Les technologies de capture et d’utilisation du carbone (CCU) sont cruciales pour lutter contre le changement climatique tout en garantissant la viabilité économique. Le MES est apparu comme une approche prometteuse pour la réduction des émissions de CO2 dans les biocarburants et les plateformes chimiques. Cependant, l’adoption industrielle du MES a été entravée par des produits de faible valeur comme l’acétate ou le méthane et la forte demande d’électricité.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Sciences de l’environnement et écotechnologie, des chercheurs de l’Université de Gérone ont mené une étude axée sur des cellules MES électriquement efficaces à faible résistance ohmique (15,7 mΩ m2). Grâce à un mode fed-batch, alternant une forte disponibilité de CO2 et d’hydrogène (H2), ils ont réussi à favoriser la production d’acide acétique et d’éthanol.
L’allongement de la chaîne a entraîné la production sélective (78% sur une base de carbone) d’acide butyrique, un produit chimique précieux utilisé dans les produits pharmaceutiques, l’agriculture, les parfums et l’industrie chimique. À un courant appliqué de 1,0 ou 1,5 mA cm−2, l’étude a atteint un taux de production moyen impressionnant de 14,5 gm−2 j−1 d’acide butyrique. L’acteur clé du processus d’allongement de la chaîne a été identifié comme Megasphaera sp.
L’inoculation d’une seconde cellule avec la communauté enrichie a reproduit le taux de production d’acide butyrique, mais avec une réduction de 82 % de la phase de latence. L’acide butyrique a été transformé avec succès en butanol, un biocarburant précieux compatible avec l’infrastructure d’essence existante et utilisé comme précurseur dans les industries pharmaceutiques et chimiques pour la production d’acrylate et de méthacrylate. La production de butanol solventogène a été déclenchée à un pH inférieur à 4,8 en interrompant l’alimentation en CO2 et en maintenant des conditions spécifiques de pH et de pression partielle d’hydrogène.
La conception de la cellule MES s’est avérée très efficace, avec des tensions de cellule moyennes de 2,6 à 2,8 V et un besoin en énergie électrique de 34,6 kWhel kg -1 d’acide butyrique produit. Malgré certaines limitations dues au croisement d’O2 et de H2 à travers la membrane, l’étude a identifié des conditions de fonctionnement optimales pour la production d’acide butyrique à haut rendement énergétique à partir de CO2.
En conclusion, cette étude présente le potentiel de conversion bioélectrochimique du CO2 en acide butyrique et sa mise à niveau ultérieure en butanol dans les cellules d’électrolyse microbiennes. Le processus est prometteur pour une production durable et économiquement viable de produits chimiques précieux à partir de CO2. D’autres recherches et développements sont cruciaux pour optimiser le processus pour des applications à grande échelle, et avec des progrès continus, cette technologie peut révolutionner la production chimique tout en atténuant l’impact du changement climatique.
Plus d’information:
Meritxell Romans-Casas et al, Production sélective d’acide butyrique à partir de CO2 et sa mise à niveau vers le butanol dans des cellules d’électrosynthèse microbiennes, Sciences de l’environnement et écotechnologie (2023). DOI : 10.1016/j.ese.2023.100303
Fourni par l’Université médicale de Chongqing