摘要：在2021年6月召开的康沃尔峰会上，G7各国强调要在2030年最大限度地实现国内电力系统的脱碳化。电力的脱碳化被定位为今后20年内必须完成的紧迫课题。因此，本报告聚焦能够作为发电和发动机的清洁可持续能源且能够对各产业的脱碳化作贡献的“氢产业”，并对其进行了相关技术分析。氢产业领域不仅包括发电、燃料电池等氢能本身的应用，还包括炼铁、化学品合成等制造业相关技术，以及氢的运输和储存等基础设施相关技术。

氢产业相关专利的分析

专利的意义在于维护企业实施该技术的独占权，具有排他性。Astamuse公司开发出了一种评价技术力强弱的评分方法，不以申请件数为基准，而是将专利的“强度”指标化。所谓专利的“强度”，指的是排他力，也就是排除竞争对手的能力，对每一项专利的强度进行定量评价就得到影响力分数。另外，还可以在每个专利的影响力分数中加入权利的剩余期限等要素，将持有专利的各企业、大学、研究机构或各国家的技术资产用数值（总体专利资产）表示出来。但是，如果企业、大学、研究机构不掌握具备一定竞争力的专利，则无法算出其总体专利资产。总体专利资产可以看作是专利组合的综合竞争力指标。

本次分析中计算了2010~2019年这10年间世界范围内与氢制造、利用、运输和储存相关专利的影响力分数。在此期间，共有60个国家申请了167,095项专利。

表1示出了各企业所拥有专利的影响力分数（※1）的最高值，即专利优势分数（※2）的排名。

虽然第1位被韩国企业占据，但美国企业占了前20位中的大多数，共有12家。在这一领域，美国是具备竞争力的技术的主要开发地区。

无论是排在第1位的现代汽车还是第2位的加州理工学院，它们的专利都是与燃料电池相关的。在排第11位的OneD Battery Sciences和第15位的Johnson Matthey中也能看到关于燃料电池的专利。另外，日本唯一进入前20位的本田技研工业的专利，并不是燃料电池本身，而是关于燃料电池车辆的氢气填充装置。燃料电池是氢产业中技术开发竞争激烈的领域之一，在汽车领域的应用比例较高。

众多高校上榜也是氢产业的特征之一，如排在第二位的是加州理工学院，第七名是南加州大学等。虽然部分氢相关技术已经开始在产业上应用，产品开始上市，但是基础研究的比例也很高，可以说是正在开发的领域。

注：

※1）专利影响力分数：由Astamuse公司开发的定量评价指标，以对其他公司排他权的影响力评价为中心，再加上地理上的权利范围、权利时间上的剩余期限等加权。

※2）专利优势分数：最高专利影响力分数，表示对竞争对手构成巨大威胁的突出专利。

以每一项专利的得分为基础，对每个氢产业相关专利的申请组织（包括个人）的总资产进行了分析。表2显示了前20位的排名。共计算了6425家机构的总体专利资产（※3）。丰田汽车株式会社虽然未能进入专利优势分数的排名榜，但是在总体专利资产方面以压倒性优势位居首位，与第二位拉开了2倍以上的差距。

此外，共有9家来自日本的企业上榜，约占半数，包括排在第2位的日产汽车株式会社、第4位的本田技研工业株式会社等。各企业获得高分的专利大多是关于燃料电池的，技术要点涉及电极材料与电池结构、包括燃料电池在内的整体系统等多方面。通过整合各公司的优势，有望创造出优秀的燃料电池。

排在第11位的Intelligent Energy Holdings Plc和第12位的住友电气工业株式会社除了燃料电池专利以外，与制氢相关的专利也获得了很高的分数。

※3）总体专利资产：衡量各公司专利组合的综合竞争力指标

接着计算了各个国家的总体专利资产，以比较各个国家的竞争力。以894家排名靠前的企业为对象进行了统计，这些企业占母集团总体专利资产的80%。结果显示，日本的分数稳居首位。在日本，丰田汽车的总体专利资产稳居榜首且分数遥遥领先，不过即使去掉丰田汽车的分数，日本仍以7,646,626的得分位列首位。

继日本之后，第2位是中国，第3位是美国，第4位是韩国。排名第2~4位的三个国家在分值上比较接近，而排名第5位的德国与第4位有2倍以上的差距。从国家的专利竞争力来看，分为第一位、第二位到第四位、第五位及以后三个等级。

从1~4位的每件专利的平均总体专利资产来看，最高的是244.1（美国），最低的是215.7（中国）。从综合评价来看，各国在单项专利的强度上并没有太大的差异。另一方面，从前894家企业总体专利资产的申请人平均值来看，最高的是19,873（日本），最低的是中国（2,330），差距很大。可以看出，在日本，少数精锐的企业和组织在推进该领域的技术开发。一般来说，从专利权利的角度来看，比起专利的分散持有，集中持有更有利于技术的应用。可以说，在氢能领域，日本的环境有利于将优秀的技术商业化。

氢产业相关补助的分析

前文从专利的角度对氢产业相关各方进行了评价。但是，专利表示的是在申请时有希望实现的技术，这种指标并不适合预测未来技术。因此，Astermuse将目光转向公开征集的研究开发资金（补助），以此作为预测未来的指标。虽然获得补助的研究距离商业化尚有一段距离，但其背后有政府等公共机构的资金支持。

根据Astermuse拥有的补助金数据库，从2010年到2019年的10年间，与氢产业相关的补助金发放总额为10.0亿美元。从2010年到2019年，投资额的年均增长率为27.6%。

将氢产业按照如下领域分类，分别统计各类别获得补助金的项目数以及补助金总额如图：

燃料电池（以氢等为原料的燃料电池的研究）

FC车辆（以燃料电池为动力的车辆（车、船、卡车、铁路））

发电（利用氢能发电（包括核聚变）的研究）

炼铁（氢还原炼铁等的研究）

化工（利用氢气等制造塑料等化工产品的相关研究）

运输和储存（与氢的运输和储存相关的研究）

制氢（与水电解等制氢相关的研究）

在上述7项分类中，制氢相关的研究无论是在项目数量上还是获得补助金总额上都排在了首位。研究内容大多是通过水电解制氢以及利用太阳能电池等自然能源进行水电解的相关研究。另外，东京大学的利用人工光合作用制氢的研究课题获得了大量的研究资金。

排在二三位的是关于燃料电池以及燃料电池动力车辆的研究。虽然两者都是关于燃料电池的研究，但前者主要是燃料电池本身的研究，后者主要是将燃料电池应用到多种多样车辆中的研究。

氢的储存、运输研究包括通过在金属有机结构体（MOF: Metal Organic Frameworks）的孔隙中装入氢，进行储存、运输的研究以及氢的液态化的研究等。

下文将对各研究课题进行介绍。

燃料电池

FC车辆

发电

炼铁

化工品

运输、储存

制氢

今后展望

本文通过对氢产业进行专利和补助方面的分析，了解了氢产业的技术趋势，并得到了如下结果。

①专利分析表明，日本有很多具有竞争力的企业，并且目前，日本整体的企业竞争力在世界上处于领先地位。整合各企业的强项，加速技术的社会实用化是其今后的课题。

②补助分析表明，制氢无论在补助金额上还是项目数量上都排在首位。可以说，燃料电池处于比较接近实用的阶段，而制氢方面，基础研究所占比重较高。在制氢方面，水电解是主流的方法。通过使用可再生能源推进包括制造工艺在内的脱碳化也是常见的课题。

在氢领域具有较高竞争力的日本企业是汽车制造、电机以及材料领域的龙头企业，主要是燃料电池相关的技术受到高度评价。从补助金额和项目数量两方面比较来看，燃料电池的研究是主要研究领域。从世界范围来看，在日本，相关技术集中在少数企业手中，有利于技术商业化。此外，通过整合各企业所擅长的技术，有望加速实现优秀的燃料电池及燃料电池相关产品和服务。

要想通过氢实现碳中和，除了已经开发的燃料电池以外，还需要氢的制造、运输、储存等各技术的开发。制氢的相关研究无论在补助金额上还是项目数量上都排在首位。制氢作为氢产业价值链的上游必不可少。在日本经济产业省《2050年碳中和绿色增长战略》（参考文献A）中，制氢的低成本化也被列为今后研发阶段的重要工作内容。

关于该领域，日本以东京大学为首，水电解用光催化剂的研究引人注目，期待今后的技术开发取得进展。2021年2月，京都大学利用钌-铱合金成功开发出高效制氢的电极催化剂（参考文献B）。

另外，在此次分析中，日本的补助项目中，通过金属有机结构体（MOF: Metal Organic Frameworks）储存氢气相关的课题也很多。为了普及氢气，必须将氢气利用时的成本降低至当前的三分之一以下。除了推进氢产业相关的基础研究之外，期待能够构建出可以迅速将研究成果产业化的方案。

参考文献：

A 日本经济产业省《2050年碳中和绿色增长战略》 2020年12月

B 日本经济产业省《关于绿色创新基金事业今后的推进方法》

C 全球脱碳相关的研究开发投资额为1,100亿美元！日本在近未来的人工光合作用技术上有优势—在脱碳相关技术上有发展前景的企业/大学研究机构的技术资产评分排名

D 日本外务省“G7康沃尔峰会首脑会谈（要点）”

E 京都大学开发实现超高效水电解的纳米片状合金催化剂——利用可再生能源为实现氢能社会作出重大贡献

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