SkyNano Startup pro přeměnu CO2 na pevný uhlík: Část 1

Do roku 2050 bude stále vznikat velké množství emisí skleníkových plynů – některé odhady jsou 10–15 miliard tun ročně. Tento „zbytkový“ skleníkový plyn musí být nějakým způsobem zlikvidován, pokud má svět do roku 2050 dosáhnout čisté nuly. Jedna metoda, zachycování a podzemní skladování uhlíku (CCUS), byla studována nejvíce, protože byla implementována pomocí ropy a zemního plynu. společnosti po desetiletí, i když existují vážná omezení.

Ale v bloku je nové dítě. A společnost s názvem SkyNano, zahájený v roce 2017, využívá elektrochemický proces k přeměně CO2 na pevné uhlíkové nanotrubice spíše než termochemický proces používaný při konvenční výrobě nanotrubiček. Jediným vedlejším produktem je kyslík na rozdíl od oxidu uhelnatého, polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) a těkavých organických sloučenin (VO).VO
Cs) z jiných metod.

Uhlíkové nanotrubice jsou duté trubice z uhlíku o velikosti v nanometrech. Tyto pevné uhlíky jsou houževnaté a používají se v brnění vozidel. Mohou přenášet elektrický proud a používají se v přenosových kabelech. Jsou flexibilní a používají se v tkaných látkách.

Vzhledem k tomu, že tento proces lze také použít k přeměně proudů CO2 emitovaných z cementáren a oceláren, je velkým příslibem pro odstranění těžko snižitelných emisí.

Generální ředitelkou SkyNano je Anna Douglasová, která společnost v roce 2017 během doktorátu na Vanderbiltu spoluzaložila s Prof. Cary Pintem, CTO SkyNano. Anna vystudovala matematiku a chemii na Lee University v roce 2014 a v roce 2019 dokončila doktorát na Vanderbilt v mezioborové vědě o materiálech. Její práce související s technologií SkyNano byla zdůrazněna v mnoha recenzovaných vědeckých publikacích, v roce 2019 v ceně Forbes 30 pod 30, v 2020 R&D100 Award, 2021 TechConnect Innovation Award a 2022 Governor's Environmental Stewardship Award od státu Tenness.

Níže je část 1 rozhovoru s Annou, která je klíčová k nové technologii a financování začínající společnosti, včetně srovnání se zachycováním uhlíku, podzemním vstřikováním a ukládáním (CCUS).

Část 2 bude brzy následovat a je zaměřena na trhy a klimatická řešení.

1. Jaké je pozadí vzniku společnosti SkyNano?

Když jsem byl vysokoškolským studentem, absolvoval jsem letní stáž v NASA Glenn Research Center v Clevelandu, OH a úplně jsem se zamiloval do nanotechnologií a materiálových věd. Šel jsem do Vanderbiltu, abych získal doktorát v oboru materiálové vědy a začal jsem pracovat na nanomateriálech pro skladování energie jako na výzkumném tématu, protože jsem silně cítil, že skladování energie je (a je) nejvýznamnějším úzkým hrdlem udržitelné energetické infrastruktury. Když jsem studoval baterie, uvědomil jsem si, že způsob, jakým syntetizujeme a těžíme mnoho materiálů, ze kterých se baterie skládá, opravdu není příliš udržitelný a může dokonce podkopat používání baterií jako „čisté“ technologie.

S mým doktorandským poradcem jsme začali hledat další způsoby, jak vytvořit uhlíkové struktury, které mají nesčetné využití v chemii baterií, a objevili jsme elektrochemický proces, který byl studován od počátku 1900. století za účelem přeměny CO2 na pevný uhlík, ale bez vysoké selektivity. pro specifické uhlíkové struktury. Mysleli jsme si, že pokud k tomuto tématu přistoupíme na základě syntézy nanomateriálů, mohli bychom být schopni zlepšit selektivitu, která je nutná k uvedení technologie na trh. Brzy poté jsme získali první finanční prostředky z programu Innovation Crossroads ministerstva energetiky, což je laboratorní program pro podnikání, a zbytek je historie.

2. Jaká je základní základní technologie SkyNano?

Základní technologie SkyNano je založena na chemickém procesu, který byl studován od počátku 1900. století v akademických laboratořích po celém světě. V podstatě je založen na chemické absorpci CO2 prostřednictvím molekul oxidu za vzniku uhličitanu, pak elektrochemickém rozkladu této molekuly uhličitanu zpět na původní oxid. Čistá reakce je zde jednoduše CO2 à C (pevná látka) + O2 (plyn). Důsledky tohoto procesu jsou hluboké, protože jde o jednoduchý 4-elektronový proces k výrobě pevného uhlíku z plynného oxidu uhličitého.

CO2 je extrémně stabilní, což je jeden z důvodů, proč se stal problematickým v naší atmosféře, ale když ho vrátíme zpět do jeho pevné uhlíkové formy, je také extrémně stabilní a umožňuje trvalé ukládání uhlíku. To je důležitý rozdíl, protože mnoho technologií transformace CO2 produkuje konečné produkty, které budou během svého životního cyklu znovu emitovat CO2. Ty jsou v nejlepším případě uhlíkově neutrální, ale neumožňují dlouhodobé trvalé skladování. Pevné produkty, jako je náš proces, představují to nejlepší z obou světů: transformaci uhlíku (výroba ekonomického produktu z CO2) a sekvestraci (dlouhodobé skladování).

3. Jak je společnost SkyNano financována? Kdo jsou zúčastněné strany? Jaké jsou vaše cíle financování?

Od srpna 2022 získala SkyNano přibližně 8.5 milionu dolarů (milionů) neředícího financování z různých federálních, státních a komerčních zdrojů. Našimi primárními federálními podporovateli jsou Ministerstvo energetiky USA, Národní vědecká nadace a Ministerstvo obrany USA. Technologie SkyNano se dotýká strategických cílů téměř každé federální agentury, buď prostřednictvím našeho úsilí o dekarbonizaci, nebo prostřednictvím specifických materiálů, které vyrábíme a které byly identifikovány jako kritický materiál pro národní bezpečnost. Za tímto účelem máme řadu angažovaných zúčastněných stran, včetně zdrojů emisí, politiků zabývajících se dekarbonizací, zákazníků kreditů za odstranění uhlíku a zákazníků materiálů, které vyrábíme.

Od svého vzniku se laserově zaměřujeme na zákazníky materiálů, které vyrábíme z CO2. Pevné uhlíkové aditivní materiály se dodávají v široké škále struktur a jsme schopni uspokojit mnoho současných potřeb trhu spolu s vytvářením nových trhů prostřednictvím pokročilých uhlíkových materiálů s nižší cenou. Naše cíle financování zůstávají zaměřeny na uspokojování potřeb zákazníků, a proto se soustřeďují na financování založené na projektech, které pocházejí jak z grantů na výzkum a vývoj, tak z placených pilotních projektů se zákazníky.

4. CO2 získáte přímým zachycením ze vzduchu. To není moc efektivní, že jo. Můžete jej také získat z proudů koncentrovaného CO2 z cementáren a oceláren a dalších odvětví, která se obtížně snižují?

To je správně. Není příliš efektivní vytahovat CO2 z atmosféry. Naše technologie určitě umět funguje jako takový přímý proces zachycování vzduchu, ale je mnohem efektivnější, když pracujeme se vstupními proudy, které obsahují alespoň 1 % CO2. Jedná se o odpadní toky, které se vyskytují v průmyslových odvětvích od cementu a oceli po chemikálie a výrobu energie. V současné době pokračujeme ve spolupráci s úřadem Tennessee Valley Authority, největší veřejnou službou v naší zemi, abychom prokázali, že spaliny z elektráren na zemní plyn s kombinovaným cyklem lze použít k výrobě pevných uhlíkových produktů.

V celém řetězci uhlíkových emisí existuje řada zúčastněných stran. Na jednom konci je několik technologií, které jsou velmi vhodné pro přímé zachycování vzduchu za účelem výroby koncentrovaného proudu CO2. Na druhém konci je mnoho technologií schopných zpracovat vysoce čistý CO2 (>90 %). Existuje mnohem méně technologií, které dokážou pracovat s 1–80 % CO2 bez předběžné koncentrace, a odtud dnes pochází velká většina našich emisí CO2. Technologie SkyNano funguje opravdu dobře, aby se spojila přímo s bodovými zdroji emisí a dekarbonizovala některá odvětví, která je těžké snížit, na které se všichni spoléháme pro dnešní kvalitu života.

5. Jak drahý je váš proces ve srovnání se zachycováním uhlíku a podzemním vstřikováním a ukládáním CO2 (CCUS), které bude pravděpodobně vyžadovat uhlíkovou daň, pokud se na druhém konci nebude produkovat ropa.

Ekonomická výzva CCUS spočívá především v tom, že neexistuje žádná ekonomická výhoda mimo možnou uhlíkovou daň, takže celkový výkon je pro společnosti čistou ztrátou. Velké společnosti stále zvažují CCUS právě teď kvůli vyspělosti této technologie a jejich touze rychle dekarbonizovat, ale v každém případě jde o celkovou čistou ztrátu, a to i s daňovými pobídkami.

Proces SkyNano je ekonomicky proveditelný na základě hodnoty našeho výstupního produktu z CO2, pevného uhlíku a daňové pobídky by byly jednoduše bonusem. Ve skutečnosti za současné daňové struktury za 45. čtvrtletí jsou potenciální příjmy z daňových pobídek zanedbatelné ve srovnání s příjmy z našeho uhlíkového produktu.

Pokud jde o náklady, některé z problémů s CCUS jsou povolování, regulační překážky a další náklady, které nejsou vždy zřejmé při hodnocení technologie podle jejích předností. Pro SkyNano jsou naše náklady primárně odvozeny od elektrické energie, kterou potřebuje k pohonu našeho procesu, a očekáváme, že v průběhu času budeme těžit z předpokládaného snížení cen energie s nástupem více obnovitelných zdrojů do naší sítě.

Pro několik dalších otázek a odpovědí viz Startup SkyNano pro přeměnu CO2 na pevný uhlík: Část 2 – Trhy a řešení pro klima.