Image de microscopie électronique d’une gouttelette dense de cellules d’algues productrices d’hydrogène. Barre d’échelle, 10 micromètres.
Les scientifiques ont construit de minuscules usines microbiennes à base de gouttelettes qui produisent de l’hydrogène, au lieu de l’oxygène, lorsqu’elles sont exposées à la lumière du jour dans l’air.
Les conclusions de l’équipe de recherche internationale basée à l’Université de Bristol et à l’Institut de technologie de Harbin en Chine, sont publiées aujourd’hui dans Nature Communications.
Normalement, les cellules des algues fixent le dioxyde de carbone et produisent de l’oxygène par photosynthèse. L’étude a utilisé des gouttelettes de sucre remplies de cellules d’algues vivantes pour générer de l’hydrogène, plutôt que de l’oxygène, par photosynthèse.
L’hydrogène est un combustible potentiellement neutre pour le climat, offrant de nombreuses possibilités d’utilisation comme future source d’énergie. Un inconvénient majeur est que la fabrication de l’hydrogène implique l’utilisation de beaucoup d’énergie. Des alternatives écologiques sont donc recherchées et cette découverte pourrait constituer un important pas en avant.
L’équipe, composée du professeur Stephen Mann et du Dr Mei Li de l’école de chimie de Bristol, ainsi que du professeur Xin Huang et de ses collègues de l’Institut de technologie de Harbin en Chine, a piégé une dizaine de milliers de cellules d’algues dans chaque gouttelette, qui ont ensuite été rassemblées par compression osmotique. En enterrant les cellules profondément dans les gouttelettes, les niveaux d’oxygène sont tombés à un niveau qui a activé des enzymes spéciales appelées hydrogénases qui ont détourné la voie photosynthétique normale pour produire de l’hydrogène. De cette façon, environ un quart de million d’usines microbiennes, généralement de seulement un dixième de millimètre de taille, pouvaient être préparées dans un millilitre d’eau.
Pour augmenter le niveau d’évolution de l’hydrogène, l’équipe a recouvert les microréacteurs vivants d’une fine couche de bactéries, qui étaient capables de rechercher l’oxygène et donc d’augmenter le nombre de cellules d’algues préparées pour l’activité hydrogénase.
Bien qu’encore à un stade précoce, ces travaux constituent une étape vers le développement d’une énergie verte photobiologique dans des conditions aérobies naturelles.
Le professeur Stephen Mann, co-directeur du Centre Max Planck de Bristol pour la biologie minimale à Bristol, a déclaré : « L’utilisation de simples gouttelettes comme vecteurs pour contrôler l’organisation des cellules d’algues et la photosynthèse dans des micro-espaces synthétiques offre une approche potentiellement écologique de la production d’hydrogène que nous espérons développer dans des travaux futurs ».
Le professeur Xin Huang, de l’Institut de technologie de Harbin, a ajouté : « Notre méthodologie est facile et devrait pouvoir être étendue sans compromettre la viabilité des cellules vivantes. Elle semble également flexible ; par exemple, nous avons récemment capturé un grand nombre de cellules de levure dans les gouttelettes et utilisé les réacteurs microbiens pour la production d’éthanol ».
https://www.bristol.ac.uk/news/2020/november/hydrogen-producing-droplets.html
