Énergie et environnement

Des plantes aux biocarburants: une explication du prétraitement de la biomasse

Des plantes aux biocarburants: une explication du prétraitement de la biomasse

Usine de bioéthanol à Seal Sands, Teeside, Royaume-Uni [Source de l'image:Nick Bramhall, Flickr]

L'énergie renouvelable issue de la biomasse est désormais un élément clé du développement des énergies renouvelables dans le monde. Les combustibles utilisés pour ce procédé, appelés matières premières, sont constitués de biomasse lignocellulosique, c'est-à-dire de plantes à structure complexe contenant des polymères de cellulose, d'hémicellulose et de lignine. En règle générale, il s'agit de matériaux tels que la paille, la tige de maïs, le panic raide ou les déchets de bois, principalement utilisés pour la production de biocarburants, comme le bioéthanol, qui doivent être soumis à un processus de fermentation dans lequel les sucres se transforment en alcool (l'éthanol étant une forme d'alcool). La plupart des garanties de véhicules acceptent un maximum de 5 pour cent de mélange bioéthanol / 95 pour cent d'essence. Des mélanges plus forts sont possibles, mais ils nécessitent généralement une modification du véhicule pour réussir.

Avant le processus de fermentation, les sucres doivent être libérés de la lignine via un certain nombre de processus de prétraitement. Ces procédés peuvent également produire divers sous-produits grâce à des procédés de bioraffinage intégrés.

Les polymères glucidiques cellulose et hémicellulose et la lignine polymère aromatique contiennent des sucres de carbone qui sont étroitement liés à la lignine. C'est-à-dire qu'ils sont piégés dans la lignocellulose. Cela signifie qu'ils doivent d'abord être déconnectés de la lignine puis hydrolysés à l'aide d'acide ou d'enzymes, afin de les décomposer en sucres (simples monosaccharides) afin qu'ils puissent être utilisés comme biocarburant.

La première étape de cette procédure est une étape mécanique. Les plantes doivent être déchiquetées et broyées afin de réduire leur taille, diminuer la cristallinité, réduire la polymérisation et augmenter l'effet de l'hydrolyse acide ou enzymatique. Cela améliore également la densité énergétique de la biomasse afin qu'elle puisse être plus facilement transportée du champ au point d'utilisation. En règle générale, la biomasse est convertie en boulettes, cubes ou rondelles (de taille et de forme similaires à une rondelle de hockey sur glace). Ils peuvent également être transformés en «bio-charbon» ou «bio-huile» grâce à un traitement thermique et sous pression.

Le fractionnement est le processus par lequel la biomasse est convertie en lignine, cellulose et hémicellulose, qui peuvent être plus facilement traitées dans une bioraffinerie.

L'étape suivante est l'explosion de vapeur, dans laquelle la structure fibreuse de la biomasse est décomposée avec de la vapeur à haute pression puis dépressurisée rapidement. Cela détruit les fibres, permettant ainsi des processus de prétraitement ultérieurs. D'autres méthodes pour obtenir le même résultat comprennent l'explosion de fibres d'ammoniac, dans laquelle la biomasse est traitée avec de l'ammoniac liquide à haute température et pression, et une explosion de dioxyde de carbone super-critique dans laquelle la biomasse est traitée avec du dioxyde de carbone.

Des scientifiques du Service de recherche agricole du Département américain de l'agriculture (USDA) ajoutent une nouvelle souche de levure à un mélange d'épis de maïs pour tester son efficacité dans la fermentation de l'éthanol à partir de sucres végétaux [Source de l'image:Département américain de l'Agriculture, Flickr]

L'hydrolyse alcaline implique le traitement de la biomasse avec une concentration élevée d'alcalin à basse température pendant une longue période. Les substances utilisées à cet effet comprennent l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de calcium ou l'ammoniac. Les avantages de ce procédé comprennent des températures et des pressions plus basses, une dégradation moindre des sucres et la capacité de récupérer de nombreux sels caustiques. Cependant, la longue période de temps requise et la forte concentration d'alcalins sont les principaux inconvénients.

La délignification abrupte à basse température (LTSD) est un processus développé par Bio-Process Innovation Inc qui utilise de petites quantités de produits chimiques non toxiques. Une usine pilote d'une tonne a été construite par la société dans l'Indiana, aux États-Unis, mais le procédé est maintenant largement disponible dans le commerce pour une utilisation dans des bioraffineries ailleurs.

Le fractionnement lignocellulosique amélioré au co-solvant (CELF) utilise un composé organique appelé tétrahydrofurane (THF) en combinaison avec de l'acide sulfurique dilué pour le fractionnement. Il peut produire un sucre élevé pour la fermentation. Il peut également produire un certain nombre de composés organiques utiles, notamment le furfural (qui peut être utilisé comme aide à l'administration d'herbicides agricoles et comme solvant chimique), le 5-hydroxyméthylfurfural et l'acide lévulinique qui peuvent être convertis catalytiquement en produits chimiques ou en carburant. Ce processus a été développé par l'Université de Californie et autorisé par CogniTek. Une société appelée MG Fuels a été créée pour commercialiser le procédé.

Organosolv utilise des solvants organiques tels que l'éthanol, le méthanol, le butanol et l'acide acétique pour rendre la lignine et l'hémicellulose solubles. Un procédé organosolv breveté a été développé et breveté par American, Science and Technology AST bien qu'il ne soit actuellement qu'à l'échelle pilote. Le processus convertit la biomasse lignocellulosique en sucres, en lignine pure, en pulpe et en biochimie et implique un fractionnement et une hydrolyse pour produire plus de 95 pour cent de rendement en sucres.

L'ozonolyse est le traitement de la biomasse avec de l'ozone avant l'hydrolyse enzymatique.

La pyrolyse est l'un des procédés les plus connus, impliquant une décomposition chimique par chauffage. La pyrolyse flash y parvient en 1 à 2 secondes à des températures allant jusqu'à 500 ° C. Des unités mobiles de pyrolyse sont actuellement utilisées par un certain nombre d'organisations dans le monde, et sont déployées au niveau local dans les pays en développement pour réaliser la production de biocarburants à l'échelle communautaire. La torréfaction est une forme plus douce de pyrolyse, dans laquelle le processus thermochimique est conduit à 200-350 ° C en l’absence d’oxygène, ce qui produit de la biomasse torréfiée ou du charbon, plus communément appelé «charbon biologique».


Voir la vidéo: Biocarburants: les déchets deviennent source dénergie (Septembre 2021).