Cwmni Cychwyn SkyNano i Drosi CO2 yn Garbon Solet: Rhan 1

Bydd llawer o allyriadau nwyon tŷ gwydr (GHG) yn dal i gael eu cynhyrchu erbyn 2050 – mae rhai amcangyfrifon yn 10-15 biliwn tunnell y flwyddyn. Mae'n rhaid cael gwared ar y GHG “dros ben” hwn mewn rhyw ffordd os yw'r byd i gyrraedd sero-net erbyn 2050. Un dull, dal carbon a storio tanddaearol (CCUS) sydd wedi'i astudio fwyaf oherwydd ei fod wedi'i weithredu gan olew a nwy cwmnïau ers degawdau, er bod cyfyngiadau difrifol.

Ond mae yna blentyn newydd ar y bloc. A cwmni o'r enw SkyNano, a ddechreuwyd yn 2017, yn defnyddio proses electrocemegol i drosi CO2 yn nanotiwbiau carbon solet yn hytrach na phroses thermocemegol a ddefnyddir wrth gynhyrchu nanotiwb confensiynol. Yr unig sgil-gynnyrch yw ocsigen mewn cyferbyniad â charbon monocsid, hydrocarbonau aromatig polysyclig (PAHs), a chyfansoddion organig anweddol (VO).VO
Cs) o ddulliau eraill.

Mae nanotiwbiau carbon yn diwbiau carbon gwag gyda maint mewn nanometrau. Mae'r carbonau solet hyn yn galed, ac yn cael eu defnyddio mewn arfwisg ar gyfer cerbydau. Gallant gario cerrynt trydan, ac fe'u defnyddir mewn ceblau trawsyrru. Maent yn hyblyg, ac yn cael eu defnyddio mewn ffabrig gwehyddu.

Gan y gellir defnyddio'r broses hefyd i drosi ffrydiau o CO2 a allyrrir o ffatrïoedd gwneud sment a dur, mae'n addewid mawr i gael gwared ar allyriadau anodd eu lleihau.

Prif Swyddog Gweithredol SkyNano yw Anna Douglas a gyd-sefydlodd y cwmni yn 2017 yn ystod ei PhD yn Vanderbilt gyda'r Athro Cary Pint, CTO SkyNano. Graddiodd Anna o Brifysgol Lee gyda gradd mewn Mathemateg a Chemeg yn 2014, a chwblhaodd PhD o Vanderbilt yn 2019 mewn Gwyddor Deunyddiau Rhyngddisgyblaethol. Mae ei gwaith yn ymwneud â thechnoleg SkyNano wedi cael ei amlygu mewn llawer o gyhoeddiadau gwyddonol a adolygwyd gan gymheiriaid, gwobr Forbes 2019 dan 30 yn 30, Gwobr Ymchwil a Datblygu 2020, Gwobr Arloesedd TechConnect 100, a Gwobr Stiwardiaeth Amgylcheddol Llywodraethwr 2021 o Dalaith Tennessee.

Isod mae Rhan 1 o gyfweliad ag Anna sy'n allweddol i'r dechnoleg newydd ac ariannu'r cwmni cychwyn, gan gynnwys cymhariaeth â dal carbon, chwistrellu o dan y ddaear a storio (CCUS).

Bydd Rhan 2 yn dilyn yn fuan ac mae wedi'i hanelu at farchnadoedd a datrysiadau hinsawdd.

1. Beth yw stori gefndir ffurfio cwmni SkyNano?

Tra oeddwn yn fyfyriwr israddedig, gwnes interniaeth haf yng Nghanolfan Ymchwil Glenn NASA yn Cleveland, OH a syrthiodd yn llwyr mewn cariad â nanotechnoleg a gwyddor deunyddiau. Es i Vanderbilt i ddilyn PhD mewn gwyddor deunyddiau a dechreuais weithio ar nanoddeunyddiau ar gyfer storio ynni fel pwnc ymchwil, gan fy mod yn teimlo'n gryf mai storio ynni oedd (a dyma) y dagfa fwyaf arwyddocaol i seilwaith ynni cynaliadwy. Tra oeddwn yn astudio batris, sylweddolais nad yw'r ffordd yr ydym yn syntheseiddio a chloddio llawer o ddeunyddiau sy'n ffurfio batris yn gynaliadwy iawn, a gall hyd yn oed danseilio'r defnydd o fatris fel technoleg “glân”.

Dechreuodd fy nghynghorydd PhD a minnau edrych ar ffyrdd eraill o wneud adeileddau carbon, sydd â myrdd o ddefnyddiau mewn cemegau batri, a darganfod proses electrocemegol a astudiwyd ers y 1900au cynnar i drosi CO2 yn garbon solet, ond heb ddetholusrwydd uchel. ar gyfer strwythurau carbon penodol. Roeddem yn meddwl pe baem yn ymdrin â'r pwnc hwn o gefndir synthesis nano-ddeunyddiau, efallai y gallem wella'r detholusrwydd sydd ei angen i ddod â'r dechnoleg i'r farchnad. Yn fuan ar ôl hynny, cawsom ein darn cyntaf o gyllid gan raglen Croesffyrdd Arloesedd yr Adran Ynni, rhaglen entrepreneuraidd sydd wedi’i gwreiddio mewn labordy, ac mae’r gweddill yn hanes.

2. Beth yw technoleg sylfaenol sylfaenol SkyNano?

Mae technoleg sylfaenol SkyNano yn seiliedig ar broses gemegol a astudiwyd ers y 1900au cynnar mewn labordai academaidd ledled y byd. Yn ei hanfod, mae'n seiliedig ar amsugno cemegol CO2 trwy foleciwlau ocsid i ffurfio carbonad, yna dadelfeniad electrocemegol y moleciwl carbonad hwnnw yn ôl i'w ocsid gwreiddiol. Yr adwaith net yma yn syml yw CO2 à C(solid) + O2(nwy). Mae goblygiadau'r broses hon yn ddwys, gan ei bod yn broses 4-electron syml i gynhyrchu carbon solet o garbon deuocsid nwyol.

Mae CO2 yn hynod sefydlog, sy'n rhan o'r rheswm pam ei fod wedi dod yn broblemus yn ein hatmosffer, ond pan fyddwn yn dod ag ef yn ôl i'w ffurf garbon solet, mae hynny hefyd yn hynod o sefydlog, ac yn rhoi benthyg i storio carbon parhaol. Mae hwn yn wahaniaeth pwysig, oherwydd mae llawer o dechnolegau trawsnewid CO2 yn cynhyrchu cynhyrchion terfynol a fydd yn ail-allyrru CO2 yn eu cylch bywyd. Mae'r rhain yn garbon niwtral ar y gorau, ond nid ydynt yn darparu ar gyfer storio parhaol yn y tymor hir. Mae cynhyrchion solet fel ein proses yn cyflwyno'r gorau o'r ddau fyd: trawsnewid carbon (gwneud cynnyrch darbodus o CO2) a dal a storio (storio hirdymor).

3. Sut mae cwmni SkyNano yn cael ei ariannu? Pwy yw'r rhanddeiliaid sy'n ymgysylltu? Beth yw eich nodau ariannu?

Ym mis Awst 2022, mae SkyNano wedi codi ~ $ 8.5M (miliwn) mewn cyllid nad yw'n wanhau o amrywiaeth o ffynonellau ffederal, gwladwriaethol a masnachol. Ein prif gefnogwyr ffederal yw Adran Ynni yr UD, y Sefydliad Gwyddoniaeth Cenedlaethol, ac Adran Amddiffyn yr UD. Mae technoleg SkyNano yn cyffwrdd â nodau strategol bron pob asiantaeth ffederal, naill ai trwy ein hymdrechion datgarboneiddio, neu drwy'r deunyddiau penodol yr ydym yn eu cynhyrchu, sydd wedi'u nodi fel deunydd hanfodol o ddiogelwch cenedlaethol. I’r perwyl hwnnw, mae gennym amrywiaeth o randdeiliaid sy’n ymgysylltu, gan gynnwys ffynonellau allyriadau, llunwyr polisi sy’n pryderu am ddatgarboneiddio, cwsmeriaid credydau tynnu carbon, a chwsmeriaid y deunyddiau a gynhyrchwn.

Ers ein sefydlu, rydym wedi bod yn canolbwyntio ar laser ar gwsmeriaid y deunyddiau rydym yn eu cynhyrchu o CO2. Daw deunyddiau ychwanegyn carbon solet mewn ystod eang o strwythurau, a gallwn fynd i'r afael â llawer o anghenion presennol y farchnad heddiw ynghyd â chreu marchnadoedd newydd trwy ddeunyddiau carbon uwch am bris is. Mae ein nodau ariannu yn parhau i ganolbwyntio ar ddiwallu anghenion cwsmeriaid, ac am y rheswm hwnnw maent yn canolbwyntio ar gyllid sy'n seiliedig ar brosiectau a ddaw o grantiau Ymchwil a Datblygu a chynlluniau peilot taledig gyda chwsmeriaid.

4. Rydych chi'n cael eich CO2 trwy ei ddal yn uniongyrchol o'r awyr. Nid yw hynny'n effeithlon iawn, iawn. A allwch chi hefyd ei gael o ffrydiau o CO2 crynodedig o ffatrïoedd sment a dur a sectorau eraill sy'n anodd eu lleihau?

Mae hynny'n gywir. Nid yw'n effeithlon iawn i dynnu CO2 allan o'r atmosffer. Ein technoleg yn sicr Gallu gweithredu fel proses dal aer uniongyrchol o'r fath, ond mae'n llawer mwy effeithlon pan fyddwn yn gweithio gyda ffrydiau mewnbwn sydd o leiaf 1% CO2. Mae'r rhain yn ffrydiau gwastraff a geir mewn diwydiannau sy'n amrywio o sment a dur, i gemegau, a chynhyrchu ynni. Ar hyn o bryd mae gennym gydweithrediad parhaus ag Awdurdod Dyffryn Tennessee, cyfleustodau cyhoeddus mwyaf ein gwlad, i ddangos y gellir defnyddio nwy ffliw o weithfeydd pŵer nwy naturiol cylch cyfunol i gynhyrchu cynhyrchion carbon solet.

Mae amrywiaeth o randdeiliaid ar draws y gadwyn allyriadau carbon. Ar un pen mae rhai technolegau sy'n addas iawn ar gyfer dal aer yn uniongyrchol i gynhyrchu llif CO2 crynodedig. Ar y pen arall mae llawer o dechnolegau sy'n gallu prosesu CO2 purdeb uchel (>90%). Mae llawer llai o dechnolegau a all weithio gyda 1-80% o CO2 heb ganolbwyntio ymlaen llaw, a dyma lle mae mwyafrif helaeth ein hallyriadau CO2 yn dod heddiw. Mae technoleg SkyNano yn gweithio'n dda iawn i gyplu allyriadau ffynhonnell pwynt yn uniongyrchol a datgarboneiddio rhai o'r sectorau anodd eu lleihau yr ydym i gyd yn dibynnu arnynt ar gyfer ansawdd bywyd heddiw.

5. Pa mor ddrud yw eich proses o gymharu â dal carbon a chwistrellu a storio CO2 (CCUS) o dan y ddaear a fydd yn ôl pob tebyg angen treth carbon oni bai bod olew yn cael ei gynhyrchu yn y pen arall.

Yr economeg sy'n herio CCUS yn bennaf yw nad oes unrhyw fantais economaidd y tu allan i dreth garbon bosibl, felly mae'r ymarfer cyffredinol yn golled net i gwmnïau. Mae cwmnïau mawr yn dal i ystyried CCUS ar hyn o bryd oherwydd aeddfedrwydd y dechnoleg honno a'u hawydd i ddatgarboneiddio'n gyflym, ond mae'n golled net gyffredinol ym mhob achos, hyd yn oed gyda chymhellion seiliedig ar dreth.

Mae proses SkyNano yn economaidd ymarferol yn seiliedig ar werth ein cynnyrch allbwn o CO2, carbon solet, a byddai cymhellion treth yn fonws yn unig. Mewn gwirionedd, o dan y strwythur treth 45Q presennol, mae’r refeniw posibl o gymhellion treth yn ddibwys o’i gymharu â’r refeniw o’n cynnyrch carbon.

O ran costau, rhai o'r heriau gyda CCUS yw caniatáu, rhwystrau rheoleiddiol, a chostau eraill nad ydynt bob amser yn amlwg wrth werthuso'r dechnoleg yn ôl ei rhinweddau. Ar gyfer SkyNano, mae ein costau’n deillio’n bennaf o’r ynni trydanol y mae’n ei gymryd i lywio ein proses, a disgwyliwn elwa dros amser o’r gostyngiad a ragwelir mewn prisiau ynni gyda dyfodiad mwy o ynni adnewyddadwy i’n grid.

Am ychydig mwy o Holi ac Ateb gweler Cwmni Cychwyn SkyNano i Drosi CO2 yn Garbon Solet: Rhan 2 - Marchnadoedd Ac Ateb Hinsawdd.