在产业界的眼光中，氢（Hydrogen）能源向来被看成理想性高、但实用性低的选项。不过，从专利布局的数据来看，也已经有不少企业默默耕耘地突破各个痛点，期待氢能源能尽早商业化。

当代科技业巨擘、特斯拉汽车执行长伊隆‧马斯克曾经多次批评，发展氢能源是极端愚蠢的点子，还戏谑地称呼氢燃料电池（fuel cell）为笨蛋电池（fool cell）。他的理由很简单：氢气需要极大的空间储存，而且不像太阳能、风能可以从自然界直接收集，必须再透过水电解（water electrolysis）或是从石化燃料中开采，不但效率差，也没办法完全解决碳排放问题。

事实不全然是这样。国际再生能源总署（IRENA）估计，比起从石油、天然气中取得氢气，水电解的碳足迹更低，而且只要海水净化可行，即使缺水国家也能生产氢气。此外，在生产等量电力的前提下，水电解制氢所需的土地面积也远低于风力、太阳能所需。所以，只要生产氢气的效率和成本能够进入商业量产阶段，氢能源仍然值得开发。

事实上，正由于全球对净零碳排以及新兴能源的需求都愈来愈高，这些年来，对于水电解制氢技术的研究和专利布局也愈发兴盛。根据IRENA与欧洲专利局（EPO）的联合研究，在2005年到2020年间，在水电解制氢技术上，总共发表了超过1万个专利家族，每年度发布数量的成长率约为18%。其中，在2005年至2015年间的成长率不算太明显，但在2016年后，水电解技术的专利量开始爆发性成长，光是2016年就比2015年多出了212件，2020年发布的专利家族量更已逼近1900件（图1）。

近五年来，水电解制氢专利急速成长

图1：2005~2020年间，每年水电解技术国际专利家族发布数

数据源：Innovation trends in electrolysers for hydrogen production, EPO & IRENA, 2022/05/12

以国别/地区来看，中国大陆权利人所握有的专利数量最多，15年来总共有5383件专利，遥遥领先排名第2、第3、第4的日本、韩国、美国。然而，如果只看国际布局，中国大陆权利人的握有的外国专利量却仅有179件，与法国的180件差不多，更比不上日本的731件和美国的559件（图2）。

换句话说，虽然中国大陆在水电解制氢专利上有着绝对的数量优势，但大部分仅在国内完成申请，国际影响力非常有限；反观日本、美国、德国的国际申请量与申请比率都相当高，争夺国际话语权的意图相当明显。

图2：2005~2020年间，全球前十大水电解制氢技术国家/地区

数据源：Innovation trends in electrolysers for hydrogen production, EPO & IRENA, 2022/05/12

从全球前10大专利权人来看，这个差异更为明显。虽然专利总量多，但没有一家中国大陆企业能够挤进全球前10大水电解技术专利权人的名单内；里面反而有高达5家日本企业，例如综合电机产业的Toshiba、Panasonic（Panasonic IP management与Panansonic排名时采分别计算），汽车产业的Honda以及化工产业的Asahi Chemical（旭化成），反映出日本产业界对于氢能源的重视以及专利布局深度（表1）。

此外，前10名榜单中也有两家德国的老牌机电业者：Siemens以及Robert Bosch，以及各一家的法国、韩国、丹麦厂商。它们未来都将是氢能源产业中的要角。

表1：2005~2020年间，全球前10大水电解制氢专利权人

数据源：Innovation trends in electrolysers for hydrogen production, EPO & IRENA, 2022/05/12

在恒温、恒压中稳定制氢是当前重点技术

水电解制氢可分成五大子领域：电解槽环境控制（Cell operation）、电触媒材料（Electrocatalyst material）、隔膜（Separators）、电解槽堆栈（Stackability of electrolysers）以及光电催化（Photoelectrolysis）。其中，与生产效率及成本最息息相关的电解槽环境控制和隔膜技术，也是这15年来技术投入最多、专利布局也较深的两个子领域，专利数量分别有8645件及7084件，合计占比高达91%（图3）

图2：2005~2020年间，水电解制氢技术五大子技术领域专利数量

数据源：Innovation trends in electrolysers for hydrogen production, EPO & IRENA, 2022/05/12

为了能顺利产出氢气，过去在必须严格控制水电解过程的气压与温度，但也因此提高了生产成本，也不利于水电解技术的产业应用。因此，这些年来的研发重点，就是如何在常温、常压的环境下，也能够顺利产出氢气，相关的专利布局数量更是从2015年就开始以每年70%的速度成长。另一方面，水电解的过程会同时产生氢气与氧气，必须用隔膜加以分离才能搜集。目前新兴技术是以有机的高分子聚合物作为隔膜材质，以提升水电解的运作效率并降低成本。

也许在未来5年甚至10年，我们都还看不到氢能源的大规模商业应用，但随着人类社会逐步告别传统石化燃料，以及人类整体生活水平的不断提升，氢能源的未来想必十分值得期待。

数据源：

Hydrogen production with electrolysers is emerging, EPO, 2022/05/12

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