Science durable : des professeurs de BYU utilisent des bactéries spéciales pour transformer les déchets en énergie renouvelable

Depuis des années, les installations agricoles de tout le pays utilisent des digesteurs anaérobies pour convertir le fumier de vache en énergie renouvelable. Cependant, ces digesteurs ont été limités à un rendement modeste de 30 à 40 %. Aujourd’hui, des recherches révolutionnaires menées par une équipe de professeurs de BYU révolutionnent le processus, le rendant plus rapide et plus efficace que jamais grâce au prétraitement des déchets avec une bactérie spéciale.

Les professeurs de BYU ont créé un prétraitement des déchets pour améliorer l’extraction chimique qui échappe généralement aux digesteurs anaérobies. Leur conception innovante convertit les déchets en une soupe boueuse de petites molécules en chaîne, qui est ensuite pompée dans les digesteurs existants pour produire du gaz naturel utilisable. Le processus augmente considérablement l’efficacité de capture du méthane, de 80 à 85 %, réalisant ainsi la transformation en moins de la moitié du temps. Au lieu des 30 à 45 jours habituels, les déchets prétraités, y compris les déchets végétaux difficiles, ne nécessitent qu'un à deux jours de prétraitement et cinq à sept jours dans un digesteur ordinaire pour une décomposition complète.

"Nous avons pu apporter une amélioration substantielle à une technologie existante qui, je pense, va bénir le monde", a déclaré Jaron Hansen, professeur de chimie et de biochimie à BYU, co-auteur de l'étude. « Nous étions motivés parce que nous devons être de bons gestionnaires de la Terre. » L’ingrédient secret du prétraitement ? Une combinaison de bactéries et d’archées qui prospèrent dans les environnements les plus extrêmes de la planète. Les hyperthermophiles survivent mieux à des températures allant de 170 à 230 degrés Fahrenheit. Avec des températures aussi élevées, l’un des hyperthermophiles qui initie le prétraitement des déchets ne se trouve que dans les sources chaudes russes. Ces micro-organismes existent depuis des milliers d’années, mais ils sont depuis peu reconnus comme agents de traitement des déchets.

La mise en œuvre de cette technologie de prétraitement des déchets n’est pas aussi simple qu’il y paraît. "Ce n'est pas aussi simple que de simplement mélanger quelques bactéries et de les jeter dans un grand réservoir", a déclaré Zach Aanderud, professeur de sciences végétales et fauniques à BYU, co-auteur de l'article. « Nous utilisons beaucoup de chimie, de génétique et de séquençage. Il s'agit vraiment de comprendre comment les petites choses que nous ne pouvons pas voir ont un impact énorme sur notre vie et sur l'environnement.

Les déchets génèrent naturellement du méthane lorsqu’ils sont conservés dans des bassins de rétention ou jetés dans des décharges, contribuant ainsi aux émissions de gaz à effet de serre. En capturant ces déchets de méthane et en les utilisant pour alimenter les habitations, cette technologie réutilise le méthane déjà rejeté dans l’environnement. C'est un moyen idéal pour éliminer les déchets – et l'odeur qui les accompagne – de manière ingénieuse.

"Pour l'avenir, je vois cela comme un énorme avantage", a déclaré Aanderud. « Nous réduisons la quantité de déchets créés par une population toujours croissante et nous produisons de l’énergie renouvelable que nous pouvons utiliser directement. »

Aanderud a déclaré que les énergies renouvelables peuvent aider le monde à moins dépendre des combustibles fossiles et de la fracturation hydraulique, d'autres sources d'émissions de gaz à effet de serre. Le nettoyage des déchets empêchera également la contamination de l’eau par des déversements toxiques.

Le processus breveté de prétraitement des déchets de BYU donne déjà des résultats prometteurs dans des applications réelles. Les fermes laitières de l'Indiana et du Wisconsin ont déjà mis en œuvre le prétraitement dans leurs opérations quotidiennes, chacune produisant suffisamment d'énergie pour alimenter une petite ville. De grandes sociétés d'ingénierie comme Jacobs et Aqua Engineering utilisent cette conception brevetée pour convertir les déchets municipaux en gaz naturel, contribuant ainsi à la production d'énergie durable.

Autre avantage : la nouvelle technologie de pré-digestion ne nécessite aucune infrastructure nouvelle ou coûteuse. Les scientifiques peuvent utiliser les réservoirs existants pour capturer le méthane, en le canalisant directement dans les conduites qui transportent le gaz naturel dans les maisons.

Les professeurs Hansen et Aanderud de BYU travaillent sur ce projet depuis plus de sept ans avec l'aide de plus de 30 étudiants de premier cycle et de trois étudiants des cycles supérieurs. Leurs résultats ont été publiés en 2021 et ont fait la couverture du prestigieux Biofuel Research Journal. Depuis, le groupe travaille à améliorer leur conception.