بررسی انواع فن‌آوری‌‌های تولید هیدروژن و تعداد اختراع‌های ثبت‌شده در برخی از فن‌آوری‌‌های پرکاربرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه انرژی‌های تجدیدپذیر، دانشکده انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

امروزه و در عصر انرژی (انقلاب صنعتی پنجم)، رقابت جهانی برای جایگزینی انرژی‌های پاک به‌شدت در حال گسترش است. این موضوع، باعث روی آوردن بسیاری از کشورها به‌سمت استفاده از هیدروژن به‌عنوان یک منبع اولیه انرژی پاک و تجدیدپذیر شده است. در گذشته هیدروژن تنها به‌عنوان یک عنصر کاربردی در صنایع و پس از آن به‌عنوان یک سوخت شناخته می‌شد. اما امروزه، به‌دلیل این موج اشتیاق به هیدروژن، نگرش به هیدروژن تغییریافته است. در حال حاضر، هیدروژن هم به‌عنوان یک منبع سوخت پاک و هم یک خوراک به‌ویژه صنایع پتروشیمی در نظر گرفته می‌شود. در این مقاله، انواع روش‌های مهم تولید هیدروژن بررسی‌شده است. به‌منظور تحلیل فن‌آوری‌‌های به‌کاررفته در تولید هیدروژن، می‌بایست وضعیت گذشته و فعلی هر فن‌آوری‌ را مورد موشکافی قرار داده و با توجه به آن، آینده فن‌آوری‌‌های مورداستفاده در تولید هیدروژن را پیش‌بینی نمود. به همین علت تحلیل اختراع روی چندین روش تولید هیدروژن انجام‌شده است. به‌منظور بررسی تعداد اختراع از پایگاه داده لنز استفاده‌شده است و کلیدواژه‌های مربوط به هر فن‌آوری‌ در این پایگاه جستجو شده است. تحلیل اختراع برای 5 فن‌آوری‌ اصلاح ریفورمینگ بخار متان ، آذرکافت (پیرولیز)، گرماکافت (ترمولیز)، برق‌کافت (الکترولیز) و گازی‌سازی زغال‌سنگ انجام‌شده است. با توجه به تحلیل اختراع انجام‌شده، فن‌آوری‌‌های اصلاح ریفورمینگ بخار متان، گرماکافت و گازی‌سازی زغال‌سنگ در حال حاضر به مرحله بلوغ خود رسیده‌اند و فن‌آوری‌‌های آذرکافت و برق‌کافت هم‌چنان در مرحله رشد خود قرار دارند. هم‌چنین طبق تحلیل انجام‌شده عمده کشورهای ثبت‌کننده اختراع برای هر 5 فن‌آوری‌ بررسی‌شده، ایالات‌متحده آمریکا، حوزه مربوط به سازمان جهانی مالکیت فکری (WIPO)، سازمان ثبت اختراع اروپا و چین بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of Hydrogen Production Technologies and Registered Patents in each Field

نویسندگان [English]

  • Sara Mahmoodian
  • Alireza Parsay
  • Majid Zandi
Renewable Energy Department, Energy Faculty, Shahid Beheshti University, Tehran Iran
چکیده [English]

Nowadays and in the era of energy, the global competition for replacing clean energies is expanding rapidly. This issue has caused many countries to turn to using hydrogen as a primary source of clean and renewable energy. In the past, hydrogen was only known as a useful element in industries. But today, due to this wave of enthusiasm for hydrogen, the attitude towards hydrogen has changed. Currently, hydrogen is considered not only as a fuel source, but also as a feedstock for petrochemical industries. In this article, various important methods of hydrogen production have been reviewed. In order to analyze the technologies used in hydrogen production, the past and current status of each technology should be scrutinized and based on that, the future of the technologies used in hydrogen production should be predicted. For this reason, patent analysis has been done on several hydrogen production methods. Moreover, lens database was used to check the number of patents and keywords related to each technology were searched in this database. Moreover, patent analysis has been done for 5 technologies including methane steam reforming, pyrolysis, thermolysis, electrolysis and coal gasification. According to the patent analysis, the technologies of methane steam reforming, pyrolysis and coal gasification have already reached their maturity stage, and the technologies of pyrolysis and electrolysis are still in their growth phase. Also, according to the analysis conducted, the main countries registering patents for all 5 technologies were the United States of America, the area related to the World Intellectual Property Organization (WIPO), the European Patent Organization, and China.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogen Production
  • Energy Future
  • Patent Analysis
  • Technology Life Cycle
  • Technology Future
[1]. Balsalobre-Lorente, D., Sinha, A., & Murshed, M. (2023). Russia-Ukraine conflict sentiments and energy market returns in G7 countries: Discovering the unexplored dynamics. Energy Economics, 125, 106847, doi.org/10.1016/j.eneco.2023.106847.##
[2]. van Dorsten B. and la Cruz F. L. D. (2022). Decoding the hydrogen rainbow, [Online]. Available: https://www.woodmac.com/news/opinion/decoding-the-hydrogen-rainbow/.##
[3]. IEA, The Future of Hydrogen for G20. Seizing today’s opportunities, International Energy Agency, Vol. 6, No. June, pp. 246–256, 2019.##
[4]. خردادنیوز، چرخش استراتژیک اعراب؛ برنامه بلندپروازانه‌ قطب نفت دنیا برای صادرات انرژی پاک، جستجوگر هوشمند خبری خبربان. [Online. Available: https://38536110.khabarban.com].##
[5]. Amanipour, M., Ganji Babakhani, E., Zamanian, A., & Heidari, M. (2011). Synthesis of a Multilayer Ceramic Membrane Used for Hydrogen Separation at High Temperature. Journal of Petroleum Science and Technology, 1(2), 57-62, doi: 10.22078/JPST.2011.53.##
[6]. Samiee, L., Dehghani Mobarake, M., Karami, R., & Ayazi, M. (2012). Developing of ethylene glycol as a new reducing agent for preparation of Pd-Ag/PSS composite membrane for hydrogen separation. Journal of Petroleum Science and Technology, 2(2), 25-32, doi: 10.22078/JPST.2012.119.##
[7]. Sedaee B. and asghari M. (2025). Investigating the computational fluid dynamics of temperature impact on underground hydrogen storage in carbon dioxide-containing salt caverns, Journal of Petroleum Research, doi: 10.22078/pr.2024.5437.3418.##
[8]. Shahin M. and Simjoo M. (2025). Underground hydrogen storage: an essential step to achieving net-zero carbon goals, Journal of Petroleum Research, doi: 10.22078/pr.2024.5447.3423.##
[9]. Mahmoudian Yonesi, S., Gandomzadeh, M., Mosayyebi, A., Mazlom Farsibaf, M., & Zandi, M. (2024). Modeling the Supply Chain of LNG with System Dynamic Method (Case study: Iran). Strategic Studies in Petroleum and energy Industry, 15(60), 9-9. URL: http://iieshrm.ir/article-1-1640-en.html.##
[10]. Do, T. N., Kwon, H., Park, M., Kim, C., Kim, Y. T., & Kim, J. (2023). Carbon-neutral hydrogen production from natural gas via electrified steam reforming: Techno-economic-environmental perspective. Energy Conversion and Management, 279, 116758, doi: 10.1016/j.enconman.2023.116758.##
[11]. Hoang, A. T., Pandey, A., De Osés, F. J. M., Chen, W. H., Said, Z., Ng, K. H., Ağbulut, Ü., Tarełko, W., Ölçer, A.I. & Nguyen, X. P. (2023). Technological solutions for boosting hydrogen role in decarbonization strategies and net-zero goals of world shipping: Challenges and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 188, 113790., doi: 10.1016/j.rser.2023.113790.##
[12]. Zainal, B. S., Ker, P. J., Mohamed, H., Ong, H. C., Fattah, I. M. R., Rahman, S. A., Nghiem, L.D. & Mahlia, T. I. (2024). Recent advancement and assessment of green hydrogen production technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 189, 113941, doi: 10.1016/j.rser.2023.113941.##
[13]. Zainal, B. S., Ker, P. J., Mohamed, H., Ong, H. C., Fattah, I. M. R., Rahman, S. A., Nghiem, L.D. & Mahlia, T. I. (2024). Recent advancement and assessment of green hydrogen production technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 189, 113941, doi: 10.1016/j.rser.2023.113941.##
[14]. Zainal, B. S., Ker, P. J., Mohamed, H., Ong, H. C., Fattah, I. M. R., Rahman, S. A., Nghiem, L.D. & Mahlia, T. I. (2024). Recent advancement and assessment of green hydrogen production technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 189, 113941, doi: 10.1016/j.rser.2023.113941.##
[15]. Sánchez-Bastardo, N., Schlögl, R., & Ruland, H. (2021). Methane pyrolysis for zero-emission hydrogen production: a potential bridge technology from fossil fuels to a renewable and sustainable hydrogen economy. Industrial & Engineering Chemistry Research, 60(32), 11855-11881, doi: 10.1021/acs.iecr.1c01679.##
[16]. How much CO2 is produced from steam methane reforming?,” Hydrogen Newsletter. [Online]. Available: https://www.hydrogennewsletter.com/how-much-co2-is-produced-from-steam-methane-reforming/.##
[17]. ENGIE InNovation, “Turquoise hydrogen,” 2023. Accessed: May 08, 2024. [Online]. Available: https://inNovation.engie.com/en/news/interview/emerging-sustainable-techNologies-2023/turquoise-hydrogen/29011.##
[18]. Megía, P. J., Vizcaíno, A. J., Calles, J. A., & Carrero, A. (2021). Hydrogen production technologies: from fossil fuels toward renewable sources. A mini review. Energy & Fuels, 35(20), 16403-16415, doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c02501.##
[19]. El-Shafie, M., Kambara, S., & Hayakawa, Y. (2019). Hydrogen production technologies overview, doi: 10.4236/jpee.2019.71007.##
[20]. Megía, P. J., Vizcaíno, A. J., Calles, J. A., & Carrero, A. (2021). Hydrogen production technologies: from fossil fuels toward renewable sources. A mini review. Energy & Fuels, 35(20), 16403-16415, doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c02501.##