Les microbes pourraient devenir des alliés clés dans les efforts mondiaux visant à réduire les émissions de carbone et à éviter un changement climatique dangereux. Un groupe de microbes appelés chimiolithoautotrophes consomme du CO 2 par leur métabolisme naturel, crachant de petites molécules organiques comme sous-produit. Ces microbes pourraient être enrôlés pour convertir le CO industriel 2 émissions en produits chimiques de valeur, grâce à un nouveau concept développé par Pascal Saikaly et son équipe chez KAUST.

Les chimolithoautotrophes se trouvent couramment dans les eaux profondes, dans les grottes et les cheminées hydrothermales, où les sources d'énergie conventionnelles, comme la lumière du soleil et le carbone organique, font défaut. « Les microbes tirent leur énergie de l'oxydation de composés inorganiques, comme l'hydrogène, fer et soufre, " explique Bin Bian, un doctorat étudiant de l'équipe de Saikaly. Les microbes dépouillent les composés inorganiques d'électrons en absorbant le CO 2 et le réduire en produits biologiques dans le cadre du processus.

Exploiter les capacités chimiolithoautotrophes pour recycler le CO 2 émissions en produits chimiques utiles, les chercheurs fournissent des électrons aux microbes dans un processus appelé électrosynthèse microbienne (MES). Typiquement, Les réacteurs MES ont développé des chimolithoautotrophes sur une cathode plate immergée et du CO barboté 2 gaz dans la solution, mais cette configuration a deux limitations principales, explique Manal Alqahtani, également doctorant dans l'équipe. Les cathodes planes sont difficiles à mettre à l'échelle et le CO 2 le gaz a une faible solubilité.

L'équipe a développé un réacteur MES alternatif utilisant des cathodes en matériaux empilables, des fibres de nickel poreuses cylindriques que le groupe de Saikaly avait précédemment utilisées pour récupérer l'eau et l'énergie des eaux usées. CO 2 est pompé à travers chaque cylindre, et les électrons y circulent. "En utilisant cette architecture, nous livrons directement du CO 2 gaz aux chimiolithoautotrophes à travers les pores des fibres creuses, " dit Alqahtani. " Nous avons fourni des électrons et du CO 2 simultanément aux chimiolithoautotrophes sur la surface de la cathode.

Dans l'étude initiale d'Alqahtani, les microbes producteurs de méthane ont pu convertir le CO 2 au méthane avec une efficacité de 77 %, par rapport à 3 pour cent d'efficacité avec une conception conventionnelle.

Une étude de suivi a encore amélioré les performances en revêtant les électrodes de nanotubes de carbone. Ceux-ci offraient une surface plus biocompatible pour la croissance microbienne, et amélioré le CO des fibres creuses 2 capacité d'adsorption 11 fois. "En outre, les nanotubes ont amélioré le transfert d'électrons de l'électrode aux chimiolithoautotrophes, " dit Bin. Dans des tests utilisant des microbes producteurs d'acétate, la production du produit chimique a presque doublé lorsque le revêtement de nanotubes a été appliqué.

Les travaux en cours d'Alqahtani comprennent l'étude d'approches plus simples pour développer des cathodes cylindriques poreuses, tandis que Bian optimise le CO 2 débits et investir dans les énergies renouvelables MES, comme le solaire. Les deux étudiants reconnaissent la précieuse contribution apportée à leurs études par Krishna Katuri, un chercheur scientifique dans le laboratoire de Saikaly.