用LED来杀菌,旭化成创新“水”解决方案

推广 第一财经资讯 2018-06-16

在5月31日至6月2日举办的2018AQUATECH CHINA上海国际水展上,日本旭化成株式会社(下称“旭化成”)发布了首款小型 UVC LED过流式杀菌模组“Klaran-AKR”,当水流以每分钟2升的速度通过该模组时,杀菌效率达到99.9%以上。


在去年的上海国际水展上,旭化成的子公司CrystalIS,Inc.(下称“Crystal IS”)推出了世界上首款用LED发射紫外线杀菌的Klaran芯片,芯片面积只有3.5×3.5毫米。今年,这个小小的芯片已经升级成为模组,并且计划在今年9月量产。



杀菌效果大PK


杀菌方法主要分为紫外线杀菌、加热杀菌、药物杀菌。加热杀菌对某些耐热菌无效,药物杀菌也存在有耐药菌的问题,并且药物杀菌可能会对人体产生不好的影响。紫外线杀菌的原理是对微生物细胞DNA进行光化学转变,紫外光子的能量被DNA中的碱基对吸收,引起遗传物质发生变异,使细菌当即死亡或不能繁殖后代,不仅可以消灭所有的细菌并且对水质没有影响。


传统的紫外线杀菌是通过汞灯来实现的。但汞灯一旦破裂对人体和环境都会产生不好的影响。旭化成研发的Klaran芯片及可量产的Klaran-AKR模组第一次为实现紫外线杀菌提供了汞灯之外的另一个选择。


经SGS台湾检测所检测确认,在每分钟水处理量为2.0升情况下,Klaran过流式杀菌模组的灭菌率可达99.9%以上,当处理速度为1.0升/分时,杀菌率超过99.99%,全寿命周期内杀菌性能稳定可靠,也不会改变饮用水的味道和口感。


旭化成UVC项目副项目长冰上英夫告诉第一财经记者,“在使用寿命方面,因为水银灯需要一直处于打开状态,所以需要每年更换,其寿命大约为1年;而LED灯一旦启动,可瞬间达到满载功率,无需等待即可进行消毒杀菌作业,使用寿命大约是5年。在使用成本方面,LED本身耗电量少,电费可以基本忽略不计,而汞灯因为电压比较高,耗电量比较大。”


此外,LED灯在环保方面也颇具优势。汞灯里水银一旦破裂不仅威胁到饮水者的身体健康,还可能会造成环境污染。LED灯的芯片符合RoHS国际通用标准,不使用水银,不含有铅、铬等对环境有害的重金属等物质,用完后可以当作普通垃圾直接丢掉。


“我们的紫外线LED产品可用于取代汞灯。半导体产品没有任何对环境和人体不好的材料,可以广泛应用在水、空气和物体表面的杀菌。”冰上英夫说。

但由于LED是新推进市场的产品,其售卖价格将高于传统汞灯。但冰上英夫告诉第一财经记者,“考虑到使用寿命和耗电量,Klaran芯片和Klaran-AKR模组的定价将是一个可商业化的价格。”


(图左)旭化成UVC项目副项目长冰上英夫(图右)旭化成UVC项目事业企划部长紫藤久仁雄 

用技术创造新的可能


Klaran系列产品之所以能够起到很好的杀菌效果,是因为该产品的LED灯能够发出260~275纳米范围的高强度波长,这一波长被认定具备最佳的杀菌效果。


“旭化成的Klaran LED可以发出波长范围是260~275纳米的紫外线,是我们的独特优势。要在这么短的一个波长里做出光强很强的LED是个很难的技术,”冰上英夫说,“因为所用半导体材料不一样,发光强度不一样,最终的品质也不一样,产品寿命也不一样,我们的产品寿命比较长,发光强度也比较大,正因为技术上的优势。”


实际上,用LED实现杀菌的技术核心是氮化铝(AlN)技术。为此,旭化成2011年收购Crystal IS 公司,也获得了这家美国公司花费20年时间研发出来的氮化铝技术。


目前,Crystal IS是旭化成百分之百控股的子公司,LED的业务主要由Crystal IS控制。生产由AKM(旭化成微电子株式会社)完成后会运输到美国,从美国销售至全球。


除了关键技术——氮化铝外,模组的设计也是LED杀菌技术能以大规模商业化应用的前提条件。


“对于家用净水器生产厂家来讲,大多数公司倾向于直接购买模组,因为如果公司要重新开发LED模组会很费时间。”冰上英夫告诉第一财经记者,“我们模组的设计优势在三个方面:第一可以很好地控制水流方向,第二是精确调控紫外线照射的角度,使其能充分照射需要消毒的水流,第三是使用光源的稳定性。我们针对这三点上进行了深入研发。”



面向家庭市场


马上准备量产的Klaran-AKR模组是小型轻型流水杀菌器目前可以达到的水流通过速度大约是2L/分,可用于生活供水器、净水器、医疗机构等使用地点的水杀菌。


面对水杀菌领域大量的细分划分,Klaran-AKR模组定位为家庭用水灭菌。冰上英夫坦言,虽然LED灯的作用是替代汞灯,实际上,两者目前也面临着不同的市场划分。


“目前汞灯适合应用于工业的大规模水处理,而LED灯面向的是家庭市场。一般家庭用水的预算比工业用水低,LED的首次购置成本虽然比较高,但是考虑到使用寿命和用电量,在家庭用水杀菌来讲是一个合理的选择。”冰上英夫解释到。


虽然终端用户是家庭,但模组直接的销售客户是家庭用净水器生产商。据介绍,旭化成Klaran系列的客户主要来自中日韩等亚太地区,在知名净水器生产厂商接触中也得到了不错的认可。


除了流量为1~2升/分的小型产品外,旭化成的30~50L/分流量的产品也已经处于测试阶段。“大型产品到底合适量产还要再看Klaran-AKR模组的市场反映情况,对于大型模组,我们在日本市场已经接触了纯净水生产厂家等大型客户,我想这在未来也可能应用于中国。”冰上英夫说。


冰上英夫对中国市场的未来充满信心,他认为,“在中国,大家已经越来越关心水质安全。可是目前市面上号称可以给水杀菌的产品也是鱼龙混杂,各个厂家也正在考虑采用一些真正可以杀菌的产品,这正是我们的机会。”

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