De katalyse van enzymen

Xbee® is een verbeterend bestanddeel van organische brandstoffen dat verschillende jaren geleden ontwikkeld werd door biotechnologie te combineren met de technologie van de enzymen.

De enzymen
Een enzym is een natuurlijk eiwit geproduceerd door levende cellen. Het presenteert zich onder de vorm van een polypeptide keten met bijzondere vouwen in die bepaalde ruimte. Deze laatste geeft het enzym zijn katalystische activiteit; het versnelt de trage chemische reacties door het verlagen van de activeringsenergie en het verhogen van de reactiesnelheid zonder de thermodynamica te beïnvloeden.

De coenzymen
Verschillende enzymen hebben ook nood aan een non-eiwit element, genaamd co-enzym, om zijn katalyserende activiteit voor te stellen. Dit zijn meestal metaalionen of kleine organische moleculen die essentieel zijn voor het mechanisme van de enzymatische reactie.
Bij een brandstof op basis van petroleum, kunnen de metaalionen gemaakt worden in voldoende hoeveelheid door de brandstof zelf.

Specificiteit en het vouwen van eiwitten
Een bepaald enzym zal een driedimensionale structuur vertonen volgend op het vouwen van zijn eiwitketen. Deze structuur zal een herkenningssite definiëren, meer of minder specifiek van de enzymsubstraten (hier bestaan de moleculen uit hervormde waterstofdeeltjes) en zo ervoor zorgen dat het contact onstaat tussen het substraat en het deel van het enzym verantwoordelijk voor de katalysatoractiviteit (inclusief het meest voorkomende co-enzym), om een complex enzymsubstraat te vormen.
Dit geheel zal zorgen voor de chemische transformatie van het substraat volgend op de release van de producten van de reactie en het enzym. Deze laatste zal proberen binnen te komen in de nieuwe katalysatorcyclus en een nieuwe substraatmolecule transformeren.

In het geval van brandstofadditief Xbee®, samengesteld uit een cocktail van verschillende enzymen, zal een deel van de moleculen erkend worden als substraten door bepaalde enzymen en zo dus gewijzigd worden. Deze moleculen kunnen bijvoorbeeld polycyclische aromatische verbindingen of zwavelverbindingen zijn. Bij de verbranding van een brandstof gewijzigd door brandstofadditief Xbee®, worden de toegevoegde enzymen ook verbrand zonder noemenswaardige extra uitstoot als gevolg van hun proteïne-oorsprong (en dus biologisch).

Stabiliteit
De enzymen in de biotechnologie Xbee® zijn extreem stabiel en blijven tijdens de volgende jaren actief. Echter, er zijn fysische factoren die de enzymen kunnen vernietigen, verhinderen of hun werking kunnen verzwakken tijdens de behandeling van de brandstoffen. De werking van de enzymen kan onderbroken worden door de polariteit van het milieu, de pH, de temperatuur en UV-stralen. De blootstelling aan temperaturen boven de 80 à 90°C kunnen de activiteit van het enzym Xbee® vernietigen.

Effect van behandeling met brandstofadditief Xbee op de brandstoffen.
Bij een klassieke verbranding is een bepaalde energie nodig voor de ontsteking van elke opeenvolgende reeks van brandstofdruppels. Deze energie verbruikt tijdens de ontsteking, wordt niet gebruikt voor stuwkracht en kan zich omzetten in residuale stralingswarmte, en zo bijdragen tot de vorming van stikstofoxiden (NOx).
De actie van het brandstofadditief Xbee® op de brandstof gebeurt stroomopwaarts van de ontsteking. De gezamenlijke actie van de verschillende enzymen leiden tot een brandstof die een grotere burn rate geeft en een betere verbranding. Hierdoor kan meer thermische energie bewaard worden voor de aandrift. Bovendien zorgt de snellere verspreiding van de vlammen ervoor dat het grootste deel van de ontstekingskracht kan verbranden; zo wordt een vroegtijdige explosie en gekletter van de motor vermeden. Indien een kleinere hoeveelheid verbruikte brandstof teruggedrongen wordt door de uitlaatkleppen, verkleint de uitdoving van de vlammen in de uitlaatschacht, hetgeen de vorming van roet voorkomt. Het brandstofadditief Xbee® is een cocktail van lyasen, transferanen en isomerasen die bepaalde brandstofonderdelen kunnen splijten, en dus chemische groepen uitwisselen en de brandstofmoleculen kunnen hergroeperen.
Dit leidt tot een hyper-zuurstofhoudende brandstof, die tijdens de verbranding de vorming van kooldioxide (CO2) bevordert, ten koste van koolmonoxide (CO). Bovendien kan de algemene daling van het brandstofverbruik door middel van een meer doeltreffende verbranding ervoor zorgen dat de emissies verlagen, vooral die van de deeltjes en de brandstofdioxide.
Bij de opslag van een brandstof, helpt het brandstofadditief Xbee® om het water te elimineren en het sediment te limiteren, zoals bijvoorbeeld roest. Het brandstofadditief Xbee® vermindert ook de verontreinigende stoffen aanwezig in het brandstofvocht. Deze worden uitgestoten door de microbiologische biomassa (gisten, schimmels…) die zich ontwikkelen op het grensvlak tussen het water en de brandstof. Als ze minder talrijk zijn, worden corrosie en vervuiling van de injectoren beperkt.

Bij het vervaardigen van een brandstof heeft het waterstofbehandelingsproces tot doel om de hoeveelheid zwavel te beperken die, na de verbranding, geleid hebben tot zwaveloxiden (SOx). Het wordt gesteld dat de grote hoeveelheden zwaveloxide in de afvoer die voortkomen uit een onvolledige verbranding, de bron zijn van kankerverwekkende stoffen, aanwezig in het roet van dieselmotoren.
Deze behandeling heeft een beperkt effect op de polycyclische aromatische moleculen, of ze zijn de laatste die invloed hebben op de kwaliteit van de dieselbrandstof. Na behandeling met brandstofadditief Xbee®, heeft dieselolie een gewijzigde samenstelling van zwavelverbindingen. Het komt vooral voor bij sulfieten en zeer stabiele sulfaten, eventueel in de vorm van organische sulfaten die men gevonden heeft in de uitgestoten deeltjes. De hoeveelheid uitgestoten zwavel blijft hetzelfde, maar de inhoud in SO2 zal waarschijnlijk zwakker zijn. De daling van het aantal zeer giftige en kankerverwekkende aromaten en van het klevende roet heeft als zichtbaar effect het minder gevaarlijk maken van de uitstoot. De vervanging van de zeer reactieve SO2 door een stabielere verbinding vermindert de impact op het milieu. Bovendien, dankzij de verlaging van het verbruik door het effect van de enzymen op de brandstof, houdt de impact de tijd die de zwavel kan hebben op het milieu in evenwicht en verlaagt deze in dezelfde mate. Ten slotte is het mogelijk dat andere factoren verbonden met de verbranding van zwavel nog niet bekend zijn.