SkyNano გაშვება CO2-ის მყარ ნახშირბადად გადაქცევისთვის: ნაწილი 1

2050 წლისთვის კვლავ წარმოიქმნება სათბურის გაზების (GHG) ბევრი ემისია - ზოგიერთი შეფასებით არის 10-15 მილიარდი ტონა წელიწადში. ეს „ნარჩენი“ სათბურის გაზები უნდა განადგურდეს, თუ მსოფლიომ უნდა მიაღწიოს წმინდა ნულს 2050 წლისთვის. ერთ-ერთი მეთოდი, ნახშირბადის დაჭერა და მიწისქვეშა შენახვა (CCUS) ყველაზე მეტად იქნა შესწავლილი, რადგან ის განხორციელდა ნავთობისა და გაზის საშუალებით. კომპანიები ათწლეულების განმავლობაში, თუმცა არსებობს სერიოზული შეზღუდვები.

მაგრამ ბლოკში ახალი ბავშვია. ა კომპანია სახელად SkyNano2017 წელს დაწყებული, იყენებს ელექტროქიმიურ პროცესს CO2-ის გადაქცევა ნახშირბადის მყარ ნანომილებად ვიდრე ჩვეულებრივი ნანომილების წარმოებაში გამოყენებული თერმოქიმიური პროცესი. ერთადერთი გვერდითი პროდუქტია ჟანგბადი ნახშირბადის მონოქსიდისგან განსხვავებით, პოლიციკლური არომატული ნახშირწყალბადები (PAHs) და აქროლადი ორგანული ნაერთები (VO).VO
გს) სხვა მეთოდებიდან.

ნახშირბადის ნანომილები არის ნახშირბადის ღრუ მილები, რომელთა ზომა ნანომეტრებშია. ეს მყარი ნახშირბადები გამძლეა და გამოიყენება მანქანების ჯავშანტექნიკაში. მათ შეუძლიათ ელექტრო დენების გადატანა და გამოიყენება გადამცემი კაბელებში. ისინი მოქნილია და გამოიყენება ნაქსოვი ქსოვილში.

ვინაიდან პროცესი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ცემენტისა და ფოლადის მწარმოებელი ქარხნებიდან გამოსხივებული CO2-ის ნაკადების გადასაქცევად, ის დიდ დაპირებას იძლევა ძნელად შესამცირებელი გამონაბოლქვის აღმოსაფხვრელად.

SkyNano-ს აღმასრულებელი დირექტორი არის ანა დუგლასი, რომელმაც დააარსა კომპანია 2017 წელს Vanderbilt-ში დოქტორანტურის დროს SkyNano-ს CTO პროფ. Cary Pint-თან ერთად. ანამ დაამთავრა ლის უნივერსიტეტი მათემატიკისა და ქიმიის ფაკულტეტზე 2014 წელს და დაამთავრა დოქტორის ხარისხი Vanderbilt-ში 2019 წელს ინტერდისციპლინურ მასალათა მეცნიერებაში. SkyNano-ს ტექნოლოგიასთან დაკავშირებული მისი ნამუშევარი ხაზგასმულია ბევრ რეცენზირებულ სამეცნიერო პუბლიკაციაში, 2019 წლის Forbes 30 30 წლამდე ჯილდო, 2020 წლის R&D100 ჯილდო, 2021 წლის TechConnect ინოვაციის ჯილდო და 2022 წლის გუბერნატორის გარემოსდაცვითი სახელმწიფოს ხელმძღვანელობის ჯილდო.

ქვემოთ მოცემულია ანას ინტერვიუს პირველი ნაწილი, რომელიც დაკავშირებულია სტარტაპ კომპანიის ახალ ტექნოლოგიასთან და დაფინანსებასთან, მათ შორის შედარება ნახშირბადის დაჭერასთან, მიწისქვეშა ინექციებთან და შენახვასთან (CCUS).

ნაწილი 2 მალე მოჰყვება და მიმართულია ბაზრებზე და კლიმატის გადაწყვეტილებებზე.

1. რა არის SkyNano კომპანიის შექმნის ისტორია?

სანამ ბაკალავრიატის სტუდენტი ვიყავი, საზაფხულო სტაჟირება გავიარე ნასას გლენის კვლევით ცენტრში კლივლენდში, ოჰ და მთლიანად შემიყვარდა ნანოტექნოლოგია და მასალების მეცნიერება. წავედი ვანდერბილტში მასალების მეცნიერებაში დოქტორანტურის გასაგრძელებლად და დავიწყე მუშაობა ნანომასალებს ენერგიის შესანახად, როგორც კვლევის საკითხზე, რადგან მტკიცედ ვგრძნობდი, რომ ენერგიის შენახვა იყო (და არის) ყველაზე მნიშვნელოვანი ბარიერი მდგრადი ენერგეტიკული ინფრასტრუქტურისთვის. სანამ ბატარეებს ვსწავლობდი, მივხვდი, რომ ჩვენ მიერ სინთეზირებული და მოპოვებული მრავალი მასალა, რომლებიც ქმნიან ბატარეებს, ნამდვილად არ არის ძალიან მდგრადი და შეიძლება ძირი გამოუთხაროს ბატარეების, როგორც „სუფთა“ ტექნოლოგიის გამოყენებას.

მე და ჩემმა დოქტორის მრჩეველმა დავიწყეთ ნახშირბადის სტრუქტურების შესაქმნელად სხვა გზების ძებნა, რომლებსაც უამრავი გამოყენება აქვს ბატარეის ქიმიაში, და აღმოვაჩინეთ ელექტროქიმიური პროცესი, რომელიც შესწავლილი იყო 1900-იანი წლების დასაწყისიდან CO2-ის მყარ ნახშირბადად გადაქცევისთვის, მაგრამ მაღალი სელექციურობის გარეშე. ნახშირბადის სპეციფიკური სტრუქტურებისთვის. ჩვენ გვეგონა, თუ ამ თემას მივუდგებოდით ნანომასალების სინთეზის ფონიდან, შეგვეძლო გაგვეუმჯობესებინა სელექციურობა, რომელიც საჭიროა ტექნოლოგიის ბაზარზე გასატანად. ამის შემდეგ მალევე, ჩვენ მივიღეთ ჩვენი პირველი დაფინანსება ენერგეტიკის დეპარტამენტის ინოვაციური გზაჯვარედინის პროგრამიდან, ლაბორატორიაში ჩაშენებული სამეწარმეო პროგრამისგან და დანარჩენი ისტორიაა.

2. რა არის SkyNano-ს ფუნდამენტური ტექნოლოგია?

SkyNano-ს ძირითადი ტექნოლოგია ეფუძნება ქიმიურ პროცესს, რომელიც სწავლობდა 1900-იანი წლების დასაწყისიდან აკადემიურ ლაბორატორიებში მთელს მსოფლიოში. არსებითად, იგი ემყარება CO2-ის ქიმიურ შეწოვას ოქსიდის მოლეკულების მეშვეობით კარბონატის შესაქმნელად, შემდეგ კი ამ კარბონატის მოლეკულის ელექტროქიმიურ დაშლაზე თავდაპირველ ოქსიდში. წმინდა რეაქცია აქ არის უბრალოდ CO2 à C (მყარი) + O2 (გაზი). ამ პროცესის შედეგები ღრმაა, რადგან ეს არის მარტივი 4-ელექტრონული პროცესი აირისებრი ნახშირორჟანგისგან მყარი ნახშირბადის წარმოებისთვის.

CO2 უკიდურესად სტაბილურია, რის გამოც ის ჩვენს ატმოსფეროში პრობლემური გახდა, მაგრამ როდესაც მას დავაბრუნებთ ნახშირბადის მყარ ფორმაში, ეს ასევე უკიდურესად სტაბილურია და უზრუნველყოფს ნახშირბადის მუდმივ შენახვას. ეს მნიშვნელოვანი განსხვავებაა, რადგან CO2-ის ტრანსფორმაციის მრავალი ტექნოლოგია აწარმოებს საბოლოო პროდუქტებს, რომლებიც ხელახლა გამოყოფენ CO2-ს თავიანთ სასიცოცხლო ციკლში. ეს არის საუკეთესო ნახშირბადის ნეიტრალური, მაგრამ არ ითვალისწინებს გრძელვადიან მუდმივ შენახვას. მყარი პროდუქტები, როგორიცაა ჩვენი პროცესი, წარმოადგენენ საუკეთესოს ორივე სამყაროში: ნახშირბადის ტრანსფორმაცია (CO2-ისგან ეკონომიური პროდუქტის მიღება) და სეკვესტრი (გრძელვადიანი შენახვა).

3. როგორ ფინანსდება SkyNano კომპანია? ვინ არიან ჩართული დაინტერესებული მხარეები? რა არის თქვენი დაფინანსების მიზნები?

2022 წლის აგვისტოს მდგომარეობით, SkyNano-მ მოიზიდა ~ 8.5 მილიონი აშშ დოლარი (მილიონი) დაფინანსების გარეშე სხვადასხვა ფედერალური, სახელმწიფო და კომერციული წყაროებიდან. ჩვენი ძირითადი ფედერალური მხარდამჭერები არიან აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტი, ეროვნული სამეცნიერო ფონდი და აშშ-ს თავდაცვის დეპარტამენტი. SkyNano-ს ტექნოლოგია ეხება თითქმის ყველა ფედერალური სააგენტოს სტრატეგიულ მიზნებს, ან ჩვენი დეკარბონიზაციის მცდელობებით, ან ჩვენ მიერ წარმოებული სპეციფიკური მასალებით, რომლებიც იდენტიფიცირებულია როგორც ეროვნული უსაფრთხოების კრიტიკული მასალა. ამ მიზნით, ჩვენ გვყავს ჩართული დაინტერესებული მხარეების სპექტრი, მათ შორის ემისიების წყაროები, პოლიტიკის შემქმნელები, რომლებიც შეშფოთებულნი არიან დეკარბონიზაციაზე, ნახშირბადის მოცილების კრედიტების მომხმარებლები და ჩვენ მიერ წარმოებული მასალების მომხმარებლები.

ჩვენი დაარსების დღიდან ჩვენ ლაზერზე ორიენტირებული ვიყავით იმ მასალების მომხმარებლებზე, რომლებსაც ვაწარმოებთ CO2-ისგან. მყარი ნახშირბადის დანამატის მასალები წარმოდგენილია სტრუქტურების ფართო სპექტრში და ჩვენ შეგვიძლია მოვახდინოთ დღევანდელი ბაზრის მრავალი საჭიროება და შევქმნათ ახალი ბაზრები დაბალი ფასის მოწინავე ნახშირბადის მასალების საშუალებით. ჩვენი დაფინანსების მიზნები რჩება მომხმარებელთა საჭიროებების დაკმაყოფილებაზე და ამ მიზეზით ორიენტირებულია პროექტზე დაფუძნებულ დაფინანსებაზე, რომელიც მიიღება როგორც R&D გრანტებიდან, ასევე ფასიანი პილოტებიდან მომხმარებლებთან.

4. თქვენ მიიღებთ CO2-ს ჰაერიდან პირდაპირი დაჭერით. ეს არ არის ძალიან ეფექტური, არა. ასევე შეგიძლიათ მიიღოთ ის კონცენტრირებული CO2-ის ნაკადებიდან ცემენტისა და ფოლადის ქარხნებიდან და სხვა ძნელად შესამცირებელი სექტორებიდან?

ეს სწორია. ატმოსფეროდან CO2-ის გამოდევნა არც თუ ისე ეფექტურია. ჩვენი ტექნოლოგია რა თქმა უნდა შეიძლება მოქმედებს როგორც პირდაპირი ჰაერის დაჭერის პროცესი, მაგრამ ეს ბევრად უფრო ეფექტურია, როდესაც ვმუშაობთ შეყვანის ნაკადებთან, რომლებიც შეიცავს მინიმუმ 1% CO2-ს. ეს არის ნარჩენების ნაკადები, რომლებიც გვხვდება ინდუსტრიებში, დაწყებული ცემენტიდან და ფოლადიდან, ქიმიურ და ენერგიის წარმოებამდე. ჩვენ ამჟამად გვაქვს მუდმივი თანამშრომლობა Tennessee Valley Authority-თან, ჩვენი ქვეყნის უდიდეს საზოგადოებრივ კომპანიასთან, რათა დავამტკიცოთ, რომ ბუნებრივი აირის კომბინირებული ციკლის ელექტროსადგურებიდან გამომავალი აირი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მყარი ნახშირბადის პროდუქტების წარმოებისთვის.

ნახშირბადის გამონაბოლქვის ჯაჭვის მასშტაბით არის დაინტერესებული მხარეების სპექტრი. ერთ ბოლოში არის რამდენიმე ტექნოლოგია, რომლებიც ძალიან შესაფერისია ჰაერის პირდაპირი დაჭერისთვის კონცენტრირებული CO2 ნაკადის წარმოებისთვის. მეორე მხარეს არის მრავალი ტექნოლოგია, რომელსაც შეუძლია მაღალი სისუფთავის CO2 (>90%) დამუშავება. გაცილებით ნაკლები ტექნოლოგიებია, რომლებსაც შეუძლიათ 1-80% CO2-ით მუშაობა წინასწარი კონცენტრაციის გარეშე და სწორედ აქედან მოდის ჩვენი CO2-ის ემისიების დიდი უმრავლესობა დღეს. SkyNano-ს ტექნოლოგია ძალიან კარგად მუშაობს, რათა უშუალოდ დაუკავშირდეს წერტილოვანი წყაროს ემისიებს და მოახდინოს ნახშირბადის დეკარბონიზაცია იმ რთულად შესამცირებელ სექტორებში, რომლებსაც ჩვენ ყველანი ვეყრდნობით დღევანდელი ცხოვრების ხარისხისთვის.

5. რამდენად ძვირია თქვენი პროცესი ნახშირბადის აღებასთან და CO2-ის (CCUS) მიწისქვეშა ინექციასთან და შენახვასთან შედარებით, რაც, სავარაუდოდ, საჭიროებს ნახშირბადის გადასახადს, თუ ნავთობი არ წარმოიქმნება მეორე ბოლოში.

CCUS-ის გამოწვევის ეკონომიკა უპირველეს ყოვლისა არის ის, რომ ნახშირბადის შესაძლო გადასახადის მიღმა არ არსებობს ეკონომიკური აღმავლობა, ამიტომ მთლიანი განხორციელება არის წმინდა ზარალი კომპანიებისთვის. მსხვილი კომპანიები ახლაც განიხილავენ CCUS-ს ამ ტექნოლოგიის სიმწიფის და მათი სწრაფი დეკარბონიზაციის სურვილის გამო, მაგრამ ეს არის მთლიანი წმინდა ზარალი ყველა შემთხვევაში, თუნდაც გადასახადებზე დაფუძნებული წახალისებით.

SkyNano-ს პროცესი ეკონომიკურად მიზანშეწონილია CO2-დან, მყარი ნახშირბადის და საგადასახადო შეღავათებით მიღებული პროდუქტის ღირებულებიდან გამომდინარე, უბრალოდ ბონუსი იქნება. ფაქტობრივად, მიმდინარე 45Q საგადასახადო სტრუქტურის მიხედვით, პოტენციური შემოსავალი საგადასახადო შეღავათებიდან უმნიშვნელოა ჩვენი ნახშირბადის პროდუქტის შემოსავალთან შედარებით.

რაც შეეხება ხარჯებს, CCUS-თან დაკავშირებული ზოგიერთი გამოწვევაა ნებართვა, მარეგულირებელი დაბრკოლებები და სხვა ხარჯები, რომლებიც ყოველთვის არ არის აშკარა ტექნოლოგიის არსებითად შეფასებისას. SkyNano-სთვის, ჩვენი ხარჯები, პირველ რიგში, გამომდინარეობს ელექტროენერგიიდან, რომელიც საჭიროა ჩვენი პროცესის წარმართვისთვის და ჩვენ ველით, რომ დროთა განმავლობაში მივიღებთ სარგებელს ენერგიის ფასების პროგნოზირებული შემცირებით ჩვენს ქსელში მეტი განახლებადი ენერგიის შემოდინებით.

კიდევ რამდენიმე კითხვა-პასუხისთვის იხილეთ SkyNano სტარტაპი CO2-ის მყარ ნახშირბადად გადაქცევისთვის: ნაწილი 2 – ბაზრები და კლიმატის გადაწყვეტა.