引导创新走向低碳未来

经济研究 工作文件编号72 Directingi创新towardsalow-carbonf缝线 JoëlleNoailly 2022年4月 引导创新走向低碳未来 JoëlleNoailly1 Abstract: 实现到本世纪末将全球变暖限制在1.5°C至2°C的雄心巴黎气候协议将要求在环境方面进行大规模投资 技术和远离高碳技术的有力变革。本报告 为低碳技术专利的全球趋势提供了新的描述性证据，特别关注能源和公路运输部门。分析讨论了作用 公共政策在推动低碳未来的创新速度和方向方面的作用。 果冻分类：Q55；O31；Q42；L62 关键字:专利,气候变化,创新,清洁技术,能源,电动汽车,环境政策,技术政策 免责声明: 本文表达的观点是作者的观点，不一定反映 世界知识产权组织（WIPO）或其成员国的意见。 1国际环境研究中心（CIES）研究负责人和讲师 瑞士日内瓦研究生院国际经济系。助理 阿姆斯特丹自由大学环境经济学教授和丁伯根研究员荷兰研究所。 1.Introduction 截至2021年11月，世界各国领导人提高了他们在减排方面的雄心 在格拉斯哥举行的第26届缔约方大会上，为了实现将全球变暖限制在2°C的目标，并根据2015年巴黎气候大会的协议，力争到本世纪末达到1.5°C。 代表世界经济80%的许多国家宣布了净零目标 到2050年的排放量，中国和印度等排放大国也表达了类似的目标分别是2060年和2070年。在 几十年将需要对环境技术进行大规模投资-即技术 导致温室气体减少，改善资源利用，能源效率，浪费最小化、再利用和再循环-以及远离污染的有力改变 技术。 十五年前，最有影响力的气候变化报告之一《斯特恩评论》，呼吁开始“一场将超越前世界规模和影响的革命- Changingtechnologiessuchasrailroadsandpersonalcomputers’(Sternetal.,2006).Yettoday, 低碳创新仅占全球专利活动的6%，面临许多障碍 remainforaswifttransitiontolow-carbontechnologies.Manyofthesetechnologiesarestill 比高碳产品更贵，市场需求有限。此外，高 碳技术仍然受益于这样一个事实，即我们的经济有着悠久的化石历史- 燃料依赖。尽管如此，我们开发新冠肺炎的能力带来了新的希望 疫苗创纪录的时间，太阳能光伏成本的快速下降，以及各国气候的更新野心。欧洲联盟最近采取了几项政策措施，作为 欧洲绿色协议将排放量相对于1990年的水平减少55%，从而 到2050年实现气候中立。地平线下1000亿欧元预算的约35% 欧盟的研究和创新计划将分配给欧洲，以应对气候变化。 美国在COP26上的承诺旨在通过以下方式将该国的排放量从2005年的水平减少50％2030年。乔·拜登1.85万亿美元的“重建更好”基础设施法案包括5550亿美元用于应对气候变化-美国历史上最大的气候行动-其中300美元 10年税收激励计划，以促进风能、太阳能、核能和电动汽车。最后，中国还承诺到2060年实现碳中和，并加强研究 核聚变、智能电网和新材料等前沿技术。其他有前途的公私倡议，如突破性能源之间的合作 来自比尔·盖茨和使命创新的20多个国家的倡议已经在 COP26在格拉斯哥加速关键清洁能源技术的商业化， 如绿色氢气、可持续航空燃料、直接空气捕获和长持续时间能源 storage. 这项研究的目的是为世界在以下方面的进展提供新的描述性证据向低碳技术创新，并回顾这一变化的主要驱动因素。 研究组织如下。第1节定义了低碳技术，并提供了一般 Trends.Section2presentsthekeymechanismswhichcancontributetoareorientationof 面向低(和远离高)碳技术的创新，对比技术- pushversusmarket-pulldrivers.Sections3and4providesanoverviewofhistoricaltrajectories 以及两个最大的二氧化碳排放部门的最新进展，即能源生产和 transportation,respectively.Finally,Section5concludesanddiscussesimplicationsforbuilding 一致的政策框架。 2.低碳技术的定义和全球趋势 大量的环境技术有助于减少碳排放和环境 经济活动的足迹。根据经合组织的分类2，此集合包含与1)环境管理(空气污染、水污染和废物)相关的技术， 2)与水有关的适应技术，3)温室气体的捕获、储存、封存排放和4)与能源相关的气候变化减缓技术(CCMT)， Transportationandbuildings(Haščič&Migotto,2015).Lookingattrendsinpatentingactivities(见关于如何识别环境专利的方框1)在环境技术中提供 对这些技术随时间演变的见解。环境专利代表 今天，只有一小部分的总专利活动，即约6％的全球专利 2019年的家庭。图1绘制了涵盖所有环境的专利随时间的演变 technologiesgroups.Aftertheinitialtakeoffinthe70sand80s,patentsslowlyresumed1990年代的增长。最值得注意的是，该行业在 2000-2010年期间，专利家族的数量从每年10,000个增加到30,000个， 在短短十年内增长了3倍。 2http://stats.oecd.org/wbos/fileview2.aspx?IDFile=0befc58e-d72f-4ff9-b27e-84e446240e34 方框1-专利统计 专利数据是从PATSTAT数据库中提取的，以衡量环境技术方面的创新活动。专利数据呈现的优势是 在技术层面高度分类。详细的环境搜索策略 基于国际专利分类（IPC）的专利，合作专利分类 系统（CPC）和广泛的关键字搜索是可用的，这要归功于来自 经合组织、EPO和IEA在过去几十年里(EPO、经合组织/IEA，2021年；Haščič和Migotto， 2015).TheY02taggingschemeforCCMTtechnologiesdevelopedbytheEuropeanPatentOfficerepresentsinparticularasignificantadvance(EPO,2016).Thesearchstrategies 本报告基于Haščič&Migotto(2015)的环境技术。 对公路运输的补充分析也依赖于Aghion等人的分类。 （2016年），以比较“清洁”（电动和混合动力），“灰色”（改进的燃油效率燃烧engines)and'dirty'(standardfixationengines)innovationintheautomobileindustry.All本报告中包含的图表由经济部的团队提供 在WIPO。图表代表了#年专利家族总数的3年移动平均值 agiventechnicalhierarchylevelbasedonHaščič&Migotto(2015).Onlypatentfamilies 在至少两项专利中选择申请，以便专注于高质量的专利。 图1.环境技术专利活动的全球演变 来源：WIPO计算 查看特定技术的更多细节(图2)， 自2000年以来，环境技术的主要原因是CCMT的兴起与 energy.PatentfamiliesinthistechnologygroupaccountforaboutonethirdofallenvironmentalInnovation.Thenextlargestgroupsarecomposedofpatentsinenvironmentalmanagement(airpollution,waterpollution,wastemanagement),andCCMTintransportationandbuildings.Inthe剩下的分析，我们将专注于CCMT技术，被称为“低碳”技术， 特别是与能源系统(第3节)和运输(第4节)有关，因为这两个 关键部门占全球温室气体排放量的34%和14%，分别(Lamb等人，2021年)。 图2.按环境技术类别划分的专利活动的全球演变 来源：WIPO计算 将技术归类为“低碳”的一个重要属性显然是它们的能力减少排放。低碳技术是产生相对较低的技术 CO2排放水平，当用于一个给定的过程，如发电或流动性。因此，太阳能和电动汽车属于这一类，但也属于核能， 因为它是不可否认的低碳，以及燃煤电厂加上碳和捕获存储(CCS)，因为这种隔离技术有助于大幅减少 与标准燃煤电厂相比的碳排放量。3然而，二氧化碳排放的潜力减少给定的技术并不总是明确的。例如，对于电动汽车，许多排放量取决于充电站的电力生产方式(例如，煤炭与 太阳能)和生命周期考虑(例如，排放密集型电池生产或 recycling).Mostdefinitionssofarmostlyignorelife-cycleconsiderationsastheseinvolve 复杂的计算。 低碳技术的另一个维度考虑了这些技术是否 依靠可再生或化石燃料能源将其分类为“绿色”/“清洁”或“棕色”/“肮脏”，分别。这种观点认为，应对气候变化必然需要采取行动 远离化石燃料。因此，即使太阳能和燃气 发电厂加上CCS可能会产生低水平的碳排放，这是对燃气技术并不意味着背离化石燃料范式，也不会 代表着向低碳世界的实质性过渡。不断改进和 即使使用CCS支持基于化石的技术也可能会面临锁定未来的风险技术和基础设施进入不可取的途径，从而挤出非化石- 基于技术。 为了反映这些不同的考虑，一个常见的惯例是描绘改进的化石-基于“灰色”或“蓝色”的技术(反对“棕色/肮脏”和“绿色/清洁”技术)。因此，基于内燃机(ICE)的传统车辆 被归类为棕色/肮脏技术，而他们改进的节油版本是一种 “灰色”技术的例子。同样，“绿色”氢是指生产 仅使用可再生能源的电解氢，来自蒸汽甲烷的“蓝色”氢 3请注意，国际能源署(IEA)对能源低碳技术的官方定义 系统包括：可再生能源、核能；碳捕获、利用和储存 (CCUS)；源自低碳能源的氢；提高能源效率的技术 能源转型、其他非化石能源和储存选择；以及交叉技术，这些技术 resultinminimumemissionsofCO2andpollution(IEA,2020).Inthisbackgrounddocument,ourdescriptive 分析不包括核能。 与CCS相关的重整，来自通过天然气的蒸汽重整的“灰色”氢，而 'brown'versionwouldtypicallybeproducedfromcoal.Inpractice,establishinganofficialclear- 削减干净与肮脏技术的分类并不简单，在这方面的任何尝试方向必然会受到利益集团的政治控制。4 3.是什么推动了低碳创新的速度和方向技术? 在20世纪50年代和60年代，学者们就技术变革是否由供应方-科学的一般进步(技术推动)-或需求方- 市场需求的变化(需求拉动)。今天，这些理论争论已经达到了共识认为，技术推动和需求拉动因素都会相互作用，推动利率和技术变革的方向。本节首先回顾技术推动和需求拉动 低碳创新机制，强调低碳市场需求不足 技术，然后讨论如何将这些技术结合起来以缓解当前的碳排放锁定我们以化石为基础的经济。 3.1技术推动因素与需求拉动因素 技术推动的观点认为，技术变革从 应用研究和商业产品的基础科学，遵循线性累积 增加我们的科学认识。由于知识是一种公共物品，因此创新公司不能阻止其他公司从他们的新知识中受益，公司的激励措施很低投资于新技术。这种“知识外部性”支撑了 通过技术推进科学