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苹果“组局”开发环保铝炼制工艺,美铝、力拓由竞争对手变队友

Joe Deaux在彭博社发表文章,制造铝的生产过程需要耗费大量的电力并产生大量二氧化碳,造成了严重的环境污染。为了解决这个问题,几个互为劲敌的铝生产商在苹果的推动下,通力合作,开发了绿色铝项目,目前正在尝试进入大规模生产阶段。

图源:彭博社  Twitter

2015年9月,时任美国铝业公司商业技术总监的戴维·德扬走进苹果位于加州库比蒂诺的总部,他知道风险很高。

德扬领导着一队工程师,他们花了几十年的时间,为污染严重的铝工业寻找出路:一种不产生任何直接碳排放的金属熔炼方法。据Harbor Intelligence的分析师豪尔赫·巴斯克斯估计,苹果公司的电子设备每年要消耗近1.5万吨铝。此前,苹果邀请德扬来解释其团队正在开发的一种可能具有革命性的无碳铝炼制工艺。

美国铝业公司即将中断德扬团队多年的试验工作。更糟糕的是,就在德扬与苹果工程师举行圆桌会议之前,他收到了美国铝业将分拆为两家上市公司的消息,这给他部门的项目蒙上了一层阴影。因此,苹果对减少金属铝碳足迹的兴趣可能是获得资金的关键。

但直到2015年晚些时候,在一个意想不到的帮助下,那次会面才有了实质性进展。当时,力拓集团的制造业信息技术专家文森特·克里斯特也飞往库比蒂诺进行了类似的交谈。这家总部位于伦敦的公司是美国铝业公司最大的竞争对手之一,当时也在努力开发一种通过释放氧气而不是二氧化碳的工艺来生产铝的方法。在与苹果工程师进行了一个小时的交谈之后,在返回机场的路上,克里斯特接到了一个电话。苹果提出了一个想法:力拓集团和美国铝业都接近他们想要的答案,但没有一家公司能够单独做到这一点。那么,为什么不联合起来呢?

拥有麻省理工学院博士学位的德扬说:“我们有引擎,但我们没有轮子、底盘或车身,而力拓集团刚好把这些都带来了。苹果说,‘你们真的应该和力拓集团谈谈。’我们说,‘是的,我们已经谈过了。’但后来我们说会再和他们谈谈,实际上是苹果促成了第二次接触。”

其结果是,美国铝业和力拓在苹果、加拿大政府和世界上最大的铝产区之一魁北克省政府的投资下成立了合资企业Elysis。这家企业开发了一种名为绿色铝的制造技术,这种铝的生产不会排放二氧化碳。如果合作伙伴能够使这一工艺达到商业规模,它就可以用于改造现有的冶炼厂,将它们从最严重的工业污染源转变为企业和政府正在追求的那种绿色制造设施。

百威英博集团旗下品牌Michelob Ultra的营销副总裁里卡多·马奎斯表示:“绿色环保包装是一个关键的项目,可以以切实的方式强调我们对环境的承诺,我们很高兴能探索2021年以后实现这一目标的机会。”该公司购买了一些Elysis制造的铝来制作啤酒罐。

这一进步来之不易。1886年,美国铝业创始人查尔斯·马丁·霍尔发现了一种使用电解法制造铝的工艺,铝是一种从铝土矿中提取的轻而坚固的金属。整个提取过程会产生氧化铝,先将铝土矿混合物放入到一个大的化学反应池中,一个巨大的石墨阳极产生大量的电流通过混合物,电流就会将纯铝从混合物中分离出来,并产生大量二氧化碳燃烧并排放到大气中。

铝的传统制作原理  图源:scienceaid.net

这一反应最终得到的是熔化的原铝,但同时对环境造成了巨大的损害。根据矿业和金属研究机构CRU Group的数据,每生产一吨铝,就会排放多达11吨的二氧化碳。国际铝协会称,如此高的排放量使得该行业的碳排放量占全球的2%。

这些巨大的排放促使苹果寻找替代方案。这也是为什么百威英博、奥迪、宝马和其他公司在过去一年中购买更清洁的铝,来满足环保消费者。以前,这些铝产品来自传统的高排放熔炼,其电力则来自太阳能或水力等可再生能源。

Elysis已经开发了一种工艺,用惰性材料代替石墨来制造阳极,从而产生电流引起化学反应,Elysis并没有说这种惰性材料是什么。克里斯特说:“我们使用的是不发生反应的非碳材料,因此得到的分离物是铝和氧气。”他已经花了36年的时间来制造无碳铝,他说:“我们的做法绝对是神奇的,但解释起来其实很简单。”

2019年,Elysis成功开发了一个零排放的原型冶炼厂,生产少量绿色铝,用于制作苹果笔记本电脑。之后,Elysis在魁北克的萨格奈市建立了一个试点工厂,位于蒙特利尔东北方向约5小时车程的地方。力拓集团和美国铝业公司不允许在这个戒备森严的工厂里拍照。该合资公司现任首席执行官文森特表示,即使仅仅是泄露布局的尺寸,也可能给竞争对手足够的启示。克里斯特对彭博社的一名记者说:“除了我们的董事会,你是这个星球上唯一能看到这一切的人。”

从铝生产中消除碳的想法可以追溯到130多年前。那是在1889年4月2日,美国铝业创始人霍尔在他最初的美国专利中写道,对当时革命性的工艺的改进将是“通过非碳质材料形成的阳极”来生产金属。

在铝从矿山到消费者的整个供应链中,冶炼是碳密集程度最高的环节。它消耗了大量的能量。一个铝厂的用电量相当于一个大城市的用电量。国际铝业协会估计,发电约占全球铝业排放总量的60%。电解过程中释放的二氧化碳只会让事情变得更糟。

克里斯特说,Elysis的运营成本比传统熔炼低15%左右,部分原因是化学反应中使用的碳阳极必须每25天更换一次,而Elysis的惰性材料可以使用两年。无碳工艺需要的工人更少,因为不需要经常更换放在熔化氧化铝反应池里的阴极。

传统铝工艺和绿色铝工艺的比较 图源:彭博社截图

欧洲买家已经表现出愿意为更清洁的铝支付额外费用的意愿。宝马汽车公司今年与阿拉伯联合酋长国的一家生产商签署了一项利用太阳能生产铝的协议。CRU Group的分析师格雷格·维特贝克曾在美国铝业工作过15年,他说,对美国铝业和力拓集团来说,更大的经济利益可能来自将他们的技术授权给其他制造商,或销售新的熔炼电池和惰性阳极。

格雷格说,Elysis面临的直接障碍是要证明它可以将无碳熔炼过程中使用的电流提高到工业强度的水平,这将保证更高的日产量。Elysis在4月20日宣布,它将开始在魁北克的一家冶炼厂安装商业惰性阳极原型电池,以证明它能够改造现有冶炼厂。

格雷格表示,关键是政府是否或何时实施碳信用或碳税计划,惩罚中国和印度工厂生产的低成本铝,这些工厂使用燃煤电厂的电力,是世界上最大的污染源,所以碳排放税能降低它们的竞争力。或者中国政府减少对铝行业的巨额补贴,这对绿色铝来说是一个福音。

Elysis的合作伙伴相信,这种共同努力,将会在未来带来利益回报。克里斯特说,美国铝业目前还“在骑自行车,终点是一级方程式赛车”。他补充说,该合资企业还接到了来自钢铁制造商、水泥生产商和其他行业企业的电话,希望得到削减碳排放的建议。“这就是为什么我能够在这项工艺的萌芽时期就来到这里而感到荣幸的原因。”