SkyNano Startup zur Umwandlung von CO2 in festen Kohlenstoff: Teil 1

Bis 2050 werden immer noch viele Treibhausgasemissionen (THG) entstehen – einige Schätzungen gehen von 10 bis 15 Milliarden Tonnen pro Jahr aus. Dieses „übrig gebliebene“ Treibhausgas muss auf irgendeine Weise entsorgt werden, wenn die Welt bis 2050 Netto-Null erreichen soll. Eine Methode, Kohlenstoffabscheidung und Untergrundspeicherung (CCUS), wurde am meisten untersucht, weil sie von Öl und Gas implementiert wurde Unternehmen seit Jahrzehnten, obwohl es gibt gravierende Einschränkungen.

Aber es gibt ein neues Kind auf dem Block. EIN Unternehmen namens SkyNano, begonnen im Jahr 2017, verwendet ein elektrochemisches Verfahren um CO2 in feste Kohlenstoffnanoröhren umzuwandeln eher als ein thermochemischer Prozess, der bei der herkömmlichen Herstellung von Nanoröhren verwendet wird. Das einzige Nebenprodukt ist Sauerstoff im Gegensatz zu Kohlenmonoxid, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOVO
Cs) aus anderen Methoden.

Kohlenstoffnanoröhren sind hohle Kohlenstoffröhren mit einer Größe in Nanometern. Diese festen Kohlenstoffe sind zäh und werden in Panzerungen für Fahrzeuge verwendet. Sie können elektrische Ströme führen und werden in Übertragungskabeln verwendet. Sie sind flexibel und werden in Geweben verwendet.

Da das Verfahren auch verwendet werden kann, um CO2-Ströme umzuwandeln, die von Zement- und Stahlfabriken emittiert werden, ist es ein großes Versprechen für die Beseitigung schwer zu reduzierender Emissionen.

CEO von SkyNano ist Anna Douglas, die das Unternehmen 2017 während ihrer Promotion bei Vanderbilt mit Prof. Cary Pint, dem CTO von SkyNano, mitbegründete. Anna schloss 2014 ihr Studium an der Lee University mit einem Abschluss in Mathematik und Chemie ab und promovierte 2019 an der Vanderbilt in interdisziplinären Materialwissenschaften. Ihre Arbeit im Zusammenhang mit der Technologie von SkyNano wurde in vielen von Experten begutachteten wissenschaftlichen Veröffentlichungen, einem 2019 Forbes 30 under 30 Award, einem 2020 R&D100 Award, einem 2021 TechConnect Innovation Award und einem 2022 Governor's Environmental Stewardship Award des Bundesstaates Tennessee hervorgehoben.

Nachfolgend finden Sie Teil 1 eines Interviews mit Anna, das sich auf die neue Technologie und Finanzierung des Startup-Unternehmens bezieht, einschließlich eines Vergleichs mit Kohlenstoffabscheidung, unterirdischer Injektion und Speicherung (CCUS).

Teil 2 folgt in Kürze und ist auf Märkte und Klimalösungen ausgerichtet.

1. Was ist die Hintergrundgeschichte der Firmengründung von SkyNano?

Während meines Studiums absolvierte ich ein Sommerpraktikum am NASA Glenn Research Center in Cleveland, OH, und verliebte mich vollkommen in Nanotechnologie und Materialwissenschaften. Ich ging nach Vanderbilt, um in Materialwissenschaften zu promovieren, und begann, an Nanomaterialien für die Energiespeicherung als Forschungsthema zu arbeiten, da ich der festen Überzeugung war, dass die Energiespeicherung der größte Engpass für eine nachhaltige Energieinfrastruktur war (und ist). Während ich mich mit Batterien beschäftigte, wurde mir klar, dass die Art und Weise, wie wir viele Materialien, aus denen Batterien bestehen, synthetisieren und abbauen, wirklich nicht sehr nachhaltig ist und sogar die Verwendung von Batterien als „saubere“ Technologie untergraben kann.

Mein Doktorvater und ich suchten nach anderen Möglichkeiten zur Herstellung von Kohlenstoffstrukturen, die in der Batteriechemie unzählige Anwendung finden, und entdeckten einen elektrochemischen Prozess, der seit den frühen 1900er Jahren untersucht wurde, um CO2 in festen Kohlenstoff umzuwandeln, jedoch ohne hohe Selektivität für bestimmte Kohlenstoffstrukturen. Wir dachten, wenn wir uns diesem Thema von einem Hintergrund aus der Nanomaterialsynthese nähern, könnten wir möglicherweise die Selektivität verbessern, die erforderlich ist, um die Technologie auf den Markt zu bringen. Bald darauf erhielten wir unsere erste Finanzierung aus dem Innovation Crossroads-Programm des Energieministeriums, einem in ein Labor eingebetteten unternehmerischen Programm, und der Rest ist Geschichte.

2. Was ist die grundlegende zugrunde liegende Technologie von SkyNano?

Die zugrunde liegende Technologie von SkyNano basiert auf einem chemischen Prozess, der seit den frühen 1900er Jahren in akademischen Labors auf der ganzen Welt untersucht wird. Im Wesentlichen basiert es auf der chemischen Absorption von CO2 über Oxidmoleküle zur Bildung eines Karbonats und der anschließenden elektrochemischen Zersetzung dieses Karbonatmoleküls zurück in sein ursprüngliches Oxid. Die Nettoreaktion ist hier einfach CO2 à C(fest) + O2(gas). Die Auswirkungen dieses Prozesses sind tiefgreifend, da es sich um einen einfachen 4-Elektronen-Prozess zur Herstellung von festem Kohlenstoff aus gasförmigem Kohlendioxid handelt.

CO2 ist extrem stabil, was einer der Gründe dafür ist, dass es in unserer Atmosphäre problematisch geworden ist, aber wenn wir es wieder in seine feste Kohlenstoffform zurückbringen, ist das auch extrem stabil und trägt zu einer dauerhaften Kohlenstoffspeicherung bei. Dies ist eine wichtige Unterscheidung, da viele CO2-Umwandlungstechnologien Endprodukte produzieren, die in ihrem Lebenszyklus wieder CO2 emittieren. Diese sind bestenfalls klimaneutral, bieten aber keine dauerhafte Langzeitspeicherung. Feste Produkte wie unser Verfahren bieten das Beste aus beiden Welten: Kohlenstoffumwandlung (Herstellung eines wirtschaftlichen Produkts aus CO2) und Sequestrierung (Langzeitspeicherung).

3. Wie finanziert sich das Unternehmen SkyNano? Wer sind die beteiligten Akteure? Was sind Ihre Finanzierungsziele?

Bis August 2022 hat SkyNano ungefähr 8.5 Millionen US-Dollar (Millionen) an nicht verwässernden Finanzmitteln aus einer Vielzahl von Bundes-, Landes- und kommerziellen Quellen aufgebracht. Unsere wichtigsten Geldgeber auf Bundesebene sind das US-Energieministerium, die National Science Foundation und das US-Verteidigungsministerium. Die Technologie von SkyNano berührt die strategischen Ziele fast aller Bundesbehörden, entweder durch unsere Dekarbonisierungsbemühungen oder durch die von uns hergestellten spezifischen Materialien, die als kritisches Material für die nationale Sicherheit identifiziert wurden. Zu diesem Zweck haben wir eine Reihe engagierter Interessengruppen, darunter Emissionsquellen, politische Entscheidungsträger, die sich Sorgen um die Dekarbonisierung machen, Kunden von COXNUMX-Entfernungsgutschriften und Kunden der von uns hergestellten Materialien.

Seit unserer Gründung haben wir uns auf die Kunden der Materialien konzentriert, die wir aus CO2 herstellen. Feste Kohlenstoffadditivmaterialien gibt es in einer Vielzahl von Strukturen, und wir sind in der Lage, viele der heutigen Marktanforderungen zu erfüllen und neue Märkte durch preisgünstigere fortschrittliche Kohlenstoffmaterialien zu schaffen. Unsere Finanzierungsziele konzentrieren sich weiterhin auf die Erfüllung der Kundenbedürfnisse und konzentrieren sich aus diesem Grund auf projektbasierte Finanzierung, die sowohl aus F&E-Zuschüssen als auch aus bezahlten Pilotprojekten mit Kunden stammt.

4. Sie erhalten Ihr CO2 durch direkte Abscheidung aus der Luft. Das ist nicht sehr effizient, richtig. Können Sie es auch aus Strömen von konzentriertem CO2 aus Zement- und Stahlfabriken und anderen schwer zu reduzierenden Sektoren gewinnen?

Das ist richtig. Es ist nicht sehr effizient, CO2 aus der Atmosphäre zu ziehen. Unsere Technologie sicherlich kann funktionieren wie ein solcher direkter Luftabscheidungsprozess, aber es ist weitaus effizienter, wenn wir mit Eingangsströmen arbeiten, die mindestens 1 % CO2 enthalten. Dies sind Abfallströme, die in Industrien zu finden sind, die von Zement und Stahl über Chemikalien bis hin zur Energieerzeugung reichen. Wir haben derzeit eine laufende Zusammenarbeit mit der Tennessee Valley Authority, dem größten öffentlichen Versorgungsunternehmen unseres Landes, um zu demonstrieren, dass Rauchgas aus Erdgas-Kombikraftwerken zur Herstellung von festen Kohlenstoffprodukten verwendet werden kann.

Es gibt eine Reihe von Interessengruppen entlang der Kohlenstoffemissionskette. An einem Ende gibt es einige Technologien, die sich sehr gut für die direkte Luftabscheidung eignen, um einen konzentrierten CO2-Strom zu erzeugen. Am anderen Ende stehen viele Technologien, die in der Lage sind, hochreines CO2 (>90%) zu verarbeiten. Es gibt weitaus weniger Technologien, die ohne Vorkonzentration mit 1-80 % CO2 arbeiten können, und hier entsteht heute ein Großteil unserer CO2-Emissionen. Die Technologie von SkyNano funktioniert wirklich gut, um direkt an Punktquellenemissionen zu koppeln und einige der schwer zu reduzierenden Sektoren zu dekarbonisieren, auf die wir uns alle für die heutige Lebensqualität verlassen.

5. Wie teuer ist Ihr Verfahren im Vergleich zur Kohlenstoffabscheidung und unterirdischen Injektion und Speicherung von CO2 (CCUS), für die wahrscheinlich eine Kohlenstoffsteuer erforderlich ist, wenn am anderen Ende nicht Öl gefördert wird?

Die wirtschaftliche Herausforderung von CCUS besteht in erster Linie darin, dass es außerhalb einer möglichen COXNUMX-Steuer keinen wirtschaftlichen Vorteil gibt, sodass die Gesamtübung für Unternehmen ein Nettoverlust ist. Aufgrund der Reife dieser Technologie und ihres Wunsches nach einer schnellen Dekarbonisierung ziehen große Unternehmen derzeit noch CCUS in Betracht, aber es ist in jedem Fall ein Nettoverlust, selbst mit steuerlichen Anreizen.

Der Prozess von SkyNano ist wirtschaftlich machbar, basierend auf dem Wert unseres Ausgangsprodukts aus CO2, festem Kohlenstoff, und Steueranreize wären einfach ein Bonus. Tatsächlich sind die potenziellen Einnahmen aus Steueranreizen unter der aktuellen 45Q-Steuerstruktur im Vergleich zu den Einnahmen aus unserem Kohlenstoffprodukt vernachlässigbar.

Wenn es um Kosten geht, sind einige der Herausforderungen bei CCUS Genehmigungen, regulatorische Hürden und andere Kosten, die bei der Bewertung der Technologie nach ihren Vorzügen nicht immer offensichtlich sind. Für SkyNano ergeben sich unsere Kosten in erster Linie aus der elektrischen Energie, die zum Antrieb unseres Prozesses benötigt wird, und wir gehen davon aus, dass wir im Laufe der Zeit von der prognostizierten Senkung der Energiepreise profitieren werden, wenn mehr erneuerbare Energien in unser Netz einfließen.

Für ein paar weitere Fragen und Antworten siehe SkyNano Startup zur Umwandlung von CO2 in festen Kohlenstoff: Teil 2 – Märkte und eine Klimalösung.