Une nouvelle chimie verte extrait des composés précieux des déchets végétaux
Environ 98 % de la lignine, sous-produit de la sylviculture, est jetée, mais une nouvelle enzyme pourrait permettre d'extraire des molécules de grande valeur de ces déchets grâce à une approche de chimie verte.
L'enzyme nouvellement identifiée est mise en évidence en rose.
University of Adelaide
Ces molécules sont les éléments constitutifs de composés tels que les parfums, les arômes, les carburants et les produits thérapeutiques, transformant ainsi un flux de déchets en une ressource précieuse.
"Les procédés chimiques traditionnels de synthèse de ces types de produits chimiques reposent sur des composés de départ à base de pétrole et des catalyseurs à base de métaux lourds, ce qui en fait des procédés non renouvelables et intrinsèquement toxiques", explique le Dr Fiona Whelan, spécialiste de la microscopie cryogénique à Adelaide Microscopy, à l'université d'Adélaïde, dont l'étude a été publiée dans la revue Nature Communications.
Cette nouvelle méthode de traitement catalytique soutiendra le développement d'autres "usines à enzymes" ou bioraffineries de chimie verte pour transformer la lignine et d'autres flux de déchets biologiques en un précieux réservoir de produits chimiques fins.
La lignine est le nom donné aux polymères durs qui servent de support mécanique dans les bois durs et les bois tendres ; c'est l'un des polymères les plus abondants sur Terre.
L'agriculture et la sylviculture amassent environ 100 millions de tonnes de déchets de lignine par an, mais ces déchets pourraient être détournés pour devenir une matière première renouvelable et durable prometteuse pour les produits chimiques actuellement obtenus à partir de combustibles fossiles.
"Les stratégies d'utilisation de la lignine impliquent une combinaison de processus chimiques et biologiques", explique le professeur associé Stephen Bell, de l'école de physique, de chimie et des sciences de la terre de l'université.
"Des températures et des pressions élevées, des acides puissants et des solvants toxiques sont utilisés pour briser les polymères contenus dans le flux de déchets.
Les composés précieux piégés dans les déchets sont ensuite extraits et soumis à un traitement chimique supplémentaire à des températures supérieures à 400 °C pour "valoriser" la lignine. Ces procédés sont coûteux et néfastes pour l'environnement".
La lignine de bois dur contient deux composants chimiques clés qui doivent être transformés en composés utiles.
Les chercheurs avaient déjà découvert une enzyme qui pouvait être utilisée pour décomposer l'un de ces composés, que l'on trouve également dans le bois tendre, mais aucun processus de décomposition biologique n'avait été identifié pour utiliser le second composé plus complexe du bois dur, qui représente environ 50 % des déchets.
"La décomposition biologique de la lignine se produit dans un quorum microbien complexe, avec des enzymes fongiques qui décomposent probablement les polymères durs, et des bactéries qui prennent les petits composés non réactifs et les transforment pour obtenir de l'énergie métabolique", a déclaré le Dr Whelan.
"En nous tournant vers le règne microbien, nous avons découvert qu'une bactérie du sol, Amycolatopsis thermoflava, contient des enzymes capables de traiter les molécules de lignine à peu de frais, en utilisant le peroxyde d'hydrogène comme moteur de la réaction, ce qui rend la valorisation beaucoup moins nocive pour l'environnement".
L'équipe de recherche a utilisé cette nouvelle enzyme comme modèle pour adapter l'activité du peroxyde d'hydrogène à d'autres enzymes afin de mettre au point les approches de chimie verte du futur pour la production de produits chimiques de grande valeur utilisés dans les industries des arômes, des parfums et de la chimie médicinale.
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