项目名称：新型功能材料应用于空气集水解决方案（弘润清源）
- 清华大学
- 北京市海淀区清华园1号
- 100084
- 程虎虎
- 15313085827
| 姓名 |
曲良体 |
电话 |
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电子邮件 |
lqu@mail.tsinghua.edu.cn |
| 区号 |
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邮编 |
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通信地址 |
北京市海淀区清华大学化学馆 |
| 专利类型 |
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专利状态 |
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| 申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
| 一种太阳能水蒸发材料（发明，已授权） |
2021-04-06 |
ZL 202110365542.9 |
| 太阳能清洁水生产装置（实用新型，已授权） |
2021-08-17 |
ZL 202021907722.2 |
| 太阳能清洁水生产装置和生产方法（发明，申请中） |
2020-09-03 |
202010917336.X |
| 石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途（发明，已授权，已转化） |
2020-10-27 |
ZL 201711106827.0 |
| 空气制水机（成果转化合作公司外观设计专利，申请中） |
2022-09-06 |
202230588514.9 |
针对全球清洁水严重短缺的世界性难题，由清华大学长江学者特聘教授曲良体教授团队经过长期深入研究，深度开发石墨烯太阳能光热水蒸发材料、高效石墨烯空气吸水材料、全球领先的无源空气集水技术，、实现不受水源限制、便携可移动的清洁水大量制取，是解决人类饮水短缺危机的新方向。通过多因素全面研究，形成系统性的材料调控策略，开发了高性能的、可规模化制备的石墨烯界面热水蒸发/空气吸水材料；进一步通过全面分析蒸发-凝结-收集过程中关键参数，优化清洁水生产样机设计，提升清洁水收集效率，构建了有源（海水淡化）和无源（空气取水）清洁水生产装置。成果已经形成产业转化，与转化公司弘润清源共同开发了全球首款桌面级空气取水设备。同时，面向广泛存在的低碳消费需求和气候变化日益严峻的可持续发展问题，团队以石墨烯功能复合吸湿界面热材料等为主要研发方向，构筑了材料筛选和放大平台，开发了空气集水设备和界面热材料等产品管线，将为下游客户提供标准化产品和解决方案。
本项目产生了3项发明专利，1项实用新型专利，1项外观专利，获得了国际国内12项大奖，形成了全球首款桌面级空气取水产品。（详见附件）
目前可以利用的净水技术主要有反渗透技术和低温多效蒸馏技术，但由于此两类技术存在高能耗或者高耗材成本问题，仍无法有效根本性解决人类面临的饮用水难题。清华大学开发的石墨烯太阳能光热水蒸发材料、高效石墨烯空气吸水材料及系统集成技术，具备低能耗、零排废、通用性强、低运维、绿色环保等特点。本技术材料可以利用广泛存在的太阳能，与低温多效蒸馏技术相比较，从能源利用效率来讲，能够有效降低净水过程能耗；同时，本技术材料水净化过程中材料可以自清洁，与反渗透技术相比，有效降低了耗材的更换和运营成本。同时材料能力具备空气制水的能力，使得产品能够具有双功能的通用性能力。所开发的吸湿新材料应用于空气取水技术，使用光-热-焓转换能量形式和吸附-解吸附材料系统的巧妙设计，能够连续吸脱附空气制水，性能优越，新材料+空气热泵机械结构复合驱动高效率制水能力，与同类产品相比成本下降60%，超过1万个循环测试，稳定性超过1000天，吸湿性能0.6g/g（15%RH，15℃）全球领先。
该成果部分已经实现产业转化，在应急究员用水领域形成了很好的应用验证。所开发桌面级空气集水设备，已经形成量产，并获得部分海外订单。
成果目标客户为发达国家（欧洲/美国/中东等超过5亿人的）的家用饮水客户，发展中国家（东亚/东南亚/非洲/南亚/南美洲等超过15亿人）的刚需性清洁水保障客户。
针对净水行业大领域内的对标公司有3M/A.O.Smith等国际知名品牌，在净水业务家用消费级板块方面，年营收有望超过百亿美元。并可以通过商业模式的设计，例如售后服务/整体解决方案等，实现复购和多次复利，是一种成型的典型消费级民生产业。大领域产业的需求仍处于高速增长中，每年家用净水的市场规模随着人均GDP的增长以超过10~15%的速度还在高速度递增中，尤其对于拥有庞大人口基数的发展中国家，随着收入迈过人均GDP几千美元的门槛，东南亚/南亚/东北亚/美洲/中东等超过15亿人口的基数人群按照批次进入到采购的预期人群中，可以预见的是家用净水产业的高速增长还将在国际市场持续数年之久。综合判断市场规模在千亿美金级。
在细分市场，传统的家用净水市场规模超过千亿美金，其主要利用的技术是反渗透膜过滤的技术路线，对于前端自来水水质要求极高，与大量亟待进入的发展中国家有标准化低的问题。同时该市场与民生和人均GDP挂钩，未来在拉美和亚太超过15亿人口的增量市场有极大地发展前景。以拉丁美洲巴西为例，超过2亿人口，人均GDP超过8600美金，当地净水设备价格是国内的3倍，并且还存在由于前端水质问题带来的滤芯频繁更换的高运维成本问题等，由于空气水质标准化程度高，使用空气制水具有极强的细分市场竞争力。
