Keizerlijke wetenschappers hebben het proces van het gebruik van biologie verbeterd om producten zoals brandstoffen, kunststoffen, medicijnen, en cosmetica.

Dit kan leiden tot een goedkopere en milieuvriendelijkere productie van biobrandstoffen en een efficiëntere recycling van plastic.

Bioverwerking, die levende cellen of hun componenten gebruikt om producten te maken zoals biobrandstoffen, kunststoffen, medicijnen, en cosmetica, is tijdrovend en duur.

Nutsvoorzieningen, Keizerlijke wetenschappers zeggen dat ze plantaardige biomassa 30 keer sneller kunnen afbreken dan nu mogelijk is.

Dr. Alex Brogan, van de afdeling Chemische Technologie van het Imperial College London, en collega's wijzigden het glucosidase-enzym, die helpt bij het afbreken van complexe koolhydraten in biomassa, zoals cellulose uit plantencellen, in zijn basiseenheden, glucose. De glucose kan vervolgens worden gefermenteerd om ethanol te maken, een vorm van biobrandstof.

Het vrijmaken van glucose uit cellulose is momenteel het duurste en meest tijdrovende onderdeel van het proces. Dit komt deels doordat enzymen doorgaans niet meer werken bij temperaturen hoger dan 70 °C en in industriële oplosmiddelen zoals ionische vloeistoffen. Echter, als het enzym zou kunnen werken bij hogere temperaturen en ionische vloeistoffen, de omstandigheden zouden het proces versnellen.

Om glucosidase robuuster te maken, Dr. Brogan en collega's veranderden de chemische structuur om het bestand te maken tegen hitte tot 137 °C. De wijziging betekende ook dat ze het enzym in ionische vloeistoffen konden gebruiken in plaats van het gebruikelijke water. en dat ze één enzym konden gebruiken in plaats van drie.

Ze ontdekten dat het gecombineerde effect van hittebestendigheid en oplosbaarheid in ionische vloeistoffen de glucose-output 30-voudig verhoogde. Als de techniek op grote schaal wordt toegepast, brandstofgerelateerde koolstofemissies zouden met 80-100 procent kunnen dalen.

De bevindingen worden vandaag gepubliceerd in Natuurchemie .

Hoofdauteur Dr. Brogan zei:"We hebben bioprocessing sneller gemaakt, waardoor minder apparatuur nodig is en de ecologische voetafdruk wordt verkleind. Een groot voordeel hiervan is de verhoogde productie van biobrandstoffen, waardoor biobrandstoffen mogelijk meer wijdverbreid kunnen worden."

Biobrandstoffen zijn brandstoffen gemaakt van levende materie zoals planten, ook wel biomassa genoemd. Ze zijn beter voor het milieu dan fossiele brandstoffen zoals steenkool en gas, omdat ze gemaakt zijn van hernieuwbare bronnen en in totaal veel minder koolstofdioxide uitstoten.

Senior auteur Dr. Jason Hallett, ook van Imperial's Department of Chemical Engineering, zei:"Het gebruik van biobrandstoffen gemaakt van maïszetmeel, bomen en ander plantaardig materiaal voor voertuigen en zelfs elektriciteitsopwekking zouden de koolstofemissies enorm kunnen verminderen."

De wijziging kan worden toegepast op een breed scala aan enzymen, voor een breed scala aan toepassingen, zoals het maken van brandstoffen uit afval en het recyclen van kunststoffen, en kan bioprocessing efficiënter maken.

"Niet-waterige homogene biokatalytische omzetting van polysachariden in ionische vloeistoffen met behulp van chemisch gemodificeerde glucosidase" door Alex P. S. Brogan, Liem Bui-Le en Jason P. Hallett, is gepubliceerd op 15 juni 2018 in Natuurchemie .