SkyNano Startup om CO2 om te zetten in vaste koolstof: deel 1

In 2050 zal nog steeds veel broeikasgassen (BKG) worden uitgestoten – sommige schattingen zijn 10-15 miljard ton/jaar. Dit "overgebleven" BKG moet op de een of andere manier worden verwijderd als de wereld tegen 2050 netto nul wil bereiken. Eén methode, koolstofafvang en ondergrondse opslag (CCUS), is het meest bestudeerd omdat het is geïmplementeerd door olie en gas bedrijven al tientallen jaren, hoewel er ernstige beperkingen.

Maar er is een nieuw kind in de buurt. EEN bedrijf genaamd SkyNano, begonnen in 2017, maakt gebruik van een elektrochemisch proces om CO2 om te zetten in vaste koolstof nanobuisjes in plaats van een thermochemisch proces dat wordt gebruikt bij de productie van conventionele nanobuisjes. Het enige bijproduct is zuurstof in tegenstelling tot koolmonoxide, polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) en vluchtige organische stoffen (VOVO
Cs) van andere methoden.

Koolstof nanobuisjes zijn holle buizen van koolstof met afmetingen in nanometers. Deze vaste koolstoffen zijn taai en worden gebruikt in bepantsering voor voertuigen. Ze kunnen elektrische stromen voeren en worden gebruikt in transmissiekabels. Ze zijn flexibel en worden gebruikt in geweven stof.

Omdat het proces ook kan worden gebruikt om stromen CO2 die worden uitgestoten door cement- en staalfabrieken om te zetten, is het een grote belofte voor het verwijderen van moeilijk te verminderen emissies.

De CEO van SkyNano is Anna Douglas die het bedrijf in 2017 mede oprichtte tijdens haar doctoraat bij Vanderbilt met Prof. Cary Pint, de CTO van SkyNano. Anna studeerde in 2014 af aan Lee University met een graad in wiskunde en scheikunde en promoveerde in 2019 aan Vanderbilt in interdisciplinaire materiaalkunde. Haar werk met betrekking tot de technologie van SkyNano is benadrukt in vele peer-reviewed wetenschappelijke publicaties, een Forbes 2019 under 30 award 30, een 2020 R&D100 Award, een TechConnect Innovation Award 2021 en een 2022 Governor's Environmental Stewardship Award van de staat Tennessee.

Hieronder vindt u deel 1 van een interview met Anna dat is afgestemd op de nieuwe technologie en financiering van het startende bedrijf, inclusief een vergelijking met koolstofafvang, ondergrondse injectie en opslag (CCUS).

Deel 2 volgt binnenkort en is gericht op markten en klimaatoplossingen.

1. Wat is het achtergrondverhaal van de oprichting van SkyNano?

Terwijl ik een student was, deed ik een zomerstage bij NASA Glenn Research Center in Cleveland, OH en werd ik volledig verliefd op nanotechnologie en materiaalwetenschap. Ik ging naar Vanderbilt om te promoveren in materiaalkunde en begon te werken aan nanomaterialen voor energieopslag als onderzoeksonderwerp, omdat ik sterk het gevoel had dat energieopslag het belangrijkste knelpunt was (en is) voor een duurzame energie-infrastructuur. Toen ik batterijen aan het bestuderen was, realiseerde ik me dat de manier waarop we veel materialen waaruit batterijen bestaan, synthetiseren en ontginnen, niet erg duurzaam is en zelfs het gebruik van batterijen als een 'schone' technologie kan ondermijnen.

Mijn PhD-adviseur en ik gingen op zoek naar andere manieren om koolstofstructuren te maken, die talloze toepassingen hebben in de batterijchemie, en ontdekten een elektrochemisch proces dat sinds het begin van de twintigste eeuw werd bestudeerd om CO1900 om te zetten in vaste koolstof, maar zonder een hoge selectiviteit voor specifieke koolstofstructuren. We dachten dat als we dit onderwerp zouden benaderen vanuit de achtergrond van de synthese van nanomaterialen, we misschien de selectiviteit zouden kunnen verbeteren die nodig is om de technologie op de markt te brengen. Kort daarna kregen we ons eerste beetje financiering van het Innovation Crossroads-programma van het Department of Energy, een in het laboratorium ingebed ondernemersprogramma, en de rest is geschiedenis.

2. Wat is de fundamentele onderliggende technologie van SkyNano?

De onderliggende technologie van SkyNano is gebaseerd op een chemisch proces dat sinds het begin van de twintigste eeuw in academische laboratoria over de hele wereld wordt bestudeerd. In wezen is het gebaseerd op de chemische absorptie van CO1900 via oxidemoleculen om een ​​carbonaat te vormen, en vervolgens elektrochemische ontleding van dat carbonaatmolecuul terug in zijn oorspronkelijke oxide. De netto reactie hier is gewoon CO2 à C(vast) + O2(gas). De implicaties van dit proces zijn ingrijpend, omdat het een eenvoudig 2-elektronenproces is om vaste koolstof te produceren uit gasvormig koolstofdioxide.

CO2 is extreem stabiel, wat mede de reden is waarom het problematisch is geworden in onze atmosfeer, maar wanneer we het terugbrengen naar zijn vaste koolstofvorm, is dat ook extreem stabiel en leent het zich voor permanente koolstofopslag. Dit is een belangrijk onderscheid, omdat veel CO2-transformatietechnologieën eindproducten opleveren die in hun levenscyclus opnieuw CO2 zullen uitstoten. Deze zijn op zijn best klimaatneutraal, maar bieden geen permanente opslag op lange termijn. Solide producten zoals ons proces bieden het beste van twee werelden: koolstoftransformatie (een economisch product maken van CO2) en vastlegging (lange termijn opslag).

3. Hoe wordt het bedrijf SkyNano gefinancierd? Wie zijn de betrokken stakeholders? Wat zijn uw financieringsdoelen?

Vanaf augustus 2022 heeft SkyNano ~ $ 8.5 miljoen (miljoen) aan niet-verwaterende financiering opgehaald uit verschillende federale, staats- en commerciële bronnen. Onze belangrijkste federale donateurs zijn het Amerikaanse ministerie van Energie, de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van Defensie. De technologie van SkyNano raakt de strategische doelen van bijna elk federaal agentschap, hetzij door onze inspanningen om koolstofarmer te worden, hetzij door de specifieke materialen die we produceren, die zijn geïdentificeerd als cruciaal materiaal voor de nationale veiligheid. Daartoe hebben we een reeks betrokken belanghebbenden, waaronder emissiebronnen, beleidsmakers die zich zorgen maken over decarbonisatie, klanten van koolstofverwijderingskredieten en klanten van de materialen die we produceren.

Sinds onze oprichting zijn we lasergericht op de klanten van de materialen die we produceren uit CO2. Vaste koolstofadditieven zijn er in een breed scala aan structuren, en we zijn in staat om in veel van de huidige behoeften van de markt te voorzien en nieuwe markten te creëren door middel van goedkopere geavanceerde koolstofmaterialen. Onze financieringsdoelen blijven gericht op het voldoen aan de behoeften van klanten en zijn daarom gericht op projectgebaseerde financiering, afkomstig van zowel R&D-subsidies als betaalde pilots met klanten.

4. Je CO2 haal je door directe afvang uit de lucht. Dat is niet erg efficiënt, toch. Kun je het ook halen uit stromen geconcentreerde CO2 uit cement- en staalfabrieken en andere moeilijk te verminderen sectoren?

Dat is correct. Het is niet erg efficiënt om CO2 uit de atmosfeer te halen. Onze technologie zeker wel werken als een dergelijk direct luchtafvangproces, maar het is veel efficiënter als we werken met inputstromen die ten minste 1% CO2 zijn. Dit zijn afvalstromen die voorkomen in industrieën variërend van cement en staal tot chemicaliën en energieproductie. We hebben momenteel een voortdurende samenwerking met de Tennessee Valley Authority, het grootste openbare nutsbedrijf van ons land, om aan te tonen dat rookgas van aardgascentrales met gecombineerde cyclus kan worden gebruikt om vaste koolstofproducten te produceren.

Er zijn verschillende belanghebbenden in de koolstofemissieketen. Aan de ene kant zijn een paar technologieën die zeer geschikt zijn voor directe luchtafvang om een ​​geconcentreerde CO2-stroom te produceren. Aan de andere kant zijn veel technologieën die in staat zijn om zeer zuivere CO2 (>90%) te verwerken. Er zijn veel minder technologieën die kunnen werken met 1-80% CO2 zonder voorconcentratie, en dit is waar een overgrote meerderheid van onze CO2-uitstoot tegenwoordig vandaan komt. De technologie van SkyNano werkt heel goed om rechtstreeks te koppelen aan puntbronemissies en om enkele van de moeilijk te verminderen sectoren waar we allemaal op vertrouwen voor de kwaliteit van leven van vandaag, koolstofarm te maken.

5. Hoe duur is uw proces in vergelijking met het opvangen van koolstof en het ondergronds injecteren en opslaan van CO2 (CCUS), waarvoor waarschijnlijk een koolstofbelasting zal moeten worden geheven, tenzij er aan de andere kant olie wordt geproduceerd.

De economische uitdaging voor CCUS is in de eerste plaats dat er geen economisch voordeel is buiten een mogelijke COXNUMX-belasting, dus de algehele oefening is een nettoverlies voor bedrijven. Grote bedrijven overwegen op dit moment nog steeds CCUS vanwege de volwassenheid van die technologie en hun wens om snel koolstofarm te worden, maar het is in alle gevallen een algemeen nettoverlies, zelfs met fiscale prikkels.

Het proces van SkyNano is economisch haalbaar op basis van de waarde van ons outputproduct van CO2, vaste koolstof, en belastingvoordelen zouden gewoon een bonus zijn. In feite zijn de potentiële inkomsten uit fiscale prikkels onder de huidige belastingstructuur van 45Q verwaarloosbaar in vergelijking met de inkomsten uit ons koolstofproduct.

Als het op kosten aankomt, zijn enkele van de uitdagingen met CCUS toelaatbaar, regelgevende hindernissen en andere kosten die niet altijd duidelijk zijn bij het beoordelen van de technologie op zijn merites. Voor SkyNano zijn onze kosten voornamelijk afgeleid van de elektrische energie die nodig is om ons proces aan te drijven, en we verwachten in de loop van de tijd te profiteren van de verwachte daling van de energieprijzen met het begin van meer hernieuwbare energiebronnen in ons netwerk.

Zie voor nog een paar Q&A SkyNano Startup om CO2 om te zetten in vaste koolstof: deel 2 - Markten en een klimaatoplossing.