СО2 қатты көміртегіге түрлендіру үшін SkyNano іске қосу: 1 бөлім

2050 жылға қарай парниктік газдардың (ПГ) көп шығарындылары әлі де түзілетін болады – кейбір бағалаулар бойынша жылына 10-15 миллиард тоннаны құрайды. Егер әлем 2050 жылға қарай таза нөлге жететін болса, бұл «қалдық» ПГ қандай да бір жолмен жойылуы керек. Бір әдіс, көміртекті ұстау және жерасты сақтау (CCUS) ең көп зерттелген, себебі ол мұнай мен газ арқылы жүзеге асырылды. ондаған жылдар бойы компаниялар бар болса да елеулі шектеулер.

Бірақ блокта жаңа бала бар. А компаниясы SkyNano деп аталады, 2017 жылы басталған электрохимиялық процесті қолданады CO2-ны қатты көміртекті нанотүтіктерге айналдыру кәдімгі нанотүтіктер өндірісінде қолданылатын термохимиялық процесс емес. Жалғыз жанама өнім көміртек тотығы, полициклді ароматты көмірсутектер (PAH) және ұшпа органикалық қосылыстардан (VO) айырмашылығы оттегі болып табылады.VO
Cs) басқа әдістерден.

Көміртекті нанотрубалар - көлемі нанометрде болатын қуыс көміртекті түтіктер. Бұл қатты көміртектер қатты және көлік құралдарының броньында қолданылады. Олар электр тогын өткізе алады және тарату кабельдерінде қолданылады. Олар икемді және тоқылған матада қолданылады.

Процесс цемент және болат құю зауыттарынан шығарылатын СО2 ағындарын түрлендіру үшін де пайдаланылуы мүмкін болғандықтан, ол азайтылуы қиын шығарындыларды жоюға үлкен уәде береді.

SkyNano компаниясының бас директоры Анна Дуглас болып табылады, ол 2017 жылы SkyNano компаниясының техникалық директоры, профессор Кэри Пинтпен бірге Вандербилтте PhD дәрежесін алу кезінде компанияның негізін қалаған. Анна 2014 жылы Ли университетін математика және химия мамандығы бойынша бітірді және 2019 жылы Вандербилттен пәнаралық материалтану мамандығы бойынша PhD дәрежесін алды. Оның SkyNano технологиясына қатысты жұмысы көптеген рецензияланған ғылыми жарияланымдарда, 2019 жылғы 30 жасқа дейінгі Forbes 30 сыйлығында, 2020 жылғы R&D100 сыйлығында, 2021 жылғы TechConnect инновациялар сыйлығында және 2022 жылы губернатордың қоршаған ортаны қорғау жөніндегі қамқорлығындағы Тендік ұйымынан ерекше атап өтілді.

Төменде Аннамен сұхбаттың 1 бөлімі берілген, ол жаңа технологияға және стартап-компанияны қаржыландыруға, соның ішінде көміртекті ұстау, жер астына айдау және сақтау (CCUS) салыстыру.

2-бөлім жақын арада шығады және нарықтар мен климаттық шешімдерге арналған.

1. SkyNano компаниясының құрылуының тарихы қандай?

Мен бакалавриат студенті кезімде Кливлендтегі NASA Гленн зерттеу орталығында жазғы тағылымдамадан өттім және нанотехнология мен материалтануды толығымен жақсы көрдім. Мен Вандербильтке материалтану саласындағы PhD дәрежесін алу үшін бардым және энергияны сақтау орнықты энергетикалық инфрақұрылым үшін ең маңызды кедергі (және болып табылады) екенін қатты сезінгендіктен, энергияны сақтауға арналған наноматериалдармен зерттеу тақырыбы ретінде жұмыс істей бастадым. Мен аккумуляторларды зерттей отырып, мен батареяларды құрайтын көптеген материалдарды синтездеу және өндіру тәсілі өте тұрақты емес екенін және тіпті батареяларды «таза» технология ретінде пайдалануды әлсіретуі мүмкін екенін түсіндім.

Менің PhD кеңесшім екеуміз аккумуляторлық химияда сансыз қолданылатын көміртекті құрылымдарды жасаудың басқа жолдарын іздей бастадық және 1900 жылдардың басынан бері CO2-ні қатты көміртегіге айналдыру үшін зерттелген, бірақ жоғары селективтілігі жоқ электрохимиялық процесті аштық. арнайы көміртекті құрылымдар үшін. Біз бұл тақырыпқа наноматериалдарды синтездеу фонынан келсек, технологияны нарыққа шығару үшін талап етілетін селективтілікті жақсарта аламыз деп ойладық. Көп ұзамай біз Энергетика департаментінің «Инновациялық тоғысқан» бағдарламасынан, зертханаға енгізілген кәсіпкерлік бағдарламасынан бірінші қаржыландыруды алдық, ал қалғаны тарих.

2. SkyNano негізгі технологиясы қандай?

SkyNano-ның негізгі технологиясы 1900 жылдардың басынан бастап дүние жүзіндегі академиялық зертханаларда зерттелген химиялық процеске негізделген. Негізінде ол карбонатты қалыптастыру үшін оксид молекулалары арқылы СО2 химиялық сіңуіне, содан кейін сол карбонат молекуласының бастапқы оксидіне электрохимиялық ыдырауына негізделген. Мұндағы таза реакция жай ғана CO2 à C(қатты) + O2(газ). Бұл процестің салдары терең, өйткені бұл газ тәрізді көмірқышқыл газынан қатты көміртекті алу үшін қарапайым 4-электронды процесс.

CO2 өте тұрақты, бұл біздің атмосферамызда проблемаға айналуының бір бөлігі, бірақ біз оны қатты көміртегі түріне қайтарған кезде, ол да өте тұрақты және көміртегінің тұрақты сақталуын қамтамасыз етеді. Бұл маңызды айырмашылық, себебі CO2 трансформациясының көптеген технологиялары СО2 өмірлік циклінде қайта шығаратын соңғы өнімдерді шығарады. Бұл ең жақсы көміртекті бейтарап, бірақ ұзақ мерзімді тұрақты сақтауды қамтамасыз етпейді. Біздің процесс сияқты қатты өнімдер екі дүниенің де ең жақсысын ұсынады: көміртекті түрлендіру (СО2-ден үнемді өнім жасау) және секвестрлеу (ұзақ мерзімді сақтау).

3. SkyNano компаниясы қалай қаржыландырылады? Қатысқан мүдделі тараптар кімдер? Сіздің қаржыландыру мақсаттарыңыз қандай?

2022 жылдың тамыз айындағы жағдай бойынша SkyNano әртүрлі федералды, штаттық және коммерциялық көздерден сұйылтусыз қаржыландыруға ~8.5 миллион доллар (миллион) жинады. Біздің негізгі федералды қолдаушыларымыз – АҚШ Энергетика министрлігі, Ұлттық ғылым қоры және АҚШ Қорғаныс министрлігі. SkyNano технологиясы дерлік әрбір федералды агенттіктің стратегиялық мақсаттарына, біздің декарбонизация әрекеттеріміз арқылы немесе ұлттық қауіпсіздіктің маңызды материалы ретінде анықталған біз шығаратын арнайы материалдар арқылы әсер етеді. Осы мақсатта бізде шығарындылар көздерін, декарбонизацияға қатысты саясаткерлерді, көміртекті кетіруге арналған несиелердің тұтынушыларын және біз өндіретін материалдардың тұтынушыларын қоса алғанда, бірқатар мүдделі тараптар бар.

Құрылған күннен бастап біз СО2-ден өндіретін материалдардың тұтынушыларына лазерлік назар аудардық. Қатты көміртекті қоспа материалдары құрылымдардың кең ауқымында келеді және біз арзан бағадағы жетілдірілген көміртекті материалдар арқылы жаңа нарықтарды құрумен қатар қазіргі нарықтағы көптеген қажеттіліктерді қанағаттандыра аламыз. Біздің қаржыландыру мақсаттарымыз тұтынушылардың қажеттіліктерін қанағаттандыруға бағытталған және осы себепті ҒЗТКЖ гранттарынан және тұтынушылармен ақылы пилоттардан алынатын жобаға негізделген қаржыландыруға негізделген.

4. Сіз CO2-ді ауадан тікелей түсіру арқылы аласыз. Бұл өте тиімді емес, дұрыс. Сіз оны цемент және болат зауыттарынан және басқа да қиын секторлардан шоғырланған СО2 ағындарынан ала аласыз ба?

Бұл дұрыс. Атмосферадан CO2 шығару өте тиімді емес. Біздің технология әрине болады тікелей ауаны түсіру процесі ретінде жұмыс істейді, бірақ кем дегенде 1% СО2 болатын кіріс ағындарымен жұмыс істегенде ол әлдеқайда тиімдірек. Бұл цемент пен болаттан бастап химия өнеркәсібіне және энергия өндіруге дейінгі салаларда кездесетін қалдық ағындар. Қазіргі уақытта аралас циклді табиғи газ электр станцияларынан шығатын түтін газын қатты көміртегі өнімдерін өндіру үшін пайдалануға болатындығын көрсету үшін біздің еліміздің ең ірі коммуналдық мекемесі болып табылатын Теннесси алқабының әкімшілігімен тұрақты ынтымақтастық бар.

Көміртегі шығарындылары тізбегі бойынша бірқатар мүдделі тараптар бар. Бір жағында концентрацияланған СО2 ағынын өндіру үшін тікелей ауаны алуға өте қолайлы бірнеше технологиялар бар. Екінші жағында жоғары тазалықтағы СО2 (>90%) өңдеуге қабілетті көптеген технологиялар бар. Алдын ала концентрациясыз 1-80% СО2-мен жұмыс істей алатын технологиялар әлдеқайда аз, және біздің СО2 шығарындыларының басым көпшілігі бүгінде осыдан келеді. SkyNano технологиясы нүктелік шығарындыларға тікелей қосылып, бүгінгі өмір сапасы үшін бәріміз арқа сүйейтін қиын секторлардың кейбірін декарбонизациялау үшін өте жақсы жұмыс істейді.

5. Көміртекті ұстау және жер астына айдау және СО2 (CCUS) сақтаумен салыстырғанда сіздің процесс қаншалықты қымбат, егер екінші жағынан мұнай өндірілмесе, көміртегі салығын талап етуі мүмкін.

CCUS-ті қиындататын экономика, ең алдымен, ықтимал көміртегі салығынан басқа экономикалық оң нәтиже жоқ, сондықтан жалпы жаттығу компаниялар үшін таза шығын болып табылады. Ірі компаниялар осы технологияның жетілуіне және олардың тез көміртексіздендіруге деген ұмтылысына байланысты CCUS-ті әлі де қарастыруда, бірақ бұл барлық жағдайда, тіпті салыққа негізделген ынталандырулармен де жалпы таза шығын.

SkyNano процесі CO2, қатты көміртегі және салық жеңілдіктерінен алынатын өніміміздің құнына негізделген экономикалық тұрғыдан тиімді және жай ғана бонус болар еді. Шын мәнінде, қазіргі 45Q салық құрылымы бойынша салық жеңілдіктерінен түсетін әлеуетті кіріс көміртегі өнімінен түсетін кіріспен салыстырғанда шамалы.

Шығындар туралы айтатын болсақ, CCUS-тің кейбір қиындықтары рұқсат беру, реттеу кедергілері және технологияны оның мәні бойынша бағалау кезінде әрқашан анық бола бермейтін басқа да шығындар болып табылады. SkyNano үшін біздің шығындарымыз, ең алдымен, процесті жүргізу үшін қажет электр энергиясынан алынады және біз уақыт өте келе біздің желіге жаңартылатын қуат көздерінің қосылуымен энергия бағасының болжамды төмендеуінен пайда көреміз деп күтеміз.

Тағы бірнеше сұрақ-жауап алу үшін қараңыз СО2 қатты көміртегіге түрлендіру үшін SkyNano іске қосу: 2 бөлім – нарықтар және климаттық шешім.