Inicio de SkyNano para convertir CO2 en carbono sólido: Parte 1

Se seguirán generando muchas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) para 2050; algunas estimaciones son de 10 a 15 mil millones de toneladas/año. Este GEI "sobrante" debe eliminarse de alguna manera si el mundo quiere lograr cero emisiones netas para 2050. Un método, la captura de carbono y el almacenamiento subterráneo (CCUS, por sus siglas en inglés) ha sido el más estudiado porque ha sido implementado por empresas de petróleo y gas. empresas durante décadas, aunque hay serias limitaciones.

Pero hay un chico nuevo en la cuadra. A compañía llamada SkyNano, iniciado en 2017, utiliza un proceso electroquímico para convertir CO2 en nanotubos de carbono sólidos en lugar de un proceso termoquímico utilizado en la producción convencional de nanotubos. El único subproducto es el oxígeno en contraste con el monóxido de carbono, los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y los compuestos orgánicos volátiles (VOVO
Cs) de otros métodos.

Los nanotubos de carbono son tubos huecos de carbono con tamaño en nanómetros. Estos carbones sólidos son resistentes y se usan en armaduras para vehículos. Pueden transportar corrientes eléctricas y se utilizan en cables de transmisión. Son flexibles y se utilizan en tela tejida.

Dado que el proceso también se puede utilizar para convertir las corrientes de CO2 emitidas por las fábricas de cemento y acero, es una gran promesa para eliminar las emisiones difíciles de reducir.

La directora ejecutiva de SkyNano es Anna Douglas, quien cofundó la empresa en 2017 durante su doctorado en Vanderbilt con el profesor Cary Pint, director de tecnología de SkyNano. Anna se graduó de la Universidad Lee con una licenciatura en Matemáticas y Química en 2014 y completó un doctorado de Vanderbilt en 2019 en Ciencia de Materiales Interdisciplinarios. Su trabajo relacionado con la tecnología de SkyNano se ha destacado en muchas publicaciones científicas revisadas por pares, un premio Forbes 2019 under 30 de 30, un premio R&D2020 de 100, un premio a la innovación TechConnect de 2021 y un premio de administración ambiental del gobernador de 2022 del estado de Tennessee.

A continuación se muestra la Parte 1 de una entrevista con Anna que está relacionada con la nueva tecnología y la financiación de la empresa emergente, incluida una comparación con la captura, inyección subterránea y almacenamiento de carbono (CCUS).

La Parte 2 seguirá en breve y está orientada a los mercados y las soluciones climáticas.

1. ¿Cuál es la historia de fondo de la formación de la empresa SkyNano?

Cuando era estudiante de pregrado, hice una pasantía de verano en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, OH, y me enamoré por completo de la nanotecnología y la ciencia de los materiales. Fui a Vanderbilt para obtener un doctorado en ciencia de los materiales y comencé a trabajar en nanomateriales para el almacenamiento de energía como tema de investigación, ya que estaba convencido de que el almacenamiento de energía era (y es) el cuello de botella más importante para una infraestructura energética sostenible. Mientras estudiaba las baterías, me di cuenta de que la forma en que sintetizamos y extraemos muchos materiales que componen las baterías no es muy sostenible e incluso puede socavar el uso de las baterías como tecnología "limpia".

Mi asesor de doctorado y yo comenzamos a buscar otras formas de hacer estructuras de carbono, que tienen una gran variedad de usos en la química de las baterías, y descubrimos un proceso electroquímico que se había estudiado desde principios del siglo XX para convertir el CO1900 en carbono sólido, pero sin una alta selectividad. para estructuras de carbono específicas. Pensamos que si abordábamos este tema desde la base de la síntesis de nanomateriales, podríamos mejorar la selectividad que se requiere para llevar la tecnología al mercado. Poco después de eso, obtuvimos nuestro primer financiamiento del programa Innovation Crossroads del Departamento de Energía, un programa empresarial integrado en el laboratorio, y el resto es historia.

2. ¿Cuál es la tecnología subyacente fundamental de SkyNano?

La tecnología subyacente de SkyNano se basa en un proceso químico que se ha estudiado desde principios del siglo XX en laboratorios académicos de todo el mundo. En esencia, se basa en la absorción química de CO1900 a través de moléculas de óxido para formar un carbonato, luego la descomposición electroquímica de esa molécula de carbonato vuelve a su óxido original. La reacción neta aquí es simplemente CO2 à C (sólido) + O2 (gas). Las implicaciones de este proceso son profundas, ya que es un proceso simple de 2 electrones para producir carbono sólido a partir de dióxido de carbono gaseoso.

El CO2 es extremadamente estable, lo cual es parte de por qué se ha vuelto problemático en nuestra atmósfera, pero cuando lo devolvemos a su forma de carbono sólido, también es extremadamente estable y se presta para el almacenamiento permanente de carbono. Esta es una distinción importante, porque muchas tecnologías de transformación de CO2 producen productos finales que volverán a emitir CO2 en su ciclo de vida. Estos son, en el mejor de los casos, neutros en carbono, pero no proporcionan un almacenamiento permanente a largo plazo. Los productos sólidos como nuestro proceso presentan lo mejor de ambos mundos: transformación de carbono (hacer un producto económico a partir de CO2) y secuestro (almacenamiento a largo plazo).

3. ¿Cómo se financia la empresa SkyNano? ¿Quiénes son las partes interesadas comprometidas? ¿Cuáles son sus objetivos de financiación?

A partir de agosto de 2022, SkyNano ha recaudado ~$8.5 millones (millones) en fondos no diluibles de una variedad de fuentes federales, estatales y comerciales. Nuestros principales patrocinadores federales son el Departamento de Energía de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Defensa de EE. UU. La tecnología de SkyNano toca los objetivos estratégicos de casi todas las agencias federales, ya sea a través de nuestros esfuerzos de descarbonización o a través de los materiales específicos que estamos produciendo, que han sido identificados como materiales críticos para la seguridad nacional. A tal efecto, contamos con una variedad de partes interesadas involucradas, incluidas fuentes de emisiones, legisladores preocupados por la descarbonización, clientes de créditos de eliminación de carbono y clientes de los materiales que producimos.

Desde nuestros inicios, nos hemos centrado en los clientes de los materiales que producimos a partir de CO2. Los materiales aditivos de carbono sólido vienen en una amplia gama de estructuras, y podemos abordar muchas de las necesidades del mercado actual junto con la creación de nuevos mercados a través de materiales de carbono avanzados de menor precio. Nuestros objetivos de financiación siguen centrados en satisfacer las necesidades de los clientes y, por ese motivo, se centran en la financiación basada en proyectos procedente tanto de subvenciones de I+D como de pilotos pagados con los clientes.

4. Obtienes tu CO2 por captura directa del aire. Eso no es muy eficiente, ¿verdad? ¿También puede obtenerlo de las corrientes de CO2 concentrado de las fábricas de cemento y acero y otros sectores difíciles de reducir?

Eso es correcto. No es muy eficiente extraer CO2 de la atmósfera. Nuestra tecnología ciertamente podemos funcionan como un proceso de captura de aire directo, pero es mucho más eficiente cuando trabajamos con flujos de entrada que contienen al menos un 1 % de CO2. Estos son flujos de desechos que se encuentran en industrias que van desde el cemento y el acero hasta los productos químicos y la producción de energía. Actualmente tenemos una colaboración continua con Tennessee Valley Authority, la empresa de servicios públicos más grande de nuestro país, para demostrar que el gas de combustión de las plantas de energía de gas natural de ciclo combinado se puede usar para producir productos de carbón sólido.

Hay una variedad de partes interesadas a lo largo de la cadena de emisiones de carbono. Por un lado, hay algunas tecnologías que son muy adecuadas para la captura directa de aire para producir una corriente concentrada de CO2. En el otro extremo se encuentran muchas tecnologías capaces de procesar CO2 de alta pureza (>90%). Hay muchas menos tecnologías que pueden funcionar con 1-80 % de CO2 sin concentración previa, y de ahí proviene la gran mayoría de nuestras emisiones de CO2 en la actualidad. La tecnología de SkyNano funciona muy bien para acoplarse directamente a las emisiones de fuentes puntuales y descarbonizar algunos de los sectores difíciles de reducir en los que todos confiamos para la calidad de vida actual.

5. ¿Qué tan costoso es su proceso en comparación con la captura de carbono y la inyección subterránea y el almacenamiento de CO2 (CCUS) que probablemente requerirá un impuesto al carbono a menos que se produzca petróleo en el otro extremo?

La economía que desafía a CCUS es principalmente que no hay una ventaja económica fuera de un posible impuesto al carbono, por lo que el ejercicio general es una pérdida neta para las empresas. Las grandes empresas todavía están considerando CCUS en este momento debido a la madurez de esa tecnología y su deseo de descarbonizarse rápidamente, pero es una pérdida neta general en todos los casos, incluso con incentivos basados ​​en impuestos.

El proceso de SkyNano es económicamente factible en función del valor de nuestro producto de salida de CO2, carbono sólido y los incentivos fiscales serían simplemente una bonificación. De hecho, bajo la estructura impositiva 45Q actual, los ingresos potenciales de los incentivos fiscales son insignificantes en comparación con los ingresos de nuestro producto de carbono.

Cuando se trata de costos, algunos de los desafíos con CCUS son los permisos, los obstáculos regulatorios y otros costos que no siempre son obvios cuando se evalúa la tecnología según sus méritos. Para SkyNano, nuestros costos se derivan principalmente de la energía eléctrica que se necesita para impulsar nuestro proceso, y esperamos beneficiarnos con el tiempo de la disminución proyectada en el precio de la energía con el inicio de más energías renovables en nuestra red.

Para algunas preguntas y respuestas más, consulte SkyNano Startup para convertir CO2 en carbono sólido: Parte 2: Mercados y una solución climática.