Osmoses змінює правила гри в хімічних сепараціях – пілоти в Канаді та партнерство з DOE

Чому хімічні заводи витрачають так багато енергії на розділення сумішей? І що, якщо тепло більше не буде основним інструментом сепарацій? Саме цю логіку перевертає MIT-спіноф Osmoses – команда інженерів і хіміків, яка перенесла проривні мембрани з лабораторії у промисловість.

Як усе починалося: від лабораторної ідеї до прориву

Раніше промислові відокремлення спиралися на кип’ятіння та перегонку – процеси, що потребують колосальних витрат енергії. У 2017 році до лабораторії професора Закарі Сміта в Массачусетському технологічному інституті приєднався Франческо Марія Бенедетті. Наступного року команду поповнила Кетрін Мізрахі Родрігес, а паралельно з ними працював Холдена Лай під керівництвом професора Яна Ся у Стенфорді. Вони крок за кроком вдосконалювали матеріали мембран, шукаючи формулу, що зможе відфільтрувати найменші газові молекули з безпрецедентною селективністю. У 2020 році група досягла рекордних показників селективності для розділення газів на класі тривимірних полімерів із керованою структурною «спинкою». Після цього Стенфорд і MIT подали патентні заявки, а результати оприлюднили в журналі Science у 2022 році.

Ключовий момент: народження Osmoses і вихід у реальний сектор

Коли теорію підтвердили експерименти, засновники – Бенедетті, Мізрахі Родрігес, професор Сміт і Лай – вирішили комерціалізувати розробку та заснували Osmoses у 2021 році. Команда пройшла програму NSF I-Corps, провівши понад 100 інтерв’ю з потенційними клієнтами, що показало масштаб запиту на рішення без тепла. Того ж року стартап здобув перемогу в MIT $100K Entrepreneurship Competition, отримав гранти від Deshpande Center та підтримку MIT Energy Initiative. Основа технології – гідрокарбонові полімери-«драбини», які дозволяють масштабно фільтрувати гази з високою селективністю та зменшувати габарити систем, скорочуючи капітальні витрати.

“Chemical separations really matter, and they are a bottleneck to innovation and progress in an industry where innovation is challenging, yet an existential need,” – підкреслює співзасновник Франческо Марія Бенедетті.

Реакція ринку: пілоти, партнерства та стратегічні ресурси

Промислові партнери долучилися до перевірки рішення на реальних потоках. Osmoses готує перший пілот із апгрейду біогазу на полігоні великої канадської енергетичної компанії та ще один – на молочній фермі в Канаді. Компанія також демонструє відновлення водню на великих хімпідприємствах і разом з Міністерством енергетики США досліджує відбір гелію з підземних водневих свердловин. За словами Мізрахі Родрігес, гази з полігонів і агровідходів становлять понад 80 відсотків ринку апгрейду біогазу, відкриваючи шлях до відновлюваного метану для споживачів.

“Helium is a scarce resource that we need for a variety of applications, like MRIs… It’s a strategic resource that the U.S. has a growing interest to produce domestically,” – зазначає Кетрін Мізрахі Родрігес.

Що вже змінилося: масштаби, ефективність і економіка

Команда вийшла за межі лабораторних грамів і значно наростила виробництво полімерів, знижуючи собівартість із прицілом на сотні кілограмів у майбутньому. За словами Бенедетті, сьогодні понад 90 відсотків енергії в хімічній індустрії витрачається на термічні газові сепарації – і саме від них відмовляється технологія Osmoses. Одне дослідження в Nature показало, що заміна термічної дистиляції може щороку зменшити витрати на енергію у США на $4 мільярди та скоротити викиди на 100 мільйонів тонн CO2. Мембрани Osmoses працюють без нагріву, забезпечуючи селективність, недосяжну для традиційних процесів, і скорочують площу систем, що полегшує інтеграцію в існуючі виробничі майданчики.

• Промислові тести: стартують пілоти з апгрейду біогазу в Канаді – на полігоні та фермі.
• Відновлення цінних газів: демонстраційні проєкти з воднем та гелієм у партнерстві з Міністерством енергетики США.
• Масштабування матеріалу: перехід від грамів у лабораторії до значно більших партій із планами на сотні кілограмів.

Що далі: масштабні валідації та нові ринки застосування

Найближчими 1-2 роками компанія планує підтвердити роботу мембран на повномасштабних потоках і розширити портфель пілотів – це має стати трампліном до комерційної фази. Далі можливі нові напрями: газове «осолодження» (видалення кислих газів із природного газу), поділ кисню та азоту, повторне використання холодоагентів і, перспективно, вуглецеве уловлювання. У фокусі також стратегічні ресурси на кшталт гелію, важливого для МРТ та напівпровідникової галузі, включно з виробництвом чипів і графічних процесорів. Якщо тенденція збережеться, бар’єр енерговитрат на розділення може перестати бути вузьким місцем для інновацій у хімії та енергетиці.