Startup SkyNano pour convertir le CO2 en carbone solide : 1ère partie

De nombreuses émissions de gaz à effet de serre (GES) seront encore générées d'ici 2050 - certaines estimations sont de 10 à 15 milliards de tonnes/an. Ce GES «restant» doit être éliminé d'une manière ou d'une autre si le monde veut atteindre le zéro net d'ici 2050. Une méthode, la capture et le stockage souterrain du carbone (CCUS) a été la plus étudiée car elle a été mise en œuvre par le pétrole et le gaz entreprises depuis des décennies, bien qu'il existe limitations sérieuses.

Mais il y a un petit nouveau sur le bloc. UN société appelée SkyNano, débuté en 2017, utilise un procédé électrochimique convertir le CO2 en nanotubes de carbone solides plutôt qu'un processus thermochimique utilisé dans la production conventionnelle de nanotubes. Le seul sous-produit est l'oxygène contrairement au monoxyde de carbone, aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et aux composés organiques volatils (VOVO
Cs) d'autres méthodes.

Les nanotubes de carbone sont des tubes creux de carbone dont la taille est en nanomètres. Ces carbones solides sont résistants et utilisés dans l'armure des véhicules. Ils peuvent transporter des courants électriques et sont utilisés dans les câbles de transmission. Ils sont flexibles et utilisés dans les tissus tissés.

Étant donné que le processus peut également être utilisé pour convertir les flux de CO2 émis par les cimenteries et les usines sidérurgiques, il est très prometteur pour éliminer les émissions difficiles à réduire.

La PDG de SkyNano est Anna Douglas qui a cofondé la société en 2017 lors de son doctorat à Vanderbilt avec le professeur Cary Pint, le CTO de SkyNano. Anna est diplômée de l'Université Lee avec un diplôme en mathématiques et en chimie en 2014 et a obtenu un doctorat de Vanderbilt en 2019 en science des matériaux interdisciplinaire. Son travail lié à la technologie de SkyNano a été mis en évidence dans de nombreuses publications scientifiques évaluées par des pairs, un prix Forbes 2019 under 30 30, un prix R&D2020 100, un prix TechConnect Innovation 2021 et un prix Governor's Environmental Stewardship Award 2022 de l'État du Tennessee.

Vous trouverez ci-dessous la partie 1 d'un entretien avec Anna qui porte sur la nouvelle technologie et le financement de la start-up, y compris une comparaison avec le captage, l'injection souterraine et le stockage du carbone (CCUS).

La partie 2 suivra sous peu et est axée sur les marchés et les solutions climatiques.

1. Quelle est l'histoire de fond de la création de la société SkyNano ?

Pendant que j'étais étudiant de premier cycle, j'ai fait un stage d'été au centre de recherche Glenn de la NASA à Cleveland, OH et je suis complètement tombé amoureux de la nanotechnologie et de la science des matériaux. Je suis allé à Vanderbilt pour poursuivre un doctorat en science des matériaux et j'ai commencé à travailler sur les nanomatériaux pour le stockage de l'énergie en tant que sujet de recherche, car je sentais fermement que le stockage de l'énergie était (et est) le goulot d'étranglement le plus important pour une infrastructure énergétique durable. Pendant que j'étudiais les batteries, j'ai réalisé que la façon dont nous synthétisons et exploitons de nombreux matériaux qui composent les batteries n'est vraiment pas très durable, et peut même saper l'utilisation des batteries en tant que technologie «propre».

Mon directeur de thèse et moi avons commencé à chercher d'autres moyens de fabriquer des structures en carbone, qui ont une myriade d'utilisations dans la chimie des batteries, et avons découvert un processus électrochimique qui avait été étudié depuis le début des années 1900 pour convertir le CO2 en carbone solide, mais sans une sélectivité élevée. pour des structures carbonées spécifiques. Nous avons pensé que si nous abordions ce sujet à partir d'un contexte de synthèse de nanomatériaux, nous pourrions être en mesure d'améliorer la sélectivité requise pour mettre la technologie sur le marché. Peu de temps après, nous avons obtenu notre premier financement du programme Carrefour de l'innovation du ministère de l'Énergie, un programme entrepreneurial intégré en laboratoire, et le reste appartient à l'histoire.

2. Quelle est la technologie sous-jacente fondamentale de SkyNano ?

La technologie sous-jacente de SkyNano est basée sur un processus chimique étudié depuis le début des années 1900 dans des laboratoires universitaires du monde entier. Essentiellement, il est basé sur l'absorption chimique du CO2 via des molécules d'oxyde pour former un carbonate, puis sur la décomposition électrochimique de cette molécule de carbonate en son oxyde d'origine. La réaction nette ici est simplement CO2 à C(solide) + O2(gaz). Les implications de ce processus sont profondes, car il s'agit d'un processus simple à 4 électrons pour produire du carbone solide à partir de dioxyde de carbone gazeux.

Le CO2 est extrêmement stable, ce qui explique en partie pourquoi il est devenu problématique dans notre atmosphère, mais lorsque nous le ramenons à sa forme de carbone solide, il est également extrêmement stable et se prête au stockage permanent du carbone. Il s'agit d'une distinction importante, car de nombreuses technologies de transformation du CO2 produisent des produits finaux qui réémettront du CO2 au cours de leur cycle de vie. Ceux-ci sont au mieux neutres en carbone, mais ne prévoient pas de stockage permanent à long terme. Les produits solides comme notre procédé présentent le meilleur des deux mondes : transformation du carbone (fabrication d'un produit économique à partir du CO2) et séquestration (stockage à long terme).

3. Comment la société SkyNano est-elle financée ? Quelles sont les parties prenantes engagées ? Quels sont vos objectifs de financement ?

En août 2022, SkyNano avait levé environ 8.5 millions de dollars (millions) de financement non dilutif auprès de diverses sources fédérales, étatiques et commerciales. Nos principaux bailleurs de fonds fédéraux sont le département américain de l'énergie, la National Science Foundation et le département américain de la défense. La technologie de SkyNano touche les objectifs stratégiques de presque toutes les agences fédérales, soit par nos efforts de décarbonation, soit par les matériaux spécifiques que nous produisons, qui ont été identifiés comme des matériaux critiques pour la sécurité nationale. À cet effet, nous avons un éventail de parties prenantes engagées, y compris des sources d'émissions, des décideurs politiques préoccupés par la décarbonisation, des clients de crédits d'élimination de carbone et des clients des matériaux que nous produisons.

Depuis notre création, nous nous concentrons sur les clients des matériaux que nous produisons à partir de CO2. Les matériaux additifs en carbone solide se présentent dans une large gamme de structures, et nous sommes en mesure de répondre à de nombreux besoins actuels du marché tout en créant de nouveaux marchés grâce à des matériaux en carbone avancés à bas prix. Nos objectifs de financement restent axés sur la satisfaction des besoins des clients et, pour cette raison, sont centrés sur un financement basé sur des projets provenant à la fois de subventions de R&D et de pilotes rémunérés avec des clients.

4. Vous obtenez votre CO2 par capture directe dans l'air. Ce n'est pas très efficace, non. Pouvez-vous également l'obtenir à partir de flux de CO2 concentré provenant d'usines de ciment et d'acier et d'autres secteurs difficiles à réduire ?

C'est correct. Il n'est pas très efficace d'extraire le CO2 de l'atmosphère. Notre technologie certainement vous fonctionnent comme un tel processus de capture directe de l'air, mais il est beaucoup plus efficace lorsque nous travaillons avec des flux d'entrée contenant au moins 1 % de CO2. Ce sont des flux de déchets trouvés dans des industries allant du ciment et de l'acier aux produits chimiques et à la production d'énergie. Nous avons actuellement une collaboration continue avec la Tennessee Valley Authority, le plus grand service public de notre pays, pour démontrer que les gaz de combustion des centrales électriques à cycle combiné au gaz naturel peuvent être utilisés pour produire des produits à base de carbone solide.

Il existe toute une gamme de parties prenantes tout au long de la chaîne des émissions de carbone. À une extrémité se trouvent quelques technologies parfaitement adaptées au captage direct de l'air pour produire un flux de CO2 concentré. A l'autre extrémité se trouvent de nombreuses technologies capables de traiter du CO2 de haute pureté (>90%). Il existe beaucoup moins de technologies capables de fonctionner avec 1 à 80 % de CO2 sans préconcentration, et c'est de là que provient la grande majorité de nos émissions de CO2 aujourd'hui. La technologie de SkyNano fonctionne très bien pour se coupler directement aux émissions de sources ponctuelles et décarboniser certains des secteurs difficiles à réduire sur lesquels nous comptons tous pour la qualité de vie d'aujourd'hui.

5. Quel est le coût de votre procédé par rapport au captage du carbone et à l'injection et au stockage souterrains de CO2 (CCUS) qui nécessiteront probablement une taxe sur le carbone à moins que du pétrole ne soit produit à l'autre extrémité.

Les aspects économiques qui défient le CCUS sont principalement qu'il n'y a pas d'avantage économique en dehors d'une éventuelle taxe sur le carbone, de sorte que l'exercice global est une perte nette pour les entreprises. Les grandes entreprises envisagent toujours le CCUS en raison de la maturité de cette technologie et de leur désir de se décarboniser rapidement, mais il s'agit d'une perte nette globale dans tous les cas, même avec des incitations fiscales.

Le processus de SkyNano est économiquement réalisable sur la base de la valeur de notre produit de sortie à partir de CO2, de carbone solide et les incitations fiscales seraient simplement un bonus. En fait, dans le cadre de la structure fiscale actuelle de 45Q, les revenus potentiels des incitations fiscales sont négligeables par rapport aux revenus de notre produit carbone.

En ce qui concerne les coûts, certains des défis liés au CCUS sont les autorisations, les obstacles réglementaires et d'autres coûts qui ne sont pas toujours évidents lors de l'évaluation de la technologie sur ses mérites. Pour SkyNano, nos coûts proviennent principalement de l'énergie électrique nécessaire pour alimenter notre processus, et nous prévoyons de bénéficier au fil du temps de la baisse prévue des prix de l'énergie avec l'arrivée de plus d'énergies renouvelables dans notre réseau.

Pour quelques questions et réponses supplémentaires, voir Startup SkyNano pour convertir le CO2 en carbone solide : Partie 2 – Les marchés et une solution climatique.