El proceso más común para producir peróxido de hidrógeno comienza con un producto altamente tóxico, solución de trabajo inflamable que se combina con hidrógeno, filtrado, combinado con oxígeno, mezclado en agua, y luego se concentró a niveles extremadamente altos para el envío.

El proceso de transporte es igualmente complicado. La mayoría de las plantas químicas masivas que producen peróxido de hidrógeno se encuentran en Rusia y China. Para grandes mercados como la industria del petróleo y el gas de EE. UU., El peróxido de hidrógeno concentrado generalmente se envía a Estados Unidos, diluido, luego se envía por ferrocarril o camión a lugares como el oeste de Texas, donde una empresa de servicios lo compra y lo bombea para el cliente.

Toda esta complejidad enmascara el hecho de que el peróxido de hidrógeno es estructuralmente simple. De hecho, un gran grupo de proteínas especializadas, llamadas enzimas, Se sabe desde hace mucho tiempo que trabaja con peróxido de hidrógeno en varios sistemas biológicos. Pero traducir ese conocimiento a una forma más natural de crear peróxido de hidrógeno ha resultado difícil, hasta hace poco.

Durante los últimos años, la startup Solugen, que fue cofundada por un ex alumno del MIT, ha estado produciendo peróxido de hidrógeno mediante la combinación de enzimas modificadas genéticamente con compuestos orgánicos como azúcares vegetales. La reacción crea peróxido de hidrógeno de base biológica, así como ácidos orgánicos, y la empresa dice que este método es más económico, más seguro y mucho menos tóxico que los procesos tradicionales.

Actualmente, Solugen tiene dos instalaciones piloto en Texas que producen más de 10 toneladas de peróxido de hidrógeno por día, con un sitio mucho más grande que se abrirá el próximo verano. La tecnología tiene el potencial de descarbonizar la producción de una sustancia química extremadamente común que se utiliza para una gran cantidad de aplicaciones industriales y de consumo.

Las empresas científicas como Solugen a menudo las inician investigadores que han pasado años estudiando un problema específico. Su éxito a menudo depende de la obtención de subvenciones gubernamentales o asociaciones corporativas. Pero Solugen tiene una historia mucho más colorida.

La empresa puede atribuir su éxito a la investigación del cáncer de páncreas, un grupo de Facebook de entusiastas del spa flotante, un fructífero derroche en Home Depot, y el surgimiento de varios campos que hacen posible la solución de Solugen.

Sobrevivir con la ayuda de amigos de Facebook

El cofundador de Solugen, Gaurab Chakrabarti, estaba en la escuela de medicina estudiando el cáncer de páncreas en 2015 cuando descubrió una enzima en las células cancerosas que podía funcionar en concentraciones extremadamente altas de peróxido de hidrógeno.

La enzima requería otro químico costoso para ser útil en las reacciones, entonces Chakrabarti se asoció con Sean Hunt SM '13 Ph.D. 'dieciséis, con quien se había hecho amigo mientras asistía a la escuela de medicina con la esposa de Hunt. Hunt estaba estudiando métodos de procesamiento químico más tradicionales para su doctorado. cuando Chakrabarti le mostró la enzima.

"Mi experiencia no es en biotecnología, así que soy una especie de escéptico de la biotecnología en recuperación ", Dice Hunt." Aprendí sobre las enzimas en la escuela, y todos sabían lo activos y selectivos que eran, pero eran tan inestables y difíciles de fabricar ".

Usando métodos de diseño de proteínas computacionales, Hunt y Chakrabarti pudieron modificar genéticamente la enzima para que produzca peróxido de hidrógeno a temperatura ambiente cuando se combina con compuestos orgánicos baratos como el azúcar.

Poco después los fundadores fueron finalistas en la competencia de lanzamiento MIT $ 100K 2016, ganando $ 10, 000. Pero todavía no estaban seguros de que valiera la pena utilizar la tecnología.

Luego fueron contactados por un grupo de Facebook de entusiastas del spa flotante. Los balnearios flotantes suspenden a las personas en aguas saladas a la vez que bloquean todo el ruido y la luz para ayudarlos a lograr la privación sensorial. El peróxido de hidrógeno se utiliza para mantener limpias las aguas flotantes del spa.

"Hay alrededor de 400 balnearios flotantes en EE. UU., y todos están en un grupo de Facebook, y un propietario vio nuestro video de presentación de MIT $ 100K y lo compartió con el grupo de Facebook, "Hunt explica." Eso es realmente lo que nos hizo continuar Solugen ese verano. Porque fuimos contactados por estos propietarios de spa flotante diciendo:"Esto es lo que pagamos por el peróxido. Si pueden hacerlo, lo compraremos. ""

Envalentonado, los fundadores alquilaron un laboratorio barato en Dallas y enviaron uno de sus primeros diseños de enzimas a un fabricante de proteínas en China. Luego, Hunt gastó $ 7, 000 en Home Depot para crear un reactor piloto que describe como "esta pequeña columna de burbujas de PVC".

Quedarse sin dinero, los fundadores compraron bidones de azúcar de 55 galones y los pasaron por el reactor con su enzima, mirando triunfalmente cómo los ácidos orgánicos y el peróxido de hidrógeno salían por el otro extremo. Los fundadores comenzaron a vender todo el peróxido que podían producir, a veces durmiendo en el suelo para mantener el reactor funcionando durante la noche. Para diciembre de 2016, estaban ganando $ 10, 000 al mes vendiendo cubos de peróxido a la comunidad del spa flotante.

La empresa utilizó su reactor de burbujas de PVC hasta el verano de 2017, cuando construyeron un reactor totalmente automatizado capaz de producir 10 veces más peróxido de hidrógeno. Fue entonces cuando se trasladaron a la industria del petróleo y el gas.

Un gran, problema tóxico

A medida que las empresas extraen petróleo y gas del suelo, generan grandes cantidades de agua salada contaminada que necesita ser tratada o eliminada. Cada día se producen miles de millones de galones de esa agua solo en los EE. UU. El peróxido de hidrógeno se usa comúnmente en el proceso de tratamiento, pero los métodos tradicionales para crear peróxido de hidrógeno, además de peligroso, dejar una enorme huella de carbono asociada con la ventilación constante de la solución de trabajo.

"Lo que realmente me encanta de esto es que es una verdadera crisis ambiental en la que creo que estamos marcando una gran diferencia. "Hunt dice, teniendo en cuenta que otros productos químicos utilizados para tratar las aguas residuales son extremadamente tóxicos y no se biodegradan como lo hace el peróxido de hidrógeno.

Las instalaciones de producción actuales de Solugen envían formas concentradas de peróxido de hidrógeno, pero los fundadores planean construir "miniacerías" junto a plantas de petróleo y gas que no requieren concentración ni dilución, para reducir aún más los costos y mejorar la sostenibilidad.

"Cuando estábamos construyendo estas cosas, nos dimos cuenta de que debido a que estamos haciendo toda esta química con enzimas a temperatura ambiente, en agua, y baja presión, es muy seguro, y como resultado podemos construir estas pequeñas plantas, "Dice Hunt." Eso es realmente emocionante para nosotros. … Por ejemplo, puede vender peróxido de hidrógeno por $ 2 el galón. Cuesta $ 1.50 el galón solo para enviárselo al cliente. El flete es casi el precio del químico. Y en algunos casos, es más que la sustancia química en sí ".

La solución de Solugen también es intrigante porque no podría haber existido hasta hace poco. Para fabricar sus enzimas patentadas, la compañía está aprovechando métodos bastante nuevos para el diseño de proteínas computacionales y la ingeniería genética. También depende de una industria de fabricantes por contrato de proteínas que pueden producir grandes cantidades de enzimas modificadas por ingeniería mucho más baratas de lo que hubiera sido posible incluso hace cinco años.

Viendo hacia adelante, Hunt dice que la infraestructura de Solugen podría usarse para coproducir cientos de ácidos orgánicos diferentes cambiando las enzimas y los compuestos que se mezclan. Uno de los coproductos que más le entusiasman es el ácido acético, que se usa para hacer vinagre. El ácido acético también se utiliza en la producción de materiales importantes como la fibra de poliéster y el plástico.

"El peróxido de hidrógeno y el ácido acético son componentes fundamentales para nuestra economía, ", Dice Hunt." Vemos a Solugen como una plataforma [para otras soluciones]. A largo plazo, eso es lo que realmente nos emociona ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.