L’utilisation de bactéries génétiquement modifiées pour produire de l’hydrogène vert est une solution prometteuse pour la transition énergétique.
L’hydrogène vert a vocation à faire avancer significativement la transition énergétique. Il peut être produit de manière efficace et rentable à l’aide de bactéries.
Photo : PantherMedia / Banchaphoto
L’hydrogène vert est censé faire progresser de manière significative la transition énergétique, mais il manque encore des méthodes efficaces et rentables pour le produire. L’Université d’Oxford rapporte ici des progrès importants. Les chercheurs ont développé une nouvelle approche pour produire de l’hydrogène à l’aide de bactéries génétiquement modifiées. Ces soi-disant « nanoréacteurs à hydrogène » utilisent la lumière du soleil pour diviser l’eau en hydrogène et oxygène.
Pourquoi l’hydrogène vert est si important
L’hydrogène vert est considéré comme une solution clé pour la transition énergétique. Il brûle proprement sans rejeter de dioxyde de carbone nocif pour le climat. Mais la production industrielle d’hydrogène dépend jusqu’à présent fortement des combustibles fossiles. Cela produit jusqu’à 13,6 kilogrammes de CO2 par kilogramme d’hydrogène.
Pour réduire ces émissions, les scientifiques s’appuient sur les énergies renouvelables et les technologies innovantes. La nouvelle approche biotechnologique pourrait créer une alternative respectueuse du climat.
L’utilisation de bactéries dans la production d’hydrogène
Le cœur de l’innovation, ce sont les bactéries Shewanella oneidensis. Cette espèce électroactive a été génétiquement modifiée pour accumuler des électrons, des protons et l’enzyme hydrogénase dans ce qu’on appelle l’espace périplasmique. Cet espace, situé entre la membrane interne et externe de la cellule, offre des conditions idéales pour les réactions chimiques.
L’équipe de recherche a également intégré une pompe à électrons activée par la lumière dans la bactérie. Cette pompe propulse les protons dans l’espace périplasmique à l’aide de la lumière du soleil. En combinaison avec des nanoparticules d’oxyde de graphène réduit et de sulfate de fer, le transfert d’électrons a été optimisé. Cela a permis d’augmenter considérablement l’efficacité de la production d’hydrogène.
Comment fonctionne la technologie
Les modifications génétiques de la bactérie suivent cette approche :
- Enrichissement des composants clés : Les électrons, les protons et l’enzyme hydrogénase sont concentrés dans l’espace périplasmique. Cet espace ne mesure que 20 à 30 nanomètres de large et fournit un « nano-environnement » qui rend les réactions chimiques plus efficaces.
- Pompe à électrons activée par la lumière : Une rhodopsine de Gloeobacter a été incorporée pour transporter les protons dans l’espace périplasmique sous l’influence de la lumière. Le pigment canthaxanthine améliore ce processus en capturant une énergie photonique supplémentaire.
- Transfert d’électrons accru : Les nanoparticules constituées d’oxyde de graphène et de sulfate de fer améliorent la conduction des électrons au sein de la cellule. Cela augmente considérablement les performances globales.
Grâce à ces modifications, les scientifiques ont pu obtenir un rendement en hydrogène dix fois supérieur à celui des bactéries non modifiées.
Utilisation en « feuilles artificielles »
Une application prometteuse de cette technologie est celle des « feuilles artificielles ». Ce sont des tissus en fibre de carbone recouverts de bactéries modifiées. Ces feuilles pourraient être placées au soleil et commencer immédiatement à produire de l’hydrogène.
« La structure naturelle du périplasme de Shewanella oneidensis offre des conditions optimales pour concentrer efficacement les protons et les électrons », a expliqué Weiming Tu, doctorant et premier auteur de l’étude. Cette conception réduit considérablement l’énergie nécessaire à la production d’hydrogène. À long terme, ces feuilles pourraient étendre la production d’hydrogène à grande échelle.
Avantages et défis
Selon l’équipe de recherche, l’approche biotechnologique offre de nombreux avantages :
- Respect de l’environnement : Le processus est neutre en CO2 et utilise des ressources renouvelables.
- Économies de coûts : L’utilisation de catalyseurs coûteux en métaux précieux peut être évitée.
- Sécurité: La production d’hydrogène se produit à basses températures et pressions.
Malgré les progrès, des défis demeurent. La mise à l’échelle de la technologie à l’échelle industrielle nécessite des recherches plus approfondies. De plus, la stabilité des bactéries doit être vérifiée en conditions réelles.
Les chercheurs sont néanmoins optimistes et pensent que leurs travaux pourront jeter les bases d’autres innovations dans le secteur de l’énergie. Outre la production d’hydrogène, cette technologie pourrait également être utilisée pour produire d’autres bioproduits tels que des plastiques biodégradables. Le professeur Ian Thompson a souligné : « Notre bionanoréacteur a montré le potentiel des biocatalyseurs pour la production d’énergie durable. »
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