ما هي الدول التي تقود الطريق لطاقة الهيدروجين؟ أوروبا واليابان وأمريكا في قمة براءات اختراع التكنولوجيا

وكالة الطاقة الدولية: حوالي 50 هدفًا وتفويضًا وحوافز مطبقة تدعم الهيدروجين بشكل مباشر وتركيز الغالبية على النقل

الهيدروجين – هل هناك أي شيء قد لا يكون قادرًا على فعله؟ يقول الناس إن بإمكانها تشغيل السيارات، ويمكن أن تساعد في إنتاج الصلب، ويمكنها حتى تدفئة منازلنا، لكن هل كل هذا الكلام مجرد الكثير من الهواء الساخن، أم أن ضجة الهيدروجين تترجم بالفعل إلى اختراقات؟

واحدة من أفضل الطرق لقياس الابتكار، هي من خلال إيداعات براءات الاختراع، وهذا ما يفعله أول تقرير من نوعه صادر عن وكالة الطاقة الدولية ومكتب براءات الاختراع الأوروبي.

يتطلب الأمر بيانات تسجيل براءات الاختراع العالمية لإظهار أنواع تطورات الهيدروجين التي تحدث بشكل أسرع ، بالإضافة إلى أماكن وجود نقاط الهيدروجين الساخنة في العالم .

الهيدروجين

أوروبا واليابان وأمريكا

تتصدر أوروبا واليابان المجموعة من حيث أرقام براءات الاختراع، تليها الولايات المتحدة عن كثب، بحسب براءات اختراع الهيدروجين لمستقبل الطاقة النظيفة.

قدم الاتحاد الأوروبي 28٪ من مجموع براءات الاختراع الدولية (IPFs) في مجال تقنيات الهيدروجين في 2011-2020، واليابان 24٪ والولايات المتحدة 20٪.

وكانت الولايات المتحدة هي المنطقة الوحيدة التي انخفضت فيها أرقام IPF مقارنة بالعقد السابق. وكان أسرع نمو في الصين بنسبة 15.2٪ وفي كوريا الجنوبية بنسبة 12.2٪.

يقود الاتحاد الأوروبي ثلاث مجموعات رئيسية- في ميونيخ ومنطقة الرور في ألمانيا، وفي العاصمة الفرنسية باريس.

في منطقة الرور، تعد شركة إنتاج الصلب Thyssenkrupp من أفضل المتقدمين للحصول على براءات الاختراع المرتبطة بالهيدروجين، وتتطلع إلى عام 2024 موعدًا لبدء أول مصنع لها على نطاق صناعي باستخدام الإنتاج المباشر للحديد – وهي طريقة لصنع الفولاذ تولد حوالي ربع انبعاثات الكربون الناتجة عن أفران الصهر التقليدية .

براءات اختراع إنتاج الهيدروجين

استحوذت التقنيات المتعلقة بإنتاج الهيدروجين على أكبر عدد من براءات اختراع الهيدروجين في 2011-2020، كان الاتجاه الرئيسي هو التحول الكبير نحو طرق الإنتاج منخفضة الانبعاثات.

يقول التقرير: “أنتجت التقنيات التي تحركها المخاوف المناخية ما يقرب من 80٪ من IPFs المتعلقة بإنتاج الهيدروجين في عام 2020″، “كان نموهم مدفوعًا بشكل رئيسي بالارتفاع السريع في الابتكار في التحليل الكهربائي.”

التحليل الكهربائي هو عملية تشغيل تيار كهربائي عبر الماء لتقسيمه إلى هيدروجين وأكسجين، إنها عملية إنتاج خالية من الكربون، في حين أن العديد من طرق إنتاج الهيدروجين التقليدية تتضمن استخدام الوقود الأحفوري مثل الفحم والغاز لفصل الهيدروجين عن ذرات الكربون في الميثان.

زيادة 65 ضعفًا في المحللات الكهربائية

من المتوقع أن يكون هناك زيادة بمقدار65 ضعفًا في حجم السوق للمحللات الكهربائية هذا العقد، حيث تتطلع البلدان في جميع أنحاء العالم إلى خفض انبعاثات الكربون من مجالات تشمل توليد الطاقة.

قفزة في قطاع النقل

كان قطاع السيارات هو مجال النقل الذي شهد أكبر قفزة في إيداعات براءات الاختراع المتعلقة بالهيدروجين.

ينصب التركيز الرئيسي على إنشاء خلايا وقود هيدروجين قادرة على دفع المركبات إلى الأمام، تهيمن شركات السيارات اليابانية والكورية الجنوبية على هذا المجال، مستفيدة من التآزر الواضح مع عملهم في تكنولوجيا المحلل الكهربائي.

في الوقت نفسه، يساعد الابتكار في خلايا وقود السيارات في التطورات في التحليل الكهربائي، حيث يمكن استخدام خلايا وقود معينة في الاتجاه المعاكس للتحليل الكهربائي.

كان هناك أيضًا ارتفاع في استكشاف استخدام الهيدروجين في تشغيل الطائرات بدون طيار والطائرات بدون طيار، شكلت هذه المنطقة ثلثي إيداعات براءات الاختراع المتعلقة بخلايا وقود الطائرات في 2011-2020.

تُظهر بيانات براءات الاختراع، أن خلايا وقود الهيدروجين يتم تفضيلها كخيار تطوير على محركات الاحتراق الداخلي للهيدروجين، مع انخفاض تسجيلات براءات الاختراع لهذا الأخير خلال العقد الماضي.

أكملت شركة ZeroAvia الناشئة في المملكة المتحدة والولايات المتحدة مؤخرًا رحلة تجريبية لطائرة تعمل جزئيًا بخلايا وقود الهيدروجين، وقال مؤسس الشركة إن التكنولوجيا يمكن أن تكون متاحة للاستخدام التجاري في غضون عامين.

لكن قد تكون هناك حاجة إلى توربينات الهيدروجين للرحلات الطويلة، لأنها توفر المزيد من الطاقة، تبرز توربينات الهيدروجين في تصميمات إيرباص لما تأمل أن تكون أول طائرة تجارية عديمة الانبعاثات في العالم، يمكن أن تضرب السماء في عام 2035.

خلايا الوقود في السكك الحديدية والشحن

يقول التقرير، إنه كان هناك نشاط أقل بكثير حول استخدام خلايا الوقود في السكك الحديدية والشحن، لكن طوكيو تقود براءات الاختراع التي تركز على السكك الحديدية بينما تبرز سيول كمركز لتطبيقات الهيدروجين في الشحن.

تختبر سكك حديد شرق اليابان قطارًا يعمل بالهيدروجين، وتتطلع إلى العمليات التجارية بحلول عام 2030.

وفي الوقت نفسه، تقوم شركة كوريا لبناء السفن والهندسة البحرية بتجربة استخدام خلايا وقود الهيدروجين على السفن ويمكن إطلاقها بحلول نهاية عام 2025.

التخزين والتوزيع

قد لا تكون مثيرة مثل الطائرات بدون طيار التي تعمل بالهيدروجين، ولكن إذا كان هناك المزيد من الهيدروجين في العالم، فستحتاج أيضًا إلى المزيد من الطرق لتخزينه وتحريكه.

كان هناك ارتفاع كبير في عدد براءات الاختراع المتعلقة بتخزين الهيدروجين النقي، حيث ارتفعت الإيداعات بمعدل 13٪ كل عام بين عامي 2001 و 2020.

وتظهر التطورات في تخزين الهيدروجين عن طريق تحويله إلى سائل، ولكن هذه عملية معقدة تقنيًا تتضمن تبريد الغاز إلى ما دون -250 درجة مئوية.

يقول التقرير، إن تغيير شكل الهيدروجين بهذه الطريقة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى فقد الطاقة، وهناك مشاكل يجب حلها حول المتانة والتكلفة والقدرة على توسيع نطاق مثل هذه الأنظمة.

يقود الاتحاد الأوروبي الطريق في تخزين الهيدروجين، مع نصف IPFs المنشورة في تخزين السائل و38٪ من تلك المتعلقة بتخزين الهيدروجين كغاز.

استحوذت الولايات المتحدة على 26% من أنشطة منح براءات الاختراع المتعلقة بشبكات ومعدات التوزيع ، ولكن كان لديها حصة منخفضة من IPFs لتكنولوجيات التخزين.

الهيدروجين الأخضر في طريقة للطائرات

اتجاهات متفاوتة

في حين أن الاتجاه العام للسفر على تقنيات الهيدروجين إيجابي، فإن الاتجاهات في إيداع براءات الاختراع غير متساوية، كما يقول تقرير وكالة الطاقة الدولية والمكتب الأوروبي للبراءات.

ويسلط الضوء على خطر “عدم التطابق في تقنيات العرض والطلب”، قائلاً إن الزيادة الكبيرة في إيداعات براءات الاختراع حول إنتاج الهيدروجين يجب مواجهتها مع التقدم في استخدامات الهيدروجين.

وتقول إن الحكومات بحاجة إلى اتخاذ إجراءات في هذا المجال، بالنظر إلى دورها الرئيسي في تحفيز القطاع الخاص على الاستثمار في مثل هذه المجالات.

تقول وكالة الطاقة الدولية”هناك حوالي 50 هدفًا وتفويضًا وحوافز سياسية مطبقة اليوم تدعم الهيدروجين بشكل مباشر، مع تركيز الغالبية على النقل”.

شاحنات الهيدروجين

الحديد والصلب والشحن والانتقال إلى وقود أنظف

يدعو تقرير براءات الاختراع الحكومات إلى إرسال إشارات إلى الشركات في قطاعات الحديد والصلب والشحن حول الحاجة إلى الانتقال إلى وقود أنظف، من أجل تشجيع التطورات.

يقول تقرير المنتدى الاقتصادي العالمي The Net-Zero Industry Tracker أيضًا أن هناك حاجة إلى “إجراءات سياسية حاسمة لتحفيز لاعبي الصلب على إنتاج منخفض الانبعاثات”، هذا لأنه سيكون من المكلف للغاية إعادة معايرة الصناعة المعتمدة على الفحم للتحول إلى إنتاج الفولاذ الأخضر المصنوع باستخدام الهيدروجين، مع توقع أن تكون التكاليف أعلى بنسبة 25-50٪.

تكلفة عدم دفع العالم نحو استخدام أوسع للهيدروجين من المرجح أن تكون أكبر بكثير من تكلفة الحفاظ على الوضع الراهن.

كما يشير تقرير وكالة الطاقة الدولية والمكتب الأوروبي للبراءات: “الهيدروجين المنتج من مصادر منخفضة الانبعاثات لديه القدرة على تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري في التطبيقات التي لا يوجد فيها سوى القليل من البدائل الأخرى”.

تابعنا على تطبيق نبض