Une bactérie

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 10236 (2022) Citer cet article

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Atteindre la neutralité carbone nécessite diverses approches technologiques. Dans la présente étude, nous avons confirmé l'applicabilité d'un système de cycle du carbone dans plusieurs domaines industriels utilisant des bactéries oxydantes du soufre. Ce système produit un engrais azoté, qui diminue les émissions de carbone en recyclant les polluants H2S et NH3 rejetés dans l'atmosphère ou dans les eaux usées. Elle doit être considérée dans les domaines industriels comme une stratégie de réduction des émissions de carbone.

La réduction des gaz à effet de serre est sans aucun doute une tâche qui devrait être entreprise par chacun en cette époque pour le progrès continu de l’humanité. De nombreuses études ont étudié les moyens de parvenir à un cycle vertueux du carbone en recyclant le CO2, le gaz à effet de serre le plus rejeté, pour remplacer les produits pétroliers conventionnels. Ces technologies de conversion du CO2 sont largement divisées en conversion chimique et biologique, y compris la conversion thermique catalytique, électrochimique et photochimique en fonction de la méthode de production d'énergie, cette dernière impliquant principalement l'utilisation de la lumière, de l'hydrogène et de l'électricité comme source d'énergie1. Ces méthodes reposent principalement sur le développement technologique dans le cadre d’un approvisionnement en énergie renouvelable pour exploiter l’énergie du soleil, du vent et de la chaleur géothermique. Cependant, dans les régions où le niveau d’énergie renouvelable est insuffisant, il existe une limite à l’utilisation de telles technologies pour réduire les émissions de CO2.

Pour surmonter ce problème, un nouveau système de cycle vertueux du carbone a été proposé, dans lequel l'énergie chimique provenant des déchets est utilisée pour réduire le CO2 et produire du sulfate d'ammonium respectueux de l'environnement. Le système est basé sur une technologie de base qui utilise des bactéries oxydantes du soufre (SOB), des chimiolithotrophes qui fixent le CO2 via la voie CBB en utilisant du soufre réduit comme source d'énergie. Parmi les trois types connus (acidophiles, neutrophiles et alcaliphiles), le genre le plus étudié est Acidithiobacillus, qui est appliqué dans le domaine des biomines2.

Les acidithiobacilles peuvent survivre à un pH de 0,5 pour permettre l’apport direct de CO2 provenant des gaz de combustion comme source de carbone. Des tests à l'échelle du laboratoire ont montré un avantage supplémentaire lié à l'élimination des oxydes de soufre (SOx) et d'une petite quantité d'oxydes d'azote (NOx) via le bioréacteur (Figure 1 supplémentaire). La croissance microbienne est active même à une concentration élevée (14 à 15 %) de solution d'ammoniaque et est utilisée comme régulateur de pH, ce qui la rend adaptée à la production de sulfate d'ammonium biologique (BAS). Dans un système de culture en réacteur à cuve agitée continue optimisé (Fig. 1a, b), l'utilisation de bio-soufre comme source d'énergie conduit à un taux de conversion de CO2 de 8,8 à 10,4 g/L/D et à une production de sulfate d'ammonium de 28 à 65 g. /L. Le taux de conversion du CO2 était légèrement inférieur (5,6 à 6,3 g/L/D) lorsque le soufre chimique était utilisé comme source d'énergie, peut-être parce que le soufre chimique contient de grosses particules hydrophobes qui sont relativement difficiles à absorber par les bactéries. En revanche, les particules de biosoufre sont petites et hydrophiles. Le SOB utilisé dans cette étude était la souche AZ11 isolée du sol pour l'élimination du H2S par Lee et al.3 L'analyse de la séquence d'ADN chromosomique a montré que AZ11 est une nouvelle espèce avec moins de 82 % d'homologie avec les espèces connues d'Acidithiobacillus (Fig. 2 supplémentaire) . Le taux de conversion du CO2 utilisant cette nouvelle espèce était six à sept fois supérieur à celui des cyanobactéries les plus connues, ce qui indique un taux plus rapide que toute autre souche signalée dans le système biologique continu de conversion du CO24.

Conversion directe du CO2 par des bactéries oxydantes du soufre et son application dans différentes industries. (a) Conditions de culture optimisées à l’échelle du laboratoire. (b) Taux de conversion du CO2 des bactéries oxydant le soufre (SOB) dans un réacteur à agitation continue (CSTR). (c) Un système de cycle du carbone proposé dans l'industrie pétrochimique et (d) dans l'industrie de la digestion anaérobie. Les flèches noires indiquent le système conventionnel et les flèches vertes en pointillés indiquent les nouveaux processus.