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

Mnogo emisija stakleničkih plinova (GHG) će se i dalje stvarati do 2050. godine – neke procjene su 10-15 milijardi tona godišnje. Ovaj „ostatak“ stakleničkih plinova mora se na neki način zbrinuti ako svijet želi postići neto nultu vrijednost do 2050. Jedna metoda, hvatanje ugljika i podzemno skladištenje (CCUS) je najviše proučavana jer je implementirana pomoću nafte i plina kompanije decenijama, iako ih ima ozbiljna ograničenja.

Ali u bloku je novi klinac. A kompanija pod nazivom SkyNano, započet 2017. godine, koristi elektrohemijski proces za pretvaranje CO2 u čvrste ugljične nanocijevi a ne termohemijski proces koji se koristi u konvencionalnoj proizvodnji nanocevi. Jedini nusproizvod je kiseonik za razliku od ugljičnog monoksida, policikličkih aromatičnih ugljovodonika (PAH) i isparljivih organskih jedinjenja (VOVO
Cs) iz drugih metoda.

Ugljične nanocijevi su šuplje cijevi od ugljika veličine u nanometrima. Ovi čvrsti ugljici su čvrsti i koriste se u oklopima za vozila. Mogu prenositi električne struje, a koriste se u prijenosnim kablovima. Savitljive su i koriste se u tkanju.

Budući da se proces može koristiti i za pretvaranje tokova CO2 koji se emituju iz fabrika za proizvodnju cementa i čelika, on ima veliko obećanje za uklanjanje emisija koje je teško smanjiti.

Izvršna direktorica SkyNano-a je Anna Douglas koja je suosnivala kompaniju 2017. godine tokom svog doktorata na Vanderbiltu sa prof. Caryjem Pintom, CTO-om SkyNano-a. Anna je diplomirala matematiku i hemiju na Univerzitetu Lee 2014. godine, a doktorirala na Vanderbiltu 2019. godine u oblasti interdisciplinarnih nauka o materijalima. Njen rad vezan za SkyNano tehnologiju istaknut je u mnogim naučnim publikacijama koje su recenzirale stručne javnosti, nagradi Forbes 2019 ispod 30 godina za 30., nagradi R&D2020 100., TechConnect Innovation Award 2021. i Guvernerovoj nagradi za zaštitu okoliša 2022. od State Stewardship Award.

Ispod je prvi dio intervjua s Anom koji je ključan za novu tehnologiju i finansiranje startup kompanije, uključujući poređenje sa hvatanjem ugljika, ubrizgavanjem pod zemljom i skladištenjem (CCUS).

Drugi dio će uslijediti uskoro i usmjeren je na tržišta i klimatska rješenja.

1. Koja je pozadinska priča o osnivanju kompanije SkyNano?

Dok sam bio student dodiplomskih studija, radio sam ljetnu praksu u NASA Glenn istraživačkom centru u Clevelandu, OH i potpuno sam se zaljubio u nanotehnologiju i nauku o materijalima. Otišao sam u Vanderbilt da bih stekao doktorat iz nauke o materijalima i počeo da radim na nanomaterijalima za skladištenje energije kao istraživačkoj temi, jer sam snažno osećao da je skladištenje energije (i jeste) najznačajnije usko grlo održivoj energetskoj infrastrukturi. Dok sam proučavao baterije, shvatio sam da način na koji sintetišemo i kopamo mnoge materijale od kojih se sastoje baterije zaista nije baš održiv, pa čak i može ugroziti upotrebu baterija kao „čiste“ tehnologije.

Moj doktorski savjetnik i ja počeli smo da tražimo druge načine za izradu ugljeničnih struktura, koje imaju bezbroj primjena u hemiji baterija, i otkrili smo elektrohemijski proces koji se proučavao od ranih 1900-ih za pretvaranje CO2 u čvrsti ugljik, ali bez visoke selektivnosti. za specifične strukture ugljenika. Mislili smo da bismo, ako pristupimo ovoj temi iz pozadine sinteze nanomaterijala, mogli poboljšati selektivnost koja je potrebna za dovođenje tehnologije na tržište. Ubrzo nakon toga, dobili smo prvi dio finansiranja od Innovation Crossroads programa Ministarstva energetike, preduzetničkog programa ugrađenog u laboratoriju, a ostalo je istorija.

2. Koja je osnovna SkyNano tehnologija?

Osnovna tehnologija SkyNano-a zasnovana je na hemijskom procesu koji se proučava od ranih 1900-ih u akademskim laboratorijama širom svijeta. U suštini, zasniva se na hemijskoj apsorpciji CO2 preko molekula oksida da bi se formirao karbonat, a zatim na elektrohemijskom razgradnji tog karbonatnog molekula nazad u njegov originalni oksid. Neto reakcija ovdje je jednostavno CO2 à C (čvrsta) + O2 (gas). Implikacije ovog procesa su duboke, jer je to jednostavan 4-elektronski proces za proizvodnju čvrstog ugljika iz plinovitog ugljičnog dioksida.

CO2 je izuzetno stabilan, što je jedan od razloga zašto je postao problematičan u našoj atmosferi, ali kada ga vratimo u njegov oblik čvrstog ugljika, to je također izuzetno stabilno i omogućava trajno skladištenje ugljika. Ovo je važna razlika, jer mnoge tehnologije transformacije CO2 proizvode krajnje proizvode koji će ponovo emitovati CO2 u svom životnom ciklusu. Oni su u najboljem slučaju ugljično neutralni, ali ne omogućavaju dugotrajno trajno skladištenje. Čvrsti proizvodi poput našeg procesa predstavljaju najbolje od oba svijeta: transformaciju ugljika (stvaranje ekonomičnog proizvoda od CO2) i sekvestraciju (dugotrajno skladištenje).

3. Kako se finansira kompanija SkyNano? Ko su angažirani dionici? Koji su vaši ciljevi finansiranja?

Od avgusta 2022. godine, SkyNano je prikupio ~8.5 miliona dolara (miliona) nerazređivajućeg finansiranja iz različitih federalnih, državnih i komercijalnih izvora. Naši primarni savezni sponzori su Ministarstvo energetike SAD-a, Nacionalna naučna fondacija i Ministarstvo odbrane SAD-a. SkyNano tehnologija dotiče strateške ciljeve gotovo svake federalne agencije, bilo kroz naše napore za dekarbonizaciju, bilo kroz specifične materijale koje proizvodimo, a koji su identificirani kao kritični materijali nacionalne sigurnosti. U tom smislu, 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 od CO2. Čvrsti ugljični aditivi dolaze u širokom spektru struktura, i mi smo u mogućnosti da odgovorimo na mnoge današnje postojeće potrebe tržišta zajedno sa stvaranjem novih tržišta kroz napredne ugljenične materijale niže cijene. Naši ciljevi finansiranja ostaju fokusirani na zadovoljavanje potreba kupaca, i iz tog razloga su usredsređeni na finansiranje zasnovano na projektima koje se dobija iz grantova za istraživanje i razvoj i plaćenih pilot-programa sa klijentima.

4. CO2 dobijate direktnim hvatanjem iz vazduha. To nije baš efikasno, zar ne. Možete li ga dobiti i iz tokova koncentriranog CO2 iz tvornica cementa i čelika i drugih sektora koje je teško smanjiti?

To je tačno. Nije baš efikasno izvlačiti CO2 iz atmosfere. Naša tehnologija svakako moći funkcionišu kao takav proces direktnog hvatanja vazduha, ali je daleko efikasniji kada radimo sa ulaznim tokovima koji sadrže najmanje 1% CO2. To su tokovi otpada koji se nalaze u industrijama u rasponu od cementa i čelika, do kemikalija i proizvodnje energije. Trenutno imamo stalnu saradnju sa Tennessee Valley Authority, najvećim javnim komunalnim preduzećem u našoj zemlji, kako bismo pokazali da se dimni gas iz elektrana na prirodni gas sa kombinovanim ciklusom može koristiti za proizvodnju čvrstih ugljeničnih proizvoda.

Postoji niz zainteresovanih strana u lancu emisija ugljenika. Na jednom kraju nalazi se nekoliko tehnologija koje su vrlo pogodne za direktno hvatanje zraka za proizvodnju koncentriranog toka CO2. Na drugom kraju su mnoge tehnologije sposobne za obradu CO2 visoke čistoće (>90%). Mnogo je manje tehnologija koje mogu raditi sa 1-80% CO2 bez prethodne koncentracije, a odatle dolazi velika većina naših emisija CO2 danas. Tehnologija SkyNano-a radi jako dobro kako bi se direktno spojila na emisije iz točkastih izvora i dekarbonizirala neke od sektora koje je teško ublažiti na koje se svi oslanjamo za današnji kvalitet života.

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

Ekonomski izazovi CCUS-a su prvenstveno to što nema ekonomske prednosti osim mogućeg poreza na ugljenik, tako da je ukupna vježba neto gubitak za kompanije. Velike kompanije i dalje razmatraju CCUS zbog zrelosti te tehnologije i njihove želje za brzom dekarbonizacijom, ali to je ukupni neto gubitak u svakom slučaju, čak i uz porezne poticaje.

SkyNanoov proces je ekonomski izvodljiv na osnovu vrijednosti našeg izlaznog proizvoda od CO2, čvrstog ugljika, a porezni poticaji bi jednostavno bili bonus. U stvari, prema sadašnjoj poreskoj strukturi za 45 kvartala, potencijalni prihod od poreskih olakšica je zanemarljiv u poređenju sa prihodom od našeg ugljičnog proizvoda.

Kada je reč o troškovima, neki od izazova sa CCUS-om su dozvoljavanje, regulatorne prepreke i drugi troškovi koji nisu uvek očigledni kada se tehnologija ocenjuje na osnovu njenih vrednosti. 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 projektovanog smanjenja cijena energije s početkom sve većeg broja obnovljivih izvora energije u našoj mreži.

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