Möchten Sie einen Millionen-Dollar-Preis von Elon Musk gewinnen? Carbon Capture (CC) ist heutzutage ein äußerst beliebtes Thema. Dutzende neuer Unternehmen befassen sich mit dem Problem, überschüssiges CO 2 aus der Atmosphäre zu entfernen , um das Klima zu stabilisieren.
Ich selbst bin kein Experte für CU, aber mir werden regelmäßig Fragen zu diesem Thema gestellt. Daher biete ich Ihnen diesen Artikel an, um unsere Gedanken zu organisieren und unsere Strategie zur Entwicklung und Bewertung einer breiten Palette von Kohlenstoffabscheidungssystemen (CCS) zu verfeinern.
Ist unsere CU-Technologie etwas wert? Lassen Sie uns unsere hypothetische VU-Maschine aus zwei Perspektiven untersuchen: physisch und wirtschaftlich.
Physik
Ist unser Auto nicht eine versteckte Perpetual Motion Maschine?
In einem früheren Leben habe ich mehrere Jahre lang Magnetschwebebahnsysteme entworfen und bin oft auf Konzepte anderer Designer gestoßen, deren Leistung für die reale Welt zu ideal war. Wenn der Widerstand des Systems negativ ist, handelt es sich um eine Perpetual-Motion-Maschine .
Wenn das System weniger Energie für die Konzentration von CO 2 verbraucht als für die Freisetzung in die Luft, handelt es sich um eine Perpetual-Motion-Maschine. Wenn unsere Maschine einen Gasstrom komprimiert, ohne Energie zu verbrauchen oder parasitäre Wärme zu erzeugen, verstößt sie gegen die Gesetze der Thermodynamik. Perpetual Motion-Maschinen gibt es offensichtlich nicht - überprüfen Sie also die Mathematik!
Was wissen wir, was alle anderen nicht wissen?
Was ist diese nicht offensichtliche widersprüchliche Tatsache? Wie nutzt unser System es?
Wie viel Energie verbraucht unser System tatsächlich?
FCS verwendet manchmal einen Temperaturwechsel in Sorptionsmittelbetten oder eine elektrochemische Trennung, um die CO 2 -Konzentration von den üblichen 420 ppm (0,042 Vol .-%) auf nahezu 100% zu erhöhen . Benötigt unser System viel elektrische oder thermische Energie, um zu funktionieren? Woher kommt das?
Wenn es sich um ein elektrochemisches System handelt, verbraucht es im Vergleich zum Schmelzen von Aluminium (1500 kJ / mol) mehr oder weniger Energie pro Mol CO 2 ? Wird dort ein großer Niederspannungsstrom verwendet? Haben wir einen unipolaren Generator zur Hand? Wie viel Kupfer benötigt das System? Bei Zellspannung Y benötigen wir X Elektronen pro CO 2 -Molekül es stellt sich heraus, X * Y * 95 kJ / mol. Wie nah sind wir an dieser Einschränkung?
Reduziert unser System die Gesamtmenge an CO 2 in der Luft?
Wenn unser CO 2 -Rückgewinnungssystem bei der thermischen Kalzinierung und Erdgasverbrennung Calciumoxid (Branntkalk) freisetzt, emittiert es mehr CO 2 als jemals zuvor . Hoppla.
Eine allgemeinere Frage: Wie viele Jahre muss es laufen, um die Menge an CO 2 zu überschreiten, die während des Betriebs freigesetzt wird?
Wie gehen wir mit der Bewertung theoretischer Einschränkungen um?
Die Gibbs-Entropie der Auflösung von CO 2 in der Atmosphäre beträgt ungefähr 19,4 kJ / mol. Dies ist ein kleiner Wert - daher ist niemand an der Energieerzeugung mit dem osmotischen Gradienten von konzentriertem CO 2 in der Atmosphäre beteiligt. Nähert sich unser System diesem Parameter auf merkliche Weise? Braucht sie es Kann sie ihm nahe kommen? Wie gehen wir mit ohmscher Erwärmung und Viskosität um, wenn wir elektrochemische Trennung verwenden?
Ist der elektrische Wirkungsgrad eine der Hauptbeschränkungen unseres Systems? Muss es effizient sein und wie hoch sind die Opportunitätskosten für eine Steigerung der Effizienz um 1%? Wenn Strom um 1% pro Jahr billiger wird, entspricht dies einer virtuellen Steigerung seines Wirkungsgrades um 1%?
Konzentriert unser Auto wirklich CO 2 in der Atmosphäre ?
Unser Gerät blinkt mit Lichtern und CO 2 mit einer Konzentration von 100% tritt aus dem Rohr aus . Also ist alles in Ordnung? Nicht wirklich. Spart es Kohlenstoff? Verbrennen wir versehentlich Teile unseres Autos? Genau?
Ich denke, dass in diesem Fall der ideale Standard das Null- Radiokohlenstoffalter von CO 2 wäre, das durch Konzentration aus der Atmosphäre erhalten wird - während das CO 2 , das beispielsweise durch versehentliche Elektrolyse von aus der Erde extrahiertem Carbonat erhalten wird, sein wird sehr alt und nicht radioaktiv. Zum Testen von Kohlenstoff-14 ist ein Massenspektrometer erforderlich. In den Vereinigten Staaten gibt es viele Labors, die einen solchen Test für mehrere hundert Dollar durchführen, obwohl die Probe normalerweise erst in Graphit umgewandelt werden muss.
Die Kohlenstoffdatierung ist jedoch nicht ohne Nachteile - organische Kohlenstoffquellen wie Pflanzenöle, Holz oder Kohle sind in Bezug auf die Radiokohlenstoffdatierung jung. Wenn unsere Maschine beispielsweise Süßwarenfett zur Schmierung verwendet, müssen wir die Mathematik gründlich überprüfen und darüber nachdenken, was wir tun.
Können wir unsere Ergebnisse bestätigen?
Verstehen wir unser Testsystem? Haben wir jeden Aspekt der Maschine quantifiziert? Wird das Video Investoren mit der Präsentation ihrer Arbeit verwirren? Sind die wichtigsten Meilensteine klar? Wird die Person, die das Video gesehen hat, in der Lage sein, eine solche Maschine selbst zu bauen und denselben Test durchzuführen? Sind die Testinformationen und -ergebnisse für einen unabhängigen Prüfer gut beschrieben? Haben wir ein gutes Verständnis dafür, wie ein gut dokumentiertes Experiment aussehen und sich anfühlen sollte, oder sollten wir ein oder zwei Artikel über Biologie lesen?
Es gibt viele schlecht verstandene Leute auf dem Gebiet der CU, und wir müssen ein hohes Maß an Dokumentationsstandards festlegen. Wir planen nicht, die Geheimnisse unserer Entwicklungen zu veröffentlichen, aber man kann kaum erwarten, dass sich Anleger im Austausch für Versprechen und Hoffnungen von ihrem Geld trennen.
Kann unser Projekt skaliert werden?
Gibt es grundlegende physikalische Einschränkungen bei der Projektumsetzung? Wenn wir 10 Gt CO 2 pro Jahr beim Pflanzen von Bäumen sammeln , wie viel Wasser wird es brauchen, um sie zu gießen? Kann die Photosynthese mit dem fossilen Abbau konkurrieren? Was sind die grundlegenden Einschränkungen bei der Skalierung unseres Projekts? Gibt es Zugang zu Kapital? Kapitalrendite? Benötigen Sie seltene Reagenzien? Hat das Unternehmen verdächtige Mitbegründer? Gibt es Zugang zu Stromnetzen mit ausreichender Kapazität? Wie ist der rechtliche Status von Kohlenstoffsteuern?
Ist unser Kontrollsystem bereit, das Labor zu verlassen?
Das von Tesla in seinen Anfängen verwendete Motorantriebssystem war äußerst unzuverlässig. Dort wurden Dutzende von analogen Operationsverstärkern verwendet, die einen asynchronen Wechselstrommotor drehten. Die Geschichte ist voll von Projekten, die sich nicht auszahlen konnten, weil sie nicht alt genug waren, um in Produktion zu gehen.
Haben wir eine Art Labormodell, das Menschen gezeigt werden kann? Funktioniert es? Ist klar, welche Teile davon hastig hergestellt wurden und welche eine echte Bedeutung haben? Ist es sicher, mit ihr im selben Raum zu sein?
Ist die Technologie produktionsbereit? Können wir dem durchschnittlichen Ingenieur, der vor kurzem das College abgeschlossen hat, einen Prototyp geben und sagen: "Machen Sie uns 10.000 davon", und können Sie sicher genug sein, dass Sie funktionsfähige, zuverlässige und einigermaßen effiziente Instrumente erhalten? Haben wir alle Fehler behoben, bevor wir nach großen Investitionen gesucht haben, oder befindet sich die Maschine auf dem Niveau eines wissenschaftlichen Experiments?
Finanzen
Was kostet unser CO 2 ?
Können wir CO 2 zu 1000 USD pro Tonne, zu 100 USD oder zu 10 USD produzieren? Was kostet unser CO 2 ? Wie viel wollen wir, dass es wert ist? Und wie viel kostet es, um es zu kosten? Wie vergleichen wir uns mit Wettbewerbern? Wie sehr können wir unseren Plänen zur Verbesserung des Autos vertrauen?
Wie teuer ist unsere SUU?
Wie sind die Investitionen strukturiert? Wie viele Tonnen CO 2 muss die Maschine erfassen, um sich nach Abzug von Betriebskosten, Finanzierungskosten, Abschreibungen und Amortisationen amortisieren zu können? Wie lange wird es dauern?
Wenn unsere Maschine ein Kilogramm CO 2 erfasst pro Tag zu einem Preis von 100 USD pro Tonne werden 36,5 USD pro Jahr verdient. Wenn die Kosten für den Bau unseres Autos 500 US-Dollar betragen würden, würde es 15 Jahre dauern, um diese Kosten allein wieder hereinzuholen. Die Ausgaben von 500 US-Dollar für Teile und Arbeit liegen in Bezug auf Umfang und Komplexität des Projekts im Bereich von einem großen Kuchen bis zu einer einfachen Spülmaschine. Jeder mehr oder weniger geschickte Techniker sollte täglich Absätze dieser Maschinen sammeln, dh wir sollten etwa 1.500 Autos pro Jahr produzieren. Trotzdem wird der Gewinn nur 50.000 US-Dollar betragen, was nicht einmal ausreicht, um am Institut zu studieren [in den USA / ca. pro.].
Wie werden die Investitionsausgaben geschätzt, wenn die Investitionsausgaben über einen Zeitraum von 10 bis 30 Jahren abgeschrieben werden? Rechnen wir mit Staatsanleihen mit niedrigen Zinssätzen? Werden wir Underwriter für unsere Kunden sein, die Geräte bei uns kaufen? Wie können Risiken in diesem Bereich aufgrund ihrer starken Korrelation (sowohl im technologischen als auch im regulatorischen Bereich) diversifiziert werden?
Oder können wir die Kosten in wenigen Monaten oder Jahren amortisieren und uns auf ein kurzfristiges Darlehen oder sogar auf unsere eigenen Mittel verlassen?
Wie schnell nutzt sich ein Auto ab? Wertet es nicht schneller ab, als es sich auszahlt?
Was kostet der Betrieb eines Steuerungssystems?
Was sind unsere Betriebskosten? Benötigen Sie Mitarbeiter für den Service? Welche Verbrauchsmaterialien hat das Auto - Reagenzien, Ventile, Armaturen, Pumpen, Elektroden, Software?
Wie passt der Betriebsaufwand in den Tilgungsplan für Investitionen? Gibt das Auto mehr für Arbeit als für Abschreibungen aus? Ist die Komplexität des Entwurfs gerechtfertigt, um die laufenden Kosten zu senken? Oder ist die Maschine so zuverlässig, dass sie eingeschaltet und vergessen werden kann - und die NASA damit mit der Atmosphäre auf dem Mond arbeiten kann?
Stellen wir das Auto in unserem Garten oder irgendwo in der Wüste auf? Wie erreichen wir Kunden und unterstützen Geräte an entfernten oder schwer erreichbaren Standorten?
Zurück zur Energie
Sind die Energiekosten für den Finanzplan wichtig? Vor zehn Jahren machten die Stromkosten "grünen Wasserstoff" (durch Elektrolyse aus Wasser hergestellt) zu teuer im Vergleich zu "blau" (durch Dampfreformierung aus Erdgas hergestellt). Heute ist Solarenergie in Spitzenzeiten zehnmal billiger. Wie wird sich unser Geschäftsmodell und unsere Systemoptimierung ändern, wenn Strom während der Lebensdauer unserer Maschine teurer oder billiger wird?
Ist unser Prozess energieintensiv? Ist es vergleichbar mit Kühlung oder Magnesium-Elektroreinigung? Werden wir die Aufmerksamkeit der Behörden als illegale Plantage verbotener Kräuter oder als Rechenzentrum auf sich ziehen?
Wie fragil ist unsere Lieferkette?
Ist unser Auto auf seltene Materialien angewiesen? Was können wir nicht bei Baustoffen oder Alibaba kaufen? Oder auf der Silk Way Website? Ist es für uns einfach, den Lieferanten zu wechseln, oder hängt unser Projekt vom Geschäftsstand und dem guten Willen eines einzelnen Unternehmens irgendwo in der Äußeren Mongolei ab? Nehmen wir CO 2 mit Amiden, Zeolithen oder metallorganischen Gerüsten auf? Wie teuer sind diese Spezialmaterialien? Arbeiten unsere Verwandten oder Ehepartner in einem Labor, in dem sie hergestellt werden können? Können sie die Produktion so schnell skalieren, wie wir ein Unternehmen sind, und zu welchen Grenzkosten? Was kosten metallorganische Gerüste?
Gibt es etwas auf unserer Einkaufsliste, das giftiger als akzeptabel ist oder das besonders sorgfältigen Umgang erfordert? Plutonium? Verbotene Substanzen? Dioxyfluorid? Piranha-Lösung ? Benötigen wir zertifizierte Spezialisten? Werden wir ihre Krankenversicherung abschließen? Werden wir an der Drug Enforcement Administration oder dem Department of Homeland Security interessiert sein?
Hängt unser Prozess von der Verfügbarkeit und dem guten Willen eines oder mehrerer hochspezialisierter Doktoranden ab? Haben wir einen Talentbindungsplan? Wie exotisch ist unser Prozess?
Brauchen wir magische Materialien?
Funktioniert unser System nur mit 99,999999% reinen Substanzen? Was passiert im Falle einer Kontamination - kein Problem, sinkt der Wirkungsgrad oder alles kann plötzlich explodieren? Werden unsere Katalysatoren übliche Luftschadstoffe verderben - Wasserdampf, Sauerstoff, Pad-Thai-Geruch?
Werden im System Katalysatoren verbraucht? Sind sie geheime Verbrauchsmaterialien? Haben wir einen Plan für die Lieferung, Wartung und den Austausch dessen, was wir nicht verderben wollten? Wie viel Kobalt brauchen wir pro Tonne CO 2 ?
Brauchen wir die Magie der Skalierung?
Jeder weiß, dass die relative Billigkeit von Autos aufgrund riesiger und teurer Industrien möglich ist, dank derer jährlich Hunderttausende absolut identischer Exemplare hergestellt werden können.
Hat unsere SUA das gleiche Problem, dass wir unsere Kapitalkosten erst dann auf ein akzeptables Niveau senken können, wenn wir eine vollautomatische Fabrik von einer Million Quadratmetern bauen? Warum kann es nicht wie LEGO zusammengebaut werden? Haben wir selbst eine riesige automatische Fabrik gebaut? Ist dieses Wissen gut für die Sache? Vielleicht sind wir besser dran, Menschen vollautomatische Fabriken von einer Million Quadratmetern als Dienstleistung anzubieten?
Gibt es überhaupt eine kritische Skala, unterhalb derer unser System keinen Sinn ergibt? Können wir Skaleneffekte rechtfertigen oder stellen wir uns nur vor, dass es teurer sein wird, unser System zu bauen, als in 20 Jahren zu verdienen und 1000 US-Dollar pro Tonne zu erhalten?
Haben wir eine Einnahmequelle?
Oder müssen wir uns auf die koordinierten Maßnahmen mehrerer Dutzend Regierungen verlassen, um robuste Steuererleichterungen oder Zahlungen zu genehmigen, die einen Markt von unendlicher Tiefe ohne Elastizität für den Verkauf von CO 2 schaffen ?
Wohin geht unser konzentriertes CO 2 ? Wird es zu Kraftstoff? Plastik? Ruß? Graphit? Zement? Wird es in den Untergrund gehen? Sprudel? Wie hoch ist die jährliche Kapazität dieser Märkte? Wie viel Prozent davon werden wir fangen?
Wenn wir unser CO 2 nur an PepsiCo verkaufen , wird es sehr schnell in die Atmosphäre zurückkehren. Haben wir einen Plan zur sichereren Speicherung von CO 2 ?
Wer kauft CO 2 bei uns? , in welcher Form, wie viel und zu welchem Preis? Wie wird unser Geschäft aussehen, wenn dieser Markt gesättigt ist? Nehmen wir an, wenn wir 1000 Tonnen pro Jahr zu 100 USD pro Tonne verkaufen, beträgt unser Geschäftseinkommen 100.000 USD pro Jahr. Reicht das für das Team aus, um zu arbeiten?
Wo wird im Geschäft Wert geschaffen?
Wenn wir eine SUU herstellen, die in 20 Jahren amortisiert werden muss, verkaufen wir sehr teure Widgets an Schuldenliebhaber, und das wäre in großen Mengen gut. Was ist das teuerste in einem Auto? Wo schaffen wir Mehrwert?
Nehmen wir an, wir bauen ein Kontrollsystem für schwingende Zeolithzellen, wie sie auf der ISS verwendet werden. Der größte Teil ihres Wertes besteht aus neuen Zeolithen. Um die Kosten zu senken und die Qualitätskontrolle zu verbessern, haben wir beschlossen, die Zeolithproduktion in den Prozess zu integrieren und die Kosten um 20% zu verbessern. Da Zeolithe etwa 90% der Maschineninvestitionen ausmachten, entfallen heute mehr als 95% des Unternehmenswertes auf die Herstellung von Zeolithen. Sind wir jetzt eine verkleidete Zeolithfabrik?
Und wenn langfristig CO 2 eingefangen wird Der industrielle Maßstab wird stark von der Massenproduktion exotischer Materialien abhängen, da die Computerindustrie von der Fotolithografie auf wahnsinnig reinen Siliziumkristallen abhängig war. Ist eine Vertikalisierung der Industrie sinnvoll? Wo fangen wir in dieser Wertschöpfungskette an und wo landen wir? Chemikalien als Dienstleistung?