氫是燃料電池最常見的燃料,近來隨著環保能源崛起而大受矚目。氫可從水或有機物製造,而且不會產生二氧化碳導致全球暖化,因此被視為永續能源。
氫經濟的崛起
目前,美國、日本和歐洲都有氫能模範城市,嘗試將人類基於化石燃料的生活型態變成基於氫能的生活型態,而且這些模範城市的試行範圍也在逐步擴大當中。除此之外,更有人提出「氫經濟」(hydrogen economy)的概念,這是一種創新成長的模型,引領產業發展和基礎建設轉型,創造環保的氫能生態系統,形成友善環境的潔淨城市。
鑑於氫氣日益蓬勃的發展前景,WIPS特別進行專利檢索(全文詳見此處),檢視目前氫能價值鏈從生產(production)、儲存(storage)、運輸(transportation)、加氣(charging)到利用(utilization)的專利趨勢,幫助讀者透過專利趨勢與氫能價值鏈各個環節的主要參與企業,了解氫經濟近年來的變化。
氫能價值鏈
氫能價值鏈的結構包含產氫、儲氫、運氫和用氫等環節。氫可透過多種方法產製,例如將化石燃料和生物質(biomass)以甲烷氣重組取得、利用煉油廠和鋼鐵廠產出的副產品氫氣、利用再生能源電解水產生等等。透過各種方式生產出來的氫能可用氣態、液態、固態形式,大規模儲存和運輸,提供各個能源消費部門使用,包括家戶、工業、運輸和使用燃料電池的發電設備。
氫能的專利趨勢
由於氫能價值鏈十分複雜,本文的分析僅限此價值鏈中最重要的產氫與儲氫部分。
◎ 產氫
產氫方法眾多,在此僅針對使用最普遍的重組法( reforming)、氣化法(gasification)和電解法(electrolysis),分析相關專利的申請年份、申請國家及申請人。
專利申請件數由多至少排列是重組法>電解法>氣化法,透過重組法產氫因為效率好且成本低,所以專利數量佔比最高,不過從上圖可以觀察到,近年來技術發展逐漸轉向不會排放二氧化碳的電解法。此外,產氫專利的主要申請人以日本公司佔絕大多數並掌握技術優勢。
◎ 儲氫
儲氫是為了將生產出來氫氣運送給用戶,由於這塊市場預期會有強勁成長,因此各國企業都在積極開展儲氫罐事業。透過20年的有效專利資料,我們從年份和申請人分析相關專利趨勢。
液態儲氫技術現正處於成長期,申請人和申請案數量雙雙迅速增加。在2000年代中期,專利申請案主要是由歐洲、美國和日本企業提出,到了2010年代初期和中期,則以日本企業提出申請為主。2017年以後,可以觀察到韓國和中國企業積極申請相關專利,此與申請國家呈現的趨勢變化相符。
在專利申請數量最多的前20名申請人中,LINDE以21件申請案名列第一,其他依序是KAWASAKI HEAVY IND(16件)、GM GLOBAL TECHNOLOGY(16)、TOYOTA MOTOR(15件)、PANASONIC(14件)、AIR LIQUIDE(13件)及MARTIN MARIETTA(13件)。以申請國家別來看,排名依序是韓國(6)、日本(6)、美國(4)、歐洲(3)及中國(1)。
■ 氫能價值鏈中的主要韓國企業
隨著時代變遷,能源相關技術趨勢改變,使用氫能的經濟與社會需求已然成為當務之急,我們必須做好周全的事前準備,以因應即將到來的氫經濟社會與技術發展,同時也須營造驅動力來推動這些改變,包括在私人市場建立市場系統(例如降低生產成本、擴大再生能源用於氫氣供應、擴充配送基礎建設、降低氫能車價格),以及政府政策支持,推出指導準則。