環(huán)球零碳

碳中和領(lǐng)域的《新青年》

來源：World Bio Market Insights

撰文| Shushu

編輯 | 小瀾

→這是《環(huán)球零碳》的1939篇原創(chuàng)

鐵其實(shí)像煤炭、石油一樣，也是一種很好的燃料。

最近，荷蘭初創(chuàng)公司可再生鐵燃料技術(shù)公司（Rift）宣布，已通過私人融資和公共撥款籌集了近1.14億歐元，用于開發(fā)其首個(gè)商業(yè)項(xiàng)目。

這家初創(chuàng)公司之所以受到關(guān)注，是因?yàn)樗描F粉作為燃料，代替天然氣進(jìn)行工業(yè)供熱。一直以來，工業(yè)供熱是全球減碳最困難的領(lǐng)域之一，目前很多工廠仍依賴化石燃料獲取熱能，用于生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品，占全球能源碳排放的三分之一以上。

相比于傳統(tǒng)的工業(yè)供熱，Rift的用“鐵代替氣”的技術(shù)，可以在現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)的生命周期內(nèi)減少近80%的排放。

在Rift的解決方案中，將鐵磨成類似沙子大小的鐵粉，再將鐵粉放入特制的鍋爐中，再注入空氣，用一個(gè)小火花點(diǎn)燃，就可以讓鐵粉燃燒起來。一旦火焰形成，鐵粉的氧化反應(yīng)會(huì)釋放大量熱量，這部分熱量足以持續(xù)加熱后續(xù)進(jìn)入的鐵粉和空氣，從而讓燃燒過程自我維持下去，最終形成熊熊烈焰。

圖說：鐵燃料鍋爐內(nèi)部看到的熊熊烈火

來源：Rift

但與傳統(tǒng)燃料不同的是，鐵在燃燒之后并不會(huì)被“消耗掉”，而是轉(zhuǎn)化為氧化鐵（類似鐵銹）。所以Rift的核心思路，是將這些氧化鐵重新回收，再通過與低碳?xì)浞磻?yīng)，將其還原為新的鐵粉和水，從而形成一個(gè)可循環(huán)利用的燃料體系。與此同時(shí)，鐵燃燒產(chǎn)生的熱量可直接用于制造業(yè)或區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)。

Rift目前主要瞄準(zhǔn)中溫工業(yè)供熱市場(chǎng)，溫度約為250攝氏度。此外，該技術(shù)也可接入?yún)^(qū)域供暖系統(tǒng)，甚至作為電氣化供熱的補(bǔ)充，在電價(jià)高企或電力供應(yīng)緊張時(shí)提供穩(wěn)定熱源。

2025年，Rift與荷蘭公司Kingspan Unidek簽署了第一份客戶合同，該公司生產(chǎn)建筑保溫材料，并計(jì)劃在其一家工廠安裝一臺(tái)鐵燃料鍋爐。

現(xiàn)在，Rift已在荷蘭運(yùn)營(yíng)兩套試點(diǎn)裝置，并計(jì)劃建設(shè)首個(gè)商業(yè)燃料工廠，在歐洲約10個(gè)工業(yè)設(shè)施中部署其鍋爐系統(tǒng)，首個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2029年投運(yùn)。

圖說：Rift在荷蘭海爾蒙德試點(diǎn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)搭建的鐵燃料鍋爐

來源：Rift

Rift的這項(xiàng)技術(shù)的起源可以追溯到埃因霍溫理工大學(xué)的菲利普·德·戈伊和蒙特利爾麥吉爾大學(xué)的杰夫·伯格索爾森領(lǐng)導(dǎo)的早期研究工作。兩位教授在荷蘭歐洲空間研究與技術(shù)中心觀察到粉末燃燒現(xiàn)象后，受啟發(fā)開始研究金屬燃料在能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

他們認(rèn)為鐵粉是氣態(tài)氫燃料的理想替代品。氫燃料的發(fā)展一直受到存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)南拗疲F粉的運(yùn)輸和存儲(chǔ)極其方便。

2020年，埃因霍溫理工大學(xué)的研究人員和學(xué)生在附近一家啤酒廠建造了他們的第一臺(tái)100千瓦鐵燃料鍋爐。同年，在比爾·蓋茨領(lǐng)導(dǎo)的“突破能源研究員計(jì)劃”的支持下，Rift公司成立并推出了一套 1兆瓦的系統(tǒng)，為荷蘭海爾蒙德市約500戶家庭供暖；該公司還在阿納姆的一個(gè)清潔技術(shù)園區(qū)運(yùn)營(yíng)著另一套試點(diǎn)裝置。

正是在這項(xiàng)研究推動(dòng)下，金屬燃料逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化，成為近年來興起的一條新興能源脫碳路徑。

以前，類似于鐵粉的這類金屬粉末，主要作為高能材料應(yīng)用于火箭推進(jìn)和煙火領(lǐng)域。現(xiàn)在，它們開始被重新定義為一種“可儲(chǔ)存能量的載體”。

從原理上看，這一技術(shù)與Rift的方案是一致的：通過可再生能源，將金屬氧化物還原為金屬粉末，把能量“儲(chǔ)存在金屬中”；在使用時(shí)，再通過金屬粉末的氧化反應(yīng)釋放熱量，并生成可回收的氧化物，這一過程被稱為“干循環(huán)”。如果還原過程使用的是風(fēng)能或光伏等清潔能源，那么整個(gè)循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)接近零碳排放。

此外，金屬粉末還可以用于“儲(chǔ)氫”。在水蒸氣環(huán)境中，它不僅能釋放熱量，還可以同時(shí)產(chǎn)生氫氣，這一過程被稱為“濕循環(huán)”。

圖說：鐵作為能量載體使用的示意圖

來源：今日新材料

在不同的金屬中，鐵粉作為一種能源載體尤其具有前景，因?yàn)殍F粉成本低、來源廣泛、毒性低，并且易于改造現(xiàn)有的燃煤電廠以進(jìn)行鐵燃燒。研究顯示，在洲際能源運(yùn)輸場(chǎng)景下，鐵粉作為能源載體的效率與綠氫大致相當(dāng)。

目前，Rift已經(jīng)不是這個(gè)新興領(lǐng)域的唯一參與者。其他參與者包括荷蘭初創(chuàng)公司Iron+、加拿大公司Altiro Energy、FeX Energy和GH Power，以及澳大利亞的Ferron Energy和法國(guó)的Fenix Energy。

很多公司都看中了這項(xiàng)技術(shù)可以與全球其他類型的清潔供熱解決方案協(xié)同工作，例如儲(chǔ)存電力以提供按需供熱的熱電池和高效的工業(yè)熱泵。

不過，與氫能、電氣化等主流路徑相比，鐵燃料仍處于早期階段，其真正商業(yè)化落地仍面臨多重挑戰(zhàn)。

首先，研究人員仍在改進(jìn)鐵燃燒過程和氧化鐵的收集技術(shù)。另外，企業(yè)需要建立鐵粉的供應(yīng)鏈，以進(jìn)行采購和回收。據(jù)了解，目前其鐵礦石的供應(yīng)價(jià)格為每噸140歐元，經(jīng)濟(jì)性有待提升。

更重要的是，由于供應(yīng)有限且成本高昂，利用綠色氫氣（即利用可再生能源生產(chǎn)的氫氣）進(jìn)行鐵燃料循環(huán)使用仍然面臨挑戰(zhàn)。

此外，政策與市場(chǎng)機(jī)制同樣關(guān)鍵。在當(dāng)前碳定價(jià)和能源體系下，鐵燃料能否在成本上與天然氣、電力或氫能競(jìng)爭(zhēng)，仍存在不確定性。

[1]https://www.canarymedia.com/articles/clean-energy-manufacturing/metal-powders-help-fuel-rockets-now-factories

[2]https://www.nature.com/articles/s41578-025-00876-1

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