Quand les miettes de pain ouvrent la voie à une production sans combustibles fossiles

Les miettes de pain ouvrent la voie à une production sans combustibles fossiles pour les biens quotidiens

Selon une nouvelle étude, la modeste miette de pain pourrait détenir la clé pour éliminer les combustibles fossiles de l’une des réactions les plus utilisées dans l’industrie chimique.

Des scientifiques ont découvert une formule microbienne en un seul réacteur qui utilise du pain gaspillé pour remplacer l’hydrogène issu des combustibles fossiles dans l’hydrogénation – une réaction chimique utilisée massivement pour fabriquer des aliments, des produits pharmaceutiques, des plastiques et d’autres produits quotidiens.

Cette nouvelle approche est à bilan carbone négatif et pourrait ouvrir de nouvelles voies pour la production biosourcée utilisant des matières premières renouvelables et issues de déchets, expliquent les chercheurs.

L’hydrogénation est une pierre angulaire de la fabrication chimique moderne, mais aujourd’hui, elle dépend presque entièrement de l’hydrogène gazeux produit à partir de combustibles fossiles. La production et l’utilisation de cet hydrogène sont très énergivores, nécessitant souvent des températures de plusieurs centaines de degrés Celsius et des pressions comparables à celles trouvées dans les parties les plus profondes de l’océan.

Dans la transformation des aliments, l’hydrogénation est utilisée pour convertir les huiles végétales liquides en graisses solides plus stables. Dans l’industrie au sens large, c’est une étape clé dans la synthèse de produits pharmaceutiques, de produits chimiques fins, de carburants et de polymères – utilisant typiquement des catalyseurs métalliques comme le nickel, le palladium ou le platine.

Des scientifiques du Wallace Lab de l’Université d’Édimbourg ont maintenant démontré que l’hydrogénation pouvait être réalisée en utilisant de l’hydrogène gazeux produit naturellement par des bactéries vivantes.

Dans l’étude, une souche commune de laboratoire d’E. coli a été nourrie avec des sucres extraits de pain gaspillé et cultivée sans oxygène. Dans ces conditions, les bactéries produisent naturellement de l’hydrogène gazeux. Lorsqu’une petite quantité de catalyseur au palladium et un produit chimique cible étaient ajoutés au même réacteur, l’hydrogène généré par les microbes était suffisant pour conduire l’hydrogénation dans des conditions douces et à faible consommation d’énergie.

L’intégralité du processus se déroule dans un seul flacon scellé à une température proche de l’ambiante, sans besoin de combustibles fossiles ni d’hydrogène gazeux fourni de l’extérieur.

Une analyse détaillée a montré que le processus peut être à bilan carbone négatif lorsque du pain gaspillé est utilisé comme matière première. En évitant l’hydrogène d’origine fossile et en détournant les déchets alimentaires de la mise en décharge ou de l’incinération, le système retire plus de gaz à effet de serre qu’il n’en produit.

L’équipe prévoit d’étendre cette approche à un plus large éventail de produits quotidiens de valeur et étudie différents hôtes microbiens pour développer des souches qui éliminent le besoin d’un catalyseur métallique.

L’étude, publiée dans Nature Chemistry, a été financée par UK Research and Innovation (UKRI), le Conseil européen de la recherche (CER), l’Industrial Biotechnology Innovation Centre (IBioIC) et le High-Value Biorenewables Network.

L’Université d’Édimbourg s’engage à créer un monde plus durable grâce à sa recherche, son enseignement, ses partenariats et ses innovations de premier plan.

Elle est reconnue comme l’une des meilleures universités au monde pour son impact environnemental et social, et la lutte contre les urgences climatiques et environnementales est un élément clé de sa mission pour devenir neutre en carbone d’ici 2040.

Le professeur Stephen Wallace, titulaire de la chaire de biotechnologie chimique à la School of Biological Sciences de l’Université d’Édimbourg, a déclaré : « L’hydrogénation sous-tend d’énormes pans de la fabrication moderne, mais elle repose encore presque entièrement sur l’hydrogène produit à partir de combustibles fossiles. Ce que nous avons montré, c’est que les cellules vivantes peuvent fournir cet hydrogène directement, en utilisant des déchets comme matière première, et le faire d’une manière qui peut en réalité être à bilan carbone négatif. Cette approche n’est pas limitée à la chimie alimentaire non plus. L’hydrogénation est utilisée dans les produits pharmaceutiques, les produits chimiques fins et les matériaux. Pouvoir réaliser ces réactions en utilisant de l’hydrogène microbien ouvre de nouvelles possibilités pour une fabrication durable à grande échelle. »

Le Dr Susan Bodie, directrice du développement de l’innovation et des licences à Edinburgh Innovations, a ajouté : « Le professeur Wallace est l’un des nombreux chercheurs de l’Université d’Édimbourg à utiliser des techniques de biologie de synthèse innovantes et durables pour valoriser les déchets. Ces techniques pourraient contribuer à une révolution verte dans la fabrication industrielle au Royaume-Uni et au-delà, et nous encourageons les entreprises intéressées à collaborer avec nous à nous contacter. »

Douglas Martin, fondateur et PDG de MiAlgae, a dit : « MiAlgae utilise des techniques de biotechnologie avancées pour produire durablement des oméga-3 pour les industries de l’aquaculture et de l’alimentation animale. Ayant récemment posé la première pierre de notre nouvelle usine à Grangemouth, nous croyons que la biotechnologie peut transformer les processus industriels et construire un avenir plus durable. »

Article : Native H2 pathways enable biocompatible hydrogenation of metabolic alkenes in bacteria – Journal : Nature Chemistry – Méthode : Experimental study

Source : Edinburgh U.