Het klinkt als moderne alchemie:suiker omzetten in koolwaterstoffen die in benzine worden gevonden.

Maar dat is precies wat wetenschappers hebben gedaan.

In een aanstaande studie in Nature Chemistry , rapporteren onderzoekers dat ze de wonderen van biologie en scheikunde gebruiken om glucose (een soort suiker) om te zetten in olefinen (een soort koolwaterstof en een van de verschillende soorten moleculen waaruit benzine bestaat).

Het project werd geleid door biochemici Zhen Q. Wang van de Universiteit van Buffalo en Michelle C. Y. Chang van de Universiteit van Californië, Berkeley.

De paper, die op 22 november wordt gepubliceerd, markeert een vooruitgang in de inspanningen om duurzame biobrandstoffen te maken.

Olefinen vormen een klein percentage van de moleculen in benzine zoals het momenteel wordt geproduceerd, maar het proces dat het team heeft ontwikkeld, kan in de toekomst waarschijnlijk worden aangepast om ook andere soorten koolwaterstoffen te genereren, waaronder enkele van de andere componenten van benzine, zegt Wang. Ze merkt ook op dat olefinen niet-brandstoftoepassingen hebben, omdat ze worden gebruikt in industriële smeermiddelen en als voorlopers voor het maken van kunststoffen.

Een proces in twee stappen waarbij suikeretende microben en een katalysator worden gebruikt

Om het onderzoek te voltooien, begonnen de onderzoekers met het voeren van glucose aan stammen van E. coli die geen gevaar vormen voor de menselijke gezondheid.

"Deze microben zijn suikerjunkies, nog erger dan onze kinderen", grapt Wang.

De E. coli in de experimenten werden genetisch gemanipuleerd om een ​​reeks van vier enzymen te produceren die glucose omzetten in verbindingen die 3-hydroxyvetzuren worden genoemd. Terwijl de bacteriën de glucose consumeerden, begonnen ze ook de vetzuren te maken.

Om de transformatie te voltooien, gebruikte het team een ​​katalysator genaamd niobiumpentoxide (Nb2O5) om ongewenste delen van de vetzuren in een chemisch proces af te hakken, waardoor het eindproduct ontstond:de olefinen.

De wetenschappers identificeerden de enzymen en katalysator met vallen en opstaan ​​en testten verschillende moleculen met eigenschappen die zich leent voor de taken die voorhanden zijn.

"We combineerden wat biologie het beste kan met wat chemie het beste kan, en we hebben ze samengevoegd om dit proces in twee stappen te creëren", zegt Wang, Ph.D., een assistent-professor biologische wetenschappen aan het UB College of Kunsten en Wetenschappen. "Met deze methode konden we olefinen rechtstreeks uit glucose maken."

Glucose komt van fotosynthese, die CO₂ . aantrekt uit de lucht

"Het maken van biobrandstoffen uit hernieuwbare bronnen zoals glucose heeft een groot potentieel om de groene energietechnologie vooruit te helpen", zegt Wang.

"Glucose wordt door planten geproduceerd door middel van fotosynthese, die koolstofdioxide (CO₂ ) en water in zuurstof en suiker. Dus de koolstof in de glucose - en later de olefinen - komt eigenlijk van koolstofdioxide dat uit de atmosfeer is gehaald", legt Wang uit.

Er is echter meer onderzoek nodig om inzicht te krijgen in de voordelen van de nieuwe methode en of deze efficiënt kan worden opgeschaald voor het maken van biobrandstoffen of voor andere doeleinden. Een van de eerste vragen die beantwoord moeten worden, is hoeveel energie het proces van het produceren van de olefinen verbruikt; als de energiekosten te hoog zijn, zou de technologie moeten worden geoptimaliseerd om praktisch te zijn op industriële schaal.

Wetenschappers zijn ook geïnteresseerd in het verhogen van de opbrengst. Momenteel zijn er 100 glucosemoleculen nodig om ongeveer 8 olefinemoleculen te produceren, zegt Wang. Ze zou die verhouding willen verbeteren, met een focus op het overhalen van de E. coli om meer van de 3-hydroxy-vetzuren te produceren voor elke gram verbruikte glucose.

Co-auteurs van de studie in Nature Chemistry omvatten Wang; verandering; Heng Song, Ph.D., aan UC Berkeley en Wuhan University in China; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Ph.D., en Yejin Min bij UC Berkeley; Dae Sung Park, Ph.D., Gaurav Kumar, Ph.D., en Paul J. Dauenhauer, Ph.D., aan de Universiteit van Minnesota (Park is nu bij het Korea Research Institute of Chemical Technology).