SkyNano Startup-ը CO2-ը պինդ ածխածնի վերածելու համար. Մաս 1

Մինչև 2050 թվականը դեռևս կստեղծվի ջերմոցային գազերի (ՋԳ) մեծ քանակությամբ արտանետումներ. որոշ գնահատականներ կազմում են տարեկան 10-15 միլիարդ տոննա: Այս «մնացորդ» ջերմոցային գազը պետք է ինչ-որ կերպ հեռացվի, եթե աշխարհը 2050 թվականին հասնի զուտ զրոյի: Մեթոդներից մեկը՝ ածխածնի ներգրավումը և ստորգետնյա պահեստավորումը (CCUS) ամենաշատն ուսումնասիրվել է, քանի որ այն իրականացվել է նավթի և գազի միջոցով: ընկերությունները տասնամյակներ շարունակ, չնայած կան լուրջ սահմանափակումներ.

Բայց բլոկում նոր երեխա կա: Ա SkyNano անունով ընկերություն, որը սկսվել է 2017 թվականին, օգտագործում է էլեկտրաքիմիական գործընթաց CO2-ը վերածելու պինդ ածխածնային նանոխողովակների այլ ոչ թե ջերմաքիմիական գործընթաց, որն օգտագործվում է սովորական նանոխողովակների արտադրության մեջ: Միակ կողմնակի արտադրանքը թթվածինն է՝ ի տարբերություն ածխածնի մոնօքսիդի, պոլիցիկլային արոմատիկ ածխաջրածինների (PAHs) և ցնդող օրգանական միացությունների (VO):VO
Գ) այլ մեթոդներից:

Ածխածնային նանոխողովակները ածխածնի խոռոչ խողովակներ են, որոնց չափերը նանոմետրերով են: Այս պինդ ածխածինները կոշտ են և օգտագործվում են մեքենաների զրահներում: Նրանք կարող են կրել էլեկտրական հոսանքներ և օգտագործվում են փոխանցման մալուխներում: Նրանք ճկուն են և օգտագործվում են գործվածքի մեջ:

Քանի որ գործընթացը կարող է օգտագործվել նաև ցեմենտի և պողպատի գործարաններից արտանետվող CO2-ի հոսքերը փոխակերպելու համար, այն մեծ խոստումներ է տալիս դժվարությամբ նվազեցնելու արտանետումները:

SkyNano-ի գործադիր տնօրենն է Աննա Դուգլասը, ով համահիմնել է ընկերությունը 2017 թվականին Vanderbilt-ում իր PhD-ի ժամանակ SkyNano-ի տնօրեն պրոֆեսոր Քերի Փինթի հետ: Աննան ավարտել է Լի համալսարանը մաթեմատիկայի և քիմիայի բնագավառում 2014 թվականին, իսկ 2019 թվականին Վանդերբիլտի գիտությունների թեկնածուն ավարտել է միջդիսցիպլինար նյութերագիտության ոլորտում: SkyNano-ի տեխնոլոգիայի հետ կապված նրա աշխատանքը կարևորվել է բազմաթիվ գրախոսվող գիտական ​​հրապարակումներում, 2019 թվականի Forbes 30 under 30 մրցանակ, 2020 R&D100 Award, 2021 TechConnect Innovation Award և 2022 Governor's Environmenteneeship State of Steward-ի կողմից:

Ստորև ներկայացված է Աննայի հետ հարցազրույցի 1-ին մասը, որը հիմնված է նոր տեխնոլոգիայի և նորաստեղծ ընկերության ֆինանսավորման հետ, ներառյալ համեմատությունը ածխածնի ներգրավման, ստորգետնյա ներարկման և պահեստավորման (CCUS) հետ:

Մաս 2-ը կհետևի շուտով և ուղղված է շուկաներին և կլիմայական լուծումներին:

1. Ո՞րն է SkyNano ընկերության ստեղծման նախապատմությունը:

Մինչ ես բակալավրիատի ուսանող էի, ես ամառային պրակտիկա անցա NASA Glenn հետազոտական ​​կենտրոնում Քլիվլենդում, Օհ և ամբողջովին սիրահարվեցի նանոտեխնոլոգիաներին և նյութերի գիտությանը: Ես գնացի Վանդերբիլտ՝ շարունակելու նյութերի գիտության ասպիրանտուրա և սկսեցի աշխատել էներգիայի պահպանման նանոնյութերի վրա՝ որպես հետազոտական ​​թեմա, քանի որ ես խորապես զգացի, որ էներգիայի պահպանումը (և կա) կայուն էներգետիկ ենթակառուցվածքի ամենակարևոր խոչընդոտն է: Մինչ ես ուսումնասիրում էի մարտկոցները, ես հասկացա, թե ինչպես ենք մենք սինթեզում և արդյունահանում շատ նյութեր, որոնք կազմում են մարտկոցները, իրականում այնքան էլ կայուն չէ և կարող է նույնիսկ խաթարել մարտկոցների օգտագործումը որպես «մաքուր» տեխնոլոգիա:

Իմ PhD խորհրդականը և ես սկսեցինք փնտրել ածխածնային կառուցվածքներ ստեղծելու այլ ուղիներ, որոնք ունեն բազմաթիվ կիրառումներ մարտկոցների քիմիայում, և հայտնաբերեցինք էլեկտրաքիմիական գործընթաց, որը ուսումնասիրվել էր 1900-ականների սկզբից CO2-ը պինդ ածխածնի վերածելու համար, բայց առանց բարձր ընտրողականության։ հատուկ ածխածնային կառույցների համար: Մենք մտածեցինք, որ եթե այս թեմային մոտենանք նանոնյութերի սինթեզի ֆոնից, մենք կարող ենք բարելավել ընտրողականությունը, որն անհրաժեշտ է տեխնոլոգիան շուկա ներմուծելու համար: Դրանից անմիջապես հետո մենք ստացանք մեր առաջին ֆինանսավորումը Էներգետիկայի դեպարտամենտի Innovation Crossroads ծրագրից՝ լաբորատորիայում ներդրված ձեռնարկատիրական ծրագրից, իսկ մնացածը պատմություն է:

2. Ո՞րն է SkyNano-ի հիմնական հիմքում ընկած տեխնոլոգիան:

SkyNano-ի հիմքում ընկած տեխնոլոգիան հիմնված է քիմիական գործընթացի վրա, որն ուսումնասիրվել է 1900-ականների սկզբից ամբողջ աշխարհի ակադեմիական լաբորատորիաներում: Ըստ էության, այն հիմնված է օքսիդի մոլեկուլների միջոցով CO2-ի քիմիական կլանման վրա՝ կարբոնատ ձևավորելու համար, այնուհետև այդ կարբոնատի մոլեկուլի էլեկտրաքիմիական տարրալուծումը նորից իր սկզբնական օքսիդի մեջ: Զուտ ռեակցիան այստեղ պարզապես CO2 à C (պինդ) + O2 (գազ) է: Այս գործընթացի հետևանքները խորն են, քանի որ գազային ածխածնի երկօքսիդից պինդ ածխածին արտադրելու պարզ 4 էլեկտրոնային գործընթաց է:

CO2-ը չափազանց կայուն է, ինչի մի մասն է, թե ինչու է այն խնդրահարույց դարձել մեր մթնոլորտում, բայց երբ այն վերադարձնում ենք իր պինդ ածխածնի ձևին, դա նույնպես չափազանց կայուն է և ապահովում է մշտական ​​ածխածնի պահեստավորում: Սա կարևոր տարբերություն է, քանի որ CO2-ի փոխակերպման շատ տեխնոլոգիաներ արտադրում են վերջնական արտադրանք, որոնք իրենց կյանքի ցիկլում նորից կարտանետեն CO2: Սրանք լավագույն դեպքում ածխածնային չեզոք են, բայց չեն ապահովում երկարաժամկետ մշտական ​​պահեստավորում: Կոշտ արտադրանքները, ինչպիսին է մեր գործընթացը, ներկայացնում են երկու աշխարհների լավագույնը. ածխածնի փոխակերպում (CO2-ից խնայող արտադրանք պատրաստելը) և սեկվեստր (երկարատև պահեստավորում):

3. Ինչպե՞ս է ֆինանսավորվում SkyNano ընկերությունը: Ովքե՞ր են ներգրավված շահագրգիռ կողմերը: Որո՞նք են ձեր ֆինանսավորման նպատակները:

2022 թվականի օգոստոսի դրությամբ SkyNano-ն հավաքել է ~ 8.5 միլիոն ԱՄՆ դոլար (միլիոն) ոչ պակասեցնող ֆինանսավորում մի շարք դաշնային, նահանգային և առևտրային աղբյուրներից: Մեր հիմնական դաշնային աջակիցներն են ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարությունը, Ազգային գիտական ​​հիմնադրամը և ԱՄՆ պաշտպանության նախարարությունը: SkyNano-ի տեխնոլոգիան շոշափում է գրեթե յուրաքանչյուր դաշնային գործակալության ռազմավարական նպատակները՝ կա՛մ մեր ածխաթթվացման ջանքերի, կա՛մ մեր արտադրած հատուկ նյութերի միջոցով, որոնք ճանաչվել են որպես ազգային անվտանգության կարևորագույն նյութեր: Այդ նպատակով մենք ունենք մի շարք ներգրավված շահագրգիռ կողմեր, ներառյալ արտանետումների աղբյուրները, ածխաթթուների հեռացման հարցերով մտահոգված քաղաքականություն մշակողները, ածխածնի հեռացման վարկերի հաճախորդները և մեր արտադրած նյութերի հաճախորդները:

Մեր ստեղծման օրվանից մենք լազերային կենտրոնացած ենք եղել CO2-ից մեր արտադրած նյութերի հաճախորդների վրա: Պինդ ածխածնային հավելումների նյութերը ներկայացված են կառուցվածքների լայն տեսականիով, և մենք ի վիճակի ենք լուծել այսօրվա շուկայի առկա շատ կարիքները՝ նոր շուկաներ ստեղծելով ավելի ցածր գներով առաջադեմ ածխածնային նյութերի միջոցով: Մեր ֆինանսավորման նպատակները մնում են կենտրոնացած հաճախորդների կարիքների բավարարման վրա, և այդ պատճառով կենտրոնացած են ծրագրի վրա հիմնված ֆինանսավորման վրա, որը ստացվում է ինչպես հետազոտության և զարգացման դրամաշնորհներից, այնպես էլ հաճախորդների հետ վճարվող փորձնական ծրագրերից:

4. Դուք ստանում եք ձեր CO2 օդից ուղղակիորեն գրավելով: Դա այնքան էլ արդյունավետ չէ, ճիշտ է: Կարո՞ղ եք այն ստանալ նաև ցեմենտի և պողպատի գործարաններից և դժվար նվազող այլ ոլորտներից խտացված CO2 հոսքերից:

Դա ճիշտ է: CO2-ը մթնոլորտից դուրս հանելը այնքան էլ արդյունավետ չէ: Մեր տեխնոլոգիան, իհարկե կարող գործում է որպես ուղղակի օդի գրավման գործընթաց, բայց դա շատ ավելի արդյունավետ է, երբ մենք աշխատում ենք մուտքային հոսքերի հետ, որոնք առնվազն 1% CO2 են: Սրանք թափոնների հոսքեր են, որոնք հայտնաբերված են արդյունաբերության մեջ՝ սկսած ցեմենտի և պողպատից, մինչև քիմիական նյութերը և էներգիայի արտադրությունը: Ներկայումս մենք շարունակական համագործակցություն ունենք Թենեսի հովտի մարմնի՝ մեր երկրի խոշորագույն հանրային ձեռնարկության հետ՝ ցույց տալու, որ բնական գազի համակցված ցիկլով էլեկտրակայանների ծխատար գազը կարող է օգտագործվել պինդ ածխածնային արտադրանք արտադրելու համար:

Ածխածնի արտանետումների շղթայում կան մի շարք շահագրգիռ կողմեր: Մի ծայրում կան մի քանի տեխնոլոգիաներ, որոնք շատ հարմար են օդի ուղղակի գրավման համար՝ CO2 կենտրոնացված հոսք արտադրելու համար: Մյուս ծայրում կան բազմաթիվ տեխնոլոգիաներ, որոնք կարող են մշակել բարձր մաքրության CO2 (>90%): Կան շատ ավելի քիչ տեխնոլոգիաներ, որոնք կարող են աշխատել 1-80% CO2-ով առանց նախնական կենտրոնացման, և այստեղից է գալիս մեր CO2 արտանետումների ճնշող մեծամասնությունը այսօր: SkyNano-ի տեխնոլոգիան իսկապես լավ է աշխատում՝ ուղղակիորեն կապակցելու կետային աղբյուրների արտանետումների հետ և ածխաջրածին դարձնելու դժվար նվազման ենթակա հատվածները, որոնց վրա մենք բոլորս հույս ունենք այսօրվա կյանքի որակի համար:

5. Որքան թանկ է ձեր գործընթացը՝ համեմատած ածխածնի ներգրավման և CO2-ի (CCUS) ստորգետնյա ներարկման և պահպանման հետ, որը հավանաբար կպահանջի ածխածնի հարկ, քանի դեռ նավթ չի արտադրվում մյուս ծայրում:

CCUS-ի հետ կապված տնտեսագիտությունը հիմնականում կայանում է նրանում, որ ածխածնի հնարավոր հարկից դուրս տնտեսական վերելք չկա, ուստի ընդհանուր իրականացումը զուտ վնաս է ընկերությունների համար: Խոշոր ընկերությունները դեռ դիտարկում են CCUS-ը հենց հիմա՝ այդ տեխնոլոգիայի հասունության և արագ ածխաթթվացման իրենց ցանկության պատճառով, բայց դա ընդհանուր զուտ կորուստ է ամեն դեպքում, նույնիսկ հարկային խթանների դեպքում:

SkyNano-ի գործընթացը տնտեսապես իրագործելի է` հիմնված CO2-ից, պինդ ածխածնի մեր արտադրանքի արժեքից և հարկային արտոնությունները պարզապես բոնուս կլինեն: Փաստորեն, ներկայիս 45 Q հարկային կառուցվածքի համաձայն, հարկային արտոնություններից ստացվող պոտենցիալ եկամուտը չնչին է մեր ածխածնային արտադրանքից ստացված եկամուտների համեմատ:

Ինչ վերաբերում է ծախսերին, ապա CCUS-ի հետ կապված որոշ մարտահրավերներ են՝ թույլ տալը, կարգավորիչ խոչընդոտները և այլ ծախսերը, որոնք միշտ չէ, որ ակնհայտ են տեխնոլոգիան իր արժանիքների վրա գնահատելիս: SkyNano-ի համար մեր ծախսերը հիմնականում բխում են էլեկտրական էներգիայից, որն անհրաժեշտ է մեր գործընթացն առաջ մղելու համար, և մենք ակնկալում ենք ժամանակի ընթացքում օգուտ քաղել էներգիայի գնի կանխատեսվող նվազումից՝ մեր ցանցում ավելի շատ վերականգնվող աղբյուրների հայտնվելու հետ:

Եվս մի քանի հարցուպատասխանի համար տե՛ս SkyNano Startup-ը CO2-ը պինդ ածխածնի վերածելու համար. Մաս 2 – շուկաներ և կլիմայական լուծում: