Generato carburante alternativo raccogliendo una molecola di carbonio prodotta dal processo metabolico dei batteri che si trovano comunemente nel suolo
Gli idrocarburi funzionalizzati con ciclopropano sono combustibili eccellenti grazie alla loro elevata densità di energia. Tuttavia, la sintesi organica di queste molecole è impegnativa. Gli aerei trasportano persone, spediscono merci ed eseguono operazioni militari, ma i combustibili a base di petrolio che li alimentano scarseggiano. Nella ricerca pubblicata sulla rivista Joule, (1) i ricercatori del Lawrence Berkeley Lab hanno trovato un modo per generare un carburante alternativo raccogliendo un'insolita molecola di carbonio prodotta dal processo metabolico dei batteri che si trovano comunemente nel suolo.
Il dottor Pablo Cruz-Morales ( @pablocruzmoral1 ), (2) autore principale e microbiologo presso DTU Biosustain, un settore della Technical University of Denmark, afferma: «In chimica, tutto ciò che richiede energia per essere prodotto rilascerà energia quando si rompe. Quando il carburante per jet petroliferi viene acceso, rilascia un'enorme quantità di energia e gli scienziati del Keasling Lab del Lawrence Berkeley Laboratory hanno pensato che ci dovesse essere un modo per replicarlo senza aspettare milioni di anni per la formazione di nuovi combustibili fossili.
Il dottor Jay D. Keasling, (3) un ingegnere chimico dell'University of California, Berkeley, si avvicinò a Cruz-Morales, che all'epoca era un post-dottorato nel suo laboratorio, per vedere se era in grado di sintetizzare una molecola complicata che avesse il potenziale per produrre molta energia. «Keasling mi ha detto: sarà un'idea esplosiva», dice Cruz-Morales.
La molecola che Keasling voleva ricreare si chiamava Jawsamycin, dal nome del film “Jaws” a causa delle sue rientranze simili a morsi, ed è creata dai comuni batteri streptomyces, un organismo con cui Cruz-Morales aveva lavorato in passato.
«La ricetta esiste già in natura», afferma il dottor Cruz-Morales. La molecola frastagliata è prodotta dal metabolismo nativo dei batteri mentre sgranocchiano il glucosio. «Man mano che mangiano zucchero o amminoacidi, li scompongono e li convertono in mattoni per i legami carbonio-carbonio», dice. «Fai grasso nel tuo corpo allo stesso modo, con la stessa chimica, ma questo processo batterico ha alcuni colpi di scena molto interessanti».
Queste torsioni, che conferiscono alle molecole le loro proprietà esplosive, sono l'incorporazione di anelli di ciclopropano, anelli di tre atomi di carbonio disposti a forma triangolare. «Se hai legami che hanno un angolo normale, una catena aperta di atomi di carbonio, i carboni possono essere flessibili e si sentono a proprio agio», spiega Cruz-Morales. «Diciamo che li trasformi in un anello di sei atomi di carbonio: possono ancora muoversi e ballare un po'. Ma la forma triangolare fa piegare i legami e quella tensione richiede energia per essere creata».
Dopo un'attenta analisi, il team ha stabilito che gli enzimi responsabili della costruzione di queste molecole di ciclopropano ad alta energia erano sintasi polichetidiche. «Le sintasi polichetidiche sono lo strumento biologico definitivo per produrre chimica organica», afferma Cruz-Morales.
Il dottor Cruz-Morales spiega che il carburante prodotto dai batteri funzionerebbe in modo molto simile al biodiesel. Dovrebbe essere trattato in modo che possa accendersi a una temperatura inferiore a quella necessaria per bruciare un acido grasso, ma una volta acceso, sarebbe abbastanza potente da inviare un razzo nello spazio. «Se riusciamo a produrre questo carburante con la biologia, non ci sono scuse per farlo con il petrolio», afferma Cruz-Morales. «Apre la possibilità di renderlo sostenibile».
In futuro, Cruz-Morales spera che lui e il team di ricercatori del Dipartimento dell'Energia che hanno lavorato al progetto saranno in grado di aumentare questo processo in modo che il loro carburante alternativo possa essere effettivamente utilizzato negli aerei. «Il problema in questo momento è che i combustibili fossili sono sovvenzionati», spiega Cruz-Morales. «Questo è qualcosa che non è solo legato alla tecnologia, ma alla costituzione geopolitica e socio-politica del pianeta in questo momento. Puoi vederlo come una preparazione per il momento, perché esauriremo i combustibili fossili e arriverà un punto, non lontano da ora, in cui avremo bisogno di soluzioni alternative».
Joule (@Joule_CP), pubblicato mensilmente da Cell Press, è una nuova sede per ricerche, analisi e idee eccezionali e approfondite che affrontano la necessità di un'energia più sostenibile. Diario gemello di Cell, Joule abbraccia tutte i settori della ricerca sull'energia, dalla ricerca di laboratorio fondamentale alla conversione e allo stoccaggio dell'energia fino all'analisi di impatto a livello globale. (4)
Riferimenti:
(1) Biosynthesis of polycyclopropanated high energy biofuels
(3) Jay D. Keasling
(4) Joule
Descrizione foto:
Foto destra: I comuni batteri streptomyces che producono le molecole contenenti ciclopropano. - Credit: Pablo Morales-Cruz. - Licenza: CC BY-SA.
Foto sinistra: Estratto contenente Jawsamycin. - Credit: Pablo Morales-Cruz. - Licenza: CC BY-SA.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: As these bacteria eat, they generate an unusual triangular molecule that can be used to make jet fuel