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刚玉

能耗巨大的培育钻石40克拉可“吃掉”168万度绿电

  近日,在塞罕坝脚下的河北省承德市围场满族蒙古族自治县,有一家生产人工培育钻石的企业,利用当地丰富的风、光等清洁能源,实现了用绿电“种”绿钻。

  河北天乾地坤公司负责这个的人说,经过近一年的试生产,该企业的集装箱钻石“种植车间”每台设备每个月可以“种”出80克拉左右钻石。而且,从钻石的设计、生产到培育,该企业“种”出的每颗钻石“喝”的都是绿电。

  一颗天然钻石往往需要地表160公里至480公里以下的碳单质,在高温度高压力环境下历经漫长的数百万年(甚至数十亿年)转化才能形成。

  而且,天然钻石的开采曾经总是伴随着矛盾与争议。1999年由著名影星莱昂纳多主演的《血钻》就专门讲述了美丽钻石背后的罪恶。

  “冲突钻石”或“战争钻石”特指来自战争冲突地区的钻石。位于非洲的一些著名钻石出口国经常叛乱不断,各方武装力量目的都是为了可以控制国家的钻石出口,从中牟取高额的利润。这种钻石开采的背后沾满了非洲人民的鲜血。

  正因此联合国大会于2003年1月1日通过并实施了钻石行业著名的《金伯利进程国际证书制度》,以确保钻石来自非冲突地区。我国也于2003年1月正式实施了该项证书的管理制度,并于上个月底落实了“金伯利进程”最新要求。

  目前在实验室里有两种办法能够合成人造钻石,一种是“高压高温法”,简称HPHT法。这种方法是模拟地球内部自然形成钻石的过程,即将石墨置于高温和高压之下合成。

  第二种合成钻石的方法叫做化学气相沉积法(CVD)。该技术利用微波这种高能量,把碳源气体进行电解形成碳的沉积。游离状态的碳原子经过几百个小时沉积在基膜上,并不断生长,形成碳元素的单晶体——金刚石,再经过切割打磨后就成为钻石。

  河北天乾地坤公司用的就是这样的形式:工人将处理好的一块块透明晶种放入钼台里。其中,7×7毫米的方块型钼台用于培育1克拉左右的钻石;10×10毫米的方块型钼台用于培育3克拉左右的钻石。然后将钼台放入生长炉中,在900℃恒温环境下进行培育。

  通过不停向炉内注入特殊的比例的氢气、甲烷等气体并加热,这些气体中的碳原子会以每小时6到10微米的速度一层层地沉积在晶种上,形成均匀的钻石层。

  可以看到,人工合成钻石与天然钻石相比,具有无地表破坏、低碳排、低耗水、安全无冲突等优势。

  随着全球可持续事业的发展,不管是消费的人还是珠宝品牌,都倾向于转向更加“可持续”的培育钻石。

  来自丹麦的全球最大珠宝商潘多拉在2021年就曾表示,该公司将不再出售天然开采的钻石,而将完全转向实验室制造的钻石。

  据河北天乾地坤公司工作人员介绍,用CVD的方式培育40克拉的人工钻石,需要28千瓦的设备持续工作600个小时,大概消耗16,800度电。

  根据目前的市价测算,一克拉培育钻石按4000-5000元左右计算,40克拉培育钻石的市场价约在16万-20万元之间,电价按0.7元计算,生产40克拉钻石的电费约为11760元,占到市价的5%-7%。

  培育钻石的可持续性正是吸引消费的人买单的根本原因之一,但这种“可持续性”显然不包括巨大的能耗。

  而河北省承德市围场县丰富的绿电供给,正是吸引该企业落户的主要的因素。截至目前,围场县清洁能源累计装机448.81万千瓦,发电91亿千瓦时,实现产值39.4亿元。

  河北天乾地坤公司的主要目标是进军欧美高端市场,面对客户的“可持续压力”,要力争做到从能耗到生产所有的环节全产业链绿色可持续发展。

  “我们的集装箱种植车间配备有储能装备,放置在风电或光伏发电场附近,就近存储绿电、消纳绿电,培育钻石。”企业负责人对媒体表示。

  据了解,为扩大规模,该公司还将建设一座可容纳上百台生长设备的钻石“农场”,打造绿色园区,让绿电持续“种”绿钻。

  根据未来智库的统计,全球主要的培育钻珠宝品牌于2016-2020年期间率先在海外萌芽。一些培育钻石初创公司曾获多个科技巨头创始人的投资。而天然钻石巨头戴比尔斯也专门推出了培育钻子品牌Lightbox。

  根据智研咨询发布的报告,2015年以来,我国培育钻石的专利申请量持续上升,从2015年的1件增长到2022年的30件,其中2022年的专利量同比2021年发展增速超一倍,达到173%。

  据统计,2021年我国培育钻石产量达到400万克拉,占全球培育钻石产量的43%,预计到2025年,我国培育钻石的年产量将得到逐步提升,达到1049万克拉左右。

  姑且按40克拉使用16,800度电的能耗测算,1克拉培育钻石平均能耗为420度电,2025年我们国家生产培育钻石的能耗将达到44亿度电。

  面对来自海外市场、消费者的压力,未来培育钻石企业则会更倾向于选择绿电,以及绿电资源丰富的地区和产业园区。


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