VÝZKUM A VÝVOJ
z jednoduchých složek. Podobně jako zelené rostliny a některé další bakterie dokážou přemě- nit oxid uhličitý na svou potravu za využití energie ze slunce. Místo zeleného chlorofylu však k za- chycení slunečního světla používají jiná barviva. Bakterie přirozeně produkují PHA a další sta- vební kameny bioplastů, které ukládají další uh- lík. Za správných podmínek mohou tyto polymery vyrábět neustále, čili nekonečně dlouho. Jak tento týden uvádějí biologové z WashU v časopise Microbial Biotechnology , dva málo známé druhy nachových bakterií rodu Rhodo- microbium projevily pozoruhodnou ochotu vyrá- bět polymery, zejména když jsou napájeny ma- lým množstvím elektřiny a vyživovány dusíkem. „ Stojí za to podívat se na bakterie, které dosud unikaly našemu zájmu, “ řekl Conners. „ Zatím jsme se ještě dostatečně nepřiblížili k tomu, aby- chom si uvědomili jejich potenciál. " » www.tun.com
BUDOUCNOSTÍ BATERIÍ MOHOU BÝT ŠROUBOVITÉ POLYMERY – ZVYŠUJÍ VÝKON A PAK SE ROZLOŽÍ Vědci se v posledních letech intenzivně zabý- vají problematikou využití pevných elektrolytů jako možných komponentů pro systémy ukládání energie, zejména pro polovodičové baterie. Vý- zkumný tým z University of Illinois Urbana- -Champaign pak nedávno vytvořil peptidové polymerní elektrolyty se spirálovou strukturou, které zlepšují výkon polovodičových baterií. Jsou navíc ekologicky šetrné, protože je lze po skončení jejich životnosti rozložit a recyklovat. Tyto materiály představují bezpečnější alternativu k tradičním kapalným elektrolytům, které umož- ňují pohyb iontů v článku a jsou běžně používány v dnešních bateriích. Vědci zkoumali vliv šroubovicové sekundární struktury na vodivost peptidových polymerních elektrolytů v pevné fázi. Zjistili, že šroubovicová struktura má výrazně vyšší vodivost než dosud používané struktury. Také objevili, že delší šrou- bovice zvyšují vodivost a že šroubovicová struk- tura zlepšuje celkovou stabilitu materiálu vůči teplotním a napěťovým změnám. „ Tyto inovace bedlivě sledujeme, protože bate- riové produkty ve svém portfoliu máme více než 30 let a disponujeme také širokou nabídkou AKU techniky určenou pro profesionální i domácí vy- užití, kterou neustále rozšiřujeme, “ říká Lukáš Rom ze společnosti Kärcher. Protože materiál je vyroben z peptidů, může se rozložit zpět na jednotlivé monomerní jed- notky pomocí enzymů nebo kyseliny, když bate- rie doslouží. Recyklace by tedy probíhala zcela ekologicky. » www.aspen.pr APLIKAČNÍ PROJEKT JAK Z BAKTERIÍ UDĚLAT TOVÁRNU NA BIOPLASTY Dvě nové studie biologů z Washingtonovy univerzity v St. Louis upozorňují na jeden z mož- ných zdrojů nových materiálů: fialové bakterie, které s trochou podpory mohou působit jako mi- kroskopické továrny na bioplasty. Studie vedená postgraduálním studentem Ericem Connersem zjistila, že dva relativně ne- známé druhy fialových bakterií mají schopnost produkovat polyhydroxyalkanoáty (PHA), přírodní polymery, z nichž lze po vyčištění vyrábět plasty. Další studie vedená vedoucí výzkumné labo- ratoře Tahinou Ranaivoarisoa ukázala, že gene- tické inženýrství může přimět dobře prozkou- maný, ale notoricky tvrdohlavý druh fialových bakterií, aby dramaticky zvýšily produkci PHA. Conners a Ranaivoarisoa pracují v laboratoři Arpity Boseové, docentky biologie v oboru Arts & Sciences a korespondenční autorky studií. „ Po bioplastech je celosvětově obrovská poptávka, “ řekla Boseová. „ Lze je vyrábět bez zvyšování emisí CO 2 v atmosféře a jsou zcela biologicky odbouratelné. Naše dvě nové studie ukazují, jak je důležité využít více přístupů k hledání nových způsobů výroby tohoto hodnotného materiálu. “ Nachové bakterie jsou zvláštní skupinou vod- ních mikroorganismů proslulých svou přizpůso- bivostí a schopností vytvářet užitečné sloučeniny
CHEMICKÁ RECYKLACE PLASTŮ JE PŘIPRAVENA K PROVOZU Vědci na celém světě se nyní mohou naplno pustit do výzkumu chemické recyklace plastů. Výzkumníci z ETH v Curychu k tomu položili důležité základy, když ukázali, že jde o míchání. S rozvojem chemické recyklace se zpočátku klade důraz na rozklad těchto dlouhých polymer- ních řetězců na kratší molekuly, které lze pou- žít například jako kapalná paliva nebo maziva. Plastový odpad tak získá druhý život jako benzín, letecké palivo nebo motorový olej. Vědci z ETH v Curychu nyní položili důležité základy pro rozvoj tohoto procesu. Ty umožňují světové vědecké ko- munitě zapojit se do cílenější a efektivnější práce na vývoji recyklace. Vědci ze skupiny vedené profesorem katalytic- kého inženýrství Javierem Pérezem-Ramírezem zkoumali, jak rozložit polyetylen a polypropylen pomocí vodíku. I zde je prvním krokem roztavení plastu v ocelové nádrži. Poté se do roztaveného plastu přivede plynný vodík. Klíčovým krokem je přidání práškového katalyzátoru obsahujícího kovy, jako je ruthenium. Pečlivým výběrem vhod- ného katalyzátoru mohou výzkumníci zvýšit účin- nost chemické reakce, podpořit tvorbu molekul se specifickou délkou řetězce a zároveň mini- malizovat vedlejší produkty, jako je metan nebo propan. Klíčová je rychlost otáčení a geometrie „ Roztavený plast je tisíckrát viskóznější než med. Klíčem je způsob míchání v nádrži, aby se práškový katalyzátor a vodík správně promí- chaly, “ vysvětluje Antonio José Martín, vědec ze skupiny Péreze-Ramíreze. Pomocí experimentů a počítačových simulací výzkumný tým prokázal, že plast se nejlépe míchá pomocí oběžného kola s lopatkami rovnoběžnými s osou. V porovnání s vrtulí se šikmými lopatkami nebo míchadlem ve tvaru turbíny je tak dosaženo rovnoměrnějšího míchání a menšího počtu vírů proudění. Stejně zásadní je i rychlost míchání. Nesmí být ani příliš pomalá, ani příliš rychlá; ideální rychlost se blíží 1 000 otáček za minutu. Výzkumníci úspěšně vyvinuli matematický vzo- rec, který popisuje celý proces chemické recyk- lace se všemi jeho parametry. „ Je snem každého chemického inženýra mít takový vzorec pro svůj proces po ruce ,“ říká Pérez-Ramírez. Všichni vědci v oblasti výzkumu nyní mohou přesně vy- počítat vliv geometrie a rychlosti míchadla. Díky tomuto vzorci se budoucí experimenty mohou zaměřit na přímé porovnání různých kata- lyzátorů s kontrolovaným vlivem míchání. Kromě toho jsou zde vyvinuté principy zásadní pro rozší- ření technologie z laboratoře na velké recyklační závody. „ Prozatím se však nadále soustřeďujeme na výzkum lepších katalyzátorů pro chemickou recyklaci plastů, “ dodává Martín. » www.ethz.ch DALŠÍ NOVINKY Z VĚDY, VÝZKUMU, LABORATOŘÍ A PRŮMYSLU, NAJDETE NA WWW.CHEMAGAZIN.CZ
BIO-NANO-STROJ PRO ZELENOU CHEMII
Vědci z Institutu Paula Scherrera PSI poprvé přesně charakterizovali enzym izomerázu styre- noxidu, který lze využít k výrobě cenných chemic- kých látek a prekurzorů léčiv způsobem šetrným k životnímu prostředí. Studie vyšla v časopise Nature Chemistry . Enzymy jsou výkonné biomolekuly, které lze využít k výrobě mnoha látek za okolních podmí- nek. Umožňují „zelenou“ chemii, která snižuje znečištění životního prostředí způsobené pro- cesy používanými v syntetické chemii. Jeden ta- kový nástroj z přírody byl nyní podrobně popsán výzkumníky PSI: enzym izomeráza styreno- xidu. Jedná se o biologickou verzi Meinwaldovy reakce, důležité reakce v organické chemii. „ Enzym, který byl objeven před desítkami let, produkují bakterie, “ říká Richard Kammerer z Laboratoře biomolekulárního výzkumu PSI. Jeho kolega Xiaodan Li dodává: „ Protože však nebyl znám způsob, jakým funguje, jeho prak- tické využití bylo až dosud omezené. “ Oba vý- zkumníci a jejich tým objasnili strukturu enzymu i způsob jeho fungování. Jednoduchý mechanismus složité reakce Mikroorganismy mají specifické enzymy, po- mocí kterých mohou například rozkládat škodlivé látky a využívat je jako živiny. Jedním z nich je izomeráza styrenoxidu. Spolu s dalšími dvěma enzymy umožňuje některým bakteriím z prostředí růst na uhlovodíku styrenu. Izomeráza styrenoxidu katalyzuje velmi speci- fický krok reakce: štěpí tříčlenný kruh ve styre- noxidu, který se skládá z jednoho kyslíku a dvou atomů uhlíku, tzv. epoxid. Tím je enzym vysoce specifický a vytváří pouze jeden produkt. Je také schopen přeměnit řadu dalších látek, čímž vzni- kají důležité prekurzory pro lékařské aplikace. Jedna konkrétní výhoda souvisí s tím, že při mnoha chemických reakcích vzniká obraz i zr- cadlový obraz chemické sloučeniny, které mo- hou mít zcela odlišné biologické účinky. Tento enzym však specificky vytváří pouze jeden z obou produktů. V chemii se tato vlastnost na- zývá stereospecifičnost. Je důležitá zejména pro tvorbu prekurzorů molekul léčiv. „ Tento enzym je působivým příkladem toho, jak příroda umož- ňuje chemické reakce jednoduchým a důmysl- ným způsobem, “ říká Xiaodan Li. » www.psi.ch
51
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online