SkyNano käivitus CO2 muundamiseks tahkeks süsinikuks: 1. osa

Aastaks 2050 tekib endiselt palju kasvuhoonegaaside (KHG) heitkoguseid – mõned hinnangud on 10–15 miljardit tonni aastas. See "ülejäänud" kasvuhoonegaas tuleb mingil viisil kõrvaldada, kui maailm tahab 2050. aastaks nulli viia. Ühte meetodit, süsiniku kogumist ja maa-alust ladustamist (CCUS) on kõige rohkem uuritud, kuna seda on rakendanud nafta ja gaas aastakümneid, kuigi neid on tõsised piirangud.

Kuid blokis on uus laps. A firma nimega SkyNano2017. aastal alustatud, kasutab elektrokeemilist protsessi CO2 muutmiseks tahketeks süsiniknanotorudeks mitte termokeemiline protsess, mida kasutatakse tavapärases nanotorude tootmises. Ainus kõrvalsaadus on hapnik, erinevalt süsinikmonooksiidist, polütsüklilistest aromaatsetest süsivesinikest (PAH) ja lenduvatest orgaanilistest ühenditest (VO)VO
Cs) muudest meetoditest.

Süsiniknanotorud on õõnsad süsinikust torud, mille suurus on nanomeetrites. Need tahked süsinikud on sitked ja neid kasutatakse sõidukite turvistes. Need võivad kanda elektrivoolu ja neid kasutatakse ülekandekaablites. Need on paindlikud ja neid kasutatakse kootud kangas.

Kuna seda protsessi saab kasutada ka tsemendi- ja terasetootmistehastes eralduvate CO2 voogude muundamiseks, on sellel palju lubadusi raskesti vähendatavate heitkoguste eemaldamiseks.

SkyNano tegevjuht on Anna Douglas, kes asutas ettevõtte 2017. aastal Vanderbiltis doktorikraadi ajal koos SkyNano tehnikadirektori prof Cary Pintiga. Anna lõpetas 2014. aastal Lee ülikooli matemaatika ja keemia erialal ning 2019. aastal doktorikraadi Vanderbiltis interdistsiplinaarse materjaliteaduse alal. Tema SkyNano tehnoloogiaga seotud tööd on esile tõstetud paljudes eelretsenseeritud teadusväljaannetes, 2019. aasta Forbes 30 alla 30 aasta vanuse auhinna, 2020. aasta R&D100 auhinna, 2021. aasta TechConnecti innovatsiooniauhinna ja 2022. aasta Tennessee osariigi kuberneri keskkonnakaitse auhinna.

Allpool on Annaga antud intervjuu 1. osa, mis on seotud idufirma uue tehnoloogia ja rahastamisega, sealhulgas võrdlus süsiniku kogumise, maa-aluse süstimise ja ladustamisega (CCUS).

Varsti järgneb 2. osa, mis on suunatud turgudele ja kliimalahendustele.

1. Mis on SkyNano ettevõtte loomise taustalugu?

Kui olin bakalaureuseõppe üliõpilane, tegin suvepraktika NASA Glenni uurimiskeskuses Clevelandis, OH-is ja armusin täielikult nanotehnoloogiasse ja materjaliteadusesse. Läksin Vanderbiltisse, et omandada doktorikraadi materjaliteaduses ja asusin teadustöö teemana tegelema energia salvestamiseks kasutatavate nanomaterjalidega, kuna tundsin kindlalt, et energia salvestamine on (ja on) säästva energia infrastruktuuri kõige olulisem kitsaskoht. Akusid uurides mõistsin, et viis, kuidas me sünteesime ja kaevandame paljusid materjale, millest patareisid moodustavad, ei ole tõesti eriti jätkusuutlik ja võib isegi kahjustada akude kasutamist "puhta" tehnoloogiana.

Minu doktorikraadi nõustaja ja mina hakkasime uurima muid viise süsinikustruktuuride valmistamiseks, mida kasutatakse akukeemias lugematul hulgal, ja avastasime elektrokeemilise protsessi, mida oli uuritud alates 1900. aastate algusest CO2 muundamiseks tahkeks süsinikuks, kuid ilma kõrge selektiivsuseta. konkreetsete süsinikstruktuuride jaoks. Arvasime, et kui läheneme sellele teemale nanomaterjalide sünteesi taustal, võiksime parandada selektiivsust, mis on vajalik tehnoloogia turule toomiseks. Varsti pärast seda saime oma esimese rahastuse Energeetikaministeeriumi Innovatsiooni risttee programmist, laborisse manustatud ettevõtlusprogrammist, ja ülejäänud on ajalugu.

2. Mis on SkyNano põhitehnoloogia?

SkyNano aluseks olev tehnoloogia põhineb keemilisel protsessil, mida on uuritud alates 1900. aastate algusest akadeemilistes laborites üle kogu maailma. Sisuliselt põhineb see CO2 keemilisel neeldumisel oksiidimolekulide kaudu karbonaadi moodustamiseks, seejärel selle karbonaadi molekuli elektrokeemilisel lagunemisel tagasi algseks oksiidiks. Netoreaktsioon on siin lihtsalt CO2 à C (tahke) + O2 (gaas). Selle protsessi tagajärjed on sügavad, kuna see on lihtne 4 elektroni protsess tahke süsiniku tootmiseks gaasilisest süsinikdioksiidist.

CO2 on äärmiselt stabiilne, mistõttu on see muutunud meie atmosfääris problemaatiliseks, kuid kui me toome selle tagasi tahkesse süsiniku vormi, on see ka äärmiselt stabiilne ja võimaldab püsivat süsiniku säilitamist. See on oluline erinevus, sest paljud CO2 muundamise tehnoloogiad toodavad lõpptooteid, mis eraldavad oma elutsükli jooksul CO2 uuesti. Need on parimal juhul süsinikuneutraalsed, kuid ei võimalda pikaajalist alalist ladustamist. Tahked tooted, nagu meie protsess, esindavad mõlema maailma parimaid omadusi: süsiniku muundamine (säästliku toote valmistamine CO2-st) ja sekvestreerimine (pikaajaline ladustamine).

3. Kuidas SkyNano ettevõtet rahastatakse? Kes on kaasatud sidusrühmad? Millised on teie rahastamise eesmärgid?

2022. aasta augusti seisuga on SkyNano kogunud erinevatest föderaalsetest, osariikidest ja kaubanduslikest allikatest ligikaudu 8.5 miljonit dollarit (miljonit) mittelahjendavat rahastamist. Meie peamised föderaalsed toetajad on USA energeetikaministeerium, riiklik teadusfond ja USA kaitseministeerium. SkyNano tehnoloogia puudutab peaaegu iga föderaalameti strateegilisi eesmärke kas meie dekarboniseerimispüüdluste või meie toodetavate konkreetsete materjalide kaudu, mis on tunnistatud riikliku julgeoleku seisukohalt kriitiliseks materjaliks. Selleks on meil mitmeid kaasatud sidusrühmi, sealhulgas heiteallikad, süsinikdioksiidi vähendamise pärast muretsevad poliitikakujundajad, süsiniku eemaldamise krediidi kliendid ja meie toodetud materjalide kliendid.

Alates oma loomisest oleme laseriga keskendunud CO2-st toodavate materjalide klientidele. Tahke süsiniku lisamaterjale on laias valikus ja me suudame rahuldada paljusid tänapäevaseid turuvajadusi ning luua uusi turge madalama hinnaga täiustatud süsinikmaterjalide kaudu. Meie rahastamiseesmärgid on jätkuvalt keskendunud klientide vajaduste rahuldamisele ja seetõttu on keskendutud projektipõhisele rahastamisele, mis saadakse nii teadus- ja arendustegevuse toetustest kui ka tasuliste pilootprojektide kaudu klientidega.

4. Saate oma CO2 otsese püüdmise teel õhust. See pole eriti tõhus, eks. Kas saate seda ka tsemendi- ja terasetehaste ning muude raskesti vähendatavate sektorite kontsentreeritud CO2 voogudest?

See on õige. CO2 atmosfäärist välja tõmbamine pole kuigi tõhus. Meie tehnoloogia kindlasti võimalik toimivad sellise otsese õhu püüdmise protsessina, kuid see on palju tõhusam, kui töötame sisendvoogudega, mis sisaldavad vähemalt 1% CO2. Need on jäätmevood, mida leidub tööstusharudes alates tsemendist ja terasest kuni kemikaalide ja energiatootmiseni. Meil on praegu käimas koostöö Tennessee Valley Authorityga, meie riigi suurima kommunaalettevõttega, et näidata, et kombineeritud tsükliga maagaasielektrijaamade suitsugaase saab kasutada tahke süsinikutoodete tootmiseks.

Kogu süsinikuheite ahelas on terve rida sidusrühmi. Ühes otsas on mõned tehnoloogiad, mis on väga sobivad otseseks õhu püüdmiseks, et tekitada kontsentreeritud CO2 voogu. Teises otsas on palju tehnoloogiaid, mis on võimelised töötlema kõrge puhtusastmega CO2 (>90%). Märksa vähem on tehnoloogiaid, mis suudavad töötada 1–80% CO2-ga ilma eelkontsentreerimiseta, ja just siit tuleb täna valdav enamus meie CO2 heitkogustest. SkyNano tehnoloogia töötab väga hästi, et ühendada otse punktheidetega ja dekarboniseerida mõned raskesti vähendatavad sektorid, millele me kõik tänapäeva elukvaliteedi osas toetume.

5. Kui kallis on teie protsess võrreldes süsinikdioksiidi kogumise ja maa-aluse süstimise ja säilitamisega (CCUS), mis tõenäoliselt nõuab süsinikdioksiidi maksu, kui õli ei toodeta teises otsas.

CCUSe majanduse väljakutse seisneb peamiselt selles, et väljaspool võimalikku süsinikdioksiidimaksu ei ole majanduslikku tõusu, seega on üldine harjutus ettevõtetele puhaskahjum. Suured ettevõtted kaaluvad praegu veel CCUS-i selle tehnoloogia küpsuse ja soovi tõttu kiiresti dekarboniseerida, kuid see on igal juhul üldine puhaskahjum, isegi maksupõhiste soodustuste korral.

SkyNano protsess on meie süsinikdioksiidi ja tahke süsiniku toodangu väärtuse põhjal majanduslikult teostatav ning maksusoodustused oleksid lihtsalt boonus. Tegelikult on praeguse 2. kvartali maksustruktuuri kohaselt võimalik maksusoodustustest saadav tulu meie süsinikutootest saadava tuluga võrreldes tühine.

Mis puutub kuludesse, siis mõned CCUS-ga seotud väljakutsed on lubamine, regulatiivsed tõkked ja muud kulud, mis ei ole alati ilmsed, kui tehnoloogiat selle väärtuste põhjal hinnata. SkyNano jaoks tulenevad meie kulud peamiselt protsessi juhtimiseks kuluvast elektrienergiast ja loodame aja jooksul kasu saada prognoositavast energiahinna langusest, kui meie võrku hakatakse kasutama rohkem taastuvaid energiaallikaid.

Veel mõned küsimused ja vastused leiate siit SkyNano startup CO2 muutmiseks tahkeks süsinikuks: 2. osa – turud ja kliimalahendus.