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Des chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis ont découvert une nouvelle façon de former des microbes pour fabriquer un biocarburant facilement utilisable.
Une équipe de biologistes et d’ingénieurs a modifié un microbe appelé Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (TIE-1) afin qu’il puisse produire un biocarburant en utilisant seulement trois ingrédients sources renouvelables et naturellement abondants : le dioxyde de carbone, l’électricité produite par des panneaux solaires et la lumière.
Le biocarburant résultant, m-butanol, est un carburant de remplacement authentiquement neutre en carbone qui peut être utilisé dans des mélanges avec du diesel ou de l’essence. Les résultats sont publiés aujourd’hui (3 novembre 2021) dans la revue Biologie des communications.
L’étude a été dirigée par Arpita Bose, professeure agrégée de biologie en arts et sciences, et co-écrite par des membres de son laboratoire et des ingénieurs de la McKelvey School of Engineering, également à l’Université de Washington.
“Les micro-organismes ont développé un éventail ahurissant de techniques pour obtenir des nutriments de leur environnement environnant”, a déclaré Bose. « Peut-être que l’une des plus fascinantes de ces techniques d’alimentation utilise l’électrosynthèse microbienne (MES). Ici, nous avons exploité le pouvoir des microbes pour convertir le dioxyde de carbone en composés multi-carbone à valeur ajoutée dans un biocarburant utilisable. »
Le premier auteur de l’étude est Wei Bai, titulaire d’un doctorat du département de génie énergétique, environnemental et chimique de McKelvey Engineering. Bai a travaillé comme assistant de recherche dans le laboratoire Bose en arts et sciences de 2015 à 2020. Bai est maintenant scientifique chez Amyris, un fabricant d’ingrédients durables à base de biologie synthétique.
« Le carburant que nous avons fabriqué, m-butanol, a une teneur élevée en énergie et une faible tendance à se vaporiser ou à se dissoudre dans l’eau sans combustion », a déclaré Bai. “C’est particulièrement vrai par rapport à l’éthanol, qui est un biocarburant couramment utilisé.”
Les microbes qui se nourrissent par électrosynthèse microbienne se fixent directement à une cathode chargée négativement à l’intérieur du réacteur MES afin qu’ils puissent « manger » de l’électricité. Des recherches antérieures du laboratoire Bose ont aidé à éclairer comment des microbes tels que TIE-1 utilisent des électrons pour fixer le dioxyde de carbone et aussi comment ils peuvent être utilisés pour créer des bioplastiques durables.
À mesure que les scientifiques en apprennent davantage sur ces microbes, leurs utilisations potentielles sont de plus en plus prometteuses, a déclaré Bose, bien qu’elle reconnaisse que des améliorations sont nécessaires avant que les techniques puissent être déployées à des échelles industrielles.
Produire un biocarburant durable
D’autres chercheurs ont déjà exploré l’utilisation de microbes tels que les cyanobactéries pour produire des biocarburants durables. Cependant, ces types d’organismes produisent de l’oxygène lors de la photosynthèse, ce qui tend à limiter leur efficacité pour la synthèse de biocarburants, car de nombreuses enzymes impliquées dans les voies de biosynthèse sont sensibles à l’oxygène.
Pour explorer comment TIE-1 pourrait être exploité pour produire du biocarburant, Bai et Bose ont construit une forme mutante du microbe qui ne pouvait pas fixer l’azote. Les scientifiques ont alors introduit un mvoie de biosynthèse du -butanol dans ce nouveau mutant.
La forme du microbe qu’ils ont construit était incapable de se développer lorsque l’azote gazeux était sa seule source d’azote. Au lieu de cela, cette version de TIE-1 a canalisé ses efforts vers la production m-butanol — augmenter son rendement en biocarburant sans augmenter significativement la consommation d’électricité.
“Au meilleur de notre connaissance, cette étude représente la première tentative de production de biocarburant à l’aide d’une plate-forme d’électrosynthèse microbienne alimentée par panneau solaire, où le dioxyde de carbone est directement converti en carburant liquide”, a déclaré Bai. « Nous espérons que cela pourra être un tremplin pour la future production durable de carburant solaire. »
“La fabrication à l’échelle industrielle de bioplastiques et de biocarburants à l’aide de l’électrosynthèse microbienne peut être réalisée en utilisant l’électricité produite par les panneaux solaires, créant ainsi un cycle entièrement durable”, a déclaré Bose.
« Les États-Unis et l’Union européenne reconnaissent l’électrosynthèse microbienne comme une technologie clé pour les solutions de durabilité et de changement climatique », a déclaré Bose. “En fin de compte, en exploitant un métabolisme microbien qui a évolué dans un passé lointain, nous espérons que de nouvelles méthodes émergeront pour aider à résoudre certains des problèmes les plus urgents de notre temps.”
Référence : 3 novembre 2021, Biologie des communications.
DOI : 10.1038 / s42003-021-02781-z
