Université de Tel Aviv : des chercheurs ont développé une super-algue capable de faire face à tous les besoins en énergie
[:fr]En Israël, le Dr Yiftah Yacoby, directeur du laboratoire des énergies renouvelables de l’Ecole des Sciences végétales de l’Université de Tel-Aviv a réussi à concevoir une micro-algue produisant 5 fois plus d’hydrogène, capable de fournir suffisamment d’énergie pour faire fonctionner les voitures et les vélos électriques, voire dans l’avenir, subvenir à tous les besoins énergétiques. Selon les chercheurs, les algues unicellulaires, du type de celles qui se multiplient dans les réservoirs d’eau stagnante, émettent de l’hydrogène pendant toutes les heures de la journée, et constituent une source d’énergie potentielle beaucoup plus importante qu’on ne le supposait jusque-là.
« L’hydrogène est une source d’énergie qui présente d’énormes avantages« , explique le Dr. Yacoby. « Tout d’abord, son contenu énergétique est énorme: 5 kg d’hydrogène suffisent pour faire rouler une voiture sur plus de 500 km, et un vélo électrique n’en consomme que 30 grammes pour plus de 100 kilomètres ! D’autre part, l’hydrogène n’est absolument pas polluant: le fonctionnement d’une pile à combustible alimentée de cette manière ne génère que de la vapeur d’eau et son échappement rejette de l’eau potable !« .
Dès 2015, les entreprises japonaises comme Toyota et Hyundai ont commencé à produire en série des véhicules électriques alimentés par de l’hydrogène gazeux. Des bicyclettes électriques ont été converties à l’hydrogène ; des stations de ravitaillement en hydrogène sont en cours de construction au Japon, en Scandinavie, en Allemagne et en Californie, et les scientifiques du monde entier sont à la recherche de méthodes efficaces et accessibles pour produire de l’hydrogène à grande échelle.
Selon le Dr. Yacoby, les scientifiques savent depuis des années que les micro-algues émettent de l’hydrogène pendant le processus de photosynthèse, mais on pensait jusqu’à présent que la quantité produite était minime, et donc inappropriée à la fourniture d’énergie. « L’hydrogène est produit par l’algue grâce à une enzyme appelée hydrogénase qui se décompose en présence d’oxygène », explique-t-il. « La nuit, les micro-algues ne produisent pas d’oxygène, et créée donc une grande quantité d’hydrogénase. Au lever du jour, avec l’exposition à la lumière du soleil, l’algue produit à la fois de l’oxygène et de l’hydrogène, mais on pensait jusqu’ici que l’oxygène s’accumulant rapidement paralyse l’hydrogénase, stoppant ainsi la production de l’hydrogène. Nous avons décidé de tester cette hypothèse « .
À leur grande surprise, les chercheurs ont constaté que, même à la lumière du jour, alors que la micro-algue produit un grand volume d’oxygène par photosynthèse, elle continue d’émettre une petite quantité d’hydrogène. Ils en ont conclu qu’il existe dans l’algue des zones sans oxygène, dans lesquelles l’hydrogénase peut s’activer. « Par la suite, nous avons découvert qu’il existe dans l’algue des mécanismes qui fonctionnent sans relâche pour éliminer l’oxygène de la cellule, permettant à l’hydrogénase de produire de l’hydrogène en continu, pendant toutes les heures du jour« , explique le chercheur. « Cela signifie que les micro-algues ont un énorme potentiel, jusque là inexploité, de produire du combustible à partir de l’hydrogène« .
Les chercheurs ont ensuite utilisé des technologies connues de génie génétique pour intervenir dans la photosynthèse des micro-algues, et leur faire produire une plus grande quantité d’hydrogénase, au détriment d’autres processus, comme par exemple la production de sucre, pour augmenter sa production d’hydrogène. Ils ont ainsi pu concevoir en laboratoire des micro-algues qui produisent 400% de plus d’hydrogène que les algues d’origine.
« Il y a environ 20 000 ans, l’homme a cessé d’être un chasseur-cueilleur pour se mettre à domestiquer les espèces végétales trouvées dans la nature et à cultiver lui-même ses aliments: ce fut la révolution agricole« , conclut le Dr. Yacoby. « Mais pour l’énergie, nous en sommes resté à la collecte de ce que la nature nous fournit, et à ce jour principalement des combustibles fossiles polluants, qui sont d’ailleurs en baisse rapide« .
« Notre découverte constitue une étape importante vers une nouvelle révolution, qui pourra changer l’avenir de l’humanité: la production d’énergie propre en quantité suffisante pour répondre à tous nos besoins. La micro-algue que nous avons créée en laboratoire possède un potentiel de production de masse de l’hydrogène. Le défi est maintenant de transmettre ses capacités à des micro-algues d’une espèce plus durable, capable de vivre dans la nature. En d’autres termes, l’objectif est de domestiquer des espèces sauvages de micro-algues, tout comme l’homme a domestiqué pour ses besoins le blé sauvage. Nous pourrons alors cultiver ces micro-algues domestiquées, et elle pourront nous fournir de l’hydrogène pour le carburant des véhicules, et par la suite également pour faire fonctionner l’industrie « .
Les autres participants à l’étude sont le Dr. Oded Liran, le Dr. Haviva Eilenberg, la doctorante Rinat Semyatich, et l’étudiant de maitrise Ido Weiner, membres du laboratoire de recherche du Prof. Yacoby. L’étude a été financée par le département des carburants de remplacement du bureau du Premier ministre israélien, dirigé par Eyal Rosner.
Publication dans Plant Physiology et Biotechnology for Biofuel[:en]
Hydrogen photo-production in green algae, catalyzed by the enzyme [FeFe]-hydrogenase (HydA), is considered a promising source of renewable clean energy. Yet, a significant increase in hydrogen production efficiency is necessary for industrial scale-up. We have previously shown that a major challenge to be resolved is the inferior competitiveness of HydA with NADPH production, catalyzed by ferredoxin-NADP+-reductase (FNR). In this work, we explored the in vivo hydrogen production efficiency of Fd-HydA, where the electron donor ferredoxin (Fd) is fused to HydA and expressed in the model organism Chlamydomonas reinhardtii.
We show that once the Fd-HydA fusion gene is expressed in micro-algal cells of C. reinhardtii, the fusion enzyme is able to intercept photosynthetic electrons and use them for efficient hydrogen production, thus supporting the previous observations made in vitro. We found that Fd-HydA has a ~4.5-fold greater photosynthetic hydrogen production rate standardized for hydrogenase amount (PHPRH) than that of the native HydA in vivo. Furthermore, we provide evidence suggesting that the fusion protein is more resistant to oxygen than the native HydA.
The in vivo photosynthetic activity of the Fd-HydA enzyme surpasses that of the native HydA and shows higher oxygen tolerance. Therefore, our results provide a solid platform for further engineering efforts towards efficient hydrogen production in microalgae through the expression of synthetic enzymes.
Publication in Biotechnology for Biofuel[:]
