Een bacterie vervult een lang gekoesterde wens van veel chemici. De E. coli-bacterie, dat is aangepast om het uit te rusten met speciale enzymen, is aangetoond dat het bouwstenen maakt voor kunststoffen, zoals polyester, rechtstreeks van aardoliecomponenten die alkanen worden genoemd, met zeer weinig energie. Dit onderzoek is uitgevoerd door Youri van Nuland en op 20 oktober promoveerde hij op dit onderzoek aan Wageningen University &Research.

Om kunststoffen te maken, de betreffende bouwstenen moeten aan elkaar worden gekoppeld, elke bouwsteen heeft twee speciale chemische groepen nodig, die kan worden vergeleken met 'haken' of 'ogen', aan zijn uiteinden. Vooral de alkaandiolen zijn belangrijke bouwstenen. Het zijn alkanen, zoals propaan en butaan, met twee alcoholgroepen aan hun uiteinden en ze kunnen worden gebruikt voor de productie van polyesters, polyurethaan, polyamiden en andere kunststoffen.

De alkaandiol-bouwstenen die momenteel op de markt zijn, zijn vaak gemaakt van de meer complexe grondstoffen acetyleen of benzeen, via een aantal energie-intensieve stappen waarbij grote hoeveelheden van de broeikasgassen kooldioxide en lachgas (lachgas) vrijkomen. Per kilogram product wordt zes kilogram CO2 uitgestoten. Jaarlijks wordt ongeveer 1,8 miljoen ton butaandiol geproduceerd.

Chemisch verlanglijstje

Een voor de hand liggende oplossing zou daarom zijn om deze alkaandiol-bouwstenen direct van eenvoudig, gemakkelijk beschikbare alkanen, door beide uiteinden van deze moleculen te voorzien van een alcoholgroep of 'haak'. Deze omzetting kost weinig energie en er komen slechts beperkte hoeveelheden broeikasgassen vrij. Een dergelijke conversiemethode staat dan ook al sinds de geboorte van de petrochemische industrie hoog op het verlanglijstje.

Tot dusver, echter, de vele industriële en universitaire laboratoria zijn er niet in geslaagd een directe route te realiseren voor het synthetiseren van deze bouwstenen voor de productie van kunststoffen. Het probleem was dat, tijdens het proces, zowel de binnenste koolstofatomen van de alkanen waren uitgerust met een alcoholgroep als de buitenste koolstofatomen. Dit betekende dat de chemische reactie niet specifiek genoeg was en ongewenste bijproducten opleverde. De alcoholgroepen waren, Bovendien, omgezet in zuurgroepen of het hele molecuul werd verbrand tot koolstofdioxide en water.

Het enzym alkaanhydroxylase (AlkB) is specifiek in staat om alleen de buitenste koolstofatomen van alkanen uit te rusten met alcoholgroepen, hoewel het ook de alcoholgroepen in zuurgroepen verandert. Verder, het kan dit slechts aan één kant van het alkaanmolecuul. Het leek alsof de wensen van de drogist niet vervuld konden worden; er was een patstelling.

Echter, Youri van Nuland, een PhD student in de onderzoeksgroep Bioprocess Engineering van Wageningen University &Research, is er nu in geslaagd om met het AlkB-enzym de gewenste omzetting van alkanen naar alkaandiolen te realiseren. Hij heeft een stam van de E. coli-bacterie genetisch gemodificeerd en uitgerust met AlkB en een ander enzym, alcohol acetyltransferase. Het Atf1-enzym beschermt snel de alcoholgroep gevormd door AlkB, door het te laten reageren met azijnzuur om een ​​stabiele ester te vormen voordat het verder kan worden omgezet in een zuurgroep. Verrassend hierbij is dat AlkB nu ook het andere uiteinde van het alkaan kan uitrusten met een alcoholgroep en dat Atf1 dit ook laat reageren tot een ester. De uit een alkaandiol gevormde esters zijn eenvoudig om te zetten in het benodigde alkaandiol en deze omzetting kost weinig energie.

Youri van Nuland heeft deze omzetting op laboratoriumschaal aangetoond met alkanen variërend van butaan tot decaan. Verdere optimalisatie en opschaling zal nodig zijn om van de methode een industrieel proces te maken. Op zijn ontdekking is een patent aangevraagd.