Закись азота (N₂O) — парниковый газ с потенциалом глобального потепления в 265–298 раз выше CO₂ на горизонте 100 лет. При этом промышленное разложение N₂O традиционно требовало нагрева до 600–900°C, что делало процесс энергозатратным и экономически нецелесообразным для малых и средних предприятий.
Международная команда исследователей из Массачусетского технологического института и Сколковского института науки и технологий опубликовала в журнале Nature Catalysis результаты трёхлетней работы над ферментативным катализатором нового поколения. В основе разработки — модифицированные N₂O-редуктазы бактерий Paracoccus denitrificans, специально адаптированные для работы в промышленных условиях.
Принцип работы и технические параметры
Модифицированный фермент содержит биядерный медный центр CuZ*, отвечающий за восстановление N₂O до молекулярного азота и воды: N₂O + 2H⁺ + 2e⁻ → N₂ + H₂O. Ключевое отличие от природных аналогов — стабилизация активного центра за счёт введения дополнительных дисульфидных мостиков и замены трёх аминокислотных остатков, снижающей чувствительность фермента к кислороду.
В ходе испытаний на пилотной установке катализатор показал эффективность разложения 94,7% при концентрации N₂O 0,1–15% и температуре 18–25°C. Срок службы фермента без заметной деградации активности превысил 2000 часов непрерывной работы — показатель, достаточный для промышленного внедрения.
«Мы впервые добились стабильной работы биокатализатора N₂O в условиях, максимально приближенных к реальному производству. Ключом стало решение проблемы кислородной инактивации — главного препятствия для всех предыдущих биологических подходов» — профессор Алексей Громов, руководитель проекта.
Промышленный потенциал и сроки внедрения
По оценкам исследователей, технология прежде всего найдёт применение в производстве азотной кислоты и удобрений — крупнейших источниках промышленных выбросов N₂O. Внедрение каталитических фильтров на предприятиях отрасли позволит сократить глобальные выбросы N₂O на 12–18% уже к 2030 году. Патент на технологию подан в США и ЕС, коммерциализация ожидается через 2–3 года.
