¿Quieres ganar un premio de un millón de dólares de Elon Musk? La captura de carbono (CC) es un tema muy popular en estos días. Decenas de nuevas empresas están abordando el problema de eliminar el exceso de CO 2 de la atmósfera para estabilizar el clima.
Yo mismo no soy un experto en CU, pero periódicamente me hacen preguntas sobre este tema. Por lo tanto, les ofrezco este artículo para ayudar a organizar nuestros pensamientos y refinar nuestra estrategia para desarrollar y evaluar una amplia gama de sistemas de captura de carbono (CAC).
¿Nuestra tecnología CU vale algo? Examinemos nuestra hipotética máquina VU desde dos perspectivas: física y económica.
Física
¿No es nuestro coche una máquina oculta de movimiento perpetuo?
En una vida pasada, pasé varios años diseñando sistemas de levitación magnética y, a menudo, encontré conceptos de otros diseñadores cuyo desempeño era demasiado ideal para el mundo real. Si la resistencia del sistema es negativa, es una máquina de movimiento perpetuo .
Si el sistema gasta menos energía en la concentración de CO 2 que en su liberación al aire, es una máquina de movimiento perpetuo. Si nuestra máquina comprime una corriente de gas sin consumir energía ni generar calor parásito, viola las leyes de la termodinámica. Las máquinas de movimiento perpetuo obviamente no existen, ¡así que revisa las matemáticas!
¿Qué sabemos que todos los demás no saben?
¿Cuál es este hecho contradictorio no obvio? ¿Cómo lo usa nuestro sistema?
¿Cuánta energía consume realmente nuestro sistema?
El FCS a veces usa alternancia de temperatura en lechos absorbentes o separación electroquímica para aumentar la concentración de CO 2 de los 420 ppm habituales (0,042% en volumen) a casi el 100%. ¿Nuestro sistema requiere mucha energía eléctrica o térmica para funcionar? ¿De dónde viene?
Si es un sistema electroquímico, ¿utiliza más o menos energía por mol de CO 2 en comparación con la fundición de aluminio (1500 kJ / mol)? ¿Se utiliza allí una gran corriente de bajo voltaje? ¿Tenemos un generador unipolar a mano? ¿Cuánto cobre requiere el sistema? Si al voltaje de la celda Y necesitamos X electrones por molécula de CO 2, resulta X * Y * 95 kJ / mol. ¿Qué tan cerca estamos de esta limitación?
¿Nuestro sistema reduce la cantidad total de CO 2 en el aire?
Si nuestro sistema de recuperación de CO 2 libera óxido de calcio (cal viva) de la calcinación térmica y la combustión de gas natural, emitirá más CO 2 del que jamás capturará . UPS.
Una pregunta más general: ¿cuántos años tiene que funcionar para superar la cantidad de CO 2 liberada durante la operación?
¿Cómo abordamos la evaluación de las limitaciones teóricas?
La entropía de Gibbs de disolución de CO 2 en la atmósfera es de aproximadamente 19,4 kJ / mol. Este es un valor pequeño; por lo tanto, nadie está involucrado en la generación de energía utilizando el gradiente osmótico de CO 2 concentrado en la atmósfera. ¿Nuestro sistema se está acercando a este parámetro de alguna manera notable? ¿Lo necesita ella? ¿Puede acercarse a él? Si utilizamos la separación electroquímica, ¿cómo nos ocupamos del calentamiento óhmico y la viscosidad?
¿Es la eficiencia eléctrica una de las principales limitaciones de nuestro sistema? ¿Necesita ser eficiente y cuáles son los costos de oportunidad de aumentar la eficiencia en un 1%? Si la electricidad se abarata un 1% anual, ¿será esto equivalente a un aumento virtual de su eficiencia en un 1%?
¿Nuestro coche realmente concentra CO 2 en la atmósfera ?
Nuestra unidad parpadea con luces y sale CO 2 con una concentración del 100% de la tubería . Entonces, ¿todo está bien? Realmente no. ¿Conserva carbono? ¿Estamos quemando accidentalmente partes de nuestro automóvil? ¿Exactamente?
Creo que en este caso, el estándar ideal sería la edad cero de radiocarbono del CO 2 obtenido por concentración de la atmósfera, mientras que el CO 2 obtenido, por ejemplo, como resultado de la electrólisis accidental del carbonato extraído de la tierra, será muy viejo y no radiactivo. Se requiere un espectrómetro de masas para probar el carbono 14. Hay muchos laboratorios en los Estados Unidos que realizarán una prueba de este tipo por varios cientos de dólares, aunque generalmente la muestra primero deberá convertirse en grafito.
Sin embargo, la datación por carbono no está exenta de inconvenientes: las fuentes de carbono orgánico, como los aceites vegetales, la madera o el carbón, son jóvenes en términos de datación por radiocarbono. Entonces, si nuestra máquina usa, digamos, grasa de confitería para lubricar, debemos verificar las matemáticas a fondo y también pensar en lo que estamos haciendo.
¿Podemos confirmar nuestros resultados?
¿Entendemos nuestro sistema de prueba? ¿Hemos cuantificado todos los aspectos de la máquina? ¿El video confundirá a los inversores con la presentación de su trabajo? ¿Están claros los hitos clave? ¿Podrá la persona que vio el video construir una máquina de este tipo y realizar la misma prueba? ¿La información y los resultados de la prueba están bien descritos para un revisor independiente? ¿Tenemos una buena comprensión de cómo debería verse y sentirse un experimento bien documentado, o deberíamos leer uno o dos artículos sobre biología?
Hay mucha gente poco entendida en el campo de CU, y necesitamos establecer un alto nivel de estándares de documentación. No planeamos publicar los secretos de nuestros desarrollos, pero es difícil esperar que los inversionistas se deshagan de su dinero a cambio de promesas y esperanzas.
¿Se puede escalar nuestro proyecto?
¿Existen limitaciones físicas fundamentales en la implementación del proyecto? Si vamos a recolectar 10 Gt de CO 2 al año de la plantación de árboles, ¿cuánta agua se necesitará para regarlos? ¿Puede la fotosíntesis competir con la minería de fósiles? ¿Cuáles son las limitaciones fundamentales para escalar nuestro proyecto? ¿Hay acceso al capital? ¿Retorno de la inversión? ¿Necesita reactivos raros? ¿Tiene la empresa cofundadores sospechosos? ¿Hay acceso a redes eléctricas de capacidad suficiente? ¿Cuál es el estado legal de los impuestos al carbono?
¿Nuestro sistema de control está listo para salir del laboratorio?
El sistema de potencia del motor utilizado por Tesla en sus primeros días era extremadamente poco confiable. Allí se utilizaron docenas de amplificadores operacionales analógicos, haciendo girar un motor de CA asíncrono. La historia está llena de proyectos que no pudieron dar sus frutos porque no tenían la edad suficiente para entrar en producción.
¿Tenemos algún tipo de modelo de laboratorio que se pueda mostrar a la gente? ¿Funciona? ¿Está claro qué partes se hicieron apresuradamente y cuáles tienen un significado real? ¿Es seguro estar en la misma habitación con ella?
¿Está la tecnología lista para la producción? ¿Podemos darle un prototipo al ingeniero promedio recién graduado de la universidad y decir "haznos 10,000 de estos" y tener la confianza suficiente de que obtendrás instrumentos que funcionan, son confiables y razonablemente eficientes? ¿Hemos solucionado todos los errores antes de buscar grandes inversiones, o la máquina está al nivel de un experimento científico?
Finanzas
¿Cuánto cuesta nuestro CO 2 ?
¿Podemos producir CO 2 a $ 1000 por tonelada, a $ 100 oa $ 10? ¿Cuánto cuesta nuestro CO 2 ? ¿Cuánto queremos que valga? ¿Y cuánto se necesita para que cueste? ¿Cómo nos comparamos con la competencia? ¿Cuánto podemos confiar en nuestros planes para mejorar el coche?
¿Qué tan caro es nuestro SUU?
¿Cuál es la estructura de los gastos de capital? ¿Cuántas toneladas de CO 2 necesita capturar la máquina para amortizarse después de deducir los costos operativos, los costos de financiamiento, la depreciación y la amortización? ¿Cuánto tiempo tardará?
Si nuestra máquina captura un kilogramo de CO 2por día a un costo de $ 100 por tonelada, ganará $ 36,5 por año. Si el costo de construir nuestro automóvil fuera de $ 500, entonces se necesitarían 15 años para recuperar ese costo solo. Gastar $ 500 en piezas y mano de obra está en el rango de un gran pastel a un simple lavaplatos en términos de la escala y complejidad del proyecto. Cualquier técnico más o menos hábil debería recolectar tacones de estas máquinas al día, es decir, deberíamos producir unos 1.500 coches al año. Y de todos modos, la ganancia será de solo $ 50,000, que no es suficiente ni siquiera para estudiar en el instituto [en EE. UU. / Aprox. por.].
Si los gastos de capital se amortizan durante 10 a 30 años de operación, ¿cómo estimar los gastos de capital? ¿Contamos con préstamos gubernamentales con tasas de interés bajas? ¿Seremos suscriptores para nuestros clientes que nos compren dispositivos? ¿Cómo diversificar los riesgos en este ámbito, dada su fuerte correlación (tanto en el ámbito tecnológico como en el regulatorio)?
¿O podremos recuperar los costos en unos pocos meses o años y depender de un préstamo a corto plazo o incluso de nuestros propios fondos?
¿Qué tan rápido se desgasta un automóvil? ¿No se deprecia más rápido de lo que vale la pena?
¿Cuál es el costo de ejecutar un sistema de control?
¿Cuáles son nuestros gastos operativos? ¿Necesita trabajadores para el servicio? ¿Qué consumibles tiene el automóvil: reactivos, válvulas, accesorios, bombas, electrodos, software?
¿Cómo encaja el gasto operativo en el programa de amortización del gasto de capital? ¿El automóvil gasta más en trabajo que en depreciación? ¿Se justifica la complejidad del diseño para reducir los costes de funcionamiento? ¿O es la máquina tan confiable que se puede encender y olvidar, y la NASA puede usarla para trabajar con la atmósfera de la Luna?
¿Estamos desplegando el coche en nuestro jardín o en algún lugar del desierto? ¿Cómo llegaremos a los clientes y al equipo de soporte en ubicaciones remotas o de difícil acceso?
De vuelta a la energía
¿Es el costo de la energía importante para el plan financiero? Hace diez años, el costo de la electricidad hizo que el "hidrógeno verde" (hecho de agua por electrólisis) fuera demasiado caro en comparación con el "azul" (hecho de gas natural mediante reformado con vapor). Hoy, la energía solar es 10 veces más barata durante las horas pico. ¿Cómo cambiará nuestro modelo de negocio y la optimización del sistema si la electricidad se vuelve más cara o más barata durante la vida útil de nuestra máquina?
¿Nuestro proceso consume mucha energía? ¿Es comparable a la refrigeración o la electro-purificación de magnesio? ¿Llamaremos la atención de las autoridades como una plantación ilegal de hierbas prohibidas o un centro de datos?
¿Qué tan frágil es nuestra cadena de suministro?
¿Nuestro coche depende de materiales raros? ¿Qué no podemos comprar en Building Materials o Alibaba? ¿O en el sitio web de Silk Way? ¿Es fácil para nosotros cambiar de proveedor o nuestro proyecto depende del estado del negocio y la buena voluntad de una sola empresa en algún lugar de Mongolia Exterior? ¿Absorbemos CO 2 con amidas, zeolitas o andamios organometálicos? ¿Qué tan caros son estos materiales especiales? ¿Nuestros familiares o cónyuge trabajan en un laboratorio capaz de producirlos? ¿Pueden escalar la producción tan rápido como somos una empresa y a qué costo marginal? ¿Cuánto cuestan los andamios organometálicos?
¿Hay algo en nuestra lista de compras que sea más tóxico que aceptable o que requiera un manejo más cuidadoso? ¿Plutonio? Sustancias prohibidas? Dioxifluoruro? ¿ Solución piraña ? ¿Necesitamos especialistas certificados? ¿Retiraremos su seguro médico? ¿Estaremos interesados en la Administración de Control de Drogas o el Departamento de Seguridad Nacional?
¿Nuestro proceso depende de la disponibilidad y buena voluntad de uno o más doctores altamente especializados? ¿Tenemos un plan de retención de talento? ¿Qué tan exótico es nuestro proceso?
¿Necesitamos materiales mágicos?
¿Nuestro sistema solo funciona con sustancias puras al 99,999999%? ¿Qué sucede en caso de contaminación? No hay problema, ¿disminuirá la eficiencia o todo puede explotar repentinamente? ¿Nuestros catalizadores estropearán los contaminantes comunes del aire: vapor de agua, oxígeno, olor a tailandés?
¿Se consumen catalizadores en el sistema? ¿Son consumibles secretos? ¿Tenemos un plan para el suministro, mantenimiento y reposición de lo que no teníamos previsto estropear? ¿Cuánto cobalto necesitamos por tonelada de CO 2 ?
¿Necesitamos la magia de escalar?
Todo el mundo sabe que la relativa baratura de los automóviles es posible debido a industrias enormes y costosas, gracias a las cuales se pueden producir cientos de miles de copias absolutamente idénticas anualmente.
¿Nuestro SUA tiene el mismo problema de que no podemos reducir nuestros costos de capital a niveles aceptables hasta que construyamos una fábrica completamente automática de un millón de metros cuadrados? ¿Por qué no se puede montar como LEGO? ¿Construimos nosotros mismos una enorme fábrica automática? ¿Es este conocimiento bueno para la causa? ¿Quizás sea mejor ofrecer a la gente fábricas totalmente automáticas de un millón de metros cuadrados como servicio?
¿Existe una escala crítica por debajo de la cual nuestro sistema no tiene sentido? ¿Podemos justificar las economías de escala, o simplemente estamos fantaseando con que será más caro construir nuestro sistema que ganar en 20 años, recibiendo $ 1000 por tonelada?
¿Tenemos un flujo de ingresos?
¿O tenemos que depender de la acción coordinada de varias decenas de gobiernos para aprobar fuertes exenciones fiscales o pagos que creen un mercado de profundidad infinita con elasticidad cero para la venta de CO 2 ?
¿A dónde irá nuestro CO 2 concentrado ? ¿Se convertirá en combustible? ¿El plastico? ¿Hollín? ¿Grafito? ¿Cemento? ¿Pasará a la clandestinidad? ¿Soda? ¿Cuál es la capacidad anual de estos mercados? ¿Qué porcentaje capturaremos?
Si solo vendemos nuestro CO 2 a PepsiCo, volverá a la atmósfera muy rápidamente. ¿Tenemos un plan para almacenar CO 2 de forma más segura ?
¿Quién nos comprará CO 2?, ¿en qué forma, cuánto y a qué precio? ¿Cómo será nuestro negocio si este mercado está saturado? Digamos que si vendemos 1000 toneladas por año a $ 100 por tonelada, nuestro ingreso comercial es de $ 100 mil por año. ¿Es esto suficiente para que el equipo funcione?
¿Dónde se crea valor en los negocios?
Si hacemos un SUU, que debe amortizarse en 20 años, vendemos widgets muy caros a los amantes de las deudas, y sería bueno en grandes cantidades. ¿Qué es lo más caro en un automóvil? ¿Dónde agregamos valor?
Digamos que estamos creando un sistema de control de celdas de zeolita oscilantes, como las que se utilizan en la EEI. La mayor parte de su valor se compone de nuevas zeolitas. Para reducir costos y mejorar el control de calidad, decidimos integrar la producción de zeolita en el proceso, mejorando el costo en un 20%. Dado que las zeolitas representaron aproximadamente el 90% del gasto de capital de la máquina, más del 95% del valor de la empresa ahora se encuentra en la producción de zeolitas. ¿Somos una fábrica de zeolita disfrazada ahora?
Y si, a largo plazo, la captura de CO 2La escala industrial dependerá en gran medida de la producción en masa de materiales exóticos, ya que la industria informática dependía de la fotolitografía en cristales de silicio increíblemente puros, ¿tiene sentido verticalizar la industria? ¿Dónde comenzamos en esta cadena de valor y dónde terminamos? ¿Productos químicos como servicio?