Команда удалила ферменты из метанотрофов, бактерий, которые питаются метаном, и смешала их с полимерами, которые они напечатали или превратили в инновационные реакторы.Исследование, которое может привести к более эффективному преобразованию метана в производство энергии, появилось в выпуске Nature Communications от 15 июня.«Примечательно, что ферменты сохраняют в полимере до 100% активности», — сказала Сара Бейкер, химик LLNL и руководитель проекта. «Печатный полимер с внедренными ферментами очень гибок для будущих разработок и должен быть полезен в широком диапазоне приложений, особенно тех, которые связаны с реакциями газ-жидкость».
Достижения в технологиях добычи нефти и газа сделали доступными новые огромные запасы природного газа, состоящего в основном из метана. Однако во время этих операций происходит утечка, сброс или сжигание большого объема метана, отчасти потому, что газ трудно хранить и транспортировать по сравнению с более ценным жидким топливом. Выбросы метана также составляют около одной трети текущего чистого потенциала глобального потепления, в основном из этих и других распределенных источников, таких как сельское хозяйство и свалки.Современные промышленные технологии преобразования метана в более ценные продукты, такие как паровая конверсия, работают при высоких температуре и давлении, требуют выполнения большого количества единичных операций и позволяют получать ряд продуктов.
В результате современные промышленные технологии имеют низкую эффективность преобразования метана в конечные продукты и могут работать экономично только в очень больших масштабах.Команда сообщила, что необходима технология для эффективного преобразования метана в другие углеводороды в качестве выгодного способа преобразования «мельчайших» источников метана и природного газа (небольших, временных или расположенных не близко к трубопроводу источников) в жидкости для дальнейшей обработки. .Единственный известный катализатор (промышленный или биологический) для преобразования метана в метанол в условиях окружающей среды с высокой эффективностью — это фермент метанмонооксигеназа (MMO), который превращает метан в метанол. Реакция может осуществляться метанотрофами, содержащими фермент, но этот подход неизбежно требует энергии для поддержания и метаболизма организмов.
Вместо этого команда отделила ферменты от организма и напрямую использовала ферменты.Команда обнаружила, что изолированные ферменты обещают строго контролируемые реакции в условиях окружающей среды с более высокой эффективностью преобразования и большей гибкостью.
«До сих пор большинство промышленных биореакторов представляют собой резервуары с мешалкой, которые неэффективны для газожидкостных реакций», — сказал Джошуа Столарофф, ученый-эколог из команды. «Концепция печати ферментов в прочной полимерной структуре открывает двери для новых типов реакторов с гораздо более высокой производительностью и меньшим потреблением энергии».Команда обнаружила, что полимер с трехмерной печатью можно повторно использовать в течение многих циклов и использовать в более высоких концентрациях, чем это возможно при традиционном подходе фермента, диспергированного в растворе.