Permulaan SkyNano Untuk Menukar CO2 Menjadi Karbon Pepejal: Bahagian 1

Banyak pelepasan gas rumah hijau (GHG) masih akan dijana menjelang 2050 – beberapa anggaran adalah 10-15 Bilion tan/tahun. GHG "sisa" ini perlu dilupuskan dalam beberapa cara jika dunia ingin mencapai sifar bersih menjelang 2050. Satu kaedah, penangkapan karbon dan penyimpanan bawah tanah (CCUS) paling banyak dikaji kerana ia telah dilaksanakan oleh minyak dan gas syarikat selama beberapa dekad, walaupun terdapat batasan yang serius.

Tetapi ada budak baru di blok itu. A syarikat bernama SkyNano, bermula pada 2017, menggunakan proses elektrokimia untuk menukar CO2 kepada nanotube karbon pepejal bukannya proses termokimia yang digunakan dalam pengeluaran tiub nano konvensional. Satu-satunya hasil sampingan ialah oksigen berbeza dengan karbon monoksida, hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) dan sebatian organik meruap (VO).VO
Cs) daripada kaedah lain.

Karbon nanotiub ialah tiub berongga karbon dengan saiz dalam nanometer. Karbon pepejal ini adalah keras, dan digunakan dalam perisai untuk kenderaan. Mereka boleh membawa arus elektrik, dan digunakan dalam kabel penghantaran. Mereka fleksibel, dan digunakan dalam fabrik tenunan.

Memandangkan proses itu juga boleh digunakan untuk menukar aliran CO2 yang dipancarkan daripada kilang simen dan pembuatan keluli, ia menjanjikan janji besar untuk menghilangkan pelepasan yang sukar dikurangkan.

Ketua Pegawai Eksekutif SkyNano ialah Anna Douglas yang mengasaskan syarikat itu pada 2017 semasa PhDnya di Vanderbilt bersama Prof. Cary Pint, CTO SkyNano. Anna lulus dari Universiti Lee dengan ijazah dalam Matematik dan Kimia pada 2014, dan menamatkan PhD dari Vanderbilt pada 2019 dalam Sains Bahan Antara Disiplin. Kerja beliau yang berkaitan dengan teknologi SkyNano telah diserlahkan dalam banyak penerbitan saintifik yang disemak oleh rakan sebaya, anugerah Forbes 2019 bawah 30 tahun 30, Anugerah R&D2020 100, Anugerah Inovasi TechConnect 2021 dan Anugerah Pengawasan Alam Sekitar Gabenor 2022 dari Negeri Tennessee.

Di bawah ialah Bahagian 1 temu bual dengan Anna yang bergantung kepada teknologi baharu dan pembiayaan syarikat permulaan, termasuk perbandingan dengan penangkapan karbon, suntikan bawah tanah dan penyimpanan (CCUS).

Bahagian 2 akan menyusul tidak lama lagi dan menjurus kepada pasaran dan penyelesaian iklim.

1. Apakah kisah latar belakang pembentukan syarikat SkyNano?

Semasa saya seorang pelajar sarjana muda, saya menjalani latihan musim panas di Pusat Penyelidikan NASA Glenn di Cleveland, OH dan benar-benar jatuh cinta dengan teknologi nano dan sains bahan. Saya pergi ke Vanderbilt untuk melanjutkan pengajian PhD dalam sains bahan dan mula mengusahakan bahan nano untuk penyimpanan tenaga sebagai topik penyelidikan, kerana saya berasa kuat bahawa penyimpanan tenaga adalah (dan merupakan) kesesakan yang paling ketara kepada infrastruktur tenaga mampan. Semasa saya belajar bateri, saya menyedari cara kami mensintesis dan melombong banyak bahan yang membentuk bateri sebenarnya tidak begitu mampan, malah boleh menjejaskan penggunaan bateri sebagai teknologi "bersih".

Penasihat PhD saya dan saya mula mencari cara lain untuk membuat struktur karbon, yang mempunyai pelbagai kegunaan dalam kimia bateri, dan menemui proses elektrokimia yang telah dikaji sejak awal 1900-an untuk menukar CO2 kepada karbon pepejal, tetapi tanpa selektiviti yang tinggi untuk struktur karbon tertentu. Kami fikir jika kami mendekati topik ini dari latar belakang sintesis bahan nano, kami mungkin dapat meningkatkan selektiviti yang diperlukan untuk membawa teknologi ke pasaran. Tidak lama selepas itu, kami mendapat sedikit pembiayaan pertama daripada program Persimpangan Inovasi Jabatan Tenaga, program keusahawanan tertanam makmal, dan selebihnya adalah sejarah.

2. Apakah teknologi asas asas SkyNano?

Teknologi asas SkyNano adalah berdasarkan proses kimia yang telah dikaji sejak awal 1900-an di makmal akademik di seluruh dunia. Pada dasarnya, ia berdasarkan penyerapan kimia CO2 melalui molekul oksida untuk membentuk karbonat, kemudian penguraian elektrokimia molekul karbonat itu kembali ke oksida asalnya. Tindak balas bersih di sini hanyalah CO2 à C(pepejal) + O2(gas). Implikasi daripada proses ini adalah mendalam, kerana ia merupakan proses 4-elektron yang mudah untuk menghasilkan karbon pepejal daripada karbon dioksida gas.

CO2 adalah sangat stabil, yang merupakan sebahagian daripada sebab ia menjadi bermasalah di atmosfera kita, tetapi apabila kita membawanya kembali kepada bentuk karbon pepejalnya, ia juga sangat stabil, dan memberi pinjaman kepada simpanan karbon kekal. Ini adalah perbezaan yang penting, kerana banyak teknologi transformasi CO2 menghasilkan produk akhir yang akan mengeluarkan semula CO2 dalam kitaran hayatnya. Ini adalah neutral karbon terbaik, tetapi tidak menyediakan simpanan kekal jangka panjang. Produk pepejal seperti proses kami menyajikan yang terbaik dari kedua-dua dunia: transformasi karbon (membuat produk ekonomi daripada CO2) dan penyerapan (penyimpanan jangka panjang).

3. Bagaimanakah syarikat SkyNano dibiayai? Siapakah pihak berkepentingan yang terlibat? Apakah matlamat pembiayaan anda?

Sehingga Ogos 2022, SkyNano telah mengumpulkan ~$8.5 juta (juta) dalam pembiayaan bukan cair daripada pelbagai sumber persekutuan, negeri dan komersial. Penyokong utama persekutuan kami ialah Jabatan Tenaga AS, Yayasan Sains Kebangsaan dan Jabatan Pertahanan AS. Teknologi SkyNano menyentuh matlamat strategik hampir setiap agensi persekutuan, sama ada melalui usaha penyahkarbonan kami atau melalui bahan khusus yang kami hasilkan, yang telah dikenal pasti sebagai bahan kritikal keselamatan negara. Untuk itu, kami mempunyai pelbagai pihak berkepentingan yang terlibat, termasuk sumber pelepasan, pembuat dasar yang mengambil berat tentang penyahkarbonan, pelanggan kredit penyingkiran karbon dan pelanggan bahan yang kami hasilkan.

Sejak penubuhan kami, kami telah memberi tumpuan laser kepada pelanggan bahan yang kami hasilkan daripada CO2. Bahan tambahan karbon pepejal terdapat dalam pelbagai jenis struktur, dan kami dapat menangani banyak keperluan pasaran sedia ada hari ini bersama-sama dengan mewujudkan pasaran baharu melalui bahan karbon termaju yang berharga lebih rendah. Matlamat pembiayaan kami kekal tertumpu pada memenuhi keperluan pelanggan, dan atas sebab itu tertumpu pada pembiayaan berasaskan projek yang diperoleh daripada geran R&D dan perintis berbayar dengan pelanggan.

4. Anda mendapat CO2 anda melalui tangkapan terus dari udara. Itu tidak begitu cekap, kan. Bolehkah anda juga mendapatkannya daripada aliran CO2 pekat dari kilang simen dan keluli serta sektor lain yang sukar dihentikan?

Itulah betul. Ia tidak begitu cekap untuk menarik CO2 keluar dari atmosfera. Teknologi kita sudah tentu boleh beroperasi sebagai proses tangkapan udara langsung, tetapi ia jauh lebih cekap apabila kami bekerja dengan aliran input yang sekurang-kurangnya 1% CO2. Ini adalah aliran sisa yang terdapat dalam industri daripada simen dan keluli, kepada bahan kimia, dan pengeluaran tenaga. Pada masa ini kami mempunyai kerjasama berterusan dengan Penguasa Lembah Tennessee, utiliti awam terbesar negara kami, untuk menunjukkan bahawa gas serombong daripada loji kuasa gas asli kitaran gabungan boleh digunakan untuk menghasilkan produk karbon pepejal.

Terdapat pelbagai pihak berkepentingan merentas rantaian pelepasan karbon. Pada satu hujung terdapat beberapa teknologi yang sangat sesuai untuk tangkapan udara terus untuk menghasilkan aliran CO2 pekat. Di hujung yang lain terdapat banyak teknologi yang mampu memproses CO2 ketulenan tinggi (>90%). Terdapat lebih sedikit teknologi yang boleh berfungsi dengan 1-80% CO2 tanpa prapekatan, dan di sinilah sebahagian besar pelepasan CO2 kami datang hari ini. Teknologi SkyNano berfungsi dengan sangat baik untuk digabungkan secara langsung pada pelepasan sumber titik dan menyahkarbon beberapa sektor yang sukar dihentikan yang kita semua harapkan untuk kualiti hidup hari ini.

5. Seberapa mahal proses anda berbanding dengan penangkapan karbon dan suntikan bawah tanah serta penyimpanan CO2 (CCUS) yang mungkin memerlukan cukai karbon melainkan minyak dihasilkan di hujung yang lain.

CCUS yang mencabar ekonomi terutamanya ialah tiada peningkatan ekonomi di luar kemungkinan cukai karbon, jadi pelaksanaan keseluruhan adalah kerugian bersih bagi syarikat. Syarikat-syarikat besar masih mempertimbangkan CCUS sekarang kerana kematangan teknologi itu dan keinginan mereka untuk menyahkarbon dengan cepat, tetapi ia merupakan kerugian bersih keseluruhan dalam setiap kes, walaupun dengan insentif berasaskan cukai.

Proses SkyNano boleh dilaksanakan dari segi ekonomi berdasarkan nilai produk keluaran kami daripada CO2, karbon pepejal dan insentif cukai hanya akan menjadi bonus. Malah, di bawah struktur cukai 45Q semasa, potensi hasil daripada insentif cukai adalah diabaikan berbanding hasil daripada produk karbon kami.

Apabila ia melibatkan kos, beberapa cabaran dengan CCUS adalah membenarkan, halangan pengawalseliaan dan kos lain yang tidak selalunya jelas apabila menilai teknologi berdasarkan meritnya. Untuk SkyNano, kos kami terutamanya diperoleh daripada tenaga elektrik yang diperlukan untuk memacu proses kami, dan kami menjangkakan mendapat manfaat dari semasa ke semasa daripada unjuran penurunan harga tenaga dengan permulaan lebih banyak tenaga boleh diperbaharui ke dalam grid kami.

Untuk beberapa lagi Soal Jawab lihat Permulaan SkyNano Untuk Menukar CO2 Menjadi Karbon Pepejal: Bahagian 2 – Pasaran Dan Penyelesaian Iklim.