La nouvelle méthode de recyclage du CO2 testée par une équipe de recherche coréenne : « Elle peut aider à réduire les niveaux de gaz à effet de serre dans l’atmosphère ».
Une culture de Cupriavidus necator / Crédit : Wikipedia
Dans la lutte contre le changement climatique dû aux niveaux croissants de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, plusieurs équipes de recherche concentrent leurs efforts sur le développement de technologies respectueuses de l’environnement qui peuvent contribuer non seulement à réduire leur concentration mais aussi à atteindre le soi-disant net zéro , l’état de zéro émission nette de carbone grâce à l’élimination du dioxyde de carbone (CO2) de l’air. Parmi les différentes méthodes développées par les chercheurs, une fait l’objet de beaucoup d’attention car elle permet de capter le CO2 et de convertir ce dangereux gaz à effet de serre en bioplastiques d’origine microbienne. Son développement est dû à une équipe d’ingénieurs biochimistes du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) à Daejeon, en Corée du Sud, qui a réussi à développer un système produisant un type commun de bioplastique, le poly-polyester 3-hydroxybutyrate (PHB ) à l’aide d’une espèce bactérienne appelée Cupriavidus necator.
Le système, qui associe deux méthodes de recyclage du CO2 – la technique de conversion électrochimique du CO2, qui transforme le dioxyde de carbone en produits carbonés utiles, et la bioconversion microbienne par C. necator – a été détaillé dans un article de recherche intitulé « Biohybrid CO2 electrolysis for the direct synthesis of polyesters à partir de CO2 » publié dans Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS). La technologie de traitement, soulignent les auteurs de l’étude, produit du bioplastique à partir de CO2 avec une efficacité plus de 20 fois supérieure à celle de systèmes similaires précédemment testés.
Schéma conceptuel (A) et photographie du système de conversion CO2 en PHB / Crédit : KAIST
« Les résultats de cette recherche sont des technologies qui peuvent être appliquées à la production de divers produits chimiques et bioplastiques et devraient être utilisées comme éléments clés nécessaires pour atteindre la neutralité carbone à l’avenir », déclarent les auteurs correspondants de l’étude, le professeur Hyunjoo Lee et l’éminent professeur Sang Yup Lee du Département de génie chimique et biomoléculaire du KAIST.
Comment fonctionne la conversion du CO2 en bioplastique d’origine microbienne
La technologie développée par KAIST est basée sur un système à deux phases dont la première est représentée par un électrolyseur qui transforme le CO2 gazeux en formiate par une réaction de conversion électrochimique. Ce système est relié à un fermenteur où les micro-organismes sont cultivés. « Le CO2 converti en formiate dans l’électrolyseur est introduit dans le fermenteur où des microbes tels que C. necator, dans ce cas, consomment cette source de carbone pour produire efficacement des produits multicarbonés à valeur ajoutée, tels que le poly-3-hydroxybutyrate (PHB) » expliquent les érudits.
Schéma détaillé de la réaction au sein du système : Le CO2 gazeux est converti en formiate dans l’électrolyseur. Le formiate ainsi obtenu est transformé en PHB par les cellules du fermenteur / Crédit : KAIST
C. necator, déjà connu pour sa capacité à synthétiser des composés carbonés tels que le PHB, un type de polyester biodégradable et compostable, à partir d’autres sources de carbone, absorbe le formiate obtenu lors de la réaction d’électrolyse et accumule des granules de PHB, qui peuvent ensuite être extraites de la cellules. L’optimisation de cette conversion, à travers le développement de solutions capables de surmonter les limitations du processus naturel, ainsi que les interruptions également dues à l’accumulation de sous-produits de la réaction d’électrolyse qui peuvent modifier les conditions de culture des microbes, a a permis aux chercheurs de dépasser pour la première fois au monde une production de plus d’un gramme de PHB sans recourir à l’utilisation d’énergies fossiles.
En particulier, lorsque l’ensemble du système est alimenté en énergie renouvelable, le procédé fournit une solution de production de bioplastique à partir de CO2 gazeux qui atteint une teneur en PHB de 83% du poids sec de la cellule, avec une productivité de 1,38 g de PHB avec une électrode de 4 cm2 , qui est plus de 20 fois supérieure à celle produite avec des systèmes similaires précédemment testés.
L’équipe signale également que le système peut fonctionner sans interruption tant que les cellules bactériennes sont reconstituées quotidiennement et que le bioplastique produit est éliminé. Dans un tel scénario, la production continue serait la clé du déploiement du système à l’échelle industrielle.
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