Стартап SkyNano для перетворення CO2 на твердий вуглець: Частина 1

Багато викидів парникових газів (ПГ) утворюватимуться до 2050 року – за деякими оцінками, 10-15 мільярдів тонн на рік. Ці «залишки» парникових газів необхідно певним чином утилізувати, якщо світ хоче досягти чистого нуля до 2050 року. Один із методів уловлювання та підземного зберігання вуглецю (CCUS) досліджувався найбільше, оскільки він застосовувався в нафті та газі. компаній десятиліттями, хоча є серйозні обмеження.

Але в блоці є новий хлопець. А компанія SkyNano, розпочато в 2017 році, використовує електрохімічний процес для перетворення CO2 на тверді вуглецеві нанотрубки а не термохімічний процес, який використовується у звичайному виробництві нанотрубок. Єдиним побічним продуктом є кисень на відміну від окису вуглецю, поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) і летких органічних сполук (VOVO
Cs) від інших методів.

Вуглецеві нанотрубки - це порожнисті трубки з вуглецю розміром у нанометрах. Цей твердий вуглець міцний і використовується в броні транспортних засобів. Вони можуть переносити електричний струм і використовуються в кабелях передачі. Вони гнучкі та використовуються в тканих тканинах.

Оскільки процес також можна використовувати для перетворення потоків CO2, що викидаються цементними та сталеливарними заводами, він має великі перспективи для усунення викидів, які важко зменшити.

Генеральним директором SkyNano є Анна Дуглас, яка заснувала компанію у 2017 році під час свого докторського захисту у Вандербільті разом із професором Кері Пінтом, технічним директором SkyNano. Анна закінчила Університет Лі за спеціальністю «Математика та хімія» у 2014 році, а у 2019 році отримала ступінь доктора філософії у Вандербільті за спеціальністю «Міждисциплінарне матеріалознавство». Її робота, пов’язана з технологіями SkyNano, була висвітлена в багатьох рецензованих наукових публікаціях, нагороді Forbes 2019 under 30 у 30 році, нагороді R&D2020 у 100 році, нагороді TechConnect Innovation Award у 2021 році та нагороді губернатора штату Теннессі за екологічну допомогу у 2022 році.

Нижче наведено частину 1 інтерв’ю з Анною, яка присвячена новій технології та фінансуванню стартап-компанії, включаючи порівняння з уловлюванням вуглецю, підземним закачуванням і зберіганням (CCUS).

Частина 2 вийде незабаром і присвячена ринкам і кліматичним рішенням.

1. Яка передісторія створення компанії SkyNano?

Коли я був студентом бакалаврату, я проходив літнє стажування в дослідницькому центрі NASA Glenn у Клівленді, Огайо, і повністю закохався в нанотехнології та матеріалознавство. Я поїхав до Вандербільта, щоб отримати ступінь доктора філософії в галузі матеріалознавства, і почав працювати над наноматеріалами для накопичення енергії як темою дослідження, оскільки я твердо відчував, що зберігання енергії було (і є) найбільш суттєвим вузьким місцем для стійкої енергетичної інфраструктури. Вивчаючи батареї, я зрозумів, що спосіб синтезу та видобутку багатьох матеріалів, з яких виготовлені батареї, насправді не є екологічним і може навіть завадити використанню батарей як «чистої» технології.

Ми з моїм доктором філософії почали шукати інші способи створення вуглецевих структур, які мають безліч застосувань у хімії акумуляторів, і виявили електрохімічний процес, який вивчали з початку 1900-х років для перетворення CO2 на твердий вуглець, але без високої селективності. для конкретних вуглецевих структур. Ми думали, що, якщо підійти до цієї теми з фону синтезу наноматеріалів, ми зможемо покращити вибірковість, необхідну для виведення технології на ринок. Незабаром після цього ми отримали першу частину фінансування від програми Innovation Crossroads Міністерства енергетики, вбудованої в лабораторію підприємницької програми, а решта вже історія.

2. Яка базова технологія SkyNano?

Основна технологія SkyNano базується на хімічному процесі, який вивчався з початку 1900-х років в академічних лабораторіях по всьому світу. По суті, він заснований на хімічному поглинанні CO2 через молекули оксиду з утворенням карбонату, а потім електрохімічному розкладанні цієї молекули карбонату назад у вихідний оксид. Чиста реакція тут проста CO2 à C(тверда речовина) + O2(газ). Наслідки цього процесу є глибокими, оскільки це простий 4-електронний процес виробництва твердого вуглецю з газоподібного вуглекислого газу.

CO2 є надзвичайно стабільним, тому він став проблематичним у нашій атмосфері, але коли ми повертаємо його до твердої вуглецевої форми, він також стає надзвичайно стабільним і дає змогу постійно зберігати вуглець. Це важлива відмінність, оскільки багато технологій перетворення CO2 виробляють кінцеві продукти, які повторно викидають CO2 протягом свого життєвого циклу. У найкращому випадку вони нейтральні вуглецю, але не передбачають тривалого постійного зберігання. Тверді продукти, такі як наш процес, представляють найкраще з обох світів: перетворення вуглецю (вироблення економічного продукту з CO2) і секвестрація (тривале зберігання).

3. Як фінансується компанія SkyNano? Хто є залученими зацікавленими сторонами? Які ваші цілі фінансування?

Станом на серпень 2022 року SkyNano залучила ~8.5 мільйонів доларів (мільйона) нерозбавленого фінансування з різних федеральних, державних і комерційних джерел. Нашими основними федеральними спонсорами є Міністерство енергетики США, Національний науковий фонд і Міністерство оборони США. Технологія SkyNano стосується стратегічних цілей майже кожного федерального агентства, або через наші зусилля з декарбонізації, або через спеціальні матеріали, які ми виробляємо, які були визначені як критично важливий матеріал для національної безпеки. Для цього у нас є низка зацікавлених сторін, включаючи джерела викидів, політиків, стурбованих декарбонізацією, клієнтів кредитів на видалення вуглецю та клієнтів матеріалів, які ми виробляємо.

З моменту заснування ми були зосереджені на замовниках матеріалів, які виробляємо з CO2. Матеріали з твердими вуглецевими добавками представлені в широкому діапазоні структур, і ми можемо задовольнити багато існуючих потреб сьогоднішнього ринку разом із створенням нових ринків за допомогою недорогих сучасних вуглецевих матеріалів. Наші цілі щодо фінансування залишаються зосередженими на задоволенні потреб клієнтів, і тому вони зосереджені на проектному фінансуванні, що надходить як із грантів на дослідження та розробки, так і з оплачуваних пілотних проектів із клієнтами.

4. Ви отримуєте CO2 шляхом прямого захоплення з повітря. Це не дуже ефективно, правда. Чи можна також отримати його з потоків концентрованого CO2 з цементних і сталеливарних заводів та інших галузей, які важко зменшити?

Це правильно. Витягувати CO2 з атмосфери не дуже ефективно. Звичайно, наша технологія може працює як процес прямого захоплення повітря, але він набагато ефективніший, коли ми працюємо з вхідними потоками, які містять принаймні 1% CO2. Це потоки відходів, що виникають у різних галузях промисловості, від цементної та сталеливарної до хімічної та виробництва енергії. Наразі ми співпрацюємо з Управлінням долини Теннессі, найбільшим комунальним підприємством нашої країни, щоб продемонструвати, що димовий газ від електростанцій комбінованого циклу, що працюють на природному газі, можна використовувати для виробництва твердих вуглецевих продуктів.

У ланцюжку викидів вуглецю є низка зацікавлених сторін. На одному кінці є кілька технологій, які дуже підходять для прямого захоплення повітря для отримання концентрованого потоку CO2. На іншому кінці багато технологій, здатних переробляти CO2 високої чистоти (>90%). Існує набагато менше технологій, які можуть працювати з 1-80% CO2 без попереднього концентрування, і саме звідси сьогодні надходить переважна більшість наших викидів CO2. Технологія SkyNano працює дуже добре, щоб безпосередньо поєднувати викиди з точкових джерел і декарбонізувати деякі сектори, які важко зменшити, від яких ми всі покладаємося для сучасної якості життя.

5. Наскільки дорогий ваш процес у порівнянні з уловлюванням вуглецю, підземним закачуванням і зберіганням CO2 (CCUS), який, ймовірно, потребуватиме податку на вуглець, якщо на іншому кінці не видобувається нафта.

Економічні труднощі CCUS полягають насамперед у тому, що крім можливого податку на викиди вуглецю немає жодних економічних переваг, тому загальна вправа є чистою втратою для компаній. Великі компанії все ще розглядають CCUS прямо зараз через зрілість цієї технології та їх бажання швидко декарбонізувати, але це загальний чистий збиток у кожному випадку, навіть із податковими стимулами.

Процес SkyNano є економічно доцільним, виходячи з вартості нашого вихідного продукту з CO2, твердого вуглецю, і податкові стимули були б просто бонусом. Фактично, за нинішньої структури оподаткування 45 кварталу, потенційний дохід від податкових пільг є незначним порівняно з доходом від нашого вуглецевого продукту.

Що стосується витрат, деякі проблеми з CCUS полягають у дозволах, нормативних перешкодах та інших витратах, які не завжди очевидні при оцінці технології за її достоїнствами. Для SkyNano наші витрати в основному походять від електроенергії, яка потрібна для керування нашим процесом, і ми очікуємо з часом отримати вигоду від прогнозованого зниження цін на енергію з появою більшої кількості відновлюваних джерел енергії в нашій мережі.

Для отримання додаткових запитань і відповідей див Стартап SkyNano для перетворення CO2 на твердий вуглець: Частина 2 – Ринки та кліматичне рішення.