Ny undersøgelse ser på biologiske enzymer som kilde til brintbrændstof

Forskning fra University of Illinois og University of California, Davis har kemikere et skridt tættere på at genskabe naturens mest effektive maskineri til at generere brintgas. Denne nye udvikling kan hjælpe med at rydde vejen for brintbrændstofindustrien til at bevæge sig ind i en større rolle i det globale fremstød mod mere miljøvenlige energikilder.

Forskerne rapporterer deres fund i Procedurer fra National Academy of Sciences .

I øjeblikket, hydrogengas produceres ved hjælp af en meget kompleks industriel proces, der begrænser dens attraktivitet for det grønne brændstofmarked, sagde forskerne. Som svar, forskere søger mod biologisk syntetiseret brint, som er langt mere effektiv end den nuværende menneskeskabte proces, sagde kemiprofessor og studiemedforfatter Thomas Rauchfuss.

Biologiske enzymer, kaldet hydrogenaser, er naturens maskiner til fremstilling og afbrænding af hydrogengas. Disse enzymer findes i to varianter, jern-jern og nikkel-jern - opkaldt efter de elementer, der er ansvarlige for at drive de kemiske reaktioner. Den nye undersøgelse fokuserer på jern-jern sorten, fordi den gør arbejdet hurtigere, sagde forskerne.

Holdet kom ind i undersøgelsen med en generel forståelse af den kemiske sammensætning af de aktive steder i enzymet. De antog, at stederne blev samlet ved hjælp af 10 dele:fire carbonmonoxidmolekyler, to cyanidioner, to jernioner og to grupper af en svovlholdig aminosyre kaldet cystein.

Holdet opdagede, at det i stedet var mere sandsynligt, at enzymets motor var sammensat af to identiske grupper indeholdende fem kemikalier:to carbonmonoxidmolekyler, en cyanidion, en jernion og en cysteingruppe. Grupperne danner en tæt bundet enhed, og de to enheder kombineres for at give motoren i alt 10 dele.

Men laboratorieanalysen af ​​det lab-syntetiserede enzym afslørede en sidste overraskelse, sagde Rauchfuss. "Vores opskrift er ufuldstændig. Vi ved nu, at der kræves 11 bit for at lave den aktive sidemotor, ikke 10, og vi er på jagt efter det sidste stykke."

Teammedlemmer siger, at de ikke er sikre på, hvilken type anvendelser denne nye forståelse af jern-jernhydrogenase-enzymet vil føre til, men forskningen kunne give et samlesæt, der vil være lærerigt for andre katalysatordesignprojekter.

"Tag-away fra denne undersøgelse er, at det er én ting at forestille sig at bruge det rigtige enzym til at producere brintgas, men det er langt mere kraftfuldt at forstå dens makeup godt nok til at kunne reproducere den til brug i laboratoriet, " sagde Rauchfuss.

Forskere fra Oregon Health and Science University bidrog også til denne undersøgelse.