Osmoses змінює правила гри: мембрани для газів без тепла – пілоти в Канаді та ловля гелію з DOE

Промислова хімія десятиліттями спиралася на тепло для розділення сумішей – процес дорогий, громіздкий і енергоємний. Стартап Osmoses, заснований випускниками та науковцями MIT, пропонує інший підхід: мембранне розділення газів без термічних процесів. Компанія вже готує пілоти з модернізації біогазу в Канаді та спільний проєкт із Департаментом енергетики США для видобутку гелію з підземних водневих свердловин. Ідеться не лише про нову технологію – ідеться про можливість суттєво знизити енерговитрати в одному з найресурсоємніших сегментів хімпрому.

Що саме розробили в MIT

Osmoses створили Франческо Марія Бенедетті, Кетрін Мізрахі Родрігес (’17, PhD ’22), професор Закарі Сміт і Холден Лай. Команда вивела на ринок вуглеводневі драбинчасті полімери – мембрани, що селективно фільтрують навіть найменші молекули газів. У 2020 році група, до якої входили Лай, Бенедетті, професор Ян Ся та Сміт, встановила рекорди селективності для розділення газів; результати опублікували у 2022 році в журналі Science, а розробки запатентували через Stanford і MIT.

Ключ до прориву – налаштовуваний каркас полімерів, який підбирають під конкретні суміші. Це дає змогу збільшувати вихід цільових газів та скорочувати втрати. На відміну від дистиляції, мембранам не потрібні кип’ятіння чи конденсація – отже, нижчі енерговитрати та компактніші установки.

Чому це важливо для енергоспоживання

За словами співзасновників, у хімічній індустрії понад 90 відсотків енергії при роботі з газами йде на термічні процеси. Одне дослідження в журналі Nature показало: заміна теплової дистиляції на альтернативні методи може щороку зменшувати витрати на енергію у США на $4 мільярди і скорочувати викиди на 100 мільйонів тонн CO₂. Мембранний підхід Osmoses без нагріву напряму відповідає на цей виклик.

Крім економії, вирішується проблема простору й капексу: системи на базі мембран мають менший фізичний слід і простіше інтегруються в існуючі об’єкти. Команда перейшла від грамів матеріалу в лабораторії до масштабування виробництва з фокусом на зменшення собівартості та потенціал випускати сотні кілограмів полімерів.

Де вже тестують технологію

• Біогаз у Канаді – перший пілот на полігоні великої комунальної компанії: відокремлення CO₂ і метану для підвищення якості газу.
• Агросектор – пілот на молочній фермі в Канаді; відходові гази з полігонів і сільського господарства становлять понад 80 відсотків ринку апгрейду біогазу.
• Водень – проєкти з повернення водню на великих хімічних виробництвах.
• Гелій з підземних водневих свердловин – партнерство з DOE для відбору малих концентрацій дефіцитного газу.

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

Хто стоїть за комерціалізацією

Перед запуском Osmoses команда пройшла NSF I-Corps, поспілкувавшись із понад 100 представниками індустрії, і здобула підтримку MIT Deshpande Center та MIT Energy Initiative. У 2021 році стартап переміг у MIT $100K Entrepreneurship Competition і офіційно стартував. До індустріалізації долучився радник Сіньцзін Чжао (PhD ’92).

Компанія робить ставку на вищу селективність, менші енерговитрати та швидке масштабування. Це відкриває шлях до ширших кейсів: уловлювання вуглецю, “осолодження” природного газу (видалення кислих газів), поділ кисню й азоту, повторне використання холодоагентів.

“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.”

Що це означає для ринку

Гази – одні з найскладніших для розділення через малі розміри молекул. Тому прорив у газових мембранах здатен вплинути на виробництво добрив, палива, напівпровідників і медичних газів. Якщо пілоти підтвердять заявлені метрики, промисловість отримає інструмент для зниження витрат і викидів без масштабних переробок інфраструктури.