SkyNano Startup per convertire la CO2 in carbonio solido: parte 1

Molte emissioni di gas serra (GHG) saranno ancora generate entro il 2050 – alcune stime sono 10-15 miliardi di tonnellate/anno. Questo gas serra "avanzo" deve essere smaltito in qualche modo se il mondo vuole raggiungere lo zero netto entro il 2050. Uno dei metodi, la cattura del carbonio e lo stoccaggio sotterraneo (CCUS) è ​​stato studiato di più perché è stato implementato da petrolio e gas aziende per decenni, anche se ci sono gravi limitazioni.

Ma c'è un nuovo ragazzo sul blocco. UN società chiamata SkyNano, iniziata nel 2017, utilizza un processo elettrochimico per convertire la CO2 in nanotubi di carbonio solido piuttosto che un processo termochimico utilizzato nella produzione convenzionale di nanotubi. L'unico sottoprodotto è l'ossigeno in contrasto con il monossido di carbonio, gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e i composti organici volatili (VOVO
Cs) da altri metodi.

I nanotubi di carbonio sono tubi cavi di carbonio con dimensioni in nanometri. Questi carboni solidi sono resistenti e utilizzati nelle armature dei veicoli. Possono trasportare correnti elettriche e sono utilizzati nei cavi di trasmissione. Sono flessibili e utilizzati in tessuto intrecciato.

Poiché il processo può essere utilizzato anche per convertire i flussi di CO2 emessi dagli stabilimenti di produzione di cemento e acciaio, offre grandi promesse per la rimozione delle emissioni difficili da abbattere.

L'amministratore delegato di SkyNano è Anna Douglas che ha co-fondato l'azienda nel 2017 durante il suo dottorato di ricerca presso Vanderbilt con il Prof. Cary Pint, il CTO di SkyNano. Anna si è laureata in Matematica e Chimica alla Lee University nel 2014 e ha completato un dottorato di ricerca presso Vanderbilt nel 2019 in Scienze interdisciplinari dei materiali. Il suo lavoro relativo alla tecnologia di SkyNano è stato messo in evidenza in molte pubblicazioni scientifiche sottoposte a revisione paritaria, un premio Forbes 2019 under 30 nel 30, un premio R&D2020 nel 100, un TechConnect Innovation Award 2021 e un Governor's Environmental Stewardship Award 2022 dallo Stato del Tennessee.

Di seguito è riportata la parte 1 di un'intervista con Anna incentrata sulla nuova tecnologia e sul finanziamento della società di avvio, incluso un confronto con la cattura del carbonio, l'iniezione sotterranea e lo stoccaggio (CCUS).

La parte 2 seguirà a breve ed è orientata ai mercati e alle soluzioni climatiche.

1. Qual è la storia di fondo della formazione della società SkyNano?

Mentre ero uno studente universitario, ho svolto uno stage estivo presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio, e mi sono completamente innamorato della nanotecnologia e della scienza dei materiali. Sono andato a Vanderbilt per conseguire un dottorato di ricerca in scienze dei materiali e ho iniziato a lavorare sui nanomateriali per l'accumulo di energia come argomento di ricerca, poiché sentivo fortemente che l'accumulo di energia fosse (ed è) il collo di bottiglia più significativo per un'infrastruttura energetica sostenibile. Mentre studiavo le batterie, mi sono reso conto che il modo in cui sintetizziamo ed estraiamo molti materiali che compongono le batterie non è davvero molto sostenibile e può persino minare l'uso delle batterie come tecnologia "pulita".

Il mio consulente di dottorato e io abbiamo iniziato a cercare altri modi per realizzare strutture di carbonio, che hanno una miriade di usi nella chimica delle batterie, e abbiamo scoperto un processo elettrochimico che era stato studiato fin dai primi anni del 1900 per convertire la CO2 in carbonio solido, ma senza un'elevata selettività per specifiche strutture di carbonio. Abbiamo pensato che se avessimo affrontato questo argomento da un background di sintesi di nanomateriali, avremmo potuto migliorare la selettività necessaria per portare la tecnologia sul mercato. Subito dopo, abbiamo ottenuto il nostro primo finanziamento dal programma Innovation Crossroads del Dipartimento dell'Energia, un programma imprenditoriale integrato nel laboratorio, e il resto è storia.

2. Qual è la tecnologia fondamentale alla base di SkyNano?

La tecnologia alla base di SkyNano si basa su un processo chimico che è stato studiato fin dai primi anni del 1900 nei laboratori accademici di tutto il mondo. In sostanza, si basa sull'assorbimento chimico della CO2 tramite molecole di ossido per formare un carbonato, quindi sulla decomposizione elettrochimica di quella molecola di carbonato nel suo ossido originale. La reazione netta qui è semplicemente CO2 à C(solido) + O2(gas). Le implicazioni di questo processo sono profonde, poiché è un semplice processo a 4 elettroni per produrre carbonio solido dall'anidride carbonica gassosa.

La CO2 è estremamente stabile, motivo per cui è diventata problematica nella nostra atmosfera, ma quando la riportiamo alla sua forma di carbonio solido, è anche estremamente stabile e si presta allo stoccaggio permanente del carbonio. Questa è una distinzione importante, perché molte tecnologie di trasformazione della CO2 producono prodotti finali che riemetteranno CO2 nel loro ciclo di vita. Questi sono nella migliore delle ipotesi carbon neutral, ma non prevedono uno stoccaggio permanente a lungo termine. I prodotti solidi come il nostro processo presentano il meglio di entrambi i mondi: trasformazione del carbonio (realizzazione di un prodotto economico dalla CO2) e sequestro (stoccaggio a lungo termine).

3. Come viene finanziata la società SkyNano? Chi sono gli stakeholder coinvolti? Quali sono i tuoi obiettivi di finanziamento?

Ad agosto 2022, SkyNano ha raccolto circa 8.5 milioni di dollari (milioni) di finanziamenti non diluitivi da una varietà di fonti federali, statali e commerciali. I nostri principali sostenitori federali sono il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, la National Science Foundation e il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. La tecnologia di SkyNano tocca gli obiettivi strategici di quasi tutte le agenzie federali, sia attraverso i nostri sforzi di decarbonizzazione, sia attraverso i materiali specifici che stiamo producendo, che sono stati identificati come materiale critico per la sicurezza nazionale. A tal fine, abbiamo una serie di parti interessate coinvolte, comprese le fonti di emissioni, i responsabili politici preoccupati per la decarbonizzazione, i clienti dei crediti di rimozione del carbonio e i clienti dei materiali che produciamo.

Fin dall'inizio, ci siamo concentrati sui clienti dei materiali che produciamo dalla CO2. I materiali additivi a base di carbonio solido sono disponibili in un'ampia gamma di strutture e siamo in grado di soddisfare molte delle esigenze del mercato attuale insieme alla creazione di nuovi mercati attraverso materiali di carbonio avanzati a basso prezzo. I nostri obiettivi di finanziamento rimangono incentrati sulla soddisfazione delle esigenze dei clienti e, per questo motivo, sono incentrati su finanziamenti basati su progetti provenienti sia da sovvenzioni per la ricerca e sviluppo che da progetti pilota pagati con i clienti.

4. Ottieni la tua CO2 catturandola direttamente dall'aria. Non è molto efficiente, giusto. Puoi ottenerlo anche da flussi di CO2 concentrata provenienti da cementifici e acciaierie e altri settori difficili da abbattere?

È corretto. Non è molto efficiente estrarre CO2 dall'atmosfera. La nostra tecnologia certamente può funziona come un processo di cattura dell'aria diretto, ma è molto più efficiente quando lavoriamo con flussi di input che contengono almeno l'1% di CO2. Si tratta di flussi di rifiuti che si trovano in industrie che vanno dal cemento e acciaio, ai prodotti chimici e alla produzione di energia. Attualmente abbiamo una collaborazione in corso con la Tennessee Valley Authority, la più grande utilità pubblica del nostro paese, per dimostrare che i gas di scarico delle centrali elettriche a gas naturale a ciclo combinato possono essere utilizzati per produrre prodotti a base di carbonio solido.

Ci sono una serie di parti interessate lungo la catena delle emissioni di carbonio. A un'estremità ci sono alcune tecnologie molto adatte per la cattura diretta dell'aria per produrre un flusso concentrato di CO2. All'altra estremità ci sono molte tecnologie in grado di elaborare CO2 ad alta purezza (>90%). Ci sono molte meno tecnologie che possono funzionare con l'1-80% di CO2 senza pre-concentrazione, ed è da qui che la stragrande maggioranza delle nostre emissioni di CO2 proviene oggi. La tecnologia di SkyNano funziona davvero bene per accoppiarsi direttamente alle emissioni di sorgenti puntuali e decarbonizzare alcuni dei settori difficili da abbattere su cui tutti facciamo affidamento per la qualità della vita odierna.

5. Quanto è costoso il tuo processo rispetto alla cattura del carbonio e all'iniezione sotterranea e allo stoccaggio di CO2 (CCUS), che probabilmente richiederanno una tassa sul carbonio a meno che il petrolio non venga prodotto dall'altra parte.

Gli aspetti economici che sfidano il CCUS sono principalmente che non vi è alcun vantaggio economico al di fuori di una possibile tassa sul carbonio, quindi l'esercizio complessivo è una perdita netta per le aziende. Le grandi aziende stanno ancora prendendo in considerazione CCUS in questo momento a causa della maturità di quella tecnologia e del loro desiderio di decarbonizzare rapidamente, ma è in ogni caso una perdita netta complessiva, anche con incentivi fiscali.

Il processo di SkyNano è economicamente fattibile in base al valore del nostro prodotto in uscita da CO2, carbonio solido e incentivi fiscali sarebbero semplicemente un bonus. In effetti, con l'attuale struttura fiscale del 45° trimestre, le entrate potenziali derivanti dagli incentivi fiscali sono trascurabili rispetto alle entrate derivanti dal nostro prodotto di carbonio.

Quando si tratta di costi, alcune delle sfide con CCUS sono il permesso, gli ostacoli normativi e altri costi che non sono sempre evidenti quando si valuta la tecnologia in base ai suoi meriti. Per SkyNano, i nostri costi derivano principalmente dall'energia elettrica necessaria per guidare il nostro processo e prevediamo di beneficiare nel tempo della prevista riduzione dei prezzi dell'energia con l'ingresso di più energie rinnovabili nella nostra rete.

Per qualche altra domanda e risposta, vedere SkyNano Startup per convertire la CO2 in carbonio solido: parte 2 – Mercati e una soluzione climatica.