03.05.2022 - Chinese Academy of Sciences

Un électro-biosystème hybride transforme le dioxyde de carbone en composés à longue chaîne riches en énergie

Recyclage du CO₂ via l'ingénierie électrochimique et métabolique.

Le recyclage artificiel du dioxyde de carbone (CO2) en produits à valeur ajoutée de manière durable représente une opportunité de s'attaquer aux problèmes environnementaux et de réaliser une économie circulaire.

Cependant, par rapport aux produits C1/C2 facilement disponibles, la synthèse efficace et durable de composés à longue chaîne riches en énergie à partir duCO2 reste un énorme défi.

Une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur XIA Chuan de l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine, le professeur YU Tao de l'Institut des technologies avancées de Shenzhen de l'Académie chinoise des sciences et le professeur ZENG Jie de l'Université des sciences et technologies de Chine, a mis au point un électro-biosystème hybride, couplant l'électrolyse duCO2 spatialement séparée et la fermentation de la levure, qui a efficacement converti leCO2 en glucose.

L'électro-biosystème découplé spatialement proposé comprend l'électrolyse duCO2 et la fermentation de la levure. Il peut convertir leCO2 en glucose ou en acides gras avec un titre et un rendement élevés.

"L'acide acétique est non seulement le principal composant du vinaigre, mais aussi l'une des excellentes sources de carbone biosynthétique. Il peut être transformé en d'autres substances dans la vie, comme le glucose. L'acide acétique peut être obtenu par électrolyse directe duCO2, mais avec un rendement très faible. Nous proposons donc une stratégie en deux étapes pour convertir leCO2 en acide acétique, avec le CO comme intermédiaire", a déclaré le professeur ZENG.

En conséquence, les chercheurs ont d'abord converti leCO2 en CO dans un assemblage membrane-électrode à l'aide d'un catalyseur à atome unique Ni-N-C, puis ils ont mis au point un catalyseur en Cu riche en grains (GB_Cu) pour la production d'acétate à partir de la réduction électrochimique du CO.

Le GB_Cu a présenté une efficacité faradique élevée de l'acétate, jusqu'à 52 % à -0,67 V par rapport à une électrode d'hydrogène réversible dans un réacteur typique à cellules à flux à trois électrodes utilisant un électrolyte aqueux de KOH 1,0 M.

"Cependant, l'acétate produit par les dispositifs électrocatalytiques classiques est toujours mélangé à des sels d'électrolyte qui ne peuvent pas être utilisés directement pour la fermentation biologique", a déclaré le professeur XIA.

Pour relever ce défi, les chercheurs ont mis au point un équipement de réacteur à électrolyte solide poreux doté de membranes échangeuses d'anions épaisses pour la séparation et la purification de la solution d'acide acétique pur. Ce réacteur a fonctionné de manière continue et stable pendant 140 heures sous une densité de courant de -250 mA cm-2, ce qui a permis d'obtenir une solution d'acide acétique ultrapure d'une pureté relative d'environ 97 % en poids.

Lors de la fermentation microbienne suivante, les chercheurs ont supprimé tous les gènes d'hexokinase définis(glk1, hxk1, hxk2, YLR446W et emi2) dans Saccharomyces cerevisiae pour permettre la croissance du microbe sur de l'acide acétique pur et la libération efficace du glucose in vitro.

La surexpression de la glucose-1-phosphatase hétérologue a encore amélioré le titre de glucose. S. cerevisiae a été nourri avec de l'acétate titré provenant de l'électrolyse, obtenant un titre moyen de glucose de 1,81 ± 0,14 g-L-1, équivalent à un rendement élevé de 8,9 μmol par gramme de levure par heure. Des résultats similaires ont été observés chez S. cerevisiae nourrie d'acide acétique pur.

En outre, une S. cerevisiae modifiée pour la production d'acides gras libres a été alimentée par l'acétate titré provenant de l'électrolyse, avec un titre total d'acides gras libres (C8~C18) de 500 mg-L-1.

L'acide acétique pur et concentré provenant de la réduction électrochimique duCO2 a servi de source de carbone pour la fermentation de S. cerevisiae. Une telle plateforme pour les produits à longue chaîne est prometteuse pour une utilisation pratique à grande échelle.

"Cette démonstration est un point de départ pour la réalisation de la synthèse artificielle sans réaction à la lumière de produits organiques importants à partir duCO2", a déclaré le professeur YU.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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