Des chercheurs de l’Université de Birmingham dirigent un projet de 6,2 millions de livres sterling (8,2 millions de dollars) visant à développer des membranes à base de protéines qui pourraient rendre l’extraction du lithium plus sélective et potentiellement moins gourmande en énergie.
L’initiative de trois ans, financée par l’Advanced Research and Invention Agency (ARIA) du Royaume-Uni, ciblera dans un premier temps l’un des défis les plus difficiles de l’extraction directe du lithium (DLE) : séparer le lithium du sodium pour produire les composés de lithium de haute pureté nécessaires à la fabrication de batteries.
« La biologie peut construire des matériaux ordonnés avec une précision extrêmement difficile à obtenir avec les méthodes de fabrication existantes. Nous souhaitons exploiter cela pour créer des membranes dotées de pores uniformes et programmables », a déclaré le Dr Dominik Kubicki, directeur du projet, de l’Université de Birmingham.
La technologie pourrait éventuellement s’étendre au-delà des matériaux des batteries pour englober la récupération des minéraux critiques, le traitement de l’eau et la fabrication de produits chimiques et pharmaceutiques. Son succès dépendrait de la capacité des chercheurs à traduire la précision des structures biologiques en membranes durables capables de fonctionner à l’échelle industrielle.
Ingénierie des protéines
Le consortium, qui comprend l’Université Aston et trois partenaires industriels, prévoit d’utiliser des protéines de la couche S, qui s’assemblent naturellement en réseaux bidimensionnels hautement ordonnés à la surface de nombreux micro-organismes.
Les chercheurs visent à transformer ces protéines en membranes de grande surface contenant des pores de taille uniforme, capables de distinguer les ions lithium et sodium malgré leurs propriétés chimiques similaires.
Le projet fait partie du programme Universal Fabricators d’ARIA, qui cherche à utiliser des protéines artificielles comme éléments de base programmables pour fabriquer des matériaux avec un contrôle exceptionnel sur leur géométrie.
« Les protéines de la couche S offrent un point de départ extraordinaire pour l’ingénierie des matériaux, car elles peuvent s’assembler spontanément en structures hautement ordonnées », a déclaré le professeur Tim Knowles, co-responsable du projet. « En combinant la conception informatique, la biologie structurale et le dépistage expérimental, nous visons à reprogrammer ces éléments de base naturels pour qu’ils remplissent des fonctions technologiques exigeantes. »
Les partenaires industriels apporteront leur expertise tout au long du processus de développement. Jude Wells de Fold9 dirigera la conception de protéines guidée par l’IA, tandis que la société britannique Evove s’occupera de la fabrication, de la mise à l’échelle et des tests des membranes. Adaptyv Bio fournira des capacités de criblage à haut débit pour évaluer des milliers de variantes protéiques.
Les candidats les plus prometteurs feront l’objet d’une production à plus grande échelle et d’une intégration dans des systèmes membranaires pratiques.
Relever les défis
Les chercheurs combineront la conception informatique de protéines, la biologie structurale et le criblage à haut débit avec la production de protéines, la production de membranes et les tests dans des conditions de fonctionnement réalistes.
« Un défi majeur consistera à traduire le contrôle au niveau moléculaire en membranes pouvant être fabriquées et exploitées à des échelles utiles », a déclaré le professeur Owen Thomas, de l’Université de Birmingham. « L’intégration étroite de la conception biologique, de la caractérisation des matériaux et du génie chimique nous donne l’opportunité de relever ce défi dès le départ. »
Le programme combinera la conception informatique de protéines, la biologie structurale et le criblage expérimental avec la production et les tests de membranes dans des conditions de fonctionnement réalistes.
Bien que l’approche reste au stade de la recherche, le consortium espère établir une plateforme de fabrication capable de produire des matériaux de séparation hautement sélectifs pour de multiples industries.
Pour les producteurs de lithium, le test critique sera de savoir si les membranes conçues peuvent fournir des performances de séparation fiables en dehors du laboratoire tout en conservant la durabilité et l’évolutivité nécessaires à une utilisation commerciale.
