I ricercatori del Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocesses Technology (QIBEBT) in Cina hanno fatto progressi verso una produzione di carburante più sostenibile ed economica sviluppando un approccio biochimico per consentire un maggiore controllo sulla conversione del gas naturale in combustibile liquido utilizzabile.

Lo studio è apparso il 15 luglio in Catalisi ACS .

"La bioconversione del gas naturale in combustibile liquido ha attirato molta attenzione come approccio promettente negli ultimi anni, " disse Cong Zhiqi, un autore sulla carta. "Però, l'idrossilazione selettiva del metano, il componente principale del gas naturale, è stata una delle maggiori sfide per la comunità scientifica." Cong è un professore del Laboratorio chiave di biocarburanti dell'Accademia cinese delle scienze e del Laboratorio chiave della provincia di Shandong di biologia sintetica in il Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocesses Technology.

Metano e propano, un altro componente del gas naturale, sono molecole organiche chiamate alcani. Composto esclusivamente da atomi di carbonio e idrogeno, gli alcani devono essere elaborati in modo significativo prima di poter essere utilizzati nel carburante. Il processo include l'introduzione di ossigeno e idrogeno, chiamati gruppi ossidrilici, nell'alcano. Gli atomi si riorganizzano, produrre un alcol che può essere utilizzato come combustibile, come l'etanolo.

Il processo è indiretto a causa di come gli alcani sono selettivi quando reagiscono ai catalizzatori idrossilici. I ricercatori hanno lavorato alla progettazione di un enzima che acceleri uniformemente lungo la reazione dei piccoli alcani ai gruppi idrossilici necessari per produrre carburante.

Secondo Cong, questo è stato un problema di vecchia data a causa dell'incapacità di idrossilare direttamente i piccoli alcani. Con l'attuale elaborazione, alcuni alcani sono troppo reattivi e rendono inutile il combustibile risultante.

Nel tentativo di controllare quali alcani reagiscono e in quale misura, Cong e il suo team si sono concentrati su diverse varianti proteiche della monoossigenasi P450, che aiutano il processo di introduzione di gruppi idrossilici nelle molecole di alcano. Sono più di 41, 000 varianti dell'enzima, tutto ciò può causare diversi livelli di reazione.

I ricercatori hanno ottenuto l'idrossilazione selettiva controllabile del propano attraverso quello che Cong chiama un sistema P450 artificiale guidato dal perossido di idrogeno. Il sistema è costituito da una piccola molecola a doppia funzione (DFSM), perossido di idrogeno e varianti di un enzima P450 ingegnerizzato chiamato P450BM3. Il P45BM3 ingegnerizzato è innescato per reagire al perossido di idrogeno, e il DFSM tiene insieme l'enzima e il perossido di idrogeno, permettendo che avvenga la reazione.

La reazione continua al propano, convertendo con successo gli alcani in alcoli che possono essere trasformati in carburante. Hanno scoperto che il sistema aveva proprietà catalitiche paragonabili o migliori rispetto all'unico enzima naturale noto perossido-dipendente di piccoli alcani, a seconda della variante di P450BM3 utilizzata.

Nell'ingegnerizzare le varianti, i ricercatori hanno sostituito i substrati della parte dell'enzima che si lega al perossido di idrogeno con versioni più reattive. Ciò ha aiutato i legami di carbonio altrimenti inerti a rompere e legarsi con altri atomi disponibili.

"Questo studio ha fornito il primo esempio di idrossilazione diretta di piccoli alcani da parte delle varianti P450BM3 guidate da perossido. Questo espande sostanzialmente la cassetta degli attrezzi sintetica verso lo sviluppo di un catalizzatore pratico per la lavorazione del carburante, " disse Cong.

I ricercatori stanno ora studiando i meccanismi molecolari specifici delle reazioni, e prevede di utilizzare tali informazioni per sviluppare sistemi simili da utilizzare con altri componenti del gas naturale, come il metano.

"Speriamo di poter ulteriormente mettere a punto l'enzima per l'uso nell'ossidazione del metano, anche, " ha detto Cong.