06.10.2022 - The Pennsylvania State University

Des chercheurs conçoivent des bactéries anaérobies synthétiques pour capturer et convertir le méthane.

"Nous voulons cesser de libérer du méthane et commencer à l'exploiter, au lieu de le brûler".

Le méthane est un puissant gaz à effet de serre qui, par molécule, est 25 fois plus nocif pour l'environnement que le dioxyde de carbone, selon l'Agence américaine de protection de l'environnement. Les bactéries du fond de la mer peuvent éliminer le méthane de leur environnement, entièrement sans oxygène, grâce à un processus appelé oxydation anaérobie du méthane (OAM). Des chercheurs de Penn State et de l'université d'Arizona utiliseront une subvention de 3,2 millions de dollars sur quatre ans accordée par la National Science Foundation (NSF) pour concevoir des fondations biotechnologiques qui emploient une version synthétique de ces bactéries dans un système de capture et de conversion du méthane à sa source.

Thomas Wood, professeur d'ingénierie chimique au Penn State College of Engineering, et Ingmar H. Riedel-Kruse, professeur associé de biologie moléculaire et cellulaire et d'ingénierie biomédicale à l'université de l'Arizona, ont uni leurs forces pour créer des réacteurs biologiques évolutifs qui capturent le méthane avant qu'il ne s'échappe dans l'atmosphère en tant que gaz à effet de serre nocif. Le laboratoire du professeur Wood a cloné l'enzyme des microbes qui capturent le méthane et que l'on trouve au fond de la mer. L'enzyme sera utilisée dans des bioréacteurs qui s'appuient sur les succès précédents de Riedel-Kruse dans l'ingénierie des consortiums synthétiques.

"Ces bactéries qui capturent le méthane sont des anaérobies", a déclaré M. Wood. "Bien qu'elles se développent très lentement - elles ne doublent que tous les 100 ans - elles capturent le méthane assez efficacement. Nous ne pouvons pas les cultiver seules en laboratoire, mais nous avons réussi à cloner leur ADN."

L'objectif premier de ce projet, selon Wood, est d'ajouter les bactéries modifiées à des réacteurs suffisamment pratiques et économiques pour que le méthane puisse être une ressource et non un polluant.

"Ces petits bioréacteurs à distance seront utilisés pour capter le méthane à sa source - sites de fracturation, décharges et stations d'épuration des eaux usées - et le convertir immédiatement en électricité ou en produits chimiques de base précieux qui peuvent être utilisés dans d'autres composés, tels que les alcools, les plastiques et les éléments qui alimentent nos voitures", a déclaré M. Wood. La nature anaérobie de la bactérie est essentielle. Pour reproduire la fermentation du méthane par ces bactéries, les chercheurs doivent créer une région anaérobie où il n'y a pas d'oxygène. Ils utiliseront un biofilm - de la bave - pour contrôler la disposition spatiale des bactéries dans le réacteur.

"Nous allons créer des petites boules définies dans l'espace et constituées principalement de bave", a expliqué M. Wood.

La partie extérieure de la boue éliminera l'oxygène pour permettre aux cellules anaérobies de capturer le méthane et de le transformer en un produit chimique intermédiaire. Les cellules aérobies extérieures vont également transformer le composé intermédiaire en produit final.

"Les bioréacteurs modulaires et facilement évolutifs constituent un procédé pratique qui peut être utilisé dans de nombreux endroits différents", a déclaré M. Wood. "Il sera beaucoup plus efficace et distribuable et nettement moins coûteux que les approches actuelles qui capturent et convertissent le méthane. Nous ne savons pas encore à quoi le processus pourrait ressembler sur un site de fracturation, mais au niveau municipal, il est facile de voir où nous allons ensuite : des réacteurs à biofilms fixes."

Les raffineries établies, comme celles utilisées par l'industrie de la fracturation, convertissent le méthane en composés de type essence, mais leur construction coûte des dizaines de milliards de dollars. L'acheminement du méthane vers ces raffineries à partir de sites éloignés est inefficace, perdant jusqu'à 20 % du méthane dans l'atmosphère pendant le transport de la source à la raffinerie, selon Wood.

"Nous voulons cesser de rejeter du méthane et commencer à l'exploiter, au lieu de le brûler", a déclaré M. Wood. "Nos réacteurs simples et biologiques fonctionnent en place et à température ambiante. Il n'est pas nécessaire de dépenser 20 milliards de dollars et de déployer d'énormes quantités d'énergie pour pouvoir capturer le méthane et le convertir en quelque chose d'utile."

Les chercheurs ont réuni une équipe interdisciplinaire possédant des compétences en biologie synthétique, en génie chimique, en conception de bioréacteurs et en sciences sociales, ainsi que de futurs utilisateurs potentiels pour mettre en œuvre cette nouvelle technologie. Les bioréacteurs seront testés sur des sites pertinents, en commençant par les installations de traitement des eaux usées.

En plus de développer une nouvelle approche pour convertir le méthane en produits chimiques, les chercheurs étudieront également comment la technologie peut être diffusée d'une manière socialement et écologiquement responsable, selon Riedel-Kruse. La NSF a augmenté le montant de la bourse de 300 000 dollars pour permettre aux chercheurs de renforcer leur volet éducatif.

Ce volet éducatif permettra de former des professeurs de sciences de l'enseignement secondaire à l'élaboration et à la diffusion d'activités éducatives innovantes qui aideront les élèves à se familiariser avec la microbiologie et à mettre en œuvre les technologies développées grâce à cette subvention. Dans un premier temps, l'accent sera mis sur les groupes sous-représentés, en particulier les communautés amérindiennes situées près de l'université d'Arizona, et il est prévu d'étendre ensuite la formation à l'ensemble du pays.

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.

The Pennsylvania State University

Recommander les actualités PDF / Imprimer article

Partager

Faits, contextes, dossiers
  • bactéries anaérobies
  • méthane
  • bactéries
  • oxydation anaérobie…
  • biofilms
Plus sur Pennsylvania State University