Si quisieras sacar la pasta de una olla de agua, ¿hervirías el agua o utilizarías un colador? Aunque los cocineros caseros elegirían el colador, muchas industrias siguen utilizando métodos térmicos de alto consumo energético para separar los líquidos. En algunos casos, esto se debe a la dificultad de fabricar un sistema de filtración para la separación química, que requiere poros lo suficientemente pequeños como para separar átomos.

En otros casos, existen membranas para separar líquidos, pero están hechas de polímeros frágiles, que pueden romperse o apelmazarse en el uso industrial.

Via Separations, una startup surgida del MIT en 2017, se ha propuesto abordar estos retos con una membrana que sea rentable y robusta. Hecha de óxido de grafeno (un "primo" de la mina de lápiz), la membrana puede reducir la cantidad de energía utilizada en las separaciones industriales en un 90%, según Shreya Dave PhD ´16, cofundadora y CEO de la compañía.

Esto es valioso porque los procesos de separación suponen alrededor del 22% de todo el uso de energía en las plantas de Estados Unidos, según el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Al hacer que estos procesos sean significativamente más eficientes, Via Separations planea tanto ahorrar energía como abordar las importantes emisiones producidas por los procesos térmicos. "Nuestro objetivo es eliminar 500 megatones de emisiones de dióxido de carbono para 2050", afirma Dave.

¿Qué tienen en común nuestras pasiones por la pasta y por descarbonizar la Tierra? La ex alumna del MIT Shreya Dave PhD ´16 explica cómo ella y su equipo de Via Separations están construyendo el equivalente a un colador de pasta para separar compuestos químicos para la industria.

Via Separations comenzó a probar su tecnología este año en una empresa papelera estadounidense y espera desplegar un sistema comercial completo allí en la primavera de 2022. "Nuestra visión es ayudar a los fabricantes a frenar las emisiones de dióxido de carbono el próximo año", dice Dave.

Subvención inicial del MITEI

La historia de Via Separations comienza en 2012, cuando la Iniciativa de Energía del MIT (MITEI) concedió una subvención del Fondo Semilla al profesor Jeffrey Grossman, que ahora es el profesor Morton y Claire Goulder y su familia en Sistemas Ambientales y director del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT. Grossman estaba investigando sobre membranas nanoporosas para la desalinización del agua. "Pensamos que podríamos abaratar el coste de la desalinización y mejorar el acceso al agua potable", dice Dave, que trabajó en el proyecto como estudiante de posgrado en el laboratorio de Grossman.

Allí se asoció con Brent Keller PhD ´16, otro estudiante de posgrado de Grossman y becario de energía de ExxonMobil-MIT 2016-17, que estaba desarrollando experimentos de laboratorio para fabricar y probar nuevos materiales. "Fuimos los primeros compañeros en averiguar cómo depurar los experimentos o arreglar el equipo", dice Keller, cofundador y director de tecnología de Via Separations. "Éramos amigos rápidos que pasaban mucho tiempo hablando de ciencia mientras comían burritos".

Dave llegó a escribir su tesis doctoral sobre el uso del óxido de grafeno para la desalinización del agua, pero esa resultó ser la aplicación equivocada de la tecnología desde el punto de vista comercial, dice. "El coste de la desalinización no reside en los materiales de la membrana", explica.

Así que, después de que Dave y Keller se graduaran en el MIT en 2016, pasaron mucho tiempo hablando con los clientes para saber más sobre las necesidades y oportunidades de su nueva tecnología de separación. Esta investigación les llevó a dirigirse a la industria del papel, porque los beneficios ambientales de la mejora del procesamiento del papel son enormes, dice Dave. "La industria del papel es especialmente interesante porque los procesos de separación sólo en esa industria suponen más del 2% del consumo energético de Estados Unidos", dice. "Es una industria muy concentrada y de alto consumo energético".

La mayor parte del papel actual se fabrica rompiendo los enlaces químicos de la madera para crear la pasta de madera, el principal ingrediente del papel. Este proceso genera un subproducto llamado licor negro, una solución tóxica que antes simplemente se vertía en los cursos de agua. Para limpiar este proceso, las fábricas de papel recurrieron a hervir el agua del licor negro y recuperar tanto el agua como los productos químicos para reutilizarlos en el proceso de fabricación de la pasta. (En la actualidad, la forma más valiosa de utilizar el licor es como materia prima de biomasa para generar energía). Via Separations planea realizar este mismo trabajo de separación filtrando el licor negro a través de su membrana de óxido de grafeno.

"La ventaja del óxido de grafeno es que es muy robusto", dice Dave. "Tiene dobles enlaces de carbono que se mantienen unidos en muchos entornos, incluso en diferentes niveles de pH y temperaturas que suelen ser poco amigables para los materiales".

Estas propiedades también deberían hacer que las membranas de la empresa sean atractivas para otras industrias que utilizan la separación por membranas, dice Keller, porque las membranas poliméricas actuales tienen inconvenientes. "Para la mayoría de las cosas que fabricamos -desde plásticos hasta papel y gasolina- esos polímeros se hinchan o reaccionan o se degradan", dice.

El óxido de grafeno es significativamente más duradero, y Via Separations puede personalizar los poros del material para adaptarlo a la aplicación de cada industria. "Esa es nuestra salsa secreta", dice Dave, "modular el tamaño de los poros al tiempo que se mantiene la robustez para operar en entornos difíciles".

"Estamos construyendo un catálogo de productos para servir a diferentes aplicaciones", dice Keller, señalando que el próximo mercado objetivo podría ser la industria de alimentos y bebidas. "En esa industria, en lugar de separar diferentes productos químicos corrosivos del papel del agua, estamos tratando de separar azúcares particulares e ingredientes alimentarios de otras cosas".

Entre los futuros clientes objetivo figuran empresas farmacéuticas, refinerías de petróleo y fabricantes de semiconductores, o incluso empresas de captura de carbono.

Aumentar la escala

Dave, Keller y Grossman lanzaron Via Separations en 2017 - con mucha ayuda del MIT. Después de la subvención inicial, en 2015, los fundadores recibieron dos años de financiación y tutoría del Centro Deshpande de Innovación Tecnológica y un año de financiación y apoyo del programa J-WAFS Solutions para explorar mercados y desarrollar sus planes de negocio.

La primera inversión de capital de la empresa procedió de The Engine, una empresa de capital riesgo fundada por el MIT para apoyar a las empresas "tecnológicas difíciles" (empresas tecnológicas con un potencial transformador pero con caminos largos y difíciles para alcanzar el éxito). También recibieron asesoramiento y apoyo del Centro Deshpande de Innovación Tecnológica del MIT, el Servicio de Asesoramiento Empresarial y la Oficina de Licencias Tecnológicas. Además, Grossman sigue trabajando en la empresa como científico jefe.

"Fuimos increíblemente afortunados de crear una empresa en el ecosistema empresarial del MIT", dice Keller, señalando que el apoyo de The Engine por sí solo "probablemente nos restó años de progreso".

Via Separations ya ha crecido hasta emplear a 17 personas, al tiempo que ha ampliado significativamente su producto. "Nuestros clientes producen miles de litros por minuto", explica Keller. "Para procesar tanto líquido, necesitamos enormes áreas de membrana".

El proceso de fabricación de Via Separations, que ahora es capaz de fabricar más de 3.000 metros cuadrados de membrana en una sola tirada de producción, es una ventaja competitiva clave, dice Dave. La empresa enrolla entre 300 y 400 pies cuadrados de membrana en un módulo, y los módulos pueden combinarse según sea necesario para aumentar la capacidad de filtración.

El objetivo, dice Dave, es contribuir a un mundo más sostenible fabricando un producto beneficioso para el medio ambiente que tenga sentido comercial. "Lo que hacemos es que la fabricación de cosas sea más eficiente desde el punto de vista energético", dice. "Permitimos que una fábrica de papel o una instalación química fabrique más productos utilizando menos energía y con menores costes. Así que hay un beneficio final que es significativo a escala industrial".

Keller dice que comparte el objetivo de Dave de construir un futuro más sostenible. "El cambio climático y la energía son los retos centrales de nuestro tiempo", dice. "Trabajar en algo que tiene la posibilidad de tener un impacto significativo en algo tan importante para todos es realmente satisfactorio".

Este artículo aparece en el número de primavera de 2021 de Energy Futures, la revista de la Iniciativa de Energía del MIT. 

Autor

MIT

Promover la investigación, las innovaciones, la enseñanza y los eventos y las personas de interés periodístico del MIT a la comunidad del campus, los medios de comunicación y el público en general, Comunicar anuncios del Instituto, Publicar noticias de la comunidad para profesores, estudiantes, personal y ex alumnos del MIT. Proporcionar servicios de medios a los miembros de la comunidad, incluido el asesoramiento sobre cómo trabajar con periodistas, Responder a consultas de los medios y solicitudes de entrevistas...