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Erfindungsanalyse

Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse. Patentlandschaft

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Aenert news. Invention analysis
Elektrolyse ist eine der Haupttechnologien zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Allerdings haben sich die Hoffnungen auf eine akzeptable Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie beispielsweise gegenüber der Dampfreformierung bislang nicht erfüllt. Die Kosten für durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoff bleiben für die Massenproduktion zu hoch. Ein weiteres wichtiges Problem der Elektrolyse ist außerdem der hohe Wasserbedarf und der hohe Verbrauch. Auch wenn es in der gesamten Produktionskette ausschließlich um grünen Wasserstoff geht, bleibt die unumgängliche Voraussetzung die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Quellen oder zumindest aus Kernkraftwerken. Dies bedingt die Entstehung zusätzlicher und unbequemer Fragen zur Logistik des Prozesses, da die Verlagerung von Wasserstoffproduktionszentren näher an Wasserkraftwerke oder Windparks fast immer bedeutet, dass sie von den Verbrauchszentren entfernt werden.
Die einzig mögliche Option für die erforderliche Steigerung der technischen und wirtschaftlichen Indikatoren der Elektrolyse ist natürlich die Anhäufung einer „kritischen Masse“ nützlicher technischer Lösungen. Ein erheblicher Teil neuer innovativer Vorschläge im Bereich der Elektrolysetechnologie konzentriert sich auf patentierte Erfindungen. Nachfolgend finden Sie eine Bewertung der Patente im Zusammenhang mit der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse in den letzten 20 Jahren. In der ersten Phase wurde ein vorläufiger Bestand an Patentdokumenten aus öffentlich zugänglichen Datenbanken unter Verwendung traditioneller Methoden ausgewählt, einschließlich der Verwendung von Schlüsselwörtern, internationalen Patentklassifizierungsindikatoren, Namen der Hauptanmelder, Listen verwandter Patente usw. In der zweiten Phase jeweils der vorselektierten Patentdokumente wurde weiter auf ihre Übereinstimmung mit den vorgegebenen Kriterien für den Erfindungstext analysiert. So entstand eine kompakte Patentdatenbank, die für den Zeitraum von 2002 bis 2023 die größte Relevanz für technische Lösungen im Bereich der Elektrolyse hatte. Statistiken werden für einen Zeitraum von zwanzig Jahren bis 2022 bereitgestellt. Daten für 2023 sind von der statistischen Analyse ausgeschlossen Aufgrund der Unvollständigkeit ihrer vollständigen Verarbeitung wurden jedoch einzelne Erfindungen des vergangenen Jahres bei der Bilanzierung von Patentfamilien und der Analyse ursprünglicher technischer Lösungen herangezogen. Insgesamt wurden 3.023 Patente gefunden, davon beziehen sich 2.617 auf den Zeitraum 2003-2022.

Breakdown of documents by publication date



Die Erfinderproduktivität ist in den letzten drei Jahren besonders gestiegen, wobei die Zahl der neuen Patentanmeldungen jährlich über tausend Dokumente beträgt.

Die meisten Patente wurden im Berichtszeitraum vom chinesischen Patentamt erteilt. Gleichzeitig ist der Anteil chinesischer Patente in den letzten zehn Jahren kontinuierlich gestiegen. Im Jahr 2022 lag dieser Anteil bei 62 %. Zu den fünf größten Patentämtern, gemessen an der Anzahl der erteilten Patente, gehörten auch die japanischen, amerikanischen, europäischen und südkoreanischen Patentämter.

Breakdown of documents by patent offices. Patents, 2003-2022



Chinesische Anmelder waren auch bei der Anzahl der erhaltenen Patente führend. Allerdings war in diesem Fall der Abstand zu den engsten Konkurrenten deutlich geringer. Den Bewerbern folgten chinesische Erfinder aus Japan, Frankreich, den USA, Südkorea und Deutschland.

Unter den Patentdokumenten herrschten verschiedene Methoden vor, dann Kompositionen und schließlich Geräte. Die technologischen Kategorien in dieser Studie umfassen die wichtigsten technologischen Optionen für die Wasserelektrolyse, einschließlich alkalischer Wasserelektrolyse, Festoxidelektrolyse; Polymerelektrolyt-Membranelektrolyse, Anionenaustauschmembranelektrolyse sowie eine Kombination aller anderen Möglichkeiten (Sonstige Elektrolyse). Zu einer separaten Gruppe gehören auch Erfindungen, deren Ansprüche detailliert den Aufbau, die Materialien oder das Funktionsprinzip des Elektrolyseurs selbst beschreiben, der Strom aus erneuerbaren Quellen nutzt (Elektrolyse auf Basis erneuerbarer Energien). Wenn der Text eines Patentdokuments ein Verfahren zur Stromerzeugung beschreibt und nur erwähnt, dass diese Energie zur Elektrolyse von Wasser genutzt werden kann, der Elektrolyseprozess jedoch nicht im Detail beschrieben wird, wurden solche Dokumente von der Berücksichtigung ausgeschlossen.

Patents, 2003-2022 (by the number of mentions in patent documents)



AEL- Alkaline water electrolysis; SOEL - Solid oxide electrolysis; PEME - Polymer electrolyte membrane electrolysis; AEME - Anion Exchange Membrane Electrolysis;  RENE - Renewable energy-based electrolysis; OEL - Other electrolysis

Wie aus dem obigen Diagramm hervorgeht, zeigten die Erfinder das größte Interesse an der Anderen Elektrolyse, der Elektrolyse von alkalischem Wasser und der Polymerelektrolytmembranelektrolyse. Der Gruppe Elektrolyse auf Basis erneuerbarer Energien sind etwas mehr als hundert Patente zugeordnet.

Technologische Elemente werden durch eine Reihe grundlegender Strukturobjekte von Elektrolyseuren (Anoden, Kathoden, Separatoren, Elektrolyseure und Systeme als Ganzes) sowie Katalysatoren und Elektrolyten repräsentiert. Dazu gehören auch einige technologische Vorgänge wie Hochtemperatur-Dampfelektrolyse, Hochdruckelektrolyse, Wasser-/Dampfkonditionierung, Steuerung und Überwachung, Stapelung und Skalierung, Wasserstoffkonditionierung.

Patents, 2003-2022 (by the number of mentions in patent documents)



HTSE - High-Temperature Steam Electrolysis; HPE - High-pressure electrolysis; WSC - Water/steam conditioning; Els - Electrolyser; And - Anode; Cat - Cathode; Sep - Separator; Elct - Electrolyte; Ctls - Catalyst; Ctrl - Control & monitoring; Scl - Stacking and scaling; H2C - Hydrogen conditioning; SAW -System as a whole

Der unangefochtene Spitzenreiter in dieser Option waren Katalysatoren. Beliebt waren auch die Designs von Anoden, Kathoden und das Design von Elektrolyseuren im Allgemeinen.

Breakdown of documents by problems. Patents, 2003-2022 (by the number of mentions in patent documents)



LEMP - Low efficiency / Main process, LESP - Low efficiency / Secondary process, LEG - Low efficiency in general, HCPC - High CAPEX / Plant construction, HCEP - High CAPEX / Equipment production, HORR - High OPEX / Repair & replacement, HOOC - High OPEX / Operation & consumables, HCM - High cost of materials, HCG - High cost in general, ESI - Environmental and Safety issues, UP - Unclear problem

Der Anteil von Die in den Texten der Erfindungen genannten Probleme sind in der Abbildung oben dargestellt. Unter ihnen hatten „Geringe Effizienz/Hauptprozess“ und „Hohe Materialkosten“ das größte Gewicht.

List of IPC subgroups. Patents, 2003-2022 (by the number of mentions in patent documents)

IPCShareIPCs assigned
C25B1/0411.9%1432
C25B11/0913.2%386
C25B9/193%364
C25B9/002.5%300
C25B9/232.2%269
C25B15/082.1%258
C25B11/062.1%252
C25B15/021.3%159
B82Y40/001.3%159
C25B11/041.3%154


In Patentdokumenten erwähnten Erfinder am häufigsten den internationalen Patentklassifizierungsindex – C25B1/04 – Elektrolytische Herstellung anorganischer Verbindungen oder Nichtmetalle durch Elektrolyse von Wasser.

Zum Abschluss dieses kurzen Rückblicks stellen wir eine Liste der Top-Anmelder zur Verfügung, die mindestens 20 Erfindungen patentiert haben.

Top applicants. Patents, 2003-2022

ApplicantAverage ratingTotal
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (FR)16.8243
Honda Motor Co., Ltd. (JP)15.6172
De Nora Permelec Ltd (JP)16.988
Asahi Kasei Kogyo K.K. (JP)16.751
Sumitomo Electric Industries, Ltd. (JP)14.340
CAS DICP Dalian Institute of Chemical Physics (CN)16.434
Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP)17.333
McAlister Technologies, LLC (US)15.730
Shaanxi University of Science and Technology (CN)15.230
Asahi Kasei Corporation (JP)16.428
SCUT South China University of Technology (CN)1326
Korea Institute of Science and Technology (KIST) (KR)1524
Anhui Normal University (CN)12.823
THU Tsinghua University (CN)15.623
Jiangsu University (CN)13.221
Toshiba Corporation (JP)14.121
Toshiba KK (JP)13.421
Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd. (JP)13.920

Von der Redaktion                                                                                                                                                        Download PDF version