بدء تشغيل SkyNano لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربون صلب: الجزء 2

سيستمر توليد الكثير من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بحلول عام 2050 - بعض التقديرات تتراوح ما بين 10-15 مليار طن / سنة. يجب التخلص من غازات الدفيئة "المتبقية" بطريقة ما إذا كان العالم سيصل إلى صافي الصفر بحلول عام 2050. تمت دراسة إحدى الطرق ، وهي احتجاز الكربون وتخزينه تحت الأرض (CCUS) لأنه تم تنفيذه بواسطة النفط والغاز لعقود من الزمن ، على الرغم من وجودها قيود خطيرة.

لكن هناك طفل جديد على الكتلة. أ تسمى شركة SkyNano، التي بدأت في عام 2017 ، تستخدم عملية كهروكيميائية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أنابيب نانوية كربونية صلبة بدلاً من عملية كيميائية حرارية مستخدمة في إنتاج الأنابيب النانوية التقليدية. المنتج الثانوي الوحيد هو الأكسجين على عكس أول أكسيد الكربون والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) والمركبات العضوية المتطايرة (VOVO
Cs) من طرق أخرى.

الأنابيب النانوية الكربونية هي أنابيب مجوفة من الكربون بحجم نانومتر. هذه الكربونات الصلبة صلبة ، وتستخدم في دروع المركبات. يمكن أن تحمل التيارات الكهربائية ، وتستخدم في كابلات النقل. إنها مرنة ، وتستخدم في النسيج المنسوج.

نظرًا لأنه يمكن أيضًا استخدام العملية لتحويل تدفقات ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من مصانع الأسمنت والصلب ، فإنها تحمل وعودًا كبيرة لإزالة الانبعاثات التي يصعب تخفيفها.

الرئيسة التنفيذية لشركة SkyNano هي آنا دوغلاس التي شاركت في تأسيس الشركة في عام 2017 أثناء حصولها على درجة الدكتوراه في فاندربيلت مع البروفيسور كاري بينت ، كبير التكنولوجيا في SkyNano. تخرجت آنا من جامعة لي بدرجة البكالوريوس في الرياضيات والكيمياء في عام 2014 ، وأكملت درجة الدكتوراه من فاندربيلت في عام 2019 في علوم المواد متعددة التخصصات. تم تسليط الضوء على عملها المتعلق بتكنولوجيا SkyNano في العديد من المنشورات العلمية التي تمت مراجعتها من قبل النظراء ، وجائزة Forbes 2019 تحت 30 لعام 30 ، وجائزة 2020 R & D100 ، وجائزة 2021 TechConnect Innovation ، وجائزة الحاكم البيئي لعام 2022 من ولاية تينيسي.

يوجد أدناه الجزء الأول من مقابلة مع Anna والتي تتعلق بالتكنولوجيا الجديدة وتمويل الشركة الناشئة ، بما في ذلك مقارنة مع احتجاز الكربون والحقن تحت الأرض والتخزين (CCUS).

سيتبع الجزء الثاني قريبًا وهو موجه للأسواق وحلول المناخ.

1. ما هي قصة خلفية تشكيل شركة SkyNano؟

عندما كنت طالبًا جامعيًا ، أجريت تدريبًا صيفيًا في مركز أبحاث ناسا جلين في كليفلاند ، أوهايو ووقعت تمامًا في حب تكنولوجيا النانو وعلوم المواد. ذهبت إلى فاندربيلت للحصول على درجة الدكتوراه في علم المواد وبدأت العمل على المواد النانوية لتخزين الطاقة كموضوع بحثي ، حيث شعرت بقوة أن تخزين الطاقة كان (وما زال) أهم عنق الزجاجة للبنية التحتية للطاقة المستدامة. بينما كنت أدرس البطاريات ، أدركت أن الطريقة التي نصنع بها العديد من المواد التي تتكون منها البطاريات وتعدينها ليست مستدامة للغاية ، بل ويمكن أن تقوض استخدام البطاريات كتقنية "نظيفة".

بدأت أنا ومستشار الدكتوراه الخاص بي في البحث عن طرق أخرى لصنع هياكل الكربون ، التي لها عدد لا يحصى من الاستخدامات في كيمياء البطاريات ، واكتشفت عملية كهروكيميائية تمت دراستها منذ أوائل القرن العشرين لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربون صلب ، ولكن بدون انتقائية عالية لهياكل كربونية محددة. اعتقدنا أنه إذا تناولنا هذا الموضوع من خلفية تركيب المواد النانوية ، فقد نتمكن من تحسين الانتقائية المطلوبة لإدخال التكنولوجيا إلى السوق. بعد ذلك بوقت قصير ، حصلنا على أول جزء من التمويل من برنامج Innovation Crossroads التابع لوزارة الطاقة ، وهو برنامج ريادة الأعمال المضمن في المختبر ، والباقي هو التاريخ.

2. ما هي التكنولوجيا الأساسية الأساسية لـ SkyNano؟

تعتمد تقنية SkyNano الأساسية على عملية كيميائية تمت دراستها منذ أوائل القرن العشرين في المعامل الأكاديمية في جميع أنحاء العالم. في جوهرها ، يعتمد على الامتصاص الكيميائي لثاني أكسيد الكربون عبر جزيئات الأكسيد لتشكيل كربونات ، ثم التحلل الكهروكيميائي لجزيء الكربونات إلى أكسيده الأصلي. التفاعل الصافي هنا هو ببساطة CO1900 à C (صلب) + O2 (غاز). إن الآثار المترتبة على هذه العملية عميقة ، حيث إنها عملية بسيطة مكونة من 2 إلكترونات لإنتاج الكربون الصلب من ثاني أكسيد الكربون الغازي.

ثاني أكسيد الكربون مستقر للغاية ، وهذا جزء من سبب كونه مشكلة في غلافنا الجوي ، ولكن عندما نعيده إلى شكل الكربون الصلب ، يكون هذا أيضًا مستقرًا للغاية ، ويؤدي إلى تخزين الكربون الدائم. هذا تمييز مهم ، لأن العديد من تقنيات تحويل ثاني أكسيد الكربون تنتج منتجات نهائية ستعيد انبعاث ثاني أكسيد الكربون في دورة حياتها. هذه في أفضل الأحوال محايدة للكربون ، لكنها لا توفر تخزينًا دائمًا طويل الأجل. تقدم المنتجات الصلبة مثل عمليتنا أفضل ما في العالمين: تحويل الكربون (صنع منتج اقتصادي من ثاني أكسيد الكربون) وعزل (تخزين طويل الأجل).

3. كيف يتم تمويل شركة SkyNano؟ من هم أصحاب المصلحة المشاركين؟ ما هي أهدافك التمويلية؟

اعتبارًا من أغسطس 2022 ، جمعت SkyNano حوالي 8.5 مليون دولار (مليون) من التمويل غير المخفف من مجموعة متنوعة من المصادر الفيدرالية والولائية والتجارية. الداعمون الفيدراليون الرئيسيون لدينا هم وزارة الطاقة الأمريكية ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، ووزارة الدفاع الأمريكية. تلامس تقنية SkyNano الأهداف الإستراتيجية لكل وكالة فيدرالية تقريبًا ، إما من خلال جهودنا لإزالة الكربون ، أو من خلال المواد المحددة التي ننتجها ، والتي تم تحديدها على أنها مادة مهمة للأمن القومي. لهذا الغرض ، لدينا مجموعة من أصحاب المصلحة المشاركين ، بما في ذلك مصادر الانبعاثات ، وصانعي السياسات المهتمين بشأن إزالة الكربون ، وعملاء أرصدة إزالة الكربون ، وعملاء المواد التي ننتجها.

منذ بدايتنا ، ركزنا الليزر على عملاء المواد التي ننتجها من ثاني أكسيد الكربون. تأتي المواد المضافة للكربون الصلب في مجموعة واسعة من الهياكل ، ونحن قادرون على تلبية العديد من احتياجات السوق الحالية إلى جانب إنشاء أسواق جديدة من خلال مواد كربونية متطورة منخفضة السعر. تظل أهدافنا التمويلية مركزة على تلبية احتياجات العملاء ، ولهذا السبب تتركز على التمويل القائم على المشاريع الذي يتم الحصول عليه من منح البحث والتطوير والطيارين المدفوعين مع العملاء.

4. تحصل على ثاني أكسيد الكربون عن طريق الالتقاط المباشر من الهواء. هذا ليس فعالا للغاية ، أليس كذلك. هل يمكنك الحصول عليه أيضًا من تدفقات ثاني أكسيد الكربون المركز من مصانع الأسمنت والصلب وغيرها من القطاعات التي يصعب التخفيف منها؟

هذا صحيح. ليس من الفعال للغاية سحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. تقنيتنا بالتأكيد يمكن تعمل على هذا النحو عملية التقاط الهواء المباشر ، ولكنها أكثر كفاءة عندما نعمل مع تدفقات الإدخال التي لا تقل عن 1 ٪ من ثاني أكسيد الكربون. هذه هي مجاري النفايات الموجودة في الصناعات التي تتراوح من الأسمنت والصلب إلى المواد الكيميائية وإنتاج الطاقة. لدينا حاليًا تعاون مستمر مع هيئة وادي تينيسي ، أكبر مرفق عام في بلدنا ، لإثبات أنه يمكن استخدام غاز المداخن من محطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي ذات الدورة المركبة لإنتاج منتجات الكربون الصلب.

هناك مجموعة من أصحاب المصلحة عبر سلسلة انبعاثات الكربون. في أحد الأطراف ، توجد بعض التقنيات المناسبة جدًا لالتقاط الهواء المباشر لإنتاج تيار مركّز من ثاني أكسيد الكربون. في الطرف الآخر توجد العديد من التقنيات القادرة على معالجة ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء (> 2٪). هناك عدد أقل بكثير من التقنيات التي يمكنها العمل مع 2-90٪ من ثاني أكسيد الكربون دون تركيز مسبق ، وهذا هو المكان الذي تأتي منه الغالبية العظمى من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لدينا اليوم. تعمل تقنية SkyNano جيدًا حقًا للربط المباشر بانبعاثات المصدر النقطي وإزالة الكربون من بعض القطاعات التي يصعب تخفيفها والتي نعتمد عليها جميعًا لجودة الحياة اليوم.

5. ما مدى تكلفة عمليتك مقارنةً باحتجاز الكربون والحقن تحت الأرض وتخزين ثاني أكسيد الكربون (CCUS) والذي سيتطلب على الأرجح ضريبة الكربون ما لم يتم إنتاج النفط في الطرف الآخر.

الاقتصاد الذي يتحدى CCUS هو في المقام الأول أنه لا يوجد جانب اقتصادي إيجابي خارج ضريبة الكربون المحتملة ، وبالتالي فإن الممارسة الشاملة تمثل خسارة صافية للشركات. لا تزال الشركات الكبرى تفكر في استخدام تقنية CCUS في الوقت الحالي نظرًا لنضج تلك التكنولوجيا ورغبتها في إزالة الكربون بسرعة ، لكنها تمثل خسارة صافية شاملة في كل حالة ، حتى مع وجود الحوافز الضريبية.

عملية SkyNano مجدية اقتصاديًا استنادًا إلى قيمة منتجنا الناتج من ثاني أكسيد الكربون والكربون الصلب والحوافز الضريبية ستكون مجرد مكافأة. في الواقع ، في ظل الهيكل الضريبي الحالي 2Q ، فإن الإيرادات المحتملة من الحوافز الضريبية لا تذكر مقارنة بالإيرادات من منتج الكربون الخاص بنا.

عندما يتعلق الأمر بالتكاليف ، فإن بعض التحديات مع CCUS هي السماح والعقبات التنظيمية والتكاليف الأخرى التي لا تكون واضحة دائمًا عند تقييم التكنولوجيا على أساس مزاياها. بالنسبة إلى SkyNano ، تُستمد تكاليفنا بشكل أساسي من الطاقة الكهربائية التي نحتاجها لدفع عمليتنا ، ونتوقع الاستفادة بمرور الوقت من الانخفاض المتوقع في أسعار الطاقة مع بداية المزيد من مصادر الطاقة المتجددة في شبكتنا.

لمزيد من الأسئلة والأجوبة ، انظر بدء تشغيل SkyNano لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربون صلب: الجزء 2 - الأسواق وحل المناخ.