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Hydrogène d'algues
Les algues sont une source prometteuse de biocarburants : en plus d'être faciles à cultiver et à manipuler, certaines variétés sont riches en huile similaire à celle produite par le soja. Les algues produisent également un autre carburant : l'hydrogène. Ils produisent naturellement une petite quantité d'hydrogène pendant la photosynthèse, mais Anastasios Melis , professeur de biologie végétale et microbienne à l'Université de Californie à Berkeley, estime que les versions génétiquement modifiées des minuscules organismes verts ont de bonnes chances d'être une source viable d'hydrogène.
Pouvoir des algues : Alors que les algues vertes ordinaires absorbent la majeure partie de la lumière qui tombe sur elles (à droite), les algues conçues pour avoir moins de chlorophylle laissent passer un peu de lumière (à gauche). Lorsqu'elles sont cultivées dans de grands bioréacteurs ouverts dans des cultures denses, les algues déficientes en chlorophylle laisseront la lumière du soleil pénétrer dans les couches d'algues plus profondes et ainsi utiliser la lumière du soleil plus efficacement.
Melis a créé des algues mutantes qui utilisent mieux la lumière du soleil que leurs cousines naturelles. Cela pourrait multiplier par trois l'hydrogène produit par les algues. Cela stimulerait également la production de pétrole par les algues pour les biocarburants.
Cette nouvelle découverte sera importante pour maximiser la production d'hydrogène dans les bioréacteurs commerciaux à grande échelle. Dans un laboratoire, dit Melis, [nous fabriquons] des cultures à faible densité et avons des bouteilles minces pour que la lumière pénètre de tous les côtés. Pour cette raison, les cellules utilisent toute la lumière qui leur tombe dessus. Mais dans un bioréacteur commercial, où des cultures d'algues denses seraient réparties dans des étangs ouverts sous le soleil, les couches supérieures d'algues absorbent toute la lumière du soleil mais ne peuvent en utiliser qu'une fraction.
Melis et ses collègues conçoivent des algues qui ont moins de chlorophylle afin qu'elles absorbent moins la lumière du soleil. Cela signifie que plus de lumière pénètre dans les couches d'algues plus profondes, et finalement, plus de cellules utilisent la lumière du soleil pour produire de l'hydrogène.
Les chercheurs manipulent les gènes qui contrôlent la quantité de chlorophylle dans les chloroplastes des algues, les organes cellulaires qui sont les centres de la photosynthèse. Chaque chloroplaste contient naturellement 600 molécules de chlorophylle. Jusqu'à présent, les chercheurs ont réduit ce nombre de moitié. Ils prévoient de réduire encore la taille, à 130 molécules de chlorophylle. À ce stade, les cultures denses d'algues dans de grands bioréacteurs produiraient trois fois plus d'hydrogène qu'elles n'en produisent actuellement, dit Melis.
Si vous pouvez augmenter la productivité en éclaircissant la [chlorophylle], cela affectera tout produit que vous fabriquez, dit Rolf Mehlhorn , technologue en énergie au Lawrence Berkeley National Laboratory. Les algues qui utilisent plus efficacement la lumière du soleil produiraient plus de pétrole, dit-il. Des startups telles que Solix Biofuels, basée à Fort Collins, CO, et LiveFuels, basée à Menlo Park, Californie, tentent d'extraire le pétrole des algues ; le pétrole peut être raffiné pour faire du diesel et du carburéacteur.
Il faut encore au moins cinq ans pour que le procédé soit utilisé pour la production d'hydrogène. Les chercheurs devront d'abord augmenter la capacité des algues à produire de l'hydrogène. Au cours de la photosynthèse normale, les algues se concentrent sur l'utilisation de l'énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose, libérant ainsi de l'oxygène. Seulement environ 3 à 5 pour cent de la photosynthèse conduit à l'hydrogène. Melis estime que, si toute la capacité de la photosynthèse des algues pouvait être dirigée vers la production d'hydrogène, 80 kilogrammes d'hydrogène pourraient être produits commercialement par acre et par jour.
Il n'est peut-être pas possible de convertir 100 pour cent de la photosynthèse des algues en hydrogène. La règle de base est que si nous amenons ce chiffre à 50 pour cent, ce serait économiquement viable, dit Melis. Avec une capacité de 50 pour cent, un acre d'algues pourrait produire 40 kilogrammes d'hydrogène par jour. Cela porterait le coût de production de l'hydrogène à 2,80 $ le kilogramme. A ce prix, l'hydrogène pourrait concurrencer l'essence, puisqu'un kilogramme d'hydrogène équivaut en énergie à un gallon d'essence.
En 2000, Melis, en collaboration avec des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL), a découvert que priver les algues de nutriments soufrés forçait les cellules à produire plus d'hydrogène. Les chercheurs n'ont pu priver les algues de soufre que pendant quelques jours à la fois, mais pendant ce temps, environ 10 pour cent de la capacité photosynthétique des algues ont été consacrées à la fabrication d'hydrogène.
Les chercheurs du NREL progressent dans l'augmentation de l'efficacité de la production d'hydrogène, selon le chercheur principal Michel Seibert . Ils peuvent désormais forcer les algues à produire de l'hydrogène jusqu'à trois mois, au lieu de quelques jours seulement. Seibert s'attend à ce que les algues coupées en chlorophylle de Melis soient utiles lorsque le processus sera transféré dans de grands bioréacteurs. Jusqu'à ce que les chercheurs du NREL testent les algues mutantes, cependant, il dit qu'il est peut-être trop tôt pour le dire.