Leg enzymen vast in een hydrogel en je kunt methaan efficiënter omzetten in methanol dan met een synthetische katalysator. En de hydrogel is nog met een 3D-printer te verwerken ook, melden onderzoekers van het Lawrence Livermore-lab in Nature Communications.

Die enzymen, zogeheten methaanmono-oxygenases (MMO’s), zitten van nature in de celmembranen van methaanproducerende bacteriën. Tot nu toe zijn het de enige bekende katalysatoren die methaan bij kamertemperatuur voor de volle 100 % kunnen omzetten in methanol.

Die omzetting is economisch gezien uiterst aantrekkelijk. Methanol is vloeibaar en daardoor veel gemakkelijker te transporteren dan gasvormig methaan, en vaak is dat het verschil tussen wel of niet rendabel aardgas kunnen winnen op afgelegen plekken. Alleen lenen deze bacteriën zich niet zo heel erg voor grootschalige industriële inzet, en als je de MMO’s uit hun celmembranen haalt en immobiliseert op een niet-biologische drager dan werken ze niet meer. Vandaar dat de industrie zich tot nu toe moet behelpen met alternatieve processen die bij hoge temperatuur werken en weinig efficiënt zijn.

Sarah Baker en collega’s melden nu dat MMO’s, of in elk geval de deelverzameling van ‘particulate MMOs’ (pMMO’s) die niet oplossen in water, wél blijven functioneren als je ze opsluit in een hydrogel van polyethyleenglycoldiacrylaat (PEGDA).

De kunst daarbij is om de bacteriën dusdanig te slopen (‘lyseren’) dat alle componenten uit hun celmembraan in dezelfde fractie belanden. Vier van de vijf membraaneiwitten zijn pMMO’s, dus verder opzuiveren is niet echt nodig. De lipiden assembleren zich vanzelf weer rond die pMMO’s, zodat die kunnen functioneren alsof ze nog in de bacterie zitten.

Vervolgens vermeng je de pMMO’s-met-lipiden met PEGDA, dat je tot slot laat uitharden onder invloed van UV-licht. Het resultaat is een poreuze gel waar de grondstoffen CH₄ en O₂ doorheen hunnen diffunderen tot ze een pMMO tegenkomen. De geproduceerde methanol loopt er net zo gemakkelijk uit.

Het idee is om met dit materiaal een buisvormige reactor te vullen, waar je de gassen doorheen laat stromen. Je kunt daarbij de gelmassa vormgeven met een 3D-printer, waarbij je de UV-lamp naast de printkop zet. Maar je kunt met die printer ook een poreuze drager van bijvoorbeeld siliconenrubber creëren, die je vervolgens met de gel impregneert.

Onduidelijk is nog wel of de enzymen in de praktijk lang genoeg actief blijven om het plan aantrekkelijk te maken.

bron: Lawrence Livermore National Laboratory