比爾·蓋茨支持的初創企業正在生產零排放鋼材 - 彭博社
Akshat Rathi
科羅拉多州博爾德市的Electra旨在開發無排放且能耗更低的鋼鐵生產工藝。
攝影師:Chet Strange/Bloomberg
Sandeep Nijhawan提出了四個涉及全球氣温上升的業務創意,在2020年3月與比爾·蓋茨創立的Breakthrough Energy Ventures的投資者會面時展示。Nijhawan剛剛從創立了兩家初創公司離職 —— 一家是關於氫能的,另一家是關於電池的 —— 他只有七張幻燈片要展示。他演示文稿中的第一個點子是不使用煤炭、高温或排放,僅靠可再生電力生產鐵。
“就讓我在這裏打住吧,”BEV投資者戴夫·丹尼爾森告訴他。“如果你能做到這一點,那就是我要做的事情。我不想聽後面三個點子了。”
鐵當然佔鋼鐵中物質的98%,這種無處不在的材料建設了現代世界。在煤炭加熱的爐子中,温度超過1400°C(2500°F),煤炭中的碳與鐵礦石中的氧結合,分離出雜質和不需要的氧原子,釋放出大量二氧化碳。
後續的步驟將鐵轉化為鋼,但生產鐵的步驟佔據了產生的温室氣體的90%。鋼鐵生產佔每年排放到空氣中的温室氣體的7% —— 超過航運和航空業的氣候影響總和。在温度較低且無需煤炭的情況下生產鐵將跳過最大排放的步驟,而不依賴昂貴的技術。
Sandeep Nijhawan攝影師:Chet Strange/Bloomberg這就是為什麼Nijhawan的想法引起了Danielson的注意:價格實惠的綠色鋼鐵非常重要,可能會顛覆一個每年創造超過8700億美元收入的行業。在獲得BEV和其他投資者225萬美元的支持後,Nijhawan開始了Electra —— 隱身模式下 —— 就是為了做到這一點。
您可以在彭博綠色頻道的 Zero 播客中聽到Nijhawan的訪談,也可以 閲讀完整的文字記錄 在這裏。訂閲 Zero Apple, Spotify, Google,以及 Stitcher。
讓電子開始工作
作為一家初創公司的典型做法,Electra最初在一個車庫裏進行實驗。Nijhawan的前同事Quoc Pham加入公司,擔任聯合創始人兼首席技術官。他的第一項工作是弄清楚是否可能將鐵礦石溶解在酸性水中。
失敗發生在幾周內。“我有個壞消息要告訴你,“範告訴尼加萬。“這可能是我創業生涯中最短暫的一次創業。”
為了瞭解出了什麼問題,讓我們看看從鋼鐵生產中減排的三種已知方法。
首先,捕捉過程中產生的排放物並將其深埋地下。第一座這樣的工廠建於2016年在阿拉伯聯合酋長國,但由於碳捕捉技術的前期費用,自那以後就沒有建造過。
其次,使用氫替代煤。去年首批使用氫生產的鋼鐵出貨了,但商業量要到2026年才能供應。而且由於用可再生電力製造的氫仍比煤貴,公司被迫使用高品位的鐵礦石,而這種礦石並不多。
“世界上可用於鋼鐵生產的高品位礦石正在枯竭,“尼加萬説。
第三,使用電力。像鋁、銅和鋅這樣的金屬是用電力製造的 —— 誠然,數量比鐵少得多。在電力變得便宜之前,想到將其應用於鐵的生產是不經濟的。
然而,你不能將電力通過固體鐵礦石。一個解決方案是將其熔化。這就是2012年創立的波士頓金屬公司所做的事情。在過去的10年裏,它一直在完善和擴大這項技術,這項技術通過使用足以為數千户家庭供電的電力將鐵礦石加熱至1400°C,然後將其濃縮到一個不比垃圾箱大多少的金屬盒中。
Electra實驗室的實驗設備。攝影師:Chet Strange/Bloomberg將如此大量的電力集中到如此小的區域必須使用特殊材料。波士頓金屬公司可以使用碳作為電極——一種允許能量流動而不會自身熔化的設備——但這也會產生二氧化碳,違背使用綠色電力的初衷。波士頓金屬公司找到了一種由鐵和鉻組成的替代材料,但到目前為止,它只在試驗規模上起作用。
Nijhawan不想熔化任何東西。一旦你讓一個過程運行在熔融金屬的温度下,它就必須24小時、365天不停地運行。如果停止了,礦石就會凝固,需要放入新的槽中,導致數月的延遲。因此,這個過程必須從温度的角度來看是“温和的”,他説——温度不會比“沖泡咖啡”的温度更高。這將使得啓動和停止變得容易,並且可以依賴間歇性可再生能源。但是要讓這個過程在如此低的温度下運行,需要Pham將鐵礦石溶解在帶有酸的水中。
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“我對所有[投資者]的説法是:‘看,我不知道這是否能做到。我已經仔細思考了這個問題並諮詢了專家。我認為有一條可行的道路,” Nijhawan説。“我所需要的只是不到10個人,也許一年或一年半的時間來把這件事做到底。”
他不必等那麼久。Pham回到繪圖板,閲讀科學文獻並諮詢專家,包括哥倫比亞大學化學冶金學教授丹·斯坦加特。經過數週的嘗試新實驗,他找到了一個成功的變通方法。
Electra現在退出隱身模式,並拒絕公開透露其確切的過程。然而,Nijhawan和Pham分享了足夠的細節,讓獨立專家確認該公司聲稱的技術可行。
Electra實驗室內的測試裝置,旁邊是阿諾德·施瓦辛格的照片。據Electra高級科學家Colleen Wallace稱,這個裝置被暱稱為“阿諾德”,因為它“舉鐵”。攝影師:Chet Strange“Electra設法完成了一項困難的轉化,只使用電力就將氧化鐵轉化為鐵,而且在如此低的温度下,” 卡內基梅隆大學副教授Venkat Viswanathan説。“他們採取的步驟讓鐵以恰到好處的狀態。”
該公司在科羅拉多設施的參觀也突顯了其進展。沒有燃煤爐或熔融金屬,實驗室演示展示了鐵礦石如何被溶解。在電化過程運行後,Electra生產出大小如辦公紙張的板,上面覆蓋着厚厚的鐵金屬層 — 外觀呈銀灰色,重量驚人。
這些實驗的成功幫助Electra從BEV、礦業巨頭BHP集團、總部位於新加坡的淡馬錫控股、亞馬遜公司和其他幾家投資者那裏共籌集了8500萬美元。現在他們只需要擴大技術規模。
鐵器時代,繼續
Electra承諾明年建造一個設施,將擁有幾塊商業規模的鐵板;幾年後,計劃在更大的工廠生產成千上萬塊板。隨着瑞典鋼鐵巨頭SSAB計劃在2026年生產商業數量的無碳鋼,以及波士頓金屬公司承諾在2026年生產無排放的鐵,這場競賽正式開始。
一個全尺寸的商業Electra工廠將比傳統的鋼鐵廠小得多,後者每年可以生產200萬公噸鋼鐵,造價超過10億美元,規模如此之大,以至於整個城鎮圍繞它們而建。Electra將尋求建造每年只生產30萬噸鋼鐵的工廠,這樣的規模將使這家初創公司能夠將自己置於現有電弧爐附近。這些爐子可以回收廢鋼,並且還可以使用Electra生產的鐵並調整工藝以添加更多的新鐵而不是廢鋼。
使用帶有或不帶雜質的鐵礦石在Electra製造的鐵板的示例。攝影師:Chet Strange/Bloomberg另一個優勢可能是將Electra工廠建在靠近鐵礦石礦山的地方,這些地方通常遠離城市中心,靠近可以建設可再生能源的土地。Electra工廠可以在現場將礦石加工成鐵並去除所有雜質,大大減少需要運送到鋼鐵廠的材料量,進一步降低成本。
這甚至可能是Electra的第一個商業應用。在想出一種溶解鐵礦石的工藝時,該公司還設法比傳統的鍊鋼更容易地去除雜質:在較低温度下,雜質不會像在1600°C的爐子中那樣發生化學反應。世界上有數十億噸低品位的鐵礦石。Electra可能有可能在這些礦山附近建立工廠,並使現有的運營變得經濟可行。
“在初創公司中,要麼成功,要麼失敗,這是真實存在的,”Nijhawan説。“你沒有10年的時間來開發新的科學。説實話,你必須置身於這種高壓鍋中,而不是擁有無限的時間和資源來看看是否可以用不同的方式做事。”