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Un moyen rentable de convertir les plantes en source d'énergie renouvelable

INGÉNIERIE ET ​​TECHNOLOGIEUn moyen rentable de convertir les plantes en source d'énergie renouvelable

Les scientifiques ont montré une nouvelle technologie dans laquelle les bactéries bio-ingéniéries peuvent fabriquer des produits chimiques/polymères rentables à partir de sources végétales renouvelables

Lignine est un matériau qui est un constituant de la paroi cellulaire de toutes les plantes des terres arides. C'est le deuxième polymère naturel le plus abondant après la cellulose. Ce matériau est le seul polymère trouvé dans les plantes qui n'est pas composé de monomères glucidiques (sucre). Les biopolymères lignocellulosiques apportent forme, stabilité, résistance et rigidité aux plantes. Les biopolymères lignocellulosiques sont constitués de trois composants principaux : la cellulose et l'hémicellulose forment une structure dans laquelle la lignine est incorporée comme une sorte de connecteur solidifiant ainsi la paroi cellulaire. La lignification de la paroi cellulaire rend les plantes résistantes au vent et aux parasites et les aide à pourrir. La lignine est une ressource renouvelable vaste mais très sous-utiliséesource d'énergie. La lignine qui représente jusqu'à 30 pour cent de la biomasse lignocellulosique est un trésor inexploité – du moins d'un point de vue chimique. L'industrie chimique dépend principalement des composés de carbone pour créer différents produits comme la peinture, les fibres artificielles, les engrais et surtout le plastique. Cette industrie utilise des ressources renouvelables comme l'huile végétale, l'amidon, la cellulose, etc., mais cela ne comprend que 13 pour cent de tous les composés.

La lignine, une alternative prometteuse au pétrole pour la fabrication de produits

En fait, la lignine est la seule et unique source d'énergie renouvelable sur terre qui contient un grand nombre de composés aromatiques. Ceci est important car les composés aromatiques sont généralement extraits de la source pétrolière non renouvelable et sont ensuite utilisés pour produire des plastiques, des peintures, etc. Ainsi, le potentiel de la lignine est très élevé. Par rapport au pétrole qui est un combustible fossile non renouvelable, les lignocelluloses sont issues du bois, de la paille ou du Miscanthus qui sont des sources renouvelables. La lignine peut être cultivée dans les champs et les forêts et est généralement neutre vis-à-vis du climat. Les lignocelluloses sont considérées comme une alternative sérieuse au pétrole au cours des dernières décennies. Le pétrole est actuellement le moteur de l'industrie chimique. Le pétrole est une matière première pour de nombreux produits chimiques de base qui sont ensuite utilisés pour fabriquer des produits utiles. Mais le pétrole est une source non renouvelable et est en baisse, il faut donc se concentrer sur la recherche de sources renouvelables. Cela fait entrer la lignine dans le tableau, car elle semble être une alternative très prometteuse.

La lignine est pleine d'énergie, mais la récupération de cette énergie est un processus compliqué et coûteux et donc même le biocarburant généré car le résultat final est généralement très coûteux et ne peut pas remplacer économiquement «l'énergie de transport» actuellement utilisée. De nombreuses approches ont été étudiées pour développer des moyens rentables de décomposer la lignine et de la convertir en produits chimiques précieux. Cependant, plusieurs limitations ont restreint la conversion d'une matière végétale tactile comme la lignine à une utilisation comme source d'énergie alternative ou même à essayer de la rendre plus rentable. Une étude récente a réussi à transformer des bactéries (E. Coli) en une usine de cellules de bioconversion efficace et productive. Bactéries croissent et se multiplient très rapidement et sont capables de résister à des processus industriels difficiles. Ces informations ont été combinées à une compréhension des dégradants de la lignine naturellement disponibles. L'ouvrage a été publié dans le Actes de la National Academy of Science USA.

L'équipe de chercheurs dirigée par le Dr Seema Singh des laboratoires nationaux de Sandia a résolu trois problèmes principaux rencontrés lors de la transformation de la lignine en produits chimiques de plate-forme. Le premier obstacle majeur est que la bactérie E.Coli ne produit généralement pas les enzymes nécessaires à la conversion. Les scientifiques ont tendance à résoudre ce problème de fabrication d'enzymes en ajoutant un "inducteur" à l'anneau de fermentation. Ces inducteurs sont efficaces mais très coûteux et s'intègrent donc mal dans le concept des bioraffineries. Les chercheurs ont essayé un concept dans lequel un composé dérivé de la lignine comme la vanille a été utilisé comme substrat ainsi qu'un inducteur en créant la bactérie E.Coli. Cela éviterait le besoin d'un inducteur coûteux. Cependant, comme le groupe l'a découvert, la vanille n'était pas un bon choix, en particulier parce qu'une fois la lignine décomposée, la vanille est produite en grande quantité et elle commence à inhiber la fonction d'E.Coli, c'est-à-dire que la vanille commence à créer une toxicité. Mais cela a joué en leur faveur lorsqu'ils ont conçu la bactérie. Dans le nouveau scénario, le produit chimique même qui est toxique pour l'E.Coli est utilisé pour lancer le processus complexe de « valorisation de la lignine ». Une fois que la vanille est présente, elle active les enzymes et les bactéries commencent à convertir la vanilline en catéchol, qui est le produit chimique souhaité. De plus, la quantité de vanilline n'atteint jamais le niveau toxique car elle est autorégulée dans le système actuel. Le troisième et dernier problème était celui de l'efficacité. Le système de conversion étant lent et passif, les chercheurs ont recherché des transporteurs plus efficaces à partir d'autres bactéries et les ont transformés en E. Coli qui a ensuite accéléré le processus. Surmonter les problèmes de toxicité et d'efficacité grâce à de telles solutions innovantes peut aider à faire de la production de biocarburant un processus plus économique. De plus, la suppression d'un inducteur externe ainsi que l'incorporation d'une autorégulation peuvent optimiser davantage le processus de fabrication de biocarburants.

Il est bien établi qu'une fois la lignine décomposée, elle a la capacité de fournir ou plutôt de "conférer" des produits chimiques de plate-forme précieux qui peuvent ensuite être convertis en nylon, plastiques, produits pharmaceutiques et autres produits importants qui sont actuellement dérivés du pétrole, un non -source d'énergie renouvelable. Cette étude est pertinente en tant qu'étape vers la recherche et le développement de solutions rentables pour les biocarburants et la bioproduction. En utilisant la technologie de la bio-ingénierie, nous pouvons produire de plus grandes quantités de produits chimiques de plate-forme et plusieurs autres nouveaux produits finaux, non seulement avec E.Coli bactérien, mais également avec d'autres hôtes microbiens. Les recherches futures des auteurs se concentreront sur la démonstration d'une production économique de ces produits. Cette recherche a un impact énorme sur les processus de production d'énergie et l'élargissement de l'éventail des possibilités pour les produits verts. Les auteurs remarquent que dans un avenir proche, la lignocellulose devrait certainement compléter le pétrole sinon le remplacer.

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{Vous pouvez lire le document de recherche original en cliquant sur le lien DOI ci-dessous dans la liste des sources citées}

Sources)

Wu W et al. 2018. Vers une ingénierie d'E. coli avec un système d'autorégulation pour la valorisation de la lignine', Actes de l'Académie nationale des sciences. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115

Équipe SCIEU
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