比尔·盖茨支持的初创公司Electra试点绿色钢铁生产工艺，计划建厂 - 彭博社

Electra已经开发出一种利用低排放电化学过程和可再生能源驱动的方法来精炼铁矿石。

摄影师：Chet Strange/Bloomberg得到比尔·盖茨支持的初创公司Electra表示，现在可以在商业规模的原型机上制造无排放的铁，而无需熔化矿石。对于这项只有几年历史并承诺在减少碳足迹方面迈出重要一步的技术来说，这是一个重要的里程碑。生产没有巨大碳足迹的钢铁的竞赛。

钢铁是一种关键的建筑材料，每年占全球二氧化碳排放量的7%，超过了航运和航空的影响总和。当Electra在2022年退出隐身模式时，这家总部位于科罗拉多州的初创公司展示了一项推动已知电化学边界的技术。很快，它发现自己处于一个扩大规模并展示可以廉价生产绿色钢铁的竞赛中。“我们对这种材料有如此多的需求，”Electra首席执行官Sandeep Nijhawan说。

Sandeep Nijhawan摄影师：Chet Strange/Bloomberg动力的驱动者是汽车制造商、电器品牌和设备制造商，他们愿意为零排放钢支付溢价价格，以实现他们的气候承诺。 “没有客户需求，很难吸引投资者，”彭博新能源财经（BloombergNEF）技术、行业和创新研究经理克莱尔·柯瑞（Claire Curry）表示。“大品牌愿意为低碳钢支付高达50%的溢价价格。”

这就是为什么许多初创公司已经获得了巨额投资。去年，总部位于瑞典的初创公司H2 Green Steel筹集了16亿美元的股本，这是2023年初创公司最大的融资之一。Electra计划向钢铁制造商供应其绿色铁，以将其转化为绿色钢铁，而H2 Green Steel计划建造一个大型工厂，到2026年将投入运营。

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揭秘零排放钢铁的隐秘初创公司（播客）

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钢铁生产是一个两步过程。第一步涉及取出含有铁和氧化合物的铁矿石，并用通常是煤的东西处理它，以去除氧气，留下铁。 钢铁生产中超过90%的二氧化碳排放来自这一步骤。 然后将这种铁与少量其他金属甚至一些碳混合，制成不同类型的钢，如碳钢或不锈钢。

有三种主要方法来制造零排放钢铁。从传统炼钢过程中捕捉排放物并将其深埋地下，这种方法已在阿联酋的一家工厂中使用。用无碳燃料（如可再生能源驱动的氢气）取代煤炭，这就是H2 Green Steel所做的。最后，使用无碳电力从铁矿石制取铁，这就是Electra所做的，然后在现有的电弧炉中将其转化为钢。

一名员工正在检查酸槽，这是Electra在铁矿石溶解过程中的关键步骤之一。摄影师：Chet Strange/Bloomberg碳捕捉并未起飞，大型钢铁厂没有进一步的建设。H2 Green Steel预计将于2026年完成其250万吨工厂，但其工艺仅与高品位铁矿石竞争力相当，因此限制了其替代所有钢铁生产的适用性。到目前为止，希望仅使用电力进行钢铁生产的初创公司尚未达到商业阶段。

这就是为什么Nijhawan及其团队急于行动的原因。“我们从一个PowerPoint愿景发展到三年半内建立了一个试点，” Nijhawan说。“这速度太疯狂了。” 他的目标是到2027年建成一个5万吨的工厂，并且同一地点将在2029年扩展到百万吨规模。

埃莱克特拉的工艺涉及将铁矿石加热至400摄氏度(752华氏度)与氢气一起。然后在酸中溶解矿石，这也会分离出任何沙子。在温度约为60摄氏度——比咖啡还要凉爽——通过铁矿石-酸混合物通电，足以将氧气从氧化铁中分离出来，留下铁的银灰色板块，无排放。整个过程需要三到五天，根据埃莱克特拉的首席技术官Quoc Pham说。

Quoc Pham摄影师：Chet Strange/Bloomberg埃莱克特拉的其他竞争对手包括总部位于美国的波士顿金属公司。与埃莱克特拉一样，它依靠电力制造绿色铁，并且已经筹集了2.62亿美元。成立于2012年，但仍未建成商业规模的工厂。

自从埃莱克特拉在2022年退出隐秘模式以来，另一家有前途的初创公司已经出现：总部位于澳大利亚的Element Zero表示可以在低于400摄氏度的条件下仅使用电力将铁矿石转化为铁。到目前为止，它只展示了在小规模下运行，并且预计要到2030年才能建成商业规模的工厂。

埃莱克特拉和Element Zero采用低温工艺的优势在于可以在不费力的情况下启动和停止铁矿石转化为铁的过程。如果目标是在太阳能和风能可用时使用它们，这一点非常重要。波士顿金属公司无法做到这一点，因为熔融金属会凝固并破坏他们的反应器。

所有三家初创公司的目标都是为一家钢铁生产商提供无碳铁，该生产商在电弧炉中使用废钢和原生铁混合物生产钢铁。如果该过程由可再生能源供电，从铁矿石到钢铁的整个循环都可以实现零排放。

密歇根大学机械工程副教授Venkat Viswanathan表示：“我预计这个领域会有更多初创公司涌现。工业过程的电气化正在加速发展。”

Electra的成品上的铁矿石和精炼氧化铝。摄影师：Chet Strange/Bloomberg2022年，Electra的20多名员工能够制造出重量为几公斤、大小如办公纸的铁板。该公司与一家面包店共享空间。现在，Electra已经接管了面包店，约有100人在工作，并生产重量超过100公斤的无碳铁板。

“我们怀念那种气味，”Electra的首席技术官Pham说。他表示，一座百万吨的铁厂将包含数百甚至数千种Pham团队今天在试验规模工厂中展示的铁板。

Nijhawan和Pham都表示，推动铁生产的电力化的一个关键优势是可以使用任何类型的铁矿石。世界各地的垃圾堆中有数十亿吨这样的原材料，使其非常便宜获得。该公司表示，甚至可以从低品位矿石中分离出有用的原材料，如用于制造铝的氧化铝，并创造额外的收入来源。

目前，Electra消耗的能量大致与传统的炼铁过程相当。在过去的18个月里，Pham及其团队还努力降低能源消耗。电力比燃烧煤炭更昂贵，因此降低能源使用量对于保持价格竞争力至关重要。“理想情况下，电化学炼铁工艺应该比传统方法节约大量能源，”Viswanathan说。

前方有很多挑战。BNEF的分析师Julia Attwood表示：“即使你已经解决了技术问题，仍然有大量后勤挑战需要克服。”

员工们将涂有99%纯铁的电极从Electra设施的电化学电池中取出。摄影师：Chet Strange/Bloomberg依赖氢气或仅依赖电力的公司将需要获得大量绿色电力，这可能很困难，因为全球各国政府正在努力建设足够的太阳能和风能。虽然氢气可以改造现有的钢铁厂，但依赖电力的铁生产公司将不得不从零开始建造新工厂。“这是一个更艰巨的经济挑战，”Attwood说。

Electra现在专注于寻找建造其第一座商业规模工厂的地点。它已经列入了一些潜在地点，但Nijhawan不会透露细节，甚至不会透露他正在关注的国家。这家初创公司已经与一些世界上最大的铁矿石生产商（包括BHP）、钢铁生产商（包括Nucor）和设备制造商建立了合作关系。Electra迄今已从包括比尔·盖茨支持的突破能源风险投资、卡普里康投资集团、新加坡淡马锡和亚马逊气候承诺基金在内的投资者那里筹集了8500万美元资金。 （彭博新闻母公司彭博LP的创始人和大股东迈克尔·布隆伯格是突破能源风险投资的投资者。）

下一轮价值1.5亿美元的融资将使其能够购买商业工厂用地并资助工程设计。之后，Nijhawan估计，一座百万吨工厂的成本约为16亿美元，这意味着他将不得不筹集更多资金。

H2 Green Steel能够筹集数十亿美元，因为它已经预订了约120万吨无排放钢材，价格比传统钢材高。Nijhawan并不担心竞争。他的目标是效仿这家瑞典初创公司，并努力从汽车制造商和电器制造商那里获得订单。

“机会和问题的规模如此之大，解决它将有多种途径，”Nijhawan说。“我并不是被竞争威胁所迫。相反，我是被需求所推动。”