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赛迪观点:基于专利分析全球氢能发展趋势与我国面临的挑战

发布时间:2022-10-20 15:29        来源:赛迪智库        作者:赛迪智库

随着氢能在全球减排战略布局中的地位日益凸显,日本、美国、欧洲等发达国家和地区纷纷制定氢能发展政策,积极探索氢气制备、储运、加注及应用的全产业链技术路线。氢能也成为我国“双碳”战略的重要抓手,各地围绕氢能发展,积极推动氢能技术创新和应用。赛迪研究院规划研究所对全球氢能专利申请情况分析后发现,我国专利数量虽处于全球领先地位,但仍然存在三个问题,即产业上下游专利布局不均衡、企业创新主体地位不显著、海外专利布局不足,并基于此提出了相应的对策建议。

一、我国成全球氢能产业发展“新势力”

发达国家氢能专利申请整体呈“先升后降”趋势,我国成为全球专利申请的主要增长点。20世纪70年代,美国提出了“氢经济”概念,是最早将氢能纳入能源战略的国家。同期,日本也开始了氢燃料电池技术探索,并在1978年取代美国成为专利申请量最多的国家。上世纪70年代末,韩国和欧洲逐渐注重氢能发展,专利申请数量不断增加。到了80年代中期,我国开始出现氢能专利申请,并保持低速增长。从2000年开始,全球氢能产业进入快速发展期,各国陆续发布氢能相关战略和计划:日本开展氢能源及燃料电池示范项目,美国出台国家氢能发展战略等。其间,我国的专利申请量始终保持整体上涨态势,从2016年起,呈现爆发式增长,年均增速超过20%。至2020年,我国氢能专利年申请量已达到全球专利总量的62.3%,现已成为美、日、韩等国氢能领域主要的目标市场,现有专利中有22.1%来自海外申请人。

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燃料电池系统是全球氢能专利申请的主导领域,我国氢能上游技术专利布局较多。氢能产业链上游技术主要包含氢气制备、储运、加注;中游技术主要是燃料电池系统,包含电堆系统和控制系统;下游技术涉及具体应用,比如交通运输、发电、便携式电池、航天领域等。从全球氢能技术分支专利申请情况看,氢气制备、储运、加注三项上游技术,分别占比15%、5%和1%,总计占比21%,电堆系统和控制系统技术总计占比73%,下游应用技术占比6%,氢燃料电池及其在交通运输中的应用已成为全球关注的重点。我国的氢能技术专利分布和全球结构类似,中游燃料电池系统专利申请量最高,总计占比59%,低于全球水平。上游技术专利申请量高于全球水平,总计占比35%,其中氢气制备单项技术的占比可达25%。强大的制氢能力为我国氢能发展提供了坚实保障,传统能源企业纷纷转型布局氢能产业。

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企业是全球专利申请的主力军,我国高校院所已拥有一定的技术积累。从全球专利申请人排名看,日本企业占据绝对领导地位,排名前十的申请人中有5家日本企业。丰田自动车株式会社排名第一,专利超过24000件;其后依次为本田技研工业株式会社、日产自动车株式会社、松下电器产业株式会社。美、韩两国企业在氢能领域也具备世界领先水平,各有两家企业进入前十。我国专利申请量最大的中科院大连化物所,仅排名第19位,还存在较大差距。在我国申请专利的申请人中,丰田自动车株式会社排名第一,美国通用汽车环球科技运作有限公司、韩国现代自动车株式会社进入前五名。我国中科院大连化物所、清华大学进入前十名,分别排名第二、第七,已形成了一定的氢能技术积累。

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二、我国氢能发展面临的挑战

氢能产业上下游专利布局不均衡,绿色制氢不足、应用场景单一情况凸显。我国上游氢能专利申请量占比明显高于全球水平,其中氢气制备领域占比最高,但我国以化石能源制氢、工业副产氢等技术为主,专利总计占比49.5%。其中,电解水制氢、可再生能源制氢等绿色制氢技术专利数量占比分别为39.9%、10.6%。我国年制氢产量约3300万吨,已成为世界上最大的制氢国,但受技术条件限制,“绿氢”占比较低。中国煤炭工业协会数据显示,2020年我国电解水制氢产量仅占1%左右。目前大规模推动氢能产业发展,将导致“灰氢”规模快速扩张,不利于我国“双碳”目标的实现。此外,氢能应用场景单一也无法实现大量氢能的充分利用。

企业创新主体地位不显著,创新成果主要停留在高校。在全球氢能专利申请人排名中,企业申请人占据主导地位。国外大都是由企业产出氢能专利,并将其转化为创新研发成果。比如,日本丰田拥有的专利超过24000项,且能生产出单次加氢行驶里程超过1000公里的氢能源汽车Mira。从我国专利受理情况看,我国前10名申请人中有8家是高校院所,占比80%,包括中科院大连化物所、清华大学、浙江大学、华南理工大学等。可见,我国氢能技术创新成果还主要停留在高校,企业没能充分发挥创新主体作用。入榜的两家企业分别为上海神力科技、新源动力,均聚焦燃料电池系统领域,具备一定的技术积累,但专利申请量与日本龙头企业仍有很大差距。我国企业有较强的生产能力,但技术创新有待加强,比如广东国鸿氢能拥有全球产能最大的燃料电池电堆生产线,但专利申请量仅为200件左右。

海外专利布局不足,本土市场面临内外双重压力。日本是全球氢能专利最大申请国,专利量超过60000件,并十分重视海外市场布局,在海外申请的专利量位居全球榜首。美国、韩国、欧洲等均十分重视海外专利布局,海外专利申请量占比分别为43.5%、41.3%、59.7%。我国虽然是氢能专利申请量第二大国,但专利布局主要集中在国内,海外布局严重不足,海外申请的专利量仅755件,占比1.63%。这样的情形很可能致使我国企业拓展国际市场时卷入侵权纠纷并承受巨大损失。目前,我国氢能产业已进入高速发展期,部分地区知识产权保护机制建立不及时,可能导致专利相关的不正当竞争出现,不利于氢能市场的良好发展。同时,各国积极在我国氢能市场进行专利布局,日本、美国、韩国、欧洲在我国布局的专利量分别占到各自海外专利总量的26.5%、27.0%、25.0%。发达国家和地区通过专利提前布局来巩固行业垄断地位,意在压制我国氢能产业发展并瓜分市场。

三、启示及建议

推动应用导向的氢能产业布局。目前,各地方政府发展氢能产业热情高涨,纷纷出台支持政策,但大多都集中在交通领域,存在重复建设和无序竞争的风险。为此,一是推动各地方政府依托知识产权保护中心、信息中心,围绕氢能应用场景,结合本地资源禀赋,开展专利导航分析,收集和统计氢能专利、市场信息,明确氢能产业与传统行业的协同互补关系,精准匹配有发展前景的氢能应用场景,确定配套的上下游技术环节。二是加快建立和完善氢能制、存、运方面的设备技术、检测和安全标准等,促进发电、建筑、工业等领域氢能多元应用的市场机制形成,发掘氢能的“补充”价值。

强化氢能产业知识产权的国际保护。我国创新主体基本集中在高校院所,与企业相比缺乏专利保护与明确的国际专利战略布局意识。为此,一是鼓励高校院所、企业和行业协会建立氢能产业技术联盟,引入市场化的知识产权服务机构,提升创新主体对专利可行性、侵权风险等评估能力,促进创新主体间的专利许可、转让等。二是鼓励企业对国外氢能重要技术方向进行持续跟踪和监测,了解海外专利国际布局与技术创新方向,有效规避知识产权壁垒。三是依托各地知识产权中心,协助企业与国外专利中介服务资源建立对接渠道,支持企业申请并获取国外专利授权。

充分发挥企业创新主体作用。我国氢能产业企业创新主体作用发挥不充分,部分关键零部件、材料依靠进口,关键组件制备工艺与国外相比还存在较大差距。为此,一是围绕氢能产业绿色制氢技术、催化剂、双极板和密封件等短板领域,设立国家重点技术研发科技专项,鼓励企业加大国际科技合作力度,着力开展核心关键技术攻关,加速实现氢能关键技术与产品部件的国产化。二是依托龙头企业整合行业优质创新资源,加快建立氢能创新平台,促进高校及科研院所的创新研究成果产权化和产业化。三是大力推进“专精特新”中小企业参与氢能产业关键共性技术研发,促进大中小企业协同创新融通发展。

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