Startup SkyNano za pretvaranje CO2 u čvrsti ugljik: 1. dio

Puno emisija stakleničkih plinova (GHG) i dalje će se stvarati do 2050. godine – neke procjene su 10-15 milijardi tona godišnje. Ovi "preostali" staklenički plinovi moraju se na neki način zbrinuti ako svijet želi postići neto-nultu razinu do 2050. Jedna metoda, hvatanje i podzemno skladištenje ugljika (CCUS) najviše je proučavana jer je primijenjena u nafti i plinu poduzeća desetljećima, iako postoje ozbiljna ograničenja.

Ali u bloku je novi klinac. A tvrtka pod nazivom SkyNano, započet 2017., koristi elektrokemijski proces za pretvaranje CO2 u čvrste ugljikove nanocijevi nego termokemijski proces koji se koristi u konvencionalnoj proizvodnji nanocijevi. Jedini nusprodukt je kisik za razliku od ugljikovog monoksida, policikličkih aromatskih ugljikovodika (PAH) i hlapljivih organskih spojeva (VOVO
Cs) od drugih metoda.

Ugljikove nanocijevi su šuplje cijevi od ugljika veličine u nanometrima. Ovi čvrsti ugljici su čvrsti i koriste se u oklopima za vozila. Mogu prenositi električnu struju i koriste se u prijenosnim kabelima. Fleksibilni su i koriste se u tkanim tkaninama.

Budući da se proces također može koristiti za pretvaranje tokova CO2 koji se ispuštaju iz tvornica cementa i čelika, obećava veliko uklanjanje emisija koje je teško smanjiti.

Izvršna direktorica SkyNana je Anna Douglas koja je suosnivala tvrtku 2017. tijekom svog doktorata na Vanderbiltu s prof. Caryjem Pintom, tehničkim direktorom SkyNana. Anna je diplomirala matematiku i kemiju na Sveučilištu Lee 2014., a doktorirala je na Vanderbiltu 2019. iz interdisciplinarne znanosti o materijalima. Njezin rad vezan uz SkyNano tehnologiju istaknut je u mnogim recenziranim znanstvenim publikacijama, Forbesovoj nagradi 2019 ispod 30 30., nagradi R&D2020 100., nagradi TechConnect Innovation Award 2021. i nagradi guvernera Environmental Stewardship Award 2022. države Tennessee.

Ispod je 1. dio intervjua s Annom koji je ključan za novu tehnologiju i financiranje startup tvrtke, uključujući usporedbu s hvatanjem ugljika, podzemnim ubrizgavanjem i skladištenjem (CCUS).

Drugi dio slijedi uskoro i usmjeren je na tržišta i klimatska rješenja.

1. Koja je pozadina osnivanja tvrtke SkyNano?

Dok sam bio student dodiplomskog studija, odradio sam ljetnu praksu u NASA Glenn Research Center u Clevelandu, OH i potpuno sam se zaljubio u nanotehnologiju i znanost o materijalima. Otišao sam u Vanderbilt kako bih stekao doktorat iz znanosti o materijalima i počeo raditi na nanomaterijalima za pohranu energije kao temu istraživanja, budući da sam čvrsto osjećao da je pohrana energije (i jest) najznačajnije usko grlo održive energetske infrastrukture. Dok sam proučavao baterije, shvatio sam da način na koji sintetiziramo i eksploatišemo mnoge materijale od kojih se sastoje baterije zapravo nije baš održiv i može čak potkopati korištenje baterija kao "čiste" tehnologije.

Moj doktorski savjetnik i ja počeli smo tražiti druge načine za izradu karbonskih struktura, koje imaju bezbrojne primjene u kemiji baterija, i otkrili smo elektrokemijski proces koji se proučavao od ranih 1900-ih za pretvaranje CO2 u čvrsti ugljik, ali bez visoke selektivnosti za specifične ugljikove strukture. Mislili smo da bismo, ako ovoj temi pristupimo iz pozadine sinteze nanomaterijala, mogli poboljšati selektivnost koja je potrebna za izlazak tehnologije na tržište. Ubrzo nakon toga, dobili smo prvi dio financiranja od programa Innovation Crossroads Ministarstva energetike, poduzetničkog programa ugrađenog u laboratorij, a ostalo je povijest.

2. Koja je SkyNano temeljna tehnologija?

SkyNano temeljna tehnologija temelji se na kemijskom procesu koji se proučava od ranih 1900-ih u akademskim laboratorijima diljem svijeta. U biti, temelji se na kemijskoj apsorpciji CO2 preko molekula oksida kako bi se formirao karbonat, zatim elektrokemijskoj razgradnji te karbonatne molekule natrag u izvorni oksid. Ukupna reakcija ovdje je jednostavno CO2 à C(krutina) + O2(plin). Implikacije ovog procesa su duboke, budući da je to jednostavan proces s 4 elektrona za proizvodnju čvrstog ugljika iz plinovitog ugljičnog dioksida.

CO2 je izuzetno stabilan, što je dio razloga zašto je postao problematičan u našoj atmosferi, ali kada ga vratimo u njegov čvrsti oblik ugljika, on je također izuzetno stabilan i omogućava trajno skladištenje ugljika. Ovo je važna razlika jer mnoge tehnologije pretvorbe CO2 proizvode krajnje proizvode koji će ponovno emitirati CO2 tijekom svog životnog ciklusa. Oni su u najboljem slučaju ugljično neutralni, ali ne omogućuju dugoročno trajno skladištenje. Čvrsti proizvodi poput našeg procesa predstavljaju najbolje od oba svijeta: transformacija ugljika (stvaranje ekonomičnog proizvoda od CO2) i sekvestracija (dugotrajno skladištenje).

3. Kako se financira tvrtka SkyNano? Tko su uključeni dionici? Koji su vaši ciljevi financiranja?

Od kolovoza 2022. SkyNano je prikupio ~8.5 milijuna USD u nerazrjeđivanom financiranju iz raznih federalnih, državnih i komercijalnih izvora. Naši primarni savezni podupiratelji su Ministarstvo energetike SAD-a, Nacionalna zaklada za znanost i Ministarstvo obrane SAD-a. SkyNano tehnologija dotiče strateške ciljeve gotovo svake savezne agencije, bilo kroz naše napore za dekarbonizaciju, bilo kroz specifične materijale koje proizvodimo, a koji su identificirani kao kritični materijali nacionalne sigurnosti. U tu svrhu imamo niz angažiranih dionika, uključujući izvore emisija, kreatore politike zabrinute za dekarbonizaciju, kupce kredita za uklanjanje ugljika i kupce materijala koje proizvodimo.

Od našeg početka laserski smo fokusirani na kupce materijala koje proizvodimo iz CO2. Čvrsti ugljični aditivni materijali dolaze u širokom rasponu struktura, a mi smo u mogućnosti odgovoriti na mnoge potrebe današnjeg tržišta uz stvaranje novih tržišta putem jeftinijih naprednih ugljičnih materijala. Naši ciljevi financiranja i dalje su usmjereni na ispunjavanje potreba kupaca i iz tog su razloga usredotočeni na financiranje temeljeno na projektima koje potječe iz grantova za istraživanje i razvoj i plaćenih pilot projekata s korisnicima.

4. CO2 dobivate izravnim hvatanjem iz zraka. To nije baš učinkovito, zar ne. Možete li ga također dobiti iz tokova koncentriranog CO2 iz tvornica cementa i čelika i drugih sektora koje je teško smanjiti?

To je točno. Nije baš učinkovito izvući CO2 iz atmosfere. Svakako naša tehnologija može funkcionira kao takav izravan proces hvatanja zraka, ali daleko je učinkovitiji kada radimo s ulaznim strujama koje sadrže najmanje 1% CO2. To su tokovi otpada koji se nalaze u industrijama od cementa i čelika do kemikalija i proizvodnje energije. Trenutačno imamo stalnu suradnju s Tennessee Valley Authority, najvećim javnim komunalnim poduzećem u našoj zemlji, kako bismo pokazali da se dimni plin iz elektrana na prirodni plin s kombiniranim ciklusom može koristiti za proizvodnju krutih ugljičnih proizvoda.

U lancu emisija ugljika postoji niz dionika. Na jednom kraju je nekoliko tehnologija koje su vrlo prikladne za izravno hvatanje zraka za proizvodnju koncentrirane struje CO2. Na drugom kraju su mnoge tehnologije koje mogu preraditi CO2 visoke čistoće (>90%). Puno je manje tehnologija koje mogu raditi s 1-80% CO2 bez predkoncentracije, a ovo je mjesto gdje danas dolazi velika većina naših emisija CO2. Tehnologija tvrtke SkyNano doista dobro funkcionira za izravno spajanje na emisije iz točkastih izvora i dekarbonizaciju nekih sektora koje je teško smanjiti na koje se svi oslanjamo za današnju kvalitetu života.

5. Koliko je skup vaš proces u usporedbi sa hvatanjem ugljika i podzemnim ubrizgavanjem i skladištenjem CO2 (CCUS) koji će vjerojatno zahtijevati porez na ugljik osim ako se nafta ne proizvodi na drugom kraju.

Ekonomski izazov CCUS-u prvenstveno je to što nema ekonomske prednosti osim mogućeg poreza na ugljik, tako da cjelokupna vježba predstavlja čisti gubitak za tvrtke. Velike tvrtke još uvijek razmatraju CCUS zbog zrelosti te tehnologije i njihove želje za brzom dekarbonizacijom, ali to je ukupni neto gubitak u svakom slučaju, čak i uz poticaje temeljene na porezu.

SkyNano proces je ekonomski izvediv na temelju vrijednosti našeg izlaznog proizvoda od CO2, čvrstog ugljika, a porezni poticaji bili bi jednostavno bonus. Zapravo, prema trenutnoj poreznoj strukturi 45Q, potencijalni prihod od poreznih poticaja je zanemariv u usporedbi s prihodom od našeg ugljičnog proizvoda.

Kada je riječ o troškovima, neki od izazova s ​​CCUS-om su izdavanje dozvola, regulatorne prepreke i drugi troškovi koji nisu uvijek očiti kada se ocjenjuje kvaliteta tehnologije. Za SkyNano, naši troškovi prvenstveno proizlaze iz električne energije koja je potrebna za pokretanje našeg procesa i očekujemo da ćemo s vremenom imati koristi od predviđenog smanjenja cijena energije s pojavom više obnovljivih izvora energije u našoj mreži.

Za još nekoliko pitanja i odgovora pogledajte Startup SkyNano za pretvaranje CO2 u čvrsti ugljik: 2. dio – tržišta i klimatsko rješenje.