Renforcer le recyclage du PET grâce à des normes plus strictes pour les expériences en laboratoire
Une nouvelle étude montre comment la dégradation enzymatique des plastiques pourrait se rapprocher de la commercialisation
De nombreuses enzymes promettent de décomposer le plastique. Mais ce qui fonctionne bien en laboratoire échoue souvent à grande échelle. Une nouvelle étude menée par Gert Weber, HZB, Uwe Bornscheuer, Université de Greifswald, et Alain Marty, directeur scientifique de Carbios, montre comment le fait de relever la barre des expériences de laboratoire pourrait permettre d'identifier plus rapidement les approches prometteuses. L'équipe a fait la démonstration des nouvelles normes sur quatre enzymes récemment découvertes.
Recyclage du PET : beaucoup de prétendues percées
De temps à autre, les médias font état d'avancées majeures dans le recyclage du polyéthylène téréphtalate (PET). Ces progrès sont dus à des enzymes nouvellement découvertes, qui décomposent le plastique en ses éléments constitutifs. Cependant, l'histoire de la réussite du laboratoire universitaire est généralement suivie d'un silence. Le PET représente 18 % de la production mondiale de plastique, ce qui en fait l'un des plastiques les plus importants en termes de volume. L'entreprise de biotechnologie Carbios, par exemple, construit une usine dans le nord-est de la France d'ici 2025. Cette usine pourra recycler 50 000 tonnes de PET par an. Elle souhaite trouver les meilleures enzymes possibles pour son installation industrielle et s'est rendu compte que de nombreux résultats de la recherche en laboratoire ne peuvent pas être transférés à plus grande échelle.
Il est difficile de transposer à plus grande échelle les expériences sur le recyclage du PET
"Certaines enzymes fonctionnent très bien en laboratoire pendant quelques heures, mais elles perdent leur activité très rapidement et le substrat n'est pas complètement dégradé", explique Gert Weber, expert de HZB. Ce n'est pas un problème dans l'éprouvette du laboratoire, mais ça l'est lorsqu'on l'utilise dans un grand bioréacteur. En collaboration avec la société de biotechnologie Carbios, Uwe Bornscheuer et Gert Weber montrent comment les nouvelles enzymes de dégradation du PET peuvent être mieux comparées entre elles. "Afin de permettre une mise à l'échelle ultérieure, de nombreux paramètres doivent se situer dans une fourchette étroite, même lors d'expériences en laboratoire. Le matériau de départ doit être défini avec précision et les protocoles de test doivent être davantage standardisés afin de mieux évaluer les performances des enzymes et leur application à l'échelle industrielle", explique M. Bornscheuer. Les chercheurs ont donc mis au point un protocole standardisé d'hydrolyse du PET qui définit les conditions de réaction pertinentes pour l'hydrolyse à plus grande échelle. Ils ont notamment utilisé deux matériaux PET, d'une part un film PET défini et d'autre part des granulés de PET provenant de bouteilles usagées, tels qu'ils sont utilisés par Carbios à l'échelle technique. Ils ont utilisé ces matériaux pour tester quatre enzymes de décomposition du PET récemment découvertes : LCC-ICCG, FAST-PETase, HotPETase et PES-H1L92F/Q94Y.
En expérimentant ce protocole, ils ont constaté que deux de ces enzymes, la FAST-PETase et la HotPETase, étaient moins adaptées à une utilisation à grande échelle. Cela est principalement dû à leur taux de dépolymérisation relativement faible. La PES-H1L92F/Q94Y a obtenu de meilleurs résultats. Le quatrième candidat, LCC-ICCG, a largement dépassé les autres enzymes : LCC-ICCG convertit 98 % du PET en produits monomères, l'acide téréphtalique (TPA) et l'éthylène glycol (EG), en 24 heures. "En outre, nous avons pu réduire la quantité d'enzyme nécessaire à la LCC-ICCG d'un facteur 3 et la température de réaction de 72 à 68 °C, ce qui rend l'utilisation de cette enzyme plus économique", explique M. Bornscheuer.
Des normes plus élevées pour les expériences sur le recyclage du PET
"Nous devrions penser aux applications industrielles dès nos recherches en laboratoire", déclare Gert Weber. Après tout, nous sommes confrontés à l'un des plus grands problèmes de notre époque. Les plastiques sont encore et toujours produits à partir de matières premières fossiles, les taux de recyclage sont faibles et, jusqu'à présent, il s'agit essentiellement d'un "downcycling" (recyclage vers le bas) vers une qualité inférieure. Les déchets plastiques se retrouvent aujourd'hui dans toutes les eaux et tous les sols, et donc dans la chaîne alimentaire. Il est donc urgent de progresser. "Grâce à ces normes, nous pouvons faire quelque chose pour séparer plus rapidement le bon grain de l'ivraie.
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