ANAHÍ ABELEDO

Con innumerables posibilidades de aplicaciones y un abanico de tecnologías que se sigue abriendo, el hidrógeno de bajas emisiones puede desempeñar un papel importante en las transiciones de energía limpia con potencial para reemplazar los combustibles fósiles en industrias donde existen pocas alternativas, como el transporte de larga distancia y la producción de fertilizantes. El patentamiento global está liderado por Europa y Japón, con EE.UU. perdiendo terreno en el período 2011-2020 mientras que República de Korea y China recién comienzan a asomarse a esta alternativa. Las industrias química y automotriz son líderes en innovación.

El seguimiento de las patentes internacionales del hidrógeno permite detectar quiénes están más avanzados y hacia dónde apunta la investigación actualmente. Así lo interpreta la Agencia Internacional de Energía (AIE) que dio a conocer el primer estudio pormenorizado sobre hidrógeno basado en su patentamiento  "Hydrogen patents for a clean energy future".  Las patentes son fuertes indicadores de la actividad de innovación y pueden brindar información muy detallada sobre el estado y la dirección de la ciencia.

Alrededor de la mitad de las familias de patentes internacionales (IPF) en tecnologías de hidrógeno en el período 2011-2020 fueron relacionados con la producción de hidrógeno. Los otros IPF estuvieron divididos entre las aplicaciones de uso final del hidrógeno y tecnologías para el almacenamiento, distribución y transformación de hidrógeno.

El estudio presenta las principales tendencias en las tecnologías del hidrógeno desde 2011 hasta 2020, medidas en términos de familias de patentes internacionales (IPF), cada una de las cuales representa una invención de alto valor para la cual se han presentado solicitudes de patente en dos o más oficinas de patentes en todo el mundo. 

La Comisión Europea ha firmado nuevas alianzas con Egipto, Kazajstán y Namibia para el desarrollo, despliegue, uso y comercio libre de hidrógeno renovable y sus derivados (como amoniaco renovable para fertilizantes o combustible verde para buques).

El informe encuentra que Estados Unidos, con el 20 % de todas las patentes relacionadas con el hidrógeno, es el único centro de innovación importante que vio disminuir las solicitudes internacionales de patentes de hidrógeno en la última década. 

La actividad de patentes internacionales en tecnologías de hidrógeno siguió siendo modesta en Corea del Sur y China, pero está en aumento. Además de estos cinco centros de innovación principales, otros países que generan volúmenes significativos de patentes de hidrógeno incluyen el Reino Unido, Suiza y Canadá.

PATENTAMIENTO POR PAÍSES. QUÉ SECTORES ESTÁN INNOVANDO Y EN QUÉ
El patentamiento global de hidrógeno está liderado por la Unión Europea y Japón, que representan el 28% y el 24% respectivamente de todos los IPF presentados en este período, con un crecimiento significativo en la última década. Los países líderes en Europa son Alemania (11% del total mundial), Francia (6%) y Holanda (3%).

Con el 28% de todos los IPF en el período 2011-2020 y ventajas tecnológicas reveladas (RTA2) en los tres segmentos tecnológicos de la cadena de valor del hidrógeno. 

Los países de la UE son líderes mundiales en patentes de hidrógeno (incluyendo 11% de Alemania y 6% de Francia).

Japón también es un fuerte innovador en hidrógeno, con un 24% de todas las IPF publicadas y una ventaja tecnológica revelada en las tres categorías de tecnología. El patentamiento de hidrógeno creció aún más rápido en Japón que en Europa durante la década pasada, con tasas compuestas de crecimiento promedio de 6.2% y 4,5% respectivamente entre 2011 y 2020.

Estados Unidos contribuyó con el 20% de todas las publicaciones de IPF relacionadas al hidrógeno entre 2011 y 2020 y es el único región principal donde el número de IPF disminuyó durante la década pasada. 

La japonesa Marubeni firma un PPA para el desarrollo de 30 plantas solares con baterías y almacenamiento de hidrógeno en Australia

El número de solicitudes de patente internacional que se originan en R. Korea y P.R. China sigue siendo modesto en comparación. Sin embargo, aumentó constantemente en el período 2011-2020, con tasas de crecimiento del 12,2% y 15,2% (promedio anual), respectivamente, y centradas en aplicaciones emergentes de uso final del hidrógeno en el caso de República de Korea. 

La innovación en tecnologías de hidrógeno consolidado está dominada por la industria química europea, pero los pesos pesados de las patentes son las empresas de los sectores de automoción y químico centrándose en la electrólisis y las tecnologías de pila de combustible.

LA INDUSTRIA QUÍMICA Y DE REFINACIÓN Y LA MITIGACIÓN DEL CAMBIO CLIMÁTICO
Dentro de cada uno de los tres principales segmentos tecnológicos de las cadenas de valor del hidrógeno, se puede hacer una distinción entre mejoras incrementales a procesos bien establecidos en la industria química y de refinación.

Las tecnologías emergentes que podrían ayudar a mitigar el cambio climático haciendo del hidrógeno un producto energético limpio para una gama mucho más amplia de sectores.

Las tecnologías establecidas todavía generan una mayoría de IPF en almacenamiento, distribución y transformación.

Los principales solicitantes en tecnologías establecidas están dominados por empresas químicas con una amplia trayectoria en la producción y manejo de hidrógeno a partir de combustibles fósiles. 

También se están diversificando tecnologías en mercados emergentes (como la captura, utilización y almacenamiento - CCUS) que permiten el suministro de hidrógeno. Los principales solicitantes en tecnologías emergentes, motivados por el clima, son liderados por empesas japonesas y coreanas, generalmente de la industria automotriz. 

Sus  carteras de patentes se centran principalmente en la producción por electrólisis y aplicaciones basadas en pilas de combustible, también se extienden a tecnologías establecidas para el almacenamiento y distribución de hidrógeno líquido o gaseoso, un área de foco para estos países que planean importar almacenado hidrógeno en un futuro próximo.

Las universidades e instituciones públicas de investigación generaron el 13% de todos los IPF relacionados con el hidrógeno entre 2011 y 2020, solo con las diez principales instituciones de investigación concentraron el 3% de todas las FPI. En este sector dominan las instituciones coreanas europeas y muestran un fuerte enfoque en métodos de producción de hidrógeno motivados por el clima, como como electrólisis.

DESDE LOS COMBUSTIBLES FÓSILES A BAJAS EMISIONES
Si bien la producción de hidrógeno sigue estando casi enteramente basada en combustibles fósiles, las patentes ya han visto un gran cambio hacia la alternativas de bajas emisiones. Este cambio anticipa un auge de los electrolizadores, un campo en el que Europa ha ganado una ventaja en la capacidad de nueva fabricación.

Un análisis comparativo de las tendencias de patentes en tecnologías de producción de hidrógeno en los últimos veinte años, lo que muestra un claro cambio de innovación de los tradicionales métodos intensivos en carbono hacia nuevas tecnologías con el potencial para descarbonizar la producción de hidrógeno.

Las tecnologías motivadas por preocupaciones climáticas generaron casi el 80% de los IPF relacionados con la producción de hidrógeno en 2020. 

Su crecimiento fue impulsado principalmente por un rápido aumento en innovación en electrólisis.

Varias categorías de electrolizadores compiten por el gran mercado esperado, que podría subir de 1 GW a más de 65 GW por año para 2030 según las promesas de los gobiernos.

Japón lideró las patentes de las tecnologías alcalinas de última generación y más vanguardistas entre 2011 y 2020. Sin embargo, la inversión en capacidad de fabricación para estas tecnologías aún no han despegado. 

La UE 27 y otros países europeos están activos tanto en patentamiento y fabricación, especialmente en tecnologías SOEC, mientras que también hace contribuciones significativas en términos de PEM y tecnologías alcalinas. 

Estados Unidos es muy activo desarrollando la capacidad de fabricación de PEM, pero menos activa en la innovación, como lo indica el patentamiento. R.P. 

China es sólo un pequeño contribuyente a las patentes internacionales en tecnologías de electrolizadores, pero está invirtiendo fuertemente en capacidad de fabricación, con un enfoque casi exclusivo en tecnología alcalina más barata, que tiene una vida mucho más larga pero menores expectativas de mejoras futuras.

Los IPF publicados relacionados con la producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles han estado disminuyendo desde 2007, con soluciones emergentes para descarbonizar el hidrógeno basado en combustibles fósiles generando solo patentes limitadas hasta el momento. 

La innovación en otras tecnologías de producción de hidrógeno motivadas por el clima también parecen carecer de impulso. 

El patentamiento de actividades en la producción de hidrógeno a partir de biomasa o residuos (a través de gasificación o pirólisis) aumentó considerablemente entre 2007 y 2011, pero disminuyó considerablemente desde entonces.

El número de IPF relacionados con la división del agua a través de métodos no electrolíticos también se redujo. En 2020 representó el 12% del total de IPF.

LOS COMBUSTIBLES A BASE DE HIDRÓGENO
Actualmente, el hidrógeno puro se transporta en forma gaseosa forma por tuberías y remolques de tubo o en forma licuada en tanques criogénicos. 

El objetivo de las actividades de patentamiento para mejoras en las tecnologías existentes del almacenamiento de hidrógeno y la producción de amoníaco y metanol creció constantemente de 2001 a 2020. Sin embargo, la innovación en el desarrollo de combustibles a base de hidrógeno ha perdido impulso en la última década.

Las tendencias de patentamiento desde 2001 muestran que estas tecnologías establecidas han atraído cada vez más esfuerzos de innovación en las últimas dos décadas, señalando la capacidad de la industria para mejorar y el interés en mejorar el despliegue y la eficiencia de la distribución de hidrógeno hasta el repostaje de vehículos. 

Japón prueba el primer barco de pasajeros alimentado de hidrógeno

Si los actores de la industria del hidrógeno están activos en todos los segmentos tecnológicos de almacenamiento de hidrógeno y distribución, las empresas de automoción también se han convertido importantes solicitantes de patentes en algunos de estos segmentos debido a la importancia del almacenamiento de hidrógeno a bordo para la comercialización de vehículos propulsados por hidrógeno.

Como almacenamiento de hidrógeno puro, la innovación en estos campos está impulsada principalmente por empresas (principalmente europeas) que ya están especializadas en la producción y manipulación de hidrógeno de los combustibles fósiles.

El progreso en otros combustibles a base de hidrógeno, por ejemplo queroseno sintético para aviación o metano sintético – también se basa en mejoras en la eficiencia y reducciones de costos, pero los datos de patentes sugieren que la innovación en estas tecnologías perdieron impulso durante la década pasada. 

Los esfuerzos encabezados por Estados Unidos y Europa para desarrollar combustibles se han estancado desde 2011. 

El patentamiento para las tecnologías competidoras para el transporte de larga distancia de la energía del hidrógeno aumentó rápidamente de 2011 a 2020, con tasas de crecimiento promedio compuestas de 12.5% para líquidos hidrocarburos orgánicos (LOHC) y 7,8% para amoníaco

Sin embargo, solo representan un pequeño número de familias de patentes, la mitad de las cuales aún proceden de instituciones de investigación orientadas a la ciencia.

EL SECTOR AUTOMOTRIZ Y EL METALÚRGICO. QUIÉNES DOMINAN
Las actividades de patentamiento para el uso de hidrógeno en el sector de la automoción sigue creciendo a un ritmo mucho más alto que para otras aplicaciones de uso final, a pesar de algunos avances recientes hacia el uso de hidrógeno para la producción de acero.

Sin embargo, la innovación aún no ha despegado significativamente en otras aplicaciones industriales, incluido el transporte de larga distancia utilizandocombustibles a base de hidrógeno.

El fuerte crecimiento de las IPF en el transporte fue impulsado por la innovación en la propulsión de pilas de combustible en el sector de la automoción y, en menor medida, la aviación de corta distancia (sobre todo drones). Las actividades de patentamiento en estos campos están dominadas en gran medida por automotrices japonesas y coreanas, y parecen generar sinergias con innovación en electrólisis PEM. 

Una estrategia del hidrógeno para una Europa climáticamente neutra, forma parte del Pacto Verde de la Unión Europea

Por el contrario, innovación en motores de combustión interna (ICE) y turbinas que utilizan hidrógeno, amoníaco o metanol. Aunque es probable que estas tecnologías se necesiten para el transporte de larga distancia, especialmente para el transporte marítimo y la aviación de medio radio.

Publicaciones de IPF relacionadas con el uso de hidrógeno para el hierro y la producción de acero se recuperó en 2017 tras varios años de disminución desde 2014. 

Casi el 40% de las patentes en el período 2011-2020 se concentraron entre un pequeño número de productores de acero y proveedores de equipos. 

Estos últimos están liderados por empresas europeas y parecen estar en una posición más avanzada para integrar las tecnologías de hidrógeno más avanzadas (como hierro reducido directo y reducción de fundición) en un nueva generación de equipos de producción.

El nivel de patentamiento en otras aplicaciones de uso final de hidrógeno en edificios y generación de electricidad disminuyó durante la década de 2010, lo que denota una falta de interés en la construcción de aplicaciones en regiones distintas de Japón y un creciente interés en las baterías como una solución alternativa para el almacenamiento estacionario de electricidad.

EL PAPEL DE LOS GOBIERNOS
Los gobiernos juegan un papel clave en el establecimiento de la agenda de investigación y la adopción de políticas que incentiven el sector privado. 

Los datos de la patente claramente muestran que los jugadores establecidos son pesos pesados en patentes de hidrógeno y son capaces de expandirse a nuevos segmentos de mercado; empresas automotrices y empresas químicas activas en pilas de combustible y la electrólisis son un claro ejemplo. 

También son claves enviando señales sobre la necesidad de transición a combustibles más limpios a las empresas en los sectores del hierro y el acero, la aviación y el transporte marítimo para estimular los esfuerzos tecnológicos entre los titulares y también catalizar nuevas empresas emergentes. 

Estas señales se pueden basar sobre regulación, incentivos de mercado o transferencias financieras, junto con el apoyo a proyectos innovadores. Similarmente, patentando tendencias para el uso de hidrógeno para mejorar biocombustibles y para la generación de energía estacionaria necesitan un nuevo ímpetu.

Otra área a ser monitoreada en futuros estudios de patentes de hidrógeno para un futuro de energía limpia es la producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles. Para reducir significativamente las emisiones, este sector consolidado de la la economía no puede continuar con innovaciones incrementales para mejorar la eficiencia. Todas las tecnologías basadas en combustibles fósiles deben alinearse con las motivaciones climáticas si estas tecnologías apuntan a tener un papel en una energía neta cero.