Dernière mise à jour à 13h44 le 07/05
Après avoir été les premiers à réussir la synthèse artificielle totale de l'amidon à partir du dioxyde de carbone dans le monde en septembre de l'année dernière, des scientifiques chinois ont réussi une fois de plus à transformer le dioxyde de carbone en trésor.
La recherche a été effectuée conjointement par les équipes de recherche dirigées par Xia Chuan, professeur à l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine, par Yu Tao, chercheur à l'Institut des technologies avancées de Shenzhen de l'Académie chinoise des sciences et par Zeng Jie, professeur à l'Université des sciences et technologies de Chine. Elle montre que par l'électrocatalyse combinée à la biosynthèse, le dioxyde de carbone peut être efficacement réduit pour synthétiser de l'acide acétique à haute concentration, et des micro-organismes peuvent ensuite être utilisés pour synthétiser du glucose et de l'aide gras.
Le schéma de la conversion du dioxyde de carbone et de l'eau en produits à longue chaîne par fermentation biologique à couplage électrochimique. (Photo fournie par l'équipe de recherche)
Le 28 avril, le résultat a été publié comme article de couverture dans la revue Nature-Catalysis.
"Ce travail fournit une nouvelle technologie pour la synthèse artificielle et semi-artificielle de 'nourriture' ", a commenté le chercheur Li Can, académicien de l'Académie chinoise des sciences et directeur du Comité professionnel de la catalyse de la Société chinoise de chimie.
Le dioxyde de carbone est tout d'abord transformé en acide acétique à température et pression normales. L'acide acétique est non seulement le principal composant du vinaigre, mais aussi une excellente source de carbone biosynthétique qui peut être converti en d'autres substances biologiques telles que le glucose.
Les chercheurs ont utilisé un nouveau dispositif de réaction à électrolyte solide qui a largement optimisé l'efficacité de la conversion du dioxyde de carbone en acide acétique et a permis de produire en continu une solution aqueuse d'acide acétique d'une pureté de 97% pendant plus de 140 heures, ce qui a été considéré comme un point marquant de la recherche par les professionnels du secteur.
Le dispositif de réaction à électrolyte solide. (Photo fournie par l'équipe de recherche)
La deuxième étape de la transformation du dioxyde de carbone, c'est la production du glucose à partir des micro-organismes. "Saccharomyces cerevisiae est principalement utilisé dans les industries de fermentation telles que le fromage, le pain à la vapeur et la vinification. Il est aussi souvent utilisé comme organisme modèle pour la fabrication microbienne et la recherche en biologie cellulaire", a indiqué Yu Tao. La synthèse du glucose à partir des Saccharomyces cerevisiae par le biais de l'acide acétique peut être comparée à des micro-organismes qui "boivent du vinaigre", les Saccharomyces cerevisiae "consomment constamment du vinaigre" et synthétisent du glucose.
"Cependant, Saccharomyces cerevisiae consomme aussi du glucose, ce qui affecte le rendement", a dit Yu Tao. À cet égard, son équipe de recherche a neutralisé trois éléments enzymatiques clés de Saccharomyces cerevisiae qui métabolisent le glucose et a ainsi éliminé la capacité de Saccharomyces cerevisiae à métaboliser le glucose.
Les chercheurs ont alors éliminé deux éléments enzymatiques susceptibles de métaboliser le glucose, et ont inséré des éléments de glucose phosphatase provenant de Pantoea et d'Escherichia coli, renforçant la capacité à accumuler du glucose.
Ces deux enzymes peuvent "ouvrir une nouvelle voie" pour convertir en glucose les molécules de phosphate dans d'autres voies de la levure, ce qui augmente la capacité de la levure à accumuler du glucose. La souche de levure modifiée a un rendement en glucose de 2,2 g/L, augmentant de 30% la production.
Ce travail ouvre une nouvelle stratégie pour combiner électrochimiquement des cellules vivantes afin de catalyser la préparation des aliments tels que le glucose, fournissant un nouveau paradigme pour développer de nouvelles formes d'industries agricoles et de biofabrication alimentées par l'électricité à l'avenir. Cela représente une direction de développement importante dans l'utilisation du dioxyde de carbone, a indiqué Deng Zixin, académicien de l'Académie chinoise des sciences et directeur du laboratoire clé d'État en métabolisme microbien de l'Université Jiao Tong de Shanghai.
Ces dernières années, grâce au développement rapide de la production d'énergie à partir de nouvelles énergies, la technologie d'électroréduction du dioxyde de carbone peut potentiellement concurrencer avec les procédés chimiques traditionnels qui dépendent de l'énergie fossile. L'électroréduction efficace du dioxyde de carbone pour préparer des produits chimiques et des carburants à haute valeur ajoutée est considérée par la communauté académique comme l'une des directions de recherche importantes pour atteindre l'objectif de "zéro émission de carbone".
Le développement du dispositif de réaction à électrolyte solide a résolu avec succès le problème de séparation de produits liquides de l'électroréduction du dioxyde de carbone et fournit de façon stable des porteurs d'électrons liquides pour une fermentation par micro-organismes.
Les micro-organismes produisent des produits très divers et sont capables de synthétiser des composés qui ne peuvent pas être produits de façon artificielle ou produits avec un rendement très bas de façon artificielle. "Nous étudierons plus en détail l'homogénéité et la compatibilité des deux plateformes d'électrocatalyse et de fermentation biologique", a déclaré Zeng Jie.
(Par Wu Yuehui, journaliste au Quotidien du Peuple)
