Une biotechnologie révolutionnaire pour produire des biocarburants durables à partir de bactéries modifiées
Les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne peuvent contribuer à réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère. Ces sources produisent parfois de grandes quantités d’électricité, mais pas nécessairement lors des périodes de forte consommation. Les centrales électriques traditionnelles ne peuvent pas encore être totalement abandonnées en raison de l’absence de solutions viables pour le stockage de l’électricité excédentaire. Par ailleurs, les grandes quantités de CO2 produites par l’industrie, par exemple dans le secteur de la production d’acier, ne sont pas recyclées. Réunissant des chercheurs et des sociétés de toute l’Europe, le projet eForFuel, financé par l’UE, a abordé tous ces problèmes à la fois.
De minuscules micro-organismes à la rescousse
Le concept révolutionnaire du projet eForFuel repose sur l’utilisation de l’électricité excédentaire provenant de sources renouvelables, des émissions de déchets de l’industrie et de bactéries cultivées en laboratoire, pour produire des biocarburants de qualité et prêts à l’emploi. «Notre chaîne de production durable convertit les émissions de CO2 et l’électricité renouvelable en acide formique très simple à manipuler, qui est ensuite introduit dans des microbes modifiés pour produire des carburants hydrocarbonés renouvelables et d’autres biomatériaux», explique Laura Martinelli, directrice générale et fondatrice de IN SRL Impresa Sociale et coordinatrice du projet. La première étape a consisté à utiliser de l’électricité renouvelable pour réduire directement le CO2 sous la forme d’un produit liquide. Le CO2 et l’eau ont été introduits dans un électrolyseur, créant un acide caractéristique des fourmis, l’acide formique. Celui-ci a ensuite été transféré dans un fermenteur, un récipient destiné à la culture de bactéries. Celui-ci a accueilli une souche spéciale d’Escherichia coli (E. coli) capable de digérer l’acide formique et de produire des hydrocarbures gazeux qui peuvent être convertis en carburants utilisables dans les transports.
Une nouvelle voie d’utilisation du CO2 pour les biocarburants avancés
«Le CO2 est disponible en quantité illimitée, il peut être capturé dans l’air ou à partir de sources ponctuelles et transformé en une multitude de produits, y compris en biocarburants avancés. La technologie en est encore à ses débuts et pose plusieurs défis, tels que la réduction rentable du CO2 en un vecteur viable et sa transformation successive en carburants avancés par l’intermédiaire d’un micro-organisme modifié», fait remarquer Laura Martinelli. La voie métabolique qui a converti avec succès le CO2 et l’acide formique en carburant a été construite à l’aide de la réaction inverse de clivage de la glycine. La glycine et la sérine, précurseurs universels de composés à un atome de carbone unique, ont été produites à partir de formiate et de CO2 par une voie réductrice. «Nous avons été les premiers à mettre au point la voie réductrice entièrement synthétique de la glycine, permettant à E. coli de se développer avec de l’acide formique et du CO2 pour seules sources de carbone. Cela s’est avéré être la voie d’assimilation aérobie du formiate la plus efficace sur le plan énergétique, adaptée à l’échelle industrielle», souligne Laura Martinelli. L’évolution adaptative en laboratoire (ALE) a permis d’optimiser davantage la souche pour une croissance rapide et de meilleurs rendements de biomasse. En outre, les expériences d’ALE ont permis d’adapter la souche à la croissance à des concentrations de CO2 plus faibles, similaires à celles que l’on trouve dans les effluents gazeux industriels. «Le développement de solutions technologiques efficaces, telles que des souches microbiennes capables de croître et de produire en utilisant des sources à un unique atome de carbone, est essentiel pour instaurer une bioéconomie durable et modulable. Plusieurs groupes de recherche ont déjà reproduit l’ingénierie de la voie réductrice de la glycine dans d’autres organismes, et de nombreux projets ont été lancés pour développer les travaux initiés par eForFuel», souligne Laura Martinelli. «Des études de preuve de concept ont permis à la souche E. coli modifiée de se développer sur le méthanol, un autre composé à un seul atome de carbone réduit, dont l’empreinte CO2 est moindre. Cela pourrait en faire une source de carbone plus adaptée à la bioéconomie», conclut-elle. En mémoire d’Arren Bar Even, décédé prématurément, inventeur de la technologie innovante d’eForFuel. Nous remercions tout particulièrement Steffen Lindner de la Charité – Universitätsmedizin Berlin, qui poursuit également ses travaux pionniers.
Mots‑clés
eForFuel, CO2, acide formique, E. coli, biocarburant, électricité renouvelable, voie réductrice de la glycine, source à unique atome de carbone
