Startup SkyNano Untuk Mengubah CO2 Menjadi Karbon Padat: Bagian 1

Banyak emisi gas rumah kaca (GRK) masih akan dihasilkan pada tahun 2050 – beberapa perkiraan adalah 10-15 Miliar ton/tahun. GRK “sisa” ini harus dibuang dengan cara tertentu jika dunia ingin mencapai net-zero pada tahun 2050. Salah satu metode, carbon capture and underground storage (CCUS) telah banyak dipelajari karena telah diterapkan oleh minyak dan gas. perusahaan selama beberapa dekade, meskipun ada keterbatasan serius.

Tapi ada anak baru di blok itu. SEBUAH perusahaan bernama SkyNano, dimulai pada tahun 2017, menggunakan proses elektrokimia untuk mengubah CO2 menjadi nanotube karbon padat daripada proses termokimia yang digunakan dalam produksi nanotube konvensional. Satu-satunya produk sampingan adalah oksigen berbeda dengan karbon monoksida, hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH), dan senyawa organik yang mudah menguap (VOVO
Cs) dari metode lain.

Karbon nanotube adalah tabung karbon berongga dengan ukuran dalam nanometer. Karbon padat ini tangguh, dan digunakan sebagai pelindung kendaraan. Mereka dapat membawa arus listrik, dan digunakan dalam kabel transmisi. Mereka fleksibel, dan digunakan dalam kain tenun.

Karena proses ini juga dapat digunakan untuk mengubah aliran CO2 yang dipancarkan dari pabrik pembuatan semen dan baja, proses ini memberikan janji besar untuk menghilangkan emisi yang sulit dikurangi.

CEO SkyNano adalah Anna Douglas yang ikut mendirikan perusahaan pada tahun 2017 selama gelar PhD di Vanderbilt bersama Prof. Cary Pint, CTO SkyNano. Anna lulus dari Lee University dengan gelar di bidang Matematika dan Kimia pada tahun 2014, dan menyelesaikan gelar PhD dari Vanderbilt pada tahun 2019 dalam Ilmu Material Interdisipliner. Karyanya yang terkait dengan teknologi SkyNano telah disorot dalam banyak publikasi ilmiah yang ditinjau sejawat, penghargaan Forbes 2019 under 30 30, Penghargaan R&D2020 100, Penghargaan Inovasi TechConnect 2021, dan Penghargaan Pengelolaan Lingkungan Gubernur 2022 dari Negara Bagian Tennessee.

Di bawah ini adalah Bagian 1 dari wawancara dengan Anna yang membahas tentang teknologi dan pendanaan baru perusahaan rintisan, termasuk perbandingan dengan penangkapan karbon, injeksi bawah tanah, dan penyimpanan (CCUS).

Bagian 2 akan segera menyusul dan ditujukan untuk pasar dan solusi iklim.

1. Bagaimana latar belakang berdirinya perusahaan SkyNano?

Ketika saya masih mahasiswa sarjana, saya melakukan magang musim panas di NASA Glenn Research Center di Cleveland, OH dan benar-benar jatuh cinta dengan nanoteknologi dan ilmu material. Saya pergi ke Vanderbilt untuk mengejar gelar PhD dalam ilmu material dan mulai mengerjakan nanomaterial untuk penyimpanan energi sebagai topik penelitian, karena saya merasa sangat yakin bahwa penyimpanan energi adalah (dan merupakan) hambatan paling signifikan untuk infrastruktur energi berkelanjutan. Saat saya mempelajari baterai, saya menyadari cara kita mensintesis dan menambang banyak bahan yang membentuk baterai sebenarnya sangat tidak berkelanjutan, dan bahkan dapat merusak penggunaan baterai sebagai teknologi "bersih".

Penasihat PhD saya dan saya mulai mencari cara lain untuk membuat struktur karbon, yang memiliki banyak kegunaan dalam kimia baterai, dan menemukan proses elektrokimia yang telah dipelajari sejak awal 1900-an untuk mengubah CO2 menjadi karbon padat, tetapi tanpa selektivitas tinggi. untuk struktur karbon tertentu. Kami pikir jika kami mendekati topik ini dari latar belakang sintesis bahan nano, kami mungkin dapat meningkatkan selektivitas yang diperlukan untuk membawa teknologi ke pasar. Segera setelah itu, kami mendapatkan dana pertama kami dari program Persimpangan Inovasi Departemen Energi, program kewirausahaan yang tertanam di laboratorium, dan sisanya adalah sejarah.

2. Apa yang mendasari teknologi dasar SkyNano?

Teknologi dasar SkyNano didasarkan pada proses kimia yang telah dipelajari sejak awal 1900-an di laboratorium akademik di seluruh dunia. Pada dasarnya, ini didasarkan pada penyerapan kimia CO2 melalui molekul oksida untuk membentuk karbonat, kemudian dekomposisi elektrokimia dari molekul karbonat itu kembali menjadi oksida aslinya. Reaksi bersih di sini hanyalah CO2 C(padat) + O2(gas). Implikasi dari proses ini sangat mendalam, karena proses 4 elektron sederhana untuk menghasilkan karbon padat dari gas karbon dioksida.

CO2 sangat stabil, yang merupakan bagian dari mengapa hal itu menjadi masalah di atmosfer kita, tetapi ketika kita membawanya kembali ke bentuk karbon padatnya, itu juga sangat stabil, dan memungkinkan penyimpanan karbon permanen. Ini adalah perbedaan penting, karena banyak teknologi transformasi CO2 menghasilkan produk akhir yang akan memancarkan kembali CO2 dalam siklus hidupnya. Ini adalah karbon netral terbaik, tetapi tidak menyediakan penyimpanan permanen jangka panjang. Produk padat seperti proses kami menghadirkan yang terbaik dari kedua dunia: transformasi karbon (membuat produk ekonomis dari CO2) dan sekuestrasi (penyimpanan jangka panjang).

3. Bagaimana perusahaan SkyNano didanai? Siapa pemangku kepentingan yang terlibat? Apa tujuan pendanaan Anda?

Pada Agustus 2022, SkyNano telah mengumpulkan ~$8.5 juta (juta) dalam pendanaan non-dilutif dari berbagai sumber federal, negara bagian, dan komersial. Pendukung federal utama kami adalah Departemen Energi AS, National Science Foundation, dan Departemen Pertahanan AS. Teknologi SkyNano menyentuh tujuan strategis dari hampir setiap agen federal, baik melalui upaya dekarbonisasi kami, atau melalui bahan khusus yang kami produksi, yang telah diidentifikasi sebagai bahan penting untuk keamanan nasional. Untuk itu, kami memiliki berbagai pemangku kepentingan yang terlibat, termasuk sumber emisi, pembuat kebijakan yang peduli dengan dekarbonisasi, pelanggan kredit penghilangan karbon, dan pelanggan bahan yang kami produksi.

Sejak awal, kami berfokus pada pelanggan bahan yang kami hasilkan dari CO2. Bahan aditif karbon padat hadir dalam berbagai struktur, dan kami dapat memenuhi banyak kebutuhan pasar yang ada saat ini bersama dengan menciptakan pasar baru melalui bahan karbon canggih dengan harga lebih rendah. Tujuan pendanaan kami tetap fokus pada pemenuhan kebutuhan pelanggan, dan untuk alasan itu dipusatkan pada pendanaan berbasis proyek yang bersumber baik dari hibah R&D maupun percontohan berbayar dengan pelanggan.

4. Anda mendapatkan CO2 Anda dengan menangkap langsung dari udara. Itu sangat tidak efisien, benar. Bisakah Anda juga mendapatkannya dari aliran CO2 pekat dari pabrik semen dan baja dan sektor lain yang sulit dikurangi?

Itu benar. Sangat tidak efisien untuk menarik CO2 keluar dari atmosfer. Teknologi kami tentu saja bisa beroperasi seperti proses penangkapan udara langsung, tetapi jauh lebih efisien bila kita bekerja dengan aliran input yang setidaknya 1% CO2. Ini adalah aliran limbah yang ditemukan di industri mulai dari semen dan baja, hingga bahan kimia, dan produksi energi. Saat ini kami memiliki kolaborasi berkelanjutan dengan Otoritas Lembah Tennessee, utilitas publik terbesar di negara kami, untuk menunjukkan bahwa gas buang dari pembangkit listrik tenaga gas alam siklus gabungan dapat digunakan untuk menghasilkan produk karbon padat.

Ada berbagai pemangku kepentingan di seluruh rantai emisi karbon. Di satu sisi ada beberapa teknologi yang sangat cocok untuk penangkapan udara langsung untuk menghasilkan aliran CO2 yang terkonsentrasi. Di sisi lain ada banyak teknologi yang mampu memproses CO2 dengan kemurnian tinggi (>90%). Ada jauh lebih sedikit teknologi yang dapat bekerja dengan 1-80% CO2 tanpa pra-konsentrasi, dan dari sinilah sebagian besar emisi CO2 kita berasal saat ini. Teknologi SkyNano bekerja sangat baik untuk menggabungkan langsung ke sumber emisi titik dan mendekarbonisasi beberapa sektor yang sulit dikurangi yang kita semua andalkan untuk kualitas hidup saat ini.

5. Seberapa mahal proses Anda dibandingkan dengan penangkapan karbon dan injeksi bawah tanah dan penyimpanan CO2 (CCUS) yang mungkin memerlukan pajak karbon kecuali minyak diproduksi di ujung yang lain.

Ekonomi yang menantang CCUS terutama adalah bahwa tidak ada keuntungan ekonomi di luar kemungkinan pajak karbon, sehingga pelaksanaannya secara keseluruhan merupakan kerugian bersih bagi perusahaan. Perusahaan besar masih mempertimbangkan CCUS sekarang karena kematangan teknologi itu dan keinginan mereka untuk menghilangkan karbon dengan cepat, tetapi ini adalah kerugian bersih keseluruhan dalam setiap kasus, bahkan dengan insentif berbasis pajak.

Proses SkyNano layak secara ekonomi berdasarkan nilai produk keluaran kami dari CO2, karbon padat, dan insentif pajak hanyalah bonus. Faktanya, di bawah struktur pajak 45Q saat ini, potensi pendapatan dari insentif pajak dapat diabaikan dibandingkan dengan pendapatan dari produk karbon kami.

Ketika datang ke biaya, beberapa tantangan dengan CCUS adalah perizinan, rintangan peraturan, dan biaya lain yang tidak selalu jelas saat mengevaluasi teknologi berdasarkan manfaatnya. Untuk SkyNano, biaya kami terutama berasal dari energi listrik yang diperlukan untuk mendorong proses kami, dan kami berharap dapat memperoleh manfaat dari waktu ke waktu dari proyeksi penurunan harga energi dengan dimulainya lebih banyak energi terbarukan ke jaringan kami.

Untuk beberapa T&J lainnya lihat Startup SkyNano Untuk Mengubah CO2 Menjadi Karbon Padat: Bagian 2 – Pasar Dan Solusi Iklim.