Pozornost světa se oprávněně soustředí na cíl inovovat svou cestu k uhlíkové neutralitě – sliby nedávného summitu COP26 jsou jen nejnovějšími za desetiletí reforem. V posledních 20 letech tedy došlo k dramatickým změnám v oblasti patentů čistých technologií.
Od roku 2017 došlo v průměru k 3,3% ročnímu růstu patentů na nízkouhlíkovou energii, který roste rychleji než všechny ostatní technologické oblasti. Navzdory tomu zpráva IEA z roku 2020 dospěla k závěru, že energetický sektor dosáhne nulových čistých emisí pouze tehdy, pokud bude existovat významný a koordinovaný globální tlak na urychlení inovací. Z pohledu biologických věd a chemie některé trendy, které je třeba v roce 2022 sledovat, jsou: pokrok v technologii baterií; trvalý pokrok ve vývoji vodíku; solární fotovoltaické (PV) články; a pokrok v technologii recyklace.
Bomba baterie
Kompaktní, ale dostupné chemické úložiště energie fosilních paliv je vlastnost, která v minulém století podpořila jejich dominanci v energetické krajině. S globálním posunem směrem k obnovitelným zdrojům energie je však poskytování efektivních způsobů skladování elektrické energie stále důležitější. Technologie baterií jako taková byla v posledních dvou desetiletích jedním z průkopníků růstu patentové aktivity. Mezi lety 2000–2018 se roční počet mezinárodních patentových rodin (IPF) ve všech technologiích zvýšil o 213 % ve srovnání se 704% nárůstem IPF souvisejících s ukládáním elektřiny. Z toho 9/10 patentů se týkalo bateriových technologií.
I přes tento pozoruhodný růst v tomto sektoru se v posledních letech objevily další snahy o povzbuzení dalšího rozvoje, jehož výsledky očekáváme zaznamenat během příštího roku nebo dvou. V červnu 2021 bylo oznámeno partnerství BATT4EU (mezi Evropskou komisí a BEPA), jehož cílem je podpořit evropský výzkum a inovace v oblasti baterií s rozpočtem 925 milionů EUR. Spojené království také nadále věnuje zdroje této oblasti – v březnu 2021 se vládou podporovaná Faradayova instituce zavázala k programu ve výši 22,6 milionů liber, jehož cílem je vyvinout bezpečnost baterií, včetně jejich spolehlivosti a udržitelnosti, v řadě oblastí.
Li-ion baterie se ukázaly jako dominantní systém, na který se inovace z velké části soustředí, a představovaly 45 % patentové činnosti týkající se bateriových článků v roce 2018. Jak však jejich vývoj dospívá (s rostoucím podílem IPF souvisejících s výroba nebo strojírenství), vytváří se prostor pro vznikající technologie. Například patentová aktivita v polovodičových bateriích, kde se používají pevné elektrolyty, se od roku 2010 zvyšuje v průměru o 25 % ročně a očekáváme, že tento trend bude pokračovat i v roce 2022. Oblastí výzkumu je také výzkum nových materiálů elektrod. stabilní růst s velkým potenciálem pro objevy, které by nahradily stávající kompozice – oxid lithný a kobaltnatý byl v roce 2005 převládajícím katodovým materiálem, který byl poté do roku 2011 překonán oxidem lithno-nikl-kobalt-manganu, přičemž lithium-nikl-kobalt-hliník nyní ukazuje velký slib. Je zřejmé, že stále existuje prostor pro značný pokrok v technologii baterií.
Trvalý pokrok v oblasti vodíku
Po nejvýznamnějším nárůstu celosvětové aktivity v oblasti technologií souvisejících s vodíkem na počátku 21. století, kdy počet IPF vzrostl z 517 v roce 2000 na více než 2 000 do roku 2008, si patentová aktivita udržela rostoucí trend, i když vykazuje pomalejší růst než například technologie baterií.
Významnou překážkou v širším využívání vodíku je pomalejší růst koncového trhu s jeho aplikacemi ve srovnání s jinými čistými zdroji energie, jako je slunce nebo vítr. Je však stále jasnější, že je zapotřebí širší pobídky a přijetí vodíku, přičemž mnoho zemí nedávno oznámilo národní vodíkové strategie – například britská vodíková strategie ze srpna 2021 (včetně 240 milionů liber „Net Zero Hydrogen Fund“), německý H2 Globální program (červen 2021) a širší rámec vodíkové strategie EU (červenec 2020).
V důsledku toho se zdá pravděpodobné, že rostoucí investice do odvětví vodíku povedou nejen k rozšíření stávajících technologií, ale i k urychlenému vývoji nových a nově vznikajících technologií; Systémy s anexovou membránou jsou velmi slibné pro zlepšení účinnosti tradičních alkalických článků a překonání požadavků na platinu v systémech výměny protonů, zatímco elektrolyzéry s pevným oxidem a keramickými elektrolyty mohou využívat páru s působivou účinností konverze. Rostoucí zaměření na vodík v čistých technologiích se odráží v udělení ceny Earthshot „Fix Our Climate“ společnosti Enapter – přednímu vývojáři technologie elektrolyzérů AEM – koncem roku 2021.
Solární energie
Celosvětová solární fotovoltaická výroba vzrostla v roce 2020 o 156 TWh (23 %) na 821 TWh, což představuje druhý nejvyšší absolutní nárůst výroby ze všech obnovitelných zdrojů. To je v nemalé míře způsobeno relativně brzkou tržní konsolidací technologie anorganických fotovoltaických článků as tím souvisejícím poklesem cen v následujících letech.
Navzdory těmto pokrokům je stále třeba dosáhnout významného pokroku, abychom dosáhli četných národních a globálních cílů v oblasti obnovitelné energie. Například k dosažení cíle EU dosáhnout 40 % obnovitelných zdrojů do roku 2030 se odhaduje, že solární kapacita by se musela zvýšit ze 137 GW (od roku 2020) na přibližně 660 GW. Splnění tohoto požadavku může zahrnovat nebo dokonce vyžadovat další inovace v technologii solárních fotovoltaických článků.
Takový vývoj se již potenciálně připravuje: od roku 2010 dochází k trvalému nárůstu IPF týkajících se organických fotovoltaických článků, čímž předstihl počet jiných patentů na fotovoltaické články v roce 2015. Ve srovnání s převládajícími anorganickými fotovoltaickými články na bázi křemíku které využívají organické malé molekuly/polymery absorbující světlo, mají potenciál poskytnout mnohem levnější, ekologičtější a přizpůsobitelnější alternativu, která by mohla být vyráběna ve velkém měřítku. Očekáváme, že v nadcházejícím roce uvidíme více této technologie.
Recyklační technologie
Odpady jsou již dlouho nevyhnutelným důsledkem ekonomických a výrobních procesů, které se staly základem většiny prvků moderního života. Výhody využití odpadních materiálů je však stále těžší ignorovat; kromě snížení emisí z rozsáhlých těžebních operací, zpomalení vyčerpání přírodních zdrojů a omezení ekotoxicity může zmírnit nákladné kolísání cen a/nebo dodávek klíčových materiálů. Jako příklady tohoto přístupu jsou již nějakou dobu v centru pozornosti alternativní materiály a recyklovatelné plasty, na které se vývoj stále zaměřuje, ale pokrok v jiných oblastech byl často pomalejší.
Například neustále rostoucí poptávka po Li-ion bateriích s postupem elektrifikace je v ostrém kontrastu s recyklací, jakmile dosáhnou fází konce životnosti: v roce 2019 se míra recyklace Li- iontových baterií v USA bylo méně než 5 %. Vzhledem k odhadu, že jen v roce 2019 by elektromobily prodané v roce 2019 měly za následek 500 000 tun odpadu z baterií, je jasné, že je zapotřebí značné zlepšení. V nadcházejících letech je proto dostatek prostoru pro inovace pro škálovatelné, efektivní a čisté procesy recyklace baterií.
Jak již bylo zmíněno, plasty jsou dalším hlavním cílem recyklační technologie. Poměrně často to znamená vývoj procesů umožňujících efektivní separaci a opětovné použití stávajících plastů, ale návrh nových polymerů zaměřených na inherentní recyklovatelnost je oblastí rostoucí aktivity – IPF se v této oblasti mezi lety 2015 a 2019 zdvojnásobily. V této kategorii je několik slibných cest pro další vývoj, včetně vitrimerů, které se skládají ze specifického typu dynamické polymerní sítě schopné měnit svou topologii bez výkyvů v celkové konektivitě.
Obecněji v oblastech souvisejících s recyklací si aktivita v oblasti přihlašování patentů v posledních letech udržuje vzestupný trend. S iniciativami, jako je akční plán EU pro oběhové hospodářství, přijatý v březnu 2020, se zdá pravděpodobné, že patentová činnost v oblasti recyklačních technologií bude v nadcházejících letech nadále stabilně růst.
