CO2'yi Katı Karbona Dönüştürmek İçin SkyNano Başlangıç: 1. Bölüm

2050 yılına kadar hala çok sayıda sera gazı (GHG) emisyonu oluşacaktır – bazı tahminler yılda 10-15 Milyar tondur. Dünyanın 2050 yılına kadar net sıfıra ulaşması için bu “artık” sera gazının bir şekilde bertaraf edilmesi gerekiyor. Bir yöntem, karbon yakalama ve yeraltı depolaması (CCUS), petrol ve gaz tarafından uygulandığı için en çok çalışıldı. şirketler olmasına rağmen, onlarca yıldır ciddi sınırlamalar.

Ama blokta yeni bir çocuk var. A SkyNano adlı şirket, 2017'de başladı, elektrokimyasal bir süreç kullanıyor CO2'yi katı karbon nanotüplere dönüştürmek için geleneksel nanotüp üretiminde kullanılan termokimyasal bir işlemden ziyade. Karbon monoksit, polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'ler) ve uçucu organik bileşiklerin (VOO) aksine tek yan ürün oksijendir.VO
Cs) diğer yöntemlerden.

Karbon nanotüpler, boyutları nanometre cinsinden olan içi boş karbon tüpleridir. Bu katı karbonlar dayanıklıdır ve araçlar için zırh olarak kullanılır. Elektrik akımı taşıyabilirler ve iletim kablolarında kullanılırlar. Esnektirler ve dokuma kumaşlarda kullanılırlar.

İşlem aynı zamanda çimento ve çelik fabrikalarından yayılan CO2 akışlarını dönüştürmek için de kullanılabildiğinden, azaltılması zor emisyonların ortadan kaldırılması konusunda büyük umut vaat ediyor.

SkyNano'nun CEO'su, 2017 yılında SkyNano'nun CTO'su Prof. Cary Pint ile Vanderbilt'teki doktorası sırasında şirketi kuran Anna Douglas'tır. Anna, 2014 yılında Lee Üniversitesi'nden Matematik ve Kimya bölümünden mezun oldu ve 2019 yılında Vanderbilt'ten Disiplinlerarası Malzeme Bilimi alanında doktorasını tamamladı. SkyNano teknolojisiyle ilgili çalışmaları, birçok hakemli bilimsel yayında, 2019 Forbes 30 30 yaş altı ödülünde, 2020 R&D100 Ödülü'nde, 2021 TechConnect İnovasyon Ödülü'nde ve Tennessee Eyaleti 2022 Governor's Environmental Stewardship Ödülü'nde vurgulandı.

Aşağıda, karbon yakalama, yeraltına enjeksiyon ve depolama (CCUS) ile bir karşılaştırma da dahil olmak üzere, başlangıç ​​şirketinin yeni teknolojisine ve finansmanına kilitlenen Anna ile yapılan röportajın 1. Kısmı yer almaktadır.

Kısım 2 kısa bir süre sonra gelecek ve pazarlara ve iklim çözümlerine yöneliktir.

1. SkyNano şirket oluşumunun arka plan hikayesi nedir?

Lisans öğrencisiyken, Ohio, Cleveland'daki NASA Glenn Araştırma Merkezi'nde yaz stajı yaptım ve nanoteknoloji ve malzeme bilimine tamamen aşık oldum. Malzeme biliminde doktora yapmak için Vanderbilt'e gittim ve enerji depolamanın sürdürülebilir bir enerji altyapısı için en önemli darboğaz olduğunu (ve olduğunu) güçlü bir şekilde hissettiğim için araştırma konusu olarak enerji depolaması için nanomalzemeler üzerinde çalışmaya başladım. Pilleri incelerken, pilleri oluşturan birçok malzemeyi sentezleme ve çıkarma yöntemimizin gerçekten çok sürdürülebilir olmadığını ve pillerin “temiz” bir teknoloji olarak kullanımını baltalayabileceğini fark ettim.

Doktora danışmanım ve ben, pil kimyasında sayısız kullanımı olan karbon yapıları yapmanın başka yollarını aramaya başladık ve 1900'lerin başından beri CO2'yi katı karbona dönüştürmek için çalışılan, ancak yüksek seçiciliği olmayan bir elektrokimyasal süreç keşfettik. belirli karbon yapıları için. Bu konuya nanomalzeme sentezi arka planından yaklaşırsak, teknolojiyi piyasaya sürmek için gerekli olan seçiciliği geliştirebileceğimizi düşündük. Bundan kısa bir süre sonra, Laboratuarda yerleşik bir girişimcilik programı olan Department of Energy's Innovation Crossroads programından ilk fonumuzu aldık ve gerisi tarih oldu.

2. SkyNano'nun altında yatan temel teknoloji nedir?

SkyNano'nun altında yatan teknoloji, 1900'lerin başından beri dünya çapındaki akademik laboratuvarlarda incelenen bir kimyasal sürece dayanmaktadır. Özünde, bir karbonat oluşturmak için CO2'nin oksit molekülleri yoluyla kimyasal absorpsiyonuna, ardından bu karbonat molekülünün elektrokimyasal olarak orijinal okside ayrışmasına dayanır. Buradaki net reaksiyon basitçe CO2 à C(katı) + O2(gaz). Gaz halindeki karbon dioksitten katı karbon üretmek için basit bir 4 elektronlu işlem olduğu için bu işlemin sonuçları çok derindir.

CO2 son derece kararlıdır, bu da atmosferimizde sorunlu hale gelmesinin bir parçasıdır, ancak onu katı karbon formuna geri getirdiğimizde, bu aynı zamanda son derece kararlıdır ve kalıcı karbon depolamasına katkıda bulunur. Bu önemli bir ayrımdır, çünkü birçok CO2 dönüşüm teknolojisi, yaşam döngülerinde CO2'yi yeniden yayacak son ürünler üretir. Bunlar en iyi ihtimalle karbon nötrdür, ancak uzun süreli kalıcı depolama sağlamazlar. Prosesimiz gibi katı ürünler, her iki dünyanın da en iyisini sunar: karbon dönüşümü (CO2'den ekonomik bir ürün yapma) ve ayırma (uzun süreli depolama).

3. SkyNano şirketi nasıl finanse ediliyor? İlgili paydaşlar kimlerdir? Finansman hedefleriniz nelerdir?

Ağustos 2022 itibariyle SkyNano, çeşitli federal, eyalet ve ticari kaynaklardan seyreltici olmayan fonlarda ~ 8.5 milyon $ (milyon) topladı. Birincil federal destekçilerimiz ABD Enerji Bakanlığı, Ulusal Bilim Vakfı ve ABD Savunma Bakanlığı'dır. SkyNano'nun teknolojisi, karbonsuzlaştırma çabalarımız veya ürettiğimiz ve ulusal güvenliğin kritik malzemesi olarak tanımlanan belirli malzemeler aracılığıyla neredeyse her federal kurumun stratejik hedeflerine dokunuyor. Bu amaçla, emisyon kaynakları, karbonsuzlaştırmayla ilgili politika yapıcılar, karbon giderme kredisi müşterileri ve ürettiğimiz malzemelerin müşterileri dahil olmak üzere bir dizi ilgili paydaşımız var.

Kuruluşumuzdan bu yana CO2'den ürettiğimiz malzemelerin müşterilerine lazer odaklı davrandık. Katı karbon katkı malzemeleri çok çeşitli yapılara sahiptir ve düşük fiyatlı gelişmiş karbon malzemelerle yeni pazarlar yaratmanın yanı sıra günümüzün mevcut pazar ihtiyaçlarının çoğunu karşılayabiliyoruz. Finansman hedeflerimiz müşteri ihtiyaçlarını karşılamaya odaklı olmaya devam ediyor ve bu nedenle hem Ar-Ge hibelerinden hem de müşterilerle ücretli pilot çalışmalardan sağlanan proje bazlı finansmana odaklanıyor.

4. CO2'nizi havadan doğrudan yakalayarak alırsınız. Bu çok verimli değil, doğru. Çimento ve çelik fabrikalarından ve diğer azaltılması zor sektörlerden gelen konsantre CO2 akışlarından da alabilir misiniz?

Bu doğru. CO2'yi atmosferden çıkarmak çok verimli değil. teknolojimiz kesinlikle yapabilmek doğrudan hava yakalama işlemi gibi çalışır, ancak en az %1 CO2 olan girdi akışlarıyla çalıştığımızda çok daha verimlidir. Bunlar, çimento ve çelikten kimyasallara ve enerji üretimine kadar değişen endüstrilerde bulunan atık akışlarıdır. Şu anda, kombine çevrim doğal gaz santrallerinden gelen baca gazının katı karbon ürünleri üretmek için kullanılabileceğini göstermek için ülkemizin en büyük kamu kuruluşu olan Tennessee Valley Authority ile devam eden bir işbirliğimiz var.

Karbon emisyonları zincirinde bir dizi paydaş vardır. Bir uçta, konsantre bir CO2 akışı üretmek için doğrudan hava yakalamaya çok uygun birkaç teknoloji vardır. Diğer uçta ise yüksek saflıkta CO2 (>%90) işleyebilen birçok teknoloji bulunmaktadır. Ön konsantrasyon olmadan %1-80 CO2 ile çalışabilen çok daha az teknoloji var ve bugün CO2 emisyonlarımızın büyük çoğunluğu buradan geliyor. SkyNano'nun teknolojisi, doğrudan nokta kaynaklı emisyonlara bağlanmak ve günümüzün yaşam kalitesi için hepimizin güvendiği, azaltılması zor sektörlerin bazılarını karbondan arındırmak için gerçekten iyi çalışıyor.

5. Diğer uçta petrol üretilmedikçe muhtemelen bir karbon vergisi gerektirecek olan karbon yakalama ve CO2'nin (CCUS) yeraltı enjeksiyonu ve depolanması ile karşılaştırıldığında prosesiniz ne kadar pahalıdır.

CCUS'a meydan okuyan ekonomi, öncelikle olası bir karbon vergisinin dışında ekonomik bir artı olmamasıdır, bu nedenle genel uygulama şirketler için net bir kayıptır. Büyük şirketler, bu teknolojinin olgunluğu ve hızlı bir şekilde karbondan arındırma istekleri nedeniyle şu anda hala CCUS'u düşünüyor, ancak vergiye dayalı teşviklerle bile her durumda genel bir net kayıp.

SkyNano'nun süreci, CO2, katı karbon ve vergi teşviklerinden elde ettiğimiz çıktı ürünümüzün değerine dayalı olarak ekonomik olarak uygundur ve sadece bir bonus olacaktır. Aslında, mevcut 45Q vergi yapısı altında, vergi teşviklerinden elde edilen potansiyel gelir, karbon ürünümüzden elde edilen gelirle karşılaştırıldığında önemsizdir.

Maliyetler söz konusu olduğunda, CCUS ile ilgili bazı zorluklar izin verme, düzenleyici engeller ve teknolojiyi esası açısından değerlendirirken her zaman açık olmayan diğer maliyetlerdir. SkyNano için maliyetlerimiz öncelikle sürecimizi yürütmek için gereken elektrik enerjisinden elde edilir ve zaman içinde şebekemize daha fazla yenilenebilir enerjinin girmesiyle enerji fiyatlarında öngörülen düşüşten yararlanmayı umuyoruz.

Birkaç soru-cevap için bkz. CO2'yi Katı Karbona Dönüştürmek İçin SkyNano Girişimi: Bölüm 2 – Piyasalar ve Bir İklim Çözümü.