Đi tìm chất xúc tác sinh học mở hướng cho sản xuất nhiên liệu hydro

Sự phát triển mới này mở một con đường mới cho ngành công nghiệp nhiên liệu hydro chuyển sang đóng vai trò then chốt trong nỗ lực toàn cầu hướng tới những nguồn năng lượng thân thiện với môi trường.

Hiện tại, quy trình công nghiệp sản xuất khí hydro rất phức tạp, giá thành cao nên hạn chế sự hấp dẫn đối với thị trường nhiên liệu xanh.

Giáo sư hóa học Thomas Rauchfuss, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: Giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu hướng tới sản xuất khí hydro bằng phương pháp tổng hợp sinh học, hiệu quả hơn nhiều so với quy trình sản xuất công nghiệp hiện nay.

Dự án sản xuất nhiên liệu xanh, sạch Hydro công nghiệp

Enzym sinh học, được gọi là hydroase, là bộ máy tự nhiên sản xuất khí hydro. Những enzym này có hai loại, loại sắt-sắt và loại niken-sắt, tên của enzym được đặt theo tên các nguyên tố, chịu trách nhiệm thúc đẩy các phản ứng hóa học phân tách hydro.

Nghiên cứu mới tập trung vào enzym sắt - sắt vì chất xúc tác sinh học này thực hiện công việc phân tách hydro nhanh hơn.

Nhóm nghiên cứu thực hiện nghiên cứu để tìm hiểu tổng thể về thành phần hóa học những vị trí diễn ra các phản ứng hóa học trong enzym. Qua phân tích ban đầu, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết, các vị trí diễn ra phản ứng hóa học được kết cấu từ 10 thành phần, trong đó có bốn phân tử carbon monoxide, hai ion xyanua, hai ion sắt và hai nhóm axit amin chứa lưu huỳnh, được gọi là cysteine.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện được, nhiều khả năng cấu trúc bộ máy động lực của enzym bao gồm hai nhóm giống hệt nhau chứa 5 hóa chất: 2 phân tử carbon monoxide, 1 ion xyanua, 1 ion sắt và một nhóm cystein.

2 nhóm riêng biệt này tạo thành một cơ cấu liên kết chặt chẽ, hình thành cấu trúc bộ máy động lực tổng cộng có 10 phần.

Theo nhà khoa học Rauchfuss, khi phân tích cấu trúc các enzym, tổng hợp được trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu phát hiện một bất ngờ khác. Ông cho biết: "Công thức của chúng tôi chưa hoàn chỉnh. Bây giờ chúng tôi biết rằng, cần phải có 11 thành phần để tạo ra bộ máy động lực trong khu vực diễn ra phản ứng hóa học chứ không phải 10, nhiệm vụ của chúng tôi đặt ra là tìm kiếm một thành phần cuối cùng."

Các nhà khoa học trong nhóm không biết chắc chắn, sự hiểu biết mới về enzym hydroase sắt – sắt sẽ đưa đến những ứng dụng gì, nhưng kết quả của nghiên cứu có thể cung cấp về lý thuyết một bộ lắp ráp hoàn chỉnh, hướng dẫn cho các dự án thiết kế những xúc tác sinh học khác.

Kết quả trọng tâm của nghiên cứu này là hình dung lên phương pháp sử dụng enzym sinh học để sản xuất khí hydro. Nhưng điều quan trọng hơn là hiểu chính xác cách chế tạo ra các enzym sinh học, không chỉ dùng trong phòng thí nghiệm mà định hướng cho sản xuất công nghiệp, từ đó phát triển ngành sản xuất nhiên liệu hydro từ chất xúc tác sinh học.