Waterstofproducerende virusbolletjes (getekend)

Waterstof wordt al jarenlang een grote toekomst toegedicht als schone energiedrager, maar het wil maar niet vlotten met de al of niet bacteriologische methodes om waterstof te produceren, die niet meer energie vragen dan ze opleveren. Nano is het begrip dat alles beter maakt, dus zullen de ‘nanoreactoren’, P22Hyd gedoopt, van de onderzoekers van de universiteit van Indiana (VS) uitkomst moeten brengen, denken die onderzoekers. Hun minuscule reactortjes zouden efficiënt uit water waterstof winnen. Daartoe gebruikten ze een veranderd eiwit, een hydrogenase, dat wordt beschermd door een eiwitschil van een bacterieel virus. Op die wijze zou dat enzym 150 keer krachtiger zijn dan het onveranderde. De toekomst zal het leren of dat allemaal klopt.

“In feite”, zegt onderzoeker Trevor Douglas, “hebben we gebruik gemaakt van het vermogen van virussen tot zelfassemblage van genetische bouwstenen en dat ingebracht in een breekbaar en ‘gevoelig’ enzym, dat de eigenschap heeft protonen op te nemen en waterstofgas uit te spugen. Het resultaat is een virusachtig deeltje dat zich gedraagt als een zeer geavanceerde katalysator om waterstof te produceren.”
Het enzym dat is gebruikt, een hydrogenase, wordt normaal ‘geproduceerd’ door twee genen van de welbekende E. coli-bacterie, die in de virusachtige omhulling worden ingebracht. De genen, hyaA en hyaB, coderen voor twee delen van het enzym. De omhulling is afkomstig van de bacteriofaag P22 (vandaar die naam: P22Hyd). Het biomateriaal, zeg maar de virusbolletjes met inhoud, is niet alleen efficiënter dan het ongewijzigde enzym, maar ook simpel te produceren bij kamertempertuur. De productiewijze zou milieuvriendelijker en goedkoper zijn dan de huidige technieken om waterstof te produceren, maar de grote vraag is of het proces per saldo energie oplevert. Alle industriële processen om waterstof te produceren hebben een negatieve energiebalans en daar schiet je dus niks mee op.
Douglas noemt de nanoreactoren gelijkwaardig aan platina, een metaal dat als katalysator wordt gebruikt bij de productie van waterstof. De nanoreactoren werken ook de andere kant op (verbranden van waterstof tot water), zodat de bolletjes ook zouden zijn te gebruiken in brandstofcellen.

Als hydrogenase gebruikten de onderzoekers  nikkel/ijzer(NiFe)-hydrogenase, omdat dat zich makkelijk liet integreren met biomaterialen en omdat het enzym bestand is tegen zuurstof. Bovendien wordt het enzym door de inkapseling minder gevoelig voor allerlei verbindingen en doet zijn werk bij kamertemperatuur. Onveranderd (oningepakt?) NiFe-hydrogenase is gevoelig voor allerlei chemische verbindingen en gaat kapot bij temperaturen boven kamertemperatuur. Dat is niet zo handig, natuurlijk. Douglas: “Daardoor hebben enzymen hun belofte in de technologie nooit waargemaakt.” Een ander probleem was de productie. “Niemand heeft hydrogenase in grotere hoeveelheden kunnen produceren, maar nu hebben we een methode gevonden dat wel te doen.” Douglas en zijn collega’s willen het materiaal ook gaan gebruiken in zonnesystemen. Ik ben benieuwd.

Bron: Science Daily