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CAScade deoxygenation process using tailored nanoCATalysts for the production of BiofuELs from lignocellullosic biomass

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Un nouveau procédé de fabrication de biocarburants à partir de déchets forestiers et agricoles

L’utilisation de catalyseurs sur mesure pour produire des biocarburants avancés à partir de déchets forestiers et agricoles permettra de réduire l’impact sur l’environnement et les coûts.

Changement climatique et Environnement
Énergie
Recherche fondamentale

La transformation de la lignocellulose en carburants destinés aux transports peut s’effectuer selon plusieurs méthodes. Mais cette tâche n’est cependant pas facile en raison de la complexité chimique, la grande stabilité et la haute teneur en oxygène de la lignocellulose. Parmi les différents procédés de transformation thermochimique, la pyrolyse de la biomasse s’est révélée une option très prometteuse pour la production de biocarburants. La pyrolyse suppose le traitement de la biomasse sous atmosphère inerte afin de produire trois fractions: des gaz non condensables, des liquides (bio-huiles) et un résidu solide (coke). Le projet CASCATBEL a mis au point un procédé économique visant à transformer les matières premières lignocellulosiques en biocarburants liquides de deuxième génération. Pour ce faire, CASCATBEL utilise des nano-catalyseurs sur mesure pour conférer aux produits des propriétés qui s’apparentent à celles que l’on retrouve dans les carburants dérivés du pétrole. «Nous nous sommes d’abord intéressés à la biomasse et à la combinaison en cascade de trois étapes catalytiques pour parvenir à une transformation contrôlée de la biomasse en carburants liquides améliorés (bio-huiles)», explique le Dr David Serrano Granados, coordinateur du projet. «Ces étapes étaient les suivantes: la pyrolyse, la désoxygénation intermédiaire et l’hydrodésoxygénation catalytiques.» Une grande partie de l’oxygène contenu dans la bio-huile obtenue par pyrolyse est éliminée au cours des deux premières étapes catalytiques. Ce processus réduit la quantité d’hydrogène consommée dans le dernier traitement, ce qui a des effets très positifs en termes d’économie de procédé et d’impact environnemental. «Outre les carburants avancés, le procédé mis au point permettra de produire de l’énergie renouvelable à partir de la combustion du coke qui s’est formé au cours de la première étape de la catalyse», poursuit le Dr Serrano. «De même, en ce qui concerne l’atténuation du changement climatique, la réduction escomptée des GES de ce procédé est, dans la plupart des scénarios envisagés, supérieure à 90 % par rapport aux biocarburants.» Bio-huiles utilisées dans les carburants de transport La bio-huile finale ainsi produite contient peu d’oxygène et présente des propriétés améliorées, notamment une valeur calorifique plus élevée, une meilleure stabilité et une meilleure miscibilité avec les hydrocarbures. «Ces caractéristiques permettent à la bio-huile d’être utilisée dans la formulation de carburants de transport en la mélangeant avec des fractions d’essence et de diesel classiques», ajoute le Dr Serrano. La montée en échelle du procédé a permis aux chercheurs d’examiner et de comprendre de manière approfondie la dynamique de la catalyse et des réactions, ainsi que d’évaluer le comportement catalytique dans un environnement approprié. Leurs travaux expérimentaux ont été réalisés à trois échelles différentes (laboratoire, banc d’essai et usine pilote), et ont eu recours à des composés modèles et des matières premières issues de la biomasse. Le Dr Serrano l’affirme: «Ces travaux n’ont pas été une mince affaire, car de nombreux catalyseurs, qui ont affiché de bonnes performances avec des substrats modèles, ont fait preuve d’une faible activité catalytique à l’heure d’alimenter de véritables matières issues de la biomasse. Par ailleurs, les problèmes de désactivation catalytique se sont aggravés dans le cadre de l’utilisation de matières premières issues de la biomasse en raison du dépôt important de résidus carbonés et/ou de la lixiviation des étapes actives dans les catalyseurs.» La sélection d’une large gamme de matériaux catalytiques, de modes de fonctionnement et de conditions de réaction ont permis de relever ces défis. «Les chercheurs ont découvert que la modification de catalyseurs microporeux, comme la zéolite, par l’ajout de certains composants s’est révélée très efficace pour atténuer les réactions secondaires non désirées, entraînant un meilleur rendement de la bio-huile améliorée», constate le Dr Serrano. Le projet CASCATBEL devrait produire une série d’effets, principalement sur le marché européen des biocarburants avancés. D’autres secteurs industriels seront également intéressés par les progrès réalisés en la matière, notamment la mise au point d’un système catalytique conçu pour promouvoir en une seule étape à la fois une réaction pyrolyse catalytique et une désoxygénation intermédiaire des vapeurs de bio-huiles. «Ce matériau, qui est composé d’une zéolite modifiée, pourrait dès lors être utilisé dans le cotraitement de matières premières autres que la lignocellulose, comme les déchets plastiques », conclut le Dr Serrano.

Mots‑clés

CASCATBEL, désoxygénation, biomasse, biocarburants avancés, nano-catalyseurs

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