比尔·盖茨支持的初创企业正在生产零排放钢材 - 彭博社

科罗拉多州博尔德市的Electra旨在开发无排放且能耗更低的钢铁生产工艺。

摄影师：Chet Strange/Bloomberg

Sandeep Nijhawan提出了四个涉及全球气温上升的业务创意，在2020年3月与比尔·盖茨创立的Breakthrough Energy Ventures的投资者会面时展示。Nijhawan刚刚从创立了两家初创公司离职 —— 一家是关于氢能的，另一家是关于电池的 —— 他只有七张幻灯片要展示。他演示文稿中的第一个点子是不使用煤炭、高温或排放，仅靠可再生电力生产铁。

“就让我在这里打住吧，”BEV投资者戴夫·丹尼尔森告诉他。“如果你能做到这一点，那就是我要做的事情。我不想听后面三个点子了。”

铁当然占钢铁中物质的98%，这种无处不在的材料建设了现代世界。在煤炭加热的炉子中，温度超过1400°C（2500°F），煤炭中的碳与铁矿石中的氧结合，分离出杂质和不需要的氧原子，释放出大量二氧化碳。

后续的步骤将铁转化为钢，但生产铁的步骤占据了产生的温室气体的90%。钢铁生产占每年排放到空气中的温室气体的7% —— 超过航运和航空业的气候影响总和。在温度较低且无需煤炭的情况下生产铁将跳过最大排放的步骤，而不依赖昂贵的技术。

Sandeep Nijhawan摄影师：Chet Strange/Bloomberg这就是为什么Nijhawan的想法引起了Danielson的注意：价格实惠的绿色钢铁非常重要，可能会颠覆一个每年创造超过8700亿美元收入的行业。在获得BEV和其他投资者225万美元的支持后，Nijhawan开始了Electra —— 隐身模式下 —— 就是为了做到这一点。

您可以在彭博绿色频道的 Zero 播客中听到Nijhawan的访谈，也可以 阅读完整的文字记录 在这里。订阅 Zero Apple， Spotify， Google，以及 Stitcher。

让电子开始工作

作为一家初创公司的典型做法，Electra最初在一个车库里进行实验。Nijhawan的前同事Quoc Pham加入公司，担任联合创始人兼首席技术官。他的第一项工作是弄清楚是否可能将铁矿石溶解在酸性水中。

失败发生在几周内。“我有个坏消息要告诉你，“范告诉尼加万。“这可能是我创业生涯中最短暂的一次创业。”

为了了解出了什么问题，让我们看看从钢铁生产中减排的三种已知方法。

首先，捕捉过程中产生的排放物并将其深埋地下。第一座这样的工厂建于2016年在阿拉伯联合酋长国，但由于碳捕捉技术的前期费用，自那以后就没有建造过。

其次，使用氢替代煤。去年首批使用氢生产的钢铁出货了，但商业量要到2026年才能供应。而且由于用可再生电力制造的氢仍比煤贵，公司被迫使用高品位的铁矿石，而这种矿石并不多。

“世界上可用于钢铁生产的高品位矿石正在枯竭，“尼加万说。

第三，使用电力。像铝、铜和锌这样的金属是用电力制造的 —— 诚然，数量比铁少得多。在电力变得便宜之前，想到将其应用于铁的生产是不经济的。

然而，你不能将电力通过固体铁矿石。一个解决方案是将其熔化。这就是2012年创立的波士顿金属公司所做的事情。在过去的10年里，它一直在完善和扩大这项技术，这项技术通过使用足以为数千户家庭供电的电力将铁矿石加热至1400°C，然后将其浓缩到一个不比垃圾箱大多少的金属盒中。

Electra实验室的实验设备。摄影师：Chet Strange/Bloomberg将如此大量的电力集中到如此小的区域必须使用特殊材料。波士顿金属公司可以使用碳作为电极——一种允许能量流动而不会自身熔化的设备——但这也会产生二氧化碳，违背使用绿色电力的初衷。波士顿金属公司找到了一种由铁和铬组成的替代材料，但到目前为止，它只在试验规模上起作用。

Nijhawan不想熔化任何东西。一旦你让一个过程运行在熔融金属的温度下，它就必须24小时、365天不停地运行。如果停止了，矿石就会凝固，需要放入新的槽中，导致数月的延迟。因此，这个过程必须从温度的角度来看是“温和的”，他说——温度不会比“冲泡咖啡”的温度更高。这将使得启动和停止变得容易，并且可以依赖间歇性可再生能源。但是要让这个过程在如此低的温度下运行，需要Pham将铁矿石溶解在带有酸的水中。

观看：钢铁行业实现零排放

“我对所有[投资者]的说法是：‘看，我不知道这是否能做到。我已经仔细思考了这个问题并咨询了专家。我认为有一条可行的道路，” Nijhawan说。“我所需要的只是不到10个人，也许一年或一年半的时间来把这件事做到底。”

他不必等那么久。Pham回到绘图板，阅读科学文献并咨询专家，包括哥伦比亚大学化学冶金学教授丹·斯坦加特。经过数周的尝试新实验，他找到了一个成功的变通方法。

Electra现在退出隐身模式，并拒绝公开透露其确切的过程。然而，Nijhawan和Pham分享了足够的细节，让独立专家确认该公司声称的技术可行。

Electra实验室内的测试装置，旁边是阿诺德·施瓦辛格的照片。据Electra高级科学家Colleen Wallace称，这个装置被昵称为“阿诺德”，因为它“举铁”。摄影师：Chet Strange“Electra设法完成了一项困难的转化，只使用电力就将氧化铁转化为铁，而且在如此低的温度下，” 卡内基梅隆大学副教授Venkat Viswanathan说。“他们采取的步骤让铁以恰到好处的状态。”

该公司在科罗拉多设施的参观也突显了其进展。没有燃煤炉或熔融金属，实验室演示展示了铁矿石如何被溶解。在电化过程运行后，Electra生产出大小如办公纸张的板，上面覆盖着厚厚的铁金属层 — 外观呈银灰色，重量惊人。

这些实验的成功帮助Electra从BEV、矿业巨头BHP集团、总部位于新加坡的淡马锡控股、亚马逊公司和其他几家投资者那里共筹集了8500万美元。现在他们只需要扩大技术规模。

铁器时代，继续

Electra承诺明年建造一个设施，将拥有几块商业规模的铁板；几年后，计划在更大的工厂生产成千上万块板。随着瑞典钢铁巨头SSAB计划在2026年生产商业数量的无碳钢，以及波士顿金属公司承诺在2026年生产无排放的铁，这场竞赛正式开始。

一个全尺寸的商业Electra工厂将比传统的钢铁厂小得多，后者每年可以生产200万公吨钢铁，造价超过10亿美元，规模如此之大，以至于整个城镇围绕它们而建。Electra将寻求建造每年只生产30万吨钢铁的工厂，这样的规模将使这家初创公司能够将自己置于现有电弧炉附近。这些炉子可以回收废钢，并且还可以使用Electra生产的铁并调整工艺以添加更多的新铁而不是废钢。

使用带有或不带杂质的铁矿石在Electra制造的铁板的示例。摄影师：Chet Strange/Bloomberg另一个优势可能是将Electra工厂建在靠近铁矿石矿山的地方，这些地方通常远离城市中心，靠近可以建设可再生能源的土地。Electra工厂可以在现场将矿石加工成铁并去除所有杂质，大大减少需要运送到钢铁厂的材料量，进一步降低成本。

这甚至可能是Electra的第一个商业应用。在想出一种溶解铁矿石的工艺时，该公司还设法比传统的炼钢更容易地去除杂质：在较低温度下，杂质不会像在1600°C的炉子中那样发生化学反应。世界上有数十亿吨低品位的铁矿石。Electra可能有可能在这些矿山附近建立工厂，并使现有的运营变得经济可行。

“在初创公司中，要么成功，要么失败，这是真实存在的，”Nijhawan说。“你没有10年的时间来开发新的科学。说实话，你必须置身于这种高压锅中，而不是拥有无限的时间和资源来看看是否可以用不同的方式做事。”