راه اندازی SkyNano برای تبدیل CO2 به کربن جامد: قسمت 1

تعداد زیادی از گازهای گلخانه ای (GHG) همچنان تا سال 2050 تولید خواهد شد - برخی برآوردها 10-15 میلیارد تن در سال است. اگر قرار است جهان تا سال 2050 به صفر خالص برسد، این گازهای گلخانه ای "باقی مانده" باید به نحوی دفع شود. یکی از روش ها، جذب کربن و ذخیره سازی زیرزمینی (CCUS) بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است، زیرا توسط نفت و گاز اجرا شده است. شرکت ها برای چندین دهه، اگرچه وجود دارند محدودیت های جدی

اما یک بچه جدید در بلوک وجود دارد. آ شرکتی به نام SkyNano، که در سال 2017 آغاز شد، از یک فرآیند الکتروشیمیایی استفاده می کند برای تبدیل CO2 به نانولوله های کربن جامد به جای یک فرآیند ترموشیمیایی که در تولید نانولوله های معمولی استفاده می شود. تنها محصول جانبی اکسیژن در مقابل مونوکسید کربن، هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAHs) و ترکیبات آلی فرار (VO) است.VO
Cs) از روش های دیگر.

نانولوله های کربنی لوله های توخالی کربنی با اندازه نانومتر هستند. این کربن های جامد سخت هستند و در زره های وسایل نقلیه استفاده می شوند. آنها می توانند جریان الکتریکی را حمل کنند و در کابل های انتقال استفاده می شوند. آنها انعطاف پذیر هستند و در پارچه های بافته شده استفاده می شوند.

از آنجایی که این فرآیند می تواند برای تبدیل جریان های CO2 منتشر شده از کارخانه های تولید سیمان و فولاد نیز مورد استفاده قرار گیرد، نوید بزرگی برای حذف انتشار گازهای گلخانه ای است که به سختی کاهش می یابد.

مدیرعامل SkyNano آنا داگلاس است که در سال 2017 در طول دکترای خود در Vanderbilt با پروفسور کری پینت، مدیر ارشد فناوری SkyNano، این شرکت را تأسیس کرد. آنا در سال 2014 در رشته ریاضیات و شیمی از دانشگاه لی فارغ التحصیل شد و در سال 2019 دکترای خود را در رشته علوم مواد میان رشته ای از Vanderbilt به پایان رساند. کارهای او در ارتباط با فناوری SkyNano در بسیاری از نشریات علمی معتبر، جایزه Forbes 2019 under 30 در سال 30، جایزه R&D2020 100، جایزه نوآوری TechConnect در سال 2021، و Governor's Environmental State Steward در سال 2022 برجسته شده است.

در زیر قسمت 1 مصاحبه با آنا است که در مورد فناوری جدید و تامین مالی این شرکت استارتاپ، از جمله مقایسه با جذب کربن، تزریق زیرزمینی و ذخیره سازی (CCUS) کلید خورده است.

قسمت 2 به زودی دنبال خواهد شد و به بازارها و راه حل های آب و هوایی اختصاص داده شده است.

1. داستان پس زمینه تشکیل شرکت SkyNano چیست؟

زمانی که دانشجوی کارشناسی بودم، یک دوره کارآموزی تابستانی را در مرکز تحقیقات ناسا گلن در کلیولند، OH انجام دادم و کاملاً عاشق فناوری نانو و علم مواد شدم. من به Vanderbilt رفتم تا دکترای علوم مواد را دنبال کنم و شروع به کار روی نانومواد برای ذخیره انرژی به عنوان یک موضوع تحقیقاتی کردم، زیرا به شدت احساس می کردم که ذخیره انرژی مهم ترین گلوگاه برای زیرساخت انرژی پایدار است (و هست). زمانی که مشغول مطالعه باتری‌ها بودم، متوجه شدم روشی که ما موادی که باتری‌ها را تشکیل می‌دهند، سنتز و استخراج می‌کنیم، واقعاً پایدار نیست، و حتی می‌تواند استفاده از باتری‌ها را به عنوان یک فناوری «پاک» تضعیف کند.

من و مشاور دکترایم شروع به جستجوی راه‌های دیگر برای ساخت ساختارهای کربنی کردیم که کاربردهای بی‌شماری در شیمی باتری دارند و یک فرآیند الکتروشیمیایی را کشف کردیم که از اوایل دهه 1900 برای تبدیل CO2 به کربن جامد مورد مطالعه قرار گرفته بود، اما بدون گزینش پذیری بالا. برای ساختارهای کربنی خاص ما فکر می‌کردیم که اگر از پس‌زمینه سنتز نانومواد به این موضوع بپردازیم، ممکن است بتوانیم گزینش‌پذیری مورد نیاز برای وارد کردن این فناوری به بازار را بهبود بخشیم. به زودی پس از آن، ما اولین بیت از بودجه خود را از برنامه چهارراه نوآوری وزارت انرژی دریافت کردیم، یک برنامه کارآفرینی جاسازی شده در آزمایشگاه، و بقیه آن تاریخ است.

2. فناوری اساسی SkyNano چیست؟

فناوری زیربنایی SkyNano بر اساس یک فرآیند شیمیایی است که از اوایل دهه 1900 در آزمایشگاه‌های دانشگاهی در سراسر جهان مورد مطالعه قرار گرفته است. در اصل، بر اساس جذب شیمیایی CO2 از طریق مولکول‌های اکسید برای تشکیل کربنات، سپس تجزیه الکتروشیمیایی آن مولکول کربنات به اکسید اصلی آن است. واکنش خالص در اینجا به سادگی CO2 à C (جامد) + O2 (گاز) است. پیامدهای این فرآیند عمیق است، زیرا یک فرآیند ساده 4 الکترونی برای تولید کربن جامد از دی اکسید کربن گازی است.

CO2 بسیار پایدار است، به همین دلیل است که در جو ما مشکل ساز شده است، اما زمانی که آن را به شکل کربن جامد خود بازگردانیم، این نیز بسیار پایدار است و به ذخیره سازی دائمی کربن کمک می کند. این یک تمایز مهم است، زیرا بسیاری از فن‌آوری‌های تبدیل CO2 محصولات نهایی تولید می‌کنند که در چرخه زندگی خود CO2 را دوباره منتشر می‌کنند. اینها در بهترین حالت کربن خنثی هستند، اما ذخیره سازی دائمی طولانی مدت را فراهم نمی کنند. محصولات جامد مانند فرآیند ما بهترین های هر دو جهان را ارائه می دهند: تبدیل کربن (تولید یک محصول اقتصادی از CO2) و جداسازی (ذخیره سازی طولانی مدت).

3. تامین مالی شرکت SkyNano چگونه است؟ ذینفعان درگیر چه کسانی هستند؟ اهداف مالی شما چیست؟

از آگوست 2022، SkyNano حدود 8.5 میلیون دلار (میلیون) بودجه غیر رقیق کننده از منابع مختلف فدرال، ایالتی و تجاری جمع آوری کرده است. حامیان اصلی فدرال ما وزارت انرژی ایالات متحده، بنیاد ملی علوم و وزارت دفاع ایالات متحده هستند. فناوری SkyNano اهداف استراتژیک تقریباً هر آژانس فدرال را از طریق تلاش‌های کربن‌زدایی ما یا از طریق مواد خاصی که تولید می‌کنیم، که به عنوان مواد حیاتی امنیت ملی شناخته شده‌اند، لمس می‌کند. به همین منظور، ما طیفی از ذینفعان درگیر داریم، از جمله منابع انتشار گازهای گلخانه ای، سیاست گذاران نگران کربن زدایی، مشتریان اعتبار حذف کربن، و مشتریان موادی که تولید می کنیم.

از زمان آغاز به کار، ما بر روی مشتریان موادی که از CO2 تولید می کنیم تمرکز لیزری داشته ایم. مواد افزودنی کربن جامد در طیف وسیعی از ساختارها وجود دارند و ما می‌توانیم بسیاری از نیازهای بازار کنونی را همراه با ایجاد بازارهای جدید از طریق مواد کربنی پیشرفته با قیمت پایین‌تر برطرف کنیم. اهداف تامین مالی ما همچنان بر تامین نیازهای مشتریان متمرکز است و به همین دلیل بر تامین مالی پروژه محور که هم از کمک‌های R&D و هم از طریق آزمایش‌های پولی با مشتریان تامین می‌شود، متمرکز است.

4. CO2 خود را با جذب مستقیم از هوا دریافت می کنید. این خیلی کارآمد نیست، درست است. آیا می‌توانید آن را از جریان‌های دی‌اکسید کربن غلیظ از کارخانه‌های سیمان و فولاد و سایر بخش‌هایی که به سختی کاهش می‌دهند نیز دریافت کنید؟

این درست است. بیرون کشیدن CO2 از جو خیلی کارآمد نیست. تکنولوژی ما قطعا می توان به عنوان یک فرآیند جذب مستقیم هوا عمل می کند، اما زمانی که ما با جریان های ورودی که حداقل 1٪ CO2 دارند کار می کنیم بسیار کارآمدتر است. این‌ها جریان‌های زباله‌هایی هستند که در صنایع مختلف از سیمان و فولاد گرفته تا مواد شیمیایی و تولید انرژی یافت می‌شوند. ما در حال حاضر یک همکاری مداوم با سازمان دره تنسی، بزرگترین شرکت عمومی کشورمان، داریم تا نشان دهیم که گاز دودکش از نیروگاه های گاز طبیعی سیکل ترکیبی می تواند برای تولید محصولات کربن جامد استفاده شود.

طیفی از سهامداران در سراسر زنجیره انتشار کربن وجود دارد. در یک انتها چند فناوری وجود دارد که برای جذب مستقیم هوا برای تولید جریان CO2 متمرکز بسیار مناسب هستند. در طرف دیگر بسیاری از فن آوری ها قادر به پردازش CO2 با خلوص بالا (بیش از 90٪) هستند. فناوری‌های بسیار کمتری وجود دارند که می‌توانند با 1 تا 80 درصد دی‌اکسید کربن بدون پیش‌غلظت کار کنند، و این همان جایی است که اکثریت قریب به اتفاق انتشار گاز دی‌اکسید کربن امروزی از آنجا ناشی می‌شود. فناوری SkyNano واقعاً خوب عمل می‌کند تا مستقیماً با انتشارات منبع نقطه‌ای مرتبط شود و برخی از بخش‌هایی را که همه ما برای کیفیت زندگی امروزی به آن‌ها تکیه می‌کنیم، کربن زدایی کند.

5. فرآیند شما در مقایسه با جذب کربن و تزریق زیرزمینی و ذخیره سازی CO2 (CCUS) چقدر گران است که احتمالاً به مالیات کربن نیاز دارد مگر اینکه نفت در انتهای دیگر تولید شود.

مسائل اقتصادی چالش برانگیز CCUS در درجه اول این است که خارج از مالیات کربن احتمالی هیچ پیشرفت اقتصادی وجود ندارد، بنابراین اجرای کلی یک ضرر خالص برای شرکت ها است. شرکت‌های بزرگ به دلیل بلوغ آن فناوری و تمایلشان برای کربن‌زدایی سریع، همچنان در حال بررسی CCUS هستند، اما در هر مورد، حتی با مشوق‌های مالیاتی، ضرر خالص کلی است.

فرآیند SkyNano بر اساس ارزش محصول خروجی ما از CO2، کربن جامد و مشوق های مالیاتی از نظر اقتصادی امکان پذیر است. در واقع، تحت ساختار مالیاتی فعلی 45Q، درآمد بالقوه ناشی از مشوق های مالیاتی در مقایسه با درآمد حاصل از محصول کربن ما ناچیز است.

وقتی صحبت از هزینه‌ها می‌شود، برخی از چالش‌های CCUS عبارتند از مجوز، موانع نظارتی، و سایر هزینه‌هایی که همیشه هنگام ارزیابی فناوری بر اساس شایستگی‌های آن آشکار نیستند. برای SkyNano، هزینه‌های ما اساساً از انرژی الکتریکی حاصل می‌شود که برای هدایت فرآیند ما لازم است، و ما انتظار داریم در طول زمان از کاهش پیش‌بینی‌شده در قیمت انرژی با شروع انرژی‌های تجدیدپذیر بیشتر در شبکه خود سود ببریم.

برای چند پرسش و پاسخ بیشتر رجوع کنید راه اندازی SkyNano برای تبدیل CO2 به کربن جامد: بخش 2 - بازارها و راه حل آب و هوا.