Des chercheurs de Berkeley Lab ont utilisé des bactéries pour apporter la biorenouvelabilité aux plastiques recyclables. Crédit : Jenny Nuss/Berkeley Lab
Les scientifiques ont réussi à concevoir des microbes pour produire des ingrédients pour les plastiques recyclables, offrant un substitut écologique aux produits pétrochimiques finis et polluants.
Les déchets plastiques posent un défi important car la plupart des plastiques ne sont pas recyclables et beaucoup sont fabriqués à l’aide de produits pétrochimiques finis et nocifs pour l’environnement. Cependant, cette situation commence à changer. Des chercheurs ont récemment réussi à concevoir des microbes capables de produire des alternatives biologiques aux matériaux de base d’un type de plastique appelé poly(dicétoénamine) ou PDK, qui peut être recyclé à l’infini.
Cette découverte innovante a été récemment publiée dans Durabilité naturelle et est le résultat de la collaboration entre des spécialistes de trois installations au sein du laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l’Énergie (Berkeley Lab): la fonderie moléculaire, le Joint BioEnergy Institute (JBEI) et l’Advanced Light Source.
« C’est la première fois que des bioproduits sont intégrés pour créer un PDK qui est principalement d’origine biologique », a déclaré Brett Helms, un scientifique de Molecular Foundry qui a dirigé le projet. « Et c’est la première fois que vous voyez un avantage biologique par rapport à l’utilisation de produits pétrochimiques, à la fois en ce qui concerne les propriétés du matériau et le coût de sa production à grande échelle. »
Contrairement aux plastiques traditionnels, le PDK peut être déconstruit à plusieurs reprises en blocs de construction vierges et transformé en de nouveaux produits sans perte de qualité. Les PDK utilisaient initialement des blocs de construction dérivés de produits pétrochimiques, mais ces ingrédients peuvent être repensés et produits avec des microbes à la place. Aujourd’hui, après quatre ans d’efforts, des collaborateurs ont manipulé E. coli transformer les sucres des plantes en certains des matériaux de départ – une molécule connue sous le nom de triacétique acide lactone, ou bioTAL – et a produit un PDK avec environ 80% de bio-contenu.
Le bioTAL brut (à gauche) peut être combiné avec d’autres produits chimiques et transformé en un plastique PDK biorenouvelable et recyclable (à droite). Crédit : Jeremy Demarteau/Berkeley Lab
« Nous avons démontré que la voie vers 100 % de biocontenu dans les plastiques recyclables est faisable », a déclaré Jeremy Demarteau, un scientifique du projet au sein de l’équipe contribuant au développement des biopolymères. « Vous verrez cela de nous à l’avenir. »
Les PDK peuvent être utilisés pour une variété de produits, y compris les adhésifs, les articles flexibles comme les câbles d’ordinateur ou les bracelets de montre, les matériaux de construction et les «thermodurcissables résistants», les plastiques rigides fabriqués par un processus de durcissement. Les chercheurs ont été surpris de constater que l’incorporation du bioTAL dans le matériau élargissait sa plage de température de travail jusqu’à 60 degrés. Celsius par rapport à la version pétrochimique. Cela ouvre la porte à l’utilisation de PDK dans des articles qui nécessitent des températures de travail spécifiques, y compris les équipements de sport et les pièces automobiles telles que les pare-chocs ou les tableaux de bord.
Résoudre le problème des déchets plastiques
Le Programme des Nations Unies pour l’environnement estime que nous produisons dans le monde environ 400 millions de tonnes de déchets plastiques chaque année, et que ce nombre devrait grimper à plus d’un milliard de tonnes d’ici 2050. Sur les 7 milliards de tonnes de déchets plastiques déjà créés, seulement environ 10 % a été recyclé, tandis que la plupart sont jetés dans des décharges ou brûlés.
« Nous ne pouvons pas continuer à utiliser notre offre décroissante de combustibles fossiles pour nourrir ce désir insatiable de plastique », a déclaré Jay Keasling, professeur à l’UC Berkeley, chercheur principal dans le domaine des biosciences de Berkeley Lab et PDG de JBEI. « Nous voulons contribuer à résoudre le problème des déchets plastiques en créant des matériaux à la fois biorenouvelables et circulaires – et en incitant les entreprises à les utiliser. Ensuite, les gens pourraient avoir les produits dont ils ont besoin pour le moment où ils en ont besoin, avant que ces articles ne soient transformés en quelque chose de nouveau.
L’étude publiée aujourd’hui s’appuie également sur une analyse environnementale et technologique de 2021, qui a montré que le plastique PDK pourrait être commercialement compétitif par rapport aux plastiques conventionnels s’il était produit à grande échelle.
« Nos nouveaux résultats sont extrêmement encourageants », a déclaré Corinne Scown, scientifique au sein du département des technologies énergétiques de Berkeley Lab et vice-présidente de JBEI. « Nous avons constaté qu’avec des améliorations même modestes du processus de production, nous pourrions bientôt fabriquer des plastiques PDK biosourcés qui sont à la fois moins chers et émettent moins de CO2 que ceux fabriqués avec des combustibles fossiles. »
Ces améliorations comprendraient l’accélération de la vitesse à laquelle les microbes convertissent les sucres en bioTAL, l’utilisation de bactéries capables de transformer une plus grande variété de sucres d’origine végétale et d’autres composés, et l’alimentation de l’installation avec de l’énergie renouvelable.
Ce travail a été soutenu par le Bureau des technologies bioénergétiques du ministère de l’Énergie. La fonderie moléculaire est une installation utilisateur du DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences spécialisée dans à l’échelle nanométrique science. JBEI est un centre de recherche sur la bioénergie financé par le Bureau des sciences du DOE. La source de lumière avancée est une installation utilisateur du DOE Office of Science.
