De nombreuses enzymes promettent de décomposer le plastique. Mais ce qui fonctionne en laboratoire échoue souvent à grande échelle. Aujourd'hui, une nouvelle étude réalisée par Gert Weber, HZB, Uwe Bornscheuer, Université de Greifswald et Alain Marty, directeur scientifique de Carbios, montre comment relever la barre des expériences en laboratoire pourrait aider à identifier plus rapidement des approches prometteuses. L'équipe a démontré les nouvelles normes sur quatre enzymes nouvellement découvertes.
De temps à autre, les médias font état d'avancées majeures dans le recyclage du polyéthylène téréphtalate (PET), grâce à la découverte d'enzymes qui décomposent le plastique en ses éléments constitutifs. Cependant, la première réussite d'un laboratoire universitaire est généralement suivie par le silence.
Le PET représente 18 % de la production mondiale de plastique, ce qui en fait l'un des plastiques les plus importants en termes de volume. La société de biotechnologie Carbios prévoit par exemple de construire d'ici 2025 dans le nord-est de la France une usine capable de recycler 50 000 tonnes de PET par an. Ils souhaitent trouver les meilleures enzymes possibles pour leur installation industrielle et ont réalisé que de nombreux résultats de la recherche en laboratoire ne peuvent pas être transférés à plus grande échelle.
"Certaines enzymes fonctionnent très bien dans des expériences en laboratoire pendant quelques heures, mais elles perdent très rapidement leur activité et le substrat n'est pas complètement dégradé", explique Gert Weber, expert du HZB. Ce n'est pas un problème dans le tube à essai en laboratoire, mais c'est le cas lorsqu'il est utilisé dans un grand bioréacteur.
En collaboration avec la société de biotechnologie Carbios, Uwe Bornscheuer et Gert Weber ont montré comment les nouvelles enzymes destinées à la dégradation du PET peuvent être mieux comparées les unes aux autres. La recherche est publiée dans la revue ACS Catalysis .
"Afin de permettre une mise à l'échelle ultérieure, de nombreux paramètres doivent se situer dans une plage étroite, même dans les expériences en laboratoire, le matériau de départ doit être défini avec précision et les protocoles de test doivent être plus standardisés afin de mieux évaluer les performances des enzymes et leur application sur à l'échelle industrielle", explique Bornscheuer.
Les chercheurs ont donc développé un protocole d’hydrolyse PET standardisé qui définit les conditions de réaction pertinentes pour l’hydrolyse à plus grande échelle. En particulier, deux matériaux PET ont été utilisés, d'une part un film PET défini et d'autre part des granulés de PET issus de bouteilles usagées, tels qu'utilisés par Carbios à l'échelle technique. Ils ont utilisé ces matériaux pour tester quatre enzymes de décomposition du PET récemment découvertes :LCC-ICCG, FAST-PETase, HotPETase et PES-H1L92F/Q94Y.
En expérimentant selon ce protocole, ils ont constaté que deux de ces enzymes, FAST-PETase et HotPETase, étaient moins adaptées à une utilisation à grande échelle, principalement en raison de leurs taux de dépolymérisation relativement faibles. Le PES-H1L92F/Q94Y a obtenu de meilleurs résultats. Le quatrième candidat, LCC-ICCG, a surpassé de loin les autres enzymes :LCC-ICCG convertit 98 % du PET en produits monomères acide téréphtalique (TPA) et éthylène glycol (EG) en 24 heures.
"De plus, nous avons pu réduire d'un facteur trois la quantité d'enzyme requise pour le LCC-ICCG et la température de réaction de 72 à 68°C, ce qui rend l'utilisation de cette enzyme plus économique", explique Bornscheuer.
"Nous devrions déjà réfléchir aux applications industrielles dans nos recherches en laboratoire", déclare Gert Weber. Après tout, nous sommes confrontés à l’un des plus gros problèmes de notre époque. Les plastiques sont encore et encore produits à partir de matières premières fossiles, les taux de recyclage sont faibles et jusqu'à présent, il s'agit principalement d'un « downcycling » vers une qualité inférieure.
Les déchets plastiques se retrouvent désormais dans toutes les masses d’eau et de sol et donc dans la chaîne alimentaire. Des progrès sont donc urgents. "Avec ces normes, nous pouvons faire quelque chose pour séparer plus rapidement le bon grain de l'ivraie."
Plus d'informations : Grégory Arnal et al, Évaluation de quatre enzymes de dégradation du PET conçues pour des applications industrielles à grande échelle, Catalyse ACS (2023). DOI :10.1021/acscatal.3c02922
Informations sur le journal : Catalyse ACS
Fourni par l'Association Helmholtz des centres de recherche allemands
