Réduire les émissions de carbone afin de prévenir le changement climatique nécessite le développement de nouvelles technologies pour la production de biocarburants durables et renouvelables. L'hydrogène moléculaire est considéré comme l'un des vecteurs énergétiques les plus prometteurs en raison de sa haute densité énergétique et de sa propreté, utilisation sans carbone. Un groupe de recherche de l'Université de Turku, Finlande, a découvert un moyen efficace de transformer l'énergie solaire en énergie chimique de biohydrogène grâce à la photosynthèse d'algues vertes qui fonctionnent comme des usines cellulaires.

Lors de la photosynthèse, les algues vertes utilisent l'énergie solaire récoltée pour diviser l'eau, libèrent de l'oxygène dans l'atmosphère et produisent de la biomasse qui fonctionne comme une excellente matière première dans la bioraffinerie bleue.

Les algues vertes sont également des biocatalyseurs efficaces et peuvent transformer directement l'énergie solaire et le dioxyde de carbone en différents composés précieux, comme les vitamines, antioxydants, polymères, et les glucides.

"Lorsque les cellules d'algues sont d'abord incubées dans des conditions anaérobies dans l'obscurité, puis exposées à la lumière, ils commencent à produire de l'hydrogène efficacement, mais malheureusement seulement pendant quelques secondes, " dit le chef du groupe de recherche, Yagut Allahverdiyeva-Rinne, Professeur agrégé de biologie moléculaire des plantes à l'Université de Turku.

Les chercheurs pensent déjà depuis des décennies que le principal obstacle à la production d'hydrogène à long terme dans les algues à la lumière est la destruction de l'enzyme hydrogénase, un élément clé de ce processus, qui est causé par l'oxygène.

"Comme les algues libèrent constamment de l'oxygène au cours de leur photosynthèse qui se produit simultanément à la production d'hydrogène, le maintien des conditions anaérobies dans les cultures éclairées a été particulièrement gênant, " dit le chercheur principal Sergey Kosourov, membre du groupe de recherche.

Nouvelle méthode écologiquement durable pour produire du biohydrogène

Les chercheurs de l'Université de Turku ont décidé d'appliquer les connaissances tirées de la recherche fondamentale sur la photosynthèse des algues et ont établi une nouvelle méthode de production d'hydrogène qui n'expose pas les algues vertes à une famine nutritionnelle supplémentaire et, Donc, sans appliquer de stress significatif aux cellules.

Les chercheurs ont montré que la production d'hydrogène pouvait être considérablement étendue en exposant simplement les cultures d'algues anaérobies à un train d'impulsions lumineuses fortes mais courtes, qui sont interrompus par des périodes sombres plus longues.

"Dans ces conditions, les cultures d'algues exposées au soleil n'accumulent pas d'oxygène dans le milieu. En outre, les algues dirigent les électrons résultant de la décomposition de l'eau et chargés par la lumière du soleil en production d'hydrogène au lieu d'accumulation de biomasse. Le processus dure, au moins, plusieurs jours et le taux maximal de production d'hydrogène se produit pendant les huit premières heures, " dit Kosourov.

La recherche a clairement indiqué qu'un obstacle majeur à une production efficace d'hydrogène n'est pas l'oxygène mais une forte compétition entre deux voies métaboliques :la fixation du dioxyde de carbone conduisant à l'accumulation de biomasse et l'enzyme hydrogénase catalysant la photoproduction d'hydrogène.

"L'étude ouvre de nouvelles possibilités pour la construction d'usines de cellules vivantes efficaces pour la production de biocarburants et de différents produits chimiques directement à partir de la lumière du soleil, dioxyde de carbone et eau. La recherche fournit des informations importantes sur la façon d'éviter de « gaspiller » l'énergie solaire dans la production de biomasse et sur la façon d'appliquer cette énergie directement à la production de bioproduits utiles, ", dit Allahverdiyeva-Rinne.

La nouvelle méthode développée par les chercheurs est précieuse à la fois pour la recherche fondamentale sur la photosynthèse des algues et pour les travaux de recherche et développement du secteur industriel lors de la production de nouvelles technologies pour la production à grande échelle de biocarburants neutres en carbone.