Publicado originalmente em C&EN.
Leitores do mundo todo enviaram indicações por meio do nosso site. Também monitoramos as novas empresas sobre as quais a C&EN publica seus relatórios semanalmente. Após analisar mais de 200 empresas, selecionamos 10 por sua ciência e pela gama de problemas que buscam resolver.
ZwitterCo
Usando zwitterions para criar filtros de água antiincrustantes
A ZwitterCo foi fundada em 2018 com um problema em mente. Muitas membranas convencionais para filtragem de água — feitas de materiais como polissulfonas, poliacrilonitrila e poliamidas — tendem a ficar contaminadas com gorduras, óleos e outras moléculas hidrofóbicas. Se esses contaminantes estiverem presentes na água em concentrações de apenas algumas partes por milhão, as membranas podem ser danificadas em questão de dias ou até horas.
“Um dos calcanhares de Aquiles que sempre limitou a praticidade ou a aplicação adequada das membranas é o seu entupimento”, afirma Alex Rappaport, cofundador e CEO da empresa localizada na região de Boston. “Se fosse possível reduzir a incrustação, se fosse possível eliminar esse modo de falha, a filtragem poderia ser utilizada de forma muito mais ampla.”
Como o próprio nome sugere, a abordagem da ZwitterCo para o problema se baseia em zwitterions, moléculas que possuem grupos carregados positiva e negativamente próximos. Para fabricar suas membranas, a empresa copolimeriza esses zwitterions para criar sua camada de filtração ativa.
“Os polímeros zwitteriônicos são uma das classes de polímeros de alto desempenho mais hidrofílicos, se não a mais”, diz Rappaport. “Os que usamos são tão hidrofílicos que são higroscópicos. Eles absorvem a umidade do ar. É preciso trabalhar com eles em um ambiente livre de umidade durante as diferentes etapas da síntese.”
Os zwitterions nas membranas da empresa atuam como condutores de água, mas rejeitam gorduras e óleos hidrofóbicos. O impacto da química é drástico. A ZwitterCo afirma que suas membranas podem tolerar 10,000 ppm ou até 100,000 ppm de óleo e graxa. E alguns dos elementos de filtragem da empresa operam em campo há mais de um ano, com limpeza periódica, mas sem necessidade de substituição.
Rappaport afirma que a tecnologia da empresa é uma boa opção para o tratamento de águas residuais com alta concentração de moléculas orgânicas. Como outras ferramentas de filtragem não estão disponíveis atualmente, essa água agora é tratada com produtos químicos como floculantes, que agregam compostos orgânicos e os transformam em lodo.
Por exemplo, um dos mercados da ZwitterCo são as águas residuais de digestores anaeróbicos, que frequentemente estão localizados em grandes fazendas leiteiras e capturam metano do esterco em decomposição para produzir eletricidade. Os elementos de filtragem da ZwitterCo concentram os sólidos da mistura de esterco residual, ou digestato, como é conhecido na área, em um fertilizante orgânico, enquanto a água é recirculada no processo.
Da mesma forma, a empresa trabalha com águas residuais das indústrias de carnes, aves e laticínios. O uso da filtragem pode permitir que um processador de alimentos recupere proteínas, óleos ou outros nutrientes que podem ser adicionados a alimentos para animais de estimação ou rações para animais. Com o tratamento químico, esses materiais potencialmente úteis são descartados como resíduos. A água pode passar por etapas adicionais de processamento, como osmose reversa, e ser reutilizada como água doce.
“Se você pudesse reduzir a incrustação, se pudesse eliminar esse modo de falha, você poderia usar a filtragem de forma muito mais ampla.”
Alex Rappaport, CEO e cofundador da ZwitterCo
A tecnologia da ZwitterCo teve origem no laboratório da professora de engenharia química e biológica da Universidade Tufts, Ayse Asatekin, que já tinha experiência na comercialização de membranas de água. Em 2011, ela foi cofundadora da Clean Membranes, baseada em membranas de poliacrilonitrila que ela desenvolveu como parte de seu doutorado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
Na Tufts, Asatekin conduziu a pesquisa fundamental sobre os materiais zwitteriônicos e realizou testes de laboratório para gerar dados preliminares de desempenho. Este trabalho seria o núcleo da ZwitterCo.
Após seu lançamento em 2018, a ZwitterCo foi uma das vencedoras da Competição de Novos Empreendimentos de US$ 100 mil do Tufts Gordon Institute por uma proposta apresentada pela Rappaport sobre limpeza de águas residuais da perfuração de petróleo e gás.
A ZwitterCo atraiu investimentos logo em seguida. A empresa, assim como o laboratório de Asatekin, recebeu US$ 225,000 da Fundação Nacional de Ciências dos EUA, e o Departamento de Energia dos EUA concedeu à empresa US$ 1.25 milhão para explorar a purificação de águas residuais da extração de petróleo e gás. As águas residuais da exploração de petróleo e gás são um grande problema nos EUA, onde a produção de um barril de petróleo gera até 10 barris de águas residuais. A água normalmente é injetada em poços de descarte.
Em 2021, a empresa obteve US$ 5.9 milhões em financiamento inicial em uma rodada de investimentos liderada pela especialista em filtragem Mann+Hummel e pela empresa de capital de risco R-Cubed Capital Partners. Há dois meses, a ZwitterCo concluiu uma rodada de financiamento série A de US$ 33 milhões liderada pela empresa de capital de risco DCVC, que também apoiou a empresa de biologia sintética Zymergen, posteriormente adquirida pela Ginkgo Bioworks.
Desde que assumiu a tecnologia da Asatekin, a ZwitterCo tem trabalhado principalmente em empacotá-la como um produto comercial, identificando as melhores aplicações para seu uso e ampliando-a para que as membranas possam ser fabricadas de forma eficiente.
Até o momento, a ZwitterCo arrecadou US$ 45 milhões. A empresa conta atualmente com 45 funcionários e, desde 2021, assinou 16 projetos comerciais. Sua base instalada de módulos será capaz de purificar quase 4 milhões de litros de água por dia até o final do ano.
