迈向气候碳中和之路──全球前2000大企业研发趋势

工研院产科国际所 / 胥智文 博士

前言

近几年来最重要的课题莫过于气候变迁造成的巨大影响,如何达到气候碳中和的目标变成这个世代最重要的挑战。这两年因为COVID-19造成人类活动的降低,反而暂时性的大幅减少温室气体排放。如何快速减少碳排放则需要科技与创新的努力来达到最终净零碳排的目标相形重要。

此次欧洲执委会共同研究中心(EC-JRC, European Commission’s Joint Research Center)与经济合作暨发展组织(OECD, the Organization for Economic Co-operation and Development)一起合作探讨全球前2000大企业研发投资在气候碳中和议题的投入资源,由分析专利、注册商标两个方向来了解各区域的大企业所关注与开发的创新科技重点方向,由此报告也可以了解这些顶尖的企业投资所扮演的角色。

全球前50企业与关注技术领域

文末提供的表1中所呈现的是全球前50企业在专利与商标上关于气候碳中和议题的技术领域与产品。这些排名前50家企业的气候碳中和议题专利数量占全球前2000大企业相关专利数量的62%,商标数量则占比47%。

这些技术领域分类则有60%属于运输设备类,这个列表前五家企业则专利数量占比超过3%,第一名为韩国的LG Chem,公司专注于电池生产,依序为Ford Motor、General Electronic。在商标上则前三名分别为LG Electronics、Mitsubishi Electronics、Tata Motors。就专利资料的所属企业的地区分布来看,62%位于亚洲地区(40%于日本、12%在韩国、10%在中国),18%位于欧盟(10%于德国),以及18%在美国。在商标数量上,则有60%企业位于亚洲(42%在日本,12%在中国),18%在德国、6%在美国。技术领域来看,则有40%在运输设备,22%在计算机与电子领域。商标来看,则有24%在运输设备、16%在计算机与电子、12%在电子设备。

从这些企业所专注的产品与技术领域,可以窥探在碳中和目标上研发投资的重点领域以及方向。如图1所列出专利与商标的排名前五大技术领域,分析2016-2018年期间的相关资料,专利方面分别为运输设备、计算机与电子、机械、化学以及电子设备。在商标部份则前五名为计算机与电子、运输设备、电子设备、机械以及化学。

图1:技术领域前五名的重点方向在专利(左)商标(右)的分布

从专利家族的分类来看技术领域的分布,如图2所显示,在电力与能源族群为第一名占有42%的碳中和相关专利,24%为运输设备,18%为建设。然而信息服务(IT services)以及通讯领域占比不到5%。由此可见近期政策主导议题(如再生能源、电动载具)下,率先影响的专利布局方向。未来在影响碳中和的显著领域(如数位科技的分析与连结所消耗大量能源的议题),仍尚未投资在低碳技术的创新研发。

图2:专利家族的技术分布比例与排名

从商标的技术领域排名上所表示的是开发的产品与服务重点排名,如图3显示示排名第一仍为电力与能源领域,占比约50%,其次为电子设备与运输设备,占比分别约20%。表示在未来开发再生能源以及电动载具的产品与服务上为明显的重点方向。

图3:注册商标的技术分布比例与排名

数位转型与绿色转型的相辅相成

由于大量的能源消耗来自于数位科技的使用,所以合理的考量从数位转型的解决方案提供来带动绿色转型的碳中和改善。例如智慧电网(Smart grids)的解决方案就是因为资通讯技术的投入来改善能源与生产的效率。积层制造(3D printing)、物联网(Internet of Things)、人工智能(Artificial Intelligence)等技术可大幅改善能源、材料效率以及生产制造的循环寿命周期。藉此来减少能源损耗而大幅改善碳排放数量。透过分析每一件专利与商标的分类与内涵,将与资通讯技术相关的列出作分析排序,由图4可以看出在气候变迁改善技术(CCMA, Climate Change Mitigation and Adaptation)专利上约20%具有资通讯科技的内涵。不意外的其中最高的为信息服务以及计算机与电子这两类,将近55%的专利有资通讯相关技术。其他较低关联的技术领域如制药、电子设备、机械、以及化学等,这些能源消耗大的产业仍然没有太多比重有资通讯相关技术来改善碳排放,表示数位转型的应用在这些产业仍有大幅改善的空间。

相较之下,在商标与资通讯相关的分析归类上,如图5的资料显示超过60%商标均有相关联。前五名分别为通讯、其他制造、信息服务、金融保险以及出版传播等产业,将近80%以上的关联性!表示在这些领域的产品商业化的角色上,信息科技在影响这些产业在碳中和改善的过程扮演重要的角色。

图4:专利分析上与信息科技相关的比重与排名
图5:商标分析上与信息科技相关的比重与排名

国家与区域的技术优势差异

在气候碳中和议题上,与各国家与区域的政策及产业发产趋势息息相关,透过专利发明人所在的不同国家与区域,可以窥见各国的发展重点与趋势。从图6可以看出在此议题的专利发明数量上,各经济体的比重与顺位分别为日本(32.2%)、欧盟(20.8%)、美国(20.0%)、韩国(13.6%)、中国(6.9%)、英国(2.2%)以及台湾(1.1%)。其中欧盟地区排序分别为德国(11.6%)、法国(4.1%)、丹麦(1.0%),其中德国的专利就超过欧盟地区的一半以上。

图6:气候碳中和专利数量与国家地区的关联性与占比

在国家与地区的技术发展差异上,利用指标:公开技术优势(RTA, Revealed Technology Advantage)来比较呈现其差异。RTA定义为某个技术在某个国家的比重,相较于这个技术在全球的比重,若RTA为0,表示该国家并无申请任何该技术的专利;若RTA小于1,表示该国的该技术优势低于全球的技术优势。

由图7可见在气候碳中和的议题上,欧盟地区(E27)的技术优势优于全球。丹麦的技术优势达2.7,远远高过其他国家与区域,显现该国在风力发电的技术发展与专利的强项。第二名的沙特阿拉伯于化学领域应用于氢能以及电池技术的开发,虽然该国的碳中和专利数量上仅占有全球的0.2%。依序的韩国、西班牙、捷克分别在电动汽车与电池、再生能源、电动载具等议题有高度的技术重点与优势。其他如德国、法国、英国、意大利等均优于美国的技术优势。

图7:公开技术优势(RTA)作为指标分析专利在国家与区域的差异

在注册商标的分析上,用相同的RTA指标来观察国家与地区的差异,如图8所示,中国为第一名,几乎是全球的三倍之高。彰显在中国企业于碳中和的议题上,产品开发与商业化的阶段是非常显著的,例如电动车与电池的相关产品,这两类占了中国商标申请的70%。依序的韩国则在再生能源的产品上列为重点,意大利与香港则着重于电动载具,芬兰则专注于循环经济议题。

若以专利与商标的分析各自为X轴与Y轴来比较国家与区域的差异(如图9显示),中国、芬兰、意大利所在的企业着重于产品与服务的开发,而澳洲、丹麦、美国的企业则着重创新研发。

图8:公开技术优势(RTA)作为指标分析专利在国家与区域的差异
图9:以专利与商标来看公开技术优势的国家与区域差异

国家与区域的技术发展重点差异

先前分析得出「电力与能源」、「运输设备」这两个领域的气候创新议题关联度相对于其他领域来得高,细分此两个领域的技术议题为电动载具与电池,以及再生能源。此外,在碳中和议题上,氢能的政策也相对备受瞩目,因此将此三个领域(电动载具与电池、再生能源、氢能)作为零碳排放的评估指标来进行各国家与区域的分析。这三个领域的专利数量占比超过所有的气候碳中和议题专利总数的70%。由图10可以看出在电动载具与电池技术上,主要发展国家为韩国、日本以及中国,再生能源议题上则依序为中国、韩国与欧洲地区,氢能技术的着重则依序为日本、韩国、欧洲。美国则在碳中和的技术创新上并无特定领域方向。欧洲地区则平均发展各项相关的碳中和技术领域。

图11从商标的角度来分析,中国的企业由于区域政策的鼓励与支持,重点发展电动载具的产品与商业化,韩国则着重在再生能源的产品上,日本则明显的着重于提供氢能的商业化解决方案。欧洲则平均发展相关的碳中和议题的产品与服务,美国相较其他国家区域,并没有专注于碳中和议题的产品开发与服务。

图10:以三个技术领域来观察各国家与地区的专利公开技术优势(RTA)差异
图11:以三个技术领域来观察各国家与地区的商标公开技术优势(RTA)差异

结论

所挑选的全球前2000大企业投资者所投入的研发经费占全球所有私人企业研发投资的87%,所申请的专利数量占全球的总数的63%,不过在注册商标上仅占全球数量的6%。在所有的技术领域上,美国地区的企业扮演领先的角色,日本与欧盟的企业则于近几年来有被中国追上的趋势。

表1:全球前50企业碳中和议题之专利数量(左)与商标数量(右)排名

在某些技术领域(运输设备、电子设备、计算机与电子)需要布局专利来保护其产品,在食品、通讯、医药领域上,则重点于使用注册商标来保护其产品。在电子生产、运输与建设领域上则重点投资气候碳中和的创新研发,在资通讯技术上则投资较少于气候碳中和议题上,然而在开发人工智能(AI)的议题上却扮演重要角色,例如再生能源、电动载具以及氢能技术应用。

由专利数量来看,日本企业着重于氢能技术开发,韩国企业则强调电动车与电池,中国企业则重点在再生能源技术。相较之下,欧盟企业则没有专注哪一领域,而是较广泛的发展各项技术来改善碳中和,美国企业则没有显著投入碳中和相关的开发技术。

在产品与商业化的重点来看,中国则因为区域的政策与鼓励优势,大幅重点于电动载具与电池的产品拓展,韩国则在再生能源上投入重点产品开发。此外,碳中和相关的技术创新专利中,有20%与数位相关的元素,在注册商标中则有60%与数位议题相关,可见「数位转型」与「绿色转型」在未来的创新解决方案提供与商业化过程中扮演着相辅相成的角色。

参考资料

  • https://iri.jrc.ec.europa.eu/news/innovation-and-technology-key-enablers-transition-climate-neutrality

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