Des chercheurs de l'Institut de technologie des bioénergies et des bioprocédés de Qingdao (QIBEBT) en Chine ont progressé vers une production de carburant plus durable et plus économique en développant une approche biochimique permettant de mieux contrôler la conversion du gaz naturel en carburant liquide utilisable.

L'étude est parue le 15 juillet dans Catalyse ACS .

« La bioconversion du gaz naturel en carburant liquide a attiré beaucoup d'attention en tant qu'approche prometteuse ces dernières années, " dit Cong Zhiqi, un auteur sur le papier. "Toutefois, l'hydroxylation sélective du méthane, le principal composant du gaz naturel, a été l'un des défis majeurs pour la communauté scientifique. l'Institut de technologie de la bioénergie et des bioprocédés de Qingdao.

Méthane et propane, un autre composant du gaz naturel, sont des molécules organiques appelées alcanes. Composé uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène, les alcanes doivent être traités de manière significative avant de pouvoir être utilisés dans le carburant. Le procédé comprend l'introduction d'oxygène et d'hydrogène, appelés groupes hydroxyles, dans l'alcane. Les atomes se réarrangent, produire un alcool utilisable comme carburant, comme l'éthanol.

Le processus est indirect en raison de la sélectivité des alcanes lorsqu'ils réagissent aux catalyseurs hydroxyles. Les chercheurs ont travaillé sur la conception d'une enzyme qui accélérerait uniformément la réaction des petits alcanes aux groupes hydroxyle nécessaires à la production de carburant.

Selon Cong, il s'agit d'un problème de longue date en raison de l'incapacité d'hydroxyler directement les petits alcanes. Avec le traitement actuel, certains alcanes sont trop réactifs et rendent le carburant résultant inutile.

Dans un effort pour contrôler quels alcanes réagissent et dans quelle mesure, Cong et son équipe se sont concentrés sur plusieurs variantes protéiques de la monooxygénase P450, qui aident le processus d'introduction de groupes hydroxyle dans les molécules d'alcane. Il y en a plus de 41, 000 variantes de l'enzyme, tout cela peut provoquer différents niveaux de réaction.

Les chercheurs ont obtenu une hydroxylation sélective contrôlable du propane grâce à ce que Cong appelle un système P450 artificiel entraîné par le peroxyde d'hydrogène. Le système se compose d'une petite molécule à double fonction (DFSM), peroxyde d'hydrogène et variantes d'une enzyme P450 modifiée appelée P450BM3. Le P45BM3 conçu est amorcé pour réagir au peroxyde d'hydrogène, et le DFSM maintient l'enzyme et le peroxyde d'hydrogène ensemble, permettant à la réaction de se produire.

La réaction se poursuit au propane, réussir à convertir les alcanes en alcools pouvant être transformés en carburant. Ils ont découvert que le système avait des propriétés catalytiques comparables ou meilleures que la seule enzyme naturelle connue dépendante du peroxyde de petits alcanes, selon la variante de P450BM3 qu'ils utilisaient.

En concevant les variantes, les chercheurs ont remplacé les substrats de l'enzyme qui se lie avec le peroxyde d'hydrogène par des versions plus réactives. Cela a aidé les liaisons carbone autrement inertes à se séparer et à se lier avec d'autres atomes disponibles.

"Cette étude a donné le premier exemple d'hydroxylation directe de petits alcanes par les variantes P450BM3 entraînées par le peroxyde. Cela élargit considérablement la boîte à outils synthétique vers le développement d'un catalyseur pratique pour le traitement du carburant, " dit Cong.

Les chercheurs étudient maintenant les mécanismes moléculaires spécifiques des réactions, et prévoyez d'utiliser ces informations pour développer des systèmes similaires à utiliser avec d'autres composants du gaz naturel, comme le méthane.

"Nous espérons pouvoir affiner davantage l'enzyme pour une utilisation dans l'oxydation du méthane, également, " dit Cong.