Vous avez jeté quelque chose de précieux dans les toilettes aujourd'hui.

Les composés organiques dans les eaux usées domestiques et les eaux usées industrielles sont une riche source potentielle d'énergie, des bioplastiques et même des protéines pour l'alimentation animale, mais sans méthode d'extraction efficace, les usines de traitement les rejettent comme contaminants. Aujourd'hui, les chercheurs ont trouvé une solution écologique et rentable.

Publié dans Frontières de la recherche énergétique , leur étude est la première à montrer que les bactéries phototrophes violettes - qui peuvent stocker l'énergie de la lumière - lorsqu'elles sont alimentées en courant électrique peuvent récupérer près de 100 % du carbone de tout type de déchets organiques, tout en produisant de l'hydrogène gazeux pour la production d'électricité.

"L'un des problèmes les plus importants des stations d'épuration actuelles est les émissions élevées de carbone, " dit le co-auteur Dr Daniel Puyol de l'Université King Juan Carlos, Espagne. "Notre processus de bioraffinerie à base de lumière pourrait fournir un moyen de récolter de l'énergie verte à partir des eaux usées, avec zéro empreinte carbone."

Bactéries photosynthétiques violettes

En ce qui concerne la photosynthèse, le vert est à l'honneur. Mais comme la chlorophylle se retire du feuillage d'automne, il laisse derrière lui son jaune, cousins ​​oranges et rouges. En réalité, les pigments photosynthétiques sont de toutes sortes de couleurs et de toutes sortes d'organismes.

Repérez les bactéries phototrophes violettes. Ils captent l'énergie de la lumière du soleil en utilisant une variété de pigments, qui les tournent en nuances d'orange, rouge ou marron, ainsi que violet. Mais c'est la polyvalence de leur métabolisme, pas leur couleur, ce qui les rend si intéressants pour les scientifiques.

« Les bactéries phototrophes violettes constituent un outil idéal pour la récupération des ressources à partir des déchets organiques, grâce à leur métabolisme très diversifié, " explique Puyol.

Les bactéries peuvent utiliser des molécules organiques et de l'azote gazeux - au lieu de CO2 et H2O - pour fournir du carbone, électrons et azote pour la photosynthèse. Cela signifie qu'elles se développent plus rapidement que les bactéries phototrophes et les algues alternatives, et peut générer de l'hydrogène gazeux, protéines ou un type de polyester biodégradable comme sous-produits du métabolisme.

Réglage de la production métabolique avec l'électricité

Le produit métabolique qui prédomine dépend des conditions environnementales de la bactérie, comme l'intensité lumineuse, Température, et les types de matières organiques et de nutriments disponibles.

"Notre groupe manipule ces conditions pour adapter le métabolisme des bactéries violettes à différentes applications, selon la source de déchets organiques et les exigences du marché, " déclare le co-auteur, le professeur Abraham Esteve-Núñez de l'Université d'Alcalá, Espagne.

"Mais ce qui est unique dans notre approche, c'est l'utilisation d'un courant électrique externe pour optimiser la production de bactéries violettes."

Ce concept, connu sous le nom de "système bioélectrochimique", fonctionne parce que les diverses voies métaboliques des bactéries violettes sont reliées par une devise commune :les électrons. Par exemple, un apport d'électrons est nécessaire pour capter l'énergie lumineuse, tandis que la transformation de l'azote en ammoniac libère des électrons en excès, qui doit être dissipé. En optimisant le flux d'électrons au sein des bactéries, un courant électrique fourni via des électrodes positives et négatives, comme dans une batterie - peut délimiter ces processus et maximiser le taux de synthèse.

Biocarburant maximal, empreinte carbone minimale

Dans leur dernière étude, le groupe a analysé les conditions optimales pour maximiser la production d'hydrogène par un mélange d'espèces de bactéries phototrophes violettes. Ils ont également testé l'effet d'un courant négatif, c'est-à-dire électrons fournis par des électrodes métalliques dans le milieu de croissance - sur le comportement métabolique des bactéries.

Leur première découverte clé était que le mélange de nutriments qui alimentait le taux de production d'hydrogène le plus élevé minimisait également la production de CO2.

« Cela démontre que les bactéries violettes peuvent être utilisées pour récupérer du biocarburant précieux à partir des matières organiques généralement présentes dans les eaux usées - l'acide malique et le glutamate de sodium - avec une faible empreinte carbone, " rapporte Esteve-Núñez.

Encore plus frappants ont été les résultats utilisant des électrodes, qui a démontré pour la première fois que les bactéries violettes sont capables d'utiliser les électrons d'une électrode négative ou "cathode" pour capturer le CO2 via la photosynthèse.

"Les enregistrements de notre système bioélectrochimique ont montré une interaction claire entre les bactéries violettes et les électrodes :la polarisation négative de l'électrode provoquait une consommation détectable d'électrons, associée à une réduction de la production de dioxyde de carbone.

"Cela indique que les bactéries violettes utilisaient les électrons de la cathode pour capturer plus de carbone à partir de composés organiques via la photosynthèse, donc moins est émis sous forme de CO2.

Vers des systèmes bioélectrochimiques pour la production d'hydrogène

Selon les auteurs, il s'agissait de la première utilisation signalée de cultures mixtes de bactéries violettes dans un système bioélectrochimique et de la première démonstration d'un métabolisme de déplacement phototrophe dû à une interaction avec une cathode.

Capter l'excès de CO2 produit par les bactéries violettes pourrait être utile non seulement pour réduire les émissions de carbone, mais aussi pour raffiner le biogaz à partir de déchets organiques pour l'utiliser comme combustible.

Cependant, Puyol admet que le véritable objectif du groupe est plus loin.

"L'un des objectifs initiaux de l'étude était d'augmenter la production de biohydrogène en donnant des électrons de la cathode au métabolisme des bactéries violettes. Cependant, il semble que les bactéries PPB préfèrent utiliser ces électrons pour fixer le CO2 au lieu de créer du H2.

« Nous avons récemment obtenu un financement pour poursuivre cet objectif avec des recherches plus approfondies, et y travaillera les années suivantes. Restez à l'écoute pour plus de réglages métaboliques."