با رشد روزافزون نیازهای جهانی به انرژی پاک و تلاش برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، خودروهای برقی با استفاده از پیل‌های سوختی هیدروژن به‌عنوان یکی از راهکارهای پایدار برای حمل‌ونقل آینده مطرح شده‌اند. برای تحقق این هدف، زیرساخت‌های گسترده‌ای در سطح جهانی مورد نیاز است که به‌ویژه شامل ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن می‌شود. این ایستگاه‌ها که از اجزای پیچیده‌ای مانند سیستم‌های کنترل، مخازن ذخیره، کمپرسورها و توزیع‌کننده‌ها تشکیل شده‌اند، باید از ایمنی و بهره‌وری بالایی برخوردار باشند. کشورهایی همچون ژاپن، ایالات متحده و کشورهای اروپایی با حمایت دولت‌ها و شرکت‌های بزرگ در ساخت و توسعه این زیرساخت‌ها پیشگام بوده‌اند. در این مقاله، به بررسی روند توسعه فناوری‌های ایستگاه‌های هیدروژن، تحلیل پتنت‌های ثبت شده در این زمینه و توزیع جغرافیایی این اختراعات پرداخته‌ایم و نقش کلیدی کشورها و شرکت‌های پیشرو در شکل‌گیری این زیرساخت‌ها را تحلیل کرده‌ایم.
نیازهای زیرساختی و چالش‌های فناورانه ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن
در مسیر پیشرفت خودروهای برقی با پیل‌های سوختی، ایجاد و گسترش زیرساخت‌های هیدروژنی حیاتی است. این نیاز باعث شده چندین شرکت بزرگ در ژاپن، اروپا، و ایالات متحده با حمایت‌های گسترده دولت‌های محلی، طرح‌های کلان ساخت و توسعه زیرساخت‌های هیدروژنی را آغاز کنند. ایستگاه‌های هیدروژن شامل مجموعه‌ای از واحدهای پیچیده از جمله سیستم‌های کنترل، مخازن ذخیره‌سازی، کمپرسورها، و توزیع‌کننده‌ها هستند. نقش این فناوری‌ها بسیار کلیدی است، چراکه به‌منظور اطمینان از قابلیت اطمینان بالا، بهره‌وری در استفاده از هیدروژن و افزایش ایمنی ایستگاه‌ها، تمامی این اجزا باید هماهنگ و بهینه عمل کنند.
توسعه فناوری‌های مربوط به ایستگاه‌های هیدروژن از دهه ۱۹۹۰ آغاز شده و همچنان در حال تکامل است. با این حال، برخی چالش‌های فناورانه مهم هنوز بر جای خود باقی هستند. یکی از این چالش‌ها، انتقال هیدروژن با فشار بالا از مخازن ذخیره به خودروهای مجهز به پیل سوختی است. همچنین، ادغام واحدهای کلیدی در سیستم‌های کنترلی ایستگاه هیدروژن نیازمند پیشرفت‌های بیشتری است تا عملکرد بهینه و ایمن این ایستگاه‌ها تضمین شود.
تجاری‌سازی ایستگاه‌های هیدروژن به تحقیقات گسترده و شناسایی فناوری‌های کلیدی وابسته است. این تحقیقات به توسعه استراتژی‌های تجاری و افزایش بهره‌وری کمک می‌کنند، که در نهایت شرکت‌ها را به سمت تأمین نیازهای بازار و حفظ انتظارات مخاطبان سوق می‌دهد. برای حفظ رقابت و موقعیت در این بازار، شرکت‌ها باید به‌طور مداوم در برنامه‌های تحقیق و توسعه سرمایه‌گذاری کنند.
پیشگامان توسعه و تحلیل پتنت‌ها
مطالعه پتنت‌های مرتبط با ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن نشان می‌دهد که کشورهای ژاپن، چین، ایالات متحده و کشورهای اروپایی در صدر توزیع اختراعات در این زمینه قرار دارند. تجزیه و تحلیل‌های صورت‌گرفته حاکی از آن است که شرکت‌هایی نظیرKobe Steel، Nippon Oil، Toyota و Honda در میان توسعه‌دهندگان پیشرو قرار دارند. علاوه بر این، شرکت‌هایی همچون Linde، Hyundai، و Texaco نیز به‌عنوان توسعه‌دهندگان فعال و مؤثر در این حوزه معرفی شده‌اند.
روند جهانی ثبت اختراعات ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن
روند افزایشی ثبت اختراعات مرتبط با ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن در نمودار زیر به تصویر کشیده شده است. اولین پتنت در این زمینه توسط شرکت Honda Motor در سال ۱۹۹۸ به ثبت رسید. در طی پنج سال بعد از این ثبت، پیشرفت‌های فناوری در حوزه ایستگاه‌های هیدروژن با سرعتی نسبتاً کند پیش می‌رفت. با این حال، از سال ۲۰۰۲ به بعد، شاهد افزایش قابل‌توجهی در تعداد درخواست‌های ثبت اختراع برای این فناوری‌ها بودیم.
تمرکز پتنت‌ها در ژاپن و رشد جهانی
از نظر توزیع جغرافیایی، ژاپن به‌عنوان پیشگام ثبت اختراعات در این حوزه با ثبت ۴۸۲ پتنت در صدر قرار دارد. همان‌طور که در شکل بالا نشان داده شده، ژاپن از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۶ هر ساله رتبه اول را در تعداد پتنت‌های ثبت‌شده حفظ کرده است. سیاست‌های توسعه انرژی هیدروژنی در ژاپن نقش مهمی در پیشبرد این جایگاه داشته و این کشور را از نظر چگالی ایستگاه‌های هیدروژن نیز به رتبه اول جهان رسانده است.
در کنار ژاپن، کشورهای دیگری مانند چین، ایالات متحده، و اروپا نیز نقش‌های کلیدی در توسعه این فناوری ایفا کرده‌اند. چین از سال ۲۰۰۵ رشد پایداری را در تعداد اختراعات خود تجربه کرده است، در حالی که اروپا با ۱۵۱ پتنت سهم قابل توجهی از کل پتنت‌های ثبت‌شده را داراست، که نشان‌دهنده جایگاه برجسته این منطقه در حوزه فناوری‌های ایستگاه‌های هیدروژن است.
تحلیل توزیع جهانی و طبقه‌بندی اختراعات ایستگاه‌های هیدروژن
شکل زیر اطلاعات جامعی در خصوص کشورهای دارای اولویت برای فناوری‌های ثبت اختراع شده در حوزه ایستگاه‌های هیدروژن ارائه می‌دهد. از این اطلاعات می‌توان نتیجه گرفت که اختراعات مرتبط عمدتاً از کشورهایی مانند ژاپن، ایالات متحده، آلمان، کره جنوبی و چین سرچشمه می‌گیرند. ژاپن و ایالات متحده از نخستین کشورهایی بودند که در اواخر دهه ۱۹۹۰ به تحقیقات و توسعه در این حوزه پرداختند. پس از آن، فرانسه و کره جنوبی نیز با ورود به این عرصه، رشد فناوری در این زمینه را تسریع کردند.
برای درک بهتر اهداف اصلی فناوری‌های ثبت شده، ۸۷۷ پتنت مربوط به ایستگاه‌های هیدروژن بر اساس طبقه‌بندی بین‌المللی ثبت اختراع (IPC) تحلیل شده‌اند. تمرکز اصلی این فناوری‌ها بر کمپرسورها، ذخیره‌سازی فشار بالا و سیستم‌های شارژ هیدروژن است. این بخش‌ها از نظر تعداد ثبت اختراعات نسبت به سایر گروه‌ها برجسته‌تر هستند، که اهمیت استراتژیک آن‌ها در توسعه فناوری ایستگاه‌های هیدروژن را نشان می‌دهد.
جدول بالا تحلیل دقیقی از این زمینه‌های فنی و نتایج مرتبط را ارائه می‌دهد، و شکل زیر نیز توزیع فناوری‌های ثبت شده را نمایش می‌دهد. این شکل نشان می‌دهد که تحقیق و توسعه در زمینه فناوری‌های ایستگاه هیدروژن عمدتاً در گروه‌های فنی C01B 3/00، F17C 5/00، F17C 13/00 و H01M 8/00 متمرکز است. شرح جزئیات این فناوری‌ها، که در این گروه‌های IPC طبقه‌بندی شده‌اند، در جدول بالا آورده شده است.
جمع‌بندی
ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن به‌عنوان یکی از زیرساخت‌های حیاتی در آینده‌ای پایدار و مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر، چالش‌ها و فرصت‌های متعددی را پیش روی خود دارد. رشد ثبت اختراعات در این حوزه از اوایل دهه ۲۰۰۰ نشان‌دهنده افزایش سرمایه‌گذاری و پیشرفت‌های فناوری بوده است. ژاپن، به‌عنوان یکی از پیشگامان، نقش برجسته‌ای در توسعه این فناوری ایفا کرده و از حمایت‌های گسترده‌ای در راستای تجاری‌سازی بهره‌مند شده است. سایر کشورها مانند چین، ایالات متحده و اروپا نیز با رشد مستمر در ثبت پتنت‌ها، به پیشرفت این حوزه کمک کرده‌اند. با تمرکز بر تحقیق و توسعه در زمینه‌هایی چون کمپرسورها، ذخیره‌سازی فشار بالا و شارژ هیدروژن، آینده‌ای روشن برای بهره‌برداری گسترده از این فناوری پیش‌بینی می‌شود. برای دستیابی به تجاری‌سازی و استفاده گسترده، ادامه تحقیقات، نوآوری‌های فنی و همکاری‌های بین‌المللی ضرورت دارد تا این فناوری بتواند سهم عمده‌ای در تحقق اهداف زیست‌محیطی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی ایفا کند.
