你呼出的二氧化碳 他们想把它变成“汽油”

2022-03-30 0 365

在位于旧金山湾区的实验室里,尼古拉斯·弗兰德斯(Nicholas Flanders)站在一个亮晶晶的金属箱子面前。箱子的大小和洗衣机差不多,内部是一层层金属板,像三明治一样叠放起来。金属板里面的填充物是黑色的聚合物电解质膜,表面有特制的金属催化剂涂层。

弗兰德斯把这个箱子称为「能够吃碳的黑色叶子」。就像植物的叶子可以利用二氧化碳、水和阳光来制造有机物一样,这个箱子可以进行「工业光合作用」,只使用水和可再生电力,将二氧化碳转化为传统上需要化石燃料才能制成的重要化学品、材料和燃料,副产品只有氧气。

弗兰德斯是一家初创公司 Twelve 的联合创始人兼 CEO。Twelve 成立于 2015 年,是一家碳转化公司,主张「用空气制造必需品,而不是石油」。

去年 8 月,Twelve 通过电解二氧化碳,试验制造出了世界上第一种碳中和、无化石的喷气燃料。「这是一种对待碳的全新方式。」弗兰德斯说,「我们可以在经济活动中直接消除碳,而不是先把它从地下挖出来之后,再想办法抵消掉。」

做碳转化和碳利用业务,Twelve 不是独一家。很多公司开始利用工业排放的二氧化碳,或者直接从空气中捕获二氧化碳。无论是食品、伏特加、运动服等生活消费品,还是混凝土、塑料、泡沫等工业材料,都可以用二氧化碳来制造,专门的电商交易市场也开始兴起。

但并不是所有人都看好这项创新:且不说这类技术能否大规模应用还未经证实,在那之前,人们很可能更肆无忌惮地制造二氧化碳,走向气候保护的反面。

给 CO? 一点「电」

弗兰德斯从小在纽约北部的农场长大,是一个科幻迷,对自然和科技有浓厚的兴趣。在麦肯锡从事了一段时间清洁技术业务之后,他考取了斯坦福大学商学院 MBA,目标是创办自己的清洁技术公司。

在斯坦福大学的学生俱乐部,弗兰德斯遇到了两位创业伙伴——肯德拉·库尔(Kendra Kuhl)和埃托沙·凯夫(Etosha Cave)。

库尔和凯夫在同一个实验室攻读了博士学位,共同研究转化二氧化碳的电催化剂。二人当时已经与世界顶级的斯坦福大学 Jaramillo 团队合作,开发了应用于二氧化碳电解还原的旗舰级反应堆,有心将这项技术发明转化为工业级产品。

三个人一拍即合。2015 年,他们共同创办了碳转化公司 Twelve,通过创建一个人工碳循环来应对全球气候问题。

你呼出的二氧化碳 他们想把它变成“汽油”
Twelve 的三位联合创始人(从左到右):肯德拉·库尔、尼古拉斯·弗兰德斯和埃托沙·凯夫。

公司的核心发明就是那款「能够吃碳的黑色叶子」——一个名为「O12」的新型催化剂装置,可以利用风能、太阳能等可再生资源产生的电力,将二氧化碳和水转化为航空燃料和塑料等有价值的产品,摆脱原来作为碳来源的化石燃料。

这个装置起初只有邮票大小,经过几个月的试验,装置的体积增加,效率和性能提高了 10 倍。

从技术原理来看,O12 是一种由新型聚合物电解质膜(PEM)构成的电解槽,通过应用可再生电力,将水分子分解为氧气、电子和氢离子,并在阴极上添加特制的金属催化剂,将二氧化碳分解成一氧化碳和氧气,进而制成聚乙烯、乙醇、乙烯、甲烷和航空燃料等产品。

一台 O12 的碳转化能力相当于 37000 棵树,或 64 个足球场大小的茂密森林。装置可以进入现有的供应链和制造流程,直接与二氧化碳的排放源相连。这意味着工业排放者可以从原来的废弃物中创造新的价值。

O12 技术还可以做到捕获空气中的二氧化碳,将空气中留存的二氧化碳转化为新产品。

在 Twelve 创办早期,筹集资金是一件让创始人头疼的事,当时的资本并不看好工业领域的科技硬件公司。创始团队花了两年时间,在美国劳伦斯伯克利国家实验室的一项环保孵化器项目的支持下,创建了第一台设备原型,还拉上了潜在客户壳牌做背书。

从 2020 年末开始,融资环境发生改变,越来越多的大型投资机构开始参与清洁技术。

「创业公司需要巨大的技术突破才能获得资金,这个门槛没有变。」弗兰德斯说,「但与我们最初的情况相比,现在是一个真正利好的环境,气候经济的企业家有更多机会获得投资。」

去年 7 月,Twelve 获得了 5700 万美元的 A 轮融资。2022 年,Twelve 被 Fast Company 评为全球 50 家最具创新性公司。

「在我们想象的未来里,化石燃料是博物馆陈列的文物,石油井架都长满了铜锈。」创始团队的愿景是,创造一个由工业光合作用驱动的「无化石的未来」。

碳不是「敌人」,是产品

Twelve 开创了一个名为「碳转化」的市场类别,通过消除化学品、材料和燃料中对碳的需求,提供全新的碳排放解决方案,将二氧化碳转化为更具商业价值的碳形式。

创新点在于「消除」。旧有的解决方案是在碳排放之后,想办法抵消,而 Twelve 是直接减少了碳排放,从二氧化碳废弃物中创造收入。根据 Twelve 的应用目标,用二氧化碳取代化石原料,可以解决全球近 10% 的碳排放。

全球航空业每年产生 12 亿吨二氧化碳,是最难实现碳减排的行业之一。

2020 年,Twelve 与美国空军合作,成功从二氧化碳中生产了无化石的喷气燃料,证明了这项技术有效,并且无需对现有的飞机设计和商业法规进行任何更改。项目成功后,Twelve 开始在全球范围内生产适用于商业和军用航空的燃料。

如果列出与 Twelve 合作的客户名单,不仅涵盖的领域广,也不乏大公司和知名品牌:

Twelve 与梅赛德斯-奔驰合作,生产了世界上第一个由二氧化碳制成的汽车零部件;与宝洁旗下的汰渍合作制造第一款二氧化碳洗衣粉;与时尚品牌 Pangaia 合作制造太阳镜;为美国宇航局提供工具、燃料和火星上的新鲜空气。

你呼出的二氧化碳 他们想把它变成“汽油”
世界上第一个由二氧化碳制成的汽车零件

品牌使用二氧化碳制造的材料和燃料,可以在不影响产品的安全性、性能或功效的情况下,减少碳足迹。

「我们每天赖以生存的衣食住行,几乎都需要使用碳。」创始团队在公开信中写道,「在应对气候变化方面,碳不是我们的敌人。相反,我们认为碳是变化的因素,是生命的基石,也是保持世界运转的材料、化学品和燃料的原料。」

Twelve 已经打通了碳转化的整个业务链条,在上游的二氧化碳捕获端有合作方,在下游也有购买技术产品的客户,中间还有可再生能源的业务伙伴为 O12 设备提供动力。「我们需要每一个人都参与进来,所有的桨一起划船。」弗兰德斯说。

无化石的未来,是「一场豪赌」?

和 Twelve 一样,很多初创公司都盯上了碳转化和碳利用业务,用二氧化碳制造商品成了一条热门赛道。

2017 年成立的初创公司 Air Company,正在销售二氧化碳制造的伏特加和香水,并在疫情期间生产了洗手液。它与碳捕获初创公司 CarbonQuest 合作,不久后就能使用从曼哈顿办公楼供暖系统捕获的二氧化碳。一升伏特加可以消除一磅的二氧化碳。

你呼出的二氧化碳 他们想把它变成“汽油”
Air Company 用二氧化碳制造的伏特加

高档跑鞋品牌 On 去年宣布与美国初创公司 LanzaTech 合作,计划在一年后推出第一双完全由碳制成的鞋子,未来有一半数量的鞋底泡沫将不再由石油化工产品制造,而是由碳制成。LanzaTech 拥有一项专利技术,可以从工业排放的碳废物中提取乙醇,乙醇经过一系列化学反应后生成聚乙烯,用来制造泡沫。

加拿大公司 CarbonCure 成立于 2012 年,是建筑材料领域的佼佼者。该公司的核心技术是在混凝土的混合过程中注入二氧化碳,二氧化碳与湿润的混凝土发生反应,迅速生成一种永久的矿物质。

CarbonCure 将这项技术授权给混凝土制造商,帮对方改造系统,将他们转变为碳技术公司。这不仅给混凝土制造商带来了绿色销售的优势,还可以减少约 5% 的水泥含量,节约经济成本。

「碳的美妙之处在于,你可以用它制造各种不同的东西。」密歇根大学机械工程教授、全球二氧化碳倡议负责人沃尔克·西克(Volker Sick)说。

随着碳转化产品的品类不断增加,Expedition Air 和 SkyBaron 等专业的电商市场正在兴起,用来交易此类消费品。

「我们尚处于一个碳技术产业的早期阶段。」纽约大学城市未来实验室的帕特·萨宾斯利(Pat Sapinsley)说。萨宾斯利目前管理着一个新的加速器项目,帮助初创企业获得立足点。

尽管这只是一个新兴行业,大多数活动还处在试验阶段,但据城市未来实验室估计,目前大约有 350 家初创公司希望实现「碳价值」。

支持者认为,碳利用行业可以帮助实现政府和企业一直以来的零排放承诺,因为单靠可再生电力,显然无法实现这一承诺。

不过,这项创新也面临质疑。如果这项技术真的要为气候环境服务,就需要迅速实现大规模生产,并提供具有价格竞争力的产品。德国初创公司 Made of Air 的 CEO 艾利森·德林(Allison Dring)表示,除非我们能大规模生产,否则就没有意义。

一个更具体的难题是寻找更多客户。这些初创公司需要与更大的公司合作,但它们目前很难进入对方现有的供应链。以 CarbonCure 公司为例,它为 450 家混凝土生产商提供技术,这个数量几乎是所有碳利用项目的总和,但却只是全球 10 万多家混凝土工厂的九牛一毛。

另一个瓶颈是如何获取大量且低成本的二氧化碳。虽然从工业排放中捕获二氧化碳的技术已经成立,但目前还只是在小范围内进行。直接从空气中捕获二氧化碳的技术还不太发达,成本也较高。此外,如果二氧化碳是在不同的地方被捕获,还需要基础设施来进行转移。

「这些开脑洞的技术能否被大规模应用,还未经证实。」环境运动组织「地球之友」的政策主管迈克·蔡尔兹(Mike Childs)认为,这是一场押注人类和地球环境的豪赌。从源头上减少碳排放,才是限制全球变暖的最佳和最廉价的方法,而这些技术甚至会成为权力阶层放任使用化石燃料的借口。

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