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水行業科技創新模式 驅動力與新理念

時間:2021-12-09

    前不久,江蘇?。ㄒ伺d)環保產業技術研究院聯合江蘇省環保裝備產業技術創新中心 在北京舉辦了“環??萍紕撔屡c產業化培育研討會”,從產業生態構建出發,沿著創新鏈 條推進的各關鍵階段——科研理念、技術驗證、產業應用、規?;瘡椭?,分別邀請跨越科 研與產業的實踐者和開拓者共同展開了探討。 

    由于線上線下觀眾反響熱烈,JIEI 創新實驗室將陸續展示本場研討會的精彩內容。 

    本文來自此次研討在科研理念篇由國際水協會(IWA)全球水務科技信息總監李濤博 士分享的“水行業科技創新模式、驅動力與新理念”。以下為分享的核心內容。

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    我們為什么要創新? 

    水行業最大的目標也是全世界水務同行要為之奮斗的目標,即為了聯合國可持續發展 目標(其中第六個目標是全世界所有人都能擁有清潔的飲用水服務和衛生及污水處理設施) 而奮。 

    聯合國可持續發展目標(SDGs)是聯合國制定的 17 個全球發展目標,在 2000-2015 年 千年發展目標(MDGs)到期之后繼續指導 2015-2030 年的全球發展工作。聯合國可持續發 展目標 (SDGs) 旨在從 2015 年到 2030 年間以綜合方式徹底解決社會、經濟和環境三個維度 的發展問題,轉向可持續發展道路。

    現在是 2021 年,離 2030 年目標的計劃實現時間越來越近了。然而目前的形式仍十分嚴 峻,全世界還有 22 億人缺乏干凈的飲用水,42 億人缺乏污水和衛生服務。 

    不僅如此,在實現遠大目標的過程中我們還面臨著許多難題:氣侯變化、水資源短缺、 城市化與人口增長,以及基礎設施老化等發展障礙…… 

    到 2050 年,全球人口將由如今的 60 多億增加到 90 億,對食品、蛋白質、肉類等的需求都會大幅度增加。而相應的,各行業對能源的需求也會增加,而這些都需要耗費大量的水。 因此全球急需解決水資源和淡水資源短缺的重大難題。 

    水行業會面臨這樣的挑戰:我們需要在消耗更少資源的基礎上做更多事情。

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    這就要求我們必須摒棄傳統的不合適宜的發展思路,不得不創新。傳統的水處理的思 路是以能耗換水質,特別是在污水處理領域。而這種思路是不可持續的,所以我們必須要 創新。 

    什么是創新? 

    佛大學經濟學知名教授熊彼特認為創新不是一個技術概念,而是一個經濟學概念。 創新(Innovation)必須是在實踐中成功應用的想法和理念,而不是發文章、注冊專利。 因為那些只是發明 (Invention),并沒有實踐。

    創新的成功離不開三個要素——“人、財、事”。即擁有相關技術并具有競爭力的人、 持續的財政投入,以及可辨識的需求。特別是最后一項,市場上有相應的正反饋的需求才 能開展相關的工作。因此,創新的起點應當從市場需求開始。 

    水行業的創新有哪些驅動力? 

    荷蘭代爾夫特理工大學的 Mark van Loosdrecht 教授總結創新驅動力為“好奇心(WHY)  + 技術挑戰 (HOW)+ 市場需求 (CAN)”。 

    大學是研究機構,并不是創新研究所。真正做創新,需要與市場有具體的結合,才能 將想法變成生產力或生產資料。 

    從專家和學者兩者出發,更好地理解創新。學者是大學和研究機構的研究人員,學 者們根據資料寫文章和總結,將科學原理解釋清楚,屬于“知”(Interpretation) 的范圍。 專家們往往是在實踐中真正的運行人員,需要在實踐中摸索前進,找到實踐方案,屬于 “行”(Solution) 的范圍。 

    我認為真正的創新需要“知行合一”。脫離“行”只為“知”,或者脫離“知”只為“行”, 都不是真正的創新。 

創新的模式 

    傳統的創新模式是線性模式,由政府來投錢,進入基礎研究,再到應用研究、產品開發, 最后通過企業的孵化,通過稅收的形式返還給政府。這種模式最大的弊端就是這種線性傳 遞,每傳遞一次能量和信息就會受到損失,而一旦某個環節中斷,創新的鏈條就無法繼續。

    現今最先進的模式叫做循環反復模式。即將各個利益相關體結合在一起,由一個關鍵 人員來協調產品、市場開發等各方資源。這個人是有企業家精神的人,會協調各方的資源, 理解各方的利益、痛點和訴求。

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    創新是大浪淘沙的過程,從開始做基礎研究,通過這一系列過程之后,最后的最佳實 踐可能只有有限的數量。一個創新的技術一開始很快進入市場,最后又消亡或者被穩定化, 都是很正常的。它累積的處理能力或是累積套數逐漸到達一個平穩的階段。 

    表面上看,我們的創新是走了連續的正態分布曲線,但實際上的情況是,很多技術狂 熱者從起點開始,做了兩三套應用以后并沒有被市場接受,而跌入了一個死亡之谷。

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    創新有 6 大過程:從發現問題、提出想法、生成知識產權、制成裝備或系統、構想工藝, 直達找到解決方案。相應的,應用也有 6 大階段,分別是:應用研發、中試研究、示范工程、 早期應用、快速推廣、成熟應用。 

    大多數水處理技術走完 6 個階段需要 12-14 年,在風險投資的眼里,這需要跨越 2-3 個 投資周期。由于時間過長,這也成為很多資本在投資水行業時慎重考慮的問題。

    創新的驅動力 

    為了加速創新,創新有兩個內在推動力:危機驅動和價值驅動。 

    對于水行業的危機驅動,一般是新法律法規的實施。例如在法律法規體系新增的提標 改造和提質增效,就對行業有很好的促進作用,很多新技術或是過去尚未啟用的技術有機會被快速應用。 對于價值驅動,簡而言之是用更低的能耗達到更高的效率。

    水行業有兩個 30% 準則,即是否提高了 30% 的效率,或者降低了 30% 的成本。如果兩者都能實現,該技術也是屬 于創新領域的范疇。

    從危機驅動方面來說,上世紀八十年代在美國的切薩皮克灣地區,為了保證下游水產 養殖扇貝的質量,政府要求沿流域區的污水處理廠要改用非藥劑或者少藥劑的消毒方式。 立法頒布后,馬上就有很多紫外設備得到應用。 

    所以,在我們環保行業中一定要把握這種危機驅動的機會。中國每個五年計劃都有相 關的訴求,要緊跟訴求走,同時堅持價值創造。

    此外,危機驅動的條件下,把握時機同樣也十分重要。2008 年前后,北美涌現眾多污 泥處理技術公司,押注美國可能即將立法,禁止污泥土地利用。而污泥減量必須要找到其 他出路,會燒掉或者處理成為生物碳。事實上,污泥土地利用成本相對低,且更具合理性, 美國最終并未出現相關立法。此后眾多以氣化和熱解為核心技術的初創型公司從市場上消 失。這個例子說明技術做早了,也沒法把握好時機。 

    研發資金持續投入是創新成功的保障。我們總結一下四大與水相關的公司:法國的蘇 伊士、美國的賽萊默和 EVOQUA 懿華、日本的栗田工業。他們對研發持續投入,雖然投 入的占比不一樣,比如以設備和裝備為主的賽萊默的投入占比非常高,以運營為主的蘇伊 士占比稍微低,但他們的研發投入的總量都是很高的。

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    而中國的水務公司幾乎沒有能夠達到這樣的水平的。所以中國公司要趕上國際頂尖的 水務公司,在研發資金投入上是十分重要的。 

    另外,我們在做選擇的時候,要盡量避開出“力”難出“功”的創新技術。技術其實是有“通 貨膨脹”的,很多技術投資很多、文章很多、專利也很多,但是鮮少能夠真正進入市場。 例如微生物燃料電池,這類技術至今還沒有大規模的突破。這類出“力”難出“功”的創 新技術在選擇時就要慎重。 

    推動水科技創新的成功要素 

    第一是方法論。做技術選擇的時候,不能僅靠專家經驗做評估,應當有個方法體系支撐。 技術成熟度(Technology Readiness Level,簡稱 TRL),是國際上廣泛應用的技術發展管理工具。     但 TRL 雖好可能并不太適合水行業。因為 TRL 是美國 NASA 和國防部評估他們的裝 備技術成熟度的。NASA 發射火箭,國防部做軍事裝備,都是稀缺的裝備,對于他們來說 技術成熟度只需兩三臺套,至多十臺套就足夠了。 

    而水行業真正被認為技術成熟,技術產品擁有二三十臺套以上才會被寫入標準,才會被認為成熟。因此,我們需要找到一個適合我國水行業的方法來評估技術成熟度,下面 這張圖來自江蘇?。ㄒ伺d)環保產業技術研究院高嵩院長,他們在水專項里對技術評估 進行了研究。

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    技術成熟度評估還有很多的框架,是有方法論體系的。包括成本效益分析、生命周 期分析、多目標決策分析……我所參加的國內專家會鮮少看到方法體系的使用。而專家 其實必須對所研究領域的方法體系有詳細了解,所以在機制上我們要有所創新。 

    第二是平臺建設。高嵩院長已經講了 Wetsus。包括 Wetsus 在內,我去過幾乎所有的 國際水科技創新平臺進行交流和調研,我認為我們中國要建立一個真正的公共的開放型 平臺。

    第三是機制。中國水環境集團的曹效鑫博士總結的三個“P”我認為是十分值得學習的。 第一是 Platform,技術針對的需求是否旺盛持續;第二是 Patent 專利,即技術是否形成專利, 是否形成裝備,是否有可觸摸的知識產權;第三是 Paper,是否有一定原理的突破 , 形成 文章發表。

    我也總結了三個“B”。第一是 Build 構建 , 技術創新必須要有能力、人和知識儲備; 第二是 Broker 經紀人 , 要有專業的技術轉移服務機構,典型的案例是斯坦福的技術轉移 辦公室,硅谷之所以成功與之是有強烈關系的;第三是 Boost 增長 , 每個大學的技術轉移 辦公室能使行業涌現一批人,致力于某方面技術的研究,其與行業的投資機構以及其它 的商業模式合作,能讓技術迅速轉化成生產力。

新理念驅動顛覆性創新 

    再講幾個新理念,創新往往始于理念創新。水行業有哪些新理念?我仔細總結了幾 個詞,這幾個新理念會重塑水行業:

    Wastewater——Used Water:污水不會成為廢水,而是像二手車一樣,被多次回收利用。 在新加坡,所有的官方文獻中污水這個詞都是用“Used Water”替代。

    WWTP——Resources Plant:污水處理廠已經變成資源回收廠,回收各類資源。第一 個實現能源供給的污水處理廠是奧地利的 Strass 污水處理廠,2006 年就通過厭氧消化產 甲烷并熱電聯產實現了 108% 的能源自給率,目前他們還在用該廠剩余污泥與廚余垃圾 共消化使能源自給率高達 200%,可以向廠外輸出一半所產生的能量。

    Flush Toilet——Non-sewered Sanitation:抽水馬桶變成無污水衛生設施后是否還要納 入市政管網?

    Data——Digitalization:水務公司是否做產業數據化,數據的管理、數據的挖掘、數 據的應用?人工智能跟水務的結合。以智慧汽車為例,其是從傳感器、物聯網和人工智 能形成的一套自動駕駛體系。水行業其實也是一樣的,也是需要新的傳感器、物聯網、 人工智能結合形成智慧水務。我們現在需要關注是否有新的傳感器、新的通訊協議、新 的算法?這三者如果能結合在一起,真正的數字水務或者智慧水務是可以實現的。 

    總結 

    我們水行業是應用型行業,一定要擁抱各個學科的發展,包括材料、數字技術、化學、 生物等。我們一定要以開放的心態多與別的學科交流。這種橫向結合的創新是很好的一 種創新方式。     最后總結一下,水行業的創新是比較慢的,需要兩到三個投資周期,需要大家有耐心。 不僅投資要有耐心,研發團隊也要有耐心。在創新模式里,需要一位對技術非常敏感, 并具有商業領導力的人。危機驅動是我們需要把握的,但是不要踩錯點,同時也要考慮 價值驅動的長期性。上面講到的推動水科技創新的成功要素——方法論體系、平臺建設、 BBB 和 PPP 等是很好的促進創新的機制。作為國際水協會,我們希望通過我們的努力來 加速水行業的創新,幫助創新者和創新技術跨越所謂的“死亡之谷”。

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