Les scientifiques ont développé une méthode basée sur la lumière solaire pour transformer les contaminants des eaux usées en produits chimiques précieux, offrant ainsi une alternative durable à la fabrication chimique traditionnelle.
Des chercheurs dirigés par le professeur Xiang Gao de l’Institut de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l’Académie chinoise des sciences et le professeur Lu Lu de l’Institut de technologie de Harbin ont proposé une nouvelle méthode pour transformer les contaminants des eaux usées en produits chimiques précieux en utilisant la lumière du soleil. ouvrant la voie à une fabrication chimique durable et respectueuse de l’environnement.
L’étude a été publiée le 16 octobre dans la revue Durabilité de la nature.
Défis des méthodes conventionnelles
La fabrication chimique conventionnelle repose sur des processus à forte intensité énergétique. Les biohybrides semi-conducteurs, intégrant des matériaux efficaces de collecte de lumière avec des cellules vivantes de qualité supérieure, sont apparus comme une avancée passionnante dans l’utilisation de l’énergie solaire pour la production chimique. Cependant, le défi consiste à trouver une approche économiquement viable et respectueuse de l’environnement pour développer cette technologie.
Dans cette étude, les chercheurs ont entrepris de convertir les polluants des eaux usées en biohybrides semi-conducteurs directement dans l’environnement des eaux usées. Le concept consiste à utiliser le carbone organique, les métaux lourds et les composés sulfates présents dans les eaux usées comme matières premières pour construire ces biohybrides, puis à les convertir en produits chimiques précieux.
Des chercheurs de l’Institut de technologie avancée de Shenzhen et de l’Institut de technologie de Harbin ont développé une méthode permettant de convertir les contaminants des eaux usées en produits chimiques précieux en utilisant la lumière du soleil. Ce processus utilise des biohybrides semi-conducteurs, créés directement à partir de contaminants des eaux usées, pour exploiter l’énergie solaire pour la production chimique. Crédit : SIAT
Complexités et solutions liées aux eaux usées
Néanmoins, les véritables eaux usées industrielles varient généralement dans leur composition en polluants organiques majeurs, métaux lourds et polluants complexes, qui sont tous souvent toxiques pour les cellules bactériennes et difficiles à métaboliser efficacement. Il contient également des niveaux élevés de sel et d’oxygène dissous qui nécessitent des bactéries dotées d’une capacité de réduction des sulfates aérobies. Il est donc difficile d’utiliser les eaux usées comme matière première pour les bactéries.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont sélectionné une bactérie marine à croissance rapide, Vibrio natriogène, qui présente une tolérance exceptionnelle aux concentrations élevées de sel et une capacité à utiliser diverses sources de carbone. Ils ont introduit une voie de réduction des sulfates aérobies dans V. natriogènes et formé la souche modifiée à utiliser différentes sources de métaux et de carbone afin de produire des biohybrides semi-conducteurs directement à partir de ces eaux usées.
Production chimique ciblée
Leur principal produit chimique cible pour la production était le 2,3-butanediol (BDO), un produit chimique précieux.
En concevant une souche de V. natriogènes, ils ont généré du sulfure d’hydrogène, qui a joué un rôle central en facilitant la production de nanoparticules de CdS qui absorbent efficacement la lumière. Ces nanoparticules, réputées pour leur biocompatibilité, ont permis la création in situ de biohybrides semi-conducteurs et ont permis aux bactéries non photosynthétiques d’utiliser la lumière.
Des résultats prometteurs
Les résultats ont montré que ces biohybrides activés par la lumière du soleil présentaient une production de BDO considérablement améliorée, dépassant les rendements pouvant être obtenus grâce aux seules cellules bactériennes. De plus, le processus s’est montré évolutif, permettant une production de BDO à l’énergie solaire à une échelle substantielle de 5 litres en utilisant de véritables eaux usées.
« La plate-forme biohybride affiche non seulement une empreinte carbone plus faible, mais réduit également les coûts des produits, ce qui entraîne un impact environnemental global plus faible par rapport aux méthodes traditionnelles de fermentation bactérienne et de production de BDO à base de combustibles fossiles », a déclaré le professeur Gao. « Remarquablement, ces biohybrides pourraient être produits à partir de diverses sources d’eaux usées. »
