基于专利和商标数据的江苏氢能创新态势及发展对策研究

高 璇, 张 华, 徐平平, 殷 铭, 周千惠, 孙 琳

(1.江苏省科学技术情报研究所,江苏 南京 210042; 2.江苏省科学技术发展战略研究院,江苏 南京 210042)

0 引言

氢能对于构建清洁低碳安全高效的能源体系具有重要意义,被国际社会誉为21 世纪最具发展潜力的清洁能源。 近年来,伴随世界各国做出碳中和承诺,人们愈发关注氢能在实现净零排放目标方面可以发挥的关键作用[1]。 2022 年2 月,经济合作与发展组织(OECD)发布《绿氢创新与产业政策报告》,对全球氢能(主要是绿氢)创新格局以及各国氢能战略政策进行了研究,并总结出支持氢能发展的国家应遵循的5 项行动建议[1]:一是加大对绿氢研发和示范项目的支持力度;二是确保可再生能源的充足供应,并建立国际化的氢能市场;三是建立明确的碳价格轨迹,为投资者提供正确的激励措施;四是通过完善氢基础设施,制定国际标准,实施监管行动,以减少投资者的不确定性;五是将蓝氢(利用碳捕获技术的化石能源制氢)作为一种过渡方案,以促进向绿氢的转变。

目前,对于氢能领域创新态势的研究还不多,文献[2]以知网数据库2013—2022 年氢能主题的期刊论文和专利为研究对象,采用文献计量和科学知识图谱相结合的方法,分析了近10 年来我国氢能的研究历程和发展现状。 文献[3]从专利技术视角出发,全面分析研究了国内氢能产业专利发展态势、氢能上中下游产业链专利技术布局点和重点创新主体等情况。文献[4]基于Web of Science 数据库,借助可视化工具对全球氢能进行定量和研究主题聚类分析,揭示氢能领域的发展态势、研究力量和研究热点。 上述研究主要是基于专利和论文展开的,关注的是创新研发和生产的信息,对于创新的商业化阶段揭示不够。 此外,上述研究仅仅采用了专利(或论文)的绝对数量进行测算,只能反映氢能领域的整体创新表现,无法反映一个国家或者地区对氢技术的关注程度和专业水平。

综合上述分析,本文借鉴《绿氢创新与产业政策报告》中全球氢能创新格局的分析方法,利用PCT 专利和商标数据对江苏在氢能领域的创新表现进行了对比分析,从制氢、储氢、配氢、燃料电池等多个技术领域揭示了江苏氢能(主要是绿氢)产业的创新发展态势,并结合江苏省情提出相关建议,以期对江苏氢能产业高质量发展提供一定的数据支撑和参考借鉴。

1 全球氢能创新格局及江苏创新表现

1.1 数据来源与分析方法

本文基于PCT 专利申请数据和中国商标申请数据开展研究,专利数据来源于incoPat 数据库,检索日期2023 年2 月10 日,商标数据来源于Inspiro 数据库,检索日期2023 年2 月20 日。 受PCT 专利公开滞后的影响,故近年的专利数据公开不完整。 本文主要采用文献计量学的方法进行定量分析,同时借鉴《绿氢创新与产业政策报告》中的思路定义了国内各省市氢相对技术优势的计算公式,以评价不同省市的氢能专业化程度。

1.2 全球:氢技术专利活动增长相对缓慢

2004—2021 年不同国家氢相关技术的PCT 专利申请情况如图1 所示。 从申请总量来看,日本以8 525 件PCT 专利申请排名全球第一,美国以8 026件申请排名第二,其后依次是德国(3 697 件)、韩国(1 495 件)、法国(1 474 件)、英国(1 071 件)和中国(977 件)。 从申请趋势来看,虽然日本和美国的绝对数量遥遥领先,但其专利申请总体呈现下降态势;德国是表现最为突出的欧洲国家,近5 年来增长相对迅速,年申请量逐渐超越美国和日本。 韩国、法国和英国近年来专利申请量为50 ～100 件,总体表现也有所起伏。

图1 2004—2021 年各国氢相关技术PCT 专利申请情况

1.3 中国:氢技术专利活动近年增长迅速

2004—2021 年中国氢相关技术的PCT 专利申请情况如图2 所示。 在此期间,中国共提交了977 件PCT 专利申请,在绝对数量上与日本、美国还有很大差距,在与氢有关的创新领域尚未成为重要参与者。2017 年之前,中国的PCT 专利申请量增长缓慢,2017开始进入快速发展期,这与国家层面陆续出台发展氢能产业的相关政策是分不开的。 2020 年,氢能及燃料电池汽车相继在国家“十四五”规划、重点研发计划、新能源汽车产业规划、绿色低碳循环发展等十余项政策中体现,氢能与汽车、能源、储能等产业深度融合、协同发展,成为推动能源体系绿色低碳转型的重要方向,也带动氢相关技术的研发热度再创新高。 从细分领域来看,中国的PCT 专利申请主要集中在燃料电池,其次是制氢,这与全球排名前列的国家基本保持一致。

图2 2004—2021 年中国氢相关技术PCT 专利申请情况

1.4 江苏:氢技术专利活动起步较晚,但产业链布局全面

进一步分析中国各省市2004—2021 年在氢相关技术方面的创新表现,广东以184 件PCT 专利申请排名第一,其后依次是北京(145 件)、上海(136 件)、江苏(105 件)、山东(102 件)。 主要省市2004—2021年氢相关技术的PCT 专利申请趋势如图3 所示,江苏对氢技术的专利布局起步较晚,但是在2019 年之后表现出较快的增长势头;在细分领域方面(见图4),江苏产业链布局最为全面,在燃料电池、制氢、储氢、配氢方面均有涉及,排名第一的广东则主要集中在燃料电池和制氢领域。

图3 2004—2021 年国内主要省市氢相关技术PCT 专利申请趋势

图4 2004—2021 年国内主要省市氢细分领域PCT 专利申请情况

1.5 江苏:相对技术优势领先,但缺乏有国际竞争力的龙头企业

《绿氢创新与产业政策报告》中定义了绿氢创新的相对技术优势(RTA)。 这一指数是通过将每个国家/地区的氢专利份额与全球氢专利份额相除得出的。 氢专利的份额是以氢PCT 专利的数量除以同一国家或地区申请的PCT 专利总数而得到的。

参考上述RTA 定义,计算国内省市的氢相对技术优势,即:

从表1 可以看出,2015—2021 年,江苏的氢PCT专利绝对数量次于广东和北京,但是氢技术相对优势高于其他省市,这说明近年来江苏在氢专业化程度方面处于国内领先地位。

表1 2015—2021 年国内主要省市氢相对技术优势

国内主要省市2004—2021 年PCT 专利的重要机构申请人如表2 所示。 从高校申请人来看,华南理工大学和清华大学的申请量均在20 件以上,而江苏表现最好的苏州大学仅有7 件申请;从企业申请人来看,广东的大洋电机和比亚迪、北京的华能集团等龙头企业表现也明显优于江苏企业。 可见,与广东、北京相比,江苏机构申请人的PCT 专利申请数量不高且相对分散,还未形成有国际竞争力的龙头企业,在氢技术产业化方面存在一定差距。

表2 2004—2021 年国内主要省市PCT 专利重要机构申请人单位:件

1.6 江苏:商标申请量近年增长较快,但仍整体落后于广东和北京

为关注创新的商业化阶段,使用商标申请数据作为专利数据的补充。 按照尼斯分类(《商标注册用商品和服务国际分类尼斯协定》),检索在国家知识产权局商标局注册的中国商标,因尼斯分类法并不像专利分类法那样详细,因此选择占比最多的燃料电池这一细分领域作为研究对象。 近十年(2013—2022 年)燃料电池分类下的中国商标申请情况如图5 所示。可见,中国在燃料电池分类下的商标申请量在2016年之后呈现了快速增长态势,这也表明氢商业化的热度越来越高。

图5 2013—2022 年燃料电池相关中国商标申请情况

进一步分析国内各主要省市在燃料电池分类下的中国商标申请情况(见图6),可以发现,主要省市在商标与PCT 专利方面的表现整体一致。江苏在燃料电池商标的申请方面,与广东、北京基本是同时起步的,但是整体发展速度不及广东和北京;2020 年之后,受相关产业政策的推动,江苏的燃料电池商标申请进入了较为快速发展的阶段。

图6 2013—2022 年国内主要省市燃料电池相关中国商标申请趋势

2 江苏发展氢能产业的对策建议

2.1 加大专项政策扶持力度,引导氢能全产业链发展

当前,江苏省还欠缺氢能发展顶层设计,仅有《江苏省氢燃料电池汽车产业发展行动规划》(2019 年印发),从燃料电池汽车发展的角度指明氢能产业的发展方向,建议尽快出台省级氢能产业发展完整规划和指导意见,明确江苏产业发展定位、发展目标及重点工作;在氢能产业发展的中短期,建议充分发挥江苏传统炼化产业优势,在氢能产业上游先发制人[5]。 氢能实现产业化发展的关键在于全产业链各个环节的技术突破[6],建议重点围绕基础研究和应用示范设立氢能专项,开展关键核心技术突破和关键材料研发攻关,努力实现电解槽、燃料电池以及配套设施的降本增效。 同时,建议明确省级财政资金支持,对已享受国家财政支持的项目及企业进行奖励,制定分级补贴政策,完善奖励机制。

2.2 构建联盟协同创新体系,拓展氢能多元化应用场景

政府部门作为引导者和服务者,建议积极搭建企业和科研院所双向多模式的合作平台[6],推动构建氢能产业联盟协同创新体系,带动全社会相关领域研发力量进行科技攻关,以大幅降低产业化成本。 坚持示范引领,建议研究制定激励措施,统筹开展全省燃料电池汽车示范及氢能多元化应用,对绿氢示范项目进行补贴,并以知识共享为条件,确保良性竞争和低准入门槛;建议龙头企业、大型企业牵头建立应用场景,积极吸引中小企业提供配套产品和服务。 建议通过融资模式创新,以风险共担、利益共享的形式,打消先行者的顾虑,鼓励私营领域加大对氢能领域的投资[7]。 同时,建议打造符合国际标准的江苏氢能市场,建立高效协调的供应链体系,促进氢能发展催化新的价值链。

2.3 系统谋划错位发展,形成可复制可推广“江苏模式”

鉴于未来一段时间内,江苏工业副产制氢难以满足氢能应用端的需求,建议提前将清洁高效的电解水制氢以及其他新型制氢工艺作为重要的发展方向[5]。建议谋划各地市氢能产业错位发展,加强差异化分工协作[5],如利用南京、连云港石化基地副产氢优势以及盐城、南通海上风能优势,保障低成本氢气供应,加快探索绿色氢气制备、供给及应用。 建议支持南京、苏州、常州、无锡、南通、盐城等城市依托现有的产业基础,在氢能制储运、燃料电池系统、整车集成等方面打造优势产业链,建立一批省级氢能产业示范区,形成可复制可推广的“江苏模式”。

2.4 建立明确碳定价轨迹,实现氢碳协同发展

使用碳定价机制,以迫使企业考虑环境成本从而提高绿氢的竞争力。 合理的碳价格信号将有助于积极有序推动有规模有效益的氢能产业发展,引导高碳排放制氢工艺向绿色清洁制氢工艺转变。 建议对接国际通行的碳排放统计核算方法,加快制订完善电力、钢铁、有色、建材、石化、化工等重点行业和重点产品碳排放核算方法体系和标准[8],指导企业和第三方机构开展产品碳排放核算。 建议建立较为完善的清洁氢认证、碳交易机制等创新制度体系,搭建能源互联网交易平台,推动绿氢产业在未来的能源体系中占据有利地位。 建议强化碳市场运行的监管机制,建立完善多部门联合惩戒、信息披露和举报制度,完善数据质量管理长效机制,推动氢市场和碳市场融合,实现氢碳协同发展。

3 结语

国家《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》明确指出[9],氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体,是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。 江苏的氢能产业仍处于发展初期,存在创新能力不强、产业化水平不高、支撑产业发展的基础性制度滞后等问题,亟须加强顶层设计和统筹谋划,进一步提升氢能产业创新能力,不断拓展市场应用新空间,引导产业健康有序发展。