SkyNano Startup muuntaa hiilidioksidia kiinteäksi hiileksi: Osa 2

Kasvihuonekaasupäästöjä (GHG) syntyy edelleen paljon vuoteen 2050 mennessä – joidenkin arvioiden mukaan 10-15 miljardia tonnia vuodessa. Tämä "jäljelle jäänyt" kasvihuonekaasu on hävitettävä jollakin tavalla, jos maailman halutaan saavuttaa nettonolla vuoteen 2050 mennessä. Yksi menetelmä, hiilidioksidin talteenotto ja maanalainen varastointi (CCUS) on tutkittu eniten, koska se on toteutettu öljyllä ja kaasulla. yrityksiä vuosikymmeniä, vaikka niitä onkin vakavia rajoituksia.

Mutta kortilla on uusi lapsi. A yritys nimeltä SkyNanoVuonna 2017 alkanut prosessi käyttää sähkökemiallista prosessia muuntaa CO2 kiinteäksi hiilinanoputkiksi tavanomaisessa nanoputkituotannossa käytettävän termokemiallisen prosessin sijaan. Ainoa sivutuote on happi, toisin kuin hiilimonoksidi, polysykliset aromaattiset hiilivedyt (PAH) ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VO)VO
Cs) muista menetelmistä.

Hiilinanoputket ovat onttoja hiiliputkia, joiden koko on nanometreinä. Nämä kiinteät hiilet ovat kestäviä, ja niitä käytetään ajoneuvojen panssarivaunuissa. Ne voivat kuljettaa sähkövirtoja, ja niitä käytetään siirtokaapeleissa. Ne ovat joustavia ja niitä käytetään kudotussa kankaassa.

Koska prosessia voidaan käyttää myös sementti- ja terästehtaiden hiilidioksidivirtojen muuntamiseen, sillä on suuri lupaus vaikeasti vähennettävien päästöjen poistamiseksi.

SkyNanon toimitusjohtaja on Anna Douglas, joka perusti yrityksen vuonna 2017 tohtorintutkinnon aikana Vanderbiltissä yhdessä SkyNanon teknologiajohtajan, professori Cary Pintin kanssa. Anna valmistui Leen yliopistosta matematiikasta ja kemiasta vuonna 2014 ja tohtoriksi Vanderbiltistä vuonna 2019 monitieteisestä materiaalitieteestä. Hänen SkyNanon tekniikkaan liittyvää työtään on korostettu monissa vertaisarvioiduissa tieteellisissä julkaisuissa, vuoden 2019 Forbes 30 alle 30 -palkinnossa, 2020 R&D100 -palkinnossa, 2021 TechConnect Innovation Award -palkinnossa ja 2022 Governor's Environmental Stewardship Award of Tennesseen osavaltiossa.

Alla on osa 1 Annan haastattelusta, joka liittyy startup-yrityksen uuteen teknologiaan ja rahoitukseen, mukaan lukien vertailu hiilidioksidin talteenottoon, maanalaiseen ruiskutukseen ja varastointiin (CCUS).

Osa 2 tulee pian ja on suunnattu markkinoihin ja ilmastoratkaisuihin.

1. Mikä on SkyNano-yhtiön perustamisen taustatarina?

Kun olin perustutkinto-opiskelija, suoritin kesäharjoittelun NASA Glenn Research Centerissä Clevelandissa, OH:ssa ja rakastuin täysin nanoteknologiaan ja materiaalitieteeseen. Menin Vanderbiltiin väittelemään materiaalitieteen tohtoriksi ja aloin työskennellä nanomateriaalien parissa energian varastoinnissa tutkimusaiheena, koska tunsin vahvasti, että energian varastointi oli (ja on) kestävän energiainfrastruktuurin merkittävin pullonkaula. Opiskellessani paristoja ymmärsin, että tapa, jolla syntetisoimme ja louhimme monia akkuja muodostavia materiaaleja, ei todellakaan ole kovin kestävää ja voi jopa heikentää paristojen käyttöä "puhtaana" teknologiana.

PhD-neuvojani ja minä aloimme tutkia muita tapoja tehdä hiilirakenteita, joilla on lukemattomia käyttötarkoituksia akkukemiassa, ja löysimme sähkökemiallisen prosessin, jota oli tutkittu 1900-luvun alusta lähtien hiilidioksidin muuttamiseksi kiinteäksi hiileksi, mutta ilman suurta selektiivisyyttä. tietyille hiilirakenteille. Ajattelimme, että jos lähestyisimme tätä aihetta nanomateriaalien synteesin taustalta, voisimme ehkä parantaa selektiivisyyttä, jota tarvitaan teknologian tuomiseksi markkinoille. Pian sen jälkeen saimme ensimmäisen rahoituksen Energiaministeriön Innovation Crossroads -ohjelmasta, laboratorioon upotetusta yrittäjäohjelmasta, ja loppu on historiaa.

2. Mikä on SkyNanon perustekniikka?

SkyNanon taustalla oleva tekniikka perustuu kemialliseen prosessiin, jota on tutkittu 1900-luvun alusta lähtien akateemisissa laboratorioissa ympäri maailmaa. Pohjimmiltaan se perustuu CO2:n kemialliseen absorptioon oksidimolekyylien kautta karbonaatin muodostamiseksi ja tämän karbonaattimolekyylin sähkökemialliseen hajoamiseen takaisin alkuperäiseksi oksidiksi. Nettoreaktio tässä on yksinkertaisesti CO2 à C(kiinteä) + O2(kaasu). Tämän prosessin vaikutukset ovat syvällisiä, koska se on yksinkertainen 4 elektronin prosessi kiinteän hiilen tuottamiseksi kaasumaisesta hiilidioksidista.

CO2 on äärimmäisen stabiilia, mikä on osa sitä, miksi se on muodostunut ongelmalliseksi ilmakehässämme, mutta kun saamme sen takaisin kiinteään hiilimuotoonsa, se on myös erittäin stabiili ja mahdollistaa pysyvän hiilen varastoinnin. Tämä on tärkeä ero, koska monet hiilidioksidin muunnostekniikat tuottavat lopputuotteita, jotka vapauttavat hiilidioksidia uudelleen elinkaarensa aikana. Nämä ovat parhaimmillaan hiilineutraaleja, mutta ne eivät tarjoa pitkäaikaista pysyvää varastointia. Prosessimme kaltaiset kiinteät tuotteet esittelevät molempien maailmojen parhaat puolet: hiilen muuntamisen (taloudellinen tuote CO2:sta) ja sitomisen (pitkäaikainen varastointi).

3. Miten SkyNano-yritystä rahoitetaan? Ketkä ovat sitoutuneet sidosryhmät? Mitkä ovat rahoitustavoitteesi?

Elokuussa 2022 SkyNano on kerännyt noin 8.5 miljoonaa dollaria (miljoonaa) laimentamatonta rahoitusta useista liittovaltion, osavaltion ja kaupallisista lähteistä. Pääasialliset liittovaltion tukijamme ovat Yhdysvaltain energiaministeriö, National Science Foundation ja Yhdysvaltain puolustusministeriö. SkyNanon teknologia koskettaa lähes jokaisen liittovaltion viraston strategisia tavoitteita joko hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä tai tuottamiemme erityisten materiaalien kautta, jotka on tunnistettu kansallisen turvallisuuden kannalta kriittisiksi materiaaleiksi. Tätä varten meillä on joukko sitoutuneita sidosryhmiä, mukaan lukien päästölähteet, hiilidioksidipäästöistä huolestuneita päättäjiä, hiilenpoistohyvitysten asiakkaita ja valmistamiemme materiaalien asiakkaita.

Olemme alusta asti keskittyneet laserilla CO2:sta valmistamiemme materiaalien asiakkaisiin. Kiinteitä hiilen lisäainemateriaaleja on monenlaisia ​​rakenteita, ja pystymme vastaamaan moniin nykypäivän olemassa oleviin markkinoiden tarpeisiin sekä luomaan uusia markkinoita halvempien kehittyneiden hiilimateriaalien avulla. Rahoitustavoitteemme ovat edelleen keskittyneet asiakastarpeiden täyttämiseen ja siksi keskittyvät projektikohtaiseen rahoitukseen sekä T&K-apurahoista että maksullisista piloteista asiakkaiden kanssa.

4. Saat CO2:si talteen suoraan ilmasta. Se ei ole kovin tehokasta, eihän. Saatko sitä myös sementti- ja terästehtailta ja muilta vaikeasti puhdistetuilta aloilta peräisin olevista tiivistetyistä hiilidioksidivirroista?

Pitää paikkansa. Ei ole kovin tehokasta vetää hiilidioksidia pois ilmakehästä. Meidän tekniikkamme varmasti voida toimivat sellaisena suorana ilman talteenottoprosessina, mutta se on paljon tehokkaampaa, kun työskentelemme syöttövirroilla, joiden hiilidioksidipitoisuus on vähintään 1 %. Nämä ovat jätevirtoja, joita löytyy teollisuuden aloilta sementistä ja teräksestä kemikaaleihin ja energiantuotantoon. Meillä on parhaillaan jatkuvaa yhteistyötä Tennessee Valley Authorityn, maamme suurimman julkisen laitoksen, kanssa osoittaaksemme, että yhdistelmäkiertoisten maakaasuvoimaloiden savukaasuja voidaan käyttää kiinteän hiilituotteiden valmistukseen.

Hiilidioksidipäästöketjussa on useita sidosryhmiä. Toisessa päässä on muutamia tekniikoita, jotka sopivat erittäin hyvin suoraan ilman talteenottoon väkevän CO2-virran tuottamiseksi. Toisessa päässä on monia teknologioita, jotka pystyvät käsittelemään erittäin puhdasta CO2:ta (>90 %). On paljon vähemmän teknologioita, jotka voivat työskennellä 1–80 prosentin hiilidioksidilla ilman esirikastamista, ja tästä tulee nykyään suurin osa CO2-päästöistämme. SkyNanon tekniikka toimii todella hyvin yhdistämään suoraan pistepäästöihin ja poistamaan hiilidioksidipäästöjä joistakin vaikeasti vähennettävistä sektoreista, joihin me kaikki luotamme nykypäivän elämänlaadun kannalta.

5. Kuinka kallis prosessisi on verrattuna hiilidioksidin talteenottoon ja maanalaiseen injektointiin ja hiilidioksidin varastointiin (CCUS), joka todennäköisesti vaatii hiiliveron, ellei öljyä tuoteta toisessa päässä.

Taloudellisesti CCUS:n haasteena on ensisijaisesti se, että mahdollisen hiiliveron lisäksi ei ole taloudellista käännettä, joten kokonaisuus on yrityksille nettotappio. Suuret yritykset harkitsevat edelleen CCUS:a juuri nyt teknologian kypsyyden ja nopean hiilenpoiston vuoksi, mutta se on nettotappio joka tapauksessa, jopa veropohjaisilla kannustimilla.

SkyNanon prosessi on taloudellisesti toteuttamiskelpoinen hiilidioksidin, kiinteän hiilen tuotantotuotteemme arvon perusteella, ja verokannustimet olisivat vain bonusta. Itse asiassa nykyisessä 2Q verorakenteessa mahdolliset verohelpotukset ovat mitättömät verrattuna hiilituotteemme tuloihin.

Mitä tulee kustannuksiin, jotkin CCUS:n haasteista ovat salliminen, sääntelyesteet ja muut kustannukset, jotka eivät aina ole ilmeisiä arvioitaessa teknologiaa sen ansioiden perusteella. SkyNanon osalta kustannukset johtuvat ensisijaisesti sähköenergiasta, joka kuluu prosessimme ohjaamiseen, ja odotamme hyötyvän ajan mittaan energian hintojen ennustetusta laskusta, kun verkkoon tulee lisää uusiutuvia energialähteitä.

Katso muutama kysymys ja vastaus lisää SkyNano Startup muuttaa hiilidioksidin kiinteäksi hiileksi: Osa 2 – Markkinat ja ilmastoratkaisu.