Startup SkyNano para converter CO2 em carbono sólido: parte 1

Muitas emissões de gases de efeito estufa (GEE) ainda serão geradas até 2050 – algumas estimativas são de 10 a 15 bilhões de toneladas/ano. Esse “resto” de GEE tem que ser descartado de alguma forma se o mundo quiser atingir zero líquido até 2050. Um método, captura de carbono e armazenamento subterrâneo (CCUS) tem sido o mais estudado porque foi implementado por petróleo e gás empresas há décadas, embora existam sérias limitações.

Mas há um novo garoto no bloco. UMA empresa chamada SkyNano, iniciado em 2017, utiliza um processo eletroquímico para converter CO2 em nanotubos de carbono sólido em vez de um processo termoquímico usado na produção convencional de nanotubos. O único subproduto é o oxigênio em contraste com o monóxido de carbono, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) e compostos orgânicos voláteis (VOVO
Cs) de outros métodos.

Os nanotubos de carbono são tubos ocos de carbono com tamanho em nanômetros. Esses carbonos sólidos são resistentes e usados ​​em blindagens de veículos. Eles podem transportar correntes elétricas e são usados ​​em cabos de transmissão. Eles são flexíveis e usados ​​em tecido.

Como o processo também pode ser usado para converter fluxos de CO2 emitidos por fábricas de cimento e siderurgia, ele é uma grande promessa para a remoção de emissões difíceis de reduzir.

A CEO da SkyNano é Anna Douglas, que cofundou a empresa em 2017 durante seu doutorado em Vanderbilt com o Prof. Cary Pint, CTO da SkyNano. Anna se formou na Lee University em Matemática e Química em 2014 e concluiu um doutorado na Vanderbilt em 2019 em Ciência Interdisciplinar de Materiais. Seu trabalho relacionado à tecnologia da SkyNano foi destacado em muitas publicações científicas revisadas por pares, um prêmio Forbes 2019 under 30 de 30, um prêmio R&D2020 de 100, um prêmio de inovação TechConnect de 2021 e um prêmio de administração ambiental do governador de 2022 do estado do Tennessee.

Abaixo está a parte 1 de uma entrevista com Anna, que é voltada para a nova tecnologia e financiamento da empresa startup, incluindo uma comparação com captura de carbono, injeção subterrânea e armazenamento (CCUS).

A Parte 2 seguirá em breve e é voltada para mercados e soluções climáticas.

1. Qual é a história de fundo da formação da empresa SkyNano?

Enquanto eu era estudante de graduação, fiz um estágio de verão no Centro de Pesquisa Glenn da NASA em Cleveland, OH e me apaixonei completamente pela nanotecnologia e ciência dos materiais. Fui para Vanderbilt para fazer doutorado em ciência dos materiais e comecei a trabalhar em nanomateriais para armazenamento de energia como um tópico de pesquisa, pois sentia fortemente que o armazenamento de energia era (e é) o gargalo mais significativo para uma infraestrutura de energia sustentável. Enquanto estudava baterias, percebi que a forma como sintetizamos e mineramos muitos materiais que compõem as baterias realmente não é muito sustentável e pode até prejudicar o uso de baterias como uma tecnologia “limpa”.

Meu orientador de doutorado e eu começamos a procurar outras maneiras de fazer estruturas de carbono, que têm uma infinidade de usos na química de baterias, e descobrimos um processo eletroquímico que havia sido estudado desde o início dos anos 1900 para converter CO2 em carbono sólido, mas sem alta seletividade para estruturas de carbono específicas. Pensamos que, se abordarmos esse tópico a partir de uma base de síntese de nanomateriais, poderíamos melhorar a seletividade necessária para trazer a tecnologia ao mercado. Logo depois disso, conseguimos nosso primeiro financiamento do programa Innovation Crossroads do Departamento de Energia, um programa empresarial integrado ao laboratório, e o resto é história.

2. Qual é a tecnologia subjacente fundamental da SkyNano?

A tecnologia subjacente da SkyNano é baseada em um processo químico que tem sido estudado desde o início de 1900 em laboratórios acadêmicos em todo o mundo. Em essência, baseia-se na absorção química de CO2 através de moléculas de óxido para formar um carbonato e, em seguida, a decomposição eletroquímica dessa molécula de carbonato de volta ao seu óxido original. A reação líquida aqui é simplesmente CO2 à C(sólido) + O2(gás). As implicações desse processo são profundas, pois é um processo simples de 4 elétrons para produzir carbono sólido a partir de dióxido de carbono gasoso.

O CO2 é extremamente estável, o que é parte do motivo pelo qual se tornou problemático em nossa atmosfera, mas quando o devolvemos à sua forma sólida de carbono, também é extremamente estável e fornece armazenamento permanente de carbono. Esta é uma distinção importante, porque muitas tecnologias de transformação de CO2 produzem produtos finais que irão reemitir CO2 em seu ciclo de vida. Estes são, na melhor das hipóteses, neutros em carbono, mas não fornecem armazenamento permanente a longo prazo. Produtos sólidos como o nosso processo apresentam o melhor dos dois mundos: transformação de carbono (tornando um produto econômico a partir do CO2) e sequestro (armazenamento de longo prazo).

3. Como a empresa SkyNano é financiada? Quem são os stakeholders engajados? Quais são seus objetivos de financiamento?

Em agosto de 2022, a SkyNano arrecadou ~ $ 8.5 milhões (milhões) em financiamento não dilutivo de uma variedade de fontes federais, estaduais e comerciais. Nossos principais patrocinadores federais são o Departamento de Energia dos EUA, a National Science Foundation e o Departamento de Defesa dos EUA. A tecnologia da SkyNano atinge os objetivos estratégicos de quase todas as agências federais, seja por meio de nossos esforços de descarbonização ou por meio de materiais específicos que estamos produzindo, que foram identificados como materiais críticos de segurança nacional. Para isso, temos uma série de partes interessadas engajadas, incluindo fontes de emissões, formuladores de políticas preocupados com a descarbonização, clientes de créditos de remoção de carbono e clientes dos materiais que produzimos.

Desde a nossa criação, estamos focados nos clientes dos materiais que produzimos a partir de CO2. Os materiais aditivos de carbono sólido vêm em uma ampla variedade de estruturas, e somos capazes de atender a muitas das necessidades atuais do mercado, além de criar novos mercados por meio de materiais de carbono avançados com preços mais baixos. Nossas metas de financiamento continuam focadas em atender às necessidades dos clientes e, por essa razão, estão centradas no financiamento baseado em projetos, provenientes de subsídios de P&D e pilotos pagos com clientes.

4. Você obtém seu CO2 por captura direta do ar. Isso não é muito eficiente, certo. Você também pode obtê-lo de fluxos de CO2 concentrado de fábricas de cimento e aço e outros setores difíceis de reduzir?

Está correto. Não é muito eficiente extrair CO2 da atmosfera. Nossa tecnologia certamente pode opera como um processo de captura direta de ar, mas é muito mais eficiente quando trabalhamos com fluxos de entrada que são pelo menos 1% de CO2. Estes são fluxos de resíduos encontrados em indústrias que vão desde cimento e aço até produtos químicos e produção de energia. Atualmente, temos uma colaboração contínua com a Tennessee Valley Authority, a maior empresa de serviços públicos de nosso país, para demonstrar que o gás de combustão de usinas de energia a gás natural de ciclo combinado pode ser usado para produzir produtos de carbono sólido.

Há uma série de partes interessadas em toda a cadeia de emissões de carbono. Em uma extremidade estão algumas tecnologias muito adequadas para a captura direta de ar para produzir um fluxo concentrado de CO2. Na outra ponta estão muitas tecnologias capazes de processar CO2 de alta pureza (>90%). Há muito menos tecnologias que podem trabalhar com 1-80% de CO2 sem pré-concentração, e é daí que vem a grande maioria de nossas emissões de CO2 hoje. A tecnologia da SkyNano funciona muito bem para acoplar diretamente as emissões de fontes pontuais e descarbonizar alguns dos setores difíceis de reduzir em que todos confiamos para a qualidade de vida atual.

5. Quão caro é o seu processo em comparação com a captura de carbono e injeção subterrânea e armazenamento de CO2 (CCUS), que provavelmente exigirá uma taxa de carbono, a menos que o petróleo seja produzido na outra extremidade.

Os desafios econômicos do CCUS são principalmente que não há vantagens econômicas fora de um possível imposto sobre o carbono, portanto, o exercício geral é uma perda líquida para as empresas. As grandes empresas ainda estão considerando o CCUS agora devido à maturidade dessa tecnologia e seu desejo de descarbonizar rapidamente, mas é uma perda líquida geral em todos os casos, mesmo com incentivos fiscais.

O processo da SkyNano é economicamente viável com base no valor do nosso produto de saída de CO2, carbono sólido e incentivos fiscais seriam simplesmente um bônus. De fato, sob a atual estrutura tributária do 45º trimestre, a receita potencial de incentivos fiscais é insignificante em comparação com a receita de nosso produto de carbono.

Quando se trata de custos, alguns dos desafios do CCUS são a permissão, os obstáculos regulatórios e outros custos que nem sempre são óbvios ao avaliar a tecnologia em seus méritos. Para a SkyNano, nossos custos são derivados principalmente da energia elétrica necessária para conduzir nosso processo, e esperamos nos beneficiar ao longo do tempo da redução projetada no preço da energia com o início de mais energias renováveis ​​em nossa rede.

Para mais algumas perguntas e respostas, consulte Startup SkyNano para converter CO2 em carbono sólido: Parte 2 – Mercados e uma solução climática.