Imaginez que vous cuisinez des spaghettis, des rigatoni et sept autres variétés de pâtes ensemble, puis que vous devez les séparer dans 10 assiettes différentes avant de servir. Une passoire peut éliminer l’eau, mais vous restez avec un tas de nouilles non triées. Maintenant, imaginez que cela doit être fait pour des milliers de tonnes de pâtes par jour. Cela vous donne une idée de l’ampleur du défi auquel est confronté Brendan Smith, PhD ’18, co-fondateur et PDG de SiTration, une startup issue du Département de science et d’ingénierie des matériaux (DMSE) du MIT en 2020.
SiTration, qui a récemment levé 11,8 millions de dollars de capital d’amorçage dirigé par la société de capital-risque 2150, révolutionne l’extraction et le raffinage de matériaux essentiels comme le cuivre, le cobalt, le nickel, le lithium et les métaux précieux. Ces matériaux sont cruciaux pour la fabrication de technologies d’énergie propre telles que les moteurs électriques, les éoliennes et les batteries. Les applications initiales de SiTration se concentrent sur la récupération de matériaux issus de flux miniers complexes, de batteries lithium-ion usagées et de divers processus de raffinage des métaux.
La percée de l’entreprise réside dans une nouvelle technologie de membrane en silicium, ajustable pour récupérer efficacement des matériaux disparates, offrant une alternative plus durable et économiquement viable aux processus conventionnels à forte intensité chimique. Pensez à une passoire à pores réglables pour filtrer différents types de pâtes. Cette technologie a attiré l’attention de géants de l’industrie comme Rio Tinto.
Certains pourraient se demander si cibler des secteurs aussi variés pourrait diluer la concentration de l’entreprise. « Mais lorsque vous étudiez ces marchés, vous découvrez qu’il existe en réalité un chevauchement important dans la manière dont tous ces matériaux sont récupérés, ce qui permet à une solution unique d’avoir un impact sur tous les secteurs verticaux », explique Smith.
Dynamiser la récupération des matériaux
Les méthodes conventionnelles d’extraction de matériaux critiques impliquent une utilisation intensive de produits chimiques et de chaleur, ce qui nuit à l’environnement. En général, le minerai brut ou les batteries usagées sont broyés en fines particules avant d’être dissous dans de l’acide ou incinérés dans un four, puis subissent un traitement chimique intensif pour séparer et purifier les matériaux précieux.
« Il faut jusqu’à 10 tonnes d’intrants chimiques pour produire une tonne de matériaux critiques récupérés à partir de l’exploitation minière ou du recyclage des batteries », explique Smith. Les opérateurs peuvent ensuite revendre les matériaux récupérés, mais souffrent de fortes fluctuations de rentabilité en raison de l’incertitude des prix du marché. Les prix du lithium, par exemple, ont été extrêmement volatils, augmentant de plus de 400 % avant de retomber à des niveaux proches de ceux initiaux au cours des deux dernières années. Malgré leur faible impact économique et leur impact négatif sur l’environnement, ces procédés restent aujourd’hui à la pointe de la technologie.
En revanche, SiTration électrifie le processus de récupération des matériaux critiques, améliorant l’efficacité, produisant moins de déchets chimiques et réduisant l’utilisation de produits chimiques et de chaleur. De plus, la technologie de traitement de l’entreprise est conçue pour être hautement adaptable, capable de traiter toutes sortes de matériaux.
La technologie de base repose sur des travaux effectués au MIT pour développer une nouvelle membrane en silicium, suffisamment durable pour résister aux produits chimiques agressifs et aux températures élevées tout en conduisant l’électricité. Elle est également hautement personnalisable, ce qui signifie qu’elle peut être modifiée ou ajustée pour s’adapter à différentes conditions ou cibler des matériaux spécifiques.
La technologie de SiTration intègre également l’électro-extraction, une technique utilisant l’électrochimie pour isoler et extraire des matériaux cibles spécifiques. Cette combinaison puissante de méthodes dans un seul système le rend plus efficace et efficient pour isoler et récupérer des matériaux de valeur, explique Smith. Ainsi, en fonction de ce qui doit être séparé ou extrait, les procédés de filtration et d’électro-extraction sont ajustés en conséquence.
« Nous pouvons produire des membranes dont la taille des pores va de l’échelle moléculaire jusqu’à la taille d’un cheveu humain en diamètre, et tout le reste. Combinée à la capacité d’électrifier la membrane et de la séparer en fonction des propriétés électrochimiques d’un matériau, cette possibilité de réglage nous permet de cibler une vaste gamme d’opérations et d’applications de séparation différentes dans les domaines industriels », explique Smith.
Un accès efficace à des matériaux comme le lithium, le cobalt et le cuivre – et à des métaux précieux comme le platine, l’or, l’argent, le palladium et les terres rares – est essentiel pour libérer l’innovation dans les affaires et le développement durable alors que le monde s’oriente vers l’électrification et s’éloigne des combustibles fossiles.
«C’est une époque où les nouveaux matériaux sont essentiels», déclare le professeur Jeffrey Grossman, co-fondateur et scientifique en chef de SiTration et Morton et Claire Goulder et professeur familial en systèmes environnementaux au DMSE. « Pour de nombreuses technologies, elles constituent à la fois un goulot d’étranglement et une opportunité, offrant un énorme potentiel d’avancées non incrémentales. Et le rôle qu’ils jouent dans la commercialisation et dans l’entrepreneuriat ne peut être surestimé.
La frontière commerciale de SiTration
Smith s’est intéressé à la technologie de séparation en 2013 alors qu’il était doctorant au sein du groupe de recherche DMSE de Grossman, qui s’est concentré sur la conception de nouveaux matériaux membranaires pour une gamme d’applications. Les deux hommes partageaient une curiosité pour la séparation des matériaux critiques et une soif de faire progresser la technologie. Après des années d’études sous le mentorat de Grossman et avec le soutien de plusieurs incubateurs et fondations du MIT, dont le Deshpande Center for Technological Innovation, la Kavanaugh Fellowship, le MIT Sandbox et le Venture Mentoring Service, Smith était prêt à former officiellement SiTration en 2020. Grossman a un siège au conseil d’administration et joue un rôle actif à titre de conseiller stratégique et technique.
Grossman est impliqué dans plusieurs spin-offs du MIT et embrasse les différents impératifs de la recherche par rapport à la commercialisation. « Chez SiTration, nous faisons fonctionner cette technologie à grande échelle. Il y a quelque chose de super excitant dans cet objectif », dit-il. « Les défis liés à la mise à l’échelle sont très différents de ceux que l’on rencontre dans un laboratoire universitaire. » Dans le même temps, même si toutes les percées en recherche ne se transforment pas en produit commercial, la recherche de connaissances, ouverte et motivée par la curiosité, possède sa propre valeur cruciale, ajoute-t-il.
Il a été gratifiant pour Grossman de voir son étudiant et collègue techniquement doué développer une foule d’autres compétences qu’exige le rôle de PDG. Se lancer sur le marché et discuter de la technologie avec des partenaires potentiels, constituer une équipe dynamique, découvrir les défis auxquels l’industrie est confrontée, obtenir du soutien dès le début – telles sont devenues les activités les plus urgentes à l’ordre du jour de Smith.
« Ce qui me plaît le plus dans le fait d’être PDG d’une start-up en démarrage, c’est qu’il y a 100 facteurs différents, la plupart axés sur les personnes, auxquels vous devez faire face chaque jour. Chaque partie prenante a des motivations et des objectifs différents. Et en gros, vous essayez d’intégrer tout cela afin de créer de la valeur pour nos partenaires et clients, l’entreprise et pour la société », explique Smith. « Vous commencez avec juste une idée, et vous devez continuer à l’exploiter pour former un produit de plus en plus tangible, multiplier et faire progresser les relations commerciales, et tout cela à une échelle toujours plus grande. »
L’ADN du MIT est profondément ancré dans l’entreprise de neuf personnes, avec Jatin Patil, diplômé du DMSE et ancien étudiant de Grossman, en tant que directeur de produit ; Ahmed Helal, du département de génie mécanique du MIT, en tant que vice-président de la recherche et du développement ; Daniel Bregante, du Département de chimie, à titre de vice-président de la technologie ; et Sarah Melvin, des départements de physique et de sciences politiques, en tant que vice-présidente de la stratégie et des opérations. Melvin est la première recrue consacrée au développement des affaires. Smith prévoit de continuer à élargir son équipe après la clôture du cycle de démarrage de l’entreprise.
Alliances stratégiques
Être un bon communicateur était important pour obtenir un financement, explique Smith. SiTration a reçu 2,35 millions de dollars de financement de pré-amorçage en 2022, dirigé par Azolla Ventures, qui réserve ses 239 millions de dollars de capital d’investissement aux startups qui autrement n’obtiendraient pas facilement un financement. «Nous investissons uniquement dans des domaines de solutions susceptibles d’avoir un impact climatique à l’échelle d’une gigatonne d’ici 2050», déclare Matthew Nordan, associé général chez Azolla et désormais membre du conseil d’administration de SiTration. Le Fonds E14, affilié au MIT, a également contribué au cycle de pré-amorçage ; Azolla et E14 ont tous deux participé au récent cycle de financement de démarrage.
«Brendan a démontré une capacité extraordinaire à passer du statut de scientifique réfléchi à celui de chef d’entreprise et de penseur qui a fait bien plus que son poids dans l’engagement avec les clients, le recrutement d’une équipe bien équilibrée et la navigation sur des marchés difficiles», déclare Nordan.
L’un des premiers partenariats de SiTration est celui avec Rio Tinto, l’une des plus grandes sociétés minières au monde. Alors que SiTration évaluait divers cas d’utilisation à ses débuts, identifiant les matériaux critiques comme marché cible, Rio Tinto recherchait des partenaires pour récupérer des métaux précieux tels que le cobalt et le cuivre des eaux usées générées dans les mines. Ces métaux étaient généralement piégés dans l’eau, créant des déchets nocifs et entraînant une perte de revenus.
« Nous avons pensé qu’il s’agissait d’un grand défi d’innovation et l’avons publié sur notre site Web pour rechercher des entreprises avec lesquelles nous associer et qui peuvent nous aider à résoudre ce défi de l’eau », a déclaré Nick Gurieff, conseiller principal pour la fermeture de la mine, dans un communiqué. entretien avec le programme de liaison industrielle du MIT en 2023.
Chez SiTration, l’exploitation minière n’était pas encore une priorité du marché, mais Smith ne pouvait s’empêcher de remarquer que les besoins de Rio Tinto correspondaient à ce que proposait sa jeune entreprise. SiTration a soumis sa proposition en août 2022.
Gurieff a déclaré que la membrane accordable de SiTration le distinguait. Les sociétés ont formé un partenariat commercial en juin 2023, SiTration ajustant sa membrane pour traiter les eaux usées minières et intégrant les commentaires de Rio Tinto pour affiner la technologie. Après avoir effectué des tests avec l’eau des sites miniers, SiTration commencera à construire une unité de récupération des matières critiques à petite échelle, suivie de systèmes à plus grande échelle traitant jusqu’à 100 mètres cubes d’eau par heure.
Le développement technologique ciblé de SiTration avec Rio Tinto la place dans une bonne position pour la croissance future du marché, dit Smith. « Chaque once d’effort et de ressource que nous consacrons au développement de notre produit vise à créer une valeur réelle. Avoir un partenaire leader dans l’industrie qui valide constamment nos progrès est un énorme avantage.
Il est loin l’époque où Smith commençait à bricoler de minuscules trous dans le silicium dans le laboratoire DMSE de Grossman. Aujourd’hui, ils travaillent ensemble en tant que partenaires commerciaux qui développent la technologie pour répondre à un besoin mondial. Leur passion commune pour l’application de l’innovation des matériaux à des problèmes difficiles les a bien servis. « La science et l’ingénierie des matériaux sont le moteur d’une grande partie de l’innovation qui se produit aujourd’hui », déclare Grossman. « Lorsque vous examinez tous les défis auxquels nous sommes confrontés pour effectuer la transition vers une planète plus durable, vous réalisez que bon nombre d’entre eux sont des défis matériels. »
