Le processus le plus courant de fabrication de peroxyde d'hydrogène commence par un produit hautement toxique, solution de travail inflammable combinée à de l'hydrogène, filtré, combiné avec de l'oxygène, mélangé à de l'eau, puis concentré à des niveaux extrêmement élevés pour l'expédition.

Le processus de transport est tout aussi compliqué. La plupart des usines chimiques massives qui fabriquent du peroxyde d'hydrogène sont situées en Russie et en Chine. Pour les grands marchés comme l'industrie pétrolière et gazière des États-Unis, le peroxyde d'hydrogène concentré est généralement expédié vers l'Amérique, dilué, puis expédié par train ou par camion vers des endroits comme l'ouest du Texas, où une entreprise de services l'achète et le pompe pour le client.

Toute cette complexité masque le fait que le peroxyde d'hydrogène est structurellement simple. En réalité, un grand groupe de protéines spécialisées, appelés enzymes, sont connus depuis longtemps pour fonctionner avec le peroxyde d'hydrogène dans divers systèmes biologiques. Mais traduire ces connaissances en un moyen plus naturel de créer du peroxyde d'hydrogène s'est avéré difficile, jusqu'à récemment.

Depuis quelques années, la startup Solugen, qui a été co-fondée par un ancien du MIT, a produit du peroxyde d'hydrogène en combinant des enzymes génétiquement modifiées avec des composés organiques comme des sucres végétaux. La réaction crée du peroxyde d'hydrogène biosourcé ainsi que des acides organiques, et la société dit que cette méthode est moins chère, plus sûr, et beaucoup moins toxique que les procédés traditionnels.

Solugen dispose actuellement de deux installations pilotes au Texas qui produisent plus de 10 tonnes de peroxyde d'hydrogène par jour, avec un site beaucoup plus grand qui ouvrira l'été prochain. La technologie a le potentiel de décarboniser la production d'un produit chimique extrêmement courant utilisé pour une multitude d'applications grand public et industrielles.

Les entreprises scientifiques comme Solugen sont souvent créées par des chercheurs qui ont passé des années à étudier un problème spécifique. Leur succès dépend souvent de l'obtention de subventions gouvernementales ou de partenariats d'entreprise. Mais Solugen a une histoire beaucoup plus colorée.

La société peut attribuer son succès à la recherche sur le cancer du pancréas, un groupe Facebook de passionnés de float spa, une folie fructueuse chez Home Depot, et l'émergence de plusieurs domaines qui rendent possible la solution de Solugen.

Se débrouiller avec l'aide d'amis Facebook

Le cofondateur de Solugen, Gaurab Chakrabarti, étudiait le cancer du pancréas à la faculté de médecine en 2015 lorsqu'il a découvert une enzyme dans les cellules cancéreuses qui pourrait fonctionner à des concentrations extrêmement élevées de peroxyde d'hydrogène.

L'enzyme nécessitait un autre produit chimique coûteux pour être utile dans les réactions, Chakrabarti s'est donc associé à Sean Hunt SM '13 Ph.D. '16, avec qui il s'était lié d'amitié alors qu'il fréquentait la faculté de médecine avec la femme de Hunt. Hunt étudiait des méthodes de traitement chimique plus traditionnelles pour son doctorat. quand Chakrabarti lui a montré l'enzyme.

"Mon parcours n'est pas en biotechnologie, donc je suis un peu le sceptique de la biotechnologie en rétablissement, " Hunt dit. " J'ai appris sur les enzymes à l'école, et tout le monde savait à quel point ils étaient actifs et sélectifs, mais ils étaient tellement instables et difficiles à fabriquer."

En utilisant des méthodes informatiques de conception de protéines, Hunt et Chakrabarti ont pu modifier génétiquement l'enzyme pour qu'elle produise du peroxyde d'hydrogène à température ambiante lorsqu'elle est combinée avec des composés organiques bon marché comme le sucre.

Peu après, les fondateurs ont été finalistes du concours de pitch de 100 000 $ du MIT en 2016, gagner 10 $, 000. Mais ils n'étaient toujours pas sûrs que la technologie valait la peine d'être poursuivie.

Ensuite, ils ont été contactés par un groupe Facebook de passionnés de spa flottant. Les spas flottants suspendent les personnes dans les eaux salées tout en les bloquant contre le bruit et la lumière pour les aider à atteindre la privation sensorielle. Le peroxyde d'hydrogène est utilisé pour garder l'eau du spa flottante propre.

"Il y a environ 400 spas flottants aux États-Unis, et ils sont tous sur un seul groupe Facebook, et un propriétaire a vu notre vidéo de présentation du MIT à 100 000 $ et l'a partagée avec le groupe Facebook, " Hunt explique. " C'est vraiment ce qui nous a fait continuer Solugen cet été-là. Parce que nous avons été contactés par ces propriétaires de spa flottant en disant :"C'est le prix que nous payons pour le peroxyde. Si vous pouvez le faire, nous allons l'acheter.""

Enhardi, les fondateurs ont loué un espace de laboratoire bon marché à Dallas et ont envoyé l'une de leurs premières conceptions d'enzymes à un fabricant de protéines en Chine. Puis Hunt a dépensé 7 $, 000 à Home Depot pour créer un réacteur pilote qu'il décrit comme « cette petite colonne à bulles en PVC ».

À court d'argent, les fondateurs ont acheté des fûts de sucre de 55 gallons et les ont passés dans le réacteur avec leur enzyme, regardant triomphalement les acides organiques et le peroxyde d'hydrogène sortir à l'autre bout. Les fondateurs ont commencé à vendre tout le peroxyde qu'ils pouvaient produire, dormant parfois sur le sol pour faire fonctionner le réacteur toute la nuit. D'ici décembre 2016, ils gagnaient 10 $, 000 par mois en vendant des seaux de peroxyde à la communauté des spas flottants.

L'entreprise a utilisé son réacteur à bulles en PVC jusqu'à l'été 2017, quand ils ont construit un réacteur entièrement automatisé capable de produire 10 fois plus de peroxyde d'hydrogène. C'est à ce moment-là qu'ils se sont lancés dans l'industrie pétrolière et gazière.

Un gros, problème toxique

Alors que les entreprises pompent le pétrole et le gaz du sol, ils génèrent de grandes quantités d'eau salée contaminée qui doit être traitée ou éliminée. Des milliards de gallons de cette eau sont produits chaque jour aux États-Unis seulement. Le peroxyde d'hydrogène est couramment utilisé dans le processus de traitement, mais les méthodes traditionnelles de création de peroxyde d'hydrogène, en plus d'être dangereux, laisser une empreinte carbone énorme associée à la ventilation constante de la solution de travail.

"Ce que j'aime vraiment à ce sujet, c'est que c'est une véritable crise environnementale sur laquelle je pense que nous faisons une grande différence, " Hunt dit, notant que d'autres produits chimiques utilisés pour traiter les eaux usées sont extrêmement toxiques et ne se biodégradent pas comme le peroxyde d'hydrogène.

Les installations de production actuelles de Solugen expédient des formes concentrées de peroxyde d'hydrogène, mais les fondateurs prévoient de construire des "mini-moulins" à côté des usines de pétrole et de gaz qui ne nécessitent pas de concentration et de dilution, pour réduire davantage les coûts et améliorer la durabilité.

"Quand nous construisions ces choses, nous nous sommes rendus compte que parce que nous faisons toute cette chimie avec des enzymes à température ambiante, dans l'eau, et basse pression, c'est très sûr, et en conséquence nous pouvons construire ces petites usines, " Hunt dit. "C'est vraiment excitant pour nous. … Par exemple, vous pouvez vendre du peroxyde d'hydrogène pour 2 $ le gallon. Il en coûte 1,50 $ le gallon juste pour l'expédier au client. Le fret est presque le prix du produit chimique. Et dans certains cas, c'est plus que le produit chimique lui-même."

La solution de Solugen est également intrigante car elle n'aurait pu exister que récemment. Pour fabriquer ses enzymes propriétaires, la société exploite des méthodes relativement nouvelles pour la conception informatique des protéines et le génie génétique. Il s'appuie également sur une industrie de fabricants sous-traitants de protéines qui peuvent produire de grandes quantités d'enzymes modifiées pour un prix beaucoup moins élevé que ce qui aurait été possible il y a cinq ans.

Avoir hâte de, Hunt dit que l'infrastructure de Solugen pourrait être utilisée pour coproduire des centaines d'acides organiques différents en modifiant les enzymes et les composés mélangés. L'un des coproduits qui l'enthousiasment le plus est l'acide acétique, qui sert à faire du vinaigre. L'acide acétique est également utilisé dans la production de matériaux importants comme la fibre de polyester et le plastique.

"Le peroxyde d'hydrogène et l'acide acétique sont des éléments fondamentaux de notre économie, " Hunt dit. "Nous voyons Solugen comme une plate-forme [pour d'autres solutions]. À long terme, c'est ce qui nous passionne vraiment."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.