《全球的氢能价值链创新趋势分析报告》解读（二）

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、近二十年，改进的现有储氢技术、氨和甲醇生产技术专利数量得到稳步增长，但过去十年氢基燃料创新动力不足

目前氢气的储运主要还是以管道、长管拖车、低温液态等成熟技术为主，自2001年以来的专利申请趋势显示，这些传统成熟技术吸引了越来越多的专利方面的创新，表明该行业有能力改进氢分配系统的部署和效率。

近二十年氢基氨和甲醇技术的IPFs专利申请数量有所增加，市场开始关注氢基燃料技术，其创新主要由欧洲从事化石燃料制氢和加工的公司推动。

其他氢基燃料（如航空合成煤油或合成甲烷）的进步也依赖于提高效率和降低成本，但专利数据表明，这些技术的创新已失去了动力。2011-2020年，美国和欧洲主导的合成燃料开发工作一直停滞不前。过去十年氢能长距离运输技术专利申请迅速增加，液态有机氢载体（LOHC）专利复合年均增长率为12.5%，氨裂解专利增长率为7.8%。但这些技术仅占氢能专利的少数，其中一半来自科研机构。

 图1 2001-2020年气态储氢、氢基燃料、氢基氨/甲烷生产国际专利申请趋势（单位：项）

二、虽然氢冶金技术取得了明显进展，但汽车行业氢能应用的专利增速仍远高于其他氢能终端应用。然而，在氢燃料长途运输及其他工业应用领域，尚未取得显著创新

交通运输行业氢能国际专利的强劲增长主要由燃料电池汽车技术创新推动，另外还有少量短途航空应用技术（尤其是无人机）。这些领域的专利活动主要由日本和韩国汽车公司主导，与质子交换膜电解制氢创新产生了协同效应。相比之下，使用氢、氨或甲醇作为燃料的内燃机和燃气轮机技术创新尚未受到最近政策推动，尽管这些技术可用于长途运输。

氢冶金专利自2014年持续下降后，在2017年开始反弹。2011-2020年间，近40%的氢冶金专利来自少数钢铁生产商和设备供应商。后者由欧洲公司主导，其在将氢直接还原炼铁和熔融还原炼铁等先进技术集成到新一代生产设备方面处于更领先的地位。

最近十年，氢能在建筑和发电等应用相关国际专利申请量有所下降，日本以外地区对氢能建筑应用缺乏兴趣，并越来越关注将燃料电池作为固定电力存储的替代解决方案。

 图2 2011-2020年氢基推进技术的国际专利申请趋势

三、专利为初创氢能企业巩固了融资基础，氢能领域80%的后期投资都流向了已经提交专利申请的公司，表明专利对于初创企业融资的重要性。

（1）在391家氢能相关初创企业中，近70%至少申请了一项专利。氢能初创企业通常依赖专利来获得投资。事实上，大多数都是氢气行业的初创企业在实验室里开始他们的旅程，然后依靠重组现有技术或充分利用旨在解决基本技术问题的新兴技术问题这些类型的风险投资需要大量的资金研发和工程投资，通常依赖通过申请专利来获得这些投资。

（2）2011-2020年，只有117家初创企业申请了报告研究范围内的国际专利，大多数位于欧盟（34%）和美国（33%），但这些企业吸引了55%的风投资金。而且，后期融资阶段有专利申请的公司融资金额在所有初创企业融资金额占比持续增长。向氢能初创企业的后期投资有80%以上由已申请专利的公司获得。考虑到首次公开募股（IPO）和IPO后阶段获得的资金，这一比例进一步增至95%。

（4）氢能初创企业申请的国际专利主要关注新兴技术，如电解制氢和燃料电池，但仍有约1/3的企业关注成熟技术改进，尤其是在制氢领域，表明仍有许多技术开发活动围绕减少天然气等化石燃料制氢排放展开。

 图3 2000-2020年按融资阶段向初创企业累积的资金份额（美元）

四、不同技术和地区氢能专利活动的不均衡趋势表明，有机会采取行动，助力实现零排放的未来

尽管氢能专利申请增长带来了总体积极的信号，但仍有几个值得关注的问题：

（1）氢能技术依赖于复杂的技术价值链，意味着低排放氢的广泛使用取决于其中最薄弱的环节。创新者对制氢技术的重视推进其成本降低，但在氢基燃料合成和终端应用等领域也需要改进成本和性能。尽管对未来能源系统的经济预测模型普遍预计这些领域的成本会降低，但专利数据表明其创新活动仍有不足。

（2）政府应认真考虑供需技术不匹配的风险。实验室以及商业规模工厂中开发的各种电解槽技术为创新提供了动力，并受到行业和区域竞争的推动。政府应引导创新转向新兴制氢技术，减少关键矿物依赖，或使用盐水或污染水等作为原料。然而，对这些技术的投资取决于是否有意愿购买低排放氢，即取决于是否存在适当的、有竞争力的氢转化和终端应用技术。

（3）政府在制定研究议程和激励私营部门投资创新方面发挥着关键作用。传统企业是氢能专利领域的重量级企业，有能力拓展到新的细分市场，如活跃于燃料电池和电解制氢领域的汽车公司和化学公司。应基于监管、市场激励或金融、项目支持等方面出台政策，向钢铁、航空和海运行业发出向清洁燃料转型的信号，刺激现有公司的技术创新，同时也将催生新的初创企业。同样，将氢用于生物燃料和固定式发电的专利活动也需要新的驱动力。

（4）未来清洁氢能专利研究需要监测的另一个领域是化石燃料制氢。为了大幅减少排放量，所有基于化石燃料制氢技术都应与气候目标保持一致，以在未来净零能源系统中发挥。

参考文献：

[1] 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