Un procédé enzymatique pour la réduction du CO2

Publié par Isabelle le 08/09/2021 à 13:00
Source: CEA

(c)CEA/P.Avavian
Des chercheurs du CEA-Irig et leurs partenaires ont développé un nouveau procédé enzymatique pour la réduction du CO2 et l'oxydation du CO. Performant et fonctionnant en conditions douces, il permettrait de purifier du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) issu de la pyrolyse de biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...) afin de produire des carburants ou des précurseurs de produits chimiques.

La conversion de la biomasse en gaz de synthèse permettrait d'exploiter l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) du bois sans combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) directe. Elle consiste à gazéifier par pyrolyse la matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par...). Le gaz résultant contient des gaz valorisables (CH4 et CO), ainsi que de nombreuses impuretés (CO2, H2S, etc.) qu'il faut éliminer, notamment par réduction de CO2 (en CO) ou oxydation de CO (en CO2).

Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...), les biocatalyseurs de la réduction du CO2 présentent l'avantage d'être hautement sélectifs et efficaces en conditions douces (température et pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) ambiantes, solvants aqueux). Ils souffrent cependant d'un manque de stabilité et du coût élevé de la production d'enzymes à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...). C'est en particulier le cas du principal biocatalyseur activant des petites molécules comme CO et CO2: la "CO déshydrogénase" (CODH).

La CODH a la particularité d'avoir pour site actif un centre multi-métallique NiFe4S4 dont la biosynthèse nécessite une machinerie multi-protéique spécifique, au fonctionnement encore mal connu.

Or, dans de précédents travaux, des chercheurs de l'Irig ont mis au point (Graphie) un système de production de la CODH qui utilise le gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la...) d'une bactérie capable de métaboliser le CO (Rhodospirillum rubrum) exprimé dans la bactérie Escherichia coli (Escherichia coli, également appelé colibacille ou E. coli, est une bactérie...). Leur procédé permet de produire une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant...) aussi stable et active qu'une CODH naturelle en une seule étape de purification.

Les scientifiques vont aujourd'hui encore plus loin en immobilisant la CODH recombinante sur des nanotubes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) fonctionnalisés. Ils construisent ainsi un système bio-électro-catalytique stable pendant plusieurs heures (L'heure est une unité de mesure  :), qui leur permet de réaliser l'inter-conversion de CO2 en CO et vice versa. Ils obtiennent des densités de courant de 4,2 mA.cm-2 pour la réduction du CO2 et de 1,5 mA.cm-2 pour l'oxydation du CO.

Les performances de ce dispositif soutiennent la comparaison avec celles des procédés électrochimiques de réduction du CO2 utilisant des catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) moléculaires. Avec l'avantage supplémentaire de fonctionner de façon réversible, en conditions douces et avec de très faibles surtensions.

Ces travaux soutenus par le Labex Arcane ont été réalisés en collaboration avec des chercheurs d'Aix (AIX est le système d'exploitation de type UNIX d'IBM. AIX est l'acronyme de Advanced...) Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) et de l'Université Grenoble Alpes.

Références:
Efficient electrochemical CO2/CO interconversion by an engineered carbon monoxide dehydrogenase on a gas-diffusion carbon nanotube-based bioelectrode, ACS Catalysis
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