Профессор химии Томас Раухфусс и его коллеги изучают биологические процессы, чтобы найти эффективный источник газообразного водорода для использования в качестве экологически чистого топлива.

Исследования, проведенные в Иллинойском и Калифорнийском университетах, позволили химикам на один шаг приблизиться к воссозданию самого эффективного в природе механизма для получения газообразного водорода. Эта новая разработка может помочь расчистить путь для водородной топливной промышленности, обеспечив ей важную роль в глобальном продвижении к более экологичным источникам энергии.

Исследователи сообщают о своих выводах в трудах Национальной академии наук.

В настоящее время, по словам исследователей, водородный газ производится с использованием очень сложного промышленного процесса, который ограничивает его привлекательность для рынка экологически чистого топлива. В ответ ученые обращаются к биологически синтезированному водороду, который гораздо более эффективен, чем текущий процесс, созданный человеком, говорит профессор химии и соавтор исследования Томас Раухфусс.

Биологические ферменты, называемые гидрогеназами, являются природным механизмом для производства и сжигания газообразного водорода. Эти ферменты бывают двух видов, железо-железо и никель-железо, названные по элементам, ответственным за управление химическими реакциями. Новое исследование сфокусировано на разновидности железо-железо, потому что оно делает работу быстрее, заявляют учёные.

Команда приступила к  исследованию, имея общее понимание химического состава активных центров в ферменте. Они предположили, что центры были собраны из 10 частиц: четырёх молекул монооксида углерода, двух ионов цианида, двух ионов железа и двух групп серосодержащей аминокислоты, называемой цистеином.

Однако команда обнаружила, что более вероятно, что двигатель фермента состоит из двух идентичных групп, содержащих пять химических веществ: две молекулы монооксида углерода, один ион цианида, один ион железа и одну группу цистеина. Группы образуют один тесно связанный блок, и эти два блока объединяются, составляя в сумме также 10 частиц.

По словам Раухфусса, последний сюрприз выявил лабораторный анализ синтезированного в лаборатории фермента. «Наш рецепт неполон. Теперь мы знаем, что для создания активного механизма центра требуется 11 частиц, а не 10, и мы находимся в её поиске».

Члены команды говорят, что они не уверены, к какому типу применений приведет это новое понимание фермента железо-железо-гидрогеназы, но исследование может предоставить сборочную основу, которая будет полезна для других проектов по разработке катализатора.

«Вывод из этого исследования заключается в том, что одно дело представить то, как использовать настоящий фермент для получения газообразного водорода, другое дело — разобраться в его структуре в достаточной степени, так, чтобы можно было воспроизвести его для использования в лаборатории», — говорит Раухфусс.

Исследователи из Орегонского Университета здоровья и науки также внесли свой вклад в данное исследование.

(с)phys.org