Прошлым летом инвесторы собрались на парковке переоборудованного склада в Санта-Круз, Калифорния.
Роб МакГиннис, основатель и генеральный директор Prometheus Fuels, был готов продемонстрировать свое устройство «Maxwell Core». Этот трубчатый прибор плотно наполнен мембраной, усеянной углеродными нанотрубками. Эти нанотрубки формируют поры, которые разделяют спирты и воду.
В тот день установка была подключена к баку, наполненному смесью этих веществ. Пока МакГиннис объяснял принцип работы технологии, его сотрудники использовали ее для заправки топливного бака мотоцикла Harley-Davidson. По его словам, спирт просачивался сквозь мембрану, концентрируясь до уровня, достаточного для питания транспортного средства, которое было переоборудовано для работы на этом топливе.
После этого участникам предложили прокатиться на «Харлее».
Это была театральная демонстрация технологии, лежащей в основе заманчивого предложения МакГинниса: Prometheus намерена трансформировать мировой сектор топлива, извлекая парниковые газы из воздуха и превращая их в безуглеродное топливо, которое будет таким же дешевым, как грязное, традиционное горючее.
Инвесторы вложили в компанию значительные средства. Prometheus заявляет, что привлекла более 50 миллионов долларов от инвестиционного подразделения BMW, гиганта судоходства Maersk, Y Combinator и других. Стартап уже заключил соглашения о продаже миллионов галлонов своего топлива American Airlines и другим авиационным компаниям. Компания получила упоминание в заявлении администрации Байдена, описывающей усилия США по переходу на устойчивое авиационное топливо. А после закрытия раунда венчурного финансирования в сентябре прошлого года Prometheus объявила, что ее оценка превысила 1,5 миллиарда долларов.
Единственная проблема? Фактических доказательств того, что компания способна выполнить свои громкие обещания, крайне мало.
МакГиннис и его команда построили прототип, который объединяет мембрану из нанотрубок с устройством, поглощающим углекислый газ, и новой электрохимической ячейкой. Система преобразует уловленный углерод в спирты, а затем концентрирует их, избегая при этом дорогостоящей и энергоемкой стадии дистилляции, а также других затрат.
Коммерческая версия будет работать на возобновляемой энергии и включать финальный этап: преобразование этих спиртов в синтетические формы бензина, дизельного топлива и авиационного керосина. МакГиннис утверждал, что полученное топливо будет «конкурентоспособным по цене» с топливом, получаемым из ископаемых источников, и не будет выделять больше парниковых газов, чем процесс удаляет из атмосферы.
Технология будет выглядеть совершенно не так, как гигантские нефтеперерабатывающие заводы, на которые мир полагается для получения транспортного топлива. Они будут представлять собой модульные установки, которые можно строить где угодно и относительно недорого. В апреле прошлого года Prometheus сообщила, что ожидает запустить полмиллиона таких заводов к 2030 году. Совокупно они могли бы производить около 50 миллиардов галлонов топлива в год и поглощать почти 7 миллиардов тонн углекислого газа к концу десятилетия.
Если бы эти виды топлива можно было производить по заявленным ценам и в заявленных масштабах, Prometheus могла бы действительно перевернуть мировой энергетический рынок. Это предложило бы простой способ нейтрализовать выбросы от уже существующих автомобилей и грузовиков, а также мировых флотов судов и самолетов. Кроме того, это снизило бы давление на продолжение добычи ископаемого топлива и строительство нефтеперерабатывающих заводов, ослабив хватку нефтедобывающих государств и мировую зависимость от нефти.
Однако заявления Prometheus вызвали скепсис среди исследователей, предпринимателей и венчурных капиталистов. Несколько экспертов, ознакомившихся с презентацией для инвесторов, полученной MIT Technology Review, сомневаются, что компания сможет достичь заявленных затрат.
«Это смешно», — заявляет Эрик МакФарланд, профессор химической инженерии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. «Это снова технологический пузырь», — добавил он позже. «Люди вкладывают деньги во множество вещей, которые в конечном итоге никогда не заработают, и это — одна из них».
Другие скептически относятся к тому, что небольшой стартап смог незаметно интегрировать передовую химию, новые катализаторы и прорывную мембрану в единый экономически эффективный комплекс, который легко масштабируется до коммерческого уровня. Они отмечают, что компания публично не демонстрировала полностью работающую систему, не представляла процесс на рецензирование и не предоставляла более подробной информации о его работе, даже некоторым потенциальным инвесторам.
Тот факт, что компания значительно не выполнила собственные сроки по поставкам синтетического топлива, вызвал дальнейшие сомнения. Изначально МакГиннис заявлял, что Prometheus начнет продавать альтернативный бензин по 3 доллара за галлон к какому-то моменту в 2020 году, опережая цены на насосах. Вместо этого, спустя два года, компания до сих пор не смогла собрать интегрированное устройство, которое генерировало бы топливо, пригодное для питания стандартных транспортных средств сегодня.
Все это создало у некоторых восприятие того, что МакГиннис, выпускник театрального факультета и драматург, получивший докторскую степень по инженерным наукам об окружающей среде в Йеле, — довольно большой шоумен. Наблюдатели полагают, что его смелые заявления, вероятно, помогли компании заключить сделки, но они также затруднили отделение реальности от шумихи.
Большинство внешних наблюдателей, с которыми беседовали журналисты MIT Technology Review, по-прежнему считают, что могут пройти десятилетия, прежде чем заводы по улавливанию углерода смогут производить топливо так же дешево, как мы добываем его из-под земли. Некоторые полагают, что этого никогда не произойдет.
Электротопливо
Prometheus и некоторые другие стартапы, работающие над производством топлива из уловленного углерода, называют конечный продукт «электротопливом», поскольку этот процесс по сути преобразует энергию электричества в жидкое топливо. Обещание состоит в том, что они могут предоставить недостающий элемент в климатической головоломке: безуглеродный источник энергии для всего транспортного сектора.
Аккумуляторы отлично подходят для электрических легковых автомобилей, но для замены всех мировых машин и грузовиков, а также для создания необходимой зарядной инфраструктуры, потребуются десятилетия. Никто не ожидает, что аккумуляторы будут питать крупные суда и самолеты в ближайшее время.
Просто трудно превзойти плотность энергии и удобство жидкого углеводородного топлива. Оно дешевое и его легко транспортировать, хранить и сжигать, — говорит Мерритт Дэйли, исследователь Центра по отрицательным выбросам углерода Университета штата Аризона.
Электротопливо предлагает способ продолжать использовать такое топливо, наряду с существующей инфраструктурой, без добавления в атмосферу большего количества парниковых газов, чем удаляется в процессе. Самый очевидный путь производства такого топлива — строительство установок прямого улавливания воздуха (DAC), которые используют сорбенты или растворители для захвата углекислого газа. Отдельно устройства, называемые электролизерами, расщепляют воду для получения чистого водорода, который затем можно соединить с углеродом для получения углеводородов.
Все это — несложная химия, и именно этим путем идет один из конкурентов Prometheus, компания Carbon Engineering. В 2017 году компания из Британской Колумбии добавила возможность производить топливо из уловленного углерода на свой пилотный завод в Сквэмише. Кроме того, в конце прошлого года компания объявила о планах начать проектирование коммерческого завода недалеко от Мерритта, Британская Колумбия, который мог бы производить более 25 миллионов галлонов низкоуглеродных версий бензина, дизельного топлива и авиационного керосина в год.
Но проблема в том, что оборудование для прямого улавливания воздуха и электролизеры дороги как в строительстве, так и в эксплуатации. Требуется значительное количество тепла для отделения собранного углекислого газа от сорбентов и его концентрации. А для питания электролизеров требуется много электроэнергии.
В исследовании электротоплива за прошлый год в журнале *Environmental Science & Technology* было установлено, что при использовании стандартных технологий, даже в полном коммерческом масштабе, эквивалент бензина будет стоить около 16,80 долларов за галлон. В нем подсчитали, что цены могут упасть примерно до 6,40 долларов в следующем десятилетии и до 3,60 долларов к 2050 году, но только при условии значительного снижения стоимости необходимого оборудования и электроэнергии.
Учитывая эти затраты, большинство наблюдателей полагают, что электротопливо не сможет занять свою нишу на рынке без мандатов на выбросы, высоких цен на углерод или другой поддерживающей политики. Carbon Engineering, например, рассчитывает на государственные субсидии для обеспечения экономической целесообразности.
Однако Prometheus обещает, что их топливо будет конкурировать напрямую с топливом, получаемым из нефти, главным образом потому, что компания избегает ключевых этапов, которые делают другое электротопливо таким дорогим. Более того, компания заявляет, что это произойдет не через десятилетия, а всего через несколько лет.
Дешевле бензина
В 2012 году МакГиннис покинул стартап по опреснению воды, соучредителем которого он являлся — Oasys Water, но продолжил работать над усовершенствованием основного элемента технологии: мембран.
Он сосредоточился на потенциале углеродных нанотрубок, которые можно настроить так, чтобы они поглощали или отталкивали определенные соединения. Он годами работал над тем, как встроить их в пластиковые листы, выровняв их перпендикулярно поверхности, чтобы создать селективные поры в материалах.
Он стал соавтором статьи 2018 года в *Science Advances*, в которой показал, что может производить мембраны из углеродных нанотрубок, эффективно фильтрующие соль и сульфат магния. Дополнительная отладка и эксперименты привели к созданию нанотрубок с отверстиями, достаточными для пропускания сложных молекул спирта, в то время как внутренняя часть имела тенденцию отталкивать воду. МакГиннис убедился, что сможет использовать эту технологию для упрощения дорогостоящего и сложного этапа в одном из путей производства синтетического топлива.
В конце 2018 года МакГиннис откликнулся на призыв Y Combinator к подаче заявок от стартапов по удалению углерода для участия в их акселераторе и был принят, что, по его словам, ознаменовало создание Prometheus Fuels.
Во время Demo Day YC в Сан-Франциско в марте следующего года МакГиннис, как сообщалось, вышел на сцену, чтобы представить свою презентацию толпе инвесторов и показать прототип размером с холодильник, который он завершил за несколько дней до мероприятия.
Как писало издание *Science* в то время, у него произошла утечка, и устройство не работало, но это не помешало ему сделать смелое заявление: «Сегодня бензин в Калифорнии стоит 3,50 доллара за галлон. В следующем году мы будем продавать его по 3 доллара за галлон».
Технологический процесс
Согласно материалам для инвесторов Prometheus, процесс разбивается на четыре основных этапа.
На первом этапе промышленные вентиляторы забирают воздух и пропускают его через смесь воды и других соединений, которые, по словам МакГинниса, могут включать карбонат натрия. Это вещество легко вступает в реакцию с молекулами углекислого газа в воздухе, переводя большую часть карбоната в бикарбонат.
Полученный раствор затем перекачивается в ячейку, похожую на аккумулятор, с мембраной посередине и электродами по краям. Она использует электричество для запуска серии химических реакций, производящих сложные спирты. Она оснащена катализатором, основанным на технологии, лицензированной у Национальной лаборатории Ок-Ридж. В более раннем описании эта лаборатория заявляла, что разработала катализатор из крошечных углеродных «шипов», инкрустированных медными наночастицами. При подаче напряжения он преобразовывал растворенный в воде углекислый газ в этанол «с выходом 63%».
Мембраны из углеродных нанотрубок Prometheus вступают в игру на третьем этапе, отделяя спирты от воды.
И на заключительном этапе используются другие катализаторы для объединения спиртов и их преобразования в синтетический бензин, дизельное топливо или авиационный керосин. В 2020 году Prometheus лицензировала отдельную технологию у Ок-Ридж для производства авиационного керосина из этанола через многостадийный процесс, основанный на новом, но неопределенном катализаторе.
Общий процесс существенно отличается от того, который используют другие компании, преобразующие уловленный углерод в топливо. Как объяснил МакГиннис в комментарии для журнала Joule, системы Prometheus могут работать при стандартном атмосферном давлении и комнатной температуре. Технология также позволяет избежать использования тепловой энергии, необходимой для получения концентрированного углекислого газа, а также капитальных затрат на электролизер, предназначенный для производства водорода. Вместо этого, по утверждению компании, она может синтезировать спирты непосредственно из углекислого газа, растворенного в воде, а затем преобразовывать их в стандартное топливо.
Если им действительно удалось это реализовать, это «может привести к значительной экономии энергии и затрат», — говорит Эван Дэвид Шервин, научный сотрудник Стэнфорда, который проводил исследование для *Environmental Science & Technology*.
Один из последних слайдов в материалах для инвесторов демонстрирует АЗС под брендом Prometheus с неоновой вывеской «Zero Net Carbon», рекламирующей бензин по 3,50 доллара за галлон и дизельное топливо по 3,75 доллара — значительно ниже средних цен в США.
«Слишком замахнулись»
Позже МакГиннис перенес сроки поставки топлива, заявив в той же статье в *Joule* в марте 2020 года: «Мы прогнозируем, что, объединив все эти достижения, станет возможным предложить возобновляемый бензин из [прямого улавливания воздуха] CO2-в-топливо в течение следующих двух лет по цене, конкурентоспособной с ископаемым бензином».
Когда его спросили об этой фразе, Дэвид Кит, профессор Гарварда и основатель Carbon Engineering, высмеял это в электронном письме: «Я прогнозирую, что, оптимально объединив все мои блестящие идеи, я смогу в течение следующих двух лет отправить маршрут 5.13b [очень сложный по шкале скалолазания], быть избранным в Национальную академию, а также запустить инициативу, которая катализирует глобальные межконтинентальные [высоковольтные, постоянного тока линии электропередач] под океаном».
Оба срока, установленных Prometheus для себя, уже прошли.
МакГиннис возлагает вину за задержки на пандемию и последующие проблемы с цепочками поставок и отказывается называть конкретные сроки начала продажи бензина на заправках. «Похоже, я сам себя загнал в угол, потому что дал прогнозы, а потом случился COVID», — говорит он.
Но он добавляет, что если «все пойдет как надо», они смогут продемонстрировать топливо позже в этом году и «возможно» начнут коммерческие поставки в 2023 году.
Другие проблемы также привлекли внимание внешних наблюдателей.
Первая — это стоимость солнечной энергии, на которую рассчитывает Prometheus в своих ценовых оценках: 2 цента за киловатт-час, что, по словам МакГинниса, основано на новости о том, что город Лос-Анджелес заключил контракт на покупку возобновляемой энергии по этой цене.
Однако цифры Лос-Анджелеса отражали 25-летний контракт с гигантским покупателем, который мог обеспечить такие тарифы, которые вряд ли будут доступны для одного завода. Несубсидированные затраты при строительстве и получении энергии напрямую от крупного солнечного проекта в самых солнечных районах США составляют около 3 центов за киловатт-час, — говорит Рамез Наам, инвестор в чистую энергетику, специализирующийся на солнечном секторе, который оптимистично настроен в отношении электротоплива. А затраты возрастут, если завод будет потреблять энергию из более отдаленных источников.
«Я думаю, что они немного переоценивают свои возможности», — говорит он, хотя и добавляет, что к концу этого десятилетия стоимость солнечной энергии может достичь тех уровней, которые прогнозирует компания.
Полная зависимость от чистой электроэнергии, что критически важно для соблюдения безуглеродного баланса, создает другие ограничения. Чтобы работать прибыльно, полагаясь исключительно на солнечную или ветровую энергию, заводы должны быть очень дешевыми, высокоавтоматизированными и способными гибко наращивать и снижать мощность по мере колебаний выработки электроэнергии. Или им придется включать системы хранения энергии, такие как большие аккумуляторные блоки, что существенно увеличит затраты. В некоторых регионах заводы также могут полагаться на стабильные источники безуглеродной энергии, такие как ядерная, геотермальная или комбинация ресурсов ветра и солнца, которые в значительной степени компенсируют друг друга.
Когда его спросили о проблемах, связанных с переменной возобновляемой энергией, МакГиннис ответил по электронной почте, что топливные «печи» спроектированы для гибкой работы, быстрого включения и выключения в зависимости от доступности и цены электричества. Он добавил, что объекты также могут полагаться на водород, который они генерируют в качестве побочного продукта, для работы процесса в определенных обстоятельствах.
Возможно, самый большой вопрос заключается в том, насколько хорошо различные экспериментальные части системы Prometheus, в частности электрохимические ячейки, производящие спирты, будут работать за пределами лаборатории.
Шон Маккой, доцент кафедры химической и нефтяной инженерии Калгарийского университета, отмечает, что академические группы также изучали ключевые части этого процесса. Но он добавляет, что это в основном ранние исследования, которые столкнулись с проблемами. Он отмечает, что другие, работающие над электрохимическим процессом преобразования углекислого газа в спирт, добились «очень низких выходов».
«Возможно ли технически сделать это так, как они предлагают? Да», — написал он в электронном письме. «Но если они не решили какие-то серьезные проблемы на начальном этапе, им, вероятно, еще много лет до коммерческой реализации. Смогут ли они сделать это по цене, конкурентоспособной с ископаемым топливом (без субсидий или ценообразования на углерод…)? Я сомневаюсь».
МакФарланд добавляет, что приведение в действие целой серии реакций, необходимых для генерации сложных спиртов, будет очень дорогим, учитывая высокую стоимость электрохимических ячеек и необходимое электричество.
«Даже если это будет стоить им всего 2 цента [за киловатт-час], они все равно не смогут конкурировать с ископаемым топливом», — сказал он в электронном письме.
Фактически, некоторые считают маловероятным, что какая-либо компания или процесс смогут когда-либо производить синтетическое топливо методом прямого улавливания воздуха по сопоставимым ценам, учитывая дорогостоящее оборудование, потребность в электроэнергии и способность крупных нефтедобывающих стран снижать стоимость ископаемого топлива, увеличивая добычу нефти.
«Вы не можете превзойти бесплатную энергию солнца, которая изначально пошла на создание растений, сформировавших ископаемое топливо», — говорит МакКой. «В этом и заключается проблема».
Некоторым также бросается в глаза, что такие заметные венчурные фирмы, как Breakthrough Energy Ventures, Carbon Direct и Lowercarbon Capital — три влиятельные компании, известные своей научной строгостью и концентрацией на удалении углерода — не инвестировали в Prometheus. Источники в венчурной сфере говорят, что окончательная стоимость и технические претензии казались крайне маловероятными, а то, что МакГиннис не позволил им тщательно проверить некоторые научные утверждения, было расценено как тревожный знак.
Шервин из Стэнфорда говорит, что процесс «не кажется сумасшедшим», но отмечает, что некоторые расчеты Prometheus по затратам и эффективности кажутся «очень агрессивными».
Он поднимает еще один вопрос, отмечая, что любая компания, работающая с электротопливом, должна действовать открыто или подвергаться внешнему контролю, чтобы гарантировать, что конечный продукт действительно нейтрален по углероду.
«Для производителей синтетических углеводородов будет жизненно важно обеспечить очень прозрачную и четкую верификацию источника на каждом этапе», — говорит он. «Потому что было бы совсем несложно иметь волшебную коробку и продавать бензин».
«Совсем близко»
В ответ на эти вопросы МакГиннис в электронном письме сообщил, что компания будет использовать беспристрастный метод сертификации углеродной нейтральности, как только он станет доступен. Он добавил, что будут существовать дополнительные способы проверки методов производства топлива, в том числе посредством анализа самого углерода.
Он подчеркнул, что материалы для инвесторов не предназначались для самостоятельного изучения, отметив, что некоторым фирмам была предоставлена дополнительная информация о их процессе посредством устной презентации и других материалов.
«Любой, кто видел только презентацию, но не получил ее в рамках выступления, упустит важный контекст», — написал он, добавив, что скептики без конфликта интересов были бы убеждены, «если бы у них был доступ к нашим данным, моделям и методам».
МакГиннис объяснил, что компания ограничивает объем информации о своем процессе для защиты интеллектуальной собственности, в том числе от венчурных фирм, инвестировавших в конкурирующие компании. Он утверждает, что просил такие фирмы полагаться на техническую экспертизу, полученную компанией от сторонних консультантов.
МакГиннис ранее также отказывался обсуждать некоторые части процесса в деталях с MIT Technology Review, ссылаясь на схожие причины.
«У нас есть несколько хитростей, на которые мы подали патенты, и есть коммерческая тайна, которыми я хотел бы поделиться с вами», — говорит МакГиннис. «Но мы все еще находимся в процессе финализации некоторых патентов».
Однако он предполагает, что сейчас Prometheus не сталкивается с научными проблемами, заявляя: «Нас и поставки топлива отделяет только масштабирование». Теперь, когда компания привлекла средства в раунде Серии B, он планирует быстро нанять персонал и двигаться вперед гораздо быстрее.
МакГиннис добавляет, что они уже начали переговоры с регуляторами о шагах, которые необходимо предпринять для прямой продажи топлива.
Инвесторы Prometheus также сохраняют оптимизм.
Маркус Берендт, генеральный директор BMW i Ventures, венчурного подразделения автогиганта, заявляет, что его группа «очень уверена» в том, что Prometheus идет по верному пути и что их безуглеродное топливо «совсем близко».
«Если он преуспеет, это станет настоящим прорывом, и шансы не против него», — говорит Берендт.
МакГиннис отмечает, что всегда легко быть циничным и предполагать, что стартапы потерпят неудачу, поскольку подавляющее большинство из них так и делает. Но тогда, по его словам, можно пропустить ту редкую компанию, которая совершает настоящий прорыв.
«Я понимаю, когда люди говорят: «Поверю, когда увижу», — говорит он. «Вот почему так прекрасно, что нам не нужно ничье разрешение, чтобы выйти на рынок. Потому что мы либо поставим топливо, либо нет».
