Lần đầu tiên trên thế giới, thông qua một quá trình phản ứng sinh học các nhà khoa học tại Đại học Bách khoa Munich (TUM, CHLB Đức) đã thành công trong việc sử dụng CO2 làm nguyên liệu sản xuất một sản phẩm hóa chất có tiềm năng ứng dụng lớn. Đó là sản phẩm methionin, được sử dụng rộng rãi như axit amin thiết yếu, đặc biệt là trong sản xuất thức ăn gia súc quy mô lớn. Quy trình enzym do các nhà khoa học Đức phát triển có thể thay thế quy trình sản xuất hóa dầu hiện nay.

Hiện nay, sản xuất methionin từ nguyên liệu hóa dầu trên quy mô công nghiệp được thực hiện thông qua quy trình hóa học 6 bước, trong đó phải sử dụng axit xianhidric (HCN) rất độc. Năm 2013, Công ty Evonik Industries - một trong những nhà sản xuất methionin lớn nhất thế giới - đã mời các nhà nghiên cứu ở các trường đại học tham gia cuộc thi đề xuất phương pháp mới, an toàn hơn cho sản xuất methionin.

Dựa trên ý tưởng là methionin trong vi sinh vật bị enzym phân hủy thành methional đồng thời giải phóng CO2, các nhà khoa học TUM đã tìm cách đảo ngược quá trình này. Về nguyên lý, mọi phản ứng hóa học đều có thể được đảo ngược, tuy nhiên để làm việc đó người ta thường phải tiêu tốn nhiều năng lượng và sử dụng áp suất cao.

Ý tưởng của các nhà khoa học TUM đã giành được giải thưởng của cuộc thi và dự án của họ được Công ty Evonik hỗ trợ.

Ở những thí nghiệm ban đầu của mình, các nhà khoa học TUM đã xác định áp suất CO2 cần thiết để sản xuất methionin từ methional trong quá trình phản ứng sử dụng xúc tác sinh học là enzym. Điều đáng ngạc nhiên là họ đã đạt được hiệu suất phản ứng cao một cách bất ngờ ngay cả khi chỉ sử dụng áp suất CO2 tương đối thấp - tương đương áp suất 2 bar ở lốp xe ôtô thông thường. Dựa trên kết quả đó, Công ty Evonik đã tăng vốn tài trợ để các nhà khoa học TUM tiếp tục tối ưu hóa hiệu quả của enzym nhờ công nghệ protein.

Sau khi nghiên cứu tiếp, các nhà khoa học TUM đã cải thiện phản ứng ở quy mô phòng thí nghiệm để đạt hiệu suất 40%, đồng thời giải thích cơ sở lý thuyết của quá trình hóa sinh nói trên. Quá trình phản ứng của họ đơn giản và có hiệu quả cao hơn các phản ứng quang hợp phức tạp trong thiên nhiên. Phản ứng quang hợp ở thực vật sử dụng đến 14 enzym và đạt hiệu suất 20%, trong khi đó phương pháp của các nhà khoa học TUM chỉ sử dụng 2 enzym nhưng đạt hiệu suất 40%.

Trong tương lai, phản ứng quang xúc tác mới nói trên có thể được sử dụng ở quy mô công nghiệp để sản xuất các axit amin có giá trị khác hoặc các tiền chất dược phẩm.

Quá trình của các nhà khoa học TUM có thể là phương pháp sản xuất đầu tiên áp dụng công nghệ sinh học và sử dụng khí CO2 làm tiền chất hóa học trực tiếp. Trước đó, những nỗ lực tái chế khí gây hiệu ứng nhà kính này đều thất bại do chi phí năng lượng quá cao.

LH (Theo ScienceDaily)