Forskning från University of Illinois och University of California, Davis har kemister ett steg närmare att återskapa naturens mest effektiva maskineri för att generera vätgas. Denna nya utveckling kan bidra till att bana väg för vätebränsleindustrin att gå in i en större roll i den globala strävan mot mer miljövänliga energikällor.

Forskarna rapporterar sina resultat i Proceedings of the National Academy of Sciences .

För närvarande, vätgas produceras med hjälp av en mycket komplex industriell process som begränsar dess attraktionskraft på marknaden för gröna bränslen, sa forskarna. Som svar, forskare tittar på biologiskt syntetiserat väte, som är mycket effektivare än den nuvarande mänskliga processen, sa kemiprofessorn och studiemedförfattaren Thomas Rauchfuss.

Biologiska enzymer, kallas hydrogenaser, är naturens maskineri för att tillverka och bränna vätgas. Dessa enzymer finns i två varianter, järn-järn och nickel-järn - namngivna efter de element som är ansvariga för att driva de kemiska reaktionerna. Den nya studien fokuserar på järn-järnsorten eftersom den gör jobbet snabbare, sa forskarna.

Teamet kom in i studien med en allmän förståelse av den kemiska sammansättningen av de aktiva platserna i enzymet. De antog att platserna var sammansatta med hjälp av 10 delar:fyra kolmonoxidmolekyler, två cyanidjoner, två järnjoner och två grupper av en svavelhaltig aminosyra som kallas cystein.

Teamet upptäckte att det istället var mer troligt att enzymets motor var sammansatt av två identiska grupper innehållande fem kemikalier:två kolmonoxidmolekyler, en cyanidjon, en järnjon och en cysteingrupp. Grupperna bildar en tätt sammanbunden enhet, och de två enheterna kombineras för att ge motorn totalt 10 delar.

Men laboratorieanalysen av det labbsyntetiserade enzymet avslöjade en sista överraskning, sa Rauchfuss. "Vårt recept är ofullständigt. Vi vet nu att det krävs 11 bitar för att göra den aktiva webbplatsmotorn, inte 10, och vi är i jakten på den sista biten."

Teammedlemmar säger att de inte är säkra på vilken typ av tillämpningar denna nya förståelse av järn-järnhydrogenasenzymet kommer att leda till, men forskningen skulle kunna ge en monteringssats som kommer att vara lärorik för andra katalysatordesignprojekt.

"Uttaget från denna studie är att det är en sak att föreställa sig att använda det riktiga enzymet för att producera vätgas, men det är mycket kraftfullare att förstå dess makeup tillräckligt bra för att kunna reproducera den för användning i labbet, sa Rauchfuss.

Forskare från Oregon Health and Science University bidrog också till denna studie.