Le CO2 : source de carbone durable et économique en biotechnologie

Le CO₂ constitue une source de carbone renouvelable de choix. Toutefois les applications biotechnologiques industrielles restent encore limitées à ce jour.

Utiliser des sources de carbone renouvelable pour produire des composés chimiques d’intérêt, tout en diminuant l’utilisation de ressources fossiles, génératrices de gaz à effet de serre, et ce, de manière économique, a été au cœur du développement des biotechnologies industrielles et de la chimie du renouvelable. Après avoir utilisé des biomasses de première génération comme les sucres et les lipides, l’industrie développe aujourd’hui des procédés dits de seconde génération, utilisant des matières premières plus durables comme les sucres cellulosiques ou les déchets ménagers.

, des développements ayant déjà lieu dans le domaine des microalgues, notamment pour la production de produits de spécialités. Le CO

est notamment particulièrement intéressant dans le domaine de la biologie industrielle du fait que son utilisation n’entre pas en compétition avec un usage alimentaire et n’entraine pas de réallocations des usages de certaines surfaces agricoles. Malheureusement, la transformation deCO

en produit d’intérêt est mal maitrisée et offre encore un spectre très limité de solutions industrielles dans un marché de la chimie biosourcée aujourd’hui supérieur à 100 milliards de dollars. Deux grands types de technologies se disputent cette opportunité :

• Les procédés de fermentation utilisant le CO₂ comme source de carbone qui sont développés par plusieurs sociétés et qui reposent sur l’industrialisation de microorganismes naturellement capables de capter le CO₂ (micro algues, archéobactéries, certaines bactéries exotiques). Malheureusement, ces microorganismes sont souvent peu adaptés à une utilisation industrielle du fait de performances faibles, de stabilité limitée et de non adéquation avec les contraintes d’une fermentation industrielle. Beaucoup de sociétés ont tenté de mettre à profit la photosynthèse et en particulier certaines microalgues capables de produire de grandes quantités d’huile pour développer des biocarburants. Si certaines ont montré la pertinence d’une telle approche pour la production de spécialités (comme des acides gras spécifiques), aucune n’a réussi à prouver sa rentabilité dans des applications à faibles marges comme les biocarburants. C’est le cas d’entreprises comme Algenol ou Cellana aux USA. D’autres utilisent des microorganismes exotiques utilisant des voies alternatives pour capter le CO₂, c’est le cas de Kiverdi, Electrochaea ou encore Lanza Tech, la plus avancée d’entre elles. Cette dernière transforme un mélange de CO₂ de CO et d’hydrogène (le syngas) pour produire de l’éthanol et construit actuellement ses deux premières unités commerciales en collaboration avec Arcelor Mittal en Belgique et Baosteel en Chine. EnobraQ de son côté développe un procédé fermentaire utilisant du CO₂ comme source de carbone pour la production de précurseurs de synthèses organiques et de polymérisation.
• Les procédés de transformations chimiques du CO₂ qui sont très performants lorsque le CO₂ n’est pas la seule source de carbone (comme pour la production de polyuréthane par exemple) mais limités sinon à la production de molécules à faible valeur ajoutée comportant des chaines carbonées courte (C1 et C2) comme le méthanol.

Sources bibliographiques :

• Bar-Even, A., Noor, E., Lewis, N.E., and Milo, R. (2010). Design and analysis of synthetic carbon fixation pathways. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 8889–8894.
• Kiyota, H., Okuda, Y., Ito, M., Hirai, M.Y., and Ikeuchi, M. (2014). Engineering of cyanobacteria for the photosynthetic production of limonene from CO₂. J. Biotechnol. 185, 1–7.
• Li, H., Opgenorth, P.H., Wernick, D.G., Rogers, S., Wu, T.-Y., Higashide, W., Malati, P., Huo, Y.-X., Cho, K.M., and Liao, J.C. (2012). Integrated electromicrobial conversion of CO₂ to higher alcohols. Science 335, 1596.