Vous voulez gagner un prix d' un million de dollars d'Elon Musk? La capture du carbone (CC) est un sujet extrêmement populaire ces jours-ci. Des dizaines de nouvelles entreprises s'attaquent au problème de l'élimination de l'excès de CO 2 de l'atmosphère afin de stabiliser le climat.
Je ne suis pas moi-même un expert en CU, mais on me pose périodiquement des questions sur ce sujet. C'est pourquoi je vous propose cet article pour vous aider à organiser nos réflexions et affiner notre stratégie de développement et d'évaluation d'une large gamme de systèmes de captage du carbone (CSC).
Notre technologie CU vaut-elle quelque chose? Examinons notre hypothétique machine VU sous deux angles: physique et économique.
La physique
Notre voiture n'est-elle pas une machine à mouvement perpétuel caché?
Dans une vie antérieure, j'ai passé plusieurs années à concevoir des systèmes maglev et je suis souvent tombé sur des concepts d'autres concepteurs dont les performances étaient trop idéales pour le monde réel. Si la résistance du système est négative, c'est une machine à mouvement perpétuel .
Si le système dépense moins d'énergie pour la concentration de CO 2 que pour le rejeter dans l'air, c'est une machine à mouvement perpétuel. Si notre machine comprime un flux de gaz sans consommer d'énergie ni générer de chaleur parasite, elle viole les lois de la thermodynamique. Les machines à mouvement perpétuel n'existent évidemment pas - alors vérifiez les calculs!
Que savons-nous que tout le monde ne sait pas?
Quel est ce fait contradictoire non évident? Comment notre système l'utilise-t-il?
Quelle quantité d'énergie notre système consomme-t-il réellement?
Les FCS utilisent parfois l'alternance de température dans les lits de sorbant ou la séparation électrochimique pour augmenter la concentration de CO 2 de 420 ppm (0,042 vol.%) Habituels à près de 100%. Notre système nécessite-t-il beaucoup d'énergie électrique ou thermique pour fonctionner? D'où est ce que ça vient?
S'il s'agit d'un système électrochimique, utilise-t-il plus ou moins d'énergie par mole de CO 2 par rapport à la fonte d'aluminium (1500 kJ / mol)? Y a-t-il un courant basse tension important utilisé là-bas? Avons-nous un générateur unipolaire sous la main? De combien de cuivre le système a-t-il besoin? Si à la tension de cellule Y nous avons besoin de X électrons par molécule de CO 2, il s'avère X * Y * 95 kJ / mol. Dans quelle mesure sommes-nous proches de cette limitation?
Notre système réduit-il la quantité totale de CO 2 dans l'air?
Si notre système de récupération du CO 2 libère de l'oxyde de calcium (chaux vive) provenant de la calcination thermique et de la combustion du gaz naturel, il émettra plus de CO 2 qu'il n'en captera jamais . Oops.
Une question plus générale: combien d'années faut-il courir pour dépasser la quantité de CO 2 libérée pendant l'exploitation?
Comment aborder l'évaluation des contraintes théoriques?
L'entropie de Gibbs de dissolution du CO 2 dans l'atmosphère est d'environ 19,4 kJ / mol. Il s'agit d'une petite valeur - par conséquent, personne n'est impliqué dans la génération d'énergie en utilisant le gradient osmotique de CO 2 concentré dans l'atmosphère. Notre système se rapproche-t-il de ce paramètre d'une manière notable? En a-t-elle besoin? Peut-elle se rapprocher de lui? Si nous utilisons la séparation électrochimique, comment gérer l'échauffement ohmique et la viscosité?
L'efficacité électrique est-elle l'une des principales limites de notre système? Doit-il être efficace et quels sont les coûts d'opportunité d'une augmentation de 1% de l'efficacité? Si l'électricité devient moins chère de 1% par an, cela équivaudra-t-il à une augmentation virtuelle de son efficacité de 1%?
Notre voiture concentre-t-elle vraiment le CO 2 dans l'atmosphère ?
Notre unité clignote avec des lumières, et du CO 2 avec une concentration de 100% sort du tuyau . Alors tout va bien? Pas vraiment. Conserve-t-il le carbone? Brûlons-nous accidentellement des pièces de notre voiture? Exactement?
Je pense que dans ce cas, la norme idéale serait l' âge radiocarbone zéro du CO 2 obtenu par concentration dans l'atmosphère - alors que le CO 2 obtenu, par exemple, à la suite d'une électrolyse accidentelle du carbonate extrait de la terre, sera très vieux et non radioactif. Un spectromètre de masse est nécessaire pour tester le carbone 14. Il existe de nombreux laboratoires aux États-Unis qui effectueront un tel test pour plusieurs centaines de dollars, bien que généralement l'échantillon doive d'abord être transformé en graphite.
Cependant, la datation au carbone n'est pas sans inconvénients - les sources de carbone organique, telles que les huiles végétales, le bois ou le charbon, sont jeunes en termes de datation au radiocarbone. Donc, si notre machine utilise, par exemple, de la graisse de confiserie pour la lubrification, nous devons vérifier minutieusement les calculs et réfléchir à ce que nous faisons.
Pouvons-nous confirmer nos résultats?
Comprenons-nous notre système de test? Avons-nous quantifié chaque aspect de la machine? La vidéo confondra-t-elle les investisseurs avec la présentation de son travail? Les étapes clés sont-elles claires? La personne qui a regardé la vidéo pourra-t-elle construire elle-même une telle machine et effectuer le même test? Les informations et les résultats du test sont-ils bien décrits pour un examinateur indépendant? Avons-nous une bonne compréhension de ce à quoi une expérience bien documentée devrait ressembler et se sentir, ou devrions-nous aller lire un article ou deux sur la biologie?
Il y a beaucoup de gens mal compris dans le domaine de l'UC, et nous devons établir un niveau élevé de normes de documentation. Nous n'avons pas l'intention de publier les secrets de nos développements, mais on peut difficilement s'attendre à ce que les investisseurs se séparent de leur argent en échange de promesses et d'espoirs.
Notre projet peut-il être mis à l'échelle?
Existe-t-il des contraintes physiques fondamentales sur la mise en œuvre du projet? Si nous allons collecter 10 Gt de CO 2 par an en plantant des arbres, combien d'eau faudra-t-il pour les arroser? La photosynthèse peut-elle concurrencer l'extraction des fossiles? Quelles sont les limites fondamentales de la mise à l'échelle de notre projet? Y a-t-il accès au capital? Retour sur investissement? Avez-vous besoin de réactifs rares? L'entreprise a-t-elle des co-fondateurs suspects? Y a-t-il accès à des réseaux électriques de capacité suffisante? Quel est le statut juridique des taxes carbone?
Notre système de contrôle est-il prêt à quitter le laboratoire?
Le système d'alimentation du moteur utilisé par Tesla à ses débuts était extrêmement peu fiable. Des dizaines d'amplificateurs opérationnels analogiques y ont été utilisés, faisant tourner un moteur à courant alternatif asynchrone. L'histoire regorge de projets qui n'ont pas pu porter leurs fruits parce qu'ils n'étaient pas assez vieux pour entrer en production.
Avons-nous une sorte de modèle de laboratoire qui peut être montré aux gens? Est-ce que ça marche? Est-il clair quelles parties ont été faites à la hâte et lesquelles ont une signification réelle? Est-il sécuritaire d'être dans la même pièce avec elle?
La technologie est-elle prête pour la production? Pouvons-nous donner un prototype à l'ingénieur moyen récemment diplômé de l'université et dire «fabriquez-nous 10 000 d'entre eux» et être suffisamment confiant pour que vous obteniez des instruments fonctionnels, fiables et raisonnablement efficaces? Avons-nous réglé toutes les erreurs avant de chercher de gros investissements, ou la machine est-elle au niveau d'une expérience scientifique?
La finance
Combien coûte notre CO 2 ?
Peut-on produire du CO 2 à 1 000 $ la tonne, à 100 $ ou à 10 $? Combien coûte notre CO 2 ? Combien voulons-nous que cela vaille? Et combien faut-il pour que cela coûte? Comment nous comparons-nous aux concurrents? Dans quelle mesure pouvons-nous faire confiance à nos plans pour améliorer la voiture?
Quel est le prix de notre SUU?
Quelle est la structure des dépenses en capital? Combien de tonnes de CO 2 la machine doit-elle capturer pour s'autofinancer après déduction des coûts d'exploitation, des coûts de financement, des amortissements? Combien de temps cela prendra-t-il?
Si notre machine capte un kilogramme de CO 2par jour au coût de 100 dollars la tonne, il gagnera 36,5 dollars par an. Si le coût de construction de notre voiture était de 500 $, il faudrait 15 ans pour récupérer ce coût à lui seul. Dépenser 500 $ pour les pièces et la main-d'œuvre est quelque part dans la gamme d'un gros gâteau à un simple lave-vaisselle en termes d'échelle et de complexité du projet. Tout technicien plus ou moins habile devrait ramasser les talons de ces machines par jour, c'est-à-dire que nous devrions produire environ 1 500 voitures par an. Et tout de même, le bénéfice ne sera que de 50 000 $, ce qui n'est même pas suffisant pour étudier à l'institut [aux États-Unis / env. par.].
Si les dépenses en immobilisations sont amorties sur 10 à 30 ans d'exploitation, comment estimer les dépenses en immobilisations? Mettons-nous sur des prêts gouvernementaux avec des taux d'intérêt bas? Serons-nous souscripteurs pour nos clients qui achètent des appareils chez nous? Comment diversifier les risques dans ce domaine, compte tenu de leur forte corrélation (à la fois technologique et réglementaire)?
Ou serons-nous en mesure de récupérer les coûts en quelques mois ou années, et de compter sur un prêt à court terme ou même sur nos propres fonds?
À quelle vitesse une voiture s'use-t-elle? Ne se déprécie-t-il pas plus vite qu'il ne rapporte?
Quel est le coût de fonctionnement d'un système de contrôle
Quelles sont nos dépenses de fonctionnement? Avez-vous besoin de travailleurs pour le service? Quels sont les consommables de la voiture - réactifs, valves, raccords, pompes, électrodes, logiciels?
Comment les dépenses d'exploitation s'inscrivent-elles dans le calendrier d'amortissement des dépenses en capital? La voiture dépense-t-elle plus en travaux qu'en amortissement? La complexité de la conception est-elle justifiée afin de réduire les coûts de fonctionnement? Ou la machine est-elle si fiable qu'elle peut être allumée et oubliée - et la NASA peut l'utiliser pour travailler avec l'atmosphère sur la Lune?
Déployons-nous la voiture dans notre cour ou quelque part dans le désert? Comment atteindrons-nous les clients et prendrons-nous en charge l'équipement dans des endroits éloignés ou difficiles d'accès?
Retour à l'énergie
Le coût de l'énergie est-il important pour le plan financier? Il y a dix ans, le coût de l'électricité rendait «l'hydrogène vert» (fabriqué à partir d'eau par électrolyse) trop cher par rapport au «bleu» (fabriqué à partir de gaz naturel par reformage à la vapeur). Aujourd'hui, l'énergie solaire est 10 fois moins chère aux heures de pointe. Comment notre modèle commercial et l'optimisation du système changeront-ils si l'électricité devient plus chère ou moins chère pendant la durée de vie de notre machine?
Notre processus est-il énergivore? Est-ce comparable à la réfrigération ou à l'électroépuration du magnésium? Attirerons-nous l'attention des autorités comme une plantation illégale d'herbes interdites ou un centre de données?
Quelle est la fragilité de notre chaîne d'approvisionnement?
Notre voiture dépend-elle de matériaux rares? Que ne pouvons-nous pas acheter chez Building Materials ou Alibaba? Ou sur le site Silk Way? Est-il facile pour nous de changer de fournisseur, ou notre projet dépend-il de l'état des affaires et de la bonne volonté d'une seule entreprise quelque part en Mongolie extérieure? Est-ce que nous absorbons le CO 2 avec des amides, des zéolithes ou des échafaudages organométalliques? Combien coûtent ces matériaux spéciaux? Nos proches ou conjoint (e) s travaillent-ils dans un laboratoire capable de les produire? Peuvent-ils augmenter la production aussi vite que nous sommes une entreprise et à quel coût marginal? Combien coûtent les échafaudages organométalliques?
Y a-t-il quelque chose sur notre liste d'achats qui soit plus toxique qu'acceptable ou qui nécessite une manipulation extrêmement prudente? Plutonium? Substances interdites? Dioxyfluorure? Solution Piranha ? Avons-nous besoin de spécialistes certifiés? Allons-nous retirer leur assurance maladie? Serons-nous intéressés par la Drug Enforcement Administration ou le Department of Homeland Security?
Notre processus dépend-il de la disponibilité et de la bonne volonté d'un ou plusieurs docteurs hautement spécialisés? Avons-nous un plan de rétention des talents? À quel point notre processus est-il exotique?
Avons-nous besoin de matériaux magiques?
Notre système fonctionne-t-il uniquement avec des substances pures à 99,999999%? Que se passe-t-il en cas de contamination - pas de problème, l'efficacité baisse-t-elle ou tout peut exploser soudainement? Nos catalyseurs vont-ils gâcher les polluants atmosphériques courants - vapeur d'eau, oxygène, odeur de pad thaï?
Les catalyseurs sont-ils consommés dans le système? Sont-ils des consommables secrets? Avons-nous un plan pour l'approvisionnement, l'entretien et le remplacement de ce que nous n'avions pas l'intention de gâcher? De combien de cobalt avons-nous besoin par tonne de CO 2 ?
Avons-nous besoin de la magie de la mise à l'échelle?
Tout le monde sait que le bon marché relatif des voitures est possible grâce à des industries énormes et coûteuses, grâce auxquelles des centaines de milliers d'exemplaires absolument identiques peuvent être produits chaque année.
Notre SUA a-t-il le même problème que nous ne pouvons pas ramener nos coûts d'investissement à des niveaux acceptables jusqu'à ce que nous construisions une usine entièrement automatique d'un million de mètres carrés? Pourquoi ne peut-il pas être assemblé comme LEGO? Avons-nous construit nous-mêmes une immense usine automatique? Cette connaissance est-elle bonne pour la cause? Peut-être vaut-il mieux offrir aux gens des usines entièrement automatiques d'un million de mètres carrés en tant que service?
Existe-t-il une échelle critique en dessous de laquelle notre système n'a aucun sens? Pouvons-nous justifier des économies d'échelle, ou fantasmons-nous simplement qu'il coûtera plus cher de construire notre système que de gagner dans 20 ans, en recevant 1 000 dollars la tonne?
Avons-nous une source de revenus?
Ou devons-nous nous fier à l'action coordonnée de plusieurs dizaines de gouvernements pour approuver des allégements fiscaux ou des paiements solides qui créent un marché d'une profondeur infinie avec une élasticité nulle pour la vente de CO 2 ?
Où ira notre CO 2 concentré ? Sera-t-il transformé en carburant? Plastique? Suie? Graphite? Ciment? Va-t-il passer sous terre? Un soda? Quelle est la capacité annuelle de ces marchés? Quel pourcentage en attraperons-nous?
Si nous ne vendons notre CO 2 qu'à PepsiCo, il reviendra dans l'atmosphère très rapidement. Avons-nous un plan pour stocker le CO 2 de manière plus sécurisée ?
Qui achètera du CO 2 chez nous , sous quelle forme, combien et à quel prix? À quoi ressemblera notre activité si ce marché est saturé? Disons que si nous vendons 1 000 tonnes par an à 100 dollars la tonne, le revenu de notre entreprise est de 100 000 dollars par an. Est-ce suffisant pour que l'équipe travaille?
Où la valeur est-elle créée dans les affaires?
Si nous fabriquons un SUU, qui doit être amorti dans 20 ans, nous vendons des widgets très chers aux amoureux de la dette, et ce serait bien en grande quantité. Quelle est la chose la plus chère dans une voiture? Où ajoutons-nous de la valeur?
Disons que nous créons un système de contrôle sur les cellules de zéolite oscillantes, telles que celles utilisées sur l'ISS. La plupart de leur valeur est constituée de nouvelles zéolithes. Pour réduire les coûts et améliorer le contrôle de la qualité, nous avons décidé d'intégrer la production de zéolite dans le processus, en améliorant le coût de 20%. Étant donné que les zéolithes représentaient environ 90% des dépenses en capital de la machine, plus de 95% de la valeur de l'entreprise réside désormais dans la production de zéolithes. Sommes-nous une usine de zéolite déguisée maintenant?
Et si, à long terme, la capture du CO 2L'échelle industrielle dépendra fortement de la production de masse de matériaux exotiques, comme l'industrie informatique dépendait de la photolithographie sur des cristaux de silicium incroyablement purs, la verticalisation de l'industrie a-t-elle un sens? Où commençons-nous dans cette chaîne de valeur et où en sommes-nous? Les produits chimiques en tant que service?