碳中和技术从研发到商业化有多难？来自科研人员的亲历经验
撰文 | 张书铭
编辑 | 郭郭
→这是《环球零碳》的第190篇原创
环球零碳
碳中和领域的《新青年》
摘要：技术研发和创新，是实现碳中和目标的关键。目前，五花八门的碳减排技术在全球范围内正呈现井喷式发展，然而，大多数实验室的技术往往很难在工程放大后顺利实现商业化。近日，来自西澳大利亚大学的科研人员，分享了自己成功将甲烷捕集技术商业化的心路历程，并根据经验为同行总结了指导性的几点建议。
科学技术是第一生产力，在碳中和目标实现过程中，这个理念显得尤其重要。
不管是新能源的开发利用，还是减排脱碳的推广，一个重要的关键点是需要技术的不断突破和更新迭代。
技术的创新，不仅可以让可再生能源价格大幅下降，也可以促进二氧化碳的再利用，还有温室气体的监控和捕集，也离不开技术创新和装备制造。
在碳中和成为当今学术界和企业的大热点之一后，五花八门的碳减排技术在全球范围内正呈现井喷式发展。然而，大多数实验室的技术往往很难在工程放大后顺利实现商业化。这个过程非常艰巨。
事实上，不只是碳中和技术，任何一项技术从实验室被探索出来到成功商业化并走入大众的生活，可能要花费十年或更久的时间。以化工领域举例，通常需要长达20年的时间才能使产品走出实验室，进入市场。而专利权的有效期只有20年，这使得科研和商业化转化成为一场与时间的赛跑。
很多技术或许可以发表在世界顶级学术期刊上，让人眼前一亮。但每当问起商业化可能性时，答案总是不确定的。因为有可能在实验室规模的效果很好，在工程放大后会遇到技术难点，或者放大后效果不及预期，又或是成本居高不下难以大规模批量生产。
2022年4月12日，来自西澳大利亚大学的助理研究员Guoping Hu博士在世界顶级学术期刊《自然》（Nature）上发表了评论文章，详细介绍了自己团队把甲烷捕集技术商业化过程和经验，旨在帮助同行加快技术转化。
甲烷占全球温室气体排放的16-20%，而甲烷在大气中释放热量的能力比二氧化碳更强。为了实现对甲烷的捕集，Hu团队开发了一种离子液体沸石吸附材料，实现从混合废气流中高效去除甲烷。
Guoping Hu 分享道：将我们的材料商业化花了十年时间：从在化学实验室中开发它（2011-2018），到在煤矿瓦斯厂中证明其有效性（2018-2021），到制造并开始销售（2019-2021）。
本文将结合Guoping Hu团队甲烷捕集技术商业化的例子，总结了关于加速碳中和技术商业化转化的几点建议，希望能给想在碳中和领域靠技术创业的你一些帮助。
01
产品"5W "的定义
"5W "即：什么是产品，谁是客户，有哪些竞争技术，产品的经济价值是什么，它的社会和环境影响是什么。
Hu团队的产品是一种新型的吸附材料（离子液体沸石；ILZs）。它解决了几十年来挑战化学家的一个难题——将甲烷与空气中的氮气分离。这两种气体具有相似的分子大小、沸点和反应特性，因而分离难度极大。
实验室中研发的ILZ材料适用减少液化天然气工厂排气流中的甲烷排放。针对这一特性，明确了目标客户：液化天然气炼油厂、煤气浓缩厂和垃圾填埋场，以及可再生生物气生产设施。商业化的第一步是首先关注那些能以最低成本从试用技术中获得最大利益的客户。
接下来，需要面对竞争，因为甲烷处理是一个快速发展的领域。有许多处理低品位甲烷混合物的选择，并且每一种都有各自优点和缺点。例如，催化和热氧化器对稀薄的气体流工作良好，但浪费热能。活性碳很便宜，但在分离甲烷和氮气方面很困难。研发的ILZ更具选择性，可通过控制颗粒的形状和大小，最大限度地提高ILZ材料在用于捕获甲烷的市场比例。
对于任何新技术来说，定价是具有挑战性的。价格的确定是通过估计一项技术相对于传统的选择能够为客户提供的边际价值，并被客户做新事情的风险所抵消。直接成本和间接费用必须被考虑在内。
此外，听取客户、合作伙伴和其他利益相关者的意见是很重要的。而且必须考虑环境影响，如材料的毒性、废物管理和碳足迹等。例如，ILZ材料可以使用8-20年，一吨ILZ在其使用期内可以捕获约4000万吨二氧化碳当量的温室气体。
图说：多余的甲烷气体在垃圾填埋场被烧掉
来源：Nature
02
注重知识产权的保护
专利赋予了企业在一段时间内制造、使用和销售一项技术的法律权利，通常是20年（例如，在美国、中国和欧洲都是如此），这对于一家公司来说至关重要。
首先，要把范围缩小到为哪个方面申请专利。它可以是一种材料、一种用途、一种设备或一个概念。第二，尽早与机构知识产权（IP）官员和专利律师交谈。因为他们会清晰地知道产品是否具有商业价值，实施保护是否切实可行，以及是否有足够的数据来支持你的索赔。
然而，专利程序是漫长而昂贵的。从申请国际专利开始，到获得美国、中国和澳大利亚等国家地区的第一批完整专利，Hu团队花了四到七年的时间。其中仅仅为了获得美国专利，Hu团队就投资了2万多澳元（大约15,000美元），每项专利都有年费，以及专利律师的费用。
03
确保资金和合作伙伴
技术的研究和开发主要分为的三个阶段：实验室研究、工业示范和商业工厂试验。无论哪个阶段，都需要充足的资金支持才能顺利推进。
首先，一旦通过实验室的研发确定了产品，就需要立即寻求战略伙伴关系。这不一定是与大公司的合作，中小型企业也值得一试。
第二，建立国际联系。这可以打开资金渠道、专业领域和市场。国际会议是建立联系的好地方。例如，在一次关于煤层甲烷减排的会议上，Hu团队与一家中国气体分离公司展开了合作。在保密协议的签订以保障知识产权的前提下，进行了技术测试。建立相互信任，并且避免了未来的商业纠纷。
第三，获得促进合作的拨款。比如，2017年Hu团队通过澳大利亚政府的全球创新联系计划获得了200万澳元的经费，随后建立了一个名为气体捕集技术的初创公司。
最后，在条件最有利的地方寻找合作者。例如，Hu团队受益于与澳大利亚的合作伙伴在知识产权生成方面的合作，与一家提供专业原材料的德国制造商的合作，以及与中国的天然气公司在加工和商业示范方面的合作。
04
工程团队的选择
高效的工程团队的辅助是至关重要的。与生产工程师紧密合作可以加快事情的进展。例如，在与中国制造商一起工作时，花了两年时间和多次迭代才找到商业上可行的配方。在这一过程中，Hu团队还开发了一个工程循环，使得甲烷捕获效率提高了一倍，并降低了资本投入成本。使用已有的设施、工程师和支持团队也比从头开始更快、更便宜。
在商业工厂的试验环节，需要一个能从中受益并愿意测试该技术的组织。经过多次现场考察、研讨会和可行性研究，与一家领先的煤层甲烷气公司在中国山西省沁水盆地建立第一个商业甲烷回收厂。这是一个位于世界上最大的煤层气储量地区之一的小型工厂。
图说：中国山西沁水盆地的甲烷捕集厂
来源：Nature
05
高效的沟通
误解可能是导致商业化延迟的最大原因。因为误解浪费了时间和金钱，导致紧张和延误。良好的沟通可以建立信任。广泛的团队（会计师、工程师、科学家和销售人员）是成功的必要条件，但并不是所有的人都在同一起跑线上。这就需要找到一个平衡点，让整个团队参与进来，让每个人都保持和谐，并将专门的工作分给子团队，以提高效率。语言和文化障碍可能是国际合作中的一个问题，任命能够在不同文化背景下工作的人员是一个关键步骤。
跨学科的沟通也是关键。例如，在建造一个示范工厂之前，Hu团队与相关的设计、机械和电气工程师针对管道和仪表图中的每件设备进行了至少20次讨论。
06
面对未来
对于初创公司来说，更多艰苦的工作摆在面前——提高生产力、确保资本和建立一个强大的供应链。
Hu团队呼吁知识产权主管部门加快专利审查程序，与其他司法管辖区进行更有效的沟通，并避免重复的专利搜索和查询。政府和机构对商业化的支持也是是至关重要的。需要持续的对创新中心或园区的长期支持。同时，资金和培训的渠道也应该更加系统和广泛地提供。知识产权保护和商业化方面的培训应该随时提供给研究人员，由具有商业世界经验的导师和自己参与商业化的企业家提供。董事课程以及管理和商业方面的培训也会有所帮助。
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参考资料：[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-00999-3
[2]http://theory.people.com.cn/n1/2022/0315/c40531-32374911.html
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