根據國際可再生能源署的報告，自2005年以來(lái)，氫氣生產(chǎn)技術(shù)的專(zhuān)利申請平均每年增長(cháng)18%，這一速度遠遠高于能源領(lǐng)域的大多數技術(shù)。歐洲和日本領(lǐng)先，占水電解技術(shù)所有五個(gè)子技術(shù)領(lǐng)域申請的國際專(zhuān)利總數的50%以上。中國的國際專(zhuān)利在五個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中僅占約4%，但中國在純國內專(zhuān)利申請的數量上占主導地位。

氫能被很多國家確定為可持續未來(lái)所需的清潔能源組合的重要組成部分?？稍偕茉粗茪涑杀鞠陆?，加上減少溫室氣體排放的緊迫性，為綠氫提供了前所未有的政治和商業(yè)動(dòng)力。

根據氫氣脫碳情況，一般分為灰色(基于化石燃料)、藍色(基于化石燃料的生產(chǎn)，并帶有碳捕獲、利用和儲存)和綠氫(基于可再生能源)。

有很多國際權威機構的報告顯示，通過(guò)可再生能源電解水生產(chǎn)的綠氫(也稱(chēng)為可再生氫)是綠色能源轉型的核心，預計將在未來(lái)幾年迅速增長(cháng)，將是一個(gè)有數萬(wàn)億規模的市場(chǎng)。除了目前常規的應用場(chǎng)景，氫能未來(lái)還可以在高耗能制造業(yè)、卡車(chē)運輸、航空、航運和供暖等領(lǐng)域應用。

圖說(shuō)：氫能生產(chǎn)技術(shù)與不同來(lái)源氫氣的占比，綠氫占比規模依然很小。

來(lái)源：環(huán)球零碳

綠氫大規模的需求增長(cháng)，也促進(jìn)了電解水制綠氫技術(shù)的蓬勃發(fā)展，而電解技術(shù)的創(chuàng )新，又加速降低綠氫生產(chǎn)的成本。

根據國際可再生能源機構(IRENA)的預測，如果全球要實(shí)現將溫度控制在1.5°C情景內，到2050年，基于可再生能源的氫氣及其衍生物將占最終能源消費的12%。一些國家已經(jīng)在其國家氫能戰略中明確列入了電解槽產(chǎn)能部署目標。因此，為了滿(mǎn)足對綠氫不斷增長(cháng)的需求，需要對電解槽市場(chǎng)進(jìn)行大規模擴張。

綠氫生產(chǎn)除了需要便宜的綠電，降低電解槽系統成本對于提高綠氫的競爭力也至關(guān)重要，而技術(shù)創(chuàng )新則是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵。

據IRENA稱(chēng)，通過(guò)改進(jìn)電解槽的設計和建造、規模經(jīng)濟、用來(lái)源豐富的金屬替代稀缺材料、提高運營(yíng)效率和靈活性以及與1.5?C氣候目標相一致的高技術(shù)部署等關(guān)鍵戰略，這些因素組合在一起，使得電解槽工廠(chǎng)的投資成本在短期內可以降低40%，在長(cháng)期內可以降低80%。

5月中旬，IRENA和歐洲專(zhuān)利局(EPO)的聯(lián)合發(fā)布了一份電解槽制氫創(chuàng )新趨勢的專(zhuān)利洞察報告，利用專(zhuān)利統計數據揭示了電解水制綠氫領(lǐng)域的趨勢和活力。

報告顯示，自2005年以來(lái)，氫氣生產(chǎn)技術(shù)的專(zhuān)利申請平均每年增長(cháng)18%，這一速度遠遠高于能源領(lǐng)域的大多數技術(shù)。2016年，水電解技術(shù)的國際專(zhuān)利家族數量超過(guò)了與從化石資源生產(chǎn)氫氣有關(guān)的專(zhuān)利數量(見(jiàn)下圖)。

圖說(shuō)：該圖顯示了 2005-2020 年所有專(zhuān)利家族(左側)和國際專(zhuān)利家族(右側)的增長(cháng)趨勢，比較了基于水電解的制氫工藝與使用液態(tài)或固態(tài)烴原料的工藝專(zhuān)利情況。

來(lái)源：IRENA

本報告還分析了與水電解制氫有關(guān)的五項子技術(shù)，這些技術(shù)對降低電解槽的成本非常重要(見(jiàn)下圖)。

圖說(shuō)：這是不同國家與地區(分別是歐洲、日本、中國、美國、韓國、其他地區)與電解制氫五個(gè)子技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的國際專(zhuān)利國家份額的匯總圖。其中國家是指專(zhuān)利申請人所在的國家。歐洲將歐洲專(zhuān)利組織的 38 個(gè)成員國組合在一起。每列頂部的粗體和括號中的數字是該技術(shù)領(lǐng)域的國際專(zhuān)利申請總數。

來(lái)源：IRENA

—電解槽運行條件和結構：需要在更高的溫度和壓力下的運行，以提高電解器的效率，同時(shí)不影響膜的耐久性和性能，同時(shí)也能降低成本。

—電催化劑材料：稀缺的材料是電解槽成本和擴大規模的主要障礙，需要有替代這種材料的解決方案，例如使用非貴金屬材料。

—分離器(隔膜、膜)：減少膜的厚度可以提高效率，這反過(guò)來(lái)可以減少電力消耗。

—電解器(堆棧)的可堆疊性：電極、雙極板和多孔傳輸層可以大大增加堆棧的成本。這些部件的改進(jìn)，包括它們的制造，可以降低資本成本。

—光電解：光電解法可以將電能和氫氣的生產(chǎn)一步到位，潛在地帶來(lái)成本效益，同時(shí)解決目前技術(shù)成熟度和途徑效率較低的挑戰。

一些重要的發(fā)現包括：2018年，基于更便宜的礦物電催化劑的發(fā)明專(zhuān)利，超過(guò)了基于更傳統但昂貴的電催化劑(使用例如金、銀、鉑或其他貴金屬)的發(fā)明數量，證實(shí)了對更便宜的替代品的推動(dòng)。

光電解，即利用光作為能源將水分成氫氣和氧氣，是一項強大的新興技術(shù)，其國際專(zhuān)利家族的數量高于平均水平，其中約50%是由大學(xué)申請的。

從國家和地區來(lái)看，歐洲和日本領(lǐng)先，占所有五個(gè)子技術(shù)領(lǐng)域申請的國際專(zhuān)利總數的50%以上。歐洲在電解槽(堆棧)的可堆疊性(占該領(lǐng)域專(zhuān)利總數的41%)、電催化劑材料(34%)和電解槽運行條件和結構(32%)方面領(lǐng)先，而日本在光電解(39%)和分離器(隔膜、膜)(36%)方面排名第一。

美國在所有技術(shù)領(lǐng)域的平均比例為18%，而韓國在分離器(隔膜、膜)方面的份額最高(16%)，而其他類(lèi)別的平均比例為7%。

中國的國際專(zhuān)利在五個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中僅占約4%，但中國在純國內專(zhuān)利申請的數量上占主導地位。

在電解槽領(lǐng)域觀(guān)察到的巨大勢頭預計將繼續下去，并刺激未來(lái)的創(chuàng )新。事實(shí)上，專(zhuān)利申請的上升趨勢預示著(zhù)更多的專(zhuān)利將很快到來(lái)，以滿(mǎn)足對新解決方案的迫切需求，在提高技術(shù)效率和生產(chǎn)能力的同時(shí)降低電解槽的成本。

對綠氫的需求從未如此之大，而電解槽技術(shù)的重大創(chuàng )新仍然需要發(fā)生，以使該技術(shù)在工業(yè)層面上可以投入市場(chǎng)。

在不久的將來(lái)，將鼓勵創(chuàng )新。電解水制氫領(lǐng)域的創(chuàng )新是一個(gè)被廣泛認可的戰略，使氫氣生產(chǎn)在成本上與其他技術(shù)相比具有競爭力，并盡可能實(shí)現綠色，從而幫助解決諸如脫碳和加速能源轉型的挑戰。