Den vanligaste processen för att tillverka väteperoxid börjar med en mycket giftig, brandfarlig arbetslösning som kombineras med väte, filtrerad, kombinerat med syre, blandat i vatten, och koncentrerades sedan till extremt höga nivåer för frakt.

Transportprocessen är lika invecklad. De flesta av de massiva kemiska anläggningarna som tillverkar väteperoxid finns i Ryssland och Kina. För stora marknader som den amerikanska olje- och gasindustrin, koncentrerad väteperoxid fraktas vanligtvis till Amerika, utspädd, skickas sedan via järnväg eller lastbil till platser som västra Texas, där ett serviceföretag köper det och pumpar det åt kunden.

All denna komplexitet döljer det faktum att väteperoxid är strukturellt enkelt. Faktiskt, en stor grupp av specialiserade proteiner, kallas enzymer, har länge varit kända för att arbeta med väteperoxid i olika biologiska system. Men att översätta den kunskapen till ett mer naturligt sätt att skapa väteperoxid har visat sig svårt - tills nyligen.

Under de senaste åren, startupen Solugen, som grundades av en MIT-alumn, har producerat väteperoxid genom att kombinera genetiskt modifierade enzymer med organiska föreningar som växtsocker. Reaktionen skapar biobaserad väteperoxid samt organiska syror, och företaget säger att den här metoden är billigare, säkrare, och mycket mindre giftig än traditionella processer.

Solugen har för närvarande två pilotanläggningar i Texas som producerar mer än 10 ton väteperoxid per dag, med en mycket större platsöppning nästa sommar. Tekniken har potential att minska koldioxidproduktionen av en extremt vanlig kemikalie som används för en mängd konsument- och industriella tillämpningar.

Vetenskapsföretag som Solugen startas ofta av forskare som har ägnat flera år åt att studera ett specifikt problem. Deras framgång beror ofta på att säkra statliga bidrag eller företagspartnerskap. Men Solugen har en mycket mer färgstark historia.

Företaget kan tillskriva sin framgång forskning om cancer i bukspottkörteln, en Facebook-grupp av float spa-entusiaster, en fruktbar släng av Home Depot, och framväxten av flera fält som gör Solugens lösning möjlig.

Att klara sig med hjälp av Facebook-vänner

Solugens medgrundare Gaurab Chakrabarti gick på medicinsk skola och studerade bukspottkörtelcancer 2015 när han upptäckte ett enzym i cancerceller som kunde fungera i extremt höga koncentrationer av väteperoxid.

Enzymet krävde en annan dyr kemikalie för att vara användbar i reaktioner, så Chakrabarti samarbetade med Sean Hunt SM '13 Ph.D. '16, som han hade blivit vän med när han gick på medicinsk skola med Hunts fru. Hunt studerade mer traditionella kemiska bearbetningsmetoder för sin doktorsexamen. när Chakrabarti visade honom enzymet.

"Min bakgrund är inte inom bioteknik, så jag är en tillfrisknande bioteknikskeptiker, " säger Hunt. "Jag lärde mig om enzymer i skolan, och alla visste hur aktiva och selektiva de var, men de var bara så instabila och svåra att tillverka."

Genom att använda beräkningsmetoder för proteindesign, Hunt och Chakrabarti kunde genetiskt modifiera enzymet för att få det att producera väteperoxid vid rumstemperatur i kombination med billiga organiska föreningar som socker.

Strax efter, grundarna var finalister i 2016 MIT $100K pitch-tävling, tjäna $10, 000. Men de var fortfarande inte säkra på att tekniken var värd att fortsätta.

Sedan blev de kontaktade av en Facebook-grupp av float-spa-entusiaster. Float-spa suspenderar människor i saltvatten samtidigt som de stänger ute allt ljud och ljus för att hjälpa dem att uppnå sensorisk deprivation. Väteperoxid används för att hålla floatbadvattnet rent.

"Det finns cirka 400 float-spa i USA, och de finns alla på en Facebook-grupp, och en ägare såg vår MIT $100K pitch-video och delade den till Facebook-gruppen, Hunt förklarar. "Det var verkligen det som fick oss att fortsätta Solugen den sommaren. Eftersom vi blev kontaktade av dessa float spa-ägare som sa, "Det här är hur mycket vi betalar för peroxid. Om ni klarar det, vi köper den."

Uppmuntrad, grundarna hyrde billigt labbutrymme i Dallas och skickade en av sina tidiga enzymdesigner till en proteintillverkare i Kina. Sedan spenderade Hunt 7 dollar, 000 på Home Depot för att skapa en pilotreaktor som han beskriver som "denna lilla PVC-bubbelkolonn."

Får slut på pengar, grundarna köpte 55 gallon fat socker och körde dem genom reaktorn med deras enzym, såg triumferande på när organiska syror och väteperoxid kom ut i andra änden. Grundarna började sälja all peroxid de kunde producera, ibland sover på golvet för att hålla reaktorn igång hela natten. Senast i december 2016, de tjänade 10 dollar, 000 per månad som säljer hinkar av peroxid till floatbadgemenskapen.

Företaget använde sin PVC-bubbelreaktor fram till sommaren 2017, när de byggde en helautomatisk reaktor som kunde producera 10 gånger mer väteperoxid. Det var då de flyttade in i olje- och gasindustrin.

En stor, giftigt problem

När företag pumpar upp olja och gas ur marken, de genererar stora mängder förorenat saltvatten som måste behandlas eller kasseras. Miljarder liter sådant vatten produceras varje dag bara i USA. Väteperoxid används ofta i behandlingsprocessen, men de traditionella metoderna för att skapa väteperoxid, förutom att det är farligt, lämna ett enormt koldioxidavtryck i samband med den ständiga ventileringen av arbetslösningen.

"Vad jag verkligen älskar med det här är att det är en verklig miljökris som jag tror att vi gör stor skillnad på, " Hunt säger, notera att andra kemikalier som används för att behandla avloppsvatten är extremt giftiga och bryts inte ned biologiskt som väteperoxid gör.

Solugens nuvarande produktionsanläggningar levererar koncentrerade former av väteperoxid, men grundarna planerar att bygga "minikvarnar" bredvid olje- och gasanläggningar som inte kräver koncentration och utspädning, för att ytterligare minska kostnaderna och förbättra hållbarheten.

"När vi byggde upp de här sakerna, vi insåg det eftersom vi gör all den här kemin med enzymer där det är rumstemperatur, i vatten, och lågtryck, det är väldigt säkert, och som ett resultat kan vi bygga dessa små anläggningar, " säger Hunt. "Det är verkligen spännande för oss. … Till exempel, du kan sälja väteperoxid för $2 per gallon. Det kostar $1,50 per gallon bara att skicka det till kunden. Frakten är nästan priset på kemikalien. Och i vissa fall, det är mer än själva kemikalien."

Solugens lösning är också spännande eftersom den inte kunde ha funnits förrän nyligen. För att tillverka sina patenterade enzymer, företaget utnyttjar ganska nya metoder för beräkningsproteindesign och genteknik. Den förlitar sig också på en industri av proteinkontraktstillverkare som kan producera stora mängder konstruerade enzymer för mycket billigare än vad som skulle ha varit möjligt för fem år sedan.

Ser fram emot, Hunt säger att Solugens infrastruktur kan användas för att samproducera hundratals olika organiska syror genom att förändra enzymerna och föreningarna som blandas. En av de biprodukter han är mest upphetsad över är ättiksyra, som används för att göra vinäger. Ättiksyra används också vid tillverkning av viktiga material som polyesterfiber och plast.

"Väteperoxid och ättiksyra är grundläggande byggstenar för vår ekonomi, Hunt säger. "Vi ser Solugen som en plattform [för andra lösningar]. I längden, det är det som verkligen upphetsar oss."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.