中唯一IPFs申请量下降的国家。韩国和中国在此期间申请量稳步增长，年均增长率分别为12.2%和15.2%，其中韩国主要聚焦于氢能在新兴终端的应用。

图 1  2011-2020年全球主要国家/地区氢能产业链关键环节国际专利家族申请量占比和相对技术优势

二、欧洲化工行业主导现有氢能的技术创新，但新兴技术专利申请龙头企业来自汽车和化学领域，专注于电解和燃料电池技术

（1）氢能价值链相关技术可以分为两类：①对化学品和精炼等行业成熟工艺的增量改进；②通过清洁能源氢能的广泛应用来缓解气候变化。2011-2020年间新增缓解气候变化的氢能创新技术专利申请量是现有成熟技术的两倍，新增技术主要聚焦于终端应用和制氢，而成熟技术仍然以氢的存储、分配和转化为主。

（2）成熟技术的头部专利申请人主要来自化石燃料制氢和加工方面具有广泛背景的化工企业，这些企业也在布局新兴技术（如碳捕集、利用和储存CCUS），以实现制备绿制氢。新兴技术的头部企业主要来自日本和韩国，通常来自汽车行业。专利布局主要聚焦于电解制氢和燃料电池应用领域，同时，也延伸到液态和气态储氢技术上，这些国家计划在不久的将来进军储氢的重点领域。

（3）2011至2020年，大学和公共研究机构国际专利家族（IPFs）申请占比约13%，仅排名前十的机构占比就达3%。这些机构主要来自韩国和欧洲，并重点聚焦于探寻电解制氢等绿色制氢技术。

三、虽然当前氢制备主要依赖于化石燃料，但从专利可以看出正向绿色低碳转变，预示着电解槽技术将蓬勃发展，欧洲在制造能力方面已经取得领先优势

（1）通过对比分析过去20年制氢技术专利趋势，技术创新从传统碳排放密集型技术转向低碳绿氢的新技术。2020年，缓解气候变化的新兴技术专利申请量占了氢能领域IPFs的近80%，主要得益于电解制氢技术创新发展。

（2）多类型电解槽正在争夺巨大的预期市场，根据政府已宣布的承诺，到2030年，制氢将从每年1吉瓦增长到65吉瓦以上。2011至2020年，日本在先进碱性电解制氢和更前沿的质子交换膜电解制氢（PEM）专利技术领先于全球。然而，对这些技术的制造能力方面的投资尚未开始。欧盟27国和其他欧洲国家在该领域专利布局也非常活跃，尤其是固体氧化物电解制氢（SOEC），同时在质子交换膜（PEM）和碱性电解制氢方面也做出了重大贡献。美国在发展质子交换膜电解槽制氢（PEM）能力方面非常积极，但IPFs专利申请方面并不活跃。中国在电解制氢IPFs专利申请方面仅占比很低，但在制造能力方面投资很大，主要集中在相对廉价的碱性电解槽技术，该技术发展较为成熟，但未来改进潜力不大。

（3）化石燃料制氢IPFS专利申请自2007年以来一直在下降，截止目前绿色低碳化石燃料制氢专利也极为有限。其他新兴制氢技术创新同样缺乏动力。生物质或废物（通过气化或热解）制氢方面的专利在2007至2011年大幅增加，但此后又大幅下降。自2010年以来，与通过非电解途径进行水分离有关的IPFs数量也略有下降，2020年占电解领域IPFs总量的12%。详见图2

图 2  2011-2020年不同制氢技术的IPFs申请来源国

参考文献：

[1]IEA.Hydrogen patents for a clean energy future.[EB/OL].(2023-01-10）.https://iea.blob.core.windows.net/assets/1b7ab289-ecbc-4ec2-a238-f7d4f022d60f/Hydrogenpatentsforacleanenergyfuture.pdf