SkyNano-oppstart for å konvertere CO2 til fast karbon: Del 1

Mange klimagassutslipp (GHG) vil fortsatt genereres innen 2050 – noen anslag er 10-15 milliarder tonn/år. Disse "restene" drivhusgassene må deponeres på en eller annen måte hvis verden skal oppnå netto-null innen 2050. En metode, karbonfangst og underjordisk lagring (CCUS) har blitt studert mest fordi den har blitt implementert av olje og gass selskaper i flere tiår, selv om det er det alvorlige begrensninger.

Men det er en ny gutt på blokka. EN selskap kalt SkyNano, startet i 2017, bruker en elektrokjemisk prosess å omdanne CO2 til faste karbon nanorør snarere enn en termokjemisk prosess som brukes i konvensjonell nanorørproduksjon. Det eneste biproduktet er oksygen i motsetning til karbonmonoksid, polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) og flyktige organiske forbindelser (VO).VO
Cs) fra andre metoder.

Karbonnanorør er hule rør av karbon med størrelse i nanometer. Disse solide karbonene er tøffe og brukes i rustning for kjøretøy. De kan føre elektriske strømmer, og brukes i overføringskabler. De er fleksible, og brukes i vevd stoff.

Siden prosessen også kan brukes til å konvertere strømmer av CO2 som slippes ut fra sement- og stålfabrikker, holder den et stort løfte for å fjerne utslipp som er vanskelig å redusere.

Administrerende direktør for SkyNano er Anna Douglas som var med å grunnlegge selskapet i 2017 under sin doktorgrad ved Vanderbilt sammen med prof. Cary Pint, CTO for SkyNano. Anna ble uteksaminert fra Lee University med en grad i matematikk og kjemi i 2014, og fullførte en doktorgrad fra Vanderbilt i 2019 i tverrfaglig materialvitenskap. Arbeidet hennes relatert til SkyNanos teknologi har blitt fremhevet i mange fagfellevurderte vitenskapelige publikasjoner, en Forbes 2019 under 30-pris i 30, en 2020 R&D100-pris, en 2021 TechConnect Innovation Award og en 2022 Governor's Environmental Stewardness-pris fra State of Tennessee.

Nedenfor er del 1 av et intervju med Anna som er nøkkelen til den nye teknologien og finansieringen av oppstartsselskapet, inkludert en sammenligning med karbonfangst, injeksjon under jorden og lagring (CCUS).

Del 2 følger om kort tid og er rettet mot markeder og klimaløsninger.

1. Hva er bakgrunnshistorien til SkyNano-selskapsformasjonen?

Mens jeg var en bachelorstudent, gjorde jeg et sommerpraksis ved NASA Glenn Research Center i Cleveland, OH og ble fullstendig forelsket i nanoteknologi og materialvitenskap. Jeg dro til Vanderbilt for å ta en doktorgrad i materialvitenskap og begynte å jobbe med nanomaterialer for energilagring som et forskningstema, da jeg følte sterkt at energilagring var (og er) den viktigste flaskehalsen for en bærekraftig energiinfrastruktur. Mens jeg studerte batterier, innså jeg at måten vi syntetiserer og utvinner mange materialer som består av batterier egentlig ikke er særlig bærekraftig, og kan til og med undergrave bruken av batterier som en "ren" teknologi.

Min PhD-rådgiver og jeg begynte å se på andre måter å lage karbonstrukturer på, som har et utall bruksområder i batterikjemi, og oppdaget en elektrokjemisk prosess som hadde blitt studert siden tidlig på 1900-tallet for å omdanne CO2 til fast karbon, men uten høy selektivitet for spesifikke karbonstrukturer. Vi tenkte at hvis vi nærmet oss dette emnet fra en nanomaterialsyntesebakgrunn, kunne vi kanskje forbedre selektiviteten som kreves for å bringe teknologien inn på markedet. Like etter det fikk vi vår første del av finansieringen fra Department of Energys Innovation Crossroads-program, et lab-innebygd gründerprogram, og resten er historie.

2. Hva er SkyNanos grunnleggende underliggende teknologi?

SkyNanos underliggende teknologi er basert på en kjemisk prosess som har blitt studert siden tidlig på 1900-tallet i akademiske laboratorier over hele verden. I hovedsak er det basert på kjemisk absorpsjon av CO2 via oksidmolekyler for å danne et karbonat, deretter elektrokjemisk dekomponering av det karbonatmolekylet tilbake til det opprinnelige oksidet. Nettoreaksjonen her er ganske enkelt CO2 à C(fast) + O2(gass). Implikasjonene av denne prosessen er dype, siden det er en enkel 4-elektron prosess for å produsere fast karbon fra gassformig karbondioksid.

CO2 er ekstremt stabilt, noe som er en del av grunnen til at det har blitt problematisk i atmosfæren vår, men når vi bringer det tilbake til sin faste karbonform, er det også ekstremt stabilt og gir permanent lagring av karbon. Dette er en viktig forskjell, fordi mange CO2-transformasjonsteknologier produserer sluttprodukter som vil re-utslippe CO2 i livssyklusen. Disse er i beste fall karbonnøytrale, men gir ikke langvarig permanent lagring. Solide produkter som vår prosess presenterer det beste fra to verdener: karbontransformasjon (fremstilling av et økonomisk produkt fra CO2) og sekvestrering (langtidslagring).

3. Hvordan er SkyNano-selskapet finansiert? Hvem er de engasjerte interessentene? Hva er dine finansieringsmål?

Fra august 2022 har SkyNano samlet inn ~8.5 millioner dollar (millioner) i ikke-utvannende finansiering fra en rekke føderale, statlige og kommersielle kilder. Våre primære føderale støttespillere er US Department of Energy, National Science Foundation og US Department of Defense. SkyNanos teknologi berører de strategiske målene til nesten alle føderale byråer, enten gjennom vår avkarboniseringsinnsats, eller gjennom de spesifikke materialene vi produserer, som har blitt identifisert som kritisk materiale for nasjonal sikkerhet. For det formål har vi en rekke engasjerte interessenter, inkludert utslippskilder, beslutningstakere som er bekymret for avkarbonisering, kunder med kreditt for karbonfjerning og kunder av materialene vi produserer.

Siden oppstarten har vi vært laserfokusert på kundene av materialene vi produserer fra CO2. Solide karbontilsetningsmaterialer kommer i et bredt spekter av strukturer, og vi er i stand til å møte mange av dagens eksisterende markedsbehov sammen med å skape nye markeder gjennom avanserte karbonmaterialer til lavere priser. Våre finansieringsmål er fortsatt fokusert på å møte kundenes behov, og er derfor sentrert på prosjektbasert finansiering hentet både fra FoU-tilskudd og betalte piloter med kunder.

4. Du får CO2 ved direkte fangst fra luften. Det er ikke særlig effektivt, ikke sant. Kan du også få det fra strømmer av konsentrert CO2 fra sement- og stålfabrikker og andre vanskelige sektorer?

Det er riktig. Det er ikke særlig effektivt å trekke CO2 ut av atmosfæren. Vår teknologi absolutt kan operere som en direkte luftfangstprosess, men det er langt mer effektivt når vi jobber med innstrømmer som er minst 1 % CO2. Dette er avfallsstrømmer som finnes i industrier som spenner fra sement og stål, til kjemikalier og energiproduksjon. Vi har for tiden et pågående samarbeid med Tennessee Valley Authority, vårt lands største offentlige verktøy, for å demonstrere at røykgass fra naturgasskraftverk med kombinert syklus kan brukes til å produsere faste karbonprodukter.

Det er en rekke interessenter i hele karbonutslippskjeden. I den ene enden er noen få teknologier svært egnet for direkte luftfangst for å produsere en konsentrert CO2-strøm. I den andre enden er det mange teknologier som er i stand til å behandle CO2 med høy renhet (>90%). Det er langt mindre teknologier som kan fungere med 1-80 % CO2 uten forhåndskonsentrasjon, og det er her det store flertallet av CO2-utslippene våre kommer fra i dag. SkyNanos teknologi fungerer veldig bra for å koble direkte til punktkildeutslipp og dekarbonisere noen av de vanskelige sektorene vi alle er avhengige av for dagens livskvalitet.

5. Hvor dyr er prosessen din sammenlignet med karbonfangst og underjordisk injeksjon og lagring av CO2 (CCUS) som sannsynligvis vil kreve en karbonavgift med mindre det produseres olje i den andre enden.

Økonomien som utfordrer CCUS er først og fremst at det ikke er noen økonomisk oppside utenom en mulig karbonavgift, så den samlede øvelsen er et nettotap for selskaper. Store selskaper vurderer fortsatt CCUS akkurat nå på grunn av modenheten til den teknologien og deres ønske om å avkarbonisere raskt, men det er et samlet nettotap i alle tilfeller, selv med skattebaserte insentiver.

SkyNanos prosess er økonomisk gjennomførbar basert på verdien av vårt produksjonsprodukt fra CO2, fast karbon, og skatteinsentiver ville rett og slett vært en bonus. Faktisk, under dagens 45Q-skattestruktur, er potensielle inntekter fra skatteinsentiver ubetydelige sammenlignet med inntektene fra vårt karbonprodukt.

Når det kommer til kostnader, er noen av utfordringene med CCUS tillatelse, regulatoriske hindringer og andre kostnader som ikke alltid er åpenbare når man vurderer teknologien på dens fordeler. For SkyNano er kostnadene våre primært avledet fra den elektriske energien som kreves for å drive prosessen vår, og vi forventer over tid å dra nytte av den anslåtte nedgangen i energipriser med utbruddet av mer fornybar energi inn i nettet vårt.

For noen flere spørsmål og svar, se SkyNano-oppstart for å konvertere CO2 til fast karbon: Del 2 – Markeder og en klimaløsning.