Un scientifique du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fait partie d’une équipe de recherche qui jette un nouvel éclairage sur la façon d’accéder aux sucres enfermés dans les matières végétales afin de convertir les sous-produits en nouvelles matières premières pour la production de carburants, de matériaux et de produits chimiques.
Transformer les herbes, les mauvaises herbes, le bois et autres résidus végétaux en produits durables normalement produits à partir de produits pétroliers pourrait être l’une des clés pour atteindre la neutralité carbone.
« La valeur inhérente des biodéchets joue un rôle crucial dans la promotion d’une bioéconomie circulaire en utilisant efficacement les déchets organiques pour créer des produits ou de l’énergie de valeur, minimisant ainsi l’impact environnemental », a déclaré Sankar Raju Narayanasamy, physico-chimiste du LLNL.
Narayanasamy a fait équipe avec des collègues de l’Université de Californie, du Davis College of Agricultural and Environmental Sciences, du UC Davis College of Engineering et du programme d’imagerie de biologie structurale infrarouge synchrotron de Berkeley (BSISB) du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) dans la recherche, qui s’est déroulé de 2018 à 2023.
Leur travail, publié dans le Chimie verte journal, devrait contribuer à réduire les barrières technologiques et à faciliter la conversion durable du matériel végétal, y compris les sous-produits agricoles.
« Nous voulons utiliser les résidus végétaux et il y a beaucoup de déchets végétaux », a déclaré Tina Jeoh, professeur de génie biologique et agricole à l’UC Davis.
Narayanasamy, Jeoh et deux chercheurs du BSISB du LBNL ont utilisé un outil de spectromicroscopie, appelé instrument infrarouge à transformée de Fourier synchrotron, à Lawrence Berkeley pour mesurer les réactions enzymatiques en temps réel aux changements dans l’environnement. La technologie permet une imagerie et une analyse chimique simultanées.
Libérer les sucres
Les biocatalyseurs, qui accélèrent les réactions chimiques, ont besoin de sucres pour certaines conversions, comme la fermentation. Des sucres bon marché, renouvelables et durables, qui ne concurrencent pas la demande alimentaire, sont la clé de cette transformation.
« Ces sucres sont essentiels à l’établissement d’une bioéconomie fondée sur le recyclage du carbone renouvelable pour des alternatives aux biocarburants, aux biochimies et aux biomatériaux aux versions provenant de combustibles fossiles », a déclaré Jeoh.
Trouver une meilleure façon de libérer les sucres pourrait faire progresser la technologie utilisée dans les opérations de production durable.
« Les systèmes biologiques fonctionnels reposent sur une chimie qui se produit au bon moment et au bon endroit », a déclaré Narayanasamy. « Le suivi de l’emplacement et de la concentration des molécules au fil du temps est l’étape clé de caractérisation de ces investigations biologiques.
« Déterminer l’emplacement et la concentration est relativement facile si la molécule d’intérêt est produite à des concentrations élevées ou distribuée sur de vastes zones, mais caractériser avec précision un petit nombre de molécules produites dans la biomasse native reste un défi pour de nombreux chercheurs. Et cela devient encore plus compliqué. lorsqu’il doit être exécuté dans un environnement ouvert », a-t-il déclaré.
Un développement technologique et une démonstration par les chercheurs du LLNL et du LBNL ont combiné des techniques de fabrication avancées, l’imagerie, l’analyse des mégadonnées et la microfluidique haute densité. Il ouvre la voie à de futures études au LLNL pour des applications de sécurité bionationale impliquant la caractérisation à haut débit de biomolécules telles que les tissus, les échantillons de sol et la biomasse dans leur état d’origine.
La technologie de la ressource d’imagerie BSISB du Berkeley Lab permet aux chercheurs d’analyser les longueurs d’onde infrarouges et de caractériser les processus biochimiques à la fois dans le lieu et dans le temps.
« Cela a en fait confirmé une grande partie de ce que nous pensions voir, ce qui est très excitant », a déclaré Jeoh.
Plus d’information:
Tina Jeoh et al, Dynamique spatio-temporelle de la cellulose lors de l’hydrolyse enzymatique étudiée par spectromicroscopie infrarouge, Chimie verte (2023). DOI : 10.1039/D3GC03279E