La capture et l’utilisation du carbone, micro-organismes et fermentation : un trio adapté aux défis alimentaires de demain ?

Comment nourrir le monde de demain ?

capture et stockage du carbone, micro-organismes et fermentation : un trio adapté aux défis alimentaires de demain?

 

Selon le World Resource Institute, nous devrons nourrir 10 milliards de personnes d’ici 2050. Pour ce faire, la production alimentaire devra être augmentée de 56 %, ce qui pourrait nécessiter une expansion des terres cultivées équivalente à deux fois la taille de l’Inde.  

Or, nous savons qu’une telle expansion des terres agricoles se ferait au détriment des écosystèmes naturels, qui fournissent des services essentiels tels que la régulation du climat et de l’eau, la stabilisation des sols, la biodiversité et la capture du CO2 (voir l’article Microorganismes & changement climatique – TrendsMag). 

Dans le même temps, il est urgent de réduire considérablement nos émissions de gaz à effet de serre avant 2050 si nous voulons limiter au maximum le réchauffement de la planète. 

L’agriculture est un moyen durable et essentiel de produire de l’alimentation humaine, mais son expansion est limitée par la nécessité de ne pas utiliser davantage de terres pour lutter contre le réchauffement climatique. En effet, la destruction des forêts critiques comme celles présentes au Brésil, en Indonésie ou en Afrique, véritables puits de carbone naturels, se ferait au détriment des émissions de gaz à effet de serre. 

Pour relever les défis alimentaires et climatiques de demain, nous devons trouver des solutions complémentaires. 

Un des leviers d’action: la capture et le stockage du carbone

L’une des méthodes clés de demain pourrait être le CCU (Carbon Capture and Use), c’est-à-dire la capture et l’utilisation du CO2 présent dans l’atmosphère, la mer ou les effluents industriels. Le recyclage du CO2 en produits à valeur ajoutée représente une réelle opportunité de s’attaquer aux problèmes environnementaux et de parvenir à une économie circulaire. 

La CCU pourrait permettre de créer des alternatives durables aux composés fossiles à base de carbone dont notre société dépend actuellement. Les combustibles fossiles sont principalement utilisés à des fins énergétiques, mais ils constituent également une source de carbone essentielle qui est massivement utilisée dans la production de composés chimiques et de matériaux de construction utilisés dans notre vie quotidienne. Le développement d’une industrie basée sur la CCU pourrait offrir un moyen de maintenir notre qualité de vie actuelle sans dépendre de l’extraction pétrolière. 

Qu’est-ce que la capture et l’utilisation du carbone ?

capture et stockage du carbone : un levier d'action

La CCU consiste à s’attaquer à la principale cause du changement climatique : CO2. Ce gaz à effet de serre peut être capturé puis transformé en molécules de carbone plus complexes pour servir de source de carbone ou d’énergie. 

Cependant, les molécules de CO2 sont des molécules stables et nécessitent donc un apport significatif d’énergie pour être transformées. Cette énergie est généralement fournie sous forme de chaleur, d’électricité et/ou de lumière. Un catalyseur est généralement utilisé pour abaisser la barrière énergétique et accélérer la réaction. 

À l’heure actuelle, la CCU est principalement développée pour les industries à forte émission de carbone, telles que la production de ciment, la sidérurgie, le transport maritime et l’aviation. Toutefois, à mesure que la technologie progresse, des secteurs à plus faible intensité de carbone, tels que les produits pharmaceutiques et la production alimentaire, pourraient bientôt en bénéficier.  

La capture et l’utilisation du carbone et potentiel des micro-organismes : deux leviers pour l’avenir de la production alimentaire

La transformation du CO2 en molécules carbonées intéressantes dans un état plus riche en énergie est basée sur la réduction du carbone par la formation de liaisons carbone-carbone, carbone-azote ou carbone-hydrogène, en utilisant de l’énergie et souvent des catalyseurs (fer, cobalt, métaux non précieux). 

Traditionnellement, le processus de conversion du CO2 fait appel à des procédés chimiques et biochimiques. Les stratégies envisagées peuvent faire appel à un large éventail de techniques, notamment la synthèse organique par carboxylation, l’hydrogénation, l’électrochimie et la thermochimie.  

Parallèlement, l’intégration de systèmes biologiques, en particulier de micro-organismes, offre un nouveau moyen écologique d’améliorer l’efficacité et l’applicabilité des technologies CCU. 

Les scientifiques sont particulièrement intéressés par la conception de méthodes innovantes pour fixer le CO2 à l’aide d’usines cellulaires microbiennes, capables de synthétiser des précurseurs de substrats cruciaux ayant la capacité inhérente de servir de substrats de biofabrication dans de nombreux processus. Ces usines microbiennes offrent également une alternative respectueuse de l’environnement aux procédures industrielles conventionnelles. Les technologies électrochimiques microbiennes (MET) sont particulièrement intéressantes car elles exploitent les interactions entre les micro-organismes et les électrodes pour convertir l’énergie chimique des composés organiques en électricité ou pour produire des composés chimiques utiles. 

L’électrosynthèse microbienne (MES) est un type de MET qui peut utiliser le CO2 pour produire des produits chimiques et des carburants en utilisant des micro-organismes comme catalyseurs et de l’électricité renouvelable comme source d’énergie. Les dernières recherches suggèrent que cette technique est prometteuse pour la conversion du CO2 en composés carbonés (C1 & C2) ou même en composés multi-carbonés utiles dans le domaine de la nutrition et de la santé humaine et animale.  

Grâce au potentiel des micro-organismes et aux progrès du génie génétique, le CO2 pourrait être considéré comme une matière première à part entière pour la production d’ingrédients alimentaires. Il offre des services complémentaires à l’agriculture, car il ne nécessite pas de terres arables. 

Imiter le processus naturel de fixation du CO2 pour produire des alcools, des lipides ou d’autres matières organiques pourrait potentiellement révolutionner le secteur alimentaire, remodeler la bioéconomie, préserver la biodiversité et minimiser l’empreinte carbone. 

 

le potentiel de la capture et stockage du carbone alliée au pouvoir des micro-organismes

Légende : En remplacement des procédés chimiques, l’électrolyse microbienne ou la fermentation gazeuse, alimentée par de l’électricité renouvelable, peut être utilisée pour convertir le CO2 en un substrat consommé lors de la fermentation de micro-organismes dans un bioréacteur, produisant finalement de la biomasse microbienne ou des composés d’intérêt.  

Nouvelle application de la capture et utilisation du carbone

Aujourd’hui, le domaine du CCU est encore émergent, de nouvelles entreprises et de nouveaux chercheurs lui trouvant des applications chaque année. Certaines sont déjà bien avancées, avec des entreprises telles que Lanzatech, qui fournit du carburant d’avion fabriqué à partir de carbone capturé, Carbon Cure, qui piège le carbone dans les matériaux de construction, et le consortium Flue2Chem, qui travaille au remplacement des agents de nettoyage traditionnellement fabriqués à partir du pétrole. 

D’autres entreprises soucieuses de développer la circularité et la durabilité de leurs processus et/ou de préserver les ressources agricoles adoptent le CCU.  

Coca-Cola, par exemple, a commencé à utiliser le CO2 capturé pour gazéifier certaines de ses marques d’eau gazeuse. De nombreuses start-up apparaissent dans la production alimentaire, comme SolarFoods, qui propose des protéines, ou Circe, qui conçoit une nouvelle façon de produire des lipides, toutes deux exploitant cette combinaison de micro-organismes et de CCU. Dans les secteurs pharmaceutique et médical, elle pourrait être utilisée pour produire de l’ectoïne et de l’hydroxyectoïne (1 000-1 200 €/kg). Actuellement, la production microbienne d’ectoïne est basée sur la fermentation du sucre, mais les fabricants espèrent l’étendre à d’autres substrats plus durables et moins coûteux.  

vers de nouvelles application de la capture et stockage du carbone

Les recherches récentes dans le domaine de la CCU révèlent un immense potentiel pour le développement de méthodes de production alimentaire durables et efficaces à l’aide de la fermentation et des micro-organismes.  

En tant qu’entreprise de biotechnologie possédant des connaissances et une expertise approfondies en matière de fermentation, Lesaffre pourrait être l’un des futurs acteurs de la CCU dans l’industrie alimentaire. 

Comment Lesaffre pourrait-il mettre en œuvre la technologie de la capture et l’utilisation du carbone ?

 Pour être produite, la levure a besoin d’une source de nutriments. Cette source de nutriments est généralement un sous-produit agricole qui fournit à la fois du carbone et de l’énergie sous forme de sucre, que nous utilisons pour faire croître et multiplier les micro-organismes. Au cours du processus naturel de fermentation, la levure libère une partie du carbone naturellement fourni sous la forme de CO2 . Pourquoi les producteurs de levure ne devraient-ils pas considérer ce dioxyde de carbone biogénique (produit par le métabolisme de la levure) comme une ressource et non comme un « déchet » ?  

Lesaffre dispose d’une expertise reconnue en matière de fermentation, d’une remarquable collection de micro-organismes et bénéficie d’une capacité de fermentation industrielle à l’échelle mondiale. Les micro-organismes ont un potentiel métabolique très riche qui leur permet de transformer des molécules simples en une large gamme de produits complexes et naturels. Nombre d’entre eux peuvent être cultivés sur des milieux simples. Ainsi, si nous parvenions à produire des sources de nutriments par le biais de la CCU, nous ouvririons de nouvelles voies pour un développement alimentaire durable. 

Pour être pertinents et efficaces, ces nouveaux procédés devront être techniquement réalisables, économiquement viables et offrir des avantages environnementaux et sociaux identiques, voire supérieurs, à ceux des procédés existants. 

Ce défi est complexe et nécessitera de nouveaux partenariats tout au long de la chaîne de valeur, impliquant les fournisseurs de technologies, les fabricants, les utilisateurs finaux, les chercheurs, les décideurs politiques et les consommateurs. Les équipes de RD&I et de gestion opérationnelle de Lesaffre croient fermement au pouvoir de l’intelligence collective et de l’innovation ouverte. C’est pourquoi, en mars dernier, le groupe a lancé un appel à l’innovation pour découvrir de nouvelles pistes d’innovation dans le domaine de la capture et de l’utilisation du carbone (CCU) spécifiquement adaptées à l’industrie alimentaire.  

« Chez Lesaffre, nous nous engageons à explorer des moyens innovants pour aider à relever les défis majeurs auxquels le monde est confronté en matière d’alimentation, de santé et d’environnement. Nous reconnaissons que le défi du changement climatique est immense et nous croyons que la fermentation et les micro-organismes font partie des solutions. Nous sommes convaincus que la collaboration sera la clé pour trouver des solutions. C’est pourquoi, en nous appuyant sur notre expertise en matière de fermentation, nous cherchons à mener des initiatives conjointes et à travailler avec des partenaires de toute l’industrie pour développer des approches innovantes en matière de réduction des émissions de carbone et de production durable. En nous associant à SoScience et aux experts de cet appel à la recherche ouverte, nous affirmons une nouvelle fois notre volonté de travailler ensemble pour mieux nourrir et protéger la planète », déclare Brice-Audren Riché, PDG de Lesaffre. 

Chercheurs, experts et fournisseurs de technologies, si vous êtes intéressés par cette initiative pionnière, n’hésitez pas à soumettre vos propositions via la plateforme d’innovation ouverte dédiée à SoScience (jusqu’au 24 juin), puis après cette date à envoyer un e-mail à l’adresse suivante ComGroupe@lesaffre.com 

Lesaffre lance un appel à projet sur la capture et l'utilisation du carbone

Sources