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Une bactérie bien connue pourrait transformer le dioxyde de carbone de l’air en un bioplastique utile, s’attaquant à deux problèmes mondiaux d’un seul coup, à l’aide d’un système prototype conçu par une équipe d’ingénieurs chimistes en Corée.

Les bactéries grignotant du plastique capables de décomposer les déchets plastiques en quelques heures ont récemment attiré beaucoup d’attention en tant que solution microscopique au problème croissant du plastique dans le monde.

Bien que nettoyer le gâchis que nous avons déjà créé soit une priorité absolue, la recherche de nouvelles façons de fabriquer des plastiques à partir de sources autres que le pétrole brut et ses dérivés est également essentielle pour réduire notre dépendance aux combustibles fossiles.

Les polymères plastiques sont de longues chaînes de sous-unités répétitives enchaînées, et le squelette de ces chaînes est le plus souvent des atomes de carbone.

De nombreux ingénieurs chimistes ont compris l’idée brillante que les niveaux croissants de dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre pourraient être une ressource inexploitée pour la fabrication de plastiques ou d’autres produits à base de carbone, tels que le carburéacteur ou le béton – si seulement nous pouvions capturer le CO2 du l’air et en faire quelque chose.

Une façon de convertir le gaz CO2 en d’autres composés utiles contenant du carbone consiste à injecter de l’électricité dans une réaction appelée électrolyse. Mais cette méthode, bien que prometteuse, produit principalement des composés de démarrage à chaîne courte ne comportant qu’un à trois atomes de carbone. Fabriquer des produits chimiques avec des chaînes carbonées plus longues à partir du CO2 est une tâche plus difficile et plus inefficace.

Dans ce nouvel effort, une équipe d’ingénieurs chimistes de l’Institut coréen des sciences et technologies avancées (KAIST) a développé un système en deux parties pour transformer le CO2 en un type commun de bioplastique à l’aide d’une espèce bactérienne appelée Cupriavidus necator.

La première étape du système est un électrolyseur qui convertit le CO2 gazeux en formiate. Ensuite, cela est introduit dans une cuve de fermentation, où les bactéries se mettent au travail.

C. necator est bien connu pour sa capacité à synthétiser des composés carbonés tels que le poly-3-hydroxybutyrate ou PHB, un type de polyester biodégradable et compostable, à partir d’autres sources de carbone.

Dans ce cas, C. necator engloutit la matière première de formiate de la réaction d’électrolyse et stocke des granules de PHB – qui peuvent ensuite être extraites des cellules récoltées.

La même solution circule entre la réaction d’électrolyse et la cuve de fermentation, une membrane séparant les deux chambres afin que les bactéries soient isolées des sous-produits de la réaction d’électrolyse.

Si le système est alimenté par des énergies renouvelables, il pourrait s’agir d’un moyen sans combustible fossile de générer des bioplastiques qui utilise simultanément du CO2 – qui doit être rapidement éliminé de l’air pour limiter le réchauffement climatique.

Hyunjoo Lee et Sang Yup Lee, deux ingénieurs biomoléculaires du KAIST qui ont dirigé l’étude, sont optimistes quant au fait que leur approche est évolutive et pourrait contribuer à transformer la façon dont les plastiques sont fabriqués.

« Les résultats de cette recherche sont des technologies qui peuvent être appliquées à la production de diverses substances chimiques ainsi que des bioplastiques et devraient être utilisées comme éléments clés nécessaires pour atteindre la neutralité carbone à l’avenir », ont-ils déclaré.

Bien que cela reste à voir, cela semble être une option qui mérite d’être poursuivie.

Des expériences en laboratoire ont montré que les cellules de C. necator dans le système hybride pouvaient synthétiser tellement de PHB qu’après 120 heures ou 5 jours de fonctionnement, le produit polyester représentait jusqu’à 83 % du poids des cellules sèches de la bactérie.

Sur la base de ces résultats, les chercheurs affirment que leur configuration est 20 fois plus productive que des systèmes similaires testés précédemment.

L’équipe rapporte également que leur système peut fonctionner sans interruption tant que les cellules bactériennes sont reconstituées chaque jour et que le produit en plastique est retiré pour maintenir les réactions.

Cette production continue serait essentielle pour faire fonctionner le système à l’échelle industrielle. Jusqu’à présent, les chercheurs ne l’ont testé que pendant 18 jours et ont produit 1,45 gramme de polyester.

Mais les chercheurs affirment que leur système intégré est une amélioration par rapport aux réacteurs discontinus précédents ou à d’autres configurations qui ne peuvent fonctionner qu’une phase de la réaction à la fois et nécessitent des étapes de séparation et de purification supplémentaires.

Pendant ce temps, d’autres ingénieurs biochimistes tentent d’améliorer la capacité naturelle de C. necator à produire du PHB à partir de CO2 avec quelques ajustements génétiques, car ils disent que la quantité de polymère produite par C. necator est encore trop faible pour être commercialisée – du moins pour le moment.

L’étude a été publiée dans PNAS.

Adaptation Terra Projects

Source: https://www.sciencealert.com/

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