SkyNano-start för att konvertera CO2 till fast kol: Del 1

En hel del utsläpp av växthusgaser (GHG) kommer fortfarande att genereras till 2050 – vissa uppskattningar är 10-15 miljarder ton/år. Dessa "överblivna" växthusgaser måste bortskaffas på något sätt om världen ska uppnå nettonoll år 2050. En metod, kolavskiljning och underjordisk lagring (CCUS) har studerats mest eftersom den har implementerats av olja och gas företag i decennier, även om det finns allvarliga begränsningar.

Men det finns en ny unge på kvarteret. A företag som heter SkyNano, som började 2017, använder en elektrokemisk process att omvandla CO2 till nanorör av fast kol snarare än en termokemisk process som används i konventionell nanorörsproduktion. Den enda biprodukten är syre i motsats till kolmonoxid, polycykliska aromatiska kolväten (PAH) och flyktiga organiska föreningar (VO).VO
Cs) från andra metoder.

Kolnanorör är ihåliga rör av kol med storlek i nanometer. Dessa fasta kol är tuffa och används i pansar för fordon. De kan bära elektriska strömmar och används i transmissionskablar. De är flexibla och används i vävt tyg.

Eftersom processen också kan användas för att omvandla strömmar av CO2 som släpps ut från cement- och ståltillverkningsfabriker, har den ett stort löfte för att ta bort svåra att minska utsläppen.

VD för SkyNano är Anna Douglas som var med och grundade företaget 2017 under sin doktorsexamen vid Vanderbilt med Prof. Cary Pint, CTO för SkyNano. Anna tog examen från Lee University med en examen i matematik och kemi 2014, och avslutade en doktorsexamen från Vanderbilt 2019 i interdisciplinär materialvetenskap. Hennes arbete relaterat till SkyNanos teknologi har uppmärksammats i många vetenskapliga publikationer, en Forbes 2019 under 30-utmärkelse 30, en 2020 R&D100-pris, en 2021 TechConnect Innovation Award och en 2022 Governor's Environmental Stewardnesseeeeeeeeee-pris från State of Tennessee.

Nedan är del 1 av en intervju med Anna som handlar om den nya tekniken och finansieringen av startupföretaget, inklusive en jämförelse med kolavskiljning, injektion under jord och lagring (CCUS).

Del 2 följer inom kort och är inriktad på marknader och klimatlösningar.

1. Vad är bakgrundshistorien till SkyNano-bolagsbildningen?

Medan jag var en grundstudent gjorde jag en sommarpraktik på NASA Glenn Research Center i Cleveland, OH och blev helt förälskad i nanoteknik och materialvetenskap. Jag gick till Vanderbilt för att doktorera i materialvetenskap och började arbeta med nanomaterial för energilagring som ett forskningsämne, eftersom jag kände starkt att energilagring var (och är) den viktigaste flaskhalsen för en hållbar energiinfrastruktur. Medan jag studerade batterier insåg jag hur vi syntetiserar och bryter många material som utgör batterier verkligen inte är särskilt hållbart, och kan till och med undergräva användningen av batterier som en "ren" teknik.

Min doktorand och jag började undersöka andra sätt att göra kolstrukturer, som har en myriad av användningsområden inom batterikemi, och upptäckte en elektrokemisk process som hade studerats sedan tidigt 1900-tal för att omvandla CO2 till fast kol, men utan hög selektivitet för specifika kolstrukturer. Vi tänkte att om vi närmade oss det här ämnet från en nanomaterialsyntesbakgrund, skulle vi kanske kunna förbättra den selektivitet som krävs för att få ut tekniken på marknaden. Strax efter det fick vi vår första del av finansieringen från Department of Energys Innovation Crossroads-program, ett labbinbäddat entreprenörsprogram, och resten är historia.

2. Vad är SkyNanos grundläggande underliggande teknologi?

SkyNanos underliggande teknologi är baserad på en kemisk process som har studerats sedan tidigt 1900-tal i akademiska laboratorier över hela världen. I huvudsak är det baserat på den kemiska absorptionen av CO2 via oxidmolekyler för att bilda ett karbonat, sedan elektrokemisk nedbrytning av den karbonatmolekylen tillbaka till sin ursprungliga oxid. Nettoreaktionen här är helt enkelt CO2 à C(fast) + O2(gas). Konsekvenserna av denna process är djupgående, eftersom det är en enkel 4-elektron process för att producera fast kol från gasformig koldioxid.

CO2 är extremt stabilt, vilket är en del av varför det har blivit problematiskt i vår atmosfär, men när vi tar tillbaka det till sin fasta kolform är det också extremt stabilt och ger permanent kollagring. Detta är en viktig skillnad, eftersom många tekniker för CO2-omvandling producerar slutprodukter som kommer att återutsläppa CO2 under sin livscykel. Dessa är i bästa fall koldioxidneutrala, men tillhandahåller inte långvarig permanent lagring. Fasta produkter som vår process presenterar det bästa av två världar: kolomvandling (gör en ekonomisk produkt från CO2) och lagring (långtidslagring).

3. Hur finansieras SkyNano-företaget? Vilka är de engagerade intressenterna? Vilka är dina finansieringsmål?

Från och med augusti 2022 har SkyNano samlat in ~8.5 miljoner USD (miljoner) i icke-utspädande finansiering från en mängd olika federala, statliga och kommersiella källor. Våra primära federala stödjare är det amerikanska energidepartementet, National Science Foundation och det amerikanska försvarsdepartementet. SkyNanos teknologi berör de strategiska målen för nästan alla federala myndigheter, antingen genom våra insatser för att minska koldioxidutsläppen eller genom det specifika material vi producerar, som har identifierats som kritiskt material för nationell säkerhet. För det ändamålet har vi en rad engagerade intressenter, inklusive utsläppskällor, beslutsfattare som är oroade över koldioxidutsläpp, kunder med kolavskiljningskrediter och kunder av det material vi producerar.

Sedan starten har vi varit laserfokuserade på kunderna av de material vi producerar från CO2. Fasta koltillsatsmaterial finns i en mängd olika strukturer, och vi kan möta många av dagens befintliga marknadsbehov tillsammans med att skapa nya marknader genom billigare avancerade kolmaterial. Våra finansieringsmål är fortsatt fokuserade på att möta kundernas behov och är därför centrerade på projektbaserad finansiering som hämtas både från FoU-bidrag och betalda pilotprojekt med kunder.

4. Du får din CO2 genom direktfångst från luften. Det är inte särskilt effektivt, eller hur. Kan man också få det från strömmar av koncentrerad CO2 från cement- och stålfabriker och andra svårbekämpade sektorer?

Det stämmer. Det är inte särskilt effektivt att dra ut CO2 ur atmosfären. Vår teknik så klart Kan fungerar som en direkt luftinfångningsprocess, men det är mycket mer effektivt när vi arbetar med ingående strömmar som är minst 1 % CO2. Dessa är avfallsströmmar som finns i industrier som sträcker sig från cement och stål, till kemikalier och energiproduktion. Vi har för närvarande ett pågående samarbete med Tennessee Valley Authority, vårt lands största allmännyttiga företag, för att visa att rökgas från kombinerade naturgaskraftverk kan användas för att producera fasta kolprodukter.

Det finns en rad intressenter i hela koldioxidutsläppskedjan. I ena änden finns ett fåtal tekniker som är mycket lämpliga för direkt luftavskiljning för att producera en koncentrerad CO2-ström. I andra änden finns många tekniker som kan bearbeta högren CO2 (>90%). Det finns mycket mindre tekniker som kan fungera med 1-80 % CO2 utan förkoncentration, och det är härifrån en stor majoritet av våra CO2-utsläpp kommer idag. SkyNanos teknologi fungerar riktigt bra för att koppla direkt till punktkällors utsläpp och minska koldioxidutsläppen i några av de sektorer som är svåra att minska som vi alla litar på för dagens livskvalitet.

5. Hur dyr är din process jämfört med kolavskiljning och underjordisk injektion och lagring av CO2 (CCUS) som förmodligen kommer att kräva en koldioxidskatt om inte olja produceras i andra änden.

Ekonomin som utmanar CCUS är främst att det inte finns någon ekonomisk uppsida utanför en eventuell koldioxidskatt, så den övergripande övningen är en nettoförlust för företagen. Stora företag överväger fortfarande CCUS just nu på grund av den mognad tekniken och deras önskan att ta bort koldioxid snabbt, men det är en total nettoförlust i alla fall, även med skattebaserade incitament.

SkyNanos process är ekonomiskt genomförbar baserat på värdet av vår utgående produkt från CO2, fast kol, och skatteincitament skulle helt enkelt vara en bonus. Faktum är att under den nuvarande 45Q-skattestrukturen är de potentiella intäkterna från skatteincitament försumbara jämfört med intäkterna från vår kolprodukt.

När det kommer till kostnader är några av utmaningarna med CCUS att tillåta, regulatoriska hinder och andra kostnader som inte alltid är uppenbara när man utvärderar tekniken på dess fördelar. För SkyNano härrör våra kostnader i första hand från den elektriska energi som krävs för att driva vår process, och vi förväntar oss att över tid dra nytta av den förväntade sänkningen av energiprissättningen när fler förnybara energikällor kommer in i vårt elnät.

För några fler frågor och svar, se SkyNano-start för att konvertera CO2 till fast kol: Del 2 – Marknader och en klimatlösning.