Le dioxyde de carbone est l'un des principaux moteurs du changement climatique, ce qui signifie que nous devons réduire les émissions de CO 2 émissions à l'avenir. Les chercheurs de Fraunhofer mettent en évidence un moyen possible de réduire ces émissions :ils utilisent le gaz à effet de serre comme matière première, par exemple pour produire des plastiques. Pour faire ça, ils produisent d'abord du méthanol et de l'acide formique à partir de CO 2 , qu'ils convertissent via des micro-organismes en blocs de construction pour les polymères et similaires.

Comme les matières premières d'origine fossile sont brûlées, CO 2 est libéré dans l'air. Jusque là, le CO 2 la concentration dans l'atmosphère terrestre a déjà atteint environ 400 parties par million (ppm) équivalant à 0,04 pour cent. En comparaison :Jusqu'au milieu du 19ème siècle, cette valeur était encore dans la gamme de 280 ppm. L'augmentation du niveau de dioxyde de carbone a un impact significatif sur le climat. Depuis le 1er janvier 2021, CO 2 les émissions provenant de la combustion de combustibles fossiles ont donc été soumises à une tarification du carbone, ce qui signifie que les entreprises manufacturières doivent payer pour leur CO 2 émissions. Par conséquent, un grand nombre d'entreprises sont à la recherche de nouvelles solutions. Comment les coûts associés au CO 2 la tarification des émissions sera-t-elle réduite ? Comment le CO 2 les émissions soient-elles réduites grâce à des processus biointelligents ?

Chimie catalytique et biotechnologie :une combinaison gagnante

Les chercheurs développent actuellement des approches à cet égard dans les projets EVOBIO et ShaPID de l'Institut Fraunhofer d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie IGB. Ils travaillent sur les deux projets en collaboration avec plusieurs instituts Fraunhofer. "Nous utilisons le CO 2 comme matière première, " dit le Dr Jonathan Fabarius, Scientifique senior Biocatalyseurs chez Fraunhofer IGB. « Nous poursuivons deux approches :catalyse chimique hétérogène, par lequel on convertit le CO 2 avec un catalyseur au méthanol. Seconde, électrochimie, par lequel nous produisons de l'acide formique à partir de CO 2 ." Cependant, la caractéristique unique ne réside pas dans ce CO 2 -à base de production de méthanol et d'acide formique seuls, mais dans sa combinaison avec la biotechnologie, plus spécifiquement avec des fermentations par des microorganismes. Pour le dire plus simplement :les chercheurs prennent d'abord le déchet CO 2 , ce qui est nocif pour le climat, pour produire du méthanol et de l'acide formique. À son tour, ils utilisent ces composés pour "nourrir" des micro-organismes qui en tirent d'autres produits. Un exemple de ce type de produit est les acides organiques, qui sont utilisés comme blocs de construction pour les polymères - un moyen de produire du CO 2 -à base de plastiques. Cette méthode peut également être utilisée pour produire des acides aminés, par exemple comme compléments alimentaires ou aliments pour animaux.

La nouvelle approche offre une foule d'avantages. "Nous pouvons créer des produits entièrement nouveaux, et aussi améliorer le CO 2 empreinte des produits traditionnels, " précise Fabarius. Alors que les procédés chimiques classiques nécessitent beaucoup d'énergie et parfois des solvants toxiques, les produits peuvent être fabriqués avec des micro-organismes dans des conditions plus douces et plus économes en énergie - après tout, les microbes se développent dans des solutions aqueuses plus respectueuses de l'environnement.

L'ingénierie métabolique permet

L'équipe de recherche utilise à la fois des bactéries méthylotrophes natives, c'est-à-dire ceux qui métabolisent naturellement le méthanol, et les levures qui ne peuvent pas réellement métaboliser le méthanol. Les chercheurs surveillent également en permanence si de nouveaux organismes intéressants sont découverts et vérifient leur adéquation en tant qu'« usines cellulaires ». Mais comment ces micro-organismes fabriquent-ils réellement les produits ? Et comment pouvons-nous influencer ce qu'ils produisent ? "En principe, nous utilisons le métabolisme du micro-organisme pour contrôler la fabrication du produit, " explique Fabarius. " Pour ce faire, nous introduisons des gènes dans les microbes qui fournissent le modèle de certaines enzymes. Ceci est également connu sous le nom d'ingénierie métabolique. » Les enzymes qui sont ensuite produites dans le micro-organisme catalysent à leur tour la production d'un produit spécifique. En revanche, les chercheurs désactivent spécifiquement les gènes qui pourraient influencer négativement cette production. « En faisant varier les gènes qui sont introduits, nous pouvons produire une large gamme de produits, " dit Fabaire.

L'équipe de recherche travaille sur l'ensemble de la chaîne de production :à commencer par les micro-organismes, suivi des modifications génétiques et de l'augmentation de la production. Alors que certains procédés de fabrication sont encore au stade du laboratoire, d'autres produits sont déjà fabriqués dans des bioréacteurs d'une capacité de dix litres. Quant à l'application industrielle de tels procédés, Fabarius envisage leur mise en œuvre à moyen et long terme. Dix ans est un horizon temporel réaliste, il dit. Cependant, la pression sur l'industrie pour établir de nouveaux procédés augmente.