La technologie de la bioconversion apparaît comme une solution prometteuse pour défossiliser les industries, en particulier pour la production de plastiques et le recyclage du CO2.
Cependant, le carbone biogénique se présente souvent dans une matrice complexe, c’est-à-dire sous forme de longs polymères (cellulose, amidon, lignine, etc.) avec des contraintes mécaniques et aux côtés d'autres hétéroatomes (O, S, Cl, etc.). Les deux sont difficiles à gérer pour les processus catalytiques conventionnels, conçus pour des produits pétroliers stables et conduisant donc souvent à des surcoûts de prétraitement et de purification.
La bioconversion, qui utilise des organismes entiers, des enzymes isolées, etc., offre une voie intéressante en raison de sa sélectivité, de ses conditions de fonctionnement douces, de sa non-dépendance vis-à-vis des métaux rares, de sa biodégradabilité, etc. En outre, les connaissances dans ce domaine ont connu un développement rapide grâce à la découverte récente d'outils génomiques et à l'exploitation de la science des données. Il reste cependant des défis à relever, notamment une activité plus faible et la question de l'acceptation sociale.
Multiplication des projets commerciaux et des investissements : Des entreprises comme LanzaTech, Carbios et Danimer Scientific ont lancé des projets à l'échelle commerciale, ce qui témoigne du passage de la recherche à la mise en œuvre sur le marché.
Des investissements substantiels de la part des gouvernements et des entités privées soutiennent l'expansion des technologies de bioconversion, tels que les subventions pour la biologique industrielle et le capital-risque pour les start-ups.
Soutien politique et réglementation : Les gouvernements adoptent des réglementations visant à réduire la pollution plastique (par exemple, l'interdiction des plastiques à usage unique) et les émissions de carbone, ce qui favorise indirectement les technologies de bioconversion.
La demande du marché en matière de durabilité : Les consommateurs et les industries sont de plus en plus demandeurs de plastiques biodégradables et de carburants à faible teneur en carbone, ce qui favorise l'adoption de produits issus de la bioconversion. Des entreprises telles que Unilever, PepsiCo et L'Oréal s'associent à des entreprises de bioconversion pour atteindre leurs objectifs en matière de développement durable.
Progrès technologiques : Les progrès considérables réalisés dans les domaines de la biologie synthétique, de l'ingénierie enzymatique et des technologies de fermentation ont rendu la bioconversion plus efficace, plus évolutive et plus compétitive sur le plan des coûts. Des innovations, telles que l'ingénierie microbienne basée sur CRISPR, permettent le développement de biocatalyseurs hautement spécialisés et efficaces.
La méthode biologique s'appuie sur des organismes vivants ou des enzymes pour transformer les composés carbonés en carburants et en produits chimiques et pour recycler les plastiques.
Les approches innovantes en matière de production de carburants et de produits chimiques, telles que la fermentation microbienne et l'intégration de la biomasse et des plastiques recyclés, gagnent du terrain pour réduire les émissions de carbone et faciliter la transition vers l'énergie durable.
La fermentation microbienne utilise des micro-organismes pour convertir le CO2 et le CO en biocarburants et en produits chimiques, avec des projets tels que LanzaTech et Electrochaea qui illustrent son potentiel.
Les chercheurs développent également des raffineries qui traitent la biomasse et les plastiques recyclés, dans le but de réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles et de parvenir à des émissions nettes nulles. Ces avancées devraient transformer la production de carburants et de produits chimiques et favoriser un avenir durable et respectueux de l'environnement [Voir notre article sur La raffinerie du futur]
L'impact environnemental croissant des déchets plastiques a stimulé la recherche de méthodes de recyclage innovantes. La dégradation microbienne et le recyclage enzymatique sont deux approches prometteuses qui offrent des solutions durables pour la gestion des déchets plastiques.
Dégradation microbienne des plastiques : Certaines bactéries et certains champignons ont été identifiés comme étant capables de dégrader des plastiques tels que le PET et le polystyrène. Par exemple, la bactérie Ideonella sakaiensis peut décomposer le PET en ses monomères constitutifs, offrant ainsi une voie biologique pour le recyclage des plastiques.
Recyclage enzymatique de Samsara Eco : Samsara Eco a mis au point des enzymes capables de décomposer divers plastiques, y compris le nylon, ce qui permet de recycler indéfiniment les plastiques mixtes. Cette innovation permet de relever des défis importants dans l'industrie du recyclage, en particulier pour les matériaux complexes utilisés dans les secteurs de la mode et de l'automobile.
| Avantages | Défis |
| Avantages pour l'environnement : Ce processus permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d'atténuer le changement climatique en convertissant le CO2 en produits utiles. | Intégration du système : L'intégration des systèmes biologiques dans les processus industriels existants et l'optimisation de la conception des bioréacteurs sont des tâches complexes. |
| Durabilité : L'utilisation de systèmes biologiques renouvelables, tels que des bactéries, des champignons, des algues ou des enzymes, pour convertir le CO2 en fait une alternative durable aux procédés chimiques traditionnels. | Évolutivité : La transposition des succès obtenus en laboratoire à l'échelle industrielle peut s'avérer difficile en raison des différences de conditions et de la nécessité d'obtenir des performances constantes. |
| Valeur économique : La conversion du CO2 en produits à valeur ajoutée, tels que les biocarburants, les produits chimiques et les matériaux, peut créer de nouvelles sources de revenus et réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles. | Viabilité économique : Les coûts associés au développement et à l'entretien des systèmes de bioconversion peuvent être élevés, ce qui a un impact sur leur faisabilité économique. |
| Efficacité énergétique : Les procédés de bioconversion fonctionnent souvent dans des conditions plus douces que les méthodes traditionnelles, ce qui peut réduire la consommation d'énergie et les coûts. | |
| Flexibilité : Ces procédés peuvent traiter différentes concentrations de CO2 et impuretés, ce qui les rend adaptables à différentes applications industrielles. |
La technologie de la bioconversion apparaît comme une solution prometteuse pour défossiliser les industries, en particulier pour la production de plastiques et le recyclage du CO2. Sa mise en œuvre soulève toutefois d'importantes questions sociales qui doivent être abordées pour assurer une transition durable.
Selon les experts et les acteurs environnementaux, la bioconversion est perçue positivement dans le contexte des stratégies de défossilisation des plastiques, bien que des inquiétudes subsistent quant à son évolutivité. Alors que l'électrocatalyse est connue pour sa forte consommation d'énergie, la biocatalyse offre une alternative plus économe en énergie, fonctionnant efficacement dans des conditions douces. Des défis subsistent toutefois, notamment en ce qui concerne les coûts de production et la stabilité des enzymes nécessaires aux applications à grande échelle. Outre la production de plastiques durables, les technologies de bioconversion peuvent faciliter le recyclage des déchets plastiques et la production de biocarburants à faible teneur en carbone. Ces services secondaires augmentent la valeur globale de la bioconversion, contribuant ainsi à une économie circulaire.
Les chercheurs anticipent que l'utilisation du génie génétique pour produire des biocarburants de quatrième génération pourrait donner lieu à des controverses similaires à celles observées dans les domaines de l'agriculture et de la médecine. Ils préconisent des systèmes de production fermés avec des normes de sécurité élevées pour limiter les risques de contamination.
La disponibilité de la biomasse, cruciale pour les processus de bioconversion, constitue une préoccupation majeure. En France, par exemple, certaines projections indiquent que d'ici 2050, la demande de biomasse pourrait dépasser l'offre, ce qui aurait plusieurs conséquences.
L'allocation des ressources en biomasse est une question cruciale, sachant que la biomasse est utilisée à différentes fins en dehors de la production de combustibles liquides, notamment pour l'alimentation, les biofertilisants, les matériaux et l'énergie. Dans un contexte de biomasse limitée, il est essentiel d'établir des priorités. Ainsi, l'Allemagne a été confrontée à d'importants débats sur l'utilisation des biocarburants, conciliant sécurité alimentaire, objectifs climatiques et indépendance énergétique.
La stratégie nationale française de mobilisation de la biomasse (2018) indique que la production de carburants liquides occupe la cinquième place dans les priorités d'allocation des ressources, derrière l'alimentation, les biofertilisants, les matériaux et les molécules. Cette hiérarchie souligne la nécessité de prendre soigneusement en compte les contextes locaux et les caractéristiques spécifiques des différents types de biomasse. Ainsi, certains types d'herbe, comme le miscanthus, peuvent être utilisés plus efficacement comme combustibles liquides que comme matériaux.
Compte tenu de ces priorités, il est urgent de mieux connaître et comprendre la demande future de biomasse dans les différents secteurs. Il s'agit notamment d'évaluer les solutions de remplacement pour la défossilisation, leur coût et leur maturité technologique. De plus, la collaboration entre les parties prenantes est cruciale, car les décisions de priorisation dépendent fortement du contexte local.
Pour en savoir plus sur la bioconversion du carbone, téléchargez le Rapport 2025 d'ENGIE sur les Technologies Emergentes Durables.
> Télécharger le Rapport 2025 sur les Technologies Emergentes Durables (en anglais) <
