2022年初，世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(WIPO)發(fā)布了《交通運(yùn)輸領(lǐng)域氫燃料電池》報(bào)告。報(bào)告從宏觀和微觀、國(guó)家和國(guó)際的角度詳細(xì)分析了氫燃料電池交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)＠姆植己挖厔?shì)。

燃料電池，尤其是氫燃料電池，近年來作為清潔能源之一，持續(xù)受到越來越多的關(guān)注，并且有希望成為減少交通領(lǐng)域溫室氣體排放的可行方案。燃料電池可以直接或間接地將儲(chǔ)存在氣罐中的氫氣轉(zhuǎn)化為電力，從而為交通工具提供動(dòng)力。燃料電池運(yùn)行期間，理論上來說，除了產(chǎn)生水和熱量，不會(huì)產(chǎn)生任何溫室氣體。

公路交通運(yùn)輸領(lǐng)域需要深度脫碳。從監(jiān)管的角度來看，這是必須的，而且只有真正可持續(xù)的運(yùn)輸和汽車行業(yè)，才能夠長(zhǎng)期保持其重要性和繁榮。

然而，轉(zhuǎn)向零排放的未來為汽車行業(yè)帶來了至關(guān)重要的挑戰(zhàn)?；剂弦咽褂脭?shù)百年，仍然是市場(chǎng)上的主流能源供應(yīng)方法，對(duì)于整個(gè)汽車行業(yè)轉(zhuǎn)移到低碳甚至零碳排放來說，這并不是一件容易的事。在目前的主流替代方案中，電池電動(dòng)汽車(BEV)和由氫提供動(dòng)力的FCEV是市場(chǎng)上最突出和最有前途的。

氫是一種輕巧、儲(chǔ)存能力強(qiáng)、能量密度高的物質(zhì)，其用作燃料不會(huì)產(chǎn)生污染物或溫室氣體。因此，氫被認(rèn)為是未來能夠替代化石燃料的有力競(jìng)爭(zhēng)者。迄今為止，雖然氫燃料電池車在世界乘用車保有量的占比不到1%，但是由于東亞，美國(guó)和歐盟等熱點(diǎn)地區(qū)的快速發(fā)展，世界燃料電池汽車市場(chǎng)已經(jīng)處于爆發(fā)前期，每年都能夠保持快速增長(zhǎng)。報(bào)告中顯示到2021年6月底，全球有超過4萬輛燃料電池汽車行駛在公路中，其中絕大部分為乘用車。

圖1 1950年至2020年間燃料電池領(lǐng)域?qū)＠峤悔厔?shì)

該數(shù)據(jù)不限于運(yùn)輸部門的燃料電池。從圖中我們可以看到，燃料電池領(lǐng)域?qū)＠峤粡?950年到1980年左右保持低增長(zhǎng)，1980年至1990年代末進(jìn)入高增長(zhǎng)時(shí)期。在2000年至2005年之間專利提交量急劇上升，隨后在2010年左右放慢速度，最后在2016年左右發(fā)生了進(jìn)一步的急劇上升。圖1表明自2000年以來發(fā)生了重要的燃料電池創(chuàng)新。預(yù)計(jì)，在全球?qū)崿F(xiàn)凈零排放目標(biāo)前，與燃料電池有關(guān)的專利申請(qǐng)數(shù)量將繼續(xù)增加。

在報(bào)告中，世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(WIPO)將整個(gè)領(lǐng)域的專利分為六個(gè)類別，以更好地顯示專利申請(qǐng)趨勢(shì)的走向，分別是：公路車輛，包括對(duì)卡車，商業(yè)或貨物公路車輛的特定分析；軌道車輛；運(yùn)輸和水上運(yùn)輸；飛機(jī)和其他空中車輛，例如垂直起飛和降落(VTOL)或無人機(jī)（無人駕駛汽車，無人機(jī)）；還有各種各樣的特殊車輛，其中可能包括各種典型的商用車，包括叉車，機(jī)場(chǎng)拖車，拖拉機(jī)和挖泥船以及各種建筑車輛；最后一類是不屬于上述任一類別的車輛。圖2中顯示出每個(gè)類別隨時(shí)間的發(fā)展。很明顯，道路車輛是目前最主流的應(yīng)用類別，然后是運(yùn)輸和鐵路應(yīng)用類別。

圖2 不同運(yùn)輸部門的燃料電池專利申請(qǐng)數(shù)量

圖3 不同交通領(lǐng)域跨不同燃料電池類型相關(guān)的專利申請(qǐng)的分布

其數(shù)據(jù)包括所有有效和已經(jīng)失效的燃料電池相關(guān)的專利，按上述六個(gè)類別，我們可以清楚地看到質(zhì)子交換膜燃料電池（綠色）在各個(gè)時(shí)間的優(yōu)勢(shì)地位。固體氧化物燃料電池（淺灰色）通常位于第二位，或者是重整器/直接甲醇燃料電池DMFCs/直接氨燃料電池DAFC（淺藍(lán)色靠近圖的末端）。

在所有交通應(yīng)用中，可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是最常用的燃料電池類型，在每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的份額幾乎都超過50％。在運(yùn)輸，卡車，鐵路和軌道類別中，固體氧化物燃料電池(SOFC)的份額較高，總計(jì)接近20％。重整或裂解反應(yīng)器占據(jù)最高份額的領(lǐng)域是特殊車輛（21％），其次是運(yùn)輸（20％）和鐵路（20％）。這表明在這些通常更工業(yè)化的領(lǐng)域中，對(duì)于像甲醇或氨這樣的替代燃料接受度更高，兩種溶劑在工業(yè)環(huán)境（例如港口）中都很普遍。運(yùn)輸和軌道也與傳統(tǒng)固定裝置的領(lǐng)域相當(dāng)，其裝置通常更大，需要更高的可靠性和更長(zhǎng)的耐用性。

中國(guó)最近與燃料電池相關(guān)的專利趨勢(shì)：

圖4 不同國(guó)家燃料電池專利申請(qǐng)數(shù)量

圖四所示是不同國(guó)家的申請(qǐng)趨勢(shì)，世界上在燃料電池領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量最多的國(guó)家，前五名分別為中國(guó)，德國(guó)，日本，韓國(guó)以及美國(guó)。報(bào)告中的數(shù)據(jù)主要按照以上五個(gè)國(guó)家進(jìn)行細(xì)分。圖4表明，自2010年左右以來，中國(guó)的專利申請(qǐng)數(shù)量促進(jìn)了整體數(shù)量的顯著增長(zhǎng)，逐漸超過日本，成為目前總體專利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)最大的貢獻(xiàn)者。

雖然日本累計(jì)燃料電池相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量最多，但是近年來中國(guó)的專利申請(qǐng)數(shù)量得到了大幅度地增長(zhǎng)，尤其是在與道路相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，申請(qǐng)數(shù)量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。該數(shù)據(jù)再次表明，位于中國(guó)，日本，德國(guó)，韓國(guó)和美國(guó)的五個(gè)關(guān)鍵區(qū)域的發(fā)明者在全球范圍內(nèi)為燃料電池的開發(fā)做出了重大貢獻(xiàn)。

圖5-8是根據(jù)世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在不同的子交通運(yùn)輸領(lǐng)域中申請(qǐng)專利最多的20家單位的相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析顯示，前20名申請(qǐng)單位主要由汽車制造商主導(dǎo)，主要是豐田，現(xiàn)代汽車，本田，通用汽車，大眾集團(tuán)等。豐田幾乎占據(jù)每個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，同時(shí)擁有近兩倍于第二名的活躍專利申請(qǐng)數(shù)量。近年來，前20家申請(qǐng)單位中的絕大多數(shù)在燃料電池專利的數(shù)量上具有上升的趨勢(shì)。

圖5 交通運(yùn)輸部門燃料電池專利申請(qǐng)top20

圖6 道路交通部門燃料電池專利申請(qǐng)top20

圖7 水上運(yùn)輸部門燃料電池專利申請(qǐng)top20

圖8 軌道車輛部門燃料電池專利申請(qǐng)top20

氫能在一些交通領(lǐng)域的應(yīng)用，代表了未來替代化石能源的可行性。在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織的報(bào)告中所提到的燃料電池相關(guān)專利申請(qǐng)趨勢(shì)清楚地表明，幾乎所有與燃料電池相關(guān)的公司在戰(zhàn)略決策的選擇上都契合了整體的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，我們正處于一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的爆發(fā)增長(zhǎng)前期。

一項(xiàng)發(fā)明從專利申請(qǐng)到最終進(jìn)入市場(chǎng)需要兩到五年時(shí)間不等，所以專利申請(qǐng)的趨勢(shì)可以被認(rèn)為是未來技術(shù)方向的指南針。從報(bào)告中所呈現(xiàn)的近兩年爆發(fā)式增長(zhǎng)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)來看，我們很可能在不久的將來見證整個(gè)燃料電池行業(yè)的迅猛發(fā)展。但是，世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織分析認(rèn)為，考慮到燃料電池技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)具備高度的成熟度并且處于技術(shù)的發(fā)展后期階段，基礎(chǔ)設(shè)施，政治決策和全球不確定性等因素使我們很難預(yù)測(cè)真正的迅猛發(fā)展會(huì)在何時(shí)到來。即便這樣，報(bào)告中對(duì)于氫燃料電池的發(fā)展非常樂觀，整個(gè)交通運(yùn)輸行業(yè)是世界上最大的碳排放領(lǐng)域之一，氫能或許是助其脫碳的唯一選擇。

Citation

World Intellectual Property Organization (WIPO). (2022). Patent landscape report: Hydrogen fuel cells in transportation.

World Intellectual Property Organization (WIPO). (2022). Patent Data Lexis Nexis PatentSight up to March 2022.

Clark, M. (2022, September 6). A review of patenting trends of hydrogen fuel cells in the transport sector. The International Intellectual Property Experts. Retrieved September 16, 2022, from https://www.marks-clerk.com/insights/articles/a-review-of-patenting-trends-of-hydrogen-fuel-cells-in-the-transport-sector/