Zagon SkyNano za pretvorbo CO2 v trden ogljik: 1. del

Do leta 2050 bo še vedno ustvarjenih veliko emisij toplogrednih plinov (TGP) – nekatere ocene so 10–15 milijard ton/leto. Te "ostanke" toplogrednih plinov je treba na nek način odstraniti, če naj svet doseže neto nič do leta 2050. Eno metodo, zajemanje in podzemno shranjevanje ogljika (CCUS), so najbolj preučevali, ker jo uporabljajo nafta in plin podjetij že desetletja, čeprav jih je resne omejitve.

Toda v bloku je nov fant. A podjetje SkyNano, ki se je začel leta 2017, uporablja elektrokemični postopek za pretvorbo CO2 v trdne ogljikove nanocevke namesto termokemičnega postopka, ki se uporablja pri običajni proizvodnji nanocevk. Edini stranski produkt je kisik v nasprotju z ogljikovim monoksidom, policikličnimi aromatskimi ogljikovodiki (PAH) in hlapnimi organskimi spojinami (VOVO
Cs) iz drugih metod.

Ogljikove nanocevke so votle cevi iz ogljika z velikostjo v nanometrih. Ti trdni ogljiki so močni in se uporabljajo v oklepih za vozila. Lahko prenašajo električni tok in se uporabljajo v prenosnih kablih. So fleksibilni in se uporabljajo v tkaninah.

Ker je postopek mogoče uporabiti tudi za pretvorbo tokov CO2, ki ga izpustijo tovarne cementa in jekla, veliko obeta odstranjevanje emisij, ki jih je težko zmanjšati.

Generalna direktorica SkyNano je Anna Douglas, ki je podjetje soustanovila leta 2017 med svojim doktoratom na Vanderbiltu s prof. Caryjem Pintom, tehničnim direktorjem SkyNano. Anna je leta 2014 diplomirala iz matematike in kemije na Univerzi Lee, leta 2019 pa doktorirala na Vanderbiltu iz interdisciplinarne znanosti o materialih. Njeno delo, povezano s tehnologijo SkyNano, je bilo poudarjeno v številnih strokovno pregledanih znanstvenih publikacijah, nagradi Forbes 2019 under 30 leta 30, nagradi R&D2020 leta 100, nagradi TechConnect Innovation Award leta 2021 in nagradi guvernerja Environmental Stewardship Award leta 2022 zvezne države Tennessee.

Spodaj je 1. del intervjuja z Anno, ki je ključen za novo tehnologijo in financiranje zagonskega podjetja, vključno s primerjavo z zajemanjem, vbrizgavanjem pod zemljo in shranjevanjem (CCUS).

Drugi del bo kmalu sledil in je namenjen trgom in podnebnim rešitvam.

1. Kakšno je ozadje ustanovitve podjetja SkyNano?

Ko sem bil dodiplomski študent, sem opravljal poletno prakso v NASA Glenn Research Center v Clevelandu, OH, in se popolnoma zaljubil v nanotehnologijo in znanost o materialih. Odšel sem v Vanderbilt, da bi pridobil doktorat iz znanosti o materialih in se začel ukvarjati z nanomateriali za shranjevanje energije kot raziskovalno temo, saj sem močno čutil, da je shranjevanje energije (in je) najpomembnejše ozko grlo za trajnostno energetsko infrastrukturo. Med preučevanjem baterij sem ugotovil, da način, na katerega sintetiziramo in pridobivamo številne materiale, ki sestavljajo baterije, res ni zelo trajnosten in lahko celo spodkopava uporabo baterij kot »čiste« tehnologije.

Z mojim doktorskim svetovalcem sva začela iskati druge načine za izdelavo ogljikovih struktur, ki imajo nešteto uporab v kemiji baterij, in odkrila elektrokemični proces, ki so ga preučevali od zgodnjih 1900-ih za pretvorbo CO2 v trden ogljik, vendar brez visoke selektivnosti za posebne ogljikove strukture. Mislili smo, da bi lahko izboljšali selektivnost, ki je potrebna za uvedbo tehnologije na trg, če bi k tej temi pristopili iz ozadja sinteze nanomaterialov. Kmalu zatem smo dobili prvi del financiranja iz programa Innovation Crossroads Ministrstva za energetiko, laboratorijsko vgrajenega podjetniškega programa, ostalo pa je zgodovina.

2. Kaj je temeljna tehnologija SkyNano?

Osnovna tehnologija SkyNano temelji na kemijskem procesu, ki so ga preučevali od začetka 1900. stoletja v akademskih laboratorijih po vsem svetu. V bistvu temelji na kemični absorpciji CO2 preko molekul oksida, da nastane karbonat, nato pa elektrokemični razgradnji te karbonatne molekule nazaj v prvotni oksid. Neto reakcija tukaj je preprosto CO2 à C(trdno) + O2(plin). Posledice tega procesa so globoke, saj gre za preprost 4-elektronski proces za proizvodnjo trdnega ogljika iz plinastega ogljikovega dioksida.

CO2 je izjemno stabilen, zaradi česar je postal problematičen v naši atmosferi, ko pa ga vrnemo v trdno obliko ogljika, je tudi ta izjemno stabilen in omogoča trajno shranjevanje ogljika. To je pomembna razlika, saj številne tehnologije za pretvorbo CO2 proizvajajo končne izdelke, ki bodo v svojem življenjskem ciklu ponovno oddajali CO2. Ti so v najboljšem primeru ogljično nevtralni, vendar ne zagotavljajo dolgoročnega stalnega skladiščenja. Trdni izdelki, kot je naš postopek, predstavljajo najboljše iz obeh svetov: pretvorbo ogljika (izdelava ekonomičnega izdelka iz CO2) in sekvestracijo (dolgoročno skladiščenje).

3. Kako se financira podjetje SkyNano? Kdo so vključeni deležniki? Kakšni so vaši cilji financiranja?

Od avgusta 2022 je SkyNano zbral približno 8.5 milijona $ (milijonov) nerazredčenega financiranja iz različnih zveznih, državnih in komercialnih virov. Naši glavni zvezni podporniki so Ministrstvo za energijo ZDA, Nacionalna znanstvena fundacija in Ministrstvo za obrambo ZDA. Tehnologija SkyNano se dotika strateških ciljev skoraj vseh zveznih agencij, bodisi z našimi prizadevanji za razogljičenje bodisi s posebnimi materiali, ki jih proizvajamo in so bili opredeljeni kot kritični materiali nacionalne varnosti. V ta namen imamo vrsto vključenih deležnikov, vključno z viri emisij, oblikovalci politik, ki jih skrbi dekarbonizacija, strankami dobropisov za odstranjevanje ogljika in strankami materialov, ki jih proizvajamo.

Od naše ustanovitve smo lasersko osredotočeni na kupce materialov, ki jih proizvajamo iz CO2. Trdni ogljikovi aditivni materiali so na voljo v širokem razponu struktur in sposobni smo obravnavati številne današnje obstoječe tržne potrebe, skupaj z ustvarjanjem novih trgov z nižjimi cenovnimi naprednimi ogljikovimi materiali. Naši cilji financiranja ostajajo osredotočeni na izpolnjevanje potreb strank in so zato osredotočeni na projektno financiranje, ki izvira iz nepovratnih sredstev za raziskave in razvoj ter plačanih pilotov s strankami.

4. CO2 pridobite z neposrednim zajemanjem iz zraka. To ni zelo učinkovito, kajne. Ali ga lahko pridobite tudi iz tokov koncentriranega CO2 iz tovarn cementa in jekla ter drugih sektorjev, ki jih je težko zmanjšati?

To je prav. Odvajanje CO2 iz ozračja ni zelo učinkovito. Seveda naša tehnologija lahko deluje kot tak postopek neposrednega zajema zraka, vendar je veliko bolj učinkovit, če delamo z vhodnimi tokovi, ki vsebujejo vsaj 1 % CO2. To so tokovi odpadkov, ki jih najdemo v industrijah, od cementa in jekla do kemikalij in proizvodnje energije. Trenutno še poteka sodelovanje z organom Tennessee Valley Authority, največjim javnim podjetjem v naši državi, da bi dokazali, da se dimni plin iz elektrarn na zemeljski plin s kombiniranim ciklom lahko uporablja za proizvodnjo izdelkov iz trdnega ogljika.

V verigi emisij ogljika obstaja vrsta zainteresiranih strani. Na enem koncu je nekaj tehnologij, ki so zelo primerne za neposredno zajemanje zraka za proizvodnjo koncentriranega toka CO2. Na drugem koncu so številne tehnologije, ki lahko predelajo CO2 visoke čistosti (>90 %). Obstaja veliko manj tehnologij, ki lahko delujejo z 1–80 % CO2 brez predkoncentracije, in od tod prihaja velika večina naših emisij CO2 danes. Tehnologija SkyNano deluje zelo dobro, saj se neposredno poveže z emisijami točkovnih virov in razogljiči nekatere sektorje, ki jih je težko zmanjšati, na katere smo vsi odvisni za današnjo kakovost življenja.

5. Kako drag je vaš proces v primerjavi z zajemanjem ogljika ter podzemnim vbrizgavanjem in shranjevanjem CO2 (CCUS), ki bo verjetno zahteval davek na ogljik, razen če se na drugem koncu proizvaja nafta.

Ekonomski izziv CCUS je predvsem v tem, da razen možnega davka na ogljik ni nobene gospodarske prednosti, zato je celotna vaja čista izguba za podjetja. Velika podjetja trenutno še vedno razmišljajo o CCUS zaradi zrelosti te tehnologije in njihove želje po hitri razogljičenju, vendar gre v vsakem primeru za skupno neto izgubo, tudi z davčnimi spodbudami.

Proces SkyNano je ekonomsko izvedljiv glede na vrednost našega izhodnega izdelka iz CO2, trdnega ogljika, davčne spodbude pa bi bile preprosto bonus. Pravzaprav je po trenutni davčni strukturi 45Q potencialni prihodek od davčnih spodbud zanemarljiv v primerjavi s prihodkom od našega ogljičnega produkta.

Kar zadeva stroške, so nekateri izzivi pri CCUS dovoljenja, regulativne ovire in drugi stroški, ki niso vedno očitni pri ocenjevanju tehnologije glede na njene prednosti. Za SkyNano naši stroški izhajajo predvsem iz električne energije, ki je potrebna za pogon našega procesa, in pričakujemo, da bomo sčasoma imeli koristi od predvidenega znižanja cen energije z začetkom več obnovljivih virov v naše omrežje.

Za nekaj več vprašanj in odgovorov glejte Startup SkyNano za pretvorbo CO2 v trden ogljik: 2. del – trgi in podnebna rešitev.