Les Prof. Yiftach Yaakobi de l’École des sciences végétales de l’Université de Tel-Aviv et Lihi Adler-Abramovich du Centre de nanosciences, ont découvert un nanomatériau biologique multifonctionnel facile à fabriquer, pour protéger l’enzyme qui permet la production de l’hydrogène « propre », neutralisé par l’exposition à l’oxygène de l’air. La méthode permettra d’augmenter considérablement la distribution des véhicules fonctionnant à l’hydrogène, et sera utilisable pour de nombreuses autres applications, comme la protection des circuits de refroidissement des véhicules, le transport de l’oxygène, ou les emballages alimentaires de produits frais.

L’étude à laquelle ont également participé le Dr. Oren Ben-Zvi et le doctorant Itzhak Grinberg de l’Université de Tel-Aviv ainsi que d’autres chercheurs de l’Université A&M du Texas et de l’Institut de recherche de Galilée MIGAL, a été publiée dans la prestigieuse revue ACS Nano.

 « L’hydrogène gazeux est produit à partir de sources d’énergie renouvelables comme le soleil, et est considéré comme le carburant le plus propre qui existe », explique le Prof. Yaakobi. « Sa consommation ne produit que de la vapeur d’eau propre, sans aucune émission polluante. Des voitures et des vélos électriques carburant à l’hydrogène roulent déjà aujourd’hui sur les routes américaines et européennes, avec une autonomie allant jusqu’à 500 km par réservoir. Cette année, Israël devrait également rejoindre la communauté de ces utilisateurs, avec la création des premières stations-service de carburant à l’hydrogène dans le pays. Cependant, l’hydrogène lui-même est aujourd’hui produite par des procédés qui consomment beaucoup d’énergie et émettent une grande quantité de polluants ».

Protéger l’enzyme d’un contact direct avec l’oxygène

« Par contre, il existe des processus biologiques qui permettent une production d’hydrogène propre et efficace, basée sur un procédé d’électrolyse de l’eau à l’aide d’une enzyme appelée «hydrogénase». Mais l’utilisation de l’hydrogénase à cet effet est pour l’instant très limitée, car elle est immédiatement neutralisée en présence de l’oxygène présent dans l’air. Dans notre étude, nous avons recherché un moyen simple de créer un environnement protégé sans oxygène, où l’enzyme hydrogénase pourrait fonctionner efficacement et permettre la production d’hydrogène par un processus propre ».

Les chercheurs ont choisi de se concentrer sur une substance biologique familière, simple et multifonctionnelle: les dipeptides, molécules composées de deux acides aminés ( fluorénylméthyloxycarbonyl-diphénylalanine), connues comme éléments constitutifs des nanofibres qui composent l’hydrogel, gel à base d’eau.

Dans le laboratoire du Prof. Lihi Adler-Abramovich, spécaliste du développement de nanomatériaux, l’enzyme hydrogénase a été introduite dans une solution contenant les éléments constitutifs de l’hydrogel. Les brique de construction se sont organisées spontanément par un processus rapide d’autoassemblage, formant un nouvel hydrogel dans lequel l’enzyme hydrogénase est combiné. Les propriétés de ce nouvel hydrogel ont été testées en laboratoire et par simulation informatique.

Un matériau biologique simple et facile à fabriquer

« Lorsqu’une solution d’hydrogènase est exposée à l’air, l’oxygène la neutralise en quelques secondes », explique le Prof. Adler-Abramovich. « Le processus que nous avons effectué en laboratoire a en fait enrobé l’hydrogénase dans un hydrogel emprisonnant les molécules d’oxygène. L’hydrogel protège ainsi l’hydrogènase d’un contact avec l’oxygène, et l’enzyme n’est pas neutralisée immédiatement, mais survit dans l’eau pendant des heures. C’est la première fois qu’un matériau biologique aussi simple et facile à fabriquer, capable de protéger les matériaux sensibles aux processus oxydatifs, a été découvert ».

«La possibilité de protéger l’enzyme hydrogénase de l’oxygène contenu dans l’air ou dans l’eau ouvre la voie la généralisation de son utilisation pour la production de carburant hydrogène, qui pourra augmenter considérablement la distribution des véhicules fonctionnant à l’hydrogène, en lui-même le carburant le plus propre du monde », conclut le Prof. Yaakobi. « En outre, le mécanisme et les outils découverts au cours de l’étude peuvent être utilisés pour de nombreuses applications impliquant la préservation de matériaux sensibles à l’oxygène, comme la protection des circuits de refroidissement des voitures contre la rouille, le transport de l’oxygène ou les emballages alimentaires de produits frais ».

L’étude a été menée avec le soutien de l’Académie nationale des sciences d’Israël et le Ministère israélien de l’Énergie.

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