Международное Энергетическое Агентство (МЭА) представило отчет по глобальным патентным данным за последние 2 декады, анализируя современные инновации водородных технологий. В работе охватывается весь спектр разработок по получению водорода, его преобразованию, транспортировке и хранению, а также использованию конечным потребителем. По словам президента Европейского Патентного Ведомства (ЕПВ) Антониу Кампиноса: "Использование потенциала водорода является ключевой частью стратегии развития Европы по достижению климатической нейтральности к 2050 году. Но если водород должен играть важную роль в сокращении выбросов CO2, то требуется срочное введение инноваций по целому ряду технологий, а также объединение широкого спектра достижений в различных типах аппаратного обеспечения и создание новых рынков для них." Однако по сравнению с цифровыми технологиями, как например, создание программного обеспечения, разработка аппаратного обеспечения занимает больше времени и сопряжена с более высоким инвестиционным риском на этапах прототипирования и выхода на рынок. Поэтому логично, что посредством патентования изобретатели стремятся гарантировать то, что они смогут окупить эти инвестиции в инновации. Патентная защита является ключом для разработчиков предприятий и университетов к превращению исследований в области водорода в готовые к продаже изобретения.
В исследовании представлены основные тенденции в области водородных технологий с 2011 по 2020 год и проведена оценка с точки зрения разных международных патентных бюро, каждое из которых представляет собой изобретение, на которое была подана патентная заявка в двух или более патентных ведомствах по всему миру. В отчете отмечается, что в мировом патентовании в области водорода лидирующие позиции занимают Европейский Союз (ЕС) и Япония, на долю которых приходится 28% и 24% соответственно от всех международных патентных семейств, поданных за этот период, при значительном росте за последнее десятилетие. Ведущими странами Европы являются Германия (11% от общемирового объема), Франция (6%) и Нидерланды (3%). Соединенные Штаты, на долю которых приходится 20% всех патентов, связанных с водородом, являются единственным крупным инновационным центром, где за последнее десятилетие количество международных заявок на патенты на водород сократилось. Международная патентная активность в области водородных технологий в Южной Корее и Китае оставалась скромной, но находится на подъеме. В дополнение к этим пяти основным инновационным центрам, другими странами, генерирующими значительные объемы патентов на водород, являются Соединенное Королевство Великобритании, Швейцария и Канада.
EПВ, являясь патентным ведомством Европы, предоставляет высококачественные патенты для защиты инноваций в 44 странах. Европейские патенты предназначены не только для крупных транснациональных компаний, они также играют ключевую роль в оказании помощи малым предприятиям в привлечении финансирования, налаживании сотрудничества и, в конечном счете, в масштабировании изобретений. Согласно патентному поиску, проведенному EПВ и МЭА, развитие водородных технологий смещается в сторону разработок с низким уровнем выбросов. Чтобы сделать водород с низким уровнем выбросов экономически конкурентоспособным, потребуется жесткая политика и это будет невозможно без совершенствования технологий по всей цепочке формирования стоимости, которая затрагивает практически все звенья энергетической системы.
Около половины международных патентных семейств (МПС — это совокупность всех патентных публикаций в мире, относящихся к одному изобретению) в области водородных технологий были связаны с производством водорода. Остальные МПС были разделены между приложениями для конечного использования водорода и технологиями хранения и преобразования водорода. На технологии производства водорода приходится наибольшее количество патентов за период 2011-2020 годов. В настоящее время глобальное производство водорода практически полностью основано на ископаемом топливе, однако данные о патентовании показывают, что на инновации с низким уровнем выбросов оформлено более чем в два раза больше международных патентов во всех сегментах цепочки создания стоимости водорода, чем на устоявшиеся технологии.
На созданные технологии, мотивированные климатическими соображениями, в 2020 году приходилось почти 80% всех патентов, связанных с производством водорода, причем рост был обусловлен главным образом резким увеличением инноваций в области электролиза. Наиболее инновационные регионы в настоящее время конкурируют за право проведения первого этапа их промышленного внедрения. Европа показывает преимущество в качестве места для инвестиций в новые мощности по производству электролизеров. Инновации в устоявшихся водородных технологиях доминируют в европейской химической промышленности - Air Liquide (Франция), Linde и BASF (Германия), но тяжеловесами в области патентования новых разработок по водороду являются компании из автомобильного секторов - Honda и Toyota (Япония), Hyundai (Корея), специализирующиеся на электролизе и технологиях топливных элементов. За ними следуют университеты и государственные исследовательские институты, которые получили 13,5% всех международных патентов, связанных с водородом, во главе с французскими и корейскими институтами.
Проведен подробный обзор географического распределения кластеров водородных инноваций на основе геолокации изобретателей, перечисленных за период 2011-2020 годов. В общей сложности было выявлено 120 кластеров, из которых подавляющее большинство (98) расположены на территории Европы. Большинство из этих европейских кластеров имеют относительно скромные размеры. Однако три региона в Германии (Мюнхен и Рурская область) и Франции (Париж) входят в десятку крупнейших мировых кластеров водородных инноваций с большим и быстро растущим числом патентов. Кластеры в Мюнхене и Париже возглавляются хорошо зарекомендовавшими себя игроками в водородной промышленности (Linde и Air Liquide), при этом важная патентная деятельность также осуществляется между университетами и общественными исследовательскими организациями (PROs) в случае Парижа. В Рурской области главным претендентом является компания по производству стали Thyssenkrupp. В отличие от США и европейских стран, в Японии, Южной Корее и Китае водородные инновации географически более сконцентрированы с небольшим числом очень крупных региональных кластеров. Четыре японских региона входят в десятку крупнейших глобальных кластеров, включая Токио и Осака, которые возглавляют список. Патентная деятельность, связанная с водородом, быстро возросла в этих регионах с сильным акцентом на его конечное применение. Сеул - единственный кластер, выявленный в Южной Корее, выделяется очень быстрым ростом и также акцентирован на приложения водорода для конечного потребителя.
Тенденции патентования с 2001 года показывают, что за последние два десятилетия устоявшиеся технологии привлекли все больше инновационных усилий и в распределительной инфраструктуре (трубопроводные сети и связанное с ними вспомогательное оборудование, например, криогенные тепловые насосы, клапаны. С 2001 года наблюдается быстрый рост количества опубликованных патентов, связанных с хранением чистого водорода, в 2020 году темп роста составил 13%. Инновации в области хранения жидкостей и заправки транспортных средств появились совсем недавно, но по-прежнему с высокими совокупными средними темпами роста. Напротив, поиск альтернативных решений, связанных с использованием топлива на основе водорода с низким уровнем выбросов (такого как синтетический метан, дизельное топливо или керосин) и хранением водорода в твердых носителях, за тот же период потерял импульс.
ЕС демонстрирует особенно сильное лидерство в области устоявшихся технологий хранения и транспортировки чистого водорода, при этом половина опубликованных МПС предназначена для хранения жидкости, 38% - для хранения газа, 39% - для заправки топливом и 32% - для сетей и связанного с ними оборудования. ЕС также лидирует в области синтетического топлива на основе водорода с низким уровнем выбросов и хранения водорода в адсорбированном состоянии. США внесли значительный вклад в патентную деятельность, связанную с сетями и оборудованием (26%), альтернативными видами топлива на основе водорода (23%), гидридами (26%), адсорбции (22%), но в остальном имеют относительно низкую долю МПС в других известных технологиях транспортировки и хранения водорода. Япония была более активна, чем США, в этих устоявшихся областях, а также в области заправки топливом, и уступает США только в технологиях, связанных с использованием альтернативных видов топлива с низким уровнем выбросов. Доминирующее положение в патентование технологий хранения и распределения водорода занимают такие гиганты промышленности как Air Liquide (Франция), Linde и BASF (Германия), Air Products (США).
Представленные результаты показывают обнадеживающие модели перехода между странами и отраслевыми секторами, включая значительный вклад Европы в появление новых водородных технологий. Важно отметить, что существует важный вклад стартапов в водородные инновации и их сильную зависимость от патентов для вывода новых технологий на рынок. Оказалось, что более половины из 10 миллиардов долларов венчурных инвестиций в водородные компании в 2011-2020 годах были направлены на стартапы с патентами несмотря на то, что они составляют менее трети стартапов в наборе данных отчета. Наличие патента является хорошим показателем того, будет ли стартап финансово более привлекателен: более 80% инвестиций на поздней стадии в водородные стартапы были направлены компаниям, которые уже подали патентную заявку в таких областях, как электролиз, топливные элементы или методы производства с низким уровнем выбросов.
Инновации в широком спектре технологий будут незаменимы для снижения затрат на производство и использование водорода и открытия новых областей применения водорода в промышленности. Более низкие затраты сокращают финансовый разрыв, который правительствам приходится преодолевать с помощью регулирования или финансирования, чтобы сделать водород привлекательным продуктом для пользователей. Таким образом увеличивая спрос на водород, возможно увеличение инвестиций в производственно-сбытовую цепочку, что в дальнейшем простимулирует инновации и позволит снизить затраты за счет эффекта масштаба. В ближайшей перспективе, исследователям и бизнесменам нужны правильные условия для поиска и тестирования новых подходов, которые потенциально могут сделать водород с низким уровнем выбросов более конкурентоспособным. Наряду с инвестициями в первые в своем роде проекты, демонстрирующие безопасную коммерческую эксплуатацию, постоянное совершенствование технологий за счет инноваций даст наилучшие шансы вступить в эффективный цикл снижения затрат и развертывания производства. Поэтому многие правительства и компании по всему миру задаются вопросом, адекватны ли инновации для водородных технологий, какие звенья цепочки создания стоимости добиваются прогресса или отстают в наибольшей степени и в каком направлении им следует сосредоточить свои инновационные усилия. Понимание общей картины также требует не только определения стран и игроков отрасли, которые лидируют в постоянном прогрессе в области водородных технологий, но и выяснения того, опережают ли в настоящее время инновации в области водорода с низким уровнем выбросов инновации в области производства водорода на основе ископаемого топлива и устаревших методов производства. Огромный спектр технологий, связанных с водородом, значительно усложняет поиск надежных ответов на эти вопросы.
Выводы этого отчета вселяют в нас уверенность в том, что инноваторы активно реагируют на потребность в водороде с низким уровнем выбросов и на экономические возможности, которые он представляет.
В исследовании представлены основные тенденции в области водородных технологий с 2011 по 2020 год и проведена оценка с точки зрения разных международных патентных бюро, каждое из которых представляет собой изобретение, на которое была подана патентная заявка в двух или более патентных ведомствах по всему миру. В отчете отмечается, что в мировом патентовании в области водорода лидирующие позиции занимают Европейский Союз (ЕС) и Япония, на долю которых приходится 28% и 24% соответственно от всех международных патентных семейств, поданных за этот период, при значительном росте за последнее десятилетие. Ведущими странами Европы являются Германия (11% от общемирового объема), Франция (6%) и Нидерланды (3%). Соединенные Штаты, на долю которых приходится 20% всех патентов, связанных с водородом, являются единственным крупным инновационным центром, где за последнее десятилетие количество международных заявок на патенты на водород сократилось. Международная патентная активность в области водородных технологий в Южной Корее и Китае оставалась скромной, но находится на подъеме. В дополнение к этим пяти основным инновационным центрам, другими странами, генерирующими значительные объемы патентов на водород, являются Соединенное Королевство Великобритании, Швейцария и Канада.
EПВ, являясь патентным ведомством Европы, предоставляет высококачественные патенты для защиты инноваций в 44 странах. Европейские патенты предназначены не только для крупных транснациональных компаний, они также играют ключевую роль в оказании помощи малым предприятиям в привлечении финансирования, налаживании сотрудничества и, в конечном счете, в масштабировании изобретений. Согласно патентному поиску, проведенному EПВ и МЭА, развитие водородных технологий смещается в сторону разработок с низким уровнем выбросов. Чтобы сделать водород с низким уровнем выбросов экономически конкурентоспособным, потребуется жесткая политика и это будет невозможно без совершенствования технологий по всей цепочке формирования стоимости, которая затрагивает практически все звенья энергетической системы.
Около половины международных патентных семейств (МПС — это совокупность всех патентных публикаций в мире, относящихся к одному изобретению) в области водородных технологий были связаны с производством водорода. Остальные МПС были разделены между приложениями для конечного использования водорода и технологиями хранения и преобразования водорода. На технологии производства водорода приходится наибольшее количество патентов за период 2011-2020 годов. В настоящее время глобальное производство водорода практически полностью основано на ископаемом топливе, однако данные о патентовании показывают, что на инновации с низким уровнем выбросов оформлено более чем в два раза больше международных патентов во всех сегментах цепочки создания стоимости водорода, чем на устоявшиеся технологии.
На созданные технологии, мотивированные климатическими соображениями, в 2020 году приходилось почти 80% всех патентов, связанных с производством водорода, причем рост был обусловлен главным образом резким увеличением инноваций в области электролиза. Наиболее инновационные регионы в настоящее время конкурируют за право проведения первого этапа их промышленного внедрения. Европа показывает преимущество в качестве места для инвестиций в новые мощности по производству электролизеров. Инновации в устоявшихся водородных технологиях доминируют в европейской химической промышленности - Air Liquide (Франция), Linde и BASF (Германия), но тяжеловесами в области патентования новых разработок по водороду являются компании из автомобильного секторов - Honda и Toyota (Япония), Hyundai (Корея), специализирующиеся на электролизе и технологиях топливных элементов. За ними следуют университеты и государственные исследовательские институты, которые получили 13,5% всех международных патентов, связанных с водородом, во главе с французскими и корейскими институтами.
Проведен подробный обзор географического распределения кластеров водородных инноваций на основе геолокации изобретателей, перечисленных за период 2011-2020 годов. В общей сложности было выявлено 120 кластеров, из которых подавляющее большинство (98) расположены на территории Европы. Большинство из этих европейских кластеров имеют относительно скромные размеры. Однако три региона в Германии (Мюнхен и Рурская область) и Франции (Париж) входят в десятку крупнейших мировых кластеров водородных инноваций с большим и быстро растущим числом патентов. Кластеры в Мюнхене и Париже возглавляются хорошо зарекомендовавшими себя игроками в водородной промышленности (Linde и Air Liquide), при этом важная патентная деятельность также осуществляется между университетами и общественными исследовательскими организациями (PROs) в случае Парижа. В Рурской области главным претендентом является компания по производству стали Thyssenkrupp. В отличие от США и европейских стран, в Японии, Южной Корее и Китае водородные инновации географически более сконцентрированы с небольшим числом очень крупных региональных кластеров. Четыре японских региона входят в десятку крупнейших глобальных кластеров, включая Токио и Осака, которые возглавляют список. Патентная деятельность, связанная с водородом, быстро возросла в этих регионах с сильным акцентом на его конечное применение. Сеул - единственный кластер, выявленный в Южной Корее, выделяется очень быстрым ростом и также акцентирован на приложения водорода для конечного потребителя.
Тенденции патентования с 2001 года показывают, что за последние два десятилетия устоявшиеся технологии привлекли все больше инновационных усилий и в распределительной инфраструктуре (трубопроводные сети и связанное с ними вспомогательное оборудование, например, криогенные тепловые насосы, клапаны. С 2001 года наблюдается быстрый рост количества опубликованных патентов, связанных с хранением чистого водорода, в 2020 году темп роста составил 13%. Инновации в области хранения жидкостей и заправки транспортных средств появились совсем недавно, но по-прежнему с высокими совокупными средними темпами роста. Напротив, поиск альтернативных решений, связанных с использованием топлива на основе водорода с низким уровнем выбросов (такого как синтетический метан, дизельное топливо или керосин) и хранением водорода в твердых носителях, за тот же период потерял импульс.
ЕС демонстрирует особенно сильное лидерство в области устоявшихся технологий хранения и транспортировки чистого водорода, при этом половина опубликованных МПС предназначена для хранения жидкости, 38% - для хранения газа, 39% - для заправки топливом и 32% - для сетей и связанного с ними оборудования. ЕС также лидирует в области синтетического топлива на основе водорода с низким уровнем выбросов и хранения водорода в адсорбированном состоянии. США внесли значительный вклад в патентную деятельность, связанную с сетями и оборудованием (26%), альтернативными видами топлива на основе водорода (23%), гидридами (26%), адсорбции (22%), но в остальном имеют относительно низкую долю МПС в других известных технологиях транспортировки и хранения водорода. Япония была более активна, чем США, в этих устоявшихся областях, а также в области заправки топливом, и уступает США только в технологиях, связанных с использованием альтернативных видов топлива с низким уровнем выбросов. Доминирующее положение в патентование технологий хранения и распределения водорода занимают такие гиганты промышленности как Air Liquide (Франция), Linde и BASF (Германия), Air Products (США).
Представленные результаты показывают обнадеживающие модели перехода между странами и отраслевыми секторами, включая значительный вклад Европы в появление новых водородных технологий. Важно отметить, что существует важный вклад стартапов в водородные инновации и их сильную зависимость от патентов для вывода новых технологий на рынок. Оказалось, что более половины из 10 миллиардов долларов венчурных инвестиций в водородные компании в 2011-2020 годах были направлены на стартапы с патентами несмотря на то, что они составляют менее трети стартапов в наборе данных отчета. Наличие патента является хорошим показателем того, будет ли стартап финансово более привлекателен: более 80% инвестиций на поздней стадии в водородные стартапы были направлены компаниям, которые уже подали патентную заявку в таких областях, как электролиз, топливные элементы или методы производства с низким уровнем выбросов.
Инновации в широком спектре технологий будут незаменимы для снижения затрат на производство и использование водорода и открытия новых областей применения водорода в промышленности. Более низкие затраты сокращают финансовый разрыв, который правительствам приходится преодолевать с помощью регулирования или финансирования, чтобы сделать водород привлекательным продуктом для пользователей. Таким образом увеличивая спрос на водород, возможно увеличение инвестиций в производственно-сбытовую цепочку, что в дальнейшем простимулирует инновации и позволит снизить затраты за счет эффекта масштаба. В ближайшей перспективе, исследователям и бизнесменам нужны правильные условия для поиска и тестирования новых подходов, которые потенциально могут сделать водород с низким уровнем выбросов более конкурентоспособным. Наряду с инвестициями в первые в своем роде проекты, демонстрирующие безопасную коммерческую эксплуатацию, постоянное совершенствование технологий за счет инноваций даст наилучшие шансы вступить в эффективный цикл снижения затрат и развертывания производства. Поэтому многие правительства и компании по всему миру задаются вопросом, адекватны ли инновации для водородных технологий, какие звенья цепочки создания стоимости добиваются прогресса или отстают в наибольшей степени и в каком направлении им следует сосредоточить свои инновационные усилия. Понимание общей картины также требует не только определения стран и игроков отрасли, которые лидируют в постоянном прогрессе в области водородных технологий, но и выяснения того, опережают ли в настоящее время инновации в области водорода с низким уровнем выбросов инновации в области производства водорода на основе ископаемого топлива и устаревших методов производства. Огромный спектр технологий, связанных с водородом, значительно усложняет поиск надежных ответов на эти вопросы.
Выводы этого отчета вселяют в нас уверенность в том, что инноваторы активно реагируют на потребность в водороде с низким уровнем выбросов и на экономические возможности, которые он представляет.