3D-gedruckte Enzyme wandeln Methan in Methanol um

Wissenschaftler der Forschungseinrichtung Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in den USA haben eine effiziente Methode entwickelt um Methan in Methanol umzuwandeln. Dabei wurde 3D-Drucktechnologie mit Biologie kombiniert.

Nach dem Isolieren von Enzymen aus methanotrophen Bakterien, die Methan zur Energiegewinnung verwenden, mischten die Forscher diese mit Polymer um so innovative Reaktoren am 3D-Drucker herzustellen.

Laut Chemikerin und Projektleiterin Sarah Baker konnten die isolierten Enzyme 100% ihrer Aktivität behalten. Das damit entwickelte enzym-versetzte Polymer könnte zukünftig für eine ganze Reihe von Anwendungen, speziell bei Gas-Flüssigkeits-Reaktionen, zum Einsatz kommen.

Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und eine attraktive Energiequelle. Durch sein hohes Treibhauspotential trägt es auch massiv zur globalen Erwärmung bei. Neben dem Austritt von Erdgas durch Lecks in Förderanlagen und Pipelines, entsteht Methan auch durch biologischen Prozesse, wie etwa bei der Viehhaltung, und wird so in die Atmosphäre frei gegeben.

Derzeitige Methoden um Methan in andere Produkte umzuwandeln benötigen hohe Temperaturen und Druck. Die dazu nötigen Grundverfahren sind wenig effizient und ökonomisch. Der bislang einzige bekannte Katalysator um Methan effizient in Methanol umzuwandeln ist das Enzym Methan-Monooxygenase. Die Umwandlung erfolgt durch methanotrophe Bakterien mit dem Enzym. Da dieser Prozess allerdings sehr viel Energie zur Erhaltung des Organismus braucht, hat das Forschungsteam diese Enzyme isoliert und direkt angewendet. Diese reagieren kontrolliert und mit höherem Umwandlungswirkungsgrad bei flexibleren Umgebungsbedingungen. Die 3D-gedrucke Enzym-Polymer-Mischung kann über mehrere Zyklen wiederverwendet sowie in höheren Konzentrationen verwendet werden.

Joshuah Stolaroff, Umweltwissenschaftler und Mitwirkender des Teams, erklärt dass durch den 3D-Druck von Enzymen in robuste Polymerstrukturen neue Reaktoren mit höherem Durchlauf und geringerem Energieaufwand enstehen könnten:

“Up to now, most industrial bioreactors are stirred tanks, which are inefficient for gas-liquid reactions. The concept of printing enzymes into a robust polymer structure opens the door for new kinds of reactors with much higher throughput and lower energy use.”

Die Studie mit dem Titel “Printable enzyme-embedded materials for methane to methanol conversion” wurde in Nature Communications veröffentlicht.