L'attention du monde reste, à juste titre, concentrée sur l'objectif d'innover vers la neutralité carbone - les promesses du récent sommet COP26 ne sont que les plus récentes depuis des décennies de réformes. En conséquence, les 20 dernières années ont vu des changements spectaculaires dans le paysage des brevets de technologies propres.
Depuis 2017, il y a eu une croissance annuelle moyenne de 3,3 % des brevets énergétiques à faible émission de carbone, une augmentation plus rapide que dans tous les autres domaines technologiques. Malgré cela, un rapport de l'AIE de 2020 a conclu que le secteur de l'énergie n'atteindrait des émissions nettes nulles que s'il y avait une poussée mondiale significative et concertée pour accélérer l'innovation. Du point de vue des sciences de la vie et de la chimie, certaines tendances à surveiller en 2022 sont : les progrès de la technologie des batteries ; des progrès soutenus dans le développement de l'hydrogène ; cellules solaires photovoltaïques (PV); et les progrès de la technologie de recyclage.
Boom de la batterie
Le stockage d'énergie chimique compact mais accessible des combustibles fossiles est la propriété qui a soutenu leur domination dans le paysage énergétique au cours du siècle dernier. Cependant, avec la transition mondiale vers les énergies renouvelables, il devient de plus en plus important de fournir des moyens efficaces de stockage de l'énergie électrique. En tant que telle, la technologie des batteries a été l'un des pionniers de la croissance de l'activité des brevets au cours des deux dernières décennies. Entre 2000 et 2018, le nombre annuel de familles internationales de brevets (FPI) dans toutes les technologies a augmenté de 213 %, contre une augmentation de 704 % des FPI liées au stockage de l'électricité. Parmi ceux-ci, 9/10 brevets liés aux technologies de batterie.
Même avec cette croissance remarquable du secteur, des efforts supplémentaires ont été déployés ces dernières années pour encourager un développement ultérieur, dont nous prévoyons de commencer à remarquer les résultats d'ici un an ou deux. Notamment, le partenariat BATT4EU (entre la Commission européenne et le BEPA) a été annoncé en juin 2021, visant à dynamiser la recherche et l'innovation européennes sur les batteries avec un budget de 925 millions d'euros. Le Royaume-Uni continue également de consacrer des ressources à ce domaine – en mars 2021, l'institution Faraday, soutenue par le gouvernement, s'est engagée dans un programme de 22,6 millions de livres sterling qui vise à développer la sécurité des batteries, y compris sa fiabilité et sa durabilité, dans un certain nombre de domaines.
Les batteries Li-ion sont devenues le système dominant autour duquel l'innovation est largement concentrée, représentant 45 % de l'activité de brevetage relative aux cellules de batterie en 2018. Cependant, à mesure que leur développement mûrit (avec une proportion croissante d'IPF liés à fabrication ou ingénierie), un espace est créé pour les technologies émergentes. Par exemple, l'activité de brevetage dans les batteries à semi-conducteurs, où des électrolytes solides sont utilisés, a augmenté en moyenne de 25 % par an depuis 2010 et nous prévoyons que cette tendance se poursuivra en 2022. L'exploration de nouveaux matériaux d'électrode est également un domaine d'intérêt. une croissance régulière, avec un grand potentiel de découvertes pour supplanter les compositions existantes - l'oxyde de lithium cobalt était le matériau de cathode dominant en 2005, qui a ensuite été dépassé par l'oxyde de lithium nickel cobalt manganèse en 2011, le lithium nickel cobalt aluminium étant désormais très prometteur. De toute évidence, il y a encore de la place pour des progrès considérables dans la technologie des batteries.
Des progrès soutenus dans l'hydrogène
Suite à la plus forte augmentation de l'activité mondiale dans les technologies liées à l'hydrogène au début des années 2000, où le nombre d'IPF est passé de 517 en 2000 à plus de 2 000 en 2008, l'activité de brevetage a maintenu une tendance à la hausse, bien qu'elle ait enregistré une croissance plus lente que , par exemple, la technologie des batteries.
Un obstacle important à l'utilisation plus large de l'hydrogène est la croissance plus lente du marché final pour ses applications, par rapport à d'autres sources d'énergie propres telles que l'énergie solaire ou éolienne. Cependant, il devient de plus en plus clair qu'une incitation et une adoption plus larges de l'hydrogène sont nécessaires, de nombreux pays ayant récemment annoncé des stratégies nationales pour l'hydrogène - par exemple, la stratégie britannique sur l'hydrogène d'août 2021 (y compris un « Fonds net zéro hydrogène » de 240 millions de livres sterling), l'Allemagne H2 programme global (juin 2021), et le cadre plus large de la stratégie hydrogène de l'UE (juillet 2020).
Par conséquent, il semble probable que l'investissement croissant dans le secteur de l'hydrogène conduira non seulement à la mise à l'échelle des technologies existantes, mais au développement accéléré de technologies nouvelles et émergentes ; Les systèmes à membrane échangeuse d'anions sont très prometteurs pour améliorer l'efficacité des piles alcalines traditionnelles et surmonter les exigences en platine des systèmes d'échange de protons, tandis que les cellules d'électrolyseur à oxyde solide avec des électrolytes céramiques peuvent utiliser la vapeur avec des rendements de conversion impressionnants. L'attention croissante portée à l'hydrogène dans les technologies propres se reflète dans l'attribution du prix Earthshot "Fix Our Climate" à Enapter - les principaux développeurs de la technologie d'électrolyseur AEM - fin 2021.
Solaire
La production solaire photovoltaïque mondiale a augmenté de 156 TWh (23 %) en 2020 pour atteindre 821 TWh, ce qui représente la deuxième plus forte croissance absolue de la production de toutes les énergies renouvelables. Cela est dû en grande partie à la consolidation relativement précoce du marché de la technologie des cellules photovoltaïques inorganiques et à la baisse des prix associée au cours des années suivantes.
Malgré ces avancées, des progrès significatifs doivent encore être réalisés pour atteindre les nombreux objectifs nationaux et mondiaux en matière d'énergies renouvelables. Par exemple, pour atteindre l'objectif de l'UE d'atteindre 40 % d'énergies renouvelables d'ici 2030, on estime que la capacité solaire devrait passer de 137 GW (à partir de 2020) à environ 660 GW. Répondre à cette exigence peut impliquer, voire nécessiter, d'autres innovations dans la technologie des cellules solaires photovoltaïques.
De tels développements sont potentiellement déjà en cours : depuis 2010, il y a eu une augmentation constante des IPF concernant les cellules PV organiques, dépassant le nombre d'autres brevets de cellules PV en 2015. Par rapport aux cellules PV inorganiques à base de silicium qui prévalent, celles-ci qui utilisent de petites molécules/polymères organiques absorbant la lumière ont le potentiel de fournir une alternative beaucoup moins chère, plus respectueuse de l'environnement et personnalisable qui pourrait être produite à grande échelle. Nous nous attendons à voir plus de cette technologie émerger dans l'année à venir.
Technologie de recyclage
Les déchets sont depuis longtemps une conséquence inévitable des processus économiques et de fabrication qui sont devenus fondamentaux pour la plupart des éléments de la vie moderne. Cependant, les avantages de la récupération des déchets sont de plus en plus difficiles à ignorer ; en plus de réduire les émissions des opérations minières extensives, de ralentir l'épuisement des ressources naturelles et de limiter l'écotoxicité, il peut atténuer les fluctuations coûteuses des prix et/ou de l'approvisionnement en matériaux clés. À titre d'exemples de cette approche, les matériaux alternatifs et les plastiques recyclables sont à l'honneur depuis un certain temps et constituent toujours un axe de développement important, mais les progrès dans d'autres domaines ont souvent été plus lents.
Par exemple, la demande toujours croissante de batteries Li-ion, avec les progrès de l'électrification, contraste fortement avec l'activité de recyclage une fois qu'elles arrivent en fin de vie : en 2019, le taux de recyclage des batteries Li- batteries ioniques aux États-Unis était inférieure à 5%. Compte tenu de l'estimation selon laquelle les voitures électriques vendues en 2019 entraîneraient à elles seules 500 000 tonnes de déchets de batteries, il est clair qu'une amélioration considérable est nécessaire. Il y a donc beaucoup de place pour l'innovation dans les années à venir pour des processus de recyclage des batteries évolutifs, efficaces et propres.
Comme mentionné précédemment, les plastiques sont un autre objectif majeur de la technologie de recyclage. Bien souvent, cela signifie développer des procédés pour permettre une séparation et une réutilisation efficaces des plastiques existants, mais la conception de nouveaux polymères axés sur la recyclabilité inhérente est un domaine d'activité en croissance - les IPF dans le domaine ont doublé entre 2015 et 2019. Dans cette catégorie se trouvent plusieurs avenues prometteuses pour un développement ultérieur, y compris les vitrimères, qui consistent en un type spécifique de réseau polymère dynamique capable de changer de topologie sans fluctuations de la connectivité globale.
Plus généralement dans les domaines liés au recyclage, l'activité de dépôt de brevets a maintenu sa tendance à la hausse ces dernières années. Avec des initiatives telles que le plan d'action pour l'économie circulaire de l'UE, adopté en mars 2020, il semble probable que l'activité de brevetage dans les technologies de recyclage continuera de croître solidement dans les années à venir.
