Startup SkyNano na premenu CO2 na pevný uhlík: Časť 1

Do roku 2050 bude stále vznikať veľa emisií skleníkových plynov – niektoré odhady sú 10 – 15 miliárd ton ročne. Tento „zvyšok“ skleníkových plynov sa musí nejakým spôsobom zlikvidovať, ak má svet dosiahnuť do roku 2050 nulovú hodnotu. Jedna metóda, zachytávanie a podzemné ukladanie uhlíka (CCUS), bola skúmaná najviac, pretože bola implementovaná pomocou ropy a zemného plynu. spoločnosti už desaťročia, hoci existujú vážne obmedzenia.

Ale v bloku je nové dieťa. A spoločnosť s názvom SkyNano, ktorá sa začala v roku 2017, využíva elektrochemický proces na premenu CO2 na pevné uhlíkové nanorúrky skôr ako termochemický proces používaný pri konvenčnej výrobe nanorúrok. Jediným vedľajším produktom je kyslík na rozdiel od oxidu uhoľnatého, polycyklických aromatických uhľovodíkov (PAH) a prchavých organických zlúčenín (VOVO
Cs) z iných metód.

Uhlíkové nanorúrky sú duté trubice z uhlíka s veľkosťou v nanometroch. Tieto pevné uhlíky sú tvrdé a používajú sa v brnení vozidiel. Môžu prenášať elektrický prúd a používajú sa v prenosových kábloch. Sú flexibilné a používajú sa v tkaných látkach.

Keďže tento proces možno použiť aj na konverziu prúdov CO2 emitovaných z cementární a oceliarní, predstavuje veľký prísľub na odstránenie ťažko znižovateľných emisií.

Generálnou riaditeľkou SkyNano je Anna Douglas, ktorá spoločnosť založila v roku 2017 počas doktorandského štúdia vo Vanderbilte s Prof. Cary Pintom, CTO SkyNano. Anna vyštudovala matematiku a chémiu na Lee University v roku 2014 a v roku 2019 ukončila doktorát na Vanderbilt v odbore interdisciplinárne vedy o materiáloch. Jej práca súvisiaca s technológiou SkyNano bola zvýraznená v mnohých recenzovaných vedeckých publikáciách, ocenení Forbes 2019 pod 30 rokov, 30 R&D2020 Award, 100 TechConnect Innovation Award a 2021 Governor's Environmental Stewardship Award od štátu Tenness.

Nižšie je časť 1 rozhovoru s Annou, ktorá je zameraná na novú technológiu a financovanie začínajúcej spoločnosti, vrátane porovnania so zachytávaním uhlíka, vstrekovaním do podzemia a skladovaním (CCUS).

Časť 2 bude nasledovať čoskoro a je zameraná na trhy a klimatické riešenia.

1. Aké je pozadie vzniku spoločnosti SkyNano?

Kým som bol vysokoškolským študentom, absolvoval som letnú stáž v NASA Glenn Research Center v Clevelande, OH a úplne som sa zamiloval do nanotechnológií a materiálovej vedy. Išiel som do Vanderbilt, aby som študoval doktorát v oblasti materiálovej vedy a začal som pracovať na nanomateriáloch na skladovanie energie ako výskumnej téme, pretože som silne cítil, že skladovanie energie je (a je) najvýznamnejšou prekážkou udržateľnej energetickej infraštruktúry. Keď som študoval batérie, uvedomil som si, že spôsob, akým syntetizujeme a ťažíme mnohé materiály, z ktorých batérie sú, naozaj nie je veľmi udržateľný a môže dokonca podkopať používanie batérií ako „čistej“ technológie.

S mojím doktorandským poradcom sme začali hľadať iné spôsoby výroby uhlíkových štruktúr, ktoré majú nespočetné využitie v chémii batérií, a objavili sme elektrochemický proces, ktorý sa skúmal od začiatku 1900. storočia na premenu CO2 na pevný uhlík, ale bez vysokej selektivity. pre špecifické uhlíkové štruktúry. Mysleli sme si, že ak pristúpime k tejto téme z pozadia syntézy nanomateriálov, mohli by sme byť schopní zlepšiť selektivitu, ktorá je potrebná na uvedenie technológie na trh. Čoskoro nato sme získali prvý kúsok financií z programu Innovation Crossroads ministerstva energetiky, podnikateľského programu vloženého do laboratória, a zvyšok je história.

2. Aká je základná technológia SkyNano?

Základná technológia SkyNano je založená na chemickom procese, ktorý bol študovaný od začiatku 1900. storočia v akademických laboratóriách po celom svete. V podstate je založená na chemickej absorpcii CO2 cez molekuly oxidu za vzniku uhličitanu, potom elektrochemickom rozklade tejto molekuly uhličitanu späť na pôvodný oxid. Čistá reakcia je tu jednoducho CO2 à C (tuhá látka) + O2 (plyn). Dôsledky tohto procesu sú hlboké, keďže ide o jednoduchý 4-elektrónový proces na výrobu pevného uhlíka z plynného oxidu uhličitého.

CO2 je extrémne stabilný, čo je jeden z dôvodov, prečo sa stal problematickým v našej atmosfére, ale keď ho vrátime späť do jeho pevnej uhlíkovej formy, je tiež extrémne stabilný a umožňuje trvalé ukladanie uhlíka. Toto je dôležitý rozdiel, pretože mnohé technológie na transformáciu CO2 produkujú konečné produkty, ktoré budú počas svojho životného cyklu znovu emitovať CO2. Sú prinajlepšom uhlíkovo neutrálne, ale neposkytujú dlhodobé trvalé skladovanie. Pevné produkty, ako je náš proces, predstavujú to najlepšie z oboch svetov: transformáciu uhlíka (výroba ekonomického produktu z CO2) a sekvestráciu (dlhodobé skladovanie).

3. Ako je spoločnosť SkyNano financovaná? Kto sú zainteresované strany? Aké sú vaše ciele financovania?

V auguste 2022 SkyNano vyzbieralo približne 8.5 milióna dolárov (milióna) neriediaceho financovania z rôznych federálnych, štátnych a komerčných zdrojov. Našimi primárnymi federálnymi podporovateľmi sú Ministerstvo energetiky USA, Národná vedecká nadácia a Ministerstvo obrany USA. Technológia SkyNano sa dotýka strategických cieľov takmer každej federálnej agentúry, či už prostredníctvom nášho úsilia o dekarbonizáciu, alebo prostredníctvom špecifických materiálov, ktoré vyrábame a ktoré boli identifikované ako kritický materiál pre národnú bezpečnosť. Na tento účel máme celý rad zaangažovaných zainteresovaných strán vrátane zdrojov emisií, tvorcov politiky, ktorí sa zaoberajú dekarbonizáciou, zákazníkov kreditov za odstránenie uhlíka a zákazníkov materiálov, ktoré vyrábame.

Od nášho vzniku sa laserovo zameriavame na zákazníkov materiálov, ktoré vyrábame z CO2. Pevné uhlíkové aditívne materiály sa dodávajú v širokej škále štruktúr a sme schopní uspokojiť mnohé súčasné potreby trhu spolu s vytváraním nových trhov prostredníctvom pokročilých uhlíkových materiálov s nižšou cenou. Naše ciele financovania zostávajú zamerané na uspokojovanie potrieb zákazníkov, a preto sa sústreďujú na financovanie založené na projekte, ktoré pochádza z grantov na výskum a vývoj, ako aj z platených pilotných projektov so zákazníkmi.

4. CO2 získate priamym zachytávaním zo vzduchu. To nie je veľmi efektívne, však. Môžete ho získať aj z prúdov koncentrovaného CO2 z cementární a oceliarní a iných odvetví, ktoré sa ťažko znižujú?

To je správne. Nie je veľmi efektívne vyťahovať CO2 z atmosféry. Naša technológia určite môcť funguje ako taký proces priameho zachytávania vzduchu, ale je oveľa efektívnejší, keď pracujeme so vstupnými prúdmi, ktoré obsahujú aspoň 1 % CO2. Ide o toky odpadu, ktoré sa vyskytujú v priemyselných odvetviach od cementu a ocele až po chemikálie a výrobu energie. V súčasnosti pokračujeme v spolupráci s úradom Tennessee Valley Authority, najväčšou verejnoprospešnou spoločnosťou v našej krajine, aby sme demonštrovali, že spaliny z elektrární na zemný plyn s kombinovaným cyklom možno použiť na výrobu pevných uhlíkových produktov.

V reťazci emisií uhlíka existuje množstvo zainteresovaných strán. Na jednom konci je niekoľko technológií, ktoré sú veľmi vhodné na priame zachytávanie vzduchu na výrobu koncentrovaného prúdu CO2. Na druhom konci sú mnohé technológie schopné spracovať CO2 s vysokou čistotou (>90 %). Existuje oveľa menej technológií, ktoré dokážu pracovať s 1 – 80 % CO2 bez predbežnej koncentrácie, a odtiaľ dnes pochádza prevažná väčšina našich emisií CO2. Technológia SkyNano funguje naozaj dobre, aby sa priamo spojila s bodovými zdrojmi emisií a dekarbonizovala niektoré sektory, ktoré je ťažké znížiť, na ktoré sa všetci spoliehame pri súčasnej kvalite života.

5. Aký drahý je váš proces v porovnaní so zachytávaním uhlíka a podzemným vstrekovaním a ukladaním CO2 (CCUS), ktoré si pravdepodobne bude vyžadovať uhlíkovú daň, pokiaľ sa na druhom konci nebude produkovať ropa.

Ekonomická výzva CCUS spočíva predovšetkým v tom, že okrem možnej uhlíkovej dane nedochádza k žiadnemu ekonomickému nárastu, takže celkové cvičenie predstavuje pre spoločnosti čistú stratu. Veľké spoločnosti práve teraz stále zvažujú CCUS kvôli vyspelosti tejto technológie a ich túžbe rýchlo dekarbonizovať, ale v každom prípade ide o celkovú čistú stratu, dokonca aj s daňovými stimulmi.

Proces SkyNano je ekonomicky realizovateľný na základe hodnoty nášho výstupného produktu z CO2, pevného uhlíka a daňové stimuly by boli jednoducho bonus. V skutočnosti je pri súčasnej daňovej štruktúre za 45. štvrťrok potenciálny príjem z daňových stimulov zanedbateľný v porovnaní s príjmom z nášho uhlíkového produktu.

Pokiaľ ide o náklady, niektoré z výziev s CCUS sú povoľovacie, regulačné prekážky a ďalšie náklady, ktoré nie sú vždy zrejmé pri vyhodnocovaní technológie na jej základe. V prípade SkyNano sú naše náklady primárne odvodené od elektrickej energie potrebnej na poháňanie nášho procesu a očakávame, že v priebehu času budeme profitovať z predpokladaného zníženia cien energie s nástupom väčšieho množstva obnoviteľných zdrojov do našej siete.

Pre niekoľko ďalších otázok a odpovedí pozri Startup SkyNano na premenu CO2 na pevný uhlík: Časť 2 – Trhy a riešenie pre klímu.