SkyNano startēšana, lai pārvērstu CO2 cietā oglekli: 1. daļa

Līdz 2050. gadam joprojām radīsies daudz siltumnīcefekta gāzu (SEG) emisiju — dažas aplēses ir 10–15 miljardi tonnu gadā. Šīs "paliekās" SEG ir kaut kādā veidā jāiznīcina, lai pasaule līdz 2050. gadam sasniegtu nulles līmeni. Viena metode, oglekļa uztveršana un pazemes uzglabāšana (CCUS) ir pētīta visvairāk, jo tā ir ieviesta, izmantojot naftu un gāzi. uzņēmumiem gadu desmitiem, lai gan tādi ir nopietni ierobežojumi.

Bet blokā ir jauns bērns. A uzņēmums SkyNano, kas sākās 2017. gadā, izmanto elektroķīmisko procesu lai pārvērstu CO2 cietā oglekļa nanocaurulēs nevis termoķīmisks process, ko izmanto parasto nanocauruļu ražošanā. Vienīgais blakusprodukts ir skābeklis atšķirībā no oglekļa monoksīda, policikliskajiem aromātiskajiem ogļūdeņražiem (PAO) un gaistošajiem organiskajiem savienojumiem (VO)VO
Cs) no citām metodēm.

Oglekļa nanocaurules ir dobas oglekļa caurules, kuru izmērs ir nanometros. Šie cietie oglekli ir izturīgi un tiek izmantoti transportlīdzekļu bruņās. Tie var pārvadāt elektrisko strāvu un tiek izmantoti pārraides kabeļos. Tie ir elastīgi un tiek izmantoti audumā.

Tā kā procesu var izmantot arī, lai pārveidotu no cementa un tērauda ražošanas rūpnīcām emitētās CO2 plūsmas, tas ir liels solījums novērst grūti samazināmas emisijas.

SkyNano izpilddirektore ir Anna Duglasa, kura līdzdibināja uzņēmumu 2017. gadā, gūstot doktora grādu Vanderbiltā kopā ar SkyNano tehnoloģiju direktoru prof. Keriju Pintu. Anna 2014. gadā absolvēja Lī universitāti, iegūstot grādu matemātikā un ķīmijā, un 2019. gadā ieguva doktora grādu Vanderbiltā starpdisciplinārajā materiālzinātnē. Viņas darbs, kas saistīts ar SkyNano tehnoloģiju, ir izcelts daudzās recenzētās zinātniskās publikācijās, 2019. gada Forbes balvā 30 līdz 30 gadu vecumam, 2020. gada balvā R&D100, 2021. gada TechConnect inovācijas balvā un 2022. gada Tenesijas štata gubernatora vides pārvaldības balvā.

Tālāk ir sniegta 1. daļa no intervijas ar Annu, kas ir saistīta ar jaunizveidotā uzņēmuma jaunajām tehnoloģijām un finansējumu, tostarp salīdzinājums ar oglekļa uztveršanu, ievadīšanu pazemē un uzglabāšanu (CCUS).

Drīzumā sekos 2. daļa, kas ir paredzēta tirgiem un klimata risinājumiem.

1. Kāds ir SkyNano uzņēmuma dibināšanas fona stāsts?

Kamēr es biju bakalaura students, es vasaras praksē stažējos NASA Glenn pētniecības centrā Klīvlendā, OH, un pilnībā iemīlējos nanotehnoloģijās un materiālu zinātnē. Es devos uz Vanderbiltu, lai iegūtu doktora grādu materiālu zinātnē, un sāku strādāt pie nanomateriāliem enerģijas uzglabāšanai kā pētniecības tēmu, jo es stingri uzskatīju, ka enerģijas uzglabāšana ir (un ir) visnozīmīgākais šķērslis ilgtspējīgai enerģijas infrastruktūrai. Kamēr es mācījos akumulatorus, es sapratu, ka veids, kā mēs sintezējam un iegūstam daudzus materiālus, kas veido baterijas, patiešām nav ļoti ilgtspējīgi un var pat mazināt bateriju izmantošanu kā “tīru” tehnoloģiju.

Mans doktora padomnieks un es sākām meklēt citus veidus, kā izveidot oglekļa struktūras, kuras akumulatoru ķīmijā izmanto neskaitāmas reizes, un atklājām elektroķīmisku procesu, kas tika pētīts kopš 1900. gadu sākuma, lai pārvērstu CO2 cietā ogleklī, bet bez augstas selektivitātes. īpašām oglekļa struktūrām. Mēs domājām, ka, ja mēs pieietu šai tēmai no nanomateriālu sintēzes fona, mēs varētu uzlabot selektivitāti, kas nepieciešama, lai tehnoloģiju ieviestu tirgū. Drīz pēc tam mēs saņēmām pirmo finansējumu no Enerģētikas departamenta programmas Inovāciju krustpunkts, laboratorijā iegultās uzņēmējdarbības programmas, un pārējais ir vēsture.

2. Kāda ir SkyNano pamata tehnoloģija?

SkyNano pamatā esošā tehnoloģija ir balstīta uz ķīmisku procesu, kas ir pētīts kopš 1900. gadu sākuma akadēmiskajās laboratorijās visā pasaulē. Būtībā tas ir balstīts uz CO2 ķīmisko absorbciju caur oksīda molekulām, veidojot karbonātu, un pēc tam šīs karbonāta molekulas elektroķīmisko sadalīšanos atpakaļ sākotnējā oksīdā. Neto reakcija šeit ir vienkārši CO2 à C (cieta viela) + O2 (gāze). Šī procesa ietekme ir dziļa, jo tas ir vienkāršs 4 elektronu process cietā oglekļa iegūšanai no gāzveida oglekļa dioksīda.

CO2 ir ārkārtīgi stabils, tāpēc tas ir kļuvis problemātisks mūsu atmosfērā, taču, atgriežot to cietā oglekļa formā, tas ir arī ārkārtīgi stabils un nodrošina pastāvīgu oglekļa uzglabāšanu. Tā ir svarīga atšķirība, jo daudzas CO2 transformācijas tehnoloģijas rada galaproduktus, kas savā dzīves ciklā atkārtoti izdala CO2. Tie labākajā gadījumā ir oglekļa neitrāli, taču tie nenodrošina ilgstošu pastāvīgu uzglabāšanu. Cietie produkti, piemēram, mūsu process, piedāvā labāko no abām pasaulēm: oglekļa transformāciju (ekonomiska produkta izgatavošana no CO2) un sekvestrāciju (ilgtermiņa uzglabāšana).

3. Kā tiek finansēts uzņēmums SkyNano? Kas ir iesaistītās ieinteresētās puses? Kādi ir jūsu finansējuma mērķi?

No 2022. gada augusta SkyNano ir piesaistījis aptuveni USD 8.5 miljonus (miljonus) nesamazināmu finansējumu no dažādiem federāliem, štatu un komerciāliem avotiem. Mūsu galvenie federālie atbalstītāji ir ASV Enerģētikas departaments, Nacionālais zinātnes fonds un ASV Aizsardzības departaments. SkyNano tehnoloģija skar gandrīz katras federālās aģentūras stratēģiskos mērķus, izmantojot mūsu dekarbonizācijas centienus vai īpašus materiālus, kurus mēs ražojam, kas ir identificēti kā valsts drošības kritiskie materiāli. Šim nolūkam mums ir virkne iesaistītu ieinteresēto personu, tostarp emisiju avoti, politikas veidotāji, kas norūpējušies par dekarbonizāciju, oglekļa noņemšanas kredītu klienti un mūsu ražoto materiālu klienti.

Kopš mūsu darbības sākuma mēs esam koncentrējušies uz klientiem, kuri izmanto materiālus, kurus ražojam no CO2. Cietie oglekļa piedevu materiāli ir pieejami dažādās struktūrās, un mēs spējam apmierināt daudzas mūsdienu tirgus vajadzības, kā arī izveidot jaunus tirgus, izmantojot progresīvus oglekļa materiālus par zemākām cenām. Mūsu finansēšanas mērķi joprojām ir vērsti uz klientu vajadzību apmierināšanu, un šī iemesla dēļ tie ir vērsti uz projektiem balstītu finansējumu, kas tiek iegūts gan no pētniecības un attīstības dotācijām, gan apmaksātiem izmēģinājuma projektiem ar klientiem.

4. Jūs saņemat savu CO2, tieši uztverot no gaisa. Tas nav īpaši efektīvi, vai ne. Vai to var iegūt arī no koncentrēta CO2 plūsmām no cementa un tērauda rūpnīcām un citām grūti samazināmām nozarēm?

Tas ir pareizi. Nav pārāk efektīvi izvilkt CO2 no atmosfēras. Mūsu tehnoloģija noteikti var darbojas kā tiešs gaisa uztveršanas process, taču tas ir daudz efektīvāk, ja strādājam ar ievades plūsmām, kas satur vismaz 1% CO2. Tās ir atkritumu plūsmas, kas sastopamas dažādās nozarēs, sākot no cementa un tērauda līdz ķīmiskajām vielām un enerģijas ražošanai. Pašlaik mēs pastāvīgi sadarbojamies ar Tenesī ielejas iestādi, mūsu valsts lielāko sabiedrisko pakalpojumu sniedzēju, lai parādītu, ka dūmgāzes no kombinētā cikla dabasgāzes spēkstacijām var izmantot cietā oglekļa produktu ražošanai.

Visā oglekļa emisiju ķēdē ir vairākas ieinteresētās personas. Vienā galā ir dažas tehnoloģijas, kas ir ļoti piemērotas tiešai gaisa uztveršanai, lai radītu koncentrētu CO2 plūsmu. Otrā galā ir daudzas tehnoloģijas, kas spēj apstrādāt augstas tīrības pakāpes CO2 (>90%). Ir daudz mazāk tehnoloģiju, kas var strādāt ar 1–80% CO2 bez iepriekšējas koncentrācijas, un tieši no tās mūsdienās rodas lielākā daļa mūsu CO2 emisiju. SkyNano tehnoloģija darbojas ļoti labi, lai savienotu tieši ar punktveida avota emisijām un dekarbonizētu dažas no grūti samazināmām nozarēm, uz kurām mēs visi paļaujamies uz mūsdienu dzīves kvalitāti.

5. Cik dārgs ir jūsu process salīdzinājumā ar oglekļa uztveršanu un CO2 ievadīšanu pazemē un uzglabāšanu (CCUS), kam, iespējams, būs jāmaksā oglekļa nodoklis, ja vien nafta netiek ražota otrā galā.

Ekonomika, kas apgrūtina CCUS, galvenokārt ir tāda, ka bez iespējamā oglekļa nodokļa nav nekādu ekonomisko augšupeju, tāpēc kopumā uzņēmumi rada neto zaudējumus. Lielie uzņēmumi šobrīd joprojām apsver CCUS, ņemot vērā šīs tehnoloģijas briedumu un vēlmi ātri dekarbonizēt, taču tie ir vispārēji neto zaudējumi jebkurā gadījumā, pat ar nodokļu atvieglojumiem.

SkyNano process ir ekonomiski iespējams, pamatojoties uz mūsu produkcijas vērtību no CO2, cietā oglekļa, un nodokļu atvieglojumi būtu vienkārši bonuss. Faktiski saskaņā ar pašreizējo 45 ceturkšņa nodokļu struktūru potenciālie ieņēmumi no nodokļu atvieglojumiem ir niecīgi, salīdzinot ar ieņēmumiem no mūsu oglekļa produkta.

Runājot par izmaksām, daži no CCUS izaicinājumiem ir atļaušana, regulējošie šķēršļi un citas izmaksas, kas ne vienmēr ir acīmredzamas, novērtējot tehnoloģiju pēc tās būtības. Uzņēmumam SkyNano mūsu izmaksas galvenokārt rodas no elektroenerģijas, kas nepieciešama mūsu procesa virzīšanai, un mēs sagaidām, ka laika gaitā gūsim labumu no prognozētā enerģijas cenu samazināšanās, kad mūsu tīklā tiks ieviests vairāk atjaunojamo energoresursu.

Vēl dažus jautājumus un atbildes skatiet SkyNano starta programma, lai pārvērstu CO2 cietajā oglekli: 2. daļa — tirgi un klimata risinājums.