近几十年来，科学家们一直在寻求解决方案，以改善可再生能源生物燃料的可持续生产。巴西研究人员在5月底宣布了这一领域的最新进展，可能会促进航空和海运用可持续生物燃料的生产。
该项目的首席研究员、巴西国家能源与材料研究中心(CNPEM)巴西生物可再生能源国家实验室(LNBR)负责人Letícia Zanphorlin说:“经过三年半的研究，我们确定了一种酶，可以取代热化学路线中用于生产航空生物煤油的传统催化剂。”
CNPEM小组发现的酶是OleTPRN，一种多不饱和产烯烃脱羧酶，属于细胞色素P450超家族。
这种金属酶来源于细菌Rothia nasimurium，有望成为开发新的生物技术路线的关键，用于从不同的原料生产可再生碳氢化合物，例如从大豆、金刚鹦鹉(Acrocomia aculeata)或玉米中提取的含油生物质，以及从甘蔗甘蔗渣或秸秆中提取的木质纤维素生物质和造纸工业。
“与传统或化学催化剂相比，这种新型酶能高产出脂肪酸脱羧(打破碳-碳键并去除羧基)，并且对不同大小和类型的碳链具有选择性。它促进脱氧，这是生产SAF(可持续航空燃料)最棘手的过程之一，”Zanphorlin解释说。
她补充说，氧气会损坏飞机部件和发动机，这有助于理解为什么巴西已经大量生产的生物燃料，如乙醇和生物柴油，没有用于航空，并解释了对新型生物催化剂的需求。一般来说，航空燃料生产中使用的传统催化剂涉及钴、铂、镍或钯等金属。
她说:“为了产生脱氧反应，这些金属催化剂必须在恶劣的条件下使用，特别是高温高压，这可能对环境有害，产生技术浪费并导致经济损失。”
关于这项研究的一篇文章发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上。
根据研究人员的说法，酶起到了生物催化剂的作用，加速了自然界中存在的生物体的化学反应。在这项研究中，这种酶可以一步将脂肪酸转化为烯烃(烯烃)，这是一种碳氢化合物，也是一种重要的化学中间体。
脂肪酸是脂类的基本成分，脂类是一类有机化合物，包括各种脂肪和油。脂质存在于植物、动物和微生物中。
发现和阐明参与酶作用的分子机制是多学科方法的成果。科学家们利用生物信息学工具和微生物基因组数据，在公共数据库中搜索具有特定特性和功能的酶。
候选酶是用同步加速器光在原子水平上分析的，同步加速器光是一种高通量、高亮度的电磁辐射，涵盖了从红外线到紫外线到x射线的很大一部分光谱。当一束加速到接近光速的带电粒子被磁场偏转时，就会产生同步加速器光。当应用于蛋白质晶体时，它引起电子衍射并允许阐明它们的三维结构。
“我们评估了酶的原子结构中每个氨基酸的位置，并绘制了它与脂肪酸的分子间相互作用，”Zanphorlin说，并指出这向他们展示了该发现的所有可能的应用。
在进行实验室调查的同时，CNPEM的其他小组也在进行专利申请，并对生物路线进行技术、经济和环境分析，其结果将很快公布。
该酶于2021年申请了专利。CNPEM的主要优势之一是，我们可以开发一种技术解决方案，实施一个试点项目，将其提升到工业规模，并在开发过程中进行技术、经济和环境评估，以发现创新的任何潜在改进。”
利用这种酶生产航空生物燃料的可能性令人兴奋。“以干质量计算，巴西目前从甘蔗中产生约1.5亿吨木质纤维素废物。这可以在不影响环境的情况下增加，”她说。
为了实施这项技术，生物燃料生产设施需要改造，但化石燃料使用的配送基础设施可以由可再生能源共享，作为“临时”燃料——石油衍生碳氢化合物的替代品，不需要改造发动机、燃料系统或配送网络。
研究人员对在几个工业领域的应用持乐观态度。“这种酶的多功能性使其适用于不同的领域。烯烃是由酶反应产生的，是今天化学工业生产的大约三分之二产品的基础，特别是聚合物和塑料。它们对食品、化妆品、制药和运输部门也是必不可少的。”
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