石材遍及于我们的生活中却不醒目，它被用以修建高架道路、水坝、地窖和各种建筑物。但那些无所不在的棕色瓦片里头藏着地理环境严重威胁。
石材锻造占全球甲烷总排放量的 7% 以上，超过了航空、航运和垃圾填埋等金融行业。
数千年来，人类文明一直在以某种形式锻造石材。古罗马人采用活火山灰、碎木炭和海水（石材的早期版）修建渡槽和万神殿等标志性建筑物。
“现代版”的石材可以追溯到 19 世纪初，它与水混和后会变硬并干燥。它所需的金属材料容易获取、价格低廉、易于制作。如今，石材是地球上采用最多的金属材料之一，每月产量约 40 亿吨。
工业规模的石材锻造带来了多方面的地理环境难题。它的锻造操作过程是能源密集型的：现代石材窑的内部比活火山喷发时的熔岩还热。
达到这样的环境温度一般来说须要燃烧煤炭等标本推进剂。将碎裂的矿物转化成为石材还须要一连串特定的化学变化，那些化学反应会释放出来甲烷，也就是水蒸气中最常见的气溶胶液体。
这场地理环境灾难的两个潜在性解决方案可能是采用 Sublime Systems 的控制技术。另一家孵化器子公司由麻省理工学院的两名电池科学家创立，它已经开始开发一类全新的石材锻造方法。
Sublime 的控制技术不是在活火山一样的热窑中冷却碎裂的岩石，而是用电将其放入水中，借此引起化学变化，从而形成石材的主要成分。
在过去的几年里，另一家孵化器子公司已经从只能锻造一小块石材，发展到了创建了两个每月可锻造约 100 吨石材的试点工作公共设施。
尽管与每月可以锻造 100 亿吨以上的现代石材厂相比，它的规模仍然很小，但该里韦证明了高分子能够帮助应付石材（世界上最重要的建筑物金属材料之一）锻造的挑战，迈出了重要的第一步。
到本世纪末，Sublime 计划创建两个完整的锻造公共设施，每月能够锻造 100 亿吨金属材料。但现代的大型石材厂的修建和装备生产成本可能超过 10 亿美元。
与老牌金融行业参加者竞争将要求 Sublime 快速扩张，同时筹集支持增长所需的额外资金。低利率时代的结束使任何企业都越来越十分困难此项任务，尤其是对锻造石材等工业品的企业来说。
在建筑物等高风险、低利润的金融行业，Sublime 首先须要说服金融家采用其金属材料。
石材金融行业每月向水蒸气中排放 26 亿吨甲烷。应付这一问题须要解决石材气溶胶液体排放的两个不同来源：热能和化学（操作过程）。
今天，为了锻造石材，我们一般来说将所含花岗岩、泥土和黏土的氧化物磨碎，并在环境温度高达 1500°C（略高于 2700°F）的窑中冷却。高温会引起化学反应，将花岗岩转化成为木炭，并与泥土和黏土中的二氧化硅结合。
那些化学反应很复杂，但在绝大多数情况下，关键的最终产物是一些硅、钙和氧氧化物的氧化物，那些氧化物使石材在与水混和（并加入泥土和砾石）后硬化成钢筋，成为一类坚固的建筑物金属材料。
按重量计算，人类文明采用的钢筋比除水以外的任何其他金属材料都多。石材是将金属材料粘合在一起的胶水，约占其体积的 10%。
约 40% 与石材锻造相关的气溶胶液体排放来自那些产生热能的标本推进剂。这是整个重工业的两个示例。
非营利性研究组织 ClimateWorks 的金融行业小组负责人瑞贝卡·戴尔（Rebecca Dell）说，由于标本推进剂生产成本低廉，它们已经在锻造操作过程中根深蒂固。
然而，生产成本较高的可再生能源已经开始进入电网，为更多工业领域转向水电打开了大门。
采用电窑锻造石材是可行的。一些主要的金融行业参加者，如 Cemex 子公司已经开始努力试验此项控制技术，以减少热能需求的排放。如果那些电窑由可再生水电供电，就可以成为一类减少石材对地理环境影响的潜在性途径。
但这并不能弥补石材锻造操作过程中的其他排放源：约 60% 的排放源不是来自热能，而是将原金属材料转化成为建筑物金属材料时所需的化学变化。
绝大多数石材都是从花岗岩开始的，它是一类所含钙、氧和碳的沉积岩。在石材窑中，花岗岩通过一连串化学反应转化成为木炭，这个操作过程一般来说会向水蒸气中释放出来甲烷。
单纯从质量来看，甲烷的排放量不可小觑。这意味着石材金融行业的完全脱碳可能须要更彻底的改造，而这就是 Sublime 子公司的用武之地。
Sublime 的联合创始人兼 CEO 莉亚·埃利斯（Leah Ellis）表示：“我认为石材并没有得到它应得的关注。”
她略带加拿大口音，讲话时语速很快，思绪倾泻而出，就好像时间很紧迫一样。当她解释石材化学的复杂性时，眼睛在闪闪发光。
图 | 蒋业明和 Sublime 的 CEO 莉亚·埃利斯（Leah Ellis）于 2020 年共同创立了该子公司（来源：BOB OCONNOR）
埃利斯并不是一开始就想进入建筑物金属材料金融行业的。在加拿大长大后，她在著名的电池先驱杰夫·达恩（Jeff Dahn）的指导下完成了研究生学业。
随后，她前往麻省理工学院，与电池研究领域的另一位重要人物、连续创业者蒋业明合作。
蒋业明创立了多家储能企业，包括 A123 Systems、24M 和 Form energy，目前与埃利斯共同创立了 Sublime Systems。
当埃利斯第一次来到麻省理工学院时，正是蒋业明为她在那里的研究提出了不同的想法。她回忆说，他把她带进办公室，然后问她是否已经对电池感到厌倦。这让她很惊讶。
“我觉得这是两个有陷阱的问题。”她说，“因为他是一位著名的电池科学家。”但蒋业明当时有两个想法，用电池科学中的一类工具来锻造石材：高分子。
蒋业明建议，与其燃烧标本推进剂来冷却石材窑，不如找到一类用电的方法，来引起锻造石材必要的化学变化。
他们后来发现，一类名为电解槽的设备可能会在这个操作过程中派上用场。电解槽是利用电来启动化学变化的装置。它们一般来说用于将水分解，产生氢气和氧气。
但电解槽也可以与其他化学变化一起工作，比如产生酸和碱，这是新石材锻造工艺的关键。
到 2019 年，埃利斯和她的同事们发现了一类有可能实现蒋业明想法的方法。
他们发现，电解槽可以用以在槽中形成 pH 梯度，酸性端是溶解的花岗岩，另一端是熟木炭。然后，木炭可以与活性二氧化硅结合，由此得到的氧化物与现代石材（锻造）形成的氧化物相同。
经过一些后续的控制技术开发和金融行业分析，两人决定将此项研究发展成一家由埃利斯掌舵的子公司。蒋业明说：“没过多久，我就意识到，这个想法要有两个人来实现它。”
图 | 作为研发操作过程中的一部分，一名 Sublime 员工已经开始将活性二氧化硅产品从其设备中移除（来源：BOB OCONNOR）
四年后，Sublime 启动了一条试锻造线的运营。相较于麻省理工学院的早期成果，这是两个重大进步。
在那里，埃利斯和她的实验室伙伴锻造出了约足够锻造两个模具的金属材料。Sublime 的工程总监麦克·科贝特（Mike Corbett）表示，这条锻造线于 2022 年底启动，比该子公司在实验室运营的任何产品线都大 20 倍。
在另一家孵化器子公司总部的两个洞穴般的房间里，墙壁上的不锈钢箱子从左到右排列着。房间一侧的箱子里放着磨碎的岩石，另一侧的箱子中放着熟木炭，这是 Sublime 石材的主要成分之一。
各种实验和试运行的结果就装在附近的桶里，堆放在金属架上。当科贝特和一位同事打开两个盖子时，里头的熟木炭是一类白色粉末，有点结块，就像受潮的小苏打一样。
不过那些桶里的东西还不够修建任何东西。在满负荷的情况下，里韦须要约一周的时间才能锻造出足够的石材来填满一辆钢筋卡车。在美国，两个普通的独栋住宅须要三到四卡车的石材才足以浇筑地基。
目前，另一家孵化器子公司已经开始制作金属材料样本，目的是送给潜在性的合作伙伴，对石材块进行测试，还有最重要的是帮助设计下一批锻造公共设施。
那些计划中的新公共设施要大得多，可能是证明 Sublime 的工艺可以在石材金融行业发挥作用的最后一步。
Sublime 并不是唯一两个试图让“棕色胶水变绿色”的玩家。Climate Imperative 基金会的工业倡议主任拉迪卡·拉利特（Radhika Lalit）表示，早期减少石材排放的努力主要集中在效率上，他曾在非营利性研究机构落基山研究所（Rocky Mountain Institute）的工业小组工作。
例如，添加名为补充胶凝金属材料的填料，这种填料可以与石材中的活性成分化学反应，有助于减少总排放，而不会影响钢筋的性能。
拉利特指出，这种策略只在一定程度上有效，因为那些填料会降低石材的强度和采用寿命。
还有其他方法可以在石材中添加金属材料以减少对地理环境的影响。例如，加拿大子公司 CarbonCure 已经开发出将甲烷注入石材氧化物的控制技术。
根据 CarbonCure 的说法，甲烷液体可以与氧化物化学反应并矿化，将其与水蒸气隔绝，增加金属材料的强度。CarbonCure 已经开始与 Heirloom Carbon Technologies 等除碳子公司合作，以展示采用钢筋长期储存甲烷的可能性。
但是，减少采用的总金属材料或添加辅料等方法在减少排放方面存在限制，它们不可能进行无限制的效率调整以实现零排放。拉利特说，石材金融行业的许多老牌企业都在寻求在现有公共设施中增加碳捕获和封存设备。
在甲烷释放出来到水蒸气中之前就从工厂废气中捕获它们，这可以帮助公共设施减少排放，使整个金融行业在不须要完全更换设备的情况下变得更清洁。
在现有基础公共设施中增加碳捕获控制技术，可能意味着延长了现代设备的采用寿命。这对最近修建的工厂来说是两个重要好处，因为它们一般来说可以运行 30 至 50 年。
但在重工业中，碳捕获在很大程度上仍未得到验证。拉利特说，现有的方法往往无法捕获所有排放物，现有的少数大型装置也面临延误的问题。
落基山研究所表示，为了实现净零目标，石材金融行业须要在 2030 年前为 33 至 45 家现有石材厂增加碳捕获公共设施。石材厂的第两个工业规模公共设施计划于 2024 年上线。
这可能很昂贵。碳捕获系统每去除一公吨甲烷的生产成本可能高达 120 美元，埃利斯表示，按照目前的价格，这将把石材的最终生产成本翻上一倍。
生产成本是 Sublime 和其他一些孵化器子公司避开碳捕获，并致力于采用更激进的方法来减少石材碳足迹的原因之一。
另一家资金最多的石材孵化器子公司是 Brimstone，总部位于美国加利福尼亚州，它拥有一套所谓的负碳石材锻造工艺。Brimstone 的 CEO 库迪·费恩科（Cody Finke）表示，这意味着该产品最终从水蒸气中吸收的甲烷比排放的还要多。
它的控制技术主要在两个方面起作用。费恩科说，首先 Brimstone 采用的不是花岗岩，而是其他不含甲烷的硅酸盐矿物，因此该子公司的石材（锻造）工艺没有排放。
此外，硅酸盐的废物是一类含镁金属材料，其作用类似于海绵，可以吸收空气中的甲烷并使其矿化。
Brimstone 锻造石材仍有排放，这在很大程度上与所需的热能有关。但费恩科解释说，它们可以通过其他操作过程有效地抵消，尤其是因为该子公司计划采用电窑。
另一家孵化器子公司声称，如果那些金属材料由美国普通电网供电，其金属材料最终去除的甲烷比其锻造操作过程中产生的甲烷还要多，每吨石材的碳排放约为负 130 公斤。
尽管 Brimstone 有能源需求和排放，但它坚持这种高温工艺的原因是，它锻造石材所用的化学配方在当今金融行业中占主导地位。
波特兰石材从 19 世纪初就已经存在，这是世界上最常见的石材类型。它以能锻造可预测和坚固的钢筋而闻名。
然而，有两个问题：锻造它须要超高温，因为石材的一类关键成分，阿利特（A 矿），只能在 1250°C 以上的环境温度下形成。
最初，Sublime 也计划锻造波特兰石材。“对于像石材这样低生产成本的东西，我们认为你须要锻造市场普遍采用的东西。”蒋业明说。
但环境温度的要求促使 Sublime 在开始大规模锻造产品时重新考虑：“我们在围绕一项有 200 年历史的发明做创新。”
因此，研究小组进行了调查，发现还有其他途径可以形成化学键，使其钢筋的强度足以媲美波特兰石材（制成的钢筋）。
Sublime 的金属材料采用了其中一类替代路线，它采用木炭和活性硅酸盐与水化学反应形成最终金属材料，而不是阿利特。
石材化学操作过程的选择可能看起来像是两个小问题。但在建筑物业这样的高风险金融行业，这可能是孵化器子公司赢得大合同和合作伙伴关系的两个关键决定因素，也可能是失败的关键决定因素。
“我认为，人们理所当然地对新石材持怀疑态度。”埃利斯说，“不过，它也不完全算是新石材。”
埃利斯坚持认为，Sublime 的金属材料与波特兰石材一样坚固耐用，甚至可能超过后者。但 Climate Imperative 的拉利特表示，开发商可能会犹豫，至少在最开始，因为他们要决定是否要放弃已经非常熟悉的金属材料。
Sublime 面临的主要挑战之一是以大型建筑物项目所需的规模锻造金属材料。现代石材公共设施一般来说每月可锻造 100 多亿吨石材，而 Sublime 的试点工作项目每月产能只有约 100 吨。埃利斯说，这基本上是“蚂蚁的石材厂”。
Sublime 将目光投向了快速扩大规模。该孵化器子公司的下一阶段是，修建两个每月锻造数亿吨金属材料的示范商业公共设施，该公共设施预计于 2026 年初投产。埃利斯说：“按这个规模，石材世界将看到它的存在。”
在那之后，将有两个完整规模的商业工厂，年锻造能力为百亿吨，符合典型的金融行业需求。该子公司仍在研究在哪里修建，但它希望能在 2028 年左右投入采用。
Sublime 的创始二人组很了解未来的挑战。埃利斯说：“石材孵化器子公司可能是你能想象到的最困难的子公司之一。
它不仅在控制技术上很困难，而且须要大量资金。它的体量巨大，而且不性感……每个人都采用和拥有石材，但他们看不到。”
但是，解决这个“看不见的问题”可能会改变我们的世界。石材支撑着我们的社会，试图改变它对于更清洁的建筑物业至关重要，尽管它们面临着巨大的挑战。
作者简介：凯茜·克龙哈特（Casey Crownhart），是《麻省理工科技评论》的地理环境记者，专注于可再生能源、交通以及控制技术如何应付地理环境变化。她还曾是一名自由科学和环境记者，为 Popular Science 和 Atlas Obscura 等媒体撰稿。在从事新闻工作之前，她是一名金属材料科学的研究员。
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