La conversion de la biomasse en gaz de synthèse permettrait d'exploiter l'énergie du bois sans combustion directe. Elle consiste à gazéifier par pyrolyse la matière organique. Le gaz résultant contient des gaz valorisables (CH4 et CO), ainsi que de nombreuses impuretés (CO2, H2S, etc.) qu'il faut éliminer, notamment par réduction de CO2 (en CO) ou oxydation de CO (en CO2).
Dans ce contexte, les biocatalyseurs de la réduction du CO2 présentent l'avantage d'être hautement sélectifs et efficaces en conditions douces (température et pression ambiantes, solvants aqueux). Ils souffrent cependant d'un manque de stabilité et du coût élevé de la production d'enzymes à grande échelle. C'est en particulier le cas du principal biocatalyseur activant des petites molécules comme CO et CO2 : la « CO déshydrogénase » (CODH).
La CODH a la particularité d'avoir pour site actif un centre multi-métallique NiFe4S4 dont la biosynthèse nécessite une machinerie multi-protéique spécifique, au fonctionnement encore mal connu.
Or, dans de précédents travaux, des chercheurs de l'Irig ont mis au point un système de production de la CODH qui utilise le gène d'une bactérie capable de métaboliser le CO (Rhodospirillum rubrum) exprimé dans la bactérie Escherichia coli. Leur procédé permet de produire une enzyme aussi stable et active qu'une CODH naturelle en une seule étape de purification.
Les scientifiques vont aujourd'hui encore plus loin en immobilisant la CODH recombinante sur des nanotubes de carbone fonctionnalisés. Ils construisent ainsi un système bio-électro-catalytique stable pendant plusieurs heures, qui leur permet de réaliser l'inter-conversion de CO2 en CO et vice versa. Ils obtiennent des densités de courant de 4,2 mA.cm-2 pour la réduction du CO2 et de 1,5 mA.cm-2 pour l'oxydation du CO.
Les performances de ce dispositif soutiennent la comparaison avec celles des procédés électrochimiques de réduction du CO2 utilisant des catalyseurs moléculaires. Avec l'avantage supplémentaire de fonctionner de façon réversible, en conditions douces et avec de très faibles surtensions.
Ces travaux soutenus par le Labex Arcane ont été réalisés en collaboration avec des chercheurs d'Aix Marseille Université et de l'Université Grenoble Alpes.