Publié initialement sur C&EN.
Des lecteurs du monde entier ont soumis leurs nominations via notre site web. Nous avons également suivi les nouvelles entreprises dont C&EN rend compte semaine après semaine. Après avoir examiné plus de 200 entreprises, nous en avons sélectionné dix pour leur expertise scientifique et la diversité des problématiques qu'elles s'efforcent de résoudre.
ZwitterCo
Utilisation de zwitterions pour créer des filtres à eau antisalissures
ZwitterCo a été fondée en 2018 avec un problème en tête. De nombreuses membranes filtrantes conventionnelles, fabriquées à partir de matériaux tels que les polysulfones, le polyacrylonitrile et les polyamides, ont tendance à s'encrasser avec des graisses, des huiles et d'autres molécules hydrophobes. Si ces contaminants sont présents dans l'eau à des concentrations de quelques parties par million, les membranes peuvent être endommagées en quelques jours, voire quelques heures.
« L'un des points faibles qui a toujours limité leur praticabilité et l'efficacité de leur application est leur colmatage », explique Alex Rappaport, cofondateur et PDG de l'entreprise de la région de Boston. « Si l'on pouvait réduire l'encrassement, si l'on pouvait éliminer ce mode de défaillance, la filtration pourrait être utilisée à bien plus grande échelle. »
Comme son nom l'indique, l'approche de ZwitterCo repose sur les zwitterions, des molécules présentant à proximité des groupes chargés positivement et négativement. Pour fabriquer ses membranes, l'entreprise copolymérise ces zwitterions afin de créer sa couche de filtration active.
« Les polymères zwitterioniques sont parmi les polymères haute performance les plus hydrophiles du marché, voire les plus hydrophiles », explique Rappaport. « Les nôtres sont tellement hydrophiles qu'ils sont hygroscopiques. Ils absorbent l'humidité de l'air. Il est donc essentiel de les travailler dans un environnement exempt d'humidité lors des différentes étapes de la synthèse. »
Les zwitterions présents dans les membranes de l'entreprise agissent comme des conduits pour l'eau, mais rejettent les graisses et huiles hydrophobes. L'impact de cette chimie est considérable. ZwitterCo affirme que ses membranes peuvent tolérer 10,000 100,000 ppm, voire XNUMX XNUMX ppm d'huile et de graisse. Certains éléments de filtration de l'entreprise fonctionnent sur le terrain depuis plus d'un an, avec des nettoyages périodiques, mais sans avoir besoin d'être remplacés.
Selon Rappaport, la technologie de l'entreprise constitue une solution efficace pour traiter les eaux usées à forte concentration de molécules organiques. Faute d'autres outils de filtration, ces eaux sont désormais traitées avec des produits chimiques comme les floculants, qui agrègent les matières organiques et les transforment en boues.
Par exemple, l'un des marchés de ZwitterCo est celui des eaux usées provenant des digesteurs anaérobies, souvent installés dans de grandes exploitations laitières et qui captent le méthane issu de la décomposition du fumier pour produire de l'électricité. Les éléments de filtration ZwitterCo concentrent les solides du mélange de fumier usé, ou digestat, comme on l'appelle dans le domaine, en un engrais organique, tandis que l'eau est recirculée dans le procédé.
De même, l'entreprise traite les eaux usées des industries de la viande, de la volaille et des produits laitiers. La filtration pourrait permettre à un transformateur agroalimentaire de récupérer des protéines, des huiles ou d'autres nutriments pouvant être ajoutés aux aliments pour animaux. Grâce au traitement chimique, ces matières potentiellement utiles sont éliminées comme déchets. L'eau peut alors subir des étapes de traitement supplémentaires, comme l'osmose inverse, et être réutilisée comme eau douce.
« Si vous pouviez réduire l’encrassement, si vous pouviez éliminer ce mode de défaillance, vous pourriez utiliser la filtration beaucoup plus largement. »
Alex Rappaport, PDG et cofondateur de ZwitterCo
La technologie de ZwitterCo est issue du laboratoire d'Ayse Asatekin, professeure de génie chimique et biologique à l'Université Tufts, qui avait déjà commercialisé des membranes d'eau. En 2011, elle a cofondé Clean Membranes, une société basée sur des membranes en polyacrylonitrile qu'elle a développées dans le cadre de son doctorat au Massachusetts Institute of Technology.
À Tufts, Asatekin a mené les recherches fondamentales sur les matériaux zwitterioniques et réalisé des tests en laboratoire pour générer des données de performance préliminaires. Ces travaux ont constitué le noyau de ZwitterCo.
Lors de son lancement en 2018, ZwitterCo a été l'un des lauréats du concours New Ventures de 100 XNUMX $ du Tufts Gordon Institute pour un pitch présenté par Rappaport sur le nettoyage des eaux usées provenant des forages pétroliers et gaziers.
ZwitterCo a rapidement attiré des investissements. L'entreprise et le laboratoire d'Asatekin ont reçu 225,000 1.25 dollars de la National Science Foundation des États-Unis, et le ministère de l'Énergie des États-Unis a accordé 10 million de dollars à l'entreprise pour étudier la purification des eaux usées issues de l'extraction pétrolière et gazière. Les eaux usées issues de l'exploration pétrolière et gazière constituent un problème majeur aux États-Unis, où la production d'un baril de pétrole génère jusqu'à XNUMX barils d'eaux usées. Ces eaux sont généralement injectées dans des puits d'épuration.
En 2021, l'entreprise a obtenu un financement d'amorçage de 5.9 millions de dollars lors d'un tour de table mené par le spécialiste de la filtration Mann+Hummel et la société de capital-risque R-Cubed Capital Partners. Il y a deux mois, ZwitterCo a finalisé un tour de table de série A de 33 millions de dollars mené par la société de capital-risque DCVC, qui a également soutenu la société de biologie synthétique Zymergen, rachetée ultérieurement par Ginkgo Bioworks.
Depuis qu'elle a repris la technologie d'Asatekin, ZwitterCo a principalement travaillé à son conditionnement en tant que produit commercial, en identifiant les meilleures applications pour son utilisation et en la mettant à l'échelle afin que les membranes puissent être fabriquées efficacement.
À ce jour, ZwitterCo a levé 45 millions de dollars. L'entreprise compte désormais 45 employés et a signé 2021 contrats commerciaux depuis 16. Son parc de modules installé permettra de purifier près de 4 millions de litres d'eau par jour d'ici la fin de l'année.
