清洁能源的未来：氢专利（英文）

氢气专利 为了清洁能源的未来 氢价值链创新的全球趋势分析 2023年1月 前言 epo.org| 面对能源，地缘政治和环境危机的融合，欧洲经济的未来现在比历史上任何时候都更取决于其创新和创造力。从化石燃料的过渡是一项规模和复杂性无与伦比的挑战，将解决方案推向市场的时间窗口缩小。在这种情况下，提供有关低碳创新趋势的可靠情报对于支持稳健的业务和政策决策至关重要。这也是EPO对可持续发展战略承诺的一个重要方面。 这项研究-自2020年以来与IEA合作进行的第三次此类研究-解决了与氢相关的创新趋势，氢是欧盟及其他地区能源转型的核心要素。它将IEA的能源专业知识与EPO的专利知识相结合，对各种技术的专利趋势进行了最全面和最新的全球审查-从氢气的生产到其存储，分配和转化，直到其在许多不同行业的最终用途应用。因为专利信息是产业创新最早可能的信号，本报告。 在复杂而快速发展的技术环境中提供了独特的情报来源，该技术对全球决策者具有新的战略重要性。 专利保护是创新者将氢研究转化为市场准备发明的关键。专利使企业和大学能够从他们的创造力和辛勤工作中获得回报。作为专利局 对于欧洲，EPO提供高质量的专利，以保护多达44个国家 （包括所有欧盟成员国）的创新。欧洲专利不仅 对于大型跨国公司来说。它们也是帮助小企业筹集资金、建立合作关系和最终扩大规模的关键。 该研究旨在指导政策制定者和决策者评估其在价值链不同阶段的比较优势，阐明可能有助于长期可持续增长的创新型公司和机构 ，并将资源用于有前途的技术。利用EPO的尖端专利数据，它引入了新的搜索策略，以比较与已建立的化石燃料工艺相关的增量创新与受气候挑战推动的新兴技术。 结果揭示了各国和工业部门令人鼓舞的过渡模式，包括欧洲对新氢技术的出现的重大贡献。重要的是，它们强调了初创企业对氢创新的贡献，以及 theirstrongrelianceonpatterstobringnewtechnologytomarket.However,thisreportalsoflagssomeblineswheremoreinnovationisneededtounlocknewapplicationsofgreenhydrogen.Bygivingdecision-makersanunarelerableperspectiveof 作为指导向新氢经济过渡的宝贵指南。 AntónioCampinos 欧洲专利局主席 前言 epo.org| 俄罗斯入侵乌克兰引发的全球能源危机凸显了迫切需要解决能源安全，能源获取，气候变化和经济复苏等重叠挑战。包括氢在内的技术是任何可以成功解决这些相互关联问题的政策方案的核心。 从低排放源产生的氢有可能减少对化石燃料的依赖，在几乎没有其他替代品存在的应用中。从中长期来看，它代表了我们最好的机会 限制在长途运输和化肥生产等关键行业的燃料价格波动。然而 ， 可获得和负担得起的低排放氢的未来取决于开发和改进技术以及建立投资、设备和贸易价值链的近期政策。 许多国家正在加紧。REPowerEU计划和其他欧盟计划将动员投资以减少欧盟的天然气需求。在美国，《减少通货膨胀法案》将推动资本转向更清洁的氢气来源，我们希望这也有助于有竞争力的国际供应链。日本的绿色转型计划也包含大胆的 为先进技术提供资金的计划。去年9月，16个国家承诺在本十年内资助全球大型示范项目组合，以便及时将氢基钢铁生产等技术推向市场，到2050年实现净零排放。 这份报告显示，成为氢创新领导者的竞争正在加剧，并具有 推动商业化的潜力。赌注很高：到2050年，国际能源署（IEA ）的净零排放情景将在2030年达到380吉瓦，这说明了可以将卓越研究转化为工业竞争力的国家的经济机会。然而，活动仍然集中在少数地区，限制了思想交流。展望未来，氢创新必须应对具体的国家挑战，例如帮助非洲利用地球上一些成本最低的清洁能源。 这项研究展示了IEA与欧洲专利局（EPO）在电池（2020年 ）和低碳能源（2021年）方面的合作之后不断发展的伙伴关系，是对整个氢价值链专利趋势的最全面比较。这种集成方法对于依赖多种技术来连接供需的氢至关重要。 安全，强大和可持续的清洁能源供应链的发展对于最大程度地减少重复当今能源危机的风险至关重要。将在本报告的同一周发布的IEA《能源技术展望2023》详细探讨了这一主题以及创新对开发弹性清洁能源系统的重要作用。 这份报告的发现使我们有信心，创新者正在响应对低排放氢气的需求，以及它所代表的经济机会。但是 该报告还确定了需要更多努力的领域-特别是在最终用途应用程序中。我们与EPO的持续合作将使我们能够跟踪未来的进展 。 DrFatihBirol 国际能源署执行主任 epo.org| 目录 1. 1.1 1.2 1.3 1.4 2. 2.1 2.2 3. 3.1 3.2 3.3 4. 4.1 4.2 4.3 5. 5.1 5.2 5.3 epo.org| 表格和数字清单 Tables Table2.12011-2020年按价值链细分的氢技术技术优势揭示28 Table2.22011-2020年全球十大氢创新集群30 Table3.1从轻烃制氢的新兴低碳技术43 Table3.2新兴电解技术45 Table4.1氢基燃料的技术领域55 Table5.1运输中的新兴氢技术64 Table5.2氢在钢中的新兴应用制造64 数字 图E.1按世界主要地区和价值链细分市场划分的国际专利申请份额和显示的技术优势(IPF，2011–2020)10 图E.2在已建立的技术和受气候激励的技术方面的顶级国际申请人 (投资政策框架，2011–2020)12 图E.3与电解槽和制造相关的发明的起源容量14 图E.4气态氢储存，氨生产，甲醇生产和替代氢基燃料的国际专利趋势（IPF，2001-2020年）15 图E.52011-2020年氢基推进技术的国际专利趋势16 图E.62000-2020年按筹资阶段划分的初创企业应计资金份额17 图1.1IEA净零排放中低排放氢气的供需场景21 图1.2按地区划分的电解槽产能，基于2030年项目管道22 图1.3对与氢气相关的清洁能源初创企业的风险投资，2015–202223 图1.4氢相关技术的制图25 图2.1按世界主要地区分列的专利趋势(IPF，2001-2020年)27 图2.2氢创新集群的全球分布(IPF，2011–2020)29 图2.3氢技术专利化趋势概述(IPF，2001-2020年)32 图2.4现有氢技术十大公司申请人简介(2011-2020年IPF)33 图2.5以气候为动机的氢技术十大公司申请人概况(IPF，2011-2020年)34 图2.6氢技术十大研究机构简介（IPF，2011-2020年）35 图2.7具有IPF的初创企业分布氢气36 图2.8每年成立的氢初创企业数量及其专利申请(2000–2020)37 图2.9按融资阶段划分的初创企业应计资金份额，2000-202038 图3.12001-2020年氢气生产技术的IPF趋势40 图3.22011-2020年制氢相关专利来源40 图3.3CO2氢的强度生产41 图3.4与氢气生产相关的发明主要是出于对气候变化的担忧 (投资政策框架，2001-2020)42 图3.52001-2020年IPF在气候驱动生产技术中的份额42 图3.6从轻烃制氢的新兴低碳技术44 epo.org| 数字 图3.7电解槽新兴技术的专利趋势（IPF，2011-2020年）46 图3.8与电解槽和制造相关的发明的起源容量47 图3.9电解槽技术的十大申请人（IPF，2011-2020年）48 图4.1氢存储，分配和转化技术的专利趋势(投资政策框架，2001-2020年)51 图4.22011-2020年与储存、分配和转化相关的IPF的起源52 图4.3来自不同行业的顶级申请人对氢储存和分配技术专利的影响(IPFs的份额，2011–2020)53 图4.4特定形式液体的最新趋势和气态储氢，2011-2020年54 图4.5氢基燃料主要区域概况(IPF，2011-2020年)56 图4.6氢基燃料的最新趋势(IPF，2011-2020年)57 图5.1甲醇和氨生产中氢气使用的专利趋势（IPF数量，2001-2020年）60 图5.22011-2020年与现有氢气应用相关的IPF起源60 图5.32011-2020年甲醇和氨生产顶尖申请人61 图5.4氢最终用途应用的专利趋势(IPF，2001–2020)62 图5.52011-2020年与氢气应用相关的IPF的起源63 图5.62011-2020年运输技术中的氢推进与车载储存64 图5.72011-2020年氢基推进技术的国际专利趋势65 图5.82011-2020年汽车应用十大申请者66 图5.9钢铁制造业顶级申请人的概况，2011–202068 epo.org| 缩写列表 AEM阴离子交换膜 ALK碱性电解槽 CCUS碳捕获、利用和储存 CO一氧化碳 DRI直接还原铁 EPO欧洲专利局 eSMR电气化蒸汽甲烷重整器 EU欧洲联盟 FCEV燃料电池电动汽车 FT费托反应 H2氢气 H2OWater HVO加氢处理植物油 ICE内燃机 ICT信息和通信技术 IEA国际能源署 IP知识产权 IPF国际专利家族LOHC液体有机氢载体 Mt百万吨 NZE2050年净零排放情景OEM原始设备制造商PEM聚合物电解质膜 pH值氢的潜力 PROs公共研究机构 R&D研究与开发 RTA揭示技术优势 SDGs可持续发展目标(联合国)SE-SMR吸附强化蒸汽甲烷重整器SOEC固体氧化物电解槽 SPE固体聚合物电解质 TRL技术就绪水平 VC风险资本 epo.org| 国家名单 CA加拿大 CH瑞士 CNP.R.中国 DEGermany DK丹麦 EPC国家欧洲专利公约(欧洲专利组织的成员国) FR法国 IT意大利 JPJapan KRR.韩国 LU卢森堡 NL荷兰 其他欧洲（国家）不属于EU27的欧洲专利组织成员国，即 AL，CH，IS，LI，MC，ME，MK，NO，RS，SM，TR，英国。 世界其他地区世界其他地区 UKUnitedKingdom US美国 执行摘要 epo.org| 向清洁能源未来的成功过渡将得到全球经济和人们能源消耗模式迅速变化的支持，所有 有潜力维持更健康的社会，更公平的结果和更有弹性的星球。技术将是许多这些变化的核心，而且没有什么比扩大氢气作为清洁能源载体更重要的了。 虽然需要强有力的政策来使低排放氢气具有成本竞争力，但如果不对整个价值链进行技术改进，就不可能触及能源系统的几乎每个部分。 世界各地的创新者正在化石燃料转化，水的电化学分解，石墨烯罐，低温存储，飞机燃料电池发动机和铁矿石还原等领域加大努力。如果氢在减少化石燃料排放方面发挥重要作用，它的未来取决于在不同类型的硬件中团结广泛的进步，并为它们创造新的市场。与软件、硬件等数字技术相比。 通常需要更多的时间来开发，并且在原型设计和市场进入阶段涉及更大的投资风险。通过申请专利，发明人寻求确保他们可以收回这些创新投资。 协调整个氢能价值链的部署可能是能源工程师面临的所有技术挑战中最复杂的，有时很难辨别所有基础技术领域的状况。专利是创新活动的有力指标，可以对科学的状态和方向提供非常详细的见解。 这项研究结合了国际能源署和欧洲专利局的专业知识，是最全面、全球和 迄今为止与氢相关的专利的最新调查。独特的是，它涵盖了氢供应，储存，分配，转化和最终用户应用的全方位技术，以及引入新的搜索策略，以比较与已建立的化石燃料工艺相关的增量创新与受气候挑战推动的新兴技术。 主要发现 1.全球氢专利由欧洲和日本主导，美国在2011 -2020年期间失势，R.Korea和P.R.中国的氢相关创新才开始在国际层面出现。 大约一半的国际专利家族（IPF）12011-2020年期间的氢技术与氢生产有关。其他IP