O processo mais comum para fazer peróxido de hidrogênio começa com um produto altamente tóxico, solução de trabalho inflamável que é combinada com hidrogênio, filtrado, combinado com oxigênio, misturado em água, e então concentrado em níveis extremamente altos para envio.

O processo de transporte é igualmente complicado. A maioria das grandes fábricas de produtos químicos que produzem peróxido de hidrogênio está localizada na Rússia e na China. Para grandes mercados como a indústria de petróleo e gás dos EUA, o peróxido de hidrogênio concentrado é normalmente despachado para a América, diluído, em seguida, enviado por trem ou caminhão para lugares como o oeste do Texas, onde uma empresa de serviços compra e bombeia para o cliente.

Toda essa complexidade mascara o fato de que o peróxido de hidrogênio é estruturalmente simples. Na verdade, um grande grupo de proteínas especializadas, chamadas enzimas, são conhecidos por trabalhar com peróxido de hidrogênio em vários sistemas biológicos. Mas traduzir esse conhecimento em uma maneira mais natural de criar peróxido de hidrogênio tem se mostrado difícil - até recentemente.

Nos últimos anos, a startup Solugen, que foi cofundado por um ex-aluno do MIT, vem produzindo peróxido de hidrogênio combinando enzimas geneticamente modificadas com compostos orgânicos como açúcares vegetais. A reação cria peróxido de hidrogênio de base biológica, bem como ácidos orgânicos, e a empresa diz que esse método é mais barato, mais seguro, e muito menos tóxico do que os processos tradicionais.

A Solugen possui atualmente duas instalações piloto no Texas que produzem mais de 10 toneladas de peróxido de hidrogênio por dia, com um site muito maior inaugurando no próximo verão. A tecnologia tem o potencial de descarbonizar a produção de um produto químico extremamente comum usado para uma série de aplicações industriais e de consumo.

Empresas científicas como a Solugen costumam ser iniciadas por pesquisadores que passaram anos estudando um problema específico. Seu sucesso geralmente depende da obtenção de subsídios governamentais ou parcerias corporativas. Mas Solugen tem uma história muito mais colorida.

A empresa pode atribuir seu sucesso à pesquisa sobre câncer de pâncreas, um grupo do Facebook de entusiastas de spa flutuante, um alarde frutífero na Home Depot, e o surgimento de vários campos que tornam a solução de Solugen possível.

Viver com a ajuda de amigos do Facebook

O co-fundador da Solugen, Gaurab Chakrabarti, estava na faculdade de medicina estudando câncer de pâncreas em 2015, quando descobriu uma enzima nas células cancerosas que poderia funcionar em concentrações extremamente altas de peróxido de hidrogênio.

A enzima exigia outro produto químico caro para ser útil nas reações, então Chakrabarti fez parceria com Sean Hunt SM '13 Ph.D. '16, com quem ele fez amizade enquanto frequentava a escola de medicina com a esposa de Hunt. Hunt estava estudando métodos de processamento químico mais tradicionais para seu doutorado. quando Chakrabarti mostrou a ele a enzima.

"Minha formação não é em biotecnologia, então sou uma espécie de cético em recuperação da biotecnologia, "Hunt diz." Aprendi sobre enzimas na escola, e todos sabiam o quão ativos e seletivos eles eram, mas eles eram tão instáveis ​​e difíceis de fabricar. "

Usando métodos de projeto de proteína computacional, Hunt e Chakrabarti foram capazes de modificar geneticamente a enzima para fazê-la produzir peróxido de hidrogênio em temperatura ambiente quando combinada com compostos orgânicos baratos como o açúcar.

Logo depois, os fundadores foram finalistas na competição de pitch de 2016 do MIT $ 100K, ganhando $ 10, 000. Mas eles ainda não tinham certeza se valia a pena buscar a tecnologia.

Em seguida, eles foram contatados por um grupo do Facebook de entusiastas de spa flutuante. Os spas flutuantes suspendem as pessoas em águas salgadas enquanto bloqueiam todo o ruído e luz para ajudá-las a atingir a privação sensorial. O peróxido de hidrogênio é usado para manter limpas as águas de spa flutuantes.

"Existem cerca de 400 spas flutuantes nos EUA, e eles estão todos em um grupo do Facebook, e um proprietário viu nosso vídeo de argumento de venda do MIT $ 100K e o compartilhou com o grupo do Facebook, "Hunt explica." Isso é realmente o que nos fez continuar Solugen naquele verão. Porque fomos contatados por esses proprietários de spa flutuante dizendo:"É quanto pagamos pelo peróxido. Se vocês podem fazer isso, vamos comprá-lo. ""

Encorajado, os fundadores alugaram um espaço barato de laboratório em Dallas e enviaram um de seus primeiros projetos de enzimas a um fabricante de proteínas na China. Então Hunt gastou $ 7, 000 na Home Depot para criar um reator piloto que ele descreve como "esta pequena coluna de bolha de PVC".

Ficando sem dinheiro, os fundadores compraram tambores de 55 galões de açúcar e os colocaram no reator com sua enzima, assistindo triunfantemente enquanto os ácidos orgânicos e o peróxido de hidrogênio saíam do outro lado. Os fundadores começaram a vender todo o peróxido que podiam produzir, às vezes dormindo no chão para manter o reator funcionando durante a noite. Em dezembro de 2016, eles estavam ganhando $ 10, 000 por mês vendendo baldes de peróxido para a comunidade de spa flutuante.

A empresa usou seu reator de bolhas de PVC até o verão de 2017, quando construíram um reator totalmente automatizado, capaz de produzir 10 vezes mais peróxido de hidrogênio. Foi quando eles se mudaram para a indústria de petróleo e gás.

Uma grande, problema tóxico

Conforme as empresas bombeiam óleo e gás do solo, eles geram grandes quantidades de água salgada contaminada que precisa ser tratada ou descartada. Bilhões de galões dessa água são produzidos todos os dias apenas nos EUA. O peróxido de hidrogênio é comumente usado no processo de tratamento, mas os métodos tradicionais para a criação de peróxido de hidrogênio, além de ser perigoso, deixam uma enorme pegada de carbono associada à ventilação constante da solução de trabalho.

"O que eu realmente amo sobre isso é uma verdadeira crise ambiental na qual acho que estamos fazendo uma grande diferença, "Hunt diz, observando que outros produtos químicos usados ​​para tratar águas residuais são extremamente tóxicos e não se biodegradam como o peróxido de hidrogênio.

As atuais instalações de produção da Solugen enviam formas concentradas de peróxido de hidrogênio, mas os fundadores planejam construir "minimills" ao lado de usinas de óleo e gás que não requeiram concentração e diluição, para reduzir ainda mais os custos e melhorar a sustentabilidade.

"Quando estávamos construindo essas coisas, percebemos que, porque estamos fazendo toda essa química com enzimas em temperatura ambiente, na água, e baixa pressão, é muito seguro, e, como resultado, podemos construir essas pequenas fábricas, "Hunt diz." Isso é realmente emocionante para nós. … Por exemplo, você pode vender peróxido de hidrogênio por US $ 2 o galão. Custa US $ 1,50 o galão apenas para enviá-lo ao cliente. O frete é quase o preço do químico. E em alguns casos, é mais do que o próprio produto químico. "

A solução de Solugen também é intrigante porque não poderia ter existido até recentemente. Para fazer suas enzimas proprietárias, a empresa está aproveitando métodos relativamente novos para design de proteínas computacionais e engenharia genética. Ela também depende de uma indústria de fabricantes contratados de proteínas que podem produzir grandes quantidades de enzimas modificadas por um preço muito mais barato do que seria possível até cinco anos atrás.

Esperando ansiosamente, Hunt diz que a infraestrutura de Solugen pode ser usada para co-produzir centenas de ácidos orgânicos diferentes, alterando as enzimas e os compostos que estão sendo misturados. Um dos coprodutos com o qual ele está mais animado é o ácido acético, que é usado para fazer vinagre. O ácido acético também é usado na produção de materiais importantes como fibra de poliéster e plástico.

"O peróxido de hidrogênio e o ácido acético são blocos de construção fundamentais para nossa economia, "Hunt diz." Vemos Solugen como uma plataforma [para outras soluções]. A longo prazo, isso é o que realmente nos entusiasma. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.