SkyNano Startup til at konvertere CO2 til fast kulstof: Del 1

En masse drivhusgasemissioner (GHG) vil stadig blive genereret i 2050 – nogle skøn er 10-15 milliarder tons/år. Denne "rest" drivhusgas skal bortskaffes på en eller anden måde, hvis verden skal nå netto-nul i 2050. En metode, kulstoffangst og underjordisk lagring (CCUS), er blevet undersøgt mest, fordi den er blevet implementeret af olie og gas virksomheder i årtier, selvom der er alvorlige begrænsninger.

Men der er et nyt barn på blokken. EN firma kaldet SkyNano, påbegyndt i 2017, bruger en elektrokemisk proces at omdanne CO2 til faste kulstof nanorør snarere end en termokemisk proces, der anvendes i konventionel nanorørproduktion. Det eneste biprodukt er oxygen i modsætning til kulilte, polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er) og flygtige organiske forbindelser (VO).VO
Cs) fra andre metoder.

Carbon nanorør er hule rør af kulstof med størrelse i nanometer. Disse solide kulstoffer er hårde og bruges i rustning til køretøjer. De kan føre elektriske strømme og bruges i transmissionskabler. De er fleksible og bruges i vævet stof.

Da processen også kan bruges til at omdanne strømme af CO2, der udledes fra cement- og stålfabrikker, lover den et stort løfte om at fjerne emissioner, der er svære at reducere.

Administrerende direktør for SkyNano er Anna Douglas, som var med til at stifte virksomheden i 2017 under sin ph.d.-grad på Vanderbilt sammen med prof. Cary Pint, CTO for SkyNano. Anna dimitterede fra Lee University med en grad i matematik og kemi i 2014 og afsluttede en ph.d. fra Vanderbilt i 2019 i tværfaglig materialevidenskab. Hendes arbejde relateret til SkyNanos teknologi er blevet fremhævet i mange peer-reviewed videnskabelige publikationer, en 2019 Forbes 30 under 30 pris, en 2020 R&D100 Award, en 2021 TechConnect Innovation Award og en 2022 Governor's Environmental Stewardness Award fra State of Tennessee.

Nedenfor er del 1 af et interview med Anna, som er nøglen til den nye teknologi og finansiering af startup-virksomheden, herunder en sammenligning med kulstoffangst, injektion under jorden og opbevaring (CCUS).

Del 2 følger om kort tid og er gearet til markeder og klimaløsninger.

1. Hvad er baggrundshistorien om SkyNano-virksomhedsdannelsen?

Mens jeg var bachelorstuderende, tog jeg et sommerpraktik på NASA Glenn Research Center i Cleveland, OH og blev fuldstændig forelsket i nanoteknologi og materialevidenskab. Jeg tog til Vanderbilt for at forfølge en ph.d. i materialevidenskab og begyndte at arbejde med nanomaterialer til energilagring som et forskningsemne, da jeg følte stærkt, at energilagring var (og er) den vigtigste flaskehals for en bæredygtig energiinfrastruktur. Mens jeg studerede batterier, indså jeg, at den måde, vi syntetiserer og udvinder mange materialer, der udgør batterier, virkelig ikke er særlig bæredygtig og kan endda underminere brugen af ​​batterier som en "ren" teknologi.

Min ph.d.-vejleder og jeg begyndte at se på andre måder at lave kulstofstrukturer på, som har et utal af anvendelser i batterikemi, og opdagede en elektrokemisk proces, der var blevet undersøgt siden begyndelsen af ​​1900-tallet for at omdanne CO2 til fast kulstof, men uden en høj selektivitet for specifikke kulstofstrukturer. Vi tænkte, at hvis vi nærmede os dette emne fra en nanomaterialesyntese-baggrund, ville vi måske være i stand til at forbedre den selektivitet, der kræves for at bringe teknologien ud på markedet. Kort efter fik vi vores første del af finansieringen fra Department of Energy's Innovation Crossroads-program, et lab-indlejret iværksætterprogram, og resten er historie.

2. Hvad er SkyNanos grundlæggende underliggende teknologi?

SkyNanos underliggende teknologi er baseret på en kemisk proces, der er blevet undersøgt siden begyndelsen af ​​1900-tallet i akademiske laboratorier over hele kloden. I det væsentlige er det baseret på den kemiske absorption af CO2 via oxidmolekyler for at danne et carbonat, derefter elektrokemisk nedbrydning af det carbonatmolekyle tilbage til dets oprindelige oxid. Nettoreaktionen her er simpelthen CO2 à C(fast) + O2(gas). Implikationerne af denne proces er dybe, da det er en simpel 4-elektron proces til at producere fast kulstof fra gasformig kuldioxid.

CO2 er ekstremt stabilt, hvilket er en del af grunden til, at det er blevet problematisk i vores atmosfære, men når vi bringer det tilbage til sin faste kulstofform, er det også ekstremt stabilt og giver mulighed for permanent kulstoflagring. Dette er en vigtig sondring, fordi mange CO2-transformationsteknologier producerer slutprodukter, der genudleder CO2 i deres livscyklus. Disse er i bedste fald kulstofneutral, men giver ikke mulighed for langtids permanent opbevaring. Solide produkter som vores proces præsenterer det bedste fra begge verdener: kulstofomdannelse (fremstilling af et økonomisk produkt fra CO2) og sekvestrering (langtidslagring).

3. Hvordan finansieres SkyNano-virksomheden? Hvem er de engagerede interessenter? Hvad er dine finansieringsmål?

Fra august 2022 har SkyNano rejst ~8.5 mio. USD (millioner) i ikke-udvandende finansiering fra en række føderale, statslige og kommercielle kilder. Vores primære føderale støttespillere er det amerikanske energiministerium, National Science Foundation og det amerikanske forsvarsministerium. SkyNanos teknologi berører de strategiske mål for næsten alle føderale agenturer, enten gennem vores dekarboniseringsbestræbelser eller gennem de specifikke materialer, vi producerer, som er blevet identificeret som kritisk materiale for national sikkerhed. Til det formål har vi en række engagerede interessenter, herunder emissionskilder, politiske beslutningstagere, der er bekymrede over dekarbonisering, kunder med kreditter til kulstoffjernelse og kunder af de materialer, vi producerer.

Siden vores start har vi været laser-fokuseret på kunderne af de materialer, vi producerer fra CO2. Solide kulstoftilsætningsmaterialer kommer i en lang række strukturer, og vi er i stand til at imødekomme mange af nutidens eksisterende markedsbehov sammen med at skabe nye markeder gennem avancerede kulstofmaterialer til lavere priser. Vores finansieringsmål er fortsat fokuseret på at imødekomme kundernes behov, og er af den grund centreret om projektbaseret finansiering hentet både fra R&D-tilskud og betalte piloter med kunder.

4. Du får din CO2 ved direkte opsamling fra luften. Det er ikke særlig effektivt, vel. Kan man også få det fra strømme af koncentreret CO2 fra cement- og stålfabrikker og andre svære at afbøde sektorer?

Det er korrekt. Det er ikke særlig effektivt at trække CO2 ud af atmosfæren. Vores teknologi bestemt kan fungerer som en direkte luftindfangningsproces, men det er langt mere effektivt, når vi arbejder med inputstrømme, der er mindst 1 % CO2. Disse er affaldsstrømme, der findes i industrier lige fra cement og stål til kemikalier og energiproduktion. Vi har i øjeblikket et igangværende samarbejde med Tennessee Valley Authority, vores lands største offentlige forsyningsvirksomhed, for at demonstrere, at røggas fra kombinerede naturgaskraftværker kan bruges til at producere faste kulstofprodukter.

Der er en række interessenter på tværs af CO2-udledningskæden. I den ene ende er nogle få teknologier meget velegnede til direkte luftindfangning for at producere en koncentreret CO2-strøm. I den anden ende er der mange teknologier, der er i stand til at behandle CO90 med høj renhed (>1%). Der er langt færre teknologier, der kan arbejde med 80-2 % CO2 uden forkoncentration, og det er her langt størstedelen af ​​vores COXNUMX-udledning kommer fra i dag. SkyNanos teknologi fungerer rigtig godt til at koble direkte til punktkildeemissioner og dekarbonisere nogle af de sektorer, der er svære at reducere, vi alle er afhængige af for nutidens livskvalitet.

5. Hvor dyr er din proces sammenlignet med kulstoffangst og underjordisk injektion og lagring af CO2 (CCUS), som sandsynligvis vil kræve en kulstofafgift, medmindre der produceres olie i den anden ende.

Økonomien, der udfordrer CCUS, er primært, at der ikke er nogen økonomisk opside uden for en eventuel kulstofafgift, så den samlede øvelse er et nettotab for virksomhederne. Store virksomheder overvejer stadig CCUS lige nu på grund af modenheden af ​​denne teknologi og deres ønske om at dekarbonisere hurtigt, men det er et samlet nettotab i alle tilfælde, selv med skattebaserede incitamenter.

SkyNanos proces er økonomisk gennemførlig baseret på værdien af ​​vores outputprodukt fra CO2, fast kulstof, og skatteincitamenter ville simpelthen være en bonus. Faktisk er den potentielle indtægt fra skatteincitamenter under den nuværende 45Q-skattestruktur ubetydelig sammenlignet med indtægterne fra vores kulstofprodukt.

Når det kommer til omkostninger, er nogle af udfordringerne med CCUS at tillade, regulatoriske hindringer og andre omkostninger, der ikke altid er indlysende, når man vurderer teknologien på dens fordele. For SkyNano er vores omkostninger primært afledt af den elektriske energi, det kræver at drive vores proces, og vi forventer over tid at drage fordel af det forventede fald i energipriserne, når der kommer mere vedvarende energi i vores net.

For et par flere spørgsmål og svar se SkyNano-startup til at konvertere CO2 til fast kulstof: Del 2 - Markeder og en klimaløsning.