Générer de nouveaux produits à partir des eaux usées
Nos déchets contiennent beaucoup de déchets. Le traitement des eaux usées a fortement évolué au fil des ans , ce qui nous a permis d’atténuer les dommages causés à l’environnement et d’accroître la durabilité de l’industrie. Et pourtant, la récupération des ressources à partir des déchets reste limitée. «Le problème n’est pas le manque de technologie, mais la somme de plusieurs facteurs», explique David Gabriel Buguña, de l’université autonome de Barcelone. «“RECYCLES” démontre qu’il existe déjà des solutions biologiques et numériques efficaces, dont plusieurs ont été validées à l’échelle pilote. Les véritables obstacles sont liés à la maturité des technologies ainsi qu’à des facteurs économiques, réglementaires et organisationnels», explique-t-il. Dans le cadre du projet RECYCLES(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), David Gabriel Buguña et ses collègues ont conçu de nouvelles technologies de bioréacteurs qui exploitent les cycles du carbone, de l’azote et du soufre et récupèrent des produits à partir de déchets liquides et gazeux.
De nouvelles configurations de bioréacteurs
En laboratoire, l’équipe RECYCLES a développé et testé plusieurs systèmes innovants, en commençant par des réacteurs capables d’éliminer le soufre et l’azote (avec plus de 90% d’élimination des nitrates et une oxydation presque complète des sulfures). Parallèlement, les chercheurs ont conçu un réacteur biologique séquentiel (SBR) à boues granulaires pour réaliser une nitrification partielle, en enrichissant sélectivement les bactéries oxydant l’ammoniac et en obtenant des taux d’accumulation de nitrites supérieurs à 70 %. Une troisième ligne de bioréacteurs a permis d’étudier la production de polyhydroxyalcanoates (PHA), précurseurs des bioplastiques. Les SBR ont pu extraire jusqu’à 82 % du contenu intracellulaire en polymères, démontrant leur capacité à récupérer des produits de haute valeur à partir des eaux usées. «Pour soutenir et interpréter ces développements de bioréacteurs, nous avons appliqué des outils avancés de surveillance microbienne et de biologie moléculaire, notamment le métabarcoding et le séquençage du génome complet», souligne David Gabriel Buguña. Les chercheurs ont ainsi pu établir un lien entre les performances du réacteur et l’écologie microbienne, puis concevoir et évaluer des plans de traitement complets pour deux études de cas industrielles. Les résultats sont passés du laboratoire à une démonstration à l’échelle pilote dans la station d’épuration de Cuoiodepur en Toscane, combinant la digestion anaérobie et la désulfuration du biogaz. «Ce système, qui a fonctionné pendant plusieurs mois dans des conditions réelles, valide la faisabilité de l’un des nouveaux concepts de bioréacteur de récupération des ressources de RECYCLES dans des environnements industriels», explique David Gabriel Buguña.
Aide à la décision via des technologies avancées
Le projet RECYCLES a produit plusieurs résultats importants, mais deux d’entre eux se distinguent par leur potentiel impact dans un avenir proche, confie David Gabriel Buguña. Le premier est un outil d’aide à la décision (OAD), qui intègre la modélisation des processus à l’échelle de l’usine, l’évaluation environnementale du cycle de vie, le calcul des coûts du cycle de vie et la prise de décision multicritères dans un cadre unique et transparent. «Cet outil a été entièrement développé, validé et appliqué à des études de cas industriels concrets, permettant de comparer des configurations de traitement complexes sur le plan technique, environnemental et économique», ajoute David Gabriel Buguña. Le deuxième point fort est la démonstration à l’échelle pilote d’un biolaveur anoxique, qui a pu éliminer presque complètement le sulfure d’hydrogène du biogaz afin d’en améliorer le potentiel. «Ensemble, l’AOD et le biolaveur anoxique illustrent la double contribution de RECYCLES: un outil numérique qui guide la conception et la prise de décision optimales pour l’industrie, et une solution biotechnologique validée et évolutive qui ferme les cycles des matériaux et soutient le passage à des trains de traitement de l’économie circulaire», explique David Gabriel Buguña.
Aider l’Europe à évoluer vers une économie plus circulaire
Les résultats du projet soutiennent la transition de l’Europe vers une économie plus circulaire en démontrant comment les processus biologiques peuvent transformer les flux de déchets en ressources de valeur tout en réduisant la dépendance à l’égard des produits chimiques et des traitements à forte intensité énergétique. «Plusieurs partenaires envisagent déjà des projets de suivi et des collaborations industrielles, ce qui indique clairement la voie à suivre pour la mise en œuvre et l’extension dans un avenir proche», conclut David Gabriel Buguña.
