Il processo più comune per produrre il perossido di idrogeno inizia con un prodotto altamente tossico, soluzione di lavoro infiammabile che si combina con l'idrogeno, filtrato, combinato con ossigeno, mescolato in acqua, e poi concentrato a livelli elevatissimi per la spedizione.

Il processo di trasporto è altrettanto contorto. La maggior parte degli enormi impianti chimici che producono il perossido di idrogeno si trovano in Russia e in Cina. Per i grandi mercati come l'industria petrolifera e del gas statunitense, il perossido di idrogeno concentrato viene solitamente spedito in America, diluito, poi spedito via treno o camion in posti come il Texas occidentale, dove una società di servizi lo acquista e lo pompa per il cliente.

Tutta questa complessità maschera il fatto che il perossido di idrogeno è strutturalmente semplice. Infatti, un ampio gruppo di proteine ​​specializzate, chiamati enzimi, sono noti da tempo che funzionano con il perossido di idrogeno in vari sistemi biologici. Ma tradurre questa conoscenza in un modo più naturale per creare il perossido di idrogeno si è dimostrato difficile, fino a poco tempo fa.

Negli ultimi anni, la startup Solugen, che è stato co-fondato da un alunno del MIT, produce perossido di idrogeno combinando enzimi geneticamente modificati con composti organici come gli zuccheri vegetali. La reazione crea perossido di idrogeno a base biologica e acidi organici, e l'azienda dice che questo metodo è più economico, più sicuro, e molto meno tossici dei processi tradizionali.

Solugen ha attualmente due impianti pilota in Texas che producono più di 10 tonnellate di perossido di idrogeno al giorno, con un sito molto più grande che aprirà la prossima estate. La tecnologia ha il potenziale per decarbonizzare la produzione di una sostanza chimica estremamente comune utilizzata per una serie di applicazioni industriali e di consumo.

Le aziende scientifiche come Solugen sono spesso avviate da ricercatori che hanno trascorso anni a studiare un problema specifico. Il loro successo dipende spesso dall'ottenimento di sovvenzioni governative o partnership aziendali. Ma Solugen ha una storia molto più colorata.

L'azienda può attribuire il suo successo alla ricerca sul cancro del pancreas, un gruppo Facebook di appassionati di float spa, una fruttuosa pazzia a Home Depot, e l'emergere di diversi campi che rendono possibile la soluzione di Solugen.

Come cavarsela con l'aiuto degli amici di Facebook

Il co-fondatore di Solugen, Gaurab Chakrabarti, frequentava la facoltà di medicina e studiava il cancro al pancreas nel 2015 quando ha scoperto un enzima nelle cellule tumorali che potrebbe funzionare in concentrazioni estremamente elevate di perossido di idrogeno.

L'enzima richiedeva un'altra sostanza chimica costosa per essere utile nelle reazioni, così Chakrabarti ha collaborato con Sean Hunt SM '13 Ph.D. '16, con cui aveva stretto amicizia mentre frequentava la scuola di medicina con la moglie di Hunt. Hunt stava studiando metodi di elaborazione chimica più tradizionali per il suo dottorato di ricerca. quando Chakrabarti gli mostrò l'enzima.

"Il mio background non è nelle biotecnologie, quindi sono una specie di scettico sulla biotecnologia in via di guarigione, " dice Hunt. "Ho imparato a conoscere gli enzimi a scuola, e tutti sapevano quanto fossero attivi e selettivi, ma erano così instabili e difficili da fabbricare."

Utilizzando metodi di progettazione computazionale delle proteine, Hunt e Chakrabarti sono stati in grado di modificare geneticamente l'enzima per farlo produrre perossido di idrogeno a temperatura ambiente quando combinato con composti organici economici come lo zucchero.

Subito dopo, i fondatori sono stati finalisti nel concorso pitch del MIT da $ 100K del 2016, guadagnare $ 10, 000. Ma non erano ancora sicuri che valesse la pena perseguire la tecnologia.

Poi sono stati contattati da un gruppo Facebook di appassionati di float spa. Le spa galleggianti sospendono le persone in acque salate mentre escludono tutti i rumori e la luce per aiutarle a raggiungere la deprivazione sensoriale. Il perossido di idrogeno viene utilizzato per mantenere pulite le acque termali galleggianti.

"Ci sono circa 400 bagni termali galleggianti negli Stati Uniti, e sono tutti su un gruppo Facebook, e un proprietario ha visto il nostro video del MIT $ 100K e lo ha condiviso sul gruppo Facebook, " Hunt spiega. "Questo è davvero ciò che ci ha fatto continuare a Solugen quell'estate. Perché siamo stati contattati da questi proprietari di spa galleggianti dicendo:"Questo è quanto paghiamo per il perossido. Se riuscite a farcela, ragazzi, lo compreremo.""

Incoraggiato, i fondatori hanno affittato uno spazio di laboratorio economico a Dallas e hanno inviato uno dei loro primi progetti di enzimi a un produttore di proteine ​​in Cina. Poi Hunt ha speso $7, 000 a Home Depot per creare un reattore pilota che descrive come "questa piccola colonna di bolle di PVC".

A corto di soldi, i fondatori acquistarono fusti di zucchero da 55 galloni e li fecero passare attraverso il reattore con il loro enzima, guardando trionfalmente mentre gli acidi organici e il perossido di idrogeno uscivano dall'altra parte. I fondatori iniziarono a vendere tutto il perossido che potevano produrre, a volte dormendo sul pavimento per mantenere il reattore in funzione per tutta la notte. Entro dicembre 2016 stavano facendo $ 10, 000 al mese vendendo secchi di perossido alla comunità delle terme galleggianti.

L'azienda ha utilizzato il suo reattore a bolle di PVC fino all'estate del 2017, quando hanno costruito un reattore completamente automatizzato in grado di produrre 10 volte più perossido di idrogeno. Fu allora che si trasferirono nell'industria petrolifera e del gas.

Un grande, problema tossico

Mentre le aziende pompano petrolio e gas dal terreno, generano grandi quantità di acqua salata contaminata che deve essere trattata o smaltita. Miliardi di galloni di tale acqua vengono prodotti ogni giorno solo negli Stati Uniti. Il perossido di idrogeno è comunemente usato nel processo di trattamento, ma i metodi tradizionali per la creazione di perossido di idrogeno, oltre ad essere pericoloso, lasciare un'enorme impronta di carbonio associata allo sfiato costante della soluzione di lavoro.

"Ciò che mi piace davvero di questo è che si tratta di una vera crisi ambientale su cui penso che stiamo facendo una grande differenza, "Caccia dice, notando che altre sostanze chimiche usate per trattare le acque reflue sono estremamente tossiche e non si biodegradano come fa il perossido di idrogeno.

Gli attuali impianti di produzione di Solugen spediscono forme concentrate di perossido di idrogeno, ma i fondatori progettano di costruire "minimill" accanto a impianti di petrolio e gas che non richiedono concentrazione e diluizione, per ridurre ulteriormente i costi e migliorare la sostenibilità.

"Quando stavamo costruendo queste cose, ci siamo resi conto che perché stiamo facendo tutta questa chimica con gli enzimi a temperatura ambiente, in acqua, e bassa pressione, è molto sicuro, e di conseguenza possiamo costruire questi piccoli impianti, " Hunt dice. "Questo è davvero eccitante per noi. … Ad esempio, puoi vendere il perossido di idrogeno per $ 2 al gallone. Costa $ 1,50 al gallone solo per spedirlo al cliente. Il trasporto è quasi il prezzo della sostanza chimica. E in alcuni casi, è più della sostanza chimica stessa."

La soluzione di Solugen è anche intrigante perché non poteva esistere fino a poco tempo fa. Per produrre i suoi enzimi proprietari, l'azienda sta sfruttando metodi abbastanza nuovi per la progettazione computazionale delle proteine ​​e l'ingegneria genetica. Si basa anche su un'industria di produttori a contratto di proteine ​​in grado di produrre grandi quantità di enzimi ingegnerizzati a un prezzo molto più economico di quanto sarebbe stato possibile anche cinque anni fa.

Guardare avanti, Hunt afferma che l'infrastruttura di Solugen potrebbe essere utilizzata per co-produrre centinaia di diversi acidi organici modificando gli enzimi e i composti che vengono miscelati. Uno dei co-prodotti di cui è più entusiasta è l'acido acetico, che serve per fare l'aceto. L'acido acetico viene anche utilizzato nella produzione di materiali importanti come la fibra di poliestere e la plastica.

"Il perossido di idrogeno e l'acido acetico sono elementi fondamentali per la nostra economia, " Hunt dice. "Vediamo Solugen come una piattaforma [per altre soluzioni]. A lungo termine, questo è ciò che ci entusiasma davvero".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.