Changer la façon dont la nation génère et consomme de l'énergie est au cœur d'une nouvelle subvention de la NSF attribuée à l'Arizona State University et Kevin Redding, professeur à l'École des sciences moléculaires et directeur du Centre de bioénergie et de photosynthèse (CB&P).

L'objectif de Redding et de son groupe de recherche est d'obtenir une production d'hydrogène algal à l'échelle industrielle, un objectif qui nécessite une amélioration par rapport à la technologie actuelle d'au moins quintuple.

"Je ne considère pas l'hydrogène tant comme un carburant, mais en tant que denrée essentielle que nous consommons à un rythme de plus de 20 millions de tonnes métriques par an - et que nous produisons désormais par reformage à la vapeur de combustibles fossiles, un processus énergivore et produisant du dioxyde de carbone, " a expliqué Redding. " Si nous pouvions remplacer ne serait-ce qu'une partie de cela par du biohydrogène algal qui est fabriqué par la lumière et l'eau, cela aurait un impact substantiel. Cependant, l'état du champ de biohydrogène n'est même pas proche de l'endroit où il doit être pour être commercialement viable. »

« Nous avons pensé qu'il fallait adopter des approches radicalement différentes. notre idée folle de connecter l'enzyme hydrogénase directement au photosystème I afin de détourner une grande partie des électrons de la division de l'eau (par le photosystème II) pour produire de l'hydrogène moléculaire.

Il est de notoriété publique que les plantes et les algues, ainsi que les cyanobactéries, utiliser la photosynthèse pour produire de l'oxygène et des "carburants, " ces derniers étant des substances oxydables comme les glucides et l'hydrogène. Il existe deux complexes pigment-protéine qui orchestrent les réactions primaires de la lumière dans la photosynthèse oxygénée :le photosystème I (PSI) et le photosystème II (PSII).

Les algues (en l'occurrence l'algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii, ou « Chlamy » en abrégé) possèdent une enzyme appelée hydrogénase qui utilise les électrons qu'elle obtient de la protéine ferredoxine, qui est utilisé pour transporter les électrons du PSI vers diverses destinations. L'hydrogénase algale est inactivée rapidement et de manière irréversible par l'oxygène constamment produit par le PSII. On espère que le fait de lier l'hydrogénase directement au PSI atténuera les problèmes, y compris le fait que l'hydrogénase rivalise mal pour les électrons et qu'elle est inactivée par l'oxygène.

« En utilisant le concept PSI-hydrogénase coudé, Andrey Kanygin a réussi à produire une algue d'ingénierie qui donne la meilleure production d'hydrogène soutenue de toutes les algues jamais. En collaboration avec Alec Smith, un Barrett Fellow du CB&P, ils ont produit une nouvelle souche qui a le taux initial le plus élevé jamais mesuré, mais plus tard, il tombe. Avec cette subvention, nous pouvons, espérons-le, produire un organisme avec le meilleur des deux :des taux élevés qui sont maintenus pendant de longues périodes. »

Dans un futur système commercial, on voudra pouvoir faire pousser les cellules normalement dans un premier temps, puis passez-les à un mode dans lequel la plupart des électrons sont détournés pour produire de l'hydrogène, passant essentiellement d'un système de réplication bon marché à une "biousine" dans laquelle la lumière du soleil entraîne la production d'hydrogène à l'aide d'eau. Les systèmes proposés fournissent un moyen évident de le faire en activant les gènes codant pour les protéines PSI-hydrogénase liées. Par conséquent, les électrons seront détournés de la fixation du dioxyde de carbone vers la production d'hydrogène.

Partenariat avec Israël

La subvention NSF fait partie de la Fondation binationale pour la science américano-israélienne (BSF). Dans cette disposition, un scientifique américain et un scientifique israélien unissent leurs forces pour former un projet commun. Le partenaire américain soumet une subvention sur le projet commun à la NSF, et le partenaire israélien soumet la même subvention à l'ISF (Israel Science Foundation). Les deux agences doivent accepter de financer le projet afin d'obtenir le financement du FBS. Prof. Iftach Yacoby de l'Université de Tel Aviv. Partenaire de Redding sur le projet BSF, est un jeune scientifique qui a commencé à TAU il y a environ 5 ans et s'est concentré sur différentes manières d'augmenter la production de biohydrogène algale.

"Iftach adopte des approches très différentes de ce problème, ce que je ne vois personne d'autre faire. Certains de ses travaux sont un peu controversés, mais je pense que ses conclusions fondamentales sont solides. On se parle de temps en temps depuis quelques années, mais récemment, nous nous sommes rendu compte que nos approches et nos compétences sont très complémentaires. C'est un partenariat naturel. Nous travaillons déjà sur nos deux premiers manuscrits communs !"

Exploiter les talents des écoles locales

Redding est également en partenariat avec le Global Institute of Sustainability de l'ASU pour développer un module au sein de leur Wells Fargo Regional Sustainability Teachers Academy. Ils travaillent avec Molly Cashion et Robert McGehee, les coordonnateurs du programme de l'Académie.

L'équipe développera un module sur le criblage des algues avec une méthode de superposition de gélose. Ils formeront les enseignants des collèges et lycées locaux à la manière de le faire à l'Académie. Ils n'auront besoin que d'un four à micro-ondes et d'un bain-marie pour effectuer le dosage, et leurs élèves construiront leurs enlumineurs à partir d'une boîte en carton à l'aide de bandes LED et de piles AA. Les étudiants bénévoles du premier cycle apporteront d'autres documents dans les salles de classe et aideront les enseignants au besoin. Les algues sont cultivées sur des plaques, recouvert de gélose mélangée à Rhodobacter, et laissé se développer pendant la nuit.

Les étudiants peuvent les imager le lendemain avec leurs propres caméras de téléphone à l'aide d'un petit filtre d'interférence vert fourni par la bourse. Ils peuvent alors tirer leurs propres conclusions sur les meilleures souches productrices d'hydrogène. Ce plan s'appuie sur des concepts issus des concepts d'enseignement des sciences de la prochaine génération, dans lequel l'apprentissage est motivé par la propre curiosité des élèves. On ne leur donnera d'abord qu'une explication superficielle mais, au fur et à mesure de l'expérimentation, les scientifiques répondront à leurs questions sur le fonctionnement des choses. Les étudiants seront encouragés à expérimenter différentes conditions afin de découvrir les meilleures souches d'algues et comment les inciter à produire plus d'hydrogène. De cette façon, ils deviennent des partenaires de découverte.