Alchimie biohybride : transformer les contaminants des eaux usées en produits chimiques

Republié par Platon

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Les chercheurs ont proposé une nouvelle méthode pour transformer les contaminants des eaux usées en produits chimiques précieux en utilisant la lumière du soleil, ouvrant ainsi la voie à une fabrication chimique durable et circulaire.

La fabrication chimique conventionnelle repose sur des processus à forte intensité énergétique. Les biohybrides semi-conducteurs, qui combinent des matériaux efficaces de collecte de lumière et des cellules vivantes, sont apparus comme une possibilité intéressante pour ceux qui cherchent à utiliser l'énergie solaire pour produire des produits chimiques, affirment les auteurs de cette nouvelle étude.

Le défi consiste désormais à trouver un moyen économiquement viable et respectueux de l’environnement de développer cette technologie.

Il a été publié dans Nature Durabilité en Octobre.

Les travaux ont été dirigés par le professeur GAO Xiang de l'Institut de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l'Académie chinoise des sciences et le professeur LU Lu de l'Institut de technologie de Harbin.
Les chercheurs ont entrepris de convertir les polluants des eaux usées en biohybrides semi-conducteurs directement dans l’environnement des eaux usées. Le concept consiste à utiliser le carbone organique, les métaux lourds et les composés sulfates présents dans les eaux usées comme matières premières pour construire ces biohybrides, puis à les convertir en produits chimiques précieux.

Néanmoins, les véritables eaux usées industrielles varient généralement dans leur composition en polluants organiques majeurs, métaux lourds et polluants complexes, qui sont tous souvent toxiques pour les cellules bactériennes et difficiles à métaboliser efficacement. Il contient également des niveaux élevés de sel et d’oxygène dissous qui nécessitent des bactéries ayant une capacité aérobie de réduction des sulfates. Il est donc difficile d’utiliser les eaux usées comme matière première pour les bactéries.

Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont sélectionné une bactérie marine à croissance rapide, Vibrio natriegens, qui présente une tolérance exceptionnelle aux concentrations élevées de sel et une capacité à utiliser diverses sources de carbone. Ils ont introduit une voie de réduction des sulfates aérobies dans V. natriegens et ont entraîné la souche modifiée à utiliser différentes sources de métaux et de carbone afin de produire des biohybrides semi-conducteurs directement à partir de ces eaux usées.

Leur principal produit chimique cible pour la production était le 2,3-butanediol (BDO), un produit chimique précieux.

En concevant une souche de V. natriegens, ils ont généré du sulfure d’hydrogène, qui a joué un rôle central en facilitant la production de nanoparticules de CdS qui absorbent efficacement la lumière. Ces nanoparticules, réputées pour leur biocompatibilité, ont permis la création in situ de biohybrides semi-conducteurs et ont permis aux bactéries non photosynthétiques d'utiliser la lumière.

Les résultats ont montré que ces biohybrides activés par la lumière du soleil présentaient une production de BDO considérablement améliorée, dépassant les rendements pouvant être obtenus grâce aux seules cellules bactériennes. De plus, le processus s'est montré évolutif, permettant une production de BDO à l'énergie solaire à une échelle substantielle de 5 litres en utilisant de véritables eaux usées.

L'analyse du cycle de vie montre que cette voie biohybride spécifique présente un gain de durabilité substantiel par rapport aux voies de production conventionnelles de 2,3-butanediol.

« La plate-forme biohybride affiche non seulement une empreinte carbone plus faible, mais réduit également les coûts des produits, ce qui entraîne un impact environnemental global plus faible par rapport à la fermentation bactérienne traditionnelle et aux méthodes de production de BDO à base de combustibles fossiles », a déclaré le professeur GAO. « Remarquablement, ces biohybrides pourraient être produits à partir de diverses sources d’eaux usées. »

Les auteurs affirment que ces travaux peuvent faire progresser la biofabrication basée sur l’énergie solaire et la conversion des déchets en richesse et ouvrir la voie à une production plus propre et à une économie circulaire.