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一、全球氢能专利活动由欧洲和日本主导，美国专利申请量正在下降，韩国和中国的氢能创新刚开始走向国际市场
2011-2020年约一半的氢能国际专利与制氢相关，其余分布在氢的存储、分配、输运和终端应用等环节。约28%的氢能国际专利由欧洲国家申请（其中德国专利占11%，法国专利占6%）；日本同样是氢能创新强国，公开专利数量占比24%，在过去十年中，日本的氢专利申请增长速度比欧洲更快，2011年至2020年的复合平均增长率分别为6.2%和4.5%。美国贡献了20%的国际专利，但是主要氢能创新国家中唯一申请量下降的国家；中国（4%）国际专利申请数量有限但稳步增长，年均复合增长率达到15.2%。
图1.全球主要国家和区域的氢能国际专利占比及价值链各环节技术优势分布
数据来源：IEA,2023年1月。
二、欧洲化工行业主导成熟氢能技术创新，但新兴氢能技术专利申请领先企业来自汽车和化工行业，关注电解制氢和燃料电池
氢能价值链相关技术可以分为两类，一是对化学和炼油等行业成熟技术工艺的改进，二是缓解气候变化的新兴氢能技术。新兴氢能技术在2011-2020年间产生的国际专利是成熟技术的两倍，前者关注终端应用和制氢，后者仍然以氢的存储、分配和转化为主导。成熟技术的领先申请机构主要是在化石燃料制氢和加工方面具有广泛背景的化工公司，这些公司也在向新兴技术（如碳捕集、利用和封存）拓展，以实现低排放制氢。新兴氢能技术的领先机构主要为日本和韩国公司，大部分来自汽车行业，这些企业的专利主要集中于电解制氢和燃料电池应用领域，此外在液态和气态储运氢方面也有布局专利，为将来氢气进口做好准备。
三、尽管当前氢气生产几乎全部来源于化石燃料，但专利已经显示出向电解制氢等低排放替代技术的重大转变
过去20年，制氢技术创新从传统碳密集型技术转向具有脱碳潜力的新技术。2020年，新兴技术产生了近80%的制氢国际专利，其增长主要由电解制氢技术创新推动。2011-2020年，日本先进碱性电解制氢和质子交换膜电解制氢专利活动领先于全球，不过其制造能力尚未发展起来。欧盟国家积极参与专利创新和发展制造能力，尤其是固体氧化物电解制氢。美国在发展质子交换膜电解槽制造能力方面非常积极，但专利活动有所不足。中国仅贡献了小部分电解制氢国际专利，在制造能力方面几乎全部投资更便宜的碱性电解槽技术。
自2007年以来，化石燃料制氢技术专利在减少；2007年到2011年，生物或废料制氢专利数量急剧增加，但在2011年之后又开始逐渐减少；自2010年以来，非电解水途径制氢专利数量小幅下降，到2020年其占总专利数量的12%。
四、2001-2020年，现有储氢技术改进及氢基氨/甲醇生产技术专利活动稳步增长，但部分氢基燃料创新在过去十年中失去了动力
过去20年，管道、长管拖车、低温液态储氢等成熟储运氢技术吸引了越来越多的创新工作，氢基氨/甲醇技术的国际专利数量也有所增加，市场特别是能源和电力行业开始关注氢基燃料技术。
不过，其他氢基燃料例如用于航空的合成煤油或合成甲烷的专利申请在过去十年中失去了动力，2011年以来，美国和欧洲主导的合成燃料开发工作一直停滞不前。2011年至2020年，氢能源长途运输专利申请迅速增加，液态有机烃(LOHC)和氨裂解的复合平均增长率分别为12.5%和7.8%。然而，它们只代表了一小部分专利家族，其中一半仍然来自以科学为导向的研究机构。
五、尽管氢冶金技术取得了一定进展，但汽车行业氢能应用专利增速仍远高于其他氢能终端应用
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），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。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；氢能在建筑和发电等应用相关国际专利申请量有所下降，除了日本，各国对氢能建筑应用缺乏兴趣。
六、氢能专利对于初创企业融资极为重要，向氢能初创企业的后期投资80%以上都流向了已经提交专利申请的公司
氢能初创企业通常依赖专利来获得投资。2011-2020年，391家氢能初创企业中只有117家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，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，如果考虑到在IPO/ IPO后阶段获得的资金，这一比例将增加到95%。氢能初创企业专利主要关注电解制氢和燃料电池等新兴技术，约1/3的企业关注成熟技术改进。
图3.2000-2020年，按融资阶段划分，初创企业获得的资金份额
七、不同技术和地区氢能专利活动的不均衡趋势表明，有机会采取政策行动，助力实现净零排放的未来
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，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。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，或将盐水或污染水等作为原料，对其投资取决于是否存在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。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政策驱动力。
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作用。
参考链接：
1.中国科学院科技战略咨询研究院，国际能源署与欧洲专利局联合发布氢能专利分析报告
2023.4.27[2023-9-25].http://www.casisd.cn/zkcg/ydkb/kjzcyzxkb/kjzczx202301/zczxkb202303/202304/t20230427_6746675.html
2.氢云链，IEA：从国际氢能专利“战况”，反思中国氢能专利是多还是少？2023.2.3[2023-9-25].https://news.bjx.com.cn/html/20230203/1286312.shtml
