סטארט-אפ SkyNano להמרת CO2 לפחמן מוצק: חלק 1

הרבה פליטת גזי חממה (GHG) עדיין תיווצר עד 2050 - חלק מההערכות הן 10-15 מיליארד טון לשנה. יש להיפטר מהחממה ה"שארית" הזו בדרך כלשהי כדי שהעולם ישיג אפס נטו עד 2050. שיטה אחת, לכידת פחמן ואחסון תת קרקעי (CCUS) נחקרה הכי הרבה מכיוון שהיא יושמה על ידי נפט וגז חברות במשך עשרות שנים, למרות שיש מגבלות חמורות.

אבל יש ילד חדש בשכונה. א חברה בשם SkyNano, שהחלה בשנת 2017, משתמשת בתהליך אלקטרוכימי להמיר CO2 לננו-צינוריות מפחמן מוצק במקום תהליך תרמוכימי המשמש בייצור ננו-צינורות קונבנציונלי. תוצר הלוואי היחיד הוא חמצן בניגוד לפחמן חד חמצני, פחמימנים ארומטיים פוליציקליים (PAH) ותרכובות אורגניות נדיפות (VOVO
Cs) משיטות אחרות.

ננו-צינורות פחמן הם צינורות חלולים של פחמן בגודל בננומטר. הפחמנים המוצקים הללו קשים ומשמשים בשריון לכלי רכב. הם יכולים לשאת זרמים חשמליים, והם משמשים כבלי שידור. הם גמישים, ומשמשים בבד ארוג.

מכיוון שניתן להשתמש בתהליך גם להמרת זרמי CO2 הנפלטים ממפעלי מלט ופלדה, הוא מחזיק בהבטחה גדולה להסרת פליטות שקשה להפחית.

המנכ"לית של SkyNano היא אנה דאגלס שהקימה את החברה ב-2017 במהלך הדוקטורט שלה ב-Vanderbilt עם פרופ' קארי פינט, ה-CTO של SkyNano. אנה סיימה את לימודיה באוניברסיטת לי עם תואר במתמטיקה וכימיה ב-2014, והשלימה דוקטורט ב-Vanderbilt ב-2019 במדעי החומרים הבינתחומיים. עבודתה הקשורה לטכנולוגיה של SkyNano הודגשה בפרסומים מדעיים רבים שנבדקו על ידי עמיתים, פרס פורבס 2019 מתחת לגיל 30 לשנת 30, פרס R&D2020 לשנת 100, פרס TechConnect Innovation לשנת 2021, ופרס המנהל הסביבתי של המושל לשנת 2022 מטעם מדינת המדינה.

להלן חלק 1 של ראיון עם אנה המבוסס על הטכנולוגיה החדשה והמימון של חברת הסטארט-אפ, כולל השוואה עם לכידת פחמן, הזרקה מתחת לאדמה ואחסון (CCUS).

חלק 2 יגיע בקרוב והוא מיועד לשווקים ולפתרונות אקלים.

1. מה סיפור הרקע של הקמת חברת SkyNano?

בזמן שהייתי סטודנט לתואר ראשון, עשיתי התמחות קיץ במרכז המחקר של נאס"א גלן בקליבלנד, אוהיו והתאהבתי לחלוטין בננוטכנולוגיה ובמדעי החומרים. הלכתי לוונדרבילט כדי ללמוד דוקטורט במדעי החומרים והתחלתי לעבוד על ננו-חומרים לאחסון אנרגיה כנושא מחקר, מכיוון שהרגשתי מאוד שאגירת אנרגיה היא (והוא) צוואר הבקבוק המשמעותי ביותר לתשתית אנרגיה בת קיימא. בזמן שלמדתי סוללות, הבנתי שהאופן שבו אנו מסנתזים וכורים חומרים רבים שמרכיבים סוללות הוא באמת לא בר קיימא, ואף יכול לערער את השימוש בסוללות כטכנולוגיה "נקיה".

יועץ הדוקטורט שלי ואני התחלנו לחפש דרכים אחרות ליצור מבני פחמן, שיש להם אינספור שימושים בכימיה של סוללות, וגילינו תהליך אלקטרוכימי שנחקר מאז תחילת שנות ה-1900 להמרת CO2 לפחמן מוצק, אך ללא סלקטיביות גבוהה עבור מבני פחמן ספציפיים. חשבנו שאם ניגש לנושא זה מרקע של סינתזה של ננו-חומרים, אולי נוכל לשפר את הסלקטיביות הנדרשת כדי להביא את הטכנולוגיה לשוק. זמן קצר לאחר מכן, קיבלנו את המימון הראשון שלנו מתוכנית צומת החדשנות של משרד האנרגיה, תוכנית יזמות משובצת במעבדה, והשאר היסטוריה.

2. מהי הטכנולוגיה הבסיסית של SkyNano?

הטכנולוגיה הבסיסית של SkyNano מבוססת על תהליך כימי שנחקר מאז תחילת המאה ה-1900 במעבדות אקדמיות ברחבי העולם. למעשה, הוא מבוסס על ספיגה כימית של CO2 דרך מולקולות תחמוצת ליצירת קרבונט, ולאחר מכן פירוק אלקטרוכימי של מולקולת הקרבונט חזרה לתחמוצת המקורית שלה. התגובה נטו כאן היא פשוט CO2 à C(מוצק) + O2(גז). ההשלכות של תהליך זה הן עמוקות, שכן זהו תהליך פשוט של 4 אלקטרונים לייצור פחמן מוצק מפחמן דו חמצני גזי.

CO2 הוא יציב במיוחד, וזה חלק מהסיבה שהוא הפך לבעייתי באטמוספירה שלנו, אבל כשאנחנו מחזירים אותו לצורת הפחמן המוצק שלו, זה גם יציב במיוחד, ומאפשר אחסון פחמן קבוע. זוהי הבחנה חשובה, מכיוון שטכנולוגיות רבות לשינוי CO2 מייצרות תוצרים סופיים שיפלטו מחדש CO2 במחזור החיים שלהם. אלה הם במקרה הטוב ניטרליים לפחמן, אך אינם מספקים אחסון קבוע לטווח ארוך. מוצרים מוצקים כמו התהליך שלנו מציגים את הטוב משני העולמות: טרנספורמציה של פחמן (הכנת מוצר חסכוני מ-CO2) וסגירה (אחסון לטווח ארוך).

3. כיצד ממומנת חברת SkyNano? מי הם בעלי העניין המעורבים? מהן מטרות המימון שלך?

נכון לאוגוסט 2022, SkyNano גייסה ~8.5 מיליון דולר (מיליון) במימון לא מדלל ממגוון מקורות פדרליים, מדינתיים ומסחריים. התומכים הפדרליים העיקריים שלנו הם משרד האנרגיה של ארה"ב, הקרן הלאומית למדע ומשרד ההגנה האמריקאי. הטכנולוגיה של SkyNano נוגעת ביעדים האסטרטגיים של כמעט כל סוכנות פדרלית, בין אם באמצעות מאמצי הפחמן שלנו, או באמצעות החומרים הספציפיים שאנו מייצרים, אשר זוהו כחומר קריטי לביטחון הלאומי. לשם כך, יש לנו מגוון של בעלי עניין מעורבים, כולל מקורות פליטות, קובעי מדיניות המודאגים מהפחתת פחמן, לקוחות של זיכויים להסרת פחמן ולקוחות של החומרים שאנו מייצרים.

מאז הקמתנו, התמקדנו בלייזר בלקוחות החומרים שאנו מייצרים מ-CO2. חומרי תוסף פחמן מוצק מגיעים במגוון רחב של מבנים, ואנו מסוגלים לתת מענה לרבים מצרכי השוק הקיימים כיום יחד עם יצירת שווקים חדשים באמצעות חומרי פחמן מתקדמים במחיר נמוך יותר. יעדי המימון שלנו נותרו ממוקדים במתן מענה לצרכי הלקוחות, ומסיבה זו מתמקדים במימון מבוסס פרויקטים שמקורו הן ממענקי מו"פ והן מפיילוטים בתשלום עם לקוחות.

4. אתה מקבל את ה-CO2 שלך על ידי לכידה ישירה מהאוויר. זה לא מאוד יעיל, נכון. האם אתה יכול להשיג אותו גם מזרמים של CO2 מרוכז ממפעלי מלט ופלדה ומגזרים אחרים שקשה להיפטר מהם?

זה נכון. זה לא מאוד יעיל להוציא CO2 מהאטמוספרה. הטכנולוגיה שלנו בהחלט יכול פועלים כתהליך לכידת אוויר ישירה שכזה, אבל זה הרבה יותר יעיל כשאנחנו עובדים עם זרמי קלט שהם לפחות 1% CO2. אלו זרמי פסולת המצויים בתעשיות החל ממלט ופלדה, ועד כימיקלים והפקת אנרגיה. כרגע יש לנו שיתוף פעולה מתמשך עם רשות עמק טנסי, השירות הציבורי הגדול ביותר במדינה שלנו, כדי להוכיח שניתן להשתמש בגז פליט מתחנות כוח גז טבעי במחזור משולב לייצור מוצרי פחמן מוצק.

יש מגוון של בעלי עניין בכל שרשרת פליטת הפחמן. בקצה אחד יש כמה טכנולוגיות שמתאימות מאוד ללכידת אוויר ישירה כדי לייצר זרם CO2 מרוכז. בקצה השני יש טכנולוגיות רבות המסוגלות לעבד CO2 בטוהר גבוה (>90%). יש הרבה פחות טכנולוגיות שיכולות לעבוד עם 1-80% CO2 ללא ריכוז מראש, ומכאן מגיע הרוב המכריע של פליטת ה-CO2 שלנו היום. הטכנולוגיה של SkyNano עובדת טוב מאוד כדי להתחבר ישירות לפליטות מקור נקודתיות ולשחרר חלק מהסקטורים הקשים להפחתה שכולנו מסתמכים עליהם עבור איכות החיים של היום.

5. כמה יקר התהליך שלך בהשוואה ללכידת פחמן והזרקה ואחסון תת-קרקעי של CO2 (CCUS) שכנראה ידרוש מס פחמן אלא אם כן יופק נפט בקצה השני.

הכלכלה המאתגרת את CCUS היא בעיקר שאין אפסייד כלכלי מחוץ למס פחמן אפשרי, כך שהתרגיל הכולל הוא הפסד נקי לחברות. חברות גדולות עדיין שוקלות את CCUS כרגע בשל הבגרות של הטכנולוגיה הזו והרצון שלהן לשחרר את הפחמן במהירות, אבל זה הפסד נקי כולל בכל מקרה, אפילו עם תמריצים מבוססי מס.

התהליך של SkyNano אפשרי מבחינה כלכלית בהתבסס על הערך של מוצר הפלט שלנו מ-CO2, פחמן מוצק ותמריצי מס פשוט יהיו בונוס. למעשה, תחת מבנה המס הנוכחי של 45Q, ההכנסה הפוטנציאלית מתמריצי מס היא זניחה בהשוואה להכנסות ממוצר הפחמן שלנו.

כשזה מגיע לעלויות, חלק מהאתגרים עם CCUS הם היתרים, מכשולים רגולטוריים ועלויות אחרות שלא תמיד ברורות כאשר מעריכים את הטכנולוגיה על יתרונותיה. עבור SkyNano, העלויות שלנו נגזרות בעיקר מהאנרגיה החשמלית הנדרשת כדי להניע את התהליך שלנו, ואנו מצפים להפיק תועלת לאורך זמן מהירידה החזויה בתמחור האנרגיה עם תחילתם של יותר אנרגיה מתחדשת לרשת שלנו.

לעוד כמה שאלות ותשובות ראה סטארט-אפ SkyNano להמרת CO2 לפחמן מוצק: חלק 2 - שווקים ופתרון אקלים.