Publicado originalmente en C&EN.
Lectores de todo el mundo enviaron sus nominaciones a través de nuestro sitio web. También hicimos un seguimiento semanal de las nuevas empresas que C&EN publica. Tras considerar más de 200 empresas, seleccionamos 10 por su ciencia y la variedad de problemas que trabajan para resolver.
ZwitterCo
Uso de zwitteriones para crear filtros de agua antiincrustantes
ZwitterCo se fundó en 2018 con un problema en mente. Muchas membranas de filtración de agua convencionales, fabricadas con materiales como polisulfonas, poliacrilonitrilo y poliamidas, tienden a contaminarse con grasas, aceites y otras moléculas hidrófobas. Si estos contaminantes están presentes en el agua en concentraciones de tan solo unas pocas partes por millón, las membranas pueden dañarse en cuestión de días o incluso horas.
“Uno de los puntos débiles que siempre ha limitado la practicidad o la eficacia de las membranas es su obstrucción”, afirma Alex Rappaport, cofundador y director ejecutivo de la empresa del área de Boston. “Si se pudiera reducir la incrustación, si se pudiera eliminar este modo de fallo, se podría utilizar la filtración de forma mucho más amplia”.
Como su nombre indica, la solución de ZwitterCo se basa en zwitteriones, moléculas con grupos con carga positiva y negativa en su proximidad. Para fabricar sus membranas, la empresa copolimeriza estos zwitteriones para crear su capa de filtración activa.
“Los polímeros zwitteriónicos son uno de los polímeros de alto rendimiento más hidrófilos, si no el más, que existen”, afirma Rappaport. “Los nuestros son tan hidrófilos que son higroscópicos. Absorben la humedad del aire. Es necesario trabajar con ellos en un entorno sin humedad durante las diferentes etapas de síntesis”.
Los zwitteriones de las membranas de la empresa actúan como conductos para el agua, pero rechazan las grasas y aceites hidrófobos. El impacto de la química es drástico. ZwitterCo afirma que sus membranas pueden tolerar 10,000 100,000 ppm o incluso XNUMX XNUMX ppm de aceite y grasa. Algunos de los elementos de filtración de la empresa llevan más de un año funcionando en campo, con limpieza periódica, pero sin necesidad de sustitución.
Rappaport afirma que la tecnología de la empresa es una buena opción para tratar aguas residuales con una alta concentración de moléculas orgánicas. Dado que actualmente no existen otras herramientas de filtración, estas aguas se tratan con productos químicos como floculantes, que agregan la materia orgánica y la convierten en lodos.
Por ejemplo, uno de los mercados de ZwitterCo son las aguas residuales de los digestores anaeróbicos, que suelen estar ubicados en grandes granjas lecheras y capturan el metano del estiércol en descomposición para generar electricidad. Los elementos de filtración de ZwitterCo concentran los sólidos de la mezcla de estiércol usado, o digestato, como se le conoce en el campo, en un fertilizante orgánico, mientras que el agua se recircula en el proceso.
De igual forma, la empresa trabaja con aguas residuales de las industrias cárnica, avícola y láctea. El uso de la filtración podría permitir a un procesador de alimentos recuperar proteínas, aceites u otros nutrientes que pueden añadirse al alimento para mascotas o al pienso. Con el tratamiento químico, estos materiales potencialmente útiles se eliminan como residuos. El agua puede someterse a procesos posteriores de procesamiento, como la ósmosis inversa, y reutilizarse como agua dulce.
“Si se pudiera reducir la suciedad, si se pudiera eliminar este modo de fallo, se podría utilizar la filtración de forma mucho más amplia”.
Alex Rappaport, director ejecutivo y cofundador de ZwitterCo
La tecnología de ZwitterCo surgió en el laboratorio de Ayse Asatekin, profesora de ingeniería química y biológica de la Universidad de Tufts, quien ya contaba con experiencia en la comercialización de membranas para agua. En 2011, cofundó Clean Membranes, empresa basada en membranas de poliacrilonitrilo que desarrolló durante su doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
En Tufts, Asatekin dirigió la investigación fundamental sobre los materiales zwitteriónicos y realizó pruebas de laboratorio para generar datos preliminares de rendimiento. Este trabajo sería el núcleo de ZwitterCo.
Tras su lanzamiento en 2018, ZwitterCo fue uno de los ganadores del concurso New Ventures de $100 XNUMX del Tufts Gordon Institute por una presentación que Rappaport realizó sobre la limpieza de aguas residuales de la perforación de petróleo y gas.
ZwitterCo atrajo inversiones poco después. Tanto la empresa como el laboratorio de Asatekin recibieron 225,000 dólares de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., y el Departamento de Energía de EE. UU. le otorgó 1.25 millones de dólares para explorar la purificación de aguas residuales procedentes de la extracción de petróleo y gas. Las aguas residuales de la exploración de petróleo y gas constituyen un grave problema en EE. UU., donde la producción de un barril de petróleo genera hasta 10 barriles de aguas residuales. El agua normalmente se inyecta en pozos de desecho.
En 2021, la empresa obtuvo 5.9 millones de dólares en financiación inicial en una ronda de inversión liderada por el especialista en filtración Mann+Hummel y la firma de capital riesgo R-Cubed Capital Partners. Hace dos meses, ZwitterCo completó una ronda de financiación de serie A de 33 millones de dólares liderada por la firma de capital riesgo DCVC, que también respaldó a la empresa de biología sintética Zymergen, posteriormente adquirida por Ginkgo Bioworks.
Desde que asumió la tecnología de Asatekin, ZwitterCo ha trabajado principalmente en empaquetarla como un producto comercial, identificando las mejores aplicaciones para su uso y ampliándola para que las membranas se puedan fabricar de manera eficiente.
Hasta la fecha, ZwitterCo ha recaudado 45 millones de dólares. La empresa cuenta ahora con 45 empleados y, desde 2021, ha firmado 16 proyectos comerciales. Su base instalada de módulos podrá purificar casi 4 millones de litros de agua al día para finales de año.
