Právě vytištěný 3D tištěný polymer s enzymy. Kredit: George Kitrinos / LLNL.

Technologický pokrok v těžbě ropy a zemního plynu přinesl nová ohromná ložiska zemního plynu, který z velké části obsahuje metan. S metanem je ale problém, protože se oproti kapalným palivům obtížně skladuje a transportuje. Metan navíc, ať už pochází z těžby na nalezištích anebo ze zemědělství i přírodních zdrojů, přispívá k nemalé části soudobého globálního oteplování, jako velice schopný skleníkový plyn. Co s ním?

Sarah Baker. Kredit: George Kitrinos / LLNL.

V současné době sice existují průmyslové technologie, s jejichž pomocí lze z metanu vyrobit zajímavé produkty, obvykle ale fungují za vysokých teplot a tlaků, a bývají komplikované. Metan zpracovávají na finální produkty jenom s malou účinností a vyplatí se jedině při produkci ve velmi velkém měřítku. V současné době je ale přitom poptávka po ekonomicky výhodných technologiích zpracování metanu na zajímavé uhlovodíky ze zdrojů, které jsou malé, jen dočasné, anebo obtížně dostupné.

Vědci laboratoří Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) nabízejí velmi rafinované řešení, které spojuje biologii a technologii 3D tisku. Vytvořili tak bioreaktor, který umí nepřetržitě z metanu vyrábět metanol, za pokojové teploty a tlaku. Dokázali to tak, že si vypůjčili enzymy od metanotrofních bakterií, které jsou specializované na konzumaci metanu, a tyto enzymy smíchali s polymery, které pak vytiskli 3D tiskárnou do podoby bioreaktorů. A je to bomba, přinejmenším podle časopisu Nature Communications, který jejich výzkum uveřejnil.

Výroba 3D tištěného polymeru v LLNL. Kredit: George Kitrinos / LLNL.

Vedoucí projektu chemička Sarah Baker se pochlubila, že si takto zpracované enzymy v polymeru udržely až 100 procent své původní aktivity. Výhodou rovněž je, že enzymy ve 3D tištěném polymeru představují velmi praktickou a široce použitelnou platformu, kterou bude možné využít v mnoha různých aplikacích v energetickém nebo chemickém průmyslu.

Jediný známý katalyzátor, ať už jde o průmyslové nebo biologické procesy, který umožňuje přeměnu metanu na metanol za pokojových podmínek a se slušnou účinností, je enzym metan–monooxygenáza (MMO). Na této reakci mohou pracovat i samotné metanotrofní bakterie, které mají uvedený enzym ve své výbavě. Takový postup by ale vyžadoval další energii navíc pro životní pochody bakterií a nebyl by proto až tak efektivní. Bakerová a spol. si tudíž vzali enzymy metanotrofů a použili je přímo k výrobě metanolu.

Logo: LLNL

Ukázalo se, že to bylo šťastné řešení. Enzymy šikovně umístěné v polymerech bioreaktorů zaručují dobře kontrolované reakce v pokojových podmínkách a také slušnou efektivitu přeměny metanu na metanol. 3D tištěný polymer s enzymem lze využít mnohokrát opakovaně, což rovněž přispívá k jeho atraktivitě pro vývoj nových technologií. Podle Joshuaha Stolaroffa z týmu Bakerové nejsou dnešní průmyslové bioreaktory pro přeměny plynů na kapaliny příliš vhodné. S jejich konceptem enzymů ve 3D tištěných polymerech se otevírají možnosti vývoje nových typů bioreaktorů, s mnohem vyšší produkcí a nižší spotřebou energie. 

Literatura
Lawrence Livermore National Laboratory 15. 6. 2016, Nature Communications online 15. 6. 2016.