Des microbes personnalisés au service du recyclage du plastique
Un processus chimique et biologique en deux étapes transforme des déchets plastiques mixtes en nouveaux matériaux précieux
Des scientifiques travaillant sur une solution pour les déchets Plastiques ont mis au point un processus chimique et biologique en deux étapes pour décomposer et recycler les plastiques mixtes en bioproduits de valeur.
Adam Guss, de l'ORNL, et ses collègues ont utilisé la biologie synthétique pour mettre au point un microbe personnalisé capable de transformer les déchets plastiques mixtes déconstruits en nouveaux matériaux précieux.
Carlos Jones, ORNL/U.S. Dept. of Energy
Le projet, auquel participent plusieurs institutions, s'appuie sur l'expertise en biologie synthétique du laboratoire national Oak Ridge du ministère de l'énergie pour concevoir un microbe qui convertit les déchets plastiques déconstruits en éléments constitutifs des matériaux de nouvelle génération.
Le nouveau processus, décrit dans la revue Science, remplacerait un système qui nécessite actuellement un tri minutieux et coûteux des matériaux, ce qui fait qu'environ 5 % seulement des plastiques sont recyclés aux États-Unis.
Le projet est dirigé par le National Renewable Energy Laboratory et réunit également des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology, de l'université du Wisconsin-Madison et de l'ORNL dans le cadre du consortium BOTTLE (Bio-Optimized Technologies to keep Thermoplastics out of Landfills and the Environment).
Les différents plastiques contiennent différents polymères, chacun ayant des composants chimiques uniques. Les chercheurs du consortium BOTTLE ont mis au point un processus permettant de convertir des plastiques mélangés en un seul produit chimique, en vue de trouver une solution qui permettrait aux recycleurs d'éviter le tri.
La première étape du processus fait appel à l'oxygène et à des catalyseurs pour décomposer les grandes molécules de polymère en leurs éléments constitutifs chimiques plus petits. Le processus a été appliqué à un mélange de trois plastiques courants : le polystyrène, ou PS, utilisé dans les tasses à café jetables ; le polyéthylène téréphtalate, ou PET, utilisé dans les bouteilles de boisson à usage unique, les vêtements en polyester et les tapis ; et le polyéthylène haute densité, ou PEHD, utilisé dans de nombreux plastiques de consommation courante et souvent associé aux bidons de lait.
"Il s'agit d'un point d'entrée potentiel dans le traitement des plastiques qui ne peuvent pas du tout être recyclés aujourd'hui", a déclaré Gregg Beckham, chercheur principal au NREL et responsable de BOTTLE.
Le processus d'oxydation décompose ces plastiques en un mélange complexe de composés chimiques - dont l'acide benzoïque, l'acide téréphtalique et les acides dicarboxyliques - qui nécessiterait des séparations avancées et coûteuses pour obtenir des produits purs. C'est là que la biologie entre en jeu.
Les collègues de BOTTLE ont conçu un microbe du sol, Pseudomonas putida, pour convertir biologiquement ou "canaliser" le mélange de petites molécules intermédiaires en produits uniques : soit des polyhydroxyalcanoates, ou PHA, qui sont une forme émergente de bioplastiques biodégradables, soit du bêta-cétoadipate, qui peut être utilisé pour fabriquer de nouveaux matériaux en nylon aux performances améliorées.
L'expérience s'est appuyée sur un processus mis au point par Adam Guss, de l'ORNL, et ses collègues du NREL pour doter la bactérie de caractéristiques souhaitées provenant d'autres organismes. Le processus, décrit dans la revue Metabolic Engineering, a permis de convertir le PET déconstruit en blocs de construction pour un nylon supérieur, plus résistant à l'eau et à la chaleur, idéal pour des applications telles que les pièces automobiles.
"Nous avons adopté une approche combinatoire de l'assemblage des voies, en trouvant la meilleure combinaison de gènes provenant de différents organismes qui nous a permis d'obtenir une utilisation robuste du PET dans Pseudomonas putida", a déclaré Guss. "L'ORNL est spécialisé dans la modification de microbes non modélisés afin d'ajouter des caractéristiques utiles pour la biotechnologie, en exploitant notre profonde expertise en biologie synthétique ainsi qu'en transcriptomique et en protéomique pour découvrir de nouvelles voies métaboliques."
"L'entonnoir biologique signifie simplement que nous avons modifié le réseau métabolique d'un microbe pour diriger le carbone d'un grand nombre de substrats vers un seul produit", a déclaré Allison Werner du NREL, coauteur de l'article de Science. "Pour ce faire, nous prenons de l'ADN dans la nature - généralement d'autres microbes - et le collons dans le génome de Pseudomonas putida. L'ADN est transcrit en ARN, qui est à son tour traduit en protéines qui effectuent diverses transformations biochimiques, formant un nouveau réseau métabolique et nous permettant finalement de capturer davantage de carbone et de régler sa destination."
Guss et ses collègues ont passé des années à perfectionner P. putida pour convertir le biopolymère végétal lignine, dérivé des cultures bioénergétiques, en bioproduits avancés dans le cadre du Center for Bioenergy Innovation et de l'Agile BioFoundry du DOE. En 2020, Guss a dirigé une équipe qui a annoncé avoir conçu le microbe pour digérer simultanément cinq des composés les plus abondants de la biomasse lignocellulosique.
Dans les prochaines étapes de BOTTLE, "nous continuons à élargir la gamme de molécules que P. putida peut manger en travaillant pour décomposer plus de types de plastiques et aussi plus de plastiques du monde réel qui ont des additifs supplémentaires", a déclaré Guss.
"Les plastiques sont des polluants environnementaux majeurs et sont en grande partie fabriqués à partir de carbone fossile", a-t-il ajouté. "Cette recherche se situe à l'intersection de la décomposition des déchets plastiques d'aujourd'hui et de leur conversion en blocs de construction pour la prochaine génération de plastiques qui seront à la fois recyclables par conception et biodégradables."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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