Des chercheurs mettent au point un procédé permettant de transformer les déchets alimentaires en plastique biodégradable
Selon le ministère américain de l'agriculture, 30 à 40 % des denrées alimentaires du pays sont gaspillées. Cela représente des milliards de livres chaque année qui pourrissent dans les décharges et émettent des gaz à effet de serre tels que le méthane et le dioxyde de carbone. Le plastique s'accumule également dans le monde entier, et la désintégration des bouteilles et des sacs suscite de plus en plus de craintes quant à l'introduction de microplastiques dans nos réserves d'eau et dans notre corps. Imaginez qu'une fraction de nos déchets alimentaires puisse être transformée en plastique biodégradable, ce qui résoudrait deux problèmes et rendrait notre planète plus saine à long terme.
Tianzheng Liu, étudiant en doctorat à Binghamton (à gauche), et Sha Jin, professeur au département d'ingénierie biomédicale, ont mis au point une méthode pour transformer les déchets alimentaires en plastique biodégradable.
Binghamton University, State University of New York
Une équipe de l'université de Binghamton, dans l'État de New York, mène des recherches pionnières sur cette idée et a récemment publié un article dans la revue Bioresource Technology, qui présente des résultats fondamentaux pour toute entreprise souhaitant développer le processus.
Tianzheng Liu, qui obtiendra son doctorat cet automne, a dirigé le projet avec le soutien du professeur Sha Jin et du professeur et président Kaiming Ye du département d'ingénierie biomédicale du Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science de l'université de Binghamton.
"Bioresource Technology est une revue de grande qualité, et le fait qu'elle soit publiée rapidement témoigne de l'importance de cette recherche", a déclaré M. Jin. "Les évaluateurs ont indiqué que le manuscrit présentait une valeur scientifique significative, une nouveauté et une pertinence environnementale.
Mme Jin a commencé à s'intéresser aux déchets alimentaires en 2022, lorsqu'elle a reçu une bourse de l'État de New York pour étudier la question. "Nous pouvons utiliser les déchets alimentaires comme une ressource à convertir en de nombreux produits industriels, et le polymère biodégradable n'est que l'un d'entre eux", a-t-elle déclaré. "Notre objectif est non seulement de valoriser les déchets alimentaires, mais aussi de réduire le coût de fabrication de ce polymère écologique. Il existe également d'autres options, comme la production de biocarburants et de produits biochimiques."
La production actuelle de plastique biodégradable peut être coûteuse car elle repose sur des substrats de sucre raffiné et des cultures pures de micro-organismes. Dans le cadre de cette recherche, l'équipe de Binghamton a nourri des bactéries Cupriavidus necator avec de l'acide lactique fermenté à partir de déchets alimentaires (qui ont servi de source de carbone nécessaire) et du sulfate d'ammonium supplémentaire (comme source d'azote).
Les bactéries synthétisent du plastique polyhydroxyalcanoate (PHA) pour stocker le carbone et l'énergie. Environ 90 % du PHA produit par les bactéries peut être récolté et transformé en emballages biodégradables et autres produits.
Avant de participer à ce projet, l'expérience biomédicale de Liu était centrée sur la recherche sur les cellules souches, de sorte que trouver les bons éléments dans les bonnes proportions pour réussir s'est avéré "plein de défis".
"La bioconversion des déchets alimentaires en acides organiques était relativement facile. La culture des bactéries productrices de plastique a été difficile, car au début je n'avais pas d'expérience de la fermentation bactérienne pour la production de biopolymères", a-t-il déclaré. "À chaque étape, j'avais l'impression que quelque chose n'était pas ce à quoi je m'attendais.
Jin est reconnaissant à Sodexo et aux services de restauration de l'université de Binghamton d'avoir fourni les déchets alimentaires utilisés pour les expériences.
"J'ai parlé au responsable du développement durable de l'université et j'ai appris que SUNY n'autorisait pas la mise en décharge des déchets alimentaires - c'est la politique", explique-t-elle. "Chaque campus doit résoudre le problème. À Binghamton, les réfectoires donnent les aliments gaspillés aux agriculteurs pour nourrir leur bétail. J'ai pensé que nous pourrions peut-être essayer de convertir directement ces déchets alimentaires en plastiques biodégradables. Il y avait peu d'informations dans les publications de recherche sur la faisabilité de cette idée, alors nous avons pensé que c'était peut-être la lacune sur laquelle nous pouvions travailler".
L'équipe de Binghamton a répondu à quelques questions cruciales pour le processus de transformation des aliments en plastique. Par exemple, les déchets alimentaires peuvent être stockés pendant au moins une semaine sans effets néfastes sur le processus de bioconversion, ce qui offre une certaine souplesse pour la collecte à l'échelle industrielle. L'équipe a également déterminé si la bioconversion dépendait d'un type d'aliment spécifique et comment traiter les différents types de déchets qu'un centre de collecte recevrait.
"Nous avons découvert que le processus est très robuste, tant que les différents types d'aliments sont mélangés dans les mêmes proportions", a déclaré M. Jin. "Nous contrôlons la température et le pH pendant la fermentation, et ces conditions favorisent la croissance des bactéries productrices d'acides organiques.
Elle a même des projets pour le résidu solide issu du processus de fermentation. Il ressemble à une pâte, et l'équipe le transforme en engrais organique, ce qui constitue une meilleure alternative au mélange chimique standard.
Pour la prochaine étape, Jin aimerait développer le processus afin de s'assurer qu'il continue à fonctionner comme prévu avec l'augmentation de la production de plastique. Pour ce faire, il devra rechercher d'autres subventions ou s'associer à un partenaire industriel.
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