Как един бактериален ензим може да промени авиационните биогорива

Невероятно откритие на екип от бразилски изследователи може да отвори нови биотехнологични пътища за производство на възобновяеми въглеводороди за авиацията от различни суровини.

Учените откриха ензим, който може да замени традиционните катализатори на метална основа, използвани в термохимичните процеси за производството на авиационен биокеросин.

OleTPRN

Ензимът, наречен OleTPRN, се извлича от бактерията Rothia nasimurium и принадлежи към суперсемейството на цитохром P450. Този ензим може ефективно да трансформира мастни киселини, които са основни компоненти на липидите, намиращи се в растения, животни и микроорганизми, в алкени, вид въглеводород и важен химичен посредник.

Ползата от използването на този ензим пред конвенционалните катализатори е, че той може да извърши реакцията на деоксигениране, която е една от най-трудните стъпки в производството на устойчиво авиационно гориво, при меки условия и с висока селективност за различни размери и видове въглеродни вериги.

Кислородът може да повреди частите и двигателите на самолетите, поради което биогоривата като етанол и биодизел не са подходящи за авиацията.

Проучването, което е публикувано в Сборника на Националната академия на науките (PNAS), е проведено от учени от Бразилската национална лаборатория за биовъзобновяеми енергийни източници (LNBR) към Бразилския национален център за изследване на енергията и материалите (CNPEM).

Изследователите също така разкриха молекулярните механизми, включени в действието на ензима, използвайки синхротронен източник на светлина, вид електромагнитно излъчване с висок поток и висока яркост, което може да покаже триизмерната структура на протеиновите кристали.

Изследователите анализираха позицията на всяка аминокиселина в атомната структура на ензима и картографираха нейните междумолекулни взаимодействия с мастни киселини. Това им помогна да разберат всички възможни приложения на откритието.

Изследователите казаха също, че са идентифицирали ензим, който може да замени традиционните катализатори, използвани за производство на авиационен биокеросин след три години и половина изследвания.

Устойчиви биогорива

Откритието може да подобри производството на устойчиви биогорива за авиацията и морското корабоплаване от различни източници, като например соя, палма ара или царевица.

Заедно с това лабораторно изследване, други екипи в CNPEM работиха върху патентни заявки и върху технически, икономически и екологичен анализ на биологичните пътища, резултатите от които ще бъдат публикувани скоро.

Изследователите кандидатстваха за патент за ензима през 2021 г. Те казаха, че едно от ключовите предимства на CNPEM е, че могат да разработят технологично решение, да внедрят пилотен проект, да го разширят до индустриален мащаб и да извършат технически, икономически и екологични оценки, необходими за откриване на потенциални подобрения в иновацията, докато се разработва.

Ензимът може да отвори нови възможности за производство на биогорива за самолети. Според изследователите, Бразилия произвежда около 150 милиона метрични тона отпадъци от захарна тръстика всяка година. Това е вид лигноцелулозен материал, който може да се превръща в биогорива. Те казаха, че това количество може да бъде увеличено, без да се навреди на околната среда.

За да използват тази технология, заводите за биогорива ще се нуждаят от някои промени, но те биха могли да използват същата система за разпределение като изкопаемите горива. Тези биогорива биха действали като горива „влизащи в употреба“, което означава, че могат да заменят базираните на петрол горива, без да променят двигателите, горивните системи или разпределителните мрежи.

Изследователите също казаха, че този ензим може да се използва в много други индустрии. Той може да произвежда алкени, химикали, които се използват за производството на повечето продукти в химическата промишленост като полимери и пластмаси. Алкените също са важни за хранителната, козметичната, фармацевтичната и транспортната промишленост.

Проучването е публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).