Стартираща компания SkyNano за превръщане на CO2 в твърд въглерод: Част 1

До 2050 г. все още ще се генерират много емисии на парникови газове (ПГ) – някои оценки са 10-15 милиарда тона/годишно. Този „остатъчен“ парников газ трябва да бъде унищожен по някакъв начин, ако светът иска да постигне нетно нула до 2050 г. Един от методите, улавянето и подземното съхранение на въглерод (CCUS) е проучван най-много, тъй като е приложен от нефт и газ компании от десетилетия, въпреки че има сериозни ограничения.

Но има ново дете в блока. А компания, наречена SkyNano, започнала през 2017 г., използва електрохимичен процес за превръщане на CO2 в твърди въглеродни нанотръби а не термохимичен процес, използван в конвенционалното производство на нанотръби. Единственият страничен продукт е кислородът за разлика от въглеродния окис, полицикличните ароматни въглеводороди (PAH) и летливите органични съединения (VOVO
Cs) от други методи.

Въглеродните нанотръби са кухи тръби от въглерод с размер в нанометри. Тези твърди въглероди са здрави и се използват в брони за превозни средства. Те могат да пренасят електрически ток и се използват в преносни кабели. Те са гъвкави и се използват в тъкани.

Тъй като процесът може да се използва и за преобразуване на потоци от CO2, отделяни от фабрики за производство на цимент и стомана, той има голямо обещание за премахване на емисиите, които трудно могат да бъдат намалени.

Изпълнителният директор на SkyNano е Анна Дъглас, която е съосновател на компанията през 2017 г. по време на нейната докторска степен във Вандербилт с проф. Кери Пинт, главен технически директор на SkyNano. Анна завършва университета Лий със степен по математика и химия през 2014 г. и завършва докторска степен от Вандербилт през 2019 г. по интердисциплинарни науки за материалите. Нейната работа, свързана с технологията на SkyNano, е подчертана в много рецензирани научни публикации, награда за 2019 г. на Forbes 30 под 30, награда за R&D 2020 за 100 г., награда за иновации на TechConnect за 2021 г. и награда за управление на околната среда на губернатора на щата Тенеси за 2022 г.

По-долу е част 1 от интервю с Анна, което е свързано с новата технология и финансирането на стартиращата компания, включително сравнение с улавянето, инжектирането под земята и съхранението на въглерод (CCUS).

Част 2 ще последва скоро и е насочена към пазарите и климатичните решения.

1. Каква е предисторията на създаването на компанията SkyNano?

Докато бях студент, направих летен стаж в NASA Glenn Research Center в Кливланд, Охайо и напълно се влюбих в нанотехнологиите и науката за материалите. Отидох във Вандербилт, за да придобия докторска степен по наука за материалите и започнах да работя върху наноматериали за съхранение на енергия като изследователска тема, тъй като чувствах силно, че съхранението на енергия е (и е) най-значимото тясно място за устойчива енергийна инфраструктура. Докато изучавах батериите, разбрах, че начинът, по който синтезираме и добиваме много материали, които изграждат батериите, наистина не е много устойчив и дори може да подкопае използването на батерии като „чиста“ технология.

Моят докторски съветник и аз започнахме да търсим други начини за създаване на въглеродни структури, които имат безброй приложения в химията на батериите, и открихме електрохимичен процес, който е бил изследван от началото на 1900 г. за превръщане на CO2 в твърд въглерод, но без висока селективност за специфични въглеродни структури. Мислехме, че ако подходим към тази тема от фона на синтеза на наноматериали, може да успеем да подобрим селективността, която е необходима, за да пуснем технологията на пазара. Скоро след това получихме първото си финансиране от програмата Innovation Crossroads на Министерството на енергетиката, вградена в лаборатория предприемаческа програма, а останалото е история.

2. Каква е основната технология на SkyNano?

Основната технология на SkyNano се основава на химичен процес, който се изучава от началото на 1900 г. в академични лаборатории по целия свят. По същество то се основава на химическата абсорбция на CO2 чрез оксидни молекули, за да се образува карбонат, след което електрохимичното разлагане на тази карбонатна молекула обратно в нейния оригинален оксид. Нетната реакция тук е просто CO2 à C(твърд) + O2(газ). Последствията от този процес са дълбоки, тъй като това е прост 4-електронен процес за производство на твърд въглерод от газообразен въглероден диоксид.

CO2 е изключително стабилен, което е част от причината да стане проблематичен в нашата атмосфера, но когато го върнем обратно в неговата твърда въглеродна форма, това също е изключително стабилно и позволява постоянно съхранение на въглерод. Това е важно разграничение, тъй като много технологии за преобразуване на CO2 произвеждат крайни продукти, които ще отделят отново CO2 в жизнения си цикъл. Те са в най-добрия случай въглеродно неутрални, но не осигуряват дългосрочно постоянно съхранение. Твърдите продукти като нашия процес представят най-доброто от двата свята: преобразуване на въглерод (изработване на икономичен продукт от CO2) и секвестиране (дългосрочно съхранение).

3. Как се финансира компанията SkyNano? Кои са ангажираните заинтересовани страни? Какви са вашите цели за финансиране?

Към август 2022 г. SkyNano е набрала ~$8.5 милиона (милиона) финансиране без разреждане от различни федерални, щатски и търговски източници. Нашите основни федерални поддръжници са Министерството на енергетиката на САЩ, Националната научна фондация и Министерството на отбраната на САЩ. Технологията на SkyNano засяга стратегическите цели на почти всяка федерална агенция, или чрез нашите усилия за декарбонизация, или чрез специфичните материали, които произвеждаме, които са идентифицирани като критичен материал за националната сигурност. За тази цел имаме набор от ангажирани заинтересовани страни, включително източници на емисии, политици, загрижени за декарбонизацията, клиенти на кредити за премахване на въглерод и клиенти на материалите, които произвеждаме.

От самото начало ние сме лазерно фокусирани върху клиентите на материалите, които произвеждаме от CO2. Твърдите въглеродни добавки се предлагат в широка гама от структури и ние сме в състояние да отговорим на много от днешните съществуващи пазарни нужди, заедно със създаването на нови пазари чрез усъвършенствани въглеродни материали на по-ниски цени. Нашите цели за финансиране остават фокусирани върху задоволяване на нуждите на клиентите и поради тази причина са съсредоточени върху финансиране, базирано на проекти, произхождащо както от грантове за научноизследователска и развойна дейност, така и от платени пилотни проекти с клиенти.

4. Получавате своя CO2 чрез директно улавяне от въздуха. Това не е много ефективно, нали. Можете ли да го получите и от потоци от концентриран CO2 от циментови и стоманени фабрики и други трудни за намаляване на емисиите сектори?

Това е правилното. Не е много ефективно извличането на CO2 от атмосферата. Нашата технология със сигурност мога работи като такъв процес за директно улавяне на въздух, но е много по-ефективен, когато работим с входящи потоци, които са поне 1% CO2. Това са потоци отпадъци, открити в индустрии, вариращи от цимент и стомана до химикали и производство на енергия. В момента имаме текущо сътрудничество с Tennessee Valley Authority, най-голямата обществена компания в нашата страна, за да демонстрираме, че димните газове от електроцентрали с комбиниран цикъл на природен газ могат да се използват за производство на твърди въглеродни продукти.

Има редица заинтересовани страни във веригата на въглеродните емисии. В единия край има няколко технологии, които са много подходящи за директно улавяне на въздуха за производство на концентриран поток CO2. На другия край са много технологии, способни да обработват CO2 с висока чистота (>90%). Има много по-малко технологии, които могат да работят с 1-80% CO2 без предварителна концентрация, и това е мястото, откъдето идва по-голямата част от нашите CO2 емисии днес. Технологията на SkyNano работи много добре, за да свързва директно емисиите от точкови източници и да декарбонизира някои от трудни за намаляване сектори, на които всички разчитаме за днешното качество на живот.

5. Колко скъп е вашият процес в сравнение с улавянето на въглерод и подземното инжектиране и съхранение на CO2 (CCUS), което вероятно ще изисква въглероден данък, освен ако петролът не се произвежда в другия край.

Предизвикателството на CCUS от икономическа гледна точка е основно, че няма икономически предимства извън възможния въглероден данък, така че цялостното упражнение е нетна загуба за компаниите. Големите компании все още обмислят CCUS точно сега поради зрелостта на тази технология и желанието им да декарбонизират бързо, но това е обща нетна загуба във всеки случай, дори и с данъчни стимули.

Процесът на SkyNano е икономически осъществим въз основа на стойността на нашия изходен продукт от CO2, твърд въглерод, а данъчните стимули биха били просто бонус. Всъщност при настоящата данъчна структура 45Q потенциалните приходи от данъчни стимули са незначителни в сравнение с приходите от нашия въглероден продукт.

Що се отнася до разходите, някои от предизвикателствата пред CCUS са разрешителни, регулаторни препятствия и други разходи, които не винаги са очевидни при оценката на технологията според нейните достойнства. За SkyNano нашите разходи се извличат основно от електрическата енергия, необходима за задвижване на нашия процес, и очакваме да се възползваме с течение на времето от прогнозираното намаляване на цените на енергията с навлизането на повече възобновяеми източници в нашата мрежа.

За още няколко въпроса и отговора вижте Стартираща компания SkyNano за превръщане на CO2 в твърд въглерод: Част 2 – Пазари и решение за климата.