通过使用新酶将甲烷转化为甲醇来减少甲烷的碳足迹

日本名古屋大学OsamiShoji教授领导的团队开发了一种技术，可在室温下将天然气的主要成分甲烷在水中转化为甲醇。他们使用了一种易于大规模生产的酶，为减少天然气的碳足迹提供了一种廉价而有效的方法。他们在ACSCatalysis上发表了研究结果。

甲烷是天然气的主要成分，也是丰富的自然资源。然而，它的化学性质稳定，在发生化学转化之前需要大量的能量。一种解决方案是将甲烷转化为甲醇。

甲烷可以转化为甲醇，比其他化石燃料更清洁，并且易于储存和运输。可以使用甲烷单加氧酶将甲烷转化为甲醇。然而，该酶结构复杂，操作困难，不适合大规模生产。

酶通常是非常具体的，通常被比作特定锁的钥匙。人们认为使用甲烷单加氧酶以外的酶将甲烷转化为甲醇是不可能的。

然而，研究小组转向了他们之前的工作，即向酶中添加化学合成分子，以改变酶本身的特性。这使得通常不被接受的化合物能够进行化学转化，这一过程称为底物误识别系统。

在这个系统中，被称为诱饵分子的人工分子被设计和合成，以类似于目标酶通常接受的称为底物的化合物， Shoji说。

当添加到酶中时，酶错误地将 诱饵分子 作为原始目标化合物，酶被激活。如果将通常不反应的分子(在本例中为甲烷)添加到酶中，酶会将诱饵分子误认为是原始目标化合物并将其吸收。然后，激活的酶会 错误 地将甲烷转化为另一种分子。

研究小组对酶P450BM3采用化学酶控制技术。它使长链脂肪酸分子羟基化，并已用于转化类似的物质，如苯、乙烷和丙烷。然而，由于这些物质比甲烷更具反应性且体积更大，甲烷转化提出了更大的挑战。

研究小组接下来寻找具有最佳结构的诱饵分子，以将最小的甲烷分子锚定在P450BM3的反应袋中。研究人员从约600个诱饵分子库中研究了约40个分子，这些分子被发现对乙烷羟基化有效。Shoji取得了突破性进展，证实最有效的诱饵分子可以在室温下将水中的甲烷转化为甲醇。

当我们测试时，我们成功地使用P450BM3将甲烷转化为甲醇， Shoji说。 这是一项令人兴奋的突破，因为P450BM3源自细菌Priestiamegaterium(以前称为巨大芽孢杆菌)，因此很容易使用大肠杆菌进行处理和大量生产。这使其成为有效利用甲烷的有吸引力的新选择气体。

有一天，诱饵分子可以使化合物的转化不像甲烷那么困难。Shoji表示： 我们期望该技术能够发展成为一种低能耗、环保的转化技术，适用于除甲烷之外的许多其他碳氢化合物。

因此，预计将有助于在日本发现低环境影响物质转化技术时促进酶的使用。我们预计这一成果将对催化和酶化学领域产生重大影响。

日本可能被证明是其技术的理想试验场，因为在周围海域发现了大量以甲烷水合物形式埋藏的甲烷。Shoji对利用这一未开发资源的潜力持乐观态度。

开发有效的甲烷利用方法是解决环境问题和提高资源利用效率的重要问题。我们希望我们的研究能够帮助解决日本自然资源有限的问题， 他说。