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水行业科技创新模式 驱动力与新理念

时间:2021-12-09

    前不久,江苏省(宜兴)环保产业技术研究院联合江苏省环保装备产业技术创新中心 在北京举办了“环保科技创新与产业化培育研讨会”,从产业生态构建出发,沿着创新链 条推进的各关键阶段——科研理念、技术验证、产业应用、规模化复制,分别邀请跨越科 研与产业的实践者和开拓者共同展开了探讨。 

    由于线上线下观众反响热烈,JIEI 创新实验室将陆续展示本场研讨会的精彩内容。 

    本文来自此次研讨在科研理念篇由国际水协会(IWA)全球水务科技信息总监李涛博 士分享的“水行业科技创新模式、驱动力与新理念”。以下为分享的核心内容。

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    我们为什么要创新? 

    水行业最大的目标也是全世界水务同行要为之奋斗的目标,即为了联合国可持续发展 目标(其中第六个目标是全世界所有人都能拥有清洁的饮用水服务和卫生及污水处理设施) 而奋。 

    联合国可持续发展目标(SDGs)是联合国制定的 17 个全球发展目标,在 2000-2015 年 千年发展目标(MDGs)到期之后继续指导 2015-2030 年的全球发展工作。联合国可持续发 展目标 (SDGs) 旨在从 2015 年到 2030 年间以综合方式彻底解决社会、经济和环境三个维度 的发展问题,转向可持续发展道路。

    现在是 2021 年,离 2030 年目标的计划实现时间越来越近了。然而目前的形式仍十分严 峻,全世界还有 22 亿人缺乏干净的饮用水,42 亿人缺乏污水和卫生服务。 

    不仅如此,在实现远大目标的过程中我们还面临着许多难题:气侯变化、水资源短缺、 城市化与人口增长,以及基础设施老化等发展障碍…… 

    到 2050 年,全球人口将由如今的 60 多亿增加到 90 亿,对食品、蛋白质、肉类等的需求都会大幅度增加。而相应的,各行业对能源的需求也会增加,而这些都需要耗费大量的水。 因此全球急需解决水资源和淡水资源短缺的重大难题。 

    水行业会面临这样的挑战:我们需要在消耗更少资源的基础上做更多事情。

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    这就要求我们必须摒弃传统的不合适宜的发展思路,不得不创新。传统的水处理的思 路是以能耗换水质,特别是在污水处理领域。而这种思路是不可持续的,所以我们必须要 创新。 

    什么是创新? 

    佛大学经济学知名教授熊彼特认为创新不是一个技术概念,而是一个经济学概念。 创新(Innovation)必须是在实践中成功应用的想法和理念,而不是发文章、注册专利。 因为那些只是发明 (Invention),并没有实践。

    创新的成功离不开三个要素——“人、财、事”。即拥有相关技术并具有竞争力的人、 持续的财政投入,以及可辨识的需求。特别是最后一项,市场上有相应的正反馈的需求才 能开展相关的工作。因此,创新的起点应当从市场需求开始。 

    水行业的创新有哪些驱动力? 

    荷兰代尔夫特理工大学的 Mark van Loosdrecht 教授总结创新驱动力为“好奇心(WHY)  + 技术挑战 (HOW)+ 市场需求 (CAN)”。 

    大学是研究机构,并不是创新研究所。真正做创新,需要与市场有具体的结合,才能 将想法变成生产力或生产资料。 

    从专家和学者两者出发,更好地理解创新。学者是大学和研究机构的研究人员,学 者们根据资料写文章和总结,将科学原理解释清楚,属于“知”(Interpretation) 的范围。 专家们往往是在实践中真正的运行人员,需要在实践中摸索前进,找到实践方案,属于 “行”(Solution) 的范围。 

    我认为真正的创新需要“知行合一”。脱离“行”只为“知”,或者脱离“知”只为“行”, 都不是真正的创新。 

创新的模式 

    传统的创新模式是线性模式,由政府来投钱,进入基础研究,再到应用研究、产品开发, 最后通过企业的孵化,通过税收的形式返还给政府。这种模式最大的弊端就是这种线性传 递,每传递一次能量和信息就会受到损失,而一旦某个环节中断,创新的链条就无法继续。

    现今最先进的模式叫做循环反复模式。即将各个利益相关体结合在一起,由一个关键 人员来协调产品、市场开发等各方资源。这个人是有企业家精神的人,会协调各方的资源, 理解各方的利益、痛点和诉求。

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    创新是大浪淘沙的过程,从开始做基础研究,通过这一系列过程之后,最后的最佳实 践可能只有有限的数量。一个创新的技术一开始很快进入市场,最后又消亡或者被稳定化, 都是很正常的。它累积的处理能力或是累积套数逐渐到达一个平稳的阶段。 

    表面上看,我们的创新是走了连续的正态分布曲线,但实际上的情况是,很多技术狂 热者从起点开始,做了两三套应用以后并没有被市场接受,而跌入了一个死亡之谷。

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    创新有 6 大过程:从发现问题、提出想法、生成知识产权、制成装备或系统、构想工艺, 直达找到解决方案。相应的,应用也有 6 大阶段,分别是:应用研发、中试研究、示范工程、 早期应用、快速推广、成熟应用。 

    大多数水处理技术走完 6 个阶段需要 12-14 年,在风险投资的眼里,这需要跨越 2-3 个 投资周期。由于时间过长,这也成为很多资本在投资水行业时慎重考虑的问题。

    创新的驱动力 

    为了加速创新,创新有两个内在推动力:危机驱动和价值驱动。 

    对于水行业的危机驱动,一般是新法律法规的实施。例如在法律法规体系新增的提标 改造和提质增效,就对行业有很好的促进作用,很多新技术或是过去尚未启用的技术有机会被快速应用。 对于价值驱动,简而言之是用更低的能耗达到更高的效率。

    水行业有两个 30% 准则,即是否提高了 30% 的效率,或者降低了 30% 的成本。如果两者都能实现,该技术也是属 于创新领域的范畴。

    从危机驱动方面来说,上世纪八十年代在美国的切萨皮克湾地区,为了保证下游水产 养殖扇贝的质量,政府要求沿流域区的污水处理厂要改用非药剂或者少药剂的消毒方式。 立法颁布后,马上就有很多紫外设备得到应用。 

    所以,在我们环保行业中一定要把握这种危机驱动的机会。中国每个五年计划都有相 关的诉求,要紧跟诉求走,同时坚持价值创造。

    此外,危机驱动的条件下,把握时机同样也十分重要。2008 年前后,北美涌现众多污 泥处理技术公司,押注美国可能即将立法,禁止污泥土地利用。而污泥减量必须要找到其 他出路,会烧掉或者处理成为生物碳。事实上,污泥土地利用成本相对低,且更具合理性, 美国最终并未出现相关立法。此后众多以气化和热解为核心技术的初创型公司从市场上消 失。这个例子说明技术做早了,也没法把握好时机。 

    研发资金持续投入是创新成功的保障。我们总结一下四大与水相关的公司:法国的苏 伊士、美国的赛莱默和 EVOQUA 懿华、日本的栗田工业。他们对研发持续投入,虽然投 入的占比不一样,比如以设备和装备为主的赛莱默的投入占比非常高,以运营为主的苏伊 士占比稍微低,但他们的研发投入的总量都是很高的。

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    而中国的水务公司几乎没有能够达到这样的水平的。所以中国公司要赶上国际顶尖的 水务公司,在研发资金投入上是十分重要的。 

    另外,我们在做选择的时候,要尽量避开出“力”难出“功”的创新技术。技术其实是有“通 货膨胀”的,很多技术投资很多、文章很多、专利也很多,但是鲜少能够真正进入市场。 例如微生物燃料电池,这类技术至今还没有大规模的突破。这类出“力”难出“功”的创 新技术在选择时就要慎重。 

    推动水科技创新的成功要素 

    第一是方法论。做技术选择的时候,不能仅靠专家经验做评估,应当有个方法体系支撑。 技术成熟度(Technology Readiness Level,简称 TRL),是国际上广泛应用的技术发展管理工具。     但 TRL 虽好可能并不太适合水行业。因为 TRL 是美国 NASA 和国防部评估他们的装 备技术成熟度的。NASA 发射火箭,国防部做军事装备,都是稀缺的装备,对于他们来说 技术成熟度只需两三台套,至多十台套就足够了。 

    而水行业真正被认为技术成熟,技术产品拥有二三十台套以上才会被写入标准,才会被认为成熟。因此,我们需要找到一个适合我国水行业的方法来评估技术成熟度,下面 这张图来自江苏省(宜兴)环保产业技术研究院高嵩院长,他们在水专项里对技术评估 进行了研究。

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    技术成熟度评估还有很多的框架,是有方法论体系的。包括成本效益分析、生命周 期分析、多目标决策分析……我所参加的国内专家会鲜少看到方法体系的使用。而专家 其实必须对所研究领域的方法体系有详细了解,所以在机制上我们要有所创新。 

    第二是平台建设。高嵩院长已经讲了 Wetsus。包括 Wetsus 在内,我去过几乎所有的 国际水科技创新平台进行交流和调研,我认为我们中国要建立一个真正的公共的开放型 平台。

    第三是机制。中国水环境集团的曹效鑫博士总结的三个“P”我认为是十分值得学习的。 第一是 Platform,技术针对的需求是否旺盛持续;第二是 Patent 专利,即技术是否形成专利, 是否形成装备,是否有可触摸的知识产权;第三是 Paper,是否有一定原理的突破 , 形成 文章发表。

    我也总结了三个“B”。第一是 Build 构建 , 技术创新必须要有能力、人和知识储备; 第二是 Broker 经纪人 , 要有专业的技术转移服务机构,典型的案例是斯坦福的技术转移 办公室,硅谷之所以成功与之是有强烈关系的;第三是 Boost 增长 , 每个大学的技术转移 办公室能使行业涌现一批人,致力于某方面技术的研究,其与行业的投资机构以及其它 的商业模式合作,能让技术迅速转化成生产力。

新理念驱动颠覆性创新 

    再讲几个新理念,创新往往始于理念创新。水行业有哪些新理念?我仔细总结了几 个词,这几个新理念会重塑水行业:

    Wastewater——Used Water:污水不会成为废水,而是像二手车一样,被多次回收利用。 在新加坡,所有的官方文献中污水这个词都是用“Used Water”替代。

    WWTP——Resources Plant:污水处理厂已经变成资源回收厂,回收各类资源。第一 个实现能源供给的污水处理厂是奥地利的 Strass 污水处理厂,2006 年就通过厌氧消化产 甲烷并热电联产实现了 108% 的能源自给率,目前他们还在用该厂剩余污泥与厨余垃圾 共消化使能源自给率高达 200%,可以向厂外输出一半所产生的能量。

    Flush Toilet——Non-sewered Sanitation:抽水马桶变成无污水卫生设施后是否还要纳 入市政管网?

    Data——Digitalization:水务公司是否做产业数据化,数据的管理、数据的挖掘、数 据的应用?人工智能跟水务的结合。以智慧汽车为例,其是从传感器、物联网和人工智 能形成的一套自动驾驶体系。水行业其实也是一样的,也是需要新的传感器、物联网、 人工智能结合形成智慧水务。我们现在需要关注是否有新的传感器、新的通讯协议、新 的算法?这三者如果能结合在一起,真正的数字水务或者智慧水务是可以实现的。 

    总结 

    我们水行业是应用型行业,一定要拥抱各个学科的发展,包括材料、数字技术、化学、 生物等。我们一定要以开放的心态多与别的学科交流。这种横向结合的创新是很好的一 种创新方式。     最后总结一下,水行业的创新是比较慢的,需要两到三个投资周期,需要大家有耐心。 不仅投资要有耐心,研发团队也要有耐心。在创新模式里,需要一位对技术非常敏感, 并具有商业领导力的人。危机驱动是我们需要把握的,但是不要踩错点,同时也要考虑 价值驱动的长期性。上面讲到的推动水科技创新的成功要素——方法论体系、平台建设、 BBB 和 PPP 等是很好的促进创新的机制。作为国际水协会,我们希望通过我们的努力来 加速水行业的创新,帮助创新者和创新技术跨越所谓的“死亡之谷”。

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