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Improving the economic feasibility of the biorefinery through catalysis engineering: enhancing the catalyst performance and optimizing valuable product yields

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Des zéolithes mésoporeuses synthétiques offrent de meilleures performances catalytiques pour la biomasse

Si la biomasse doit un jour rivaliser avec les ressources fossiles en tant que source de combustibles ou de produits chimiques utiles, il faut que sa technologie de conversion devienne plus efficace. ECOCAT a mis au point un catalyseur amélioré et commercialement évolutif destiné aux biocarburants, et en a fait la démonstration.

Énergie

La pyrolyse catalytique est un procédé convertissant la biomasse, notamment les débris de bois, les déchets agricoles et les résidus de culture, en un liquide qui peut être traité, en utilisant les infrastructures de raffinage existantes, pour produire des carburants destinés aux transports ainsi que d’autres produits chimiques utiles. Le projet ECOCAT, financé par l’UE et entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, a permis d’améliorer ce processus en développant et en testant un catalyseur synthétique dans une unité expérimentale spécialement conçue à cet effet.

Un catalyseur plus actif, plus sélectif et avec un meilleur rendement

La pyrolyse catalytique de la biomasse est obtenue en chauffant rapidement la biomasse à environ 500 ºC dans une atmosphère dite inerte, dépourvue de gaz réactifs. Lorsque la biomasse se décompose, des composés oxygénés sont libérés sous forme de vapeur. Ces vapeurs entrent en contact avec un catalyseur solide, ce qui entraîne des réactions sur le catalyseur, éliminant l’oxygène des composés oxygénés. Les vapeurs sont ensuite rapidement refroidies et condensées afin d’obtenir les produits chimiques souhaités. «Le rôle du catalyseur est crucial car c’est l’élimination de l’oxygène des composés oxygénés qui permet d’obtenir un produit suffisamment stable pour être transformé en carburants renouvelables destinés aux transports ou en d’autres produits chimiques utiles. Ces produits peuvent remplacer les composés dérivés du pétrole dans de nombreuses applications comme les additifs pour carburants, les solvants, les plastiques et les produits pharmaceutiques», explique Stelios Stefanidis, coordinateur du projet. Parmi les solides cristallins, les zéolithes microporeuses sont les catalyseurs les plus couramment utilisés. Mais si leurs micropores aident à contrôler la formation de sous-produits indésirables, ils ne maximisent pas la désoxygénation des composés oxygénés de la vapeur. Certaines des plus grandes molécules oxygénées ne peuvent pas accéder aux sites acides – nécessaires à la désoxygénation – situés à l’intérieur des micropores, et ne réagissent donc qu’avec ceux de leur surface externe. ECOCAT a synthétisé et testé des catalyseurs zéolithiques modifiés afin d’obtenir des pores plus grands, qu’on appelle mésopores. Ces derniers peuvent accueillir des molécules oxygénées plus grandes qui sont «craquées» en éléments plus petits, pouvant ensuite entrer dans les micropores. L’équipe a expérimenté différentes conditions de traitement pour les zéolithes microporeuses parentes, ainsi que divers degrés de porosité et différentes tailles de pores. Un certain nombre des zéolithes mésoporeuses synthétisées testées se sont avérées présenter une activité de désoxygénation plus élevée que les zéolithes microporeuses parentes. Elles ont également permis d’obtenir systématiquement des rendements plus élevés pour des composés précieux. Les résultats obtenus avec des catalyseurs pulvérulents ont été reproduits avec des particules plus grandes, en utilisant un liant argileux, une solution qui serait mieux adaptée aux conditions opérationnelles des grands réacteurs généralement utilisés pour le traitement à l’échelle commerciale.

Indépendance vis-à-vis des produits dérivés du pétrole

En utilisant des ressources renouvelables et des déchets locaux pour produire des biocarburants et des produits chimiques, la pyrolyse catalytique pourrait remplacer les produits dérivés du pétrole. Cela permettrait de diversifier les ressources énergétiques, de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de renforcer les filières locales comme la sylviculture et l’agriculture. «Des entreprises du monde entier, telles qu’AnelloTech et BioBTX, cherchent déjà à commercialiser la pyrolyse catalytique. Un catalyseur plus actif et plus sélectif pourrait réduire les coûts d’exploitation de la pyrolyse catalytique de la biomasse, la rendant plus compétitive et donc plus attrayante commercialement, et lui donnant ainsi le coup de pouce dont elle a besoin!», déclare Stelios Stefanidis. Pour faire avancer ses travaux, l’équipe ECOCAT recherche actuellement des fonds pour tester ses catalyseurs mésoporeux dans des unités expérimentales plus grandes afin d’obtenir des résultats plus représentatifs des échelles commerciales.

Mots‑clés

ECOCAT, biomasse, catalyseur, biocarburant, zéolithes, pyrolyse catalytique, additifs, solvants, plastiques, produits pharmaceutiques, carburant

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