Het meest gebruikelijke proces voor het maken van waterstofperoxide begint met een zeer giftige, brandbare werkoplossing die wordt gecombineerd met waterstof, gefilterd, gecombineerd met zuurstof, gemengd met water, en vervolgens geconcentreerd tot extreem hoge niveaus voor de scheepvaart.

Het transportproces is al even ingewikkeld. De meeste van de enorme chemische fabrieken die waterstofperoxide maken, bevinden zich in Rusland en China. Voor grote markten zoals de Amerikaanse olie- en gasindustrie, geconcentreerd waterstofperoxide wordt meestal naar Amerika vervoerd, verdund, vervolgens per spoor of vrachtwagen verscheept naar plaatsen zoals West-Texas, waar een dienstverlenend bedrijf het koopt en pompt voor de klant.

Al deze complexiteit maskeert het feit dat waterstofperoxide structureel eenvoudig is. In feite, een grote groep gespecialiseerde eiwitten, enzymen genoemd, al lang bekend om te werken met waterstofperoxide in verschillende biologische systemen. Maar het vertalen van die kennis naar een meer natuurlijke manier om waterstofperoxide te maken, bleek tot voor kort moeilijk.

De afgelopen jaren, de startup Solugen, die mede werd opgericht door een MIT-alumnus, heeft waterstofperoxide geproduceerd door genetisch gemodificeerde enzymen te combineren met organische verbindingen zoals plantensuikers. Door de reactie ontstaan ​​biobased waterstofperoxide en organische zuren, en het bedrijf zegt dat deze methode goedkoper is, veiliger, en veel minder giftig dan traditionele processen.

Solugen heeft momenteel twee proeffaciliteiten in Texas die meer dan 10 ton waterstofperoxide per dag produceren, met een veel grotere site die volgende zomer wordt geopend. De technologie heeft het potentieel om de productie van een extreem veel voorkomende chemische stof die voor tal van consumenten- en industriële toepassingen wordt gebruikt, koolstofarm te maken.

Wetenschapsbedrijven zoals Solugen worden vaak opgericht door onderzoekers die jarenlang een specifiek probleem hebben bestudeerd. Hun succes hangt vaak af van het verkrijgen van overheidssubsidies of zakelijke partnerschappen. Maar Solugen heeft een veel kleurrijkere geschiedenis.

Het bedrijf kan zijn succes toeschrijven aan onderzoek naar alvleesklierkanker, een Facebook-groep van float spa-enthousiastelingen, een vruchtbare uitspatting bij Home Depot, en de opkomst van verschillende velden die de oplossing van Solugen mogelijk maken.

Rondkomen met hulp van Facebook-vrienden

Mede-oprichter van Solugen, Gaurab Chakrabarti, studeerde in 2015 op de medische school alvleesklierkanker toen hij een enzym ontdekte in kankercellen dat zou kunnen functioneren in extreem hoge concentraties waterstofperoxide.

Het enzym had een andere dure chemische stof nodig om bruikbaar te zijn in reacties, dus werkte Chakrabarti samen met Sean Hunt SM '13 Ph.D. '16, met wie hij bevriend was geraakt tijdens zijn medische opleiding met Hunt' vrouw. Hunt bestudeerde meer traditionele chemische verwerkingsmethoden voor zijn Ph.D. toen Chakrabarti hem het enzym liet zien.

"Mijn achtergrond ligt niet in de biotech, dus ik ben een beetje de herstellende biotech-scepticus, "Zet Hunt. "Ik leerde op school over enzymen, en iedereen wist hoe actief en selectief ze waren, maar ze waren gewoon zo onstabiel en moeilijk te vervaardigen."

Met behulp van computationele eiwitontwerpmethoden, Hunt en Chakrabarti waren in staat om het enzym genetisch te modificeren om het waterstofperoxide te laten produceren bij kamertemperatuur in combinatie met goedkope organische verbindingen zoals suiker.

Snel na, de oprichters waren finalisten in de 2016 MIT $ 100K pitch-competitie, $ 10 verdienen, 000. Maar ze waren er nog steeds niet zeker van of de technologie de moeite waard was om na te streven.

Vervolgens werden ze benaderd door een Facebook-groep van float spa-enthousiastelingen. Float-spa's hangen mensen op in zoute wateren terwijl ze alle geluid en licht buitensluiten om hen te helpen zintuiglijke deprivatie te bereiken. Waterstofperoxide wordt gebruikt om het water van de float-spa schoon te houden.

"Er zijn ongeveer 400 float-spa's in de VS, en ze zitten allemaal in één Facebook-groep, en een eigenaar zag onze MIT $ 100K pitchvideo en deelde deze met de Facebook-groep, Hunt legt uit. "Dat is echt de reden waarom we Solugen die zomer hebben voortgezet. Omdat we werden gecontacteerd door deze eigenaren van float-spa's die zeiden:"Dit is hoeveel we betalen voor peroxide. Als jullie het kunnen redden, we zullen het kopen.""

aangemoedigd, de oprichters huurden goedkope laboratoriumruimte in Dallas en stuurden een van hun vroege enzymontwerpen naar een eiwitfabrikant in China. Toen gaf Hunt $7 uit, 000 bij Home Depot om een ​​proefreactor te maken die hij omschrijft als "deze kleine PVC-bellenkolom".

Geen geld meer, de oprichters kochten 55 gallon vaten suiker en haalden ze door de reactor met hun enzym, triomfantelijk toekijkend terwijl organische zuren en waterstofperoxide aan de andere kant naar buiten kwamen. De oprichters begonnen alle peroxide die ze konden produceren te verkopen, soms op de grond slapen om de reactor de hele nacht te laten draaien. Tegen december 2016, ze verdienden $ 10, 000 per maand die emmers peroxide verkopen aan de float-spa-gemeenschap.

Het bedrijf gebruikte zijn PVC-bellenreactor tot de zomer van 2017, toen ze een volledig geautomatiseerde reactor bouwden die 10 keer meer waterstofperoxide kan produceren. Dat is het moment waarop ze de olie- en gasindustrie betraden.

Een grote, giftig probleem

Terwijl bedrijven olie en gas uit de grond pompen, ze genereren grote hoeveelheden verontreinigd zout water dat moet worden behandeld of verwijderd. Alleen al in de VS worden elke dag miljarden gallons van dergelijk water geproduceerd. Waterstofperoxide wordt vaak gebruikt in het behandelingsproces, maar de traditionele methoden voor het maken van waterstofperoxide, behalve dat het gevaarlijk is, laat een enorme ecologische voetafdruk achter in verband met het constant ventileren van de werkende oplossing.

"Wat ik hier echt geweldig aan vind, is dat het een echte milieucrisis is waarvan ik denk dat we een groot verschil maken, "Hunt zegt, opmerkend dat andere chemicaliën die worden gebruikt om afvalwater te behandelen, extreem giftig zijn en niet biologisch afbreekbaar zijn zoals waterstofperoxide.

De huidige productiefaciliteiten van Solugen leveren geconcentreerde vormen van waterstofperoxide, maar de oprichters zijn van plan om "minimolens" te bouwen naast olie- en gasfabrieken die geen concentratie en verdunning vereisen, om de kosten verder te verlagen en de duurzaamheid te verbeteren.

"Toen we deze dingen aan het uitbouwen waren, realiseerden we ons dat omdat we al deze chemie doen met enzymen waar het op kamertemperatuur is, in water, en lage druk, het is heel veilig, en als resultaat kunnen we deze kleine fabrieken bouwen, "Zet Hunt. "Dat is echt spannend voor ons. … Bijvoorbeeld, je kunt waterstofperoxide verkopen voor $ 2 per gallon. Het kost $ 1,50 per gallon om het naar de klant te verzenden. De vracht is bijna de prijs van de chemische stof. En in sommige gevallen, het is meer dan de chemische stof zelf."

De oplossing van Solugen is ook intrigerend omdat het tot voor kort niet had kunnen bestaan. Om zijn eigen enzymen te maken, het bedrijf maakt gebruik van vrij nieuwe methoden voor computationeel eiwitontwerp en genetische manipulatie. Het vertrouwt ook op een industrie van eiwitcontractfabrikanten die grote hoeveelheden gemanipuleerde enzymen kunnen produceren voor veel goedkoper dan wat zelfs vijf jaar geleden mogelijk zou zijn geweest.

Ergens naar uitkijken, Hunt zegt dat de infrastructuur van Solugen kan worden gebruikt om honderden verschillende organische zuren te coproduceren door de enzymen en verbindingen die worden gemengd te veranderen. Een van de bijproducten waar hij het meest enthousiast over is, is azijnzuur, die wordt gebruikt om azijn te maken. Azijnzuur wordt ook gebruikt bij de productie van belangrijke materialen zoals polyestervezels en plastic.

"Waterstofperoxide en azijnzuur zijn fundamentele bouwstenen voor onze economie, "Zet Hunt. "We zien Solugen als een platform [voor andere oplossingen]. Op de lange termijn, dat is wat ons echt boeit."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.