Naukowcy odkryli specjalny enzym, który może pomóc w absorpcji CO2 bardziej efektywnie ograniczać emisje przemysłowe. Enzym ten, występujący w gorącym źródle, jest niezwykle wytrzymały i działa dobrze nawet w bardzo gorących i silnie zasadowych warunkach.
Jego zdolność do przyspieszania CO2 absorpcja przy jednoczesnej odporności na trudne warunki może zmienić zasady gry w zakresie ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
Mikroorganizmy środowiska ekstremalnego
Organizmy drobnoustrojowe rozwijające się w ekstremalnych środowiskach wytwarzają białka zdolne do przyspieszania CO2 rozpuszczanie się w wodzie przy wytrzymywaniu ekstremalnych temperatur i wysokich poziomów pH. Enzymy te mają ogromny potencjał wychwytywania CO2 z emisji przemysłowych. Naukowcy z Centrum Badań Nauk Biomedycznych „Alexander Fleming” (BSRC Fleming) w Vari w Grecji zidentyfikowali niedawno jedną z takich potężnych bioaktywnych cząsteczek.
Odkrycie enzymu odpornego na ciepło
Mikroorganizmy żyjące w trudnych siedliskach, takich jak gorące źródła, słone jeziora i wulkany, ewoluowały, aby wytwarzać odporne enzymy. Grecki zespół badawczy kierowany przez dr Georgiosa Skretasa z BSRC Fleming opracował zaawansowane narzędzia analizy metagenomicznej w celu poszukiwania enzymów odpornych na ciepło o potencjale biotechnologicznym. Po przeanalizowaniu milionów genów z ogólnodostępnych metagenomicznych baz danych odkryli obiecujący enzym w próbce z gorącego źródła w japońskim regionie Kirishima.
Wynikiem ich poszukiwań była wysoce stabilna anhydraza węglanowa CA-KR1, enzym niezwykle skuteczny w rozpuszczaniu CO2 w wodzie. Wyróżnia się wyjątkową stabilnością w warunkach przemysłowych, co czyni go cennym narzędziem w technologiach wychwytywania dwutlenku węgla na dużą skalę.
„Analiza metagenomiczna daje nam dostęp do „puli białek”, która pozostaje w dużej mierze niezbadana i może odkryć enzymy i inne białka o dużym znaczeniu biotechnologicznym, takie jak odkryty przez nas enzym CA-KR1” – komentuje dr Skretas. Według dr Skretasa enzym CA-KR1 jest wyjątkowo stabilny w bardzo wysokich temperaturach i w silnie zasadowych roztworach, co jest niezwykle rzadkie w przypadku białek.
Wzmocnienie przemysłowej CO2 Schwytać
„Dokładniej, enzym działa wyjątkowo dobrze w warunkach technologii wychwytywania gorącego węglanu potasu (HPC), w temperaturach przekraczających 80 °C i poziomie pH powyżej 11. Zwiększa zawartość CO2 wychwytują produktywność o 90% w temperaturze 90°C w porównaniu ze standardowymi metodami nieenzymatycznymi. Pozwala również na 90% CO2 usuwanie w temperaturze 80°C, przewyższając wydajność standardowego wychwytywania HPC i podwajając początkową zawartość CO2 współczynnik absorpcji w temperaturze 90°C” – wyjaśnia doktorant Konstantinos Rigkos, który wraz z badaczem ze stopniem doktora Dimitrą Zarafetą odegrał kluczową rolę w tym badaniu, opublikowanym niedawno w czasopiśmie Nauka i technologia o środowisku.
Potencjał zastosowań przemysłowych
„Enzym CA-KR1 jest prawdopodobnie najsolidniejszym biokatalizatorem (anhydrazą węglanową) zapewniającym efektywne wykorzystanie CO2 wychwytywania w dotychczas zgłoszonych warunkach HPC. Jego integracja w środowisku przemysłowym jest bardzo obiecująca w zakresie przyspieszenia przemysłowego wdrażania biomimetycznego CO2 wychwytywanie – ekologiczna, zrównoważona technologia, która ma „zmienić zasady gry” w sekwestracji dwutlenku węgla, znacząco przyczyniając się do terminowego osiągnięcia neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla” – dodała dr Zarafeta.
Innowacyjny enzym CA-KR1 jest już zgłoszony do opatentowania. Jego przejście ze stołu laboratoryjnego do bioreaktora przemysłowego będzie ważnym krokiem w kierunku dekarbonizacji przemysłowej, znacząco przyczyniając się do innowacji w krytycznym obszarze CO2 przechwytywania dla dobra planety. Badania te są obecnie w toku.
Odniesienie: „Biomimetyczny CO2 Przechwytywanie odblokowane dzięki wydobyciu enzymów: odkrycie wysoce termo- i alkalicznie stabilnej anhydrazy węglowej”, Konstantinos Rigkos, Georgios Filis, Io Antonopoulou, Ayanne de Oliveira Maciel, Pavlos Saridis, Dimitra Zarafeta i Georgios Skretas, 23 września 2024 r., Nauka i technologia o środowisku.
DOI: 10.1021/acs.est.4c04291
