La bioélectricité comme nouvelle source d'énergie
Elle fait appel à des systèmes bioélectrochimiques, capables de générer de l'électricité à partir d'énergie chimique. Ces systèmes utilisent des enzymes purifiées pour catalyser l'oxydation du carburant à l'anode ainsi que la réduction de l'accepteur d'électrons à la cathode. Cependant, ces enzymes nécessitent d'utiliser un substrat pur, ce qui actuellement n'est pas économique pour des installations à grande échelle. Le projet ELECTROENZEQUEST (Bioelectrochemical system for enzyme catalyzed CO2 sequestration for the recovery of commercially viable carbonated water and methanol) s'est attaqué à ce problème en explorant l'usage de gaz carbonique (CO2) comme substrat. Les chercheurs ont étudié les mécanismes de la séquestration du CO2 de l'air via des mélanges d'enzymes, afin de produire de la bioélectricité. Ils voulaient utiliser le CO2 pour l'oxydation à l'anode (produisant de l'eau carbonatée) ainsi que pour la réduction à la cathode (produisant du méthanol). Les chercheurs ont immobilisé une anhydrase carbonique sur l'électrode, et ont évalué la possibilité de l'utiliser comme anode pour générer de l'électricité par des organismes vivants. Ils ont conduit une analyse bioélectrochimique de cette électrode à anhydrase carbonique, et optimisé les divers facteurs influençant le rôle de l'enzyme dans la séquestration du CO2 durant la génération d'électricité. Par ailleurs, les scientifiques ont immobilisé sur une électrode de la formate déshydrogénase (Fate DH), de la formaldéhyde déshydrogénase (Fald DH) et de l'alcool déshydrogénase, et l'ont ajoutée comme cathode à la pile à combustible à anhydrase carbonique. Ils ont aussi utilisé dans la pile à combustible du nicotinamide adénine dinucléotide et de la pyrroloquinoline quinone, pour faciliter le transfert des électrons entre l'électrode et le substrat, et la conversion de CO2 en méthanol par réduction à la cathode. Par ailleurs, les chercheurs ont étudié la possibilité de convertir le CO2 en acide formique via de la Fate DH libre, avant de l'immobiliser sur une électrode VITO-CoRETM à base de graphite. Ils ont ensuite immobilisé les trois enzymes sur cette électrode VITO-CoRETM, afin de produire du méthanol. Ils ont ajouté l'anhydrase carbonique plus tard, pour renforcer la productivité. Les chercheurs ont conduit d'autres expériences avec les trois enzymes associées sur l'électrode, et obtenu une production d'éthanol au rythme de 0,6 kg par mètre cube et par heure. Le retrait de la Fald DH n'a pas réduit la production d'éthanol. Bien que le système ait produit de l'éthanol plutôt que du méthanol, il faut signaler que l'éthanol peut être produit directement à partir d'acide formique, un processus qui est plus viable. Le projet ELECTROENZEQUEST a souligné l'importance de la séquestration du CO2 pour gérer le réchauffement planétaire, ainsi que la nécessité de trouver des biocarburants de substitution.
Mots‑clés
Bioélectrochimique, enzymes, oxydation, séquestration du CO2, méthanol
