Koperoxidecluster tussen twee aluminiumkernen in mordenietporie.

In de poriën van een bepaald type zeoliet kun je de actieve plekken van een methaanmonooxygenase-enzym goed genoeg nabootsen om daadwerkelijk methaan om te zetten in methanol. Praktisch bruikbaar is het nog niet maar het is een prima basis voor verder onderzoek, blijkt uit een publicatie in Nature Communications.

Op papier zou zo’n synthetische enzymfunctionaliteit ideaal zijn voor kleinschalige methanolproductie bij lage temperatuur. Tot nu toe is voor zo’n rechtstreekse omzetting nog nooit een bruikbare katalysator gevonden. Je kunt methaan prima vergassen tot synthesegas en dáár weer methanol van maken, maar dan heb je het over processen die bij hoge temperatuur verlopen en alleen op grote schaal economisch aantrekkelijk zijn.

In zo’n methaanmonooxygenase (MMO) zit een cluster van ijzer- of koperkernen dat één van de vier C-H bindingen in methaan openbreekt en er een zuurstofkern tussen zet. Hoe het precies werkt is nog niet helemaal duidelijk, zeker niet in het geval van ‘particulate MMOs’ die in celmembranen zitten en met koper werken - om te beginnen staat al niet vast of de clusters twee of drie koperkernen horen te bevatten.

In de zeoliet zijn het er in elk geval drie. De auteurs, een internationaal gezelschap waarvan onder meer UvA-onderzoeker Moniek Tromp en haar Eindhovense collega’s Evgeny Pidko en Emiel Hensen deel uitmaakten, kozen voor een zogeheten mordeniet met een dusdanig regelmatige kristalstructuur dat je er eigenlijk maar op één manier Cu2+-ionen in kunt monteren.

Stel je dat mordeniet vervolgens bloot aan methaan dan blijkt het aantal moleculen dat in methanol wordt omgezet, gelijk aan de hoeveelheid koperionen die je hebt toegevoegd gedeeld door drie. Vandaar dat de clusters drie ionen moeten bevatten.

Die rekensom mag je overigens alleen maken omdat die methanol muurvast aan het koper blijft hangen en er pas af komt als je het mordeniet spoelt met stoom van 135 graden Celsius. Per experiment zet elk cluster dus maar één methaanmolecuul om.

Berekeningen met dichtheidsfunctionaaltheorie bevestigen dat het inderdaad kán: om precies te zijn zouden het dan Cu3O32+-clusters moeten zijn die tussen twee aluminiumkernen in de zeolietstructuur in hangen. Hoe het precies kan dat die clusters als vanzelf lijken te ontstaan in het mordeniet, wordt uit de publicatie overigens niet duidelijk.

Het praktische bezwaar zit in het feit dat de koperclusters alleen stabiel zijn zo lang ze droog blijven. Door die stoom van 135 graden worden ze gehydrolyseerd en neemt de activiteit sterk af. Met zuurstof van 500 graden kun je de activiteit perfect herstellen maar voor een industrieel proces is dat niet bepaald aantrekkelijk.

Maar zoals gezegd, het is een begin.

bron: UvA