Все новости

Химики придумали, как превращать углекислый газ в крахмал

Этот метод работает более чем в пять раз быстрее процессов, которые происходят в растениях

ТАСС, 23 сентября. Китайские химики создали набор из нескольких ферментов, с помощью которых можно напрямую превратить углекислый газ в чистый крахмал. Это происходит в 8,5 раз быстрее, чем формируются углеводы в клетках растений. Статью с описанием исследования опубликовал научный журнал Science.

"Мы превратили смесь из углекислого газа и водорода в чистый крахмал с помощью неорганического катализатора на основе цинка и циркония, а также набора из нескольких ферментов. Пространственное и временное разграничение их работы позволило нам достичь рекордно высокой эффективности выработки крахмала, которая в 8,5 раз превышает типичные показатели такого рода для кукурузы и других растений", – пишут исследователи.

Уже много десятилетий химики разрабатывают методики превращения атмосферного углекислого газа в биотопливо и другие полезные вещества. Этому мешает то, что молекулы CO2 необычно устойчивы с химической точки зрения – для их расщепления необходимо очень большое количество энергии. Эта особенность углекислого газа мешает не только человеку, но и всем живым существам, лишь небольшая доля которых - растения и цианобактерии – научились относительно эффективно расщеплять CO2.

Первые шаги в этом направлении человечество сделало только в последние годы благодаря наноматериалам и катализаторам, которые могут использовать солнечный свет и другие источники энергии для расщепления углекислого газа. К примеру, три года назад физики создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода, а также превращения углекислоты в спирт.

Группа китайских химиков под руководством Ма Яньхэ из Института промышленных биотехнологий Китайской академии наук решила выяснить, можно ли использовать подобные системы для прямого превращения углекислого газа в чистый крахмал, подавляющяя часть которого извлекается из растительной биомассы.

Для этого ученые проанализировали, как протекают реакции по синтезу этого углевода в клетках высших растений. Этот анализ помог химикам выделить набор ключевых ферментов, участвующих в процессе преобразования молекул СО2, поглощаемых растениями, в простые углеводы и их последующее объединение в полимерные нити крахмала.

На основе этих данных Ма Яньхэ и его коллеги подобрали цепочку из 11 реакций, в рамках которых молекулы углекислого газа сначала преобразовались в спирт метанол при помощи цинкового катализатора, а затем превращались в формальдегид, дигидроксиацетон и другие простейшие органические молекулы, необходимые для синтеза сахаров и крахмала.

Как отмечают исследователи, многие из этих реакций мешают друг другу. Это вынудило химиков потратить много времени на выработку оптимальной стратегии производства крахмала и различных технических приемов, позволявших последовательно проводить эти химические взаимодействия и получать нужные промежуточные продукты.

Исследователи подобрали такой набор ферментов и условия проведения реакций, который позволяет очень быстро превращать большие количества СО2 в чистый крахмал всего за четыре часа работы. В этом отношении, как показывает анализ, их подход превосходит кукурузу и другие растения примерно в 5-8,5 раз.

Эта особенность их разработки и невысокая себестоимость применяемых в ней компонентов и ферментов, как надеются ученые, одновременно удешевит производство крахмала и продуктов на его основе, а также создаст экономический стимул для изъятия СО2 из атмосферы и его активную переработку в промышленных масштабах.