Comme un mirage à l'horizon, un processus innovant de conversion d'un puissant gaz à effet de serre en une solution de sécurité alimentaire a été bloqué par l'incertitude économique. Aujourd'hui, une analyse unique en son genre de l'Université de Stanford évalue le potentiel commercial de l'approche, dans laquelle des bactéries nourries de méthane capturé se transforment en farine de poisson riche en protéines. L'étude, publiée le 22 novembre dans Nature Sustainability , constate que les coûts de production du méthane capturé à partir de certaines sources aux États-Unis sont inférieurs au prix du marché de la farine de poisson conventionnelle. Il met également en évidence les réductions de coûts réalisables qui pourraient rendre l'approche rentable en utilisant d'autres sources de méthane et capable de répondre à toute la demande mondiale de farine de poisson.

"Les sources industrielles aux États-Unis émettent une quantité vraiment stupéfiante de méthane, qui n'est pas économique à capturer et à utiliser avec les applications actuelles", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Sahar El Abbadi, qui a mené la recherche en tant qu'étudiant diplômé en génie civil et environnemental. /P>

"Notre objectif est de renverser ce paradigme, en utilisant la biotechnologie pour créer un produit de grande valeur", a ajouté El Abbadi, qui est maintenant chargé de cours dans le programme d'éducation civique, libérale et mondiale à Stanford.

Deux problèmes, une solution

Bien que le dioxyde de carbone soit plus abondant dans l'atmosphère, le potentiel de réchauffement global du méthane est environ 85 fois plus important sur une période de 20 ans et au moins 25 fois plus grand un siècle après sa libération. Le méthane menace également la qualité de l'air en augmentant la concentration d'ozone troposphérique, dont l'exposition cause environ 1 million de décès prématurés chaque année dans le monde en raison de maladies respiratoires. La concentration relative du méthane a augmenté plus de deux fois plus vite que celle du dioxyde de carbone depuis le début de la révolution industrielle, en grande partie à cause des émissions d'origine humaine.

Une solution potentielle réside dans les bactéries consommatrices de méthane appelées méthanotrophes. Ces bactéries peuvent être cultivées dans un bioréacteur réfrigéré rempli d'eau alimenté en méthane sous pression, en oxygène et en nutriments tels que l'azote, le phosphore et les métaux traces. La biomasse riche en protéines qui en résulte peut être utilisée comme farine de poisson dans les aliments pour l'aquaculture, compensant ainsi la demande de farine de poisson à base de petits poissons ou d'aliments à base de plantes qui nécessitent de la terre, de l'eau et des engrais.

"Alors que certaines entreprises le font déjà avec du gaz naturel par pipeline comme matière première, une matière première préférable serait le méthane émis dans les grandes décharges, les usines de traitement des eaux usées et les installations pétrolières et gazières", a déclaré le co-auteur de l'étude Craig Criddle, professeur de sciences civiles et environnementales. ingénierie à l'école d'ingénierie de Stanford. "Cela entraînerait de multiples avantages, notamment des niveaux plus faibles d'un puissant gaz à effet de serre dans l'atmosphère, des écosystèmes plus stables et des résultats financiers positifs."

La consommation de fruits de mer, une importante source mondiale de protéines et de micronutriments, a plus que quadruplé depuis 1960. En conséquence, les stocks de poissons sauvages sont gravement épuisés et les piscicultures fournissent désormais environ la moitié de tous les fruits de mer d'origine animale que nous consommons. Le défi ne fera que croître car la demande mondiale d'animaux aquatiques, de plantes et d'algues doublera probablement d'ici 2050, selon une étude complète du secteur menée par des chercheurs de Stanford et d'autres institutions.

Alors que les méthanotrophes alimentés au méthane peuvent fournir de la nourriture aux poissons d'élevage, l'économie de l'approche n'est pas claire, même si les prix de la farine de poisson conventionnelle ont presque triplé en termes réels depuis 2000. Pour clarifier le potentiel de l'approche à répondre à la demande de manière rentable, les chercheurs de Stanford ont modélisé scénarios dans lesquels le méthane provient d'usines de traitement des eaux usées, de décharges et d'installations pétrolières et gazières relativement importantes, ainsi que du gaz naturel acheté auprès du réseau commercial de gaz naturel. Leur analyse a porté sur une série de variables, notamment le coût de l'électricité et la disponibilité de la main-d'œuvre.

Vers un profit

Dans les scénarios impliquant le méthane capturé dans les décharges et les installations pétrolières et gazières, l'analyse a révélé que les coûts de production de la farine de poisson méthanotrophe - 1 546 $ et 1 531 $ la tonne, respectivement - étaient inférieurs au prix moyen du marché sur 10 ans de 1 600 $. Pour le scénario dans lequel le méthane était capté des usines de traitement des eaux usées, les coûts de production étaient légèrement supérieurs – 1 645 $ la tonne – au prix moyen du marché de la farine de poisson. Le scénario dans lequel le méthane était acheté sur le réseau commercial entraînait les coûts de production de farine de poisson les plus élevés :1 783 USD par tonne, en raison du coût d'achat du gaz naturel.

Pour chaque scénario, l'électricité était la dépense la plus importante, représentant plus de 45 % du coût total en moyenne. Dans des États comme le Mississippi et le Texas où les prix de l'électricité sont bas, les coûts de production ont baissé de plus de 20 %, ce qui a permis de produire de la farine de poisson à partir de méthane pour 1 214 $ la tonne, soit 386 $ de moins par tonne que la production conventionnelle de farine de poisson. Les coûts de l'électricité pourraient être encore réduits, selon les chercheurs, en concevant des réacteurs qui transfèrent mieux la chaleur pour nécessiter moins de refroidissement, et en passant des applications électriques à celles alimentées par ce que l'on appelle du gaz échoué qui serait autrement gaspillé ou inutilisé, ce qui peut également réduire dépendance à l'électricité du réseau pour les endroits éloignés. Dans les scénarios impliquant du méthane provenant d'usines de traitement des eaux usées, les eaux usées elles-mêmes pourraient être utilisées pour fournir de l'azote et du phosphore, ainsi que pour le refroidissement.

Si de telles efficacités pouvaient réduire de 20% le coût de production d'une farine de poisson à base de méthanotrophes, le processus pourrait répondre de manière rentable à la demande mondiale totale de farine de poisson avec du méthane capturé aux États-Unis seulement, selon l'étude. De même, le procédé pourrait remplacer le soja et les aliments pour animaux si de nouvelles réductions de coûts étaient réalisées.

"Malgré des décennies d'essais, l'industrie de l'énergie a du mal à trouver une bonne utilisation du gaz naturel échoué", a déclaré le co-auteur de l'étude, Evan David Sherwin, chercheur postdoctoral en ingénierie des ressources énergétiques à Stanford. "Une fois que nous avons commencé à examiner ensemble les systèmes énergétique et alimentaire, il est devenu clair que nous pouvions résoudre au moins deux problèmes de longue date à la fois."