СО2ди катуу көмүртекке айландыруу үчүн SkyNano стартапы: 1-бөлүк

2050-жылга чейин парник газдарынын (ПГ) көп эмиссиялары дагы эле пайда болот - кээ бир эсептөөлөр боюнча жылына 10-15 миллиард тонна. Эгерде дүйнө 2050-жылга чейин таза нөлгө жетиши үчүн, бул "калган" парник газы кандайдыр бир жол менен жок кылынышы керек. Бир ыкма, көмүртектерди кармоо жана жер астындагы сактоо (CCUS) эң көп изилденген, анткени ал мунай жана газ аркылуу ишке ашырылган. бар болсо да, ондогон жылдар бою компаниялар олуттуу чектөөлөр.

Бирок блокто жаңы бала бар. А компаниясы SkyNano деп аталат, 2017-жылы башталган, электрохимиялык процессти колдонот CO2ди катуу көмүртек нанотүтүкчөлөрүнө айландыруу кадимки нанотүтүктөрдү өндүрүүдө колдонулган термохимиялык процесс эмес. Көмүртек кычкылынан, полициклдүү ароматтык углеводороддордон (PAHs) жана учуучу органикалык бирикмелерден (VO) айырмаланып турган жалгыз кошумча продукты кычкылтек болуп саналат.VO
Cs) башка ыкмалардан.

Көмүртек нанотрубалары - нанометрдеги көлөмү менен көмүртектин көңдөй түтүктөрү. Бул катуу көмүртектер катаал жана унаалардын курал-жарактарында колдонулат. Алар электр тогун өткөрө алат жана өткөргүч кабелдеринде колдонулат. Алар ийкемдүү жана токулган кездемеде колдонулат.

Процесс цемент жана болот куюу заводдорунан бөлүнүп чыккан CO2 агымын конвертациялоо үчүн да колдонулушу мүмкүн болгондуктан, бул азайтууга кыйын болгон эмиссияларды жок кылуу үчүн чоң убадаларды берет.

SkyNano компаниясынын башкы директору Анна Дуглас болуп саналат, ал компанияны 2017-жылы Вандербилтте докторантурада окуп жүргөндө SkyNano компаниясынын проф. Кэри Пинт менен бирге негиздеген. Анна 2014-жылы Ли университетин математика жана химия адистиги боюнча бүтүргөн жана 2019-жылы Вандербилттен дисциплиналар аралык материал таануу боюнча PhD даражасын аяктаган. Анын SkyNano технологиясына байланыштуу иши көптөгөн рецензияланган илимий басылмаларда, 2019-жылы 30 жашка чейинки Forbes 30 сыйлыгында, 2020-жылы R&D100 сыйлыгында, 2021-жылы TechConnect Innovation Award сыйлыгында жана 2022-жылы Губернатордун Айлана-чөйрөнү коргоо боюнча тентектигинен өзгөчөлөнгөн.

Төмөндө Анна менен болгон маектин 1-бөлүгү, ал жаңы технологияга жана стартап-компаниянын каржылоосуна, анын ичинде көмүртекти кармоо, жер астына куюу жана сактоо (CCUS) менен салыштырылган.

2-бөлүк аз убакыттан кийин чыгат жана базарларга жана климаттык чечимдерге багытталган.

1. SkyNano компаниясынын түзүлүшүнүн тарыхы кандай?

Мен бакалавриат студенти кезимде Кливленддеги НАСА Гленн изилдөө борборунда жайкы стажировкадан өтүп, нанотехнологияны жана материал таанууну толугу менен сүйүп калдым. Мен Вандербилтке материал таануу боюнча PhD даражасын алуу үчүн барып, изилдөө темасы катары энергияны сактоо үчүн наноматериалдардын үстүндө иштей баштадым, анткени энергияны сактоо туруктуу энергетикалык инфраструктура үчүн эң олуттуу тоскоолдук экенин сездим. Мен батарейкаларды изилдеп жүрүп, батарейкаларды түзгөн көптөгөн материалдарды синтездөө жана казып алуу ыкмасы чындыгында анча туруктуу эмес экенин, ал тургай, батареяларды “таза” технология катары колдонууну жокко чыгарарын түшүндүм.

Менин кандидаттык кеңешчим экөөбүз батарейканын химиясында көптөгөн колдонулушу бар көмүртек структураларын жасоонун башка жолдорун издей баштадык жана 1900-жылдардын башынан бери CO2ди катуу көмүртекке айландыруу үчүн изилденген, бирок жогорку тандалмалыгы жок электрохимиялык процессти ачтык. конкреттүү көмүртек структуралар үчүн. Биз бул темага наноматериалдардын синтезинин фонунан кайрылсак, технологияны рынокко алып чыгуу үчүн талап кылынган тандоону жакшырта алабыз деп ойлодук. Андан көп өтпөй, биз Энергетика министрлигинин Инновациялык кесилиштер программасынан, лабораторияда камтылган ишкердик программасынан биринчи каржы алдык, калганы тарых.

2. SkyNano'нун негизги технологиясы эмнеде?

SkyNano'нун негизги технологиясы 1900-жылдардын башынан бери дүйнө жүзү боюнча академиялык лабораторияларда изилденип келе жаткан химиялык процесске негизделген. Негизи, ал карбонатты пайда кылуу үчүн оксиддердин молекулалары аркылуу СО2дин химиялык сиңирилишине, андан кийин ошол карбонаттын молекуласынын кайра баштапкы оксидине электрохимиялык ажыроосуна негизделген. Бул жерде таза реакция жөн гана CO2 à C (катуу) + O2 (газ). Бул процесстин кесепеттери терең, анткени бул газ түрүндөгү көмүр кычкыл газынан катуу көмүртек өндүрүү үчүн жөнөкөй 4-электрондук процесс.

СО2 өтө туруктуу, бул биздин атмосферада көйгөйлүү болуп калганынын бир бөлүгү, бирок биз аны катуу көмүртек формасына кайтарганыбызда, бул да өтө туруктуу болуп, көмүртектин туруктуу сакталышын шарттайт. Бул маанилүү айырмачылык, анткени көптөгөн CO2 трансформациялоо технологиялары акыркы продуктуларды өндүрөт, алар СО2ди жашоо циклинде кайра бөлүп чыгарышат. Булар эң жакшы көмүртек нейтралдуу, бирок узак мөөнөттүү туруктуу сактоону камсыз кылбайт. Биздин процесс сыяктуу катуу өнүмдөр эки дүйнөнүн эң жакшысын көрсөтөт: көмүртектин трансформациясы (CO2ден үнөмдүү продукту алуу) жана секвестрлөө (узак мөөнөткө сактоо).

3. SkyNano компаниясы кантип каржыланат? Тартылган кызыкдар тараптар кимдер? Сиздин каржылоо максаттарыңыз кандай?

2022-жылдын августуна карата SkyNano ар кандай федералдык, штаттык жана коммерциялык булактардан 8.5 миллион долларды (миллион) бөлгөн эмес. Биздин негизги федералдык колдоочуларыбыз — АКШнын Энергетика министрлиги, Улуттук Илим Фонду жана АКШнын Коргоо министрлиги. SkyNano технологиясы дээрлик ар бир федералдык агенттиктин стратегиялык максаттарына же биздин декарбонизация аракеттерибиз аркылуу же улуттук коопсуздуктун маанилүү материалы катары аныкталган биз чыгарып жаткан конкреттүү материалдар аркылуу тийет. Бул максатта, бизде бир катар кызыкдар тараптар бар, анын ичинде эмиссия булактары, декарбонизацияга кызыкдар саясатчылар, көмүртектерди чыгаруу үчүн кредиттердин кардарлары жана биз өндүргөн материалдардын кардарлары.

Түзүлгөндөн бери биз CO2ден өндүрүлгөн материалдардын кардарларына лазердик көңүл буруп келебиз. Катуу көмүртек кошулмаларынын материалдары структуралардын кеңири спектринде болот жана биз азыркы рыноктун көптөгөн муктаждыктарын канааттандыра алабыз жана ошондой эле арзаныраак баадагы алдыңкы көмүртек материалдары аркылуу жаңы рынокторду түзө алабыз. Биздин каржылоо максаттарыбыз кардарлардын муктаждыктарын канааттандырууга багытталган жана ушул себептен R&D гранттарынан жана кардарлар менен акы төлөнүүчү пилоттардан алынган долбоордук каржылоого багытталган.

4. Сиз абадан түздөн-түз басып алуу менен CO2 аласыз. Бул абдан натыйжалуу эмес, туура. Сиз ошондой эле цемент жана болот заводдорунан жана башка иштебей турган тармактардан концентрацияланган СО2 агымынан ала аласызбы?

Бул туура. Атмосферадан CO2 чыгаруу анча эффективдүү эмес. Албетте, биздин технология алат абаны түздөн-түз басып алуу процесси катары иштейт, бирок биз эң аз дегенде 1% СО2 болгон кириш агымдары менен иштегенде бул алда канча натыйжалуу болот. Бул цемент жана болоттон баштап химиялык заттарга жана энергия өндүрүшүнө чейинки тармактарда табылган калдыктар. Учурда биздин өлкөнүн эң ири коммуналдык мекемеси болгон Теннесси өрөөнүнүн бийлиги менен биргелешкен цикл жаратылыш газы электр станцияларынан чыккан түтүн газы катуу көмүртектүү продуктуларды өндүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн экенин көрсөтүү үчүн туруктуу кызматташуубуз бар.

Көмүртек чыгаруу чынжырында бир катар кызыкдар тараптар бар. Бир четинде концентрацияланган СО2 агымын өндүрүү үчүн абаны түз кармоого ылайыктуу болгон бир нече технологиялар бар. Экинчи жагынан жогорку тазалыктагы CO2 (>90%) иштетүүгө жөндөмдүү көптөгөн технологиялар бар. Алдын ала концентрациясыз 1-80% СО2 менен иштей ала турган технологиялар алда канча азыраак жана бүгүнкү күндө биздин CO2 эмиссиясынын басымдуу бөлүгү дал ушул жерден чыгат. SkyNano технологиясы чындап эле жакшы иштейт, булак булагы менен түздөн-түз жупташтыруу жана биз баарыбыз бүгүнкү жашоонун сапаты үчүн таянган кээ бир кыскартуу кыйын секторлорду декарбонизациялоо үчүн.

5. Көмүртекти кармоо жана жер астындагы куюу жана CO2 (CCUS) сактоо менен салыштырганда процессиңиз канчалык кымбат, ал эми экинчи жагынан мунай өндүрүлбөсө, көмүртек салыгын талап кылышы мүмкүн.

CCUS үчүн кыйынчылык туудурган экономика, биринчи кезекте, мүмкүн болгон көмүртек салыгынан тышкары эч кандай экономикалык пайда жок, ошондуктан жалпы машыгуу компаниялар үчүн таза жоготуу болуп саналат. Чоң компаниялар ошол технологиянын жетилгендигинен жана тез декарбонизациялоону каалагандыктан, CCUSди азыр да карап жатышат, бирок бул ар бир учурда, атүгүл салыкка негизделген стимулдар менен да жалпы таза жоготуу.

SkyNano процесси СО2ден, катуу көмүртектен жана салык стимулдарынан алынган продукциянын наркынын негизинде экономикалык жактан максатка ылайыктуу. Чынында, азыркы 45Q салык түзүмүнө ылайык, салык стимулдарынан потенциалдуу кирешелер биздин көмүртек продуктусунан түшкөн кирешеге салыштырмалуу анча деле эмес.

Чыгымдар жөнүндө сөз болгондо, CCUS менен болгон көйгөйлөрдүн кээ бирлери уруксат берүү, ченемдик тоскоолдуктар жана технологияны артыкчылыктары боюнча баалоодо дайыма эле ачык-айкын боло бербеген башка чыгымдар болуп саналат. SkyNano үчүн, биздин чыгымдарыбыз, биринчи кезекте, биздин процессти жүргүзүү үчүн талап кылынган электр энергиясынан келип чыгат жана биз энергиянын баасынын болжолдонгон төмөндөшүнөн убакыттын өтүшү менен биздин тармакка кайра жаралуучу булактардын кириши менен пайда көрөбүз деп күтөбүз.

Дагы бир нече суроо-жооп үчүн караңыз SkyNano стартапы CO2ди катуу көмүртекке айландыруу үчүн: 2-бөлүк – базарлар жана климаттык чечим.