Oorspronkelijk geplaatst op C&EN.
Lezers van over de hele wereld hebben nominaties ingediend via onze website. We hebben ook de nieuwe bedrijven gevolgd waarover C&EN week in week uit rapporteert. Na meer dan 200 bedrijven te hebben beoordeeld, hebben we er 10 geselecteerd op basis van hun wetenschappelijke kennis en de uiteenlopende problemen waaraan ze werken.
ZwitterCo
Het gebruik van zwitterionen om antifouling waterfilters te creëren
ZwitterCo werd in 2018 opgericht met een probleem in gedachten. Veel conventionele waterfiltermembranen – gemaakt van materialen zoals polysulfonen, polyacrylonitril en polyamiden – raken snel vervuild met vetten, oliën en andere hydrofobe moleculen. Als dergelijke verontreinigingen in concentraties van slechts enkele ppm (ppm) in het water aanwezig zijn, kunnen de membranen binnen enkele dagen of zelfs uren kapot gaan.
"Een van de achilleshielen die de bruikbaarheid en toepasbaarheid van membranen altijd heeft beperkt, is de mate waarin ze verstoppen", zegt Alex Rappaport, medeoprichter en CEO van het bedrijf uit de regio Boston. "Als je vervuiling zou kunnen verminderen, als je deze faalfactor zou kunnen elimineren, zou je filtratie veel breder kunnen inzetten."
Zoals de naam al doet vermoeden, baseert ZwitterCo's aanpak van het probleem zich op zwitterionen: moleculen met zowel positief als negatief geladen groepen in de buurt. Om membranen te maken, copolymeriseert het bedrijf deze zwitterionen om een actieve filtratielaag te creëren.
"Zwitterionische polymeren behoren tot de meest, zo niet de meest hydrofiele klasse van hoogwaardige polymeren die er zijn", zegt Rappaport. "De polymeren waarmee wij werken zijn zo hydrofiel dat ze hygroscopisch zijn. Ze absorberen vocht uit de lucht. Je moet ermee werken in een vochtvrije omgeving tijdens de verschillende synthesefasen."
De zwitterionen in de membranen van het bedrijf fungeren als watergeleiders, maar ze stoten hydrofobe vetten en oliën af. De impact van de chemie is dramatisch. ZwitterCo zegt dat hun membranen 10,000 ppm of zelfs 100,000 ppm olie en vet kunnen verdragen. Sommige filtratie-elementen van het bedrijf werken al meer dan een jaar in de praktijk, met periodieke reiniging, maar zonder vervanging.
Rappaport zegt dat de technologie van het bedrijf een goede optie is voor de behandeling van afvalwater met een hoge concentratie organische moleculen. Omdat andere filtratiemethoden momenteel niet beschikbaar zijn, wordt dergelijk water nu behandeld met chemicaliën zoals flocculanten, die organische stoffen aggregeren en omzetten in slib.
Een van de markten van ZwitterCo is bijvoorbeeld afvalwater van anaerobe vergisters, die vaak op grote melkveebedrijven worden geplaatst en methaan uit rottende mest opvangen om elektriciteit op te wekken. De filtratie-elementen van ZwitterCo concentreren de vaste stoffen in het gebruikte mestmengsel, of digestaat zoals het in de praktijk heet, tot een organische meststof, terwijl het water wordt gerecirculeerd in het proces.
Het bedrijf werkt ook met afvalwater uit de vlees-, pluimvee- en zuivelindustrie. Door filtratie kan een voedselverwerker eiwitten, oliën of andere voedingsstoffen terugwinnen die kunnen worden toegevoegd aan diervoeding of veevoer. Met chemische behandeling worden dergelijke potentieel bruikbare stoffen afgevoerd als afval. Het water kan verdere verwerkingsstappen ondergaan, zoals omgekeerde osmose, en kan worden hergebruikt als drinkwater.
"Als je de vervuiling zou kunnen verminderen, als je deze faalmodus zou kunnen elimineren, zou je filtratie veel breder kunnen inzetten."
Alex Rappaport, CEO en medeoprichter, ZwitterCo
De technologie van ZwitterCo is ontstaan in het laboratorium van Ayse Asatekin, hoogleraar chemische en biologische technologie aan Tufts University. Zij had al ervaring met het commercialiseren van watermembranen. In 2011 was ze medeoprichter van Clean Membranes, gebaseerd op polyacrylonitrilmembranen die ze ontwikkelde als onderdeel van haar promotieonderzoek aan het Massachusetts Institute of Technology.
Bij Tufts voerde Asatekin fundamenteel onderzoek uit naar de zwitterionische materialen en voerde hij laboratoriumtests uit om voorlopige prestatiegegevens te genereren. Dit werk zou de kern vormen van ZwitterCo.
Bij de lancering in 2018 was ZwitterCo een van de winnaars van de $100k New Ventures Competition van het Tufts Gordon Institute voor een pitch van Rappaport over het opruimen van afvalwater afkomstig van olie- en gasboringen.
ZwitterCo trok kort daarna investeringen aan. Zowel het bedrijf als het laboratorium van Asatekin ontvingen $ 225,000 van de Amerikaanse National Science Foundation, en het Amerikaanse ministerie van Energie kende het bedrijf $ 1.25 miljoen toe om onderzoek te doen naar de zuivering van afvalwater van olie- en gaswinning. Afvalwater van olie- en gaswinning is een groot probleem in de VS, waar de productie van een vat olie tot wel 10 vaten afvalwater genereert. Het water wordt normaal gesproken in waterputten geloosd.
In 2021 ontving het bedrijf $ 5.9 miljoen aan startkapitaal in een investeringsronde onder leiding van filtratiespecialist Mann+Hummel en durfkapitaalfirma R-Cubed Capital Partners. Twee maanden geleden rondde ZwitterCo een serie A-financieringsronde van $ 33 miljoen af, onder leiding van durfkapitaalfirma DCVC, die ook investeerde in het synthetische biologiebedrijf Zymergen, dat later werd overgenomen door Ginkgo Bioworks.
Sinds ZwitterCo de technologie van Asatekin heeft overgenomen, heeft het bedrijf zich vooral beziggehouden met het verpakken ervan als commercieel product, het identificeren van de beste toepassingen ervoor en het opschalen ervan, zodat de membranen efficiënt kunnen worden geproduceerd.
Tot nu toe heeft ZwitterCo $ 45 miljoen opgehaald. Het bedrijf heeft nu 45 medewerkers en heeft sinds 2021 16 commerciële projecten binnengehaald. De geïnstalleerde modules zullen tegen het einde van het jaar bijna 4 miljoen liter water per dag kunnen zuiveren.
