Conversion du monoxyde de carbone en bioéthanol, cas d'une aciérie.

[ecolami]

Bonsoir,
En lisant Actu-Environnement je trouve cette news qui m'a laissé perplexe: ArcelorMittal veut transformer les gaz issus de la fabrication de l'acier en bioéthanol
En suivant des liens j'arrive sur le site de la société de biotechnologie qui a mis au point cette fermentation.
Le projet est important puisqu'il prévoi la production de 47000tonnes/an de bioéthanol et l'installation coutera 87 millions d'euros. S'il donne satisfaction Arcelor Mittal l'étendra a ses autres usines en Europe et pourrait alors produire 500 000 tonnes/an
Ils ont pensé a profiter de la capacité des bactéries primitives à se nourrir des gaz sortant des sources hydrothermales sous marines et qui présentent des points communs avec certaines émissions de gaz dans l'industrie.

Jusqu'a maintenant je ne connaissais pour les gaz que la production de gaz monomères oléfine (isobutène ou butadiène ou éthylène) à partir de substrats sucrés.
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[invite2e21fee6]

C'est intéressant, via quel mécanise biochimique?

[Amanuensis]

Trouvé ça: http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=23156750

Dans https://en.wikipedia.org/wiki/Clostr...utoethanogenum et https://en.wikipedia.org/wiki/Syngas_fermentation, il est question d'un processus avec H2 en plus de CO. Le premier article (du moins l'abstract) n'indique rien dans un sens ou l'autre pour le H2, juste qu'il n'y a pas de CO2 en entrée.

S'il faut du H2, et selon le rapport H2/CO nécessaire, l'intérêt est plus ou moins grand, il me semble.

Si c'était (je n'en sais rien) 2 CO + 4 H2 -> CH3CH2OH + H2O, ce serait "surtout" une manière de transformer de l'hydrogène en combustible liquide...

[Loupsio]

Si l'aciérie fabrique beaucoup de monoxyde de carbone et que traiter ce composé (toxique) peut permettre de diminuer la part de quantité de nourriture retirée de l'alimentation au profit de la synthèse de bioethanol, ... Pourquoi pas,
mais ArcelorMittal dit beaucoup de choses...

[A voir en vidéo sur Futura]

[ecolami]

La présence de monoxyde de carbone issu d'aciérie m'étonnait et ce lien apporte des réponses https://www.clarke-energy.com/steel-production-gas/
L'important étant que c'est bien le CO qui est employé parce que, les autres gaz sont minoritaires dans une aciérie si j'ai bien compris le texte anglais.
Je trouve vraiment intéressant qu'une bactérie puisse convertir du CO en éthanol parce que dans l'industrie on sait juste produire du méthanol par hydrogénation du CO. Les pouvoirs calorifiques de ces deux alcool sont très différent: 4700 et environ 6000kcal/kg de mémoire.
Cette bactérie est donc capable de produire de l'hydrogène comme intermédiaire et elle ne peut le faire qu'avec de l'eau et du CO et dans des conditions de température douces.
Le plus extraordinaire étant que cette bactérie soit bien plus ancienne que les algues. Et aussi construire une vie basée sur le monoxyde de carbone est surprenant.

[Amanuensis]

Cette bactérie est donc capable de produire de l'hydrogène comme intermédiaire et elle ne peut le faire qu'avec de l'eau et du CO et dans des conditions de température douces.

Qu'est-ce qui permet d'affirmer cela? Des références?

[Boumako]

Bonjour

Pour produire de l'éthanol à partir de CO ou de CO2 il faut forcément apporter de l’énergie, cette même énergie qui est d'ailleurs libérée à la combustion de cet alcool et qui correspond à la nature des liaisons. Il faut arrêter de croire au miracle...

[Loupsio]

Pour produire de l'éthanol à partir de CO ou de CO2 il faut forcément apporter de l’énergie, cette même énergie qui est d'ailleurs libérée à la combustion de cet alcool et qui correspond à la nature des liaisons. Il faut arrêter de croire au miracle...

Il s'agit ici de chimie/microbiologie, pas de physique... l'energie dont tu fais mention est en l'occurence l'ATP, aucune energie a apporter tel que en chauffant ou autre...

[Boumako]

Non, il s'agit de thermodynamique de base : Une modification de liaisons atomiques entraine forcément une différence d’énergie, ici il faut en apporter pour produire de l'éthanol. De la même façon que la masse l’énergie se conserve toujours.
Tu n'as jamais fais de chimie au lycée ?

[Loupsio]

Nan... mais vraiment... nan... .... (ce n'est pas ma réponse a ta question, juste l'expression de mon dépit)
Je ne sais pas ans quel domaine tu es (et je m'excuse platement si tu n'est pas dans un domaine scientifique, et que les sciences sont pour toi un passe temps plus qu'un quelquoncque lien avec ton cursus, dans ce cas là, l'erreur est compréhensible) mais je pourrais te retourner ta question a propos de la biologie

Evidemment qu'il faut de l'energie, comme dis precedemment, il s'agit ici de l'energie fournit par l'ATP (et pour être plus précis, "fournis par l'hydrolyse de l'ATP") pour faire fonctionner les enzymes responsables de la réaction
en l'occurence les liaisons phosphates de l'ATP sont riches en énergie et ce sont elles qui fournissent l'energie a à peu près toutes les réactions cellulaires nécessitant de l'energie (a peu près toutes car il existe aussi notamment le GTP qui parfois sert de ressource energetique)

[Boumako]

J'ai fais très peu de biologie, je suis chimiste de formation, mais là n'est pas le problème : A ton avis d'où viens l’énergie de liaison de l'ATP ? Tu penses qu'elle sort de nulle part ? As tu seulement regardé l’énergie de liaison de la molécule d'éthanol et celle de l'ATP ?
Encore une fois l’énergie vient bien de quelque part. Je te conseille de revoir les bases avant de continuer cette "argumentation" plus loin.

[Loupsio]

de mémoire l'énergie d'une liaison d'ATP est de -38kJ/mol, et je connais mes principes fondamentaux sur la conservation de l'énergie merci beaucoup de l'intérêt porté a mes fondamentaux, mais encore une fois je pourrais te répliquer la même chose a propos de la biologie (revoir les bases avant de continuer, fonctionnement cellulaire, ATP... touça touça)
Je ne dis pas que l'energie sort de nulle part mais que l'energie n'est pas apportée sous forme calorifique, ou autre procédé que tu aurais pu envisagé, elle est apporté sous forme chimique par la dégradation du glucose (notament via la glycolyse, et pour les eucaryotes on peut rajouter le cycle de Krebs) la degradation du glucose couplée a des phénomènesd'oxydo-réduction ("NAD+" /"NADH" + "H+") va permettre la synthese d'ATP a partir d'ADP plus un phosphate inorganique, qui servira de reserve d'energie pour plus tard a la cellule

[Boumako]

Malheureusement la biologie obéit aux mêmes principes fondamentaux, et ceux ci sont incontournables...
Je ne vais pas m'égosiller plus longtemps pour tenter d'inculquer un peu de thermo à un étudiant qui ne veux pas entendre. J’espère que d'autres seront plus patient pour t'aider à combler tes lacunes.

[ecolami]

Sur la page wikipedia un autre clostridium est cité pour avoir des propriétés semblables et on a davantage d'information biologique. http://www.pnas.org/content/107/29/13087.full.
Je ne suis pas biologiste et je ne peux pas vraiment profiter de toutes ces informations très détaillées.

[Loupsio]

Qui a parler d'inculquer quoi que ce soit, contrairement aux gens bornés dans leurs domaine qu'ils ne s'interessent pas aux autres, et restent cloitrés dans leur filière, je ne me suis pas enfermé dans la biologie en occultant la chimie (que ce soit organique, inorganique ou thermodynamique)
Je suis pleinement conscient des principes de thermo, mais votre message

Pour produire de l'éthanol à partir de CO ou de CO2 il faut forcément apporter de l’énergie, cette même énergie qui est d'ailleurs libérée à la combustion de cet alcool et qui correspond à la nature des liaisons. Il faut arrêter de croire au miracle...

laisse pleinement penser à un dédain ou vous imagineriez de la combustion d'éthanol pour fournir l'energie a la fabrication d'ethanol, qu'on pourra lui meme servir de combustible a une nouvelle fabrication d'ethanol etc etc,
comme une boucle sans fin et vide de sens,
en l'occurence le procédé décrit, utilisant des bactéries et du monoxyde de carbone n'est pas vide de sens, et n'est pas un cycle sans fin ou l'on ferait et déferait sempiternellement la même chose
La production de bioéthanol est une filière de plus en plus étudiée (surtout depuis que les voitures prônent l'utilisation de bioethanol, bn j'appel ca du green washing, mais passons... ce n'est pas le sujet )
si on peut se servir d'outils simple et connu comme des bactéries ou des archés pour la production, cela facilitera et réduira les cout de production, ce qui est un avantage en soi, surtout si on utilise pour cette fabrication des déchets destinés initialement à la destruction
Pour le reste, les bactéries sont déjà bien connues, et on leur fait fabriquer tout et n'importe quoi, ca peut donc etre avantageux de les utiliser dans la synthèse d'un composé souhaité

[Loupsio]

Ecolami, dans l'article que tu cites, clostridium a la possibilité de synthétiser de l'ethanol a partir de gaz tels que CO2/H2 ou encore CO/H2 grace a des complexes protéinques, (proteine Rnf qui va permettre la translocation de proton...) c'est plus ou moins la meme chose, ils parlent de comment cette bactérie fait.
Ils expliquent aussi qu'ils on par le passé modifié génétiquement la souche pour permettre la production de butanol a partir des gaz precedemment cités et que ce fut fructueux

[Boumako]

La production de bioéthanol est une filière de plus en plus étudiée (surtout depuis que les voitures prônent l'utilisation de bioethanol, bn j'appel ca du green washing, mais passons... ce n'est pas le sujet )

Cette phrase n'a pas de sens...

[Loupsio]

Cette phrase n'a pas de sens.

Euh bah si...
La recherche dans le domaine de la production de bioethanol devient de plus en plus vaste, en passant par l'utilisations de denrées alimentaire (première génération), ou des déchets alimentaire (deuxieme génération)
c'est une filière qui gagne en intérêt de la part des industriels et des financeurs..., et pas mal de recherches sont à l'études pour fabriquer du bioethanol de facon plus durable et plus rentable... je vois pas ou est le problème mais ce qui me surprend le plus c'est que ce soit la seule chose que vous trouviez a redire...

[Amanuensis]

@boumako

Pour l'origine de l'énergie, c'est clairement une question à résoudre.

Comme ils parlent de fermentation, on pourrait imaginer que CO, CO2 et H2O suffisent ; on a bien en bio le cas du glucose qui à lui tout seul permet à une cellule d'avoir de l'énergie utilisable.

Y a-t-il moyen, vu d'un chimiste, de montrer que CO, CO2 et H2O ne permettront pas de récupérer de l'énergie avec comme déchet final CH3CH2OH? Il me semble que les deux carbones du méthanol sont plus réduits que ceux de CO, et donc qu'il faut nécessairement un réducteur supplémentaire. Et ce réducteur sera une source d'énergie, et peut-être donc la source de l'énergie qu'on trouve dans le méthanol.

[Boumako]

Tu as déjà vu une voiture préconiser quelque chose ?
En tout cas tu as au moins raison sur un point, c’est hors sujet.
En ce qui concerne la production d'éthanol pour carburation il se trouve par un heureux hasard que je travaille précisément dans ce domaine comme ingénieur chimiste depuis bientôt 15 ans, donc je pense connaitre un minimum le sujet.

[Boumako]

@Amanuensis

Oui, parce qu'une mole de glucose possède une énergie de liaison importante, donc la réaction est favorisée. La fermentation en libère même un peu sous forme de chaleur. A l'inverse en partant de CO2 on part de la forme d'énergie la plus dégradée qui soit, forme que l'on retrouvera précisément lorsque l'on brulera l'éthanol.
On peut effectivement utiliser d'autres composés dans la filière afin de rendre la réaction possible, mais le problème reste entier : L’énergie qu'ils contiennent vient bien de quelque part, et on pourrait les utiliser autrement.
Le même raisonnement absurde se retrouve lorsque l'on parle de la conversion de cellulose en éthanol (même si je ne devrais pas dire ça...) : L’énergie potentielle de la matière végétale est bien mieux valorisée dans une chaudière biomasse.

[Amanuensis]

Le CO est un réducteur qui permet CO + H2O -> CO2 + H2 (bilan grossier). Le H2 peut être utilisé par une cellule aussi bien pour de l'énergie que pour synthétiser des molécules organiques utiles à partir du CO2.

Le CO est bien une "source d'énergie". Là où je ne comprends pas c'est que le déchet final soit le méthanol.

J'arrive à comprendre qu'en partant du glucose le déchet soit le méthanol (où l'acétate, ou le lactate), mais je ne vois pas quel sens cela pourrait avoir avec le CO comme seul réducteur, pour lequel le déchet final semble naturellement le CO2.

[ecolami]

Pour répondre à la question sur l'énergie il faut considérer la réaction CO + H2O équilbre CO2+H2 décrite Sur Réaction du gaz à l'eau

Dans les bonnes conditions de température cette réaction est exothermique de 42Kcal, c'est peu. Seulement ça suffit pour qu'elle s'entretienne. Dans une bactérie cette réaction est possible aussi, simplement a beaucoup plus basse température et, il se trouve, que c'est encore plus favorable.
En effet en élevant la température l'équilbre finit par s'inverser donc elle ne se fait plus.

La page que j'ai cité sur une bactérie proche montre que son fonctionnement a été entièrement élcucidé, le génôme séquencé, les enzymes et voies métaboliques déterminées, je ne savais pas qu'on pouvait décrire avec un tel luxe de détails le fonctionnement d'une bactérie !

[Amanuensis]

La page que j'ai cité sur une bactérie proche

La page citée montre que les entrées sont CO et H2, avec comme déchet final l'acétate.

Ce n'est pas un cas avec comme seule entrée source d'énergie le CO.