Les États-Unis génèrent sept millions de tonnes de boues d'épuration par an, assez pour remplir 2, 500 piscines olympiques. Bien qu'une partie de ces déchets soit réutilisée pour le fumier et d'autres applications terrestres, une quantité substantielle est encore éliminée dans les décharges. Dans une nouvelle étude, Des chercheurs de la Texas A&M University ont découvert un moyen efficace d'utiliser les boues restantes pour fabriquer des plastiques biodégradables.

Dans le numéro de septembre de la revue Société américaine de chimie (ACS) Omega , les chercheurs rapportent que la bactérie Zobellella dénitrificans ZD1, trouvé dans les mangroves, peut consommer des boues et des eaux usées pour produire du polyhydroxybutyrate, un type de biopolymère qui peut être utilisé à la place des plastiques à base de pétrole. En plus de réduire le fardeau des décharges et de l'environnement, les chercheurs ont dit Zobellella dénitrificans ZD1 offre un moyen de réduire les coûts en amont de la fabrication de bioplastiques, une étape vers des prix plus compétitifs par rapport aux plastiques ordinaires.

« Le prix des matières premières pour cultiver des bactéries productrices de biopolymères représente 25 à 45 % du coût de production total de la fabrication de bioplastiques. Certes, ce coût peut être considérablement réduit si nous pouvons puiser dans une ressource alternative moins chère et facilement accessible, " dit Kung-Hui (Bella) Chu, professeur au Département de génie civil et environnemental de Zachry. « Nous avons démontré un moyen potentiel d'utiliser les boues activées par les eaux usées municipales et les eaux usées industrielles de l'agriculture et de l'aquaculture pour fabriquer des plastiques biodégradables. De plus, la souche bactérienne ne nécessite pas de processus de stérilisation élaborés pour éviter la contamination par d'autres microbes, réduire davantage les coûts d'exploitation et de production des bioplastiques.

polyhydroxybutyrate, une classe émergente de bioplastiques, est produite par plusieurs espèces bactériennes lorsqu'elles subissent un déséquilibre des nutriments dans leur environnement. Ce polymère agit comme les réserves énergétiques supplémentaires des bactéries, semblable aux dépôts de graisse chez les animaux. En particulier, une abondance de sources de carbone et un épuisement soit de l'azote, phosphore ou oxygène, provoquent une consommation irrégulière de leurs sources de carbone par les bactéries et produisent du polyhydroxybutyrate en réponse au stress.

Un tel milieu qui peut forcer les bactéries à fabriquer du polyhydroxybutyrate est le glycérol brut, un sous-produit de la fabrication de biodiesel. Le glycérol brut est riche en carbone et ne contient pas d'azote, ce qui en fait une matière première appropriée pour la fabrication de bioplastiques. Cependant, le glycérol brut contient des impuretés telles que des acides gras, sels et méthanol, qui peut empêcher la croissance bactérienne. Comme le glycérol brut, les boues provenant des eaux usées contiennent également bon nombre des mêmes acides gras et sels. Chu a déclaré que les effets de ces acides gras sur la croissance bactérienne et, par conséquent, la production de polyhydroxybutyrate n'avait pas encore été examinée.

"Il existe une multitude d'espèces bactériennes qui fabriquent du polyhydroxybutyrate, mais seuls quelques-uns qui peuvent survivre dans des environnements riches en sel et encore moins parmi ces souches peuvent produire du polyhydroxybutyrate à partir de glycérol pur, " a déclaré Chu. "Nous avons examiné la possibilité de savoir si ces souches tolérantes au sel peuvent également se développer sur du glycérol brut et des eaux usées."

Pour leur étude, Chu et son équipe ont choisi le Zobellella dénitrificans ZD1, dont l'habitat naturel est les eaux salées des mangroves. Ils ont ensuite testé la croissance et la capacité de cette bactérie à produire du polyhydroxybutyrate dans du glycérol pur. Les chercheurs ont également répété les mêmes expériences avec d'autres souches bactériennes connues pour produire du polyhydroxybutyrate. Ils ont trouvé que Zobellella dénitrificans DZ1 était capable de prospérer dans du glycérol pur et produisait la quantité maximale de polyhydroxybutyrate proportionnellement à son poids sans eau.

Prochain, l'équipe a testé la croissance et la capacité de Zobellella dénitrificans ZD1 pour produire du polyhydroxybutyrate dans du glycérol contenant du sel et des acides gras. Ils ont découvert que même dans ces conditions, il produisait efficacement du polyhydroxybutyrate, même dans des conditions nutritionnelles équilibrées. Lorsqu'ils ont répété les expériences sur des échantillons d'eaux usées synthétiques à haute résistance et de boues activées par les eaux usées, ils ont découvert que la bactérie était encore capable de fabriquer du polyhydroxybutyrate, bien qu'à des quantités inférieures à celles du glycérol brut.

Chu a noté qu'en tirant parti Zobellella dénitrificans Tolérance ZD1 pour les environnements salés, les processus de stérilisation coûteux qui sont normalement nécessaires lorsque l'on travaille avec d'autres souches de bactéries pourraient être évités.

" Zobellella dénitrificans La préférence naturelle de ZD1 pour la salinité est fantastique parce que nous pouvons, si besoin, modifier la composition chimique des déchets en ajoutant simplement des sels communs. Cet environnement serait toxique pour d'autres souches de bactéries, " dit-elle. " Alors, nous offrons un faible coût, une méthode durable pour fabriquer des bioplastiques et une autre façon de réutiliser les biodéchets dont l'élimination est coûteuse."